水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具的製作方法

2023-07-06 21:18:31

水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具，包括陰模和陽模；陰模包括相互連接的陰模加熱板和陰模冷卻板，陽模包括相互連接的陽模加熱板和陽模冷卻板；陰模加熱板和陽模加熱板中安裝有電熱元件和測溫元件；陰模加熱板的正面與陽模加熱板的正面圍成模具型腔；陰模加熱板與陰模冷卻板之間、陽模加熱板與陽模冷卻板之間開設有冷卻腔；陰模加熱板與陰模冷卻板之間的貼合面、陽模加熱板與陽模冷卻板之間的貼合面設置有密封件；陰模冷卻板和陽模冷卻板中分別設置有將冷卻水穿過冷卻腔噴射至其背面的水射流冷卻組件。本實用新型結構簡單、加熱與冷卻效率高、對模具製造和裝配精度要求較低，便於工業化應用。
【專利說明】水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及高分子材料成型模具，特別涉及水射流快速冷卻的電熱式熱循環
注塑/吹塑模具。
【背景技術】
[0002]注塑和吹塑是高分子材料的兩種成型方法，所成型的製品廣泛應用於汽車、家用電器和消費電子等工業領域。近年來，對高分子材料製品的力學性能、外觀質量和形狀尺寸精度以及成型過程中的節能、節材、減排和環保等提出了越來越高的要求。
[0003]在常規的注塑和吹塑過程中，模具的溫度通常被控制在遠低於所用塑料的熱變形溫度以下以提高生產效率。然而，塑料熔體與模具型腔之間的過大溫差不可避免地造成製品存在缺陷。對注塑而言，較低的模具型腔溫度使注入的塑料熔體過早固化，增加塑料熔體的流動阻力，導致製品存在諸如熔接痕、纖維外漏、表面光潔度低和翹曲變形等缺陷；對吹塑而言，黏流態型坯吹脹後與低溫模具型腔接觸時，型坯表層快速固化，導致製品表面易出現麻點和橘皮紋等外觀缺陷。為進一步提高製品的品質，常規注塑和吹塑製品往往需要後續的處理過程。例如，為提高製品的外觀質量，需要對成型製品的表面進行打磨和噴塗處理。後續處理不僅明顯延長製品的生產流程，增加製品的成本，而且會對操作人員身體健康和周圍環境帶來危害。
[0004]快速熱循環成型是近年開發的一種高分子材料成型新技術。不同於常規注塑和吹塑中的模具常溫控制策略，快速熱循環成型技術採用動態模溫控制方式，即在成型過程中對模具溫度進行動態控制以適應成型過程不同階段對模具溫度的需求。採用這種動態的模溫控制方式，使塑料熔體或黏流態型坯可以在較高的模腔溫度下進行充模或吹脹，大大改善熔體的流動行為，明顯提高塑件的品質，可消除常規成型方法所需的後續處理過程。
[0005]實現快速熱循環技術需要設置加熱和冷卻裝置以對模具型腔快速地進行交替加熱和冷卻，其中採用電熱元件作為熱源的加熱方式具有簡便、易行、靈活、低成本和易維護等優點。美國專利US5989008提出了一種多層模具結構，包括從內向外依次設置的模具型腔表層、電加熱層和模具基體層。採用電加熱和水冷卻方式實現模具型腔的快速加熱和快速冷卻。但這種模具結構複雜，且模具各層之間的結合強度低，在循環冷熱交替過程中易產生熱應力疲勞破壞，降低模具壽命。授權號為201010174808.3的中國專利提供了一種電熱式、浮動式快速熱循環注塑模具，包括浮動式型腔加熱板、浮動式型芯加熱板、型腔冷卻板、型芯冷卻板、頂出裝置、導向裝置等。通過頂出裝置把該模具的加熱部分與冷卻部分(即浮動式型腔加熱板和型腔冷卻板，浮動式型芯加熱板和型芯冷卻板)完全分離，以避免模具加熱與模具冷卻作用的相互幹涉，提高熱利用效率。然而，該模具對製造和裝配精度要求很聞。
[0006]因此，現有電熱式快速熱循環模具存在加熱/冷卻效率低、模具結構複雜、模具壽命短、模具製造和裝配精度要求高等問題。實用新型內容
[0007]針對現有技術中存在的不足，本實用新型的目的在於提供一種結構簡單、對製造和裝配精度要求較低的水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具。
[0008]為了達到上述目的，本實用新型採用如下所述的技術方案。
[0009]一種水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具，包括陰模和陽模；陰模包括相互連接的陰模加熱板和陰模冷卻板，陽模包括相互連接的陽模加熱板和陽模冷卻板；陰模加熱板和陽模加熱板中安裝有電熱元件和測溫元件，優選地，電熱元件為電熱棒，測溫元件為熱電偶；陰模加熱板的正面與陽模加熱板的正面圍成模具型腔；陰模加熱板與陰模冷卻板之間、陽模加熱板與陽模冷卻板之間開設有冷卻腔；陰模加熱板與陰模冷卻板之間的貼合面、陽模加熱板與陽模冷卻板之間的貼合面設置有密封件；陰模冷卻板中設置有將冷卻水穿過冷卻腔噴射至陰模加熱板背面的水射流冷卻組件，陽模冷卻板中設置有將冷卻水穿過冷卻腔噴射至陽模加熱板背面的水射流冷卻組件。這種模具結構可使冷卻水通過水射流冷卻組件高速噴射陰模加熱板的背面和陽模加熱板的背面，有效提高冷卻效率；冷卻腔的存在，減少了加熱板與冷卻板之間的接觸面積，使裝配簡單方便；密封件可有效防止冷卻腔中的冷卻水發生洩漏。
[0010]水射流冷卻組件包括冷卻孔道和射流噴嘴，冷卻孔道開設在陰模冷卻板和陽模冷卻板內，射流噴嘴通過螺釘與冷卻孔道的出口端面連接，並正對陰模加熱板的背面和陽模加熱板的背面。
[0011]射流噴嘴呈球面狀向冷卻腔凸出，射流噴嘴內均勻地開設有多個沿球面排布的噴孔，這種結構有利於增加冷卻水的噴射區域，增強冷卻效率；射流噴嘴的數量可根據陰模加熱板、陽模加熱板的背面的冷卻區域面積確定，以確保整個冷卻區域能均勻快速地冷卻。
[0012]陰模加熱板與陰模冷卻板之間、陽模加熱板與陽模冷卻板之間設置有支撐件，支撐件穿過冷卻腔。優選地，支撐件為支撐柱，其截面形狀可為圓形、矩形或方形，支撐柱的截面尺寸和數量可根據陰模加熱板和陽模加熱板在成型過程中所需承受的載荷大小進行確定。設置支撐件能顯著提高陰模加熱板和陽模加熱板的強度和剛度，提高模具的使用壽命。
[0013]支撐件與陰模加熱板之間、支撐件與陽模加熱板之間設置有隔熱片；隔熱片能有效避免陰模加熱板與支撐件之間、陽模加熱板與支撐件之間的傳熱，提高熱利用效率。
[0014]冷卻腔的底部設置至少一個冷卻水出口，冷卻水出口接水泵，水泵可快速將冷卻腔中的冷卻水抽出；在冷卻腔的底部尺寸允許的前提下，儘可能地開設數量較多且尺寸較大的冷卻水出口，以快速排出冷卻水。
[0015]陰模加熱板與陰模冷卻板通過螺釘連接，陽模加熱板與陽模冷卻板通過螺釘連接。
[0016]水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具的冷卻方法，利用水射流冷卻組件使冷卻水直接噴射陰模加熱板的背面和陽模加熱板的背面，對陰模加熱板和陽模加熱板進行快速冷卻；這種方法具有操作方便和冷卻效率高的優點。
[0017]水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具的冷卻方法，包括如下步驟:a.往陰模冷卻板和陽模冷卻板中的冷卻孔道通入冷卻水，同時啟動與冷卻水出口相接的水泵；b.冷卻水經過射流噴嘴後均勻地形成多股呈散射狀分布的高壓水流，對陰模加熱板和陽模加熱板的背面進行噴射，同時水泵將冷卻腔中滯留的冷卻水不斷地排出；c.當陰模加熱板與陽模加熱板冷卻至預定溫度時，停止往冷卻孔道通入冷卻水，待冷卻腔中的冷卻水排盡後，停止水
泵工作。
[0018]與現有技術相比，本實用新型具有如下的優點。
[0019](I)結構簡單。本實用新型將電熱元件直接安裝在模具加熱板中對模具型腔進行加熱，與現有的多層模具結構相比，本實用新型結構簡單、容易實現。
[0020](2)模具冷卻和加熱效率高。本實用新型採用水射流冷卻方式對模具進行冷卻，與常規的模具對流冷卻方式相比，本實用新型明顯提高了模具的冷卻效率；本實用新型中的冷卻腔將模具加熱板與冷卻板完全分開，避免了模具加熱與模具冷卻作用的相互幹涉，明顯提高了模具的加熱效率。因此，本實用新型顯著地縮短了成型製品的成型周期、提高製品生產效率。
[0021](3)對模具的製造和裝配精度要求較低。本實用新型採用螺釘將模具加熱板與冷卻板連接在一起，在成型過程中，彼此之間不發生相對運動。因此，與現有的電熱式、浮動式模具結構相比，本實用新型對模具的製造和裝配精度要求較低。
[0022](4)模具強度和剛度高。本實用新型在模具加熱板與冷卻板之間的冷卻腔內設置有支撐件，使模具具有較高的強度和剛度，能有效地承受成型過程中的衝擊載荷，從而減少加熱板的變形量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具結構示意圖。
[0024]圖2是圖1所示模具結構的1-1剖視圖。
[0025]圖3是圖2所示模具結構中的C處局部放大示意圖。
[0026]圖4a是射流噴嘴結構示意圖，圖4b是圖4a所示射流噴嘴的I1-1I剖視圖。
[0027]圖5a_5d是採用水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具成型製品的過程示意圖。
[0028]上述各圖中標號說明如下。A—陰模；B—陽模；1 一陰模加熱板；2—陰模冷卻板；3一陽模加熱板；4一陽模冷卻板；5 —電熱棒；6—熱電偶；7—冷卻孔道；8—冷卻腔；9一陰模加熱板的背面；10—陽模加熱板的背面；11—射流噴嘴；12—螺釘；13—支撐柱；14一隔熱片；15—密封件；16—冷卻水出口 ；17—噴孔；18—緊定螺釘；19一成型製品。
【具體實施方式】
[0029]下面結合實施例和附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型實施方式不限於此。
[0030]圖1至圖4示出了本實用新型的具體結構，圖5a至5d示出了本實用新型的工作過程。
[0031]本實用新型水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具包括陰模A和陽模B。陰模A包括陰模加熱板I和陰模冷卻板2，陽模B包括陽模加熱板3和陽模冷卻板4 ;陰模加熱板I和陽模加熱板3中均安裝有均勻分布的電熱棒5和均勻分布的熱電偶6 ;陰模冷卻板2和陽模冷卻板4中均設置有水射流冷卻組件，水射流冷卻組件使冷卻水直接對陰模加熱板的背面9、陽模加熱板的背面10進行噴射；採用螺釘12分別把陰模加熱板I與陰模冷卻板2、陽模加熱板3與陽模冷卻板4連接；陰模加熱板I與陰模冷卻板2之間、陽模加熱板3與陽模冷卻板4之間分別開設有冷卻腔8，冷卻腔8為陰模加熱板I和陽模加熱板3的背面向內凹陷的腔體，並佔據陰模加熱板I和陽模加熱板3的背面絕大部分的面積；陰模加熱板I與陰模冷卻板2之間的貼合面、陽模加熱板3與陽模冷卻板4之間的貼合面分別設置有密封件15，密封件15可防止冷卻腔8中的冷卻水發生洩漏。
[0032]水射流冷卻組件包括冷卻孔道7和射流噴嘴11。冷卻孔道7開設於陰模冷卻板2和陽模冷卻板4內；射流噴嘴11通過緊定螺釘18與冷卻孔道7的出口端面連接，並正對陰模加熱板的背面9和陽模加熱板的背面10。
[0033]射流噴嘴11呈球面狀向冷卻腔8凸出，射流噴嘴11內均勻地開設有多個細小的噴孔17，噴孔17沿球面排布(如圖4a和4b所示)，這種結構有利於增加冷卻水的噴射區域，增強冷卻效率；射流噴嘴11的數量可根據陰模加熱板的背面9和陽模加熱板的背面10的冷卻區域面積確定，以確保整個冷卻區域能均勻快速地冷卻。
[0034]陰模加熱板I與陰模冷卻板2之間、陽模加熱板3與陽模冷卻板4之間均設置有支撐柱13，支撐柱13可通過過盈配合或螺紋連接等方式固定，支撐柱13穿過冷卻腔8。支撐柱13與陰模加熱板I之間、支撐柱13與陽模加熱板3之間設置有隔熱片14，隔熱片14可有效地避免陰模加熱板I與支撐柱13之間、陽模加熱板3與支撐柱13之間的傳熱而產生熱量損失，從而提高熱利用效率。
[0035]冷卻腔8的底端設置至少一個冷卻水出口 16，冷卻水出口 16與水泵(圖中未示出)連接，以使冷卻腔8中的冷卻水能迅速地被排出。
[0036]下面結合圖5a - 5d對本實用新型的工作過程進行系統地闡述。根據快速熱循環成型模具溫度控制變化特點，快速熱循環模具工作過程可分為模具快速加熱、高溫保持、快速冷卻和低溫保持四個階段。
[0037](I)模具快速加熱階段。如圖5a所示，在快速熱循環成型過程開始時，陰模A和陽模B處於開模狀態。電熱棒5通電，對陰模加熱板I和陽模加熱板3進行加熱。在加熱過程中，陰模加熱板I與陰模冷卻板2之間、陽模加熱板3與陽模冷卻板4之間存在的空氣層(冷卻腔8內)可起隔熱作用；隔熱片14可有效地避免陰模加熱板I與支撐柱13之間以及陽模加熱板3與支撐柱13之間的熱傳遞。這樣，可有效地減少陰模加熱板I和陽模加熱板3的熱量損失，明顯提高模具的加熱效率。熱電偶6實時地測量陰模加熱板I和陽模加熱板3的溫度，當陰模加熱板I和陽模加熱板3達到預先設定的溫度時，電熱棒5斷電停止對陰模加熱板I和陽模加熱板3進行加熱。隨後，陰模A和陽模B進入高溫保持階段。
[0038](2)模具高溫保持階段。如圖5b所示，在此階段，陰模A和陽模B在成型機械鎖模機構的作用下進行合模。之後，對注塑而言，塑料熔體被注射入模具型腔中進行充模；對吹塑而言，夾緊的型坯在壓縮空氣作用下進行吹脹。支撐柱13可使陰模加熱板I和陽模加熱板3有效地承受成型過程中的衝擊載荷，減少加熱板的變形量，提高成型製品19的形狀和尺寸精度。
[0039](3)模具快速冷卻階段。如圖5c所示，在此階段，向陰模冷卻板2和陽模冷卻板4中的冷卻孔道7通入冷卻水，冷卻水經過射流噴嘴11 (具體結構如圖4a和4b所示)以較高的速度噴射陰模加熱板的背面9與陽模加熱板的背面10，對陰模加熱板I和陽模加熱板3進行快速冷卻，噴射的冷卻水在水泵的作用下從冷卻腔8底部的冷卻水出口 16排出，排出的冷卻水可循環利用。這種採用水射流的冷卻方式顯著地加強了冷卻水與模具加熱板之間的傳熱，提高模具的冷卻效率。當熱電偶6測量的溫度值降低至成型製品19的脫模溫度時，水射流冷卻組件停止對陰模加熱板I和陽模加熱板3進行噴射，模具進入低溫保持階段。
[0040](4)模具低溫保持階段。如圖5d所示，在此階段，陰模A和陽模B在成型機械鎖模機構的作用下進行開模，取出成型製品19。
[0041 ] 隨後，快速熱循環成型過程進入下一個循環。
[0042]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具，包括陰模和陽模，陰模包括相互連接的陰模加熱板和陰模冷卻板，陽模包括相互連接的陽模加熱板和陽模冷卻板，陰模加熱板和陽模加熱板中安裝有電熱元件和測溫元件，陰模加熱板的正面與陽模加熱板的正面圍成模具型腔；其特徵在於:所述陰模加熱板與陰模冷卻板之間、陽模加熱板與陽模冷卻板之間開設有冷卻腔，所述陰模加熱板與陰模冷卻板之間的貼合面、陽模加熱板與陽模冷卻板之間的貼合面設置有密封件，陰模冷卻板中設置有將冷卻水穿過冷卻腔噴射至陰模加熱板背面的水射流冷卻組件，陽模冷卻板中設置有將冷卻水穿過冷卻腔噴射至陽模加熱板背面的水射流冷卻組件。
2.按照權利要求1所述的水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具，其特徵在於:所述水射流冷卻組件包括冷卻孔道和射流噴嘴，冷卻孔道開設在陰模冷卻板和陽模冷卻板內，射流噴嘴安裝在冷卻孔道的出口端面，並正對陰模加熱板的背面和陽模加熱板的背面。
3.按照權利要求2所述的水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具，其特徵在於:所述射流噴嘴通過螺釘與冷卻孔道的出口端面連接。
4.按照權利要求2所述的水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具，其特徵在於:所述射流噴嘴呈球面狀向冷卻腔凸出，射流噴嘴內均勻地開設多個沿球面排布的噴孔。
5.按照權利要求1所述的水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具，其特徵在於:所述陰模加熱板與陰模冷卻板之間、陽模加熱板與陽模冷卻板之間設置有支撐件，支撐件穿過冷卻腔。
6.按照權利要求5所述的水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具，其特徵在於:所述支撐件與陰模加熱板之間、支撐件與陽模加熱板之間設置有隔熱片。
7.按照權利要求1所述的水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具，其特徵在於:所述冷卻腔的底部設置至少一個冷卻水出口，冷卻水出口接水泵。
8.按照權利要求1所述的水射流快速冷卻的電熱式熱循環模具，其特徵在於:所述陰模加熱板與陰模冷卻板通過螺釘連接，陽模加熱板與陽模冷卻板通過螺釘連接。
【文檔編號】B29C45/73GK203580057SQ201320670217
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月28日 優先權日:2013年10月28日
【發明者】黃漢雄, 肖成龍 申請人:華南理工大學