CN207128140U - 用二氧化碳冷却的模塑设备 - Google Patents

Abstract

一种用二氧化碳冷却的模塑设备，所述模塑设备包括模具和位于模具内的一个或多个核心块，在所述模具和所述核心块之间围出用于模塑的模塑空间，所述核心块内部具有沿着该核心块的纵轴延伸的中空通道，该中空通道的一端对外部开放，另一端封闭，二氧化碳管道从开放的一端进入该中空通道，在该中空通道内延伸，在所述二氧化碳管道和所述中空通道侧壁之间存在间隙空间。

Description

用二氧化碳冷却的模塑设备

技术领域

本实用新型涉及塑料模塑领域，更具体来说，本实用新型涉及一种用于塑料模塑的设备，在该设备中使用二氧化碳管道对模具的局部进行冷却，以避免局部温度过高带来的缺陷。

背景技术

在制作热塑性塑料制品时需要用到模具，其用来对注入其中的塑料进行定形(比如在一个空腔里，又可以称模具型腔或模腔)，然后进行冷却，等塑料充满模具且达到合适的温度后从模具中脱离出来。因此，模具的温度和温度分布对于冷却时间和塑料制品的质量起着决定性作用。为了使塑料可以冷却同时维持一个特定的模具温度，塑料传到模具的热量必须通过一个控温系统从模具中散出。用于生产热塑性塑料制品的模具通常是用水和油来控温。因此需要在模具中加入相应的控温通道，使液体介质可以在模具中流通。为使温度分布均匀，控温通道之间以及控温通道与模具型腔之间需要保持合适的距离，否则会造成模具中不同部位温差较大以及某些区域温度过高。控温通道离工件相关区域越远，模具中工件相关区域与控温介质的温差就越大。局部温度过高会导致冷却时间和成型周期延长及塑件制品的质量缺陷(比如光斑)。由于模具空间或者生产技术原因，模具中某些区域不能被足够控温。该区域包括核心块，滑块，热流道喷嘴，小体积/薄壁模具元件及其他可动部件，这些区域只能通过非常复杂的技术和很高的成本才可以实现针对性的控温。

现有技术中记载的模具温控技术除了通过如上所述用水和油对模具和模具元件的控温以外，还包括利用二氧化碳结合烧结多孔的金属来进行冷却，相关的技术可参见WO96/35563A1，WO92/15439A1以及DE3322312C2。在这些技术中，通过二氧化碳释压所产生形态的变化(从液态到气态)，使二氧化碳释压区域的热量被带走。二氧化碳通过膨胀空间的孔洞被引入，再通过模具孔洞结构使直到接近模腔表面的热量被带走，膨胀的气体会通过中空通道被排出模具。但是这种控温技术只有当二氧化碳和微孔钢一起使用时才有效果。因为不可能所有模具都使用微孔钢，那些由传统材料而不是微孔钢构成的模具，即没有微孔结构的材料，也需要被冷却。这些材料可以是钢，铝，铜或者其他合金。

因此，本领域迫切希望开发一种新的模具冷却技术，该技术需要能够对模具中需要冷却的区域进行有效、均匀而精准的冷却，由此实现对模具以及模具内塑料的良好温控，同时还可在不使用微孔钢的情况下实现二氧化碳气体的有效排出。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提供了一种用于进行模塑的模塑设备，所述模塑设备包括模具和位于模具内的一个或多个核心块，在所述模具和所述核心块之间围出用于模塑的模塑空间，所述核心块内部具有沿着该核心块的纵轴延伸的中空通道，该中空通道的一端对外部开放，另一端封闭，二氧化碳管道从开放的一端进入该中空通道，在该中空通道内延伸，在所述二氧化碳管道和所述中空通道侧壁之间存在间隙空间。

根据本实用新型的一个实施方式，所述中空通道沿着所述核心块的纵轴延伸的长度为所述核心块纵向总长度的50-99％。

根据本实用新型的一个实施方式，所述二氧化碳管道的出气端与所述中空通道封闭端之间的空间为膨胀/换热空间，该膨胀/换热空间沿着所述中空通道纵轴的长度≥2毫米。

根据本实用新型的一个实施方式，所述核心块的外直径小于或等于7毫米且大于或等于2毫米，所述核心块外表面与所述中空通道之间的壁厚度≥0.5 毫米。

根据本实用新型的一个实施方式，在模塑操作过程中，所述模具和所述核心块之间围出的模塑空间内注入有熔融模塑材料，且有高压二氧化碳从所述二氧化碳管道内流过，从所述二氧化碳管道的末端开口进入所述膨胀/换热空间，在所述膨胀/换热空间内发生膨胀和换热，然后经由所述中空通道排放到所述模塑设备以外。

根据本实用新型的一个实施方式，所述核心块在所述模具之内的位置可以移动。

根据本实用新型的一个实施方式，所述模具是非多孔性的。根据本实用新型的另一个实施方式，所述核心块是非多孔性的。

通过使用本实用新型的模塑设备可以针对性地冷却模具的高温区域。该设备包括用于固体材料的模具(例如钢，铝，铜或者其他合金)，在相应冷却区域有相应的通道。在该通道里二氧化碳通过管道被注入至所需要冷却的区域。可以通过加工现有的模具来使用该方法，避免模具局部温度过高。特别是在热塑性塑料的加工过程中可以明显缩短成型周期和降低成型缺陷(例如光斑)。

附图说明

图1显示了根据本实用新型的一个实施方式的模塑设备的截面图。

图1中的编号所对应的部件如下所述：

1：模具

2：塑料

3：核心块材料(固体)

4:膨胀/换热空间

5：二氧化碳管道

6：二氧化碳管道与膨胀空间壁之间用以排放膨胀二氧化碳的空间

具体实施方式

本文所公开的“范围”以下限和上限的形式。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有可以这种方式进行限定的范围是包含和可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。

在本实用新型中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。

如果没有特别指出，本说明书所用的术语“两种”指“至少两种”。

在本实用新型中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。

在本实用新型中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

在本实用新型中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，但是优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a) 和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。

在本实用新型中，如果没有特别的说明，本文所提到的“包括”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”可以表示还可以包含没有列出的其他元件，也可以仅包括列出的元件。

如图1所示，本实用新型的设备包括模具和位于模具1内的一个或多个核心块3，在所述模具和所述核心块之间围出模塑空间，该模塑空间对应于最终塑料2形成的模塑产品的形状。在所述模塑操作过程中，需要将熔融状态的塑料注入所述模塑空间中，并且需要保持整个模塑空间内的温度分布尽可能均匀。在所述核心块之内具有中空通道，该通道形成膨胀空间4，例如可以通过钻孔形成该膨胀空间。可以通过柔软的细管(即所述二氧化碳管道5)将高压二氧化碳连续不断地注入，高压二氧化碳在所述膨胀空间内发生膨胀，在膨胀的过程中经过膨胀空间壁(即核心块壁)与模塑空间内的熔融塑料之间发生传热，以保持整个模塑空间内熔融塑料的均匀温度分布。所述核心块的数量及其在模具内的位置可以根据需要设置，以使得模塑空间内所需的位置都可以与核心块内部的二氧化碳之间发生热交换。从图1可以看到在二氧化碳管道5和膨胀空间4的内壁之间存在空隙，膨胀的二氧化碳通过该空隙从模具排出。此时气态的二氧化碳会以较低的浓度散布到周围的环境中，或者也可以在图1所示空隙的下端开口处设置特殊的系统，回收该二氧化碳，进行冷却、加压等操作之后重新利用。

如上文所述，核心块的尺寸由塑料模塑产品所需的尺寸所决定。拥有外直径大约为7mm以及更大的核心块可以通过现有技术使用传统的油或者水等液态介质来冷却。这需要在该核心块里为液态介质增加注入和排出通道。但是在需要制造结构更为精细的模塑产品的时候，需要使用尺寸更小的核心块，此时要在核心块内部形成液体介质通道是非常困难的，并且由于制造的复杂性以及控温装置的高压高温的功率，导致造价成本非常高。除此之外，当使用液体冷却基质通道的时候，在实际应用中还可能出现通道堵塞(例如钙的堆积)，导致明显降低或者停止散热。如果在此种尺寸较小的核心块中采用液体冷却介质，在模具的一些特定区域会产生局部温度过高的问题，这些问题亟待解决。虽然有人提出可以通过结构设计改善液体冷却介质的流动，但是由于制造技术的原因，可能无法在需要冷却的区域附近加工形成具有所需尺寸或部件的液体冷却介质通道。比如说，有时候可能需要在需要冷却的区域设置用于喷射或引导液体冷却介质的功能元件，例如喷射器，才能实现严格的控温效果，但是实际情况下由于成本或制造工艺的限制，根本无法在所需冷却区域周围或附近安装上述功能原件，因此自然也就无法实现预期的温控效果。

在本实用新型中在小尺寸的核心块内部使用更小尺寸的二氧化碳输送和膨胀通道，对于此种使用二氧化碳控温的引导系统和换热横截面，其核心块以及其他的模具的元件仅需外直径在3mm左右，由此壁厚相应地减小。由于二氧化碳可以通过极为柔软细小的管道针对性地注入相比二氧化碳管道外形尺寸更大的膨胀空间中任意特定的局部重要区域，在通过核心块对塑料进行整体冷却的同时，兼顾某些局部热点区域的重点温度控制。在此情况下就可以实现精确、均匀且持久的控温，并且二氧化碳的导出方式设计避免了堵塞的问题。

本实用新型所述的模塑设备的优点是二氧化碳可以通过导入系统注入至所有模具中并用来冷却。因此可以通过本实用新型的技术对现有的且存在局部区域温度过高问题的模具进行改良，以消除其局部温度过高以及二氧化碳排放困难的问题。

对于导入系统和换热面积(膨胀空间)及气体的排出，本实用新型所需要膨胀空间的直径/高度仅仅需要大约2mm。因此在一些现有技术难以实施的特定区域，例如因为其结构或者几何大小使得用于流通液体介质的控温通道无法被引入的区域，通过本实用新型的技术可以使这些区域所存在的控温问题 (因为技术或者成本问题的原因)得到解决。这些区域优选外直径或者壁厚小于7mm的区域。当然这个工艺也可以用于较大横截面的区域。

下面通过具体的实施例来更具体地说明本实用新型的优选实施方式，但是本实用新型的保护范围不仅限于此。可以通过对本实用新型的优选实施方式进行各种改变或者组合，在不超出本实用新型权利要求书限定的保护范围的前提下，获得本实用新型其它的实施方式，依然能够实现类似的技术效果。

实施例

实施例1：

在该实施例中使用如图1所示的模塑设备，模具1由钢形成，为非多孔的。在定形过程中，将熔融态的塑料注入该模具与核心块3之间围出的模塑空间。所述核心块为圆柱形结构，其横截面外径为3毫米，在所述核心块内部为单面开口的通道状空间，即膨胀/换热空间，该空间的横截面直径为2毫米。如图1 所示，二氧化碳管道5插入该膨胀/换热空间4中，二氧化碳管道5的直径远小于2毫米，因此可以轻易地插入该膨胀/换热空间4中。高压的二氧化碳通过此管道5被注入进膨胀/换热空间4并在管道5上部的出口处释放出来，使得周围环境内的热量被带走，从而使核心块3可以针对性地冷却。膨胀的二氧化碳通过二氧化碳管道5与膨胀空间壁之间的空间6排出到模具1之外。在该实施例中，模塑空间内的塑料总体实现稳定的温度分布控制，制得的塑料模塑产品中不存在任何成型缺陷。

Claims (8)

1.一种用二氧化碳冷却的模塑设备，所述模塑设备包括模具和位于模具内的一个或多个核心块，在所述模具和所述核心块之间围出用于模塑的模塑空间，所述核心块内部具有沿着该核心块的纵轴延伸的中空通道，该中空通道的一端对外部开放，另一端封闭，二氧化碳管道从开放的一端进入该中空通道，在该中空通道内延伸，在所述二氧化碳管道和所述中空通道侧壁之间存在间隙空间。

2.如权利要求1所述的用二氧化碳冷却的模塑设备，其特征在于，所述中空通道沿着所述核心块的纵轴延伸的长度为所述核心块纵向总长度的50-99％。

3.如权利要求1所述的用二氧化碳冷却的模塑设备，其特征在于，所述二氧化碳管道的出气端与所述中空通道封闭端之间的空间为膨胀/换热空间，该膨胀/换热空间沿着所述中空通道纵轴的长度≥2毫米。

4.如权利要求1所述的用二氧化碳冷却的模塑设备，其特征在于，所述核心块的外直径小于或等于7毫米且大于或等于2毫米，所述核心块外表面与所述中空通道之间的壁厚度≥0.5毫米。

5.如权利要求3所述的用二氧化碳冷却的模塑设备，其特征在于，在模塑操作过程中，所述模具和所述核心块之间围出的模塑空间内注入有熔融模塑材料，且有高压二氧化碳从所述二氧化碳管道内流过，从所述二氧化碳管道的末端开口进入所述膨胀/换热空间，在所述膨胀/换热空间内发生膨胀和换热，然后经由所述中空通道排放到所述模塑设备以外。

6.如权利要求1所述的用二氧化碳冷却的模塑设备，其特征在于，所述核心块在所述模具之内的位置可以移动。

7.如权利要求1所述的用二氧化碳冷却的模塑设备，其特征在于，所述模具是非多孔性的。

8.如权利要求1所述的用二氧化碳冷却的模塑设备，其特征在于，所述核心块是非多孔性的。