CN110271121B - 一种模具随形冷却水路防堵塞涂层处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模具随形冷却水路防堵塞涂层处理方法及系统，包括贮水装置、水泵、空压机、加热器、过滤器、压力传感器、温度传感器、输水管路装置、输气管路装置、阀门管路转换装置、人机界面、PLC控制器；各部件间通过所述输水管路装置和所述输气管路装置与3D打印模具连接；所述水泵、空压机、加热器、电磁阀和人机界面均与PLC控制器电性连接，由人机界面操作PLC控制器发号指令控制其他单元运作，所述贮水装置包括涂料储备箱、自来水储备箱和废液回收箱三部分；本发明将涂层处理装置都集成在一起，实现了水路清洗、涂层灌装、表面烘干等工艺的一体化，方便了3D随形冷却水路防堵塞涂层处理的操作，操作方便、移动灵活、节能环保。

Description

一种模具随形冷却水路防堵塞涂层处理方法及系统

技术领域

本发明涉及塑料模具水路防堵塞技术，尤其涉及一种模具随形冷却水路防堵塞涂层处理方法及系统。

背景技术

目前，塑料模具冷却水路是指在模具钢中利用机械加工出来的贯穿性的孔，通过某种冷却介质(如水、油)在其中不停地循环，以控制模具温度，从而更好的控制塑料产品在模具中的冷却与收缩，达到控制产品尺寸及表面质量的目的。

现如今塑料产品的形状越来越复杂多样，含有更多复杂的曲面结构，传统的冷却水路多以钻孔的方式加工成直线型，水路到型腔表面距离不一，使产品难以获得高效均匀的冷却，从而塑件收缩不均，易于产生翘曲变形等缺陷。因此，为解决以上问题，随形冷却水路应运而生。随形冷却水路是指随产品轮廓形状变化而变化的冷却水路，能很好地贴近产品表面，能够使模具型腔温度分布均匀，消除翘曲变形等缺陷，加快塑件的冷却速度，缩短注塑件的制造周期，而随着目前3D打印技术的迅速发展，随形冷却水路越来越多的被应用到复杂模具中去。

中国专利CN201621331723.0公开了一种三维打印成型的并联随形冷却水路模具镶件,所述并联随形水路模具镶件包括镶件基体、并联随形水路结构，所述并联水路结构包括进水水路、出水水路及并联分支水路。目前传统的水路设计一般采用的是串联方式制造，这样针对很多狭窄的深骨位区域有很大的风险，如果有一处堵住导致整条运水报废，本实用新型的并联随形水路结构模具镶件的形状采用3D打印的方式制造，解决传统串联水路堵住而导致整个运水系统报废的风险，即使有一条堵住，其它的运水也可以发挥作用，不至于整个运水系统报废，预防狭窄额深骨区域水路堵塞的风险，不仅能得到较好的冷却效果，且节省了成本。

CN201521000297.8公开了一种聚四氟乙烯涂层灯座，该灯座包括钢制外壳、聚四氟乙烯涂层，所述钢制外壳的内侧壁涂有聚四氟乙烯涂层；钢制外壳采用模具浇铸完成，聚四氟乙烯涂层采用加热滚涂的方式涂在钢制外壳的内侧壁。不采用模具和气囊压法，从而简化了生产工艺，由于内侧壁上开有环形键槽，聚四氟乙烯融化后流到键槽内形成键，卡在键槽内使得聚四氟乙烯涂层不易脱落，聚四氟乙烯采用融化滚涂，使得涂层更加均匀且不会产生气孔，增加了灯座的密封性。

CN200620102762.3公开了一种内防腐铝制柱式暖气片，由带有内防腐涂层的柱式暖气片组成，所述的内防腐涂层为热固性环氧粉末涂层，分别喷涂在构成柱式暖气片的上接、下接、主体的中间通孔的内壁和端头周边的表面上。由多个内防腐铝制柱式暖气片拼装固定成铝制柱式散热器。充分利用铝制柱式暖气片为组合式结构的特点，将原真空灌涂水性防腐涂料改用静电喷涂热固性环氧粉末，喷涂效果在机械强度、附着力、耐腐蚀、老化、耐高温方面都优于真空灌涂水性防腐涂料。对铝制柱式暖气片的各组成零件分别进行静电喷涂内防腐涂层的处理，并可用目测、电测的方法检测内防腐涂层的质量，彻底消除了无涂层死角等隐患，延长了散热器的使用寿命，达到国家标准。

目前，随形冷却水路一般应用在模具不易冷却的局部区域，水路布局受到限制，因此随形水路一般直径较小，最小仅为1mm；此外，3D打印的水路表面相对比较粗糙，由于生产过程经常使用硬水质，在经过长时间的冷热频繁变化使用后，往往会产生大量的水垢和铁锈等附着在管道内壁，引起管路导热不良甚至堵塞的情况，使模具的冷却效果降低，注塑成型周期长，产品质量不稳定；再者，因为随形水路细长且弯曲，通过现存的清洗方法无法有效清除水路内壁附着物；因此，特别需要一种办法能够从根源上解决现有的随形水路易堵塞的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种模具随形冷却水路防堵塞涂层处理方法及系统，以解决以上技术问题；

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：一种模具随形冷却水路防堵塞涂层处理系统，包括贮水装置、水泵、空压机、加热器、过滤器、压力传感器、温度传感器、输水管路装置、输气管路装置、阀门管路转换装置、人机界面、PLC控制器；各部件间通过所述输水管路装置和所述输气管路装置与3D打印随形水路模具连接；

所述贮水装置包括涂料储备箱、自来水储备箱和回水箱三部分；

所述阀门管路转换装置包括的电磁阀为P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇、P₈、P₉、P₁₀、P₁₁、P₁₂；

所述输水管路装置包括P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇、P₈所在的管路；所述输气管路装置包括P₉、P₁₀、P₁₁、P₁₂所在的管路；

所述水泵、空压机、加热器、电磁阀和人机界面均与PLC控制器电性连接，由人机界面操作PLC控制器发出指令控制其他单元运作。

优选的，所述贮水装置中的自来水储备箱和涂料储备箱分别通过输水管路a和输水管路b与水泵连接，所述水泵第二端与输水管路c和输水管路d连接；

输水管路c第二端与系统出口A端连接，输水管路d第二端与系统出口B端连接；

所述输水管路e第一端与回水箱连通，第二端与系统出口A端连接；所述输水管路f第一端分为两支路，输水管路g和输水管路h两支路分别与回水箱和涂料储备箱连接，所述与涂料储备箱连接的支路管路上设置有过滤器；所述输水管路f第二端与系统出口B端连接。

优选的，所述空压机与输气管路的第一端和输气管路的第一端连接；

所述输气管路第二端与输水管路c和输水管路d的第一端连接，输气管路第二端与加热器第一端连接，加热器第二端与输气管路的第一端连接，输气管路的第二端与系统出口B端连接；所述输气管路第一端与大气相通，第二端与系统出口A端连接。

优选的，所述压力传感器和温度传感器设置在系统出口B端附近，用于对系统运行过程中到达模具水路端口的水压和气压以及热风温度进行监测，并反馈到PLC控制器从而调节相关的压力和温度参数至最佳。

一种模具随形冷却水路防堵塞涂层处理方法，具体实施步骤如下：

1)料液准备；根据配比制备聚四氟乙烯或其他氟塑料涂料，装入涂料储备箱中备用；准备适量自来水，装入自来水储备箱中备用；将相应输水管路装置和输气管路装置连接到3D打印随形水路模具的水路两端；

2)水路清洗；启动空压机和水泵，打开P₉，控制P₁、P₃、P₆、P₇打开，运用高压水汽对水路表面进行1-3min的冲刷清洗，将P₁、P₃、P₆、P₇关闭切换成P₁、P₄、P₅打开，对水路表面进行反方向冲刷清洗1-3min，重复以上步骤2-5次对水路表面进行多个循环的双向反复冲刷清洗，彻底去除水路表面残留或半烧结的金属粉末或杂质；随后关闭P₉和空压机，保持水泵开启和P₁、P₃、P₆、P₇或P₁、P₄、P₅打开，对模具水路予以清水冲洗1—3min；最后关闭以上电磁阀和水泵，打开P₁₀、P₁₁、P₁₂，启动空压机和加热器，对清洗干净的水路表面进行热风烘干；

3)涂层灌装；设置水泵输出压力为0.1—0.3MPa，控制水泵启动，打开P₂、P₃、P₆、P₈，使涂料流经模具水路，在水路表面挂壁形成一层聚四氟乙烯涂层或其他氟塑料涂料涂层，随后流经模具水路的涂料经过滤器回收至涂料储备箱；

4)涂层烘干；打开P₁₀、P₁₁、P₁₂，启动空压机和加热器，对步骤3)处理的水路表面涂层进行80-100℃或其他合适温度下的热风慢速烘干，使得涂料稳定地附着在水路表面；

5)重复步骤3)和4)使涂料挂壁若干次，直至涂层达到要求厚度；

6)工件烧结；去除连接在模具水路两端的管路，将涂装好的模具工件放置马弗炉或其他高温烧结设备中，在370—380℃或其他合适温度下烧结10—30min；

7)淬火后处理；将烧结好的工件放入冷水中淬火处理，完成涂层处理。

优选的，在3)步骤中，泵输出压力为0.2MPa时，涂料流经水路表面挂壁一次的涂层厚度为5μm—8μm。

本发明的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

1)本发明从水路表面根源处防止了水路易生垢易生锈易堵塞的问题，节省了后期水路垢锈清理的保养成本；

2)本发明的控制系统成功地将涂层处理装置都集成在一起，实现了水路清洗、涂层灌装、表面烘干等工艺的一体化，方便了3D随形冷却水路防堵塞涂层处理的操作，具有操作方便、移动灵活、节能环保等显著优势，更可用于传统的直线型水路防堵塞涂层的处理。

附图说明

图1为本发明提供的集成控制系统结构原理图。

图2为本发明提供的涂层处理办法涉及的步骤图。

图1中----为控制信号，——为管路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“背面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系。这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供一种模具随形冷却水路防堵塞涂层处理系统,

包括贮水装置、水泵、空压机、加热器、过滤器、压力传感器、温度传感器、输水管路装置、输气管路装置、阀门管路转换装置、人机界面、PLC控制器；各部件间通过所述输水管路装置和所述输气管路装置与3D打印随形水路模具连接；

进一步的，所述贮水装置包括涂料储备箱、自来水储备箱和回水箱三部分；

所述阀门管路转换装置包括电磁阀,分别为P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇、P₈、P₉、P₁₀、P₁₁、P₁₂；

所述输水管路装置包括P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇、P₈所在的管路；所述输气管路装置包括P₉、P₁₀、P₁₁、P₁₂所在的管路(记P_X所在的管路为管路x)；

所述水泵、空压机、加热器、电磁阀和人机界面均与PLC控制器电性连接，由人机界面操作PLC控制器发出指令控制其他单元运作。

作为本发明一个优选的实施例，所述贮水装置中的自来水储备箱和涂料储备箱分别通过输水管路a 1和输水管路b 2与水泵连接，所述水泵第二端与输水管路c 3的第一端和输水管路d 4的第一端连接,输水管路c 3第二端与系统出口A端连接，输水管路d 4第二端与系统出口B端连接；

所述输水管路e 5第一端与回水箱连通，第二端与系统出口A端连接；所述输水管路f 6第一端分为两支路——输水管路g 7和输水管路h 8，两者分别与回水箱和涂料储备箱连接，所述输水管路h 8上设置有过滤器；所述输水管路f 6第二端与系统出口B端连接；

所述空压机与输气管路a 9的第一端和输气管路b 10的第一端连接；所述输气管路a 9第二端与输水管路c 3和输水管路d 4的第一端连接；输气管路b 10第二端与加热器第一端连接，加热器第二端与输气管路c 11的第一端连接，输气管路c 11的第二端与系统出口B端连接；输气管路12第一端与大气相通，第二端与系统出口A端连接；

作为本发明一个优选的实施例，所述输水管路c 3、输水管路e 5、输气管路12第二端与系统出口A端相连；所述输水管路d 4、输水管路f 6、输气管路c 11第二端与系统出口B端相连；

作为本发明一个优选的实施例，所述压力传感器和温度传感器设置在系统出口B端附近，用于对系统运行过程中到达模具水路端口的水压和气压以及热风温度进行监测，并反馈到PLC从而调节相关的压力和温度参数至最佳；

如图2所示，一种模具随形冷却水路防堵塞涂层处理方法，具体实施步骤如下：

1)料液准备；以聚四氟乙烯粉末为主要原料，分散在水中形成浓度为60％的聚四氟乙烯乳液作涂料装入涂料储备箱中备用；准备适量自来水，装入自来水储备箱中备用，按图2所示将相应管路连接到3D打印随形水路模具的水路两端；

2)水路清洗；启动空压机和水泵，打开P₉，控制P₁、P₃、P₆、P₇打开，运用高压水汽对水路表面进行1min的冲刷清洗，将P₁、P₃、P₆、P₇关闭切换成P₁、P₄、P₅打开，对水路表面进行反方向冲刷清洗1min，重复以上步骤3次对水路表面进行3个循环的双向反复冲刷清洗，彻底去除水路表面残留或半烧结的金属粉末或杂质；随后关闭P₉和空压机，保持水泵开启和P₁、P₃、P₆、P₇或P₁、P₄、P₅打开，对模具水路予以清水冲洗2min；最后关闭以上电磁阀和水泵，打开P₁₀、P₁₁、P₁₂，启动空压机和加热器，对清洗干净的水路表面进行热风烘干；

3)涂层灌装；设置水泵输出压力为0.2MPa，控制水泵启动，打开P₂、P₃、P₆、P₈，使涂料流经模具水路，在水路表面挂壁形成一层聚四氟乙烯涂层，随后流经模具水路的涂料经过滤器回收至涂料储备箱；

4)涂层烘干；打开P₁₀、P₁₁、P₁₂，启动空压机和加热器，对步骤3)处理的水路表面涂层进行90℃的热风慢速烘干，使得涂料稳定地附着在水路表面；

5)重复步骤3)和4)使涂料挂壁5次；

6)工件烧结；去除连接在模具水路两端的管路，将涂装好的模具工件放置马弗炉中，在375℃下烧结15min；

7)淬火后处理；将烧结好的工件放入冷水中淬火处理，完成涂层处理。

实验结果验证：灌涂过程中管道通畅，将涂层处理后的工件沿管道所在截面切开，经涂层厚度测厚仪测量，涂层厚度为39μm，表面形成疏水保护层但仍然较为粗糙，涂层具有防粘防腐等性能。

实施例二

实施例一中步骤5)挂壁10次，其余步骤与其相同。

实验结果验证：灌涂过程中管道通畅，将涂层处理后的工件沿管道所在截面切开，经涂层厚度测厚仪测量，涂层厚度为67μm，表面形成疏水保护层且较为光滑，涂层具有防粘防腐等性能。

实施例三

实施例一中步骤5)挂壁15次，其余步骤与其相同。

实验结果验证：灌涂过程中管道通畅，将涂层处理后的工件沿管道所在截面切开，经涂层厚度测厚仪测量，涂层厚度为93μm，涂层表面光滑且坚固，形成疏水保护层，具有防粘防腐等性能。

优选的，当实施例三的所述步骤5)为挂壁15次时，处理得到的涂层性能最佳，其表面光滑且坚固，具有很好的防粘防腐等性能。

经上述试验证明，在3)步骤中，在泵输出压力为0.2MPa下，涂料流经水路表面挂壁一次的涂层厚度约为5μm—8μm；实施人员可根据打印的随形冷却水路表面的粗糙程度的实际情况设置涂料挂壁次数，以达到所需的涂层厚度；在该技术方法下处理的涂层表面光滑且坚固，具有很好的防粘防腐等性能，可以很好的达到水路防堵塞的目的。

以上实施方案仅用于说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种模具随形冷却水路防堵塞涂层处理系统，其特征在于：包括贮水装置、水泵、空压机、加热器、过滤器、压力传感器、温度传感器、输水管路装置、输气管路装置、阀门管路转换装置、人机界面、PLC控制器；各部件间通过所述输水管路装置和所述输气管路装置与3D打印随形水路模具连接；

所述贮水装置包括涂料储备箱、自来水储备箱和回水箱三部分；

所述阀门管路转换装置包括的电磁阀为P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12；

所述输水管路装置包括P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8所在的管路；所述输气管路装置包括P9、P10、P11、P12所在的管路；

所述水泵、空压机、加热器、电磁阀和人机界面均与PLC控制器电性连接，由人机界面操作PLC控制器发出指令控制其他单元运作；

所述贮水装置中的自来水储备箱和涂料储备箱分别通过输水管路a(1)和输水管路b(2)与水泵连接，所述水泵第二端与输水管路c(3)和输水管路d(4)连接；

输水管路c(3)第二端与系统出口A端连接，输水管路d(4)第二端与系统出口B端连接；

输水管路e(5)第一端与回水箱连通，第二端与系统出口A端连接；输水管路f(6)第一端分为两支路，输水管路g(7)和输水管路h(8)，两支路分别与回水箱和涂料储备箱连接，所述与涂料储备箱连接的支路管路上设置有过滤器；所述输水管路f(6)第二端与系统出口B端连接；

所述空压机与输气管路a(9)的第一端和输气管路b(10)的第一端连接；

所述输气管路a(9)第二端与输水管路c(3)和输水管路d(4)的第一端连接，输气管路b(10)第二端与加热器第一端连接，加热器第二端与输气管路c(11)的第一端连接，输气管路c(11)的第二端与系统出口B端连接；输气管路d(12)第一端与大气相通，第二端与系统出口A端连接；

所述压力传感器和温度传感器设置在系统出口B端附近，用于对系统运行过程中到达模具水路端口的水压和气压以及热风温度进行监测，并反馈到PLC控制器从而调节相关的压力和温度参数至最佳；

模具随形冷却水路防堵塞涂层处理方法具体实施步骤如下：

1)料液准备；根据配比制备聚四氟乙烯或其他氟塑料涂料，装入涂料储备箱中备用；准备适量自来水，装入自来水储备箱中备用；将相应输水管路装置和输气管路装置连接到3D打印随形水路模具的水路两端；

2)水路清洗；启动空压机和水泵，打开P9，控制P1、P3、P6、P7打开，运用高压水汽对水路表面进行1-3min的冲刷清洗，将P1、P3、P6、P7关闭切换成P1、P4、P5打开，对水路表面进行反方向冲刷清洗1-3min，重复以上步骤2-5次对水路表面进行多个循环的双向反复冲刷清洗，彻底去除水路表面残留或半烧结的金属粉末或杂质；随后关闭P9和空压机，保持水泵开启和P1、P3、P6、P7或P1、P4、P5打开，对模具水路予以清水冲洗1—3min；最后关闭以上电磁阀和水泵，打开P10、P11、P12，启动空压机和加热器，对清洗干净的水路表面进行热风烘干；

3)涂层灌装；设置水泵输出压力为0.1—0.3MPa，控制水泵启动，打开P2、P3、P6、P8，使涂料流经模具水路，在水路表面挂壁形成一层聚四氟乙烯涂层或其他氟塑料涂料涂层，随后流经模具水路的涂料经过滤器回收至涂料储备箱；

4)涂层烘干；打开P10、P11、P12，启动空压机和加热器，对步骤3)处理的水路表面涂层进行80-100℃温度下的热风慢速烘干，使得涂料稳定地附着在水路表面；

5)重复步骤3)和4)使涂料挂壁若干次，直至涂层达到要求厚度；

6)工件烧结；去除连接在模具水路两端的管路，将涂装好的模具工件放置马弗炉中，在370—380℃温度下烧结10—30min；

7)淬火后处理；将烧结好的工件放入冷水中淬火处理，完成涂层处理；

在3)步骤中，泵输出压力为0.2MPa时，涂料流经水路表面挂壁一次的涂层厚度为5μm—8μm。

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