CN110524780B - 一种多层成型模具及使用其的发泡材料多层成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层成型模具，包括动模、定模和定位轴，定模和动模之间平行地设置有多层模具，每层模具的外围经定位轴贯穿，每层模具中经一隔离板分隔为上下两个独立的腔体，每层模具分为公模和母模，模具的下侧具有压合面，模具的上侧具有受压面，沿压合面和受压面均匀地开设有与腔体连通的蒸汽孔，多个进料孔自上而下地贯通模具，模具的下腔体内设置有用于封闭进料孔的截料板，每层模具的一侧设有管接口，另一侧设有用于控制模具升降的二阶锁模油缸。本发明的多层成型模具在同等投影面积下可以同时生产多个制品，节省空间且提升了生产效率；同时由于每两个模具腔体相连有共面，相对多个独立模具来说能耗浪费极少。
Description
技术领域
本发明涉及模具技术领域，尤其涉及一种多层成型模具及通过该模具实现的发泡材料的多层成型工艺。
背景技术
发泡材料，例如发泡热塑性聚氨酯材料(E-TPU)因质量轻、弹性好，且其本身具有高耐磨、耐化学性等诸多优点，广泛应用于鞋材、汽车内饰等领域。当前，这类发泡材料制备工艺多是依赖模具对发泡颗粒进行蒸汽模压加工成型，需要在提供蒸汽加热的同时对模具中的发泡材料进行加压，这样的设备结构复杂且占地面积大、耗能高，而且一台设备只能用于一个产品的成型，因而存在生产效率低的缺点。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种多层成型模具及通过该模具实现的发泡材料的多层成型工艺，能够实现多个产品同时成型，提高生产效率。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是实现多个产品同时成型的目的。
为实现上述目的，本发明提供了一种多层成型模具，包括位于顶部的动模、位于底部的定模以及连接于动模和定模之间的多个定位轴，其中，定模和动模之间平行地设置有多层模具，每层模具的外围经定位轴贯穿，每层模具中经一隔离板分隔为上下两个独立的腔体，每层模具分为公模和母模，其中，公模位于模具的下侧且具有向外凸出的压合面，母模位于模具的上侧且具有向内凹入的受压面，沿压合面和受压面均匀地开设有与腔体连通的蒸汽孔，多个进料孔自上而下地贯通模具，模具的下腔体内设置有用于封闭进料孔的截料板，每层模具的一侧设有分别与上、下腔体连通的管接口，另一侧设有用于控制模具升降的二阶锁模油缸。
进一步地，隔离板的上下侧设有两条独立的水冷管路，两条水冷管路分别负责上腔体和下腔体的冷却，上腔体的排水口在隔离板的最低位，且排水口外侧连接有排水管，下腔体从蒸汽孔排水。
进一步地，沿水冷管路的外侧均匀地分布有朝向腔体内的雾化喷头。
进一步地，截料板由截料气缸推动而在水平方向前后运动，截料气缸固定于腔体的外侧，截料气缸的伸缩杆穿入腔体内与截料板连接，截料板的尺寸大于进料孔的截面尺寸。
进一步地，处于中间的每层模具中，二阶锁模油缸的油缸设置在模具的一侧，伸缩杆的远端固定于下一层模具的同侧；处于最下层的模具，其二阶锁模油缸的油缸设置在模具的一侧，伸缩杆的远端固定于定模的同侧。
进一步地，管接口通过气体管路将气体导入腔体中，气体包括蒸汽和高压压缩空气。
进一步地，两层模具之间设有模间距传感器。
进一步地，动模的上侧连接有下压装置，动模的下侧为具有压合面的公模。
进一步地，定模的上侧为具有受压面的母模。
本发明还提供了一种发泡材料的多层成型工艺，其使用上述的多层成型模具，并包括以下步骤：
(1)通过二阶锁模油缸调节上下模具的间隔达到第一间距，将发泡颗粒沿进料孔送入至模具之间的空隙内，填满后驱动截料板将进料孔封闭，达到第一间距后是否需要蒸汽预热，取决于工艺条件，需要预热的情况下，事先用管接口连接蒸汽源，根据需要的工艺输入蒸汽，使蒸汽通过蒸汽孔渗出对模具和发泡颗粒进行预热；
(2)通过二阶锁模油缸进一步缩小上下模具的间隔达到第二间距，第二间距小于第一间距，使模具完全闭合，同时，管接口连接蒸汽源，根据需要的工艺输入蒸汽，使蒸汽通过蒸汽孔渗出，发泡颗粒受热表面微融，公模和母模给予发泡颗粒压力，从而使发泡颗粒相互粘合在一起，从而成型；
(3)关闭蒸汽源，向水冷管路中通入冷却水，对成型的产品进行水冷定型；
(4)产品定型后，通过二阶锁模油缸提升公模，将产品取出。
技术效果：
本发明的多层成型模具主要用于立式成型机使用，在同等投影面积下可以同时生产多个制品，不仅节省整机设备占地面积而且极大提升了生产效率；同时由于每两个模具腔体相连有共面，加热和冷却没有过多模架浪费热量，所以相对多个独立模具来说能耗浪费极少。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的多层成型模具的结构示意图。
图2是本发明的多层成型模具的模具部分的内部结构示意图。
图中，1动模，2定模，3定位轴，4模具，41腔体，42管接口，43压合面，44受压面，45蒸汽孔，46排水口，5进料孔，6截料板，7截料气缸，8二阶锁模油缸，81伸缩杆，9模间距传感器，10水冷管路，11雾化喷头，12隔离板。
具体实施方式
如图1所示为本发明提供的一种多层成型模具，包括位于顶部的动模1、位于底部的定模2以及连接于动模1和定模2之间的多个定位轴3，定模2和动模1之间平行地设置有多层模具4，每层模具4的外围经定位轴3贯穿，每层模具4中经一隔离板12分隔为上下两个独立的腔体41，每层模具4分为公模和母模。动模1和定模2为常规模具，优选地，定位轴3设置为个，且分别穿过模具4外围的四个角，定位轴主要是用于防止每相邻两层模具4之间相对位置发生改变。
每层模具4的一侧设有分别与上、下腔体连通的管接口42，管接口42通过气体管路将气体导入腔体41中，气体包括蒸汽和高压压缩空气。两个独立腔体41为蒸汽室，成型加热时由蒸汽管路输送蒸汽进入蒸汽室；成型完毕需要输送高压气清理腔体时直接输入高压压缩空气。
每层模具4中，公模位于模具4的下侧且具有向外凸出的压合面43，母模位于模具4的上侧且具有向内凹入的受压面44，沿压合面43和受压面44均匀地开设有与腔体41连通的蒸汽孔45，多个进料孔5自上而下地贯通模具4，模具4的下腔体内设置有用于封闭进料孔5的截料板6，截料板6由截料气缸7推动而在水平方向前后运动，截料气缸7固定于腔体41的外侧，截料气缸7的伸缩杆81穿入腔体41内与截料板6连接，截料板6的尺寸大于进料孔5的截面尺寸。物料通过进料孔5而到达上下模具4之间的成型空隙中，由于进料孔5是自上而下贯通的，当物料自上而下进入后，依次地先填满处于下方的一个成型间隙，然后填满紧邻于上方的一个成型间隙；当需要停止进料时，由截料气缸7推动截料板6来封闭进料孔5。
每层模具4的相对于管接口42的另一侧设有用于控制模具4升降的二阶锁模油缸8。进一步地，对于位于中间的每层模具4中，二阶锁模油缸8的油缸设置在模具4的一侧，伸缩杆81的远端固定于下一层模具4的同侧；对于位于最下层的模具4，其二阶锁模油缸8的油缸设置在模具4的一侧，伸缩杆81的远端固定于定模2的同侧。动模1的上侧连接有下压装置，动模1的下侧为具有压合面43的公模。定模2固定在整个装置的底部，定模2的上侧为具有受压面44的母模。两层模具4之间设有模间距传感器9，用来确定两模具4的实际距离，配合二阶锁模油缸，根据实际成型材料和工艺投入使用，例如，在用于如E-TPU成型时送料的方案为：首先两模具之间间距运行至1mm，送料完毕后再闭模。
隔离板12的上下侧设有两条独立的水冷管路10，两条水冷管路10分别负责上腔体和下腔体的冷却，上腔体的排水口46在隔离板12的最低位，且排水口46外侧连接有排水管，下腔体直接从蒸汽孔45排水。另外优选地，上腔体的排水口46处设置有控制阀，当上腔体通入蒸汽时，控制阀关闭排水口46，以减少由于蒸汽流出而造成热量的损失。沿水冷管路10的外侧均匀地分布有朝向腔体41内的雾化喷头11，采用雾化喷头11喷淋雾化水滴，可以增加冷却面积，提升冷却效率。水冷管路10根据成型工艺对冷却速率和冷却面积的要求，可设置为直管或者盘管的形式，其中，采用盘管的方式具有更大接触面积，能够提高冷却的效率。
本发明还提供了一种发泡材料的多层成型工艺，其使用上述的多层成型模具，具体地，包括以下步骤：
(1)通过二阶锁模油缸调节上下模具的间隔达到第一间距，将发泡颗粒沿进料孔送入至模具之间的空隙内，填满后驱动截料板将进料孔封闭；
(2)通过二阶锁模油缸进一步缩小上下模具的间隔达到第二间距，第二间距小于第一间距，使模具完全闭合，同时，管接口连接蒸汽源，根据需要的工艺输入蒸汽，使蒸汽通过蒸汽孔渗出，发泡颗粒受热表面微融，公模和母模给予发泡颗粒压力，从而使发泡颗粒相互粘合在一起，从而成型；
(3)加热完成后，停止蒸汽通入，水冷管路通入冷却水，对模具和成型的产品进行降温，产品经水冷定型；
(4)产品定型后，通过二阶锁模油缸提升公模，将产品取出。
实施例1
本实施例提供了使用本发明的多层成型模具进行的微发泡材料模压成型的工艺，首先将原料TPU颗粒投入高压反应釜中，充入二氧化碳，逐渐提高反应釜中的压强和温度，直至达到15MPa、40℃后，反应釜中的二氧化碳达到超临界状态，在此状态下渗透2h后以0.5Mpa/s快速泄压，然后将渗透好的复合颗粒迅速放入发泡设备中加热发泡，制备得到发泡TPU颗粒；然后设置多层成型模具，通过二阶锁模油缸调节上下模具的间隔达到2-3mm，沿进料孔送入TPU发泡颗粒，待填满后通过截料气缸推动截料板将进料孔封闭，再通过二阶锁模油缸缩小上下的公母模具间隔至1mm或小于1mm，使模具完全闭合，模具的上、下腔体中通入蒸汽，蒸汽向模具之间的发泡颗粒渗透，使发泡颗粒表面微融，在压力作用下使发泡颗粒相互粘合在一起，从而成型；加热完成后，停止蒸汽通入，水冷管路通入冷却水对模具和成型的产品进行降温，产品经水冷定型，然后通过二阶锁模油缸抬升模具，增大间隔后取出产品。
实施例2
本实施例提供了使用本发明的多层成型模具进行的微发泡材料模压成型的工艺，首先将原料EVA颗粒投入高压反应釜中，充入二氧化碳，逐渐提高反应釜中的压强和温度，直至达到20MPa、50℃后，反应釜中的二氧化碳达到超临界状态，在此状态下渗透1.5h后以0.5Mpa/s快速泄压，然后将渗透好的复合颗粒迅速放入发泡设备中加热发泡，制备得到发泡EVA颗粒；然后设置多层成型模具，通过二阶锁模油缸调节上下模具的间隔达到3mm，沿进料孔送入TPU发泡颗粒，待填满后通过截料气缸推动截料板将进料孔封闭，再通过二阶锁模油缸缩小上下的公母模具间隔至1mm或小于1mm，使模具完全闭合，模具的上、下腔体中通入蒸汽，蒸汽向模具之间的发泡颗粒渗透，使发泡颗粒表面微融，在压力作用下使发泡颗粒相互粘合在一起，从而成型；加热完成后，停止蒸汽通入，水冷管路通入冷却水对模具和成型的产品进行降温，产品经水冷定型，然后通过二阶锁模油缸抬升模具，增大间隔后取出产品。
本发明的多层成型模具主要用于立式成型机使用，在同等投影面积下可以同时生产多个制品，不仅节省整机设备占地面积而且极大提升了生产效率；同时由于每两个模具腔体相连有共面，加热和冷却没有过多模架浪费热量，所以相对多个独立模具来说能耗浪费极少。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种发泡材料多层成型工艺，包括位于顶部的动模、位于底部的定模以及连接于动模和定模之间的多个定位轴，其特征在于，定模和动模之间平行地设置有多层模具，每层模具的外围经定位轴贯穿，每层模具中经一隔离板分隔为上下两个独立的腔体，每层模具分为公模和母模，其中，公模位于模具的下侧且具有向外凸出的压合面，母模位于模具的上侧且具有向内凹入的受压面，沿压合面和受压面均匀地开设有与腔体连通的蒸汽孔，多个进料孔自上而下地贯通模具，模具的下腔体内设置有用于封闭进料孔的截料板，每层模具的一侧设有分别与上、下腔体连通的管接口，另一侧设有用于控制模具升降的二阶锁模油缸；
(1)通过二阶锁模油缸调节上下模具的间隔达到第一间距，将发泡颗粒沿进料孔送入至模具之间的空隙内，填满后驱动截料板将进料孔封闭，达到第一间距后是否需要蒸汽预热，取决于工艺条件，需要预热的情况下，事先用管接口连接蒸汽源，根据需要的工艺输入蒸汽，使蒸汽通过蒸汽孔渗出对模具和发泡颗粒进行预热；
(2)通过二阶锁模油缸进一步缩小上下模具的间隔达到第二间距，第二间距小于第一间距，使模具完全闭合，同时，管接口连接蒸汽源，根据需要的工艺输入蒸汽，使蒸汽通过蒸汽孔渗出，发泡颗粒受热表面微融，公模和母模给予发泡颗粒压力，从而使发泡颗粒相互粘合在一起，从而成型；
(3)关闭蒸汽源，向水冷管路中通入冷却水，对成型的产品进行水冷定型；
(4)产品定型后，通过二阶锁模油缸提升公模，将产品取出。
2.如权利要求1所述的发泡材料多层成型工艺，其特征在于，隔离板的上下侧设有两条独立的水冷管路，两条水冷管路分别负责上腔体和下腔体的冷却，上腔体的排水口在隔离板的最低位，且排水口外侧连接有排水管，下腔体从蒸汽孔排水。
3.如权利要求2所述的发泡材料多层成型工艺，其特征在于，沿水冷管路的外侧均匀地分布有朝向腔体内的雾化喷头。
4.如权利要求1所述的发泡材料多层成型工艺，其特征在于，截料板由截料气缸推动而在水平方向前后运动，截料气缸固定于腔体的外侧，截料气缸的伸缩杆穿入腔体内与截料板连接，截料板的尺寸大于进料孔的截面尺寸。
5.如权利要求1所述的发泡材料多层成型工艺，其特征在于，处于中间的每层模具中，二阶锁模油缸的油缸设置在模具的一侧，伸缩杆的远端固定于下一层模具的同侧；处于最下层的模具，其二阶锁模油缸的油缸设置在模具的一侧，伸缩杆的远端固定于定模的同侧。
6.如权利要求1所述的发泡材料多层成型工艺，其特征在于，管接口通过气体管路将气体导入腔体中，气体包括蒸汽和高压压缩空气。
7.如权利要求1所述的发泡材料多层成型工艺，其特征在于，两层模具之间设有模间距传感器。
8. 如权利要求1所述的发泡材料多层成型工艺，其特征在于，动模的上侧连接有下压装置，动模 的下侧为具有压合面的公模。
9.如权利要求1所述的发泡材料多层成型工艺，其特征在于，定模的上侧为具有受压面的母模。
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