專利名稱：一種電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型為屬于材料加工學科的注塑成型技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電熱式、浮 動式快速熱循環(huán)注塑模具。
背景技術(shù)：
注塑成形工藝具有成形效率高、產(chǎn)品形狀復雜、形狀尺寸精度高等特點，獲得了越 來越廣泛的應(yīng)用。隨著通訊、電子、家電等行業(yè)的迅猛發(fā)展，對塑料制品的力學性能、外觀質(zhì) 量、形狀尺寸精度以及生產(chǎn)過程中節(jié)能減排效果等提出了更高的要求。通常的塑料注射模具動模和定模上只設(shè)置冷卻管道，冷卻管道中通以冷卻水，以 保證模具的溫度，模具的溫度控制通過模溫機實現(xiàn)，一般溫度大約在50°C左右，即傳統(tǒng)注塑 工藝的模具溫度采用恒定模溫控制策略。為了獲得較高的生產(chǎn)效率，采用恒定模溫控制策 略的傳統(tǒng)注塑工藝的模具溫度一般較低，使得塑料熔體在充模流動過程中，過早地冷卻凝 固，從而提高了塑料熔體的流動阻力，降低了塑料熔體的流動能力和壓力傳遞效果，這將導 致塑料制品很難避免熔接痕、流動痕、凹陷、短射、殘余應(yīng)力過高、浮纖等缺陷的發(fā)生?？焖贌嵫h(huán)注塑技術(shù)是一種動態(tài)模溫控制的注塑技術(shù)，與常規(guī)注塑技術(shù)不同，其 將模具溫度控制分為加熱、高溫保持、冷卻、低溫保持等四個階段。這種模溫控制方式，使得 塑料熔體可以在高模溫下充模，大大改善了塑料熔體的流動行為，從而解決了常規(guī)注塑工 藝因填充階段熔體溫度與模具溫度巨大的差異而造成的一系列固有缺陷，極大地提高了塑 件的品質(zhì)，可完全消除常規(guī)注塑技術(shù)的打磨、噴涂等污染環(huán)境和增加生產(chǎn)成本的后續(xù)處理 過程。實現(xiàn)快速熱循環(huán)注塑技術(shù)需要注塑模具中設(shè)置加熱和冷卻管路，快速實現(xiàn)模具型 腔的交替加熱與冷卻，提高生產(chǎn)效率。目前模具加熱主要通過電加熱、高溫蒸汽、高溫油和 高溫水，等實現(xiàn)，冷卻通常采用冷卻水來實現(xiàn)?？焖贌嵫h(huán)注塑模具中的加熱和冷卻管道主 要有兩類形式，一類是加熱和冷卻管道分別獨立設(shè)置，即加熱時，在加熱管道內(nèi)通入加熱介 質(zhì)或通過埋入的電加熱元件進行加熱，冷卻時，在冷卻管道通入冷卻介質(zhì)。另一類則是加熱 和冷卻管道為同一組管道，S卩加熱時管道內(nèi)通入加熱介質(zhì)，冷卻時在管道中通入冷卻介質(zhì)， 此類方式不適合于電加熱快速熱循環(huán)模具。對比上述加熱與冷卻方式，高溫蒸汽、高溫油和 高溫水的加熱方式需要高溫蒸汽鍋爐等輔助高溫介質(zhì)加熱系統(tǒng)，增加成本，占用場地，鋪設(shè) 管道，安全許可，安全保障要求高。電加熱方式不需要高溫蒸汽鍋爐等輔助高溫介質(zhì)加熱系統(tǒng)，簡便、易行、靈活。美國專利US 4，138，892中，揭示了一種制作混凝土測試試樣的電加熱模具，每一 半模具均有一個熱傳導壁，其內(nèi)側(cè)表面為模具表面，外側(cè)表面為模具外表面，在內(nèi)外表面之 間安裝有電加熱元件，電加熱元件可以根據(jù)模內(nèi)混凝土內(nèi)部溫度的變化進行操作，以實現(xiàn) 溫度的調(diào)節(jié)。美國專利US 4，723，070，揭示了一種專門應(yīng)用于塑料加工設(shè)備和工具的電 加熱器，該加熱器是由兩個空心、半圓柱形的加熱元件，并在側(cè)面通過螺栓聯(lián)合在一起構(gòu)成 的，該加熱器主要用于注塑機和擠出機料筒、噴嘴和模具的加熱。美國專利US 5，989，008，揭示了一種用于塑料材料成形的多層模具結(jié)構(gòu)，該模具中的鑲塊由加熱/冷卻層、導熱層、 基體層等多層結(jié)構(gòu)組成，通過在加熱/冷卻層中安裝電加熱元件和加工冷卻管道，以實現(xiàn) 模具的加熱和冷卻。美國專利US 5，261，806，揭示了一種電熱式模具鑲塊，該電熱式模具 鑲塊主要是用于熱固性塑料的注塑成形，其特點是可以方便快捷的在模具主框架中安裝或 拆除，在該模具鑲塊的內(nèi)部可以加工冷卻管道，以便將外界冷卻液引入模具鑲塊內(nèi)部以對 其進行冷卻操作。日本專利Hei 5-30608，揭示了一種電輔助加熱的塑料透鏡注射成形技 術(shù)，塑料熔體注射前，利用加熱棒將模具鑲塊將被加熱至一個比較高的溫度；填充保壓完成 后，冷卻固化熔融樹脂，并開模取出塑件，該實用新型中所涉及的電加熱模具的是利用鑲嵌 于模具鑲塊中的加熱棒實現(xiàn)的，其冷卻是通過自然冷卻或?qū)⒗鋮s液引入加熱棒所在的模具 鑲塊實現(xiàn)的。美國專利US 5，261，806，揭示了一種電熱式模具鑲塊，該電熱式模具鑲塊主要 是用于熱固性塑料的注塑成形，其特點是可以方便快捷的在模具主框架中安裝或拆除，在 該模具鑲塊的內(nèi)部可以加工冷卻管道，以便將外界冷卻液引入模具鑲塊內(nèi)部以對其進行冷 卻操作。事實上，利用電加熱元件加熱模具是一種比較常規(guī)的模具加熱方法，上述各專利 中所涉及的技術(shù)均提到了利用電加熱技術(shù)加熱模具的方法，但均未涉及或提出一種針對快 速熱循環(huán)注塑工藝要求對模具型腔/型芯進行整體高速加熱和高速冷卻的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 方案。雖然美國專利US 5，261，806和日本專利Hei 5-30608所提到的電加熱模具，可實現(xiàn) 快速熱循環(huán)注塑工藝要求的變模具溫度控制的要求，但是由于冷卻管道與加熱元件均位于 相同的模具鑲塊之中，模具的加熱與冷卻相互影響制約，而使得整體加熱、冷卻效率不高， 從而增加了注塑成形周期和能源消耗。美國專利US 5，989，008所提出的這種多層模具結(jié) 構(gòu)，雖然可以實現(xiàn)模具的快速加熱和快速冷卻，但各層材料間的結(jié)合強度較低，容易發(fā)生熱 應(yīng)力疲勞破壞，從而使得模具的壽命較低，不適合大批量生產(chǎn)的注塑成形工藝。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有電熱式注塑模具存在的加熱/冷卻效率不高、結(jié)構(gòu)復雜、成 本高、安全性能差、能源利用效率低等問題，提供一種新的電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑 模具，它具有加熱和冷卻迅速、均勻等特點，可滿足快速熱循環(huán)注塑技術(shù)對模具型腔溫度的 快速響應(yīng)要求。本實用新型是通過以下技術(shù)解決方案實現(xiàn)的一種電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具，它包括浮動式型腔裝置和浮動式型芯 裝置，以及與浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置相配合的冷卻板裝置；在浮動式型腔裝置 和浮動式型芯裝置內(nèi)設(shè)有加熱裝置；在冷卻板裝置中設(shè)有冷卻裝置；浮動式型腔裝置和浮 動式型芯裝置與其各自對應(yīng)的冷卻板裝置間設(shè)有頂出裝置、定位裝置和導向裝置；浮動式 型腔裝置和浮動式型芯裝置與其各自對應(yīng)的冷卻板裝置通過頂出裝置保持間隙；浮動式型 腔裝置和浮動式型芯裝置分別通過定位和導向裝置限制頂出距離和保持移動方向；在浮動 式型腔裝置和浮動式型芯裝置上還設(shè)有測溫裝置；測溫裝置、加熱裝置、冷卻裝置與溫控裝 置連接。所述浮動式型腔裝置包括型腔固定板、型腔冷卻板和浮動式型腔板，型腔固定板 通過定位裝置與型腔冷卻板連接，型腔冷卻板與浮動式型腔板間設(shè)有頂出裝置，同時型腔冷卻板和浮動式型腔板通過導向裝置和限位裝置連接，浮動式型腔板內(nèi)部設(shè)有測溫裝置。所述浮動式型芯裝置包括型芯固定板、型芯冷卻板和浮動式型芯板，型芯固定板 通過定位裝置與型芯冷卻板連接，型芯冷卻板與浮動式型芯板間設(shè)有頂出裝置，同時型芯 冷卻板與浮動式型芯板通過導向裝置和限位裝置連接，浮動式型芯板內(nèi)部設(shè)有測溫裝置。所述加熱裝置為電加熱棒，它與溫控裝置連接。所述冷卻裝置為冷卻管道，冷卻管道內(nèi)通有冷卻介質(zhì)；控制冷卻管道通斷的換向 閥與溫控裝置連接。所述限位裝置為限位桿。所述定位裝置為固定螺釘。所述導向裝置為導柱。所述頂出裝置為頂出彈簧。所述測溫裝置為熱電偶。本實用新型是一種包含浮動式型腔/型芯板、單獨冷卻板的浮動式、電熱式注塑 模具結(jié)構(gòu)。該模具結(jié)構(gòu)把注塑模具中的加熱部分與冷卻部分完全分離，即將加熱元件和冷 卻管道分別布置于需要加熱的型腔/型芯板和單獨的冷卻板上，以避免模具加熱與模具冷 卻作用的相互干涉，從而提高熱利用效率。該型腔/型芯可在注塑過程中動態(tài)往復運動。 在加熱階段，型腔/型芯在頂出彈簧的作用下前移，以使其與單獨的冷卻板完全分離。分離 后，在型腔/型芯板與冷卻板之間形成的空氣層可起到隔熱保溫作用，從而加熱階段熱量 散失，并提高加熱效率。冷卻階段，在合模力的作用下，浮動式型腔/型芯將復位，以使其與 冷卻板緊密貼合，從而快速冷卻型腔/型芯，以便于開模取件。浮動式型腔/型芯的體積和 質(zhì)量，以減小其熱容量，從而提高加熱/冷卻效率。采用單獨冷卻板，因其與型腔/型芯分 離，其材料選擇可不受型腔/型芯材料要求的限制，故可選用具有高熱傳導率、低熱容的金 屬材料，例如鋁合金、銅合金等，作為冷卻板的材料，以提高冷卻效率。浮動式型腔/型芯設(shè) 計了導柱和限位桿。其中導向桿可以在型腔/型芯往復運動中起到導向作用；同時，限位桿 可以限制型腔/型芯被頂出的距離，以保證其型腔/型芯板可以順利復位。為避免浮動式 型腔/型芯與單獨冷卻板接觸面形狀的急劇變化，例如尖角、小圓弧過渡等，確保型腔/型 芯與冷卻板的良好接觸，以減少接觸面的熱阻，從而提高傳熱效率。本實用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，具有加熱和冷卻迅速、均勻等特 點，可滿足快速熱循環(huán)注塑技術(shù)對模具型腔溫度的快速響應(yīng)要求。

圖1是本實用新型在加熱階段的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實用新型在高溫保持階段的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實用新型在冷卻階段的結(jié)構(gòu)圖；圖4是本實用新型在低溫保持階段的結(jié)構(gòu)圖。其中1.型腔固定板，2.型腔冷卻板，3.浮動式型腔板，4.浮動式型芯板，5.型 芯冷卻板，6.型芯固定板，7.塑料熔體，8.限位桿，9.頂出彈簧，10.導柱，11.冷卻管道， 12.電加熱棒，13.熱電偶，14.固定螺釘I，15固定螺釘II。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明圖1、圖2、圖3、圖4中，它包括電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具在注塑成型過 程中的工作原理。電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具的型腔側(cè)包括型腔固定板1、型腔冷卻板2及 浮動式型腔板3。型腔固定板1通過固定螺釘I 14與型腔冷卻板2連接，型腔冷卻板2通 過限位桿8、導柱10與浮動式型腔板3連接，型腔冷卻板2與浮動式型腔板3之間設(shè)有頂出 彈簧9。在開模狀態(tài)下，由于頂出彈簧9的作用使得型腔冷卻板2與浮動式型腔板3間留 有間隙；在鎖模狀態(tài)下，型腔冷卻板2與浮動式型腔板3在鎖模壓力的作用下緊密貼合在一 起。電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具的型芯側(cè)包括型芯固定板6、型芯冷卻板5及 浮動式型芯板4，型芯固定板6通過固定螺釘II 15與型芯冷卻板5連接，型芯冷卻板5通 過限位桿8、導柱10與浮動式型芯板4連接，型芯冷卻板5與浮動式型芯板4之間設(shè)有頂出 彈簧9。在開模狀態(tài)下，由于頂出彈簧9的作用使得型腔冷卻板2與浮動式型腔板3間留 有間隙；在鎖模狀態(tài)下，型芯冷卻板5與浮動式型芯板4在鎖模壓力的作用下緊密貼合在一 起。在浮動式型芯板4內(nèi)部設(shè)有熱電偶13，熱電偶13與溫控裝置連接；在浮動式型腔 板3內(nèi)部同樣設(shè)有熱電偶13，該熱電偶13也與溫控裝置連接。同時，在浮動式型腔板3和 浮動式型芯板4內(nèi)分別設(shè)有電加熱棒12，在型腔冷卻板2和型芯冷卻板5內(nèi)分別設(shè)有冷卻 通道11，冷卻通道11內(nèi)通以冷卻介質(zhì)。各電加熱棒12和冷卻通道11均與溫控裝置連接。本實用新型的工作原理如下根據(jù)模具溫度的變化狀態(tài)，快速熱循環(huán)注塑可以可分為加熱、高溫保持、冷卻、低 溫保持等四個工作階段。下面將對本實用新型的電熱式、浮動式注塑模具在各工作階段的 工作過程進行詳細地闡述。圖1為加熱階段。當模具打開后，浮動式型腔板3和浮動式型芯板4將在頂出彈 簧9的作用下被頂出一段距離S,從而使浮動式型腔板3、浮動式型芯板4與其對應(yīng)的型腔 冷卻板2、型芯冷卻板5分離開來，在其間可形成一層空氣層，如圖1所示。此時，給電加熱 棒12通電，加熱浮動式型腔板3和浮動式型芯板4，加熱過程中所形成的空氣層可起到隔 熱保溫的作用，能有效減少熱量散失，從而提高加熱效率。在浮動式型腔板3和浮動式型芯 板4被頂出的過程中，限位桿8和導柱10可以分別起到限位和導向的作用，限位桿8可以 限制浮動式型腔板3和浮動式型芯板4的頂出距離S,導柱10可保證它們的運動方向，從 而有利于浮動式型腔板3和浮動式型芯板4的復位操作，并提高浮動式型腔板3和浮動式 型芯板4的頂出和復位精度。在加熱過程中，各熱電偶13可以動態(tài)的反饋型腔/型芯的溫 度，實現(xiàn)對型腔/型芯溫度的動態(tài)實時監(jiān)控，當溫度值達到快速熱循環(huán)注塑工藝要求時，停 止加熱，從而進入高溫保持階段。圖2為高溫保持階段。在此階段，模具在合模機構(gòu)的作用下閉合，在合模過程中， 浮動式型腔板3和浮動式型芯板4在注塑機鎖模結(jié)構(gòu)的作用下被推回原位。隨后，塑料熔 體7將被注射入模具型腔中，進行充模流動，如圖2所示。圖3為冷卻階段。當熔體已完全充滿模具型腔后，即完成填充和保壓操作后，向單
6獨型腔冷卻板2、型芯冷卻板5中的冷卻管道11中通入低溫冷卻水，以快速冷卻型腔/型 芯板，從而將模具型腔中的塑料熔體7迅速冷卻至塑料的頂出溫度。圖3給出了此時的模 具狀態(tài)。由于浮動式型腔板3、浮動式型芯板4與型腔冷卻板2、型芯冷卻板5是分開的，型 腔冷卻板2、型芯冷卻板5材料可選擇與浮動式型腔板3、浮動式型芯板4不同的材料，例如 鋁合金、銅合金等具有良好散熱性能的金屬材料，以提高冷卻效率。在冷卻階段，當熱電偶 13反饋的溫度值達到快速熱循環(huán)注塑工藝要求時，表明模具型腔中的塑料熔體7已冷凝完 畢，此時可停止冷卻，并進入低溫保持階段。 圖4為低溫保持階段。在低溫保持階段，在鎖模機構(gòu)作用下，模具將被打開，并取 出塑件。此時的模具狀態(tài)如圖4所示。同時，在開模過程中，浮動式型腔板3、浮動式型芯板 4將再次被頂出彈簧9頂出，以便為下一快速熱循環(huán)注塑成形過程的模具加熱做準備。
權(quán)利要求一種電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具，其特征是，它包括浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置，以及與浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置相配合的冷卻板裝置；在浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置內(nèi)設(shè)有加熱裝置；在冷卻板裝置中設(shè)有冷卻裝置；浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置與其各自對應(yīng)的冷卻板裝置間設(shè)有頂出裝置、定位裝置和導向裝置；浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置與其各自對應(yīng)的冷卻板裝置通過頂出裝置保持間隙；浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置分別通過定位和導向裝置限制頂出距離和保持移動方向；在浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置上還設(shè)有測溫裝置；測溫裝置、加熱裝置、冷卻裝置與溫控裝置連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具，其特征是，所述浮動式型 腔裝置包括型腔固定板(1)、型腔冷卻板(2)和浮動式型腔板(3)，型腔固定板(1)通過定位 裝置與型腔冷卻板(2)連接，型腔冷卻板(2)與浮動式型腔板(3)間設(shè)有頂出裝置，同時型 腔冷卻板(2)和浮動式型腔板(3)通過導向裝置和限位裝置連接，浮動式型腔板(3)內(nèi)部設(shè) 有測溫裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具，其特征是，所述浮動式型 芯裝置包括型芯固定板(6)、型芯冷卻板(5)和浮動式型芯板(4)，型芯固定板(6)通過定位 裝置與型芯冷卻板(5)連接，型芯冷卻板(5)與浮動式型芯板(4)間設(shè)有頂出裝置，同時型 芯冷卻板(5)與浮動式型芯板(4)通過導向裝置和限位裝置連接，浮動式型芯板(4)內(nèi)部設(shè) 有測溫裝置。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具，其特征是，所述 加熱裝置為電加熱棒(12)，它與溫控裝置連接。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具，其特征是，所述 冷卻裝置為冷卻管道(11)，冷卻管道(11)內(nèi)通有冷卻介質(zhì)；控制冷卻管道(11)通斷的換向 閥與溫控裝置連接。
6.如權(quán)利要求2或3所述的電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具，其特征是，所述限位 裝置為限位桿(8)。
7.如權(quán)利要求1或2或3所述的電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具，其特征是，所述 導向裝置為導柱(10)。
8.如權(quán)利要求1或2或3所述的電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具，其特征是，所述 頂出裝置為頂出彈簧(9)。
9.如權(quán)利要求1或3所述的電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具，其特征是，所述測溫 裝置為熱電偶(13)。
專利摘要本實用新型涉及一種電熱式、浮動式快速熱循環(huán)注塑模具。其結(jié)構(gòu)為它包括浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置，以及與浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置相配合的冷卻板裝置；在浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置內(nèi)設(shè)有加熱裝置；在冷卻板裝置中設(shè)有冷卻裝置；浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置與其各自對應(yīng)的冷卻板裝置間設(shè)有頂出裝置、定位裝置和導向裝置；浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置與其各自對應(yīng)的冷卻板裝置通過頂出裝置保持間隙；浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置分別通過定位和導向裝置限制頂出距離和保持移動方向；在浮動式型腔裝置和浮動式型芯裝置上還設(shè)有測溫裝置；測溫裝置、加熱裝置、冷卻裝置與溫控裝置連接。
文檔編號B29C45/73GK201721022SQ20102019355
公開日2011年1月26日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者李熹平, 李輝平, 王桂龍, 管延錦, 趙國群 申請人:山東大學