CN108858669A - 一种陶瓷连续注塑成型工艺及其模具 - Google Patents

Abstract

一种陶瓷连续注塑成型工艺，涉及注塑成型领域，其针对陶瓷的材料特性，通过工艺的优化，使模具在注塑成型的过程能保持较高的温度，来增加注塑料的流动性，从而有效降低射出压力以及由于流动性差造成的冷料痕、应力、变形等问题。在注塑完成后，将模具温度降至较低状态，让制品得到更好的冷却定型，以便于将制品从模具中顶出。该工艺将温度变化与注塑成型中各道工序紧密结合，模具冷热变化与开模、顶出、合模等工艺节点一一对应，使得整个工艺紧凑而有序，可以进行连续化生产，提高了生产效率。一种用于上述陶瓷连续注塑成型工艺的模具，该模具围绕其模腔设置有循环管道，向其中充入冷热介质可以实现对模具温度的及时控制。其变温快，响应灵敏。

Description

一种陶瓷连续注塑成型工艺及其模具

技术领域

本发明涉及注塑成型领域，具体而言，涉及一种陶瓷连续注塑成型工艺及其模具。

背景技术

陶瓷的发展史是中华文明史的一个重要的组成部分，随着时代的进步，陶瓷已经广泛应用于建筑、医学、电子、材料等领域，并扮演着越来越重要的角色。

陶瓷注塑成型(CIM)是当前精密陶瓷成型最热门的技术，其具有可快速自动的进行生产、可对其工艺过程进行精准控制、可成型复杂形状且难以加工的结构件、加工余量较少以及可降低制造成本等优势。现有技术中，注塑成型技术的模具的温度是采用的恒温控制，不能随着注塑工艺的动态变化而变化。同时，模具的温度受脱模限制，在设置上相对较低，在成型过程中，低模温将会导致材料在流动过程中加速冷却而在型腔壁形成冷凝层，从而降低材料在型腔内的流动性，致使射出压力增加，从而带来外观、结构上的系列负面影响。例如，在外观上的融合线、流痕、冷料痕等，在结构上的变形、顶出开裂、拉伤以及制品整体密度均衡性与一致性等问题。因此，传统的模具温度恒温控制技术，很难应用于表面细微结构、薄壁结构、流长较高的大型结构等，开发新的陶瓷注塑成型工艺十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陶瓷连续注塑成型工艺，其能够改善在注塑过程中，由于模具的恒温限制所带来的负面问题，减少制品大部分的外观与结构、功能缺陷。

本发明的另一目的在于提供一种用于上述陶瓷连续注塑成型工艺的模具，其能够方便的改变温度，来满足陶瓷注塑过程的温度需要，增加注塑料的流动性，减少制品大部分的外观与结构、功能缺陷。

本发明的实施例是这样实现的：

一种陶瓷连续注塑成型工艺，包括：

向模具内部围绕模腔设置的循环管道中第一次充入热介质，使模具加热至70～250℃后，进行陶瓷注塑成型，

向循环管道中充入冷介质，使模具降温至30～50℃，开模顶出后，重新向循环管道中第二次充入热介质，在模具加热至70～250℃后，合模重新进行陶瓷注塑成型。

一种用于上述陶瓷连续注塑成型工艺的模具，模具包括可以开合的公模和母模，公模和母模围成模腔，该模具围绕模腔设置有循环管道，循环管道通过进口和出口分别与冷热介质提供设备和冷热介质回收设备连通。

本发明实施例的有益效果是：

本发明提供了一种陶瓷连续注塑成型工艺，其针对陶瓷的材料特性，优化工艺。通过向模具中充入冷热介质，来及时改变模具的温度，以应对注塑过程中不同环节对于不同温度的需求。具体地，模具在注塑成型的过程能保持较高的温度，来增加注塑料的流动性，从而有效降低由于流动性差造成的冷料痕、应力变形等问题。同时，在注塑完成后，又能及时把温度降低，让制品更好的成型，便于将制品从模具中顶出。该工艺将温度变化与注塑成型中各道工序紧密结合，模具冷热变化与开模、顶出、合模等工艺节点一一对应，使得整个工艺紧凑而有序，可以进行连续化生产，提高了生产效率。

本发明还提供了一种用于上述陶瓷连续注塑成型工艺的模具，该模具围绕其模腔设置有循环管道，通过往循环管道中充入冷热介质可以实现对模具温度的及时控制。其温度改变速度快，响应灵敏，能有效应对陶瓷注塑成型过程中对温度变化的需求。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种陶瓷连续注塑成型工艺及其模具进行具体说明。

一种陶瓷连续注塑成型工艺，包括：向模具内部围绕模腔设置的循环管道中第一次充入热介质，使模具加热至70～250℃后，进行陶瓷注塑成型，保压。

用于陶瓷注塑成型的注塑料由陶瓷粉末、粘合剂等多种成分构成，通常情况下，这些注塑料的流动性随温度增加而增加。在两种不同流速的熔融的注塑料会在型腔的某一处会合，从而形成融合线。传统的注塑成型工艺中，模具温度较低，注塑料与模具之间存在较大温差，因此，注塑料流动的距离越远，其温度降低得越多，其流动性就越差，就容易产生融合线。融合线不能通过传统的注塑工艺彻底消除，烧结后给最终得到的陶瓷制品的强度带来重大隐患。

另一方面，因热流道热咀阀针与模具配合客观影响或冷流道喷嘴影响，会导致注塑过程中，注塑料中形成冷料，并混入制品中，形成冷料痕，造成制品表面不光滑、光泽不良等问题。

本发明中，在注塑成型前，将模具升至70～250℃，优选为150～250℃，能有效将混入制品中的冷料熔化，并保持注塑料在注塑过程中的流动性，从而减少融合线和冷料痕等外观缺陷，并增加了最终陶瓷制品的强度。

进一步地，模具的升温过程控制在5～30s内，也即通过第一次充入热介质在5～30s将模具加热至70～250℃。具体的加热时间，根据所需加热到的温度而定，通常情况下，需要加热到的温度越高，加热时间设定的越长。通过对模具的急速加热，可以使模具更快地进入可注塑成型的最适状态，使整个工艺衔接更为紧密。

本发明中使用的热介质为热水、蒸汽、导热硅油等物质，在使用过程中，通过高压泵将热介质泵入到循环管道中，其注入压力为0.5～2MPa。在高压泵的作用下，热介质能迅速进入到循环管道中，并对模具进行加热，使模具迅速达到所需温度。

陶瓷注塑成型的温度为150～250℃，该温度下，常用的陶瓷注塑料均能保持良好的流动性，利于注塑过程的顺利进行。该温度由注塑成型机控制，代表着射出的注塑料的温度，其与模具的温度差应保持在一定的范围内，来避免上面提到的融合线等缺陷问题。

优选地，陶瓷注塑成型中的射出压力与速度均随着模具的温度增加而减小，最高可减小70％。在传统的注塑成型工艺中，模具温度较低，注塑料流动性较差，需要较大压力与速度来支撑材料流动，在这个过程中，应力也会随之而增加。造成后续烧结后应力释放，使制品出现不同程度的变形。而在本发明中，由于模具温度较高，注塑料的流动性也会得到同步增加，注塑的过程并不需要太大压力，可在常规的注塑压力的基础上进行减少，并且模温越高，减少的程度越大，最大可减少70％的射出压力和射出速度。

并且在传统的注塑成型工艺中，模具温度较低，注塑料流动性较差，射出压力大，制品的头、尾部密度很难保证在正常范围内(3.39±0.01g/cm³)，导致烧结后制品开裂、变形等重大不良。而在本发明中，通过升高模温，提高了注塑料的流动性，射出压力与保压大幅降低，使制品均匀受压，很好地改善了制品头、尾部的密度偏差问题。

本发明所提供的一种陶瓷连续注塑成型工艺，还包括：向循环管道中充入冷介质，使模具降温至30～50℃。开模顶出后，重新向循环管道中第二次充入热介质在模具加热至70～250℃后，合模重新进行陶瓷注塑成型。

降低模具的温度，可以使注塑得到的陶瓷胚体迅速成型，达到适合顶出脱模的状态。在冷却过程中，加大材料在型腔内冷却收缩，同时也起到一定的模内整形作用，避免了因模内收缩不到位，造成胚体变形、结构拉扯、开裂不良。

陶瓷本身具有硬而脆的特性，脱模的温度不能过低，否则陶瓷胚体太脆，容易出现顶裂、拉伤等情况。同时，脱模的温度也不能过高，否则注塑料没有完全固化，容易造成顶出变形。30～50℃是基于发明人长期从事该行业的经验，结合创造性的劳动得到的优化温度范围，在该范围内进行脱模，得到的最终陶瓷制品的外观和结构上的缺陷少，强度更高。

模具的降温过程同样控制在5～30s内，也即通过充入冷介质在5～30s将模具降温至30～50℃。具体的降温时间，根据所需模具降温前的初始温度而定，通常情况下，模具的温度越高，降温时间设定的越长。通过对模具的急速降温，可以使注塑料快速固化，达到适合脱模的温度，不但得到的最终陶瓷制品缺陷更少，还能使整个工艺衔接更为紧密，提高工作效率。

进一步地，本发明中使用的冷介质为冷水、防冻液、制冷剂等物质，在使用过程中，通过高压泵将冷介质泵入到循环管道中，其注入压力为0.5～2MPa。在高压泵的作用下，冷介质能迅速进入到循环管道中，并对模具进行降温，使模具迅速达到适合脱模的温度。

优选地，在将循环管路中的热介质替换为冷介质，或是将冷介质替换为热介质时，先向循环管道进行吹气3～10s，使循环管道排空。将循环管道排空，可以避免两种不同温度的介质互相接触抵消，从而影响改变温度的效果。同时，热介质和冷介质均可以回收再利用，通过吹气可以将热介质或冷介质进行回收，避免热介质和冷介质的浪费。

本发明所提供的一种陶瓷连续注塑成型工艺为了实现连续生产的目的，将整个工艺流程中升温、降温的节点与开模、顶出、合模等工艺节点一一对应，向模具中泵入热介质和冷介质均由一套急冷急热设备进行控制。整个注塑及模具的加热与冷却，都是在普通成型工艺的周期内完成，现有新工艺不会增加周期时间。例如，当注塑成型机开模时，同步将信号给到急冷急热设备，急冷急热设备向模具中泵入热介质，并开始加热。当模具温度升至所需温度时，急冷急热设备向注塑成型机反馈信号，注塑成型机锁模，并进行陶瓷注塑成型。当注塑成型机注塑完成，进入保压程序1～3s后，发射信号给急冷急热设备，急冷急热设备迅速开始对模具水路进行吹气3～10s，将模具循环管道内的热介质排出，再用高压泵注入冷介质进行冷却。当模具冷却至设定温度时，急冷急热设备向注塑成型机反馈信号，注塑成型机开模并将陶瓷胚体顶出。在开模的同时，急冷急热设备再次向模具中泵入热介质，并开始加热，准备进入下一次的注塑工序。

值得注意的是，为提高生产效率，降低周期时间，在完成注塑并开模的同时，急冷急热设备即会再次向模具中泵入热介质，模具的顶出动作必须要在开模后0～5s内完成，否则会因为模具温度过热而造成制品脱模困难。

一种用于上述陶瓷连续注塑成型工艺的模具，该模具包括可以开合的公模和母模，公模和母模围成模腔，该模具围绕模腔设置有循环管道，循环管道通过进口和出口分别与冷热介质提供设备和冷热介质回收设备连通。

进一步地，在本发明其它较佳实施例中，循环管道与模腔的距离为5～15mm，循环管道的直径为5～10mm。循环管道可以回型结构，相邻两端循环管道之间保持10～15mm的间距，以增加与模腔的换热面积，从而达到更好的换热效果。

同时，为了能够经受住高压的冷热介质，模具侧循环管道需能够承受2～6MPa的高压，并能承受250℃以上的高温。

进一步地，在本发明其它较佳实施例中，模具材质可以选用洛氏硬度值大于50且结构组织均匀、热胀冷缩系数小、导热性能良好的钢材，以获得更加的注塑成型效果。

进一步地，在本发明其它较佳实施例中，该模具中设有温度传感器(线)，能够读取模具的瞬时温度。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例

本实施例提供了一种氧化锆陶瓷连续注塑成型工艺，其材料可成型温度范围应在150～200℃内进行，同时，成型过程中模具温度保持在70～200℃的范围内。

本实施例所采用的模具包括可以开合的公模和母模，公模和母模围成模腔，该模具围绕模腔设置有循环管道，循环管道通过进口和出口分别与冷热介质提供设备和冷热介质回收设备连通。其中，循环管道与模腔的距离为10mm，循环管道的直径为8mm。循环管道为回型结构，相邻两端循环管道之间保持10mm的间距。同时，本实施例中的循环管道经过抗压测试和耐高温测试，能够承受至少4MPa的高压，以及250℃的高温。本实施例中所采用的热介质为高温蒸汽，冷介质为冷水(30℃以下)，同时，向模具中泵入热介质和冷介质，以及向模具中进行吹气均由一套急冷急热设备进行控制。

该陶瓷连续注塑成型工艺的具体步骤如下：

S1.注塑成型机开模，并将信号同步到急冷急热设备，急冷急热设备向循环管道中充入高压蒸汽开始加热，加热温度设定为120℃，加热时间的设置为12s，模具由开模、顶出到锁模结束，完成整个行程时间同样设置为12s。

S2.当模具温度达到120℃时，锁模应同步完成，并开始陶瓷注塑成型工序。

S3.注塑完成后，进入保压状态。保压进行1.5s后，急冷急热设备迅速开始对模具循环管路进行吹气，将模具循环水路排空，吹气时长设定为8s。

S4.吹气完成后，急冷急热设备向模具的循环管路中注入水压≥3MPa的冷却水对模具进行冷却，冷却时间设置为15s，目标温度设定为40℃。

S5.待模具冷却至设定温度后，发送信号给注塑成型机，注塑成型机开模，并将信号同步到急冷急热设备，急冷急热设备向循环管道中充入高压蒸汽开始加热，注塑成型机在开模结束后3s内将陶瓷胚体顶出。工序进入到S2步骤，并开始循环连续作业。

本实施例所提供的一种氧化锆陶瓷连续注塑成型工艺，通过模具高温状态下成型，注塑料温度与模具温度更接近，可弥补现有氧化锆材料低温模腔内流动性不足的缺陷，因注塑料流动性的增加，减小成型射出压力与速度40％，对陶瓷胚体密度及应力均衡性改善起到明显效果，同时，消除了融合线，减少表面流痕、冷料不良的产生。在低温状态下脱模，加大材料在型腔内冷却收缩，同时也起到一定的模内整形作用，避免了因模内收缩不到位，造成胚体变形、结构拉扯、开裂不良。

综上所述，本发明提供了一种陶瓷连续注塑成型工艺，其针对陶瓷的材料特性，优化工艺。通过向模具中充入冷热介质，来及时改变模具的温度，以应对注塑过程中不同环节对于不同温度的需求。具体地，模具在注塑成型的过程能保持较高的温度，来增加注塑料的流动性，从而有效降低由于流动性差造成的冷料痕、应力变形等问题。同时，在注塑完成后，又能及时把温度降低，让制品更好的成型，便于将制品从模具中顶出。该工艺将温度变化与注塑成型中各道工序紧密结合，模具冷热变化与开模、顶出、合模等工艺节点一一对应，使得整个工艺紧凑而有序，可以进行连续化生产，提高了生产效率。

本发明还提供了一种用于上述陶瓷连续注塑成型工艺的模具，该模具围绕其模腔设置有循环管道，通过往循环管道中充入冷热介质可以实现对模具温度的及时控制。其温度改变速度快，响应灵敏，能有效应对陶瓷注塑成型过程中对温度变化的需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种陶瓷连续注塑成型工艺，其特征在于，包括：

向模具内部围绕模腔设置的循环管道中第一次充入热介质，使所述模具加热至70～250℃后，进行陶瓷注塑成型；

向所述循环管道中充入冷介质，使所述模具降温至30～50℃，开模顶出后，重新向所述循环管道中第二次充入热介质，在所述模具加热至70～250℃后，合模重新进行所述陶瓷注塑成型，并开始循环连续作业。

2.根据权利要求1所述的陶瓷连续注塑成型工艺，其特征在于，所述模具在5～30s内加热至70～250℃。

3.根据权利要求1所述的陶瓷连续注塑成型工艺，其特征在于，所述模具在5～30s内冷却至30～50℃。

4.根据权利要求1所述的陶瓷连续注塑成型工艺，其特征在于，所述热介质与所述冷介质交替时，先向所述循环管道进行吹气3～10s，使所述循环管道排空。

5.根据权利要求2所述的陶瓷连续注塑成型工艺，其特征在于，所述陶瓷胚体在开始向所述循环管道中第二次充入热介质的0～5s内完成顶出。

6.根据权利要求1所述的陶瓷连续注塑成型工艺，其特征在于，所述陶瓷注塑成型的温度为150～250℃。

7.根据权利要求6所述的陶瓷连续注塑成型工艺，其特征在于，所述陶瓷注塑成型中的射出压力与速度均随着所述模具的温度增加而减小，最高可减小70％。

8.根据权利要求7所述的陶瓷连续注塑成型工艺，其特征在于，所述热介质或所述冷介质的注入压力为0.5～2MPa。

9.一种用于如权利要求1～8任一项所述的陶瓷连续注塑成型工艺的模具，所述模具包括可以开合的公模和母模，所述公模和所述母模围成所述模腔，其特征在于，所述模具围绕所述模腔设置有循环管道，所述循环管道通过进口和出口分别与冷热介质提供设备和冷热介质回收设备连通。

10.根据权利要求9所述的陶瓷连续注塑成型工艺，其特征在于，所述循环管道与所述模腔的距离为5～15mm，所述循环管道的直径为5～10mm。