CN108032408A - 一种制备陶瓷型芯的注射成型方法 - Google Patents

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乔经纬
邱永斌
徐泽跃
伦文山
武振飞
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/24—Producing shaped prefabricated articles from the material by injection moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B28B7/00—Moulds; Cores; Mandrels
    • B28B7/40—Moulds; Cores; Mandrels characterised by means for modifying the properties of the moulding material
    • B28B7/42—Moulds; Cores; Mandrels characterised by means for modifying the properties of the moulding material for heating or cooling, e.g. steam jackets, by means of treating agents acting directly on the moulding material

Abstract

一种制备陶瓷型芯的注射成型方法，使用急冷急热模温机在注射机合模后对模具进行快速加热，首先把模具温度提高到一个设定值，然后开始给模腔注射陶瓷浆料，在注射机完成保压转入冷却后，开始注入冷水，模具温度很快下降到一个设定值后开模，再向模具吹入空气把冷水完全吹走，取出型芯生坯，完成整个注塑过程。与传统的陶瓷型芯注射成型相比，本发明在注射成型工艺中引入急冷急热技术，有助于改善浆料在模具中的充填性能，降低产品内应力，提高产品的表面光洁度和批次稳定性。

Description

一种制备陶瓷型芯的注射成型方法
技术领域
本发明属于陶瓷注射成型领域，可用于制备硅基、铝基、锆基等陶瓷型芯的注射成型工艺。
背景技术
航空发动机是飞机的心脏。目前，先进航空发动机涡轮前进口的温度可达1757℃，这已接近金属材料的理论承温极限，因此，改进叶片的气冷结构，提高叶片的冷却效率已成为叶片设计制造者的必然选择。形成叶片复杂内冷通道的陶瓷型芯的不断发展是使叶片冷却效率不断提升的重要保证，陶瓷型芯的性能和质量直接影响着空心叶片的合格率、尺寸精度、铸造成本和使用性能等。陶瓷型芯的选择及制造技术在涡轮空心叶片及航空发动机的研发中起着举足轻重的作用。
现有的复杂结构的陶瓷型芯主要采用热压注工艺进行生产：将加热的陶瓷浆料经过压注机注射进模具型腔中，保压一段时间后打开模具，取出生坯。为了保证成型后的生坯有一定的强度，目前热压注成型工艺中使用的模温远低于陶瓷浆料温度。由于型腔温度低于浆料温度，而作为粘结剂主要成分的蜡类有机物对温度非常敏感，液固转变过程中有超过10%的体积变化，陶瓷型芯在充模过程中很容易产生较大的应力，导致材料变形、力学性能劣化；同时，模具温度较低极易在产品表面留下流纹、橘皮等表面缺陷，影响产品的外观。
并且传统的热压注模具模温虽然低于陶瓷浆料的温度，但仍然高于室温，这也会使从模具中取出的产品发生变形。为了减少变形，生坯从压注模具中取出后还需要放在矫形模具中进行矫形，这将延长产品的生产时间，降低生产效率。
中国专利授权公告号CN 102029695 B 公告了一种模具急冷急热高光成型工艺，属于注塑成型工艺领域。包括以下步骤：1、模具温度急速加热控制阶段，2、塑料注射阶段，3、模具温度急速降阶段，4、模具开模阶段。本发明解决了现有技术中注塑成型工艺不能实现模具的快速升温和快速降温，使得生产的产品存在结合线、流纹、凹痕等外观质量问题，提供了一种模具急冷急热高光成型工艺，藉由模具温度的快速切换来达到射出成型制程中不同阶段所适合的温度要求，能有效的减少塑料产品表面的接合线，对于含有玻璃纤维之产品表面不会有浮纤之情形产生，对有咬花面的产品咬花纹会较为清晰，对于高光面产品能提高产品表面的光泽。其技术方案采用急冷急热的技术，但其应用于塑料的注塑成型，塑料与陶瓷型芯的原料构成完成不同，塑料的注塑成型的工艺要求就是需要前期高温将塑料融化变成液体，而陶瓷型芯则不同，其前期根本无需进行高温加热进行融化，其注射时就为各种陶瓷原料混合搅拌成的料浆，塑料流体与陶瓷料浆的流变性能有着很大的不同，同时塑料成型机多位螺杆式，模具开模方向与注射成型方向一致，而型芯成型设备多为柱塞式，开模方向与注射成型方向垂直。塑料生产领域技术人员无法从该技术方案中想到将其应用于陶瓷注射中。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种方法简单，大大提高产品质量，减少产品的内应力，提高产品的表面质量，提高产品的批次稳定性，提高良率，提高产品的生产效率的制备陶瓷型芯的注射成型方法。
为实现本发明目的，提供了以下技术方案：一种制备陶瓷型芯的注射成型方法，通过热压注成型机进行注射成型，包括注射、保压、开模三个步骤，其特征在于在注射、保压阶段，迅速将模具温度加热到40-120℃，保持模具温度并将陶瓷浆料注满整个型腔；注射、保压完成后，迅速将模具的温度降低至0℃-40℃进行开模，取出模具中的产品。
作为优选，模具加热方式包括模具表面或模具内部加热。
作为优选，模具内部加热方式包括水温加热、蒸气式加热、电热式加热。
作为优选，模具表面加热方式包括：感应加热、气体加热、红外线加热、火焰加热、模具表面电阻式加热、表面镀层滞热。
本发明有益效果：本发明利用了热压注原料的固有特性,可有效消除注射成型制品的内应力，表面缺陷,如熔合线、橘皮、气纹等。使用急冷急热模温技术可有效检测和控制模具温度，这有利于减少模温在注塑过程中出现的波动，提高产品的批次稳定性和良率。使用急冷急热模温技术迅速将模具温度降低至0℃-40℃，产品在注射模具中即完成了矫形，减少了整个制程步骤，提高了生产效率。
具体实施方式
实施例1：模具温度加热控制阶段：通过热压注成型机给出信号（开模信号），加热设备将热水充入模具加热管路中，此时水温70℃，模具温度达到50°C后，反馈给热压注机允许注射。
注射阶段：陶瓷浆料进入型腔，因模具型腔内温度在 50℃，可以加长陶瓷浆料的流动时长，保证注塑件最好的外观和精度。同时压缩空气进入模具热水管路中，将热水清除，并进行回收。
模具温度急速降温阶段 ：注射完成后，冷水进入模具加热管路中，此时冷水温度在 4° C，过水时间 15 秒。急速降低模具温度至 26° C。随后压缩空气进入模具蒸气管路中，清除管路内残留积水。
模具开模阶段 ：热压注成型机开模，取出模具中的产品，进入下一模循环。
实施例2：模具温度加热控制阶段：通过热压注成型机给出信号（开模信号），加热设备将高压高温蒸汽充入模具加热管路中，此时高温蒸汽100℃，模具温度达到80°C后，反馈给热压注机允许注射。
注射阶段：陶瓷浆料进入型腔，因模具型腔内温度在 80℃，陶瓷浆料在模具中具有良好的流动性。浆料填充完成进入保压阶段后通入压缩空气进入模具热水管路中，将蒸汽清除。
模具温度急速降温阶段 ：注射完成后，冷水进入模具加热管路中，此时冷水温度在 10° C，过水时间 30 秒。急速降低模具温度至 30° C。随后压缩空气进入模具蒸气管路中，清除管路内残留积水。
模具开模阶段 ：热压注成型机开模，取出模具中的产品，进入下一模循环。
实施例3：在模具内模中设计加热腔，内置导热油及加热棒，加热腔外围布置冷却水道。
模具温度加热控制阶段：通过热压注成型机给出信号（开模信号），加热设备通过加热棒和导热油将模具内腔进行加热到120℃，模具温度达到120°C后，反馈给热压注机允许注射。
注射阶段：陶瓷浆料进入型腔，因模具型腔内温度高，陶瓷浆料在模具中具有良好的流动性。浆料填充完成进入保压阶段后通入程序关闭电加热程序。
模具温度急速降温阶段 ：注射完成后，冷水进入模具冷却管路中，此时冷水温度在 10° C，过水时间 60 秒。急速降低模具温度至 30° C。随后压缩空气进入模具蒸气管路中，清除管路内残留积水。
模具开模阶段 ：热压注成型机开模，取出模具中的产品，进入下一模循环。

Claims (4)

1.一种制备陶瓷型芯的注射成型方法，通过热压注成型机进行注射成型，包括注射、保压、开模三个步骤，其特征在于在注射、保压阶段，迅速将模具温度加热到40-120℃，保持模具温度并将陶瓷浆料注满整个型腔；注射、保压完成后，迅速将模具的温度降低至0℃-40℃进行开模，取出模具中的产品。
2.根据权利要求1所述的一种制备陶瓷型芯的注射成型方法，其特征在于模具加热方式包括模具表面或模具内部加热。
3.根据权利要求1所述的一种制备陶瓷型芯的注射成型方法，其特征在于模具内部加热方式包括水温加热、蒸气式加热、电热式加热。
4.根据权利要求1所述的一种制备陶瓷型芯的注射成型方法，其特征在于模具表面加热方式包括：感应加热、气体加热、红外线加热、火焰加热、模具表面电阻式加热、表面镀层滞热。
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