一種塑料結構件的發泡成型模具及成型方法與流程
2023-05-17 03:04:11 1
本發明屬於塑料成型技術領域，涉及一種發泡成型模具及成型方法，尤其涉及一種塑料結構件的發泡成型模具及成型方法。
背景技術：
對於音響結構件等塑料結構件，目前是通過傳統的注塑機將塑料注射到金屬音響模具中成型，製品屬實心沒有中空結構微孔。採用這種方法製得的結構件是實心結構，密度高，比強度低，比重大，成本比高 ；而且吸收衝擊載荷及隔音的性能一般 ；另外，這種通過塑料注塑成型由於是高壓成型，加工過程中脹模係數大，製品易產生毛邊，相對注塑機輸出也需要高壓力高能耗 ；特別對於大型的厚壁件，表面會有縮水痕，成型周期長，成本高。
現有的注塑發泡成型技術，存在發泡成型時模腔深處內氣體被夾在中間，難以排出，使熔融的材料不能正常流動填充滿模具，引起缺料、空洞或鼓包、製品內應力高，容易翹曲變形、表面容易產生料花，沒有光澤等技術問題，本申請人在第一代發泡技術中（專利申請號：201510498309.2，申請日2015.08.14），通過設置溢料控制閥及預料井，雖然解決了現有技術通過排氣閥進行發泡過程中氣體釋放過程中的溢料造成產品容易產生硬邊、模具容易堵塞、產品容易缺料或出現空洞或鼓包等發泡不均勻的問題。
但是，針對表面容易產生料花的問題，本申請人第一代發泡技術是通過手工打磨表面料花及噴油漆處理來解決，從而使產品表面具有光澤度，此種解決方法增加人工及原料成本、生產效率不高。
另外，由於是高壓成型，產品內應力高，容易翹曲變形，第一代發泡技術中，設計複雜的產品曲面時模具設計要放留尺寸來抵消產品翹曲變形，，給設計帶來難度。
技術實現要素：
為解決現有技術中的問題，本發明提供一種塑料結構件的發泡成型模具及成型方法，用於解決表面容易產生料花、內應力高容易翹曲變形的問題。
本發明塑料結構件的發泡成型模具包括產品型腔、加溫介子通道、冷卻通道、感溫元件、加溫與冷卻控制裝置，所述加溫介子通道和冷卻通道設有電子信號控制閥，所述加溫與冷卻控制裝置分別與所述感溫元件和電子信號控制閥相連，所述加溫介子通道和冷卻通道能夠調節所述產品型腔的溫度。
本發明作進一步改進，所述發泡成型模具還包括感溫元件管道，所述感溫元件設置在所述感溫元件管道中。
本發明作進一步改進，所述加溫介子通道內設有加熱元件，所述冷卻通道內設有冷卻介質。
本發明作進一步改進，所述加溫介子通道和冷卻通道的數量分別為多排，所述加溫介子通道和冷卻通道垂直分布，在所述產品型腔方向上的投影呈網格狀，在產品型腔處均勻分布，從而使產品型腔各處的溫度基本相同，從而使產品的性能更加穩定。
本發明作進一步改進，所述發泡成型模具包括前模和後模，所述前模內設有前模芯，所述後模內設有後模芯，所述產品型腔設置在所述前模芯和後模芯之間。
本發明作進一步改進，所述加溫介子通道、冷卻通道、感溫元件設置在所述前模芯上。
本發明作進一步改進，所述產品型腔的一端設有用於向所述產品型腔注入注塑發泡原料的熱嘴，所述熱嘴設置在所述前模芯上，所述產品型腔的另一端設有預料流道和預料井，所述預料流道上設有預料控制閥，所述預料流道和預料井設置在所述後模芯上。
本發明還提供了一種採用上述發泡成型模具的成型方法，包括如下步驟：
S1 ：閉合發泡成型模具，將發泡成型模具加溫至第一設定溫度；
S2：將含有發泡劑或者發泡氣體的熔融態注塑發泡原料注入到產品型腔中，並使其在注入壓力為 2000 ～ 20,000 psi之間，完全填滿產品型腔，然後同時執行步驟S3和步驟S4；
S3：釋放發泡空間，所述產品型腔內的熔融態注塑發泡原料發泡後形成獨立微孔；
S4：停止加溫，開啟冷卻通道的電子信號控制閥降溫，溫度降至第二設定溫度，冷卻定型。
本發明作進一步改進，在步驟S3中，釋放發泡空間是通過開啟預料控制閥實現，所述熔融態注塑發泡原料在所述產品型腔中發泡膨脹後，從預料控制閥孔擠出到預料井中。
本發明作進一步改進，在步驟S1中，所述第一設定溫度為80℃~300℃；在步驟S4中，所述第二設定溫度為30℃~70℃。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明通過模具溫度超發泡臨界控制成型，採用速效加溫介子和冷卻通道控制，實現製品表面光澤無料花、低應力、低密度、高品質微孔發泡，製得的產品表面硬度高，材料內部發泡均勻，解決了現有技術通過人員打磨表面料花及噴油漆工序、解決產品回內應力所產生的變形翹曲、解決產品容易縮水或出現中空大洞或鼓包等發泡不均勻的問題，同時還降低了模具鋼材強度要求及製造成本。
附圖說明
圖1為本發明剖面結構示意圖；
圖2為圖1 A部放大圖；
圖3為圖1前模芯和後模芯放大圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。
如圖1-圖3所示，本發明的塑料結構件的發泡成型模具（簡稱模具）包括產品型腔3、加溫介子通道5、冷卻通道4、感溫元件、加溫與冷卻控制裝置，所述加溫介子通道5和冷卻通道4設有電子信號控制閥，所述加溫與冷卻控制裝置分別與所述感溫元件和電子信號控制閥相連，所述加溫介子通道5能夠對所述產品型腔加熱，所述冷卻通道4能夠對所述產品型腔降溫，從而調節所述產品型腔的溫度。本例設有感溫元件管道6，所述感溫元件設置在所述感溫元件管道6中。
本例的加溫介子通道5內設有加熱元件，所述冷卻通道4內設有冷卻介質，所述電子信號控制閥用於控制所述加熱元件或冷卻介質工作或關閉。
本例加溫介子通道5和冷卻通道4的數量分別為多排平行設置，所述加溫介子通道5和冷卻通道4垂直分布，所述加溫介子通道5和冷卻通道4在所述產品型腔3方向上的投影呈網格狀。
本例發泡成型模具還包括前模1和後模2，所述前模1設置在所述後模2的上方，所述1前模內設有前模芯21，所述後模2內設有後模芯21，所述產品型腔3設置在所述前模芯21和後模芯22之間。當然，所述前模芯21上可以設置凹槽形成產品型腔3，也可以在後模芯22上設置凹槽形成產品型腔3，還可以分別在前模芯21和後模芯22對應位置分別設置一部分凹槽形成產品型腔3。
本例在前模芯21和後模芯22對應位置分別設置一部分凹槽形成產品型腔3。所述加溫介子通道5、冷卻通道4、感溫元件設置在所述前模芯21上，緊鄰所述產品型腔3。
本例產品型腔3的一端設有用於向所述產品型腔3注入注塑發泡原料的熱嘴7，所述熱嘴7設置在所述前模芯21上，本例熱嘴7為針閥式熱嘴。
所述產品型腔3的另一端設有預料流道22和預料井23，所述預料流道22上設有預料控制閥，所述預料流道22和預料井23設置在所述後模芯21上。從而使所述預料流道22和預料井23的高度低於所述熱嘴7的高度 ，有利於將注塑發泡原料均勻注入到產品型腔3中。此外，採用此技術方案，使得預料流道22位於熱嘴7儘量遠的地方，使得熔融態注塑發泡原料按照注射填充時的流動方向排擠出溢料到預料井23中，有利於減小發泡成型過程的應力，便於形成更加均勻的微孔發泡結構。
作為本發明的一個實施例，本例的前模1和後模2設置在底板12上，所述底板12和後模2之間設有頂針固定板11，所述頂針固定板11上設有多個頂針10，其中有部分頂針10與所述產品型腔3連通，有利於成型的塑料結構件頂出出模。
此外，在所述上模1上方設有流道板8，所述流道板8上設有用於注入原料的注澆口，所述注澆口與熱嘴7相連通。在所述流道板8上方設有面板9，所述面板9上有操作面板，所述操作面板與所述加溫與冷卻控制裝置相連，通過所述操作面板的設置 ，從而控制所述加熱溫度和冷卻溫度。
本發明還提供了一種採用上述發泡成型模具的成型方法，包括如下步驟：
S1 ：閉合發泡成型模具，將發泡成型模具加溫至第一設定溫度；
S2：將含有發泡劑或者發泡氣體的熔融態注塑發泡原料注入到產品型腔中，並使其在注入壓力為 2000 ～ 20,000 psi（13.79~137.9MPa）之間，完全填滿產品型腔，然後同時執行步驟S3和步驟S4；
S3：釋放發泡空間，所述產品型腔內的熔融態注塑發泡原料發泡後形成獨立微孔；
S4：停止加溫，開啟冷卻通道的電子信號控制閥降溫，溫度降至第二設定溫度，冷卻定型。
本發明在所述熔融態注塑發泡原料注入所述產品型腔3前，先對產品型腔3速效預熱，使其溫度超發泡臨界，從而使熔融態注塑發泡原料不會因注入時剛遇到產品型腔3溫度低而使其冷縮，防止先進入部分接觸產品型腔3內表面低溫度而出現先凝固現象，從而使所述熔融態注塑發泡原料以熔融態充分進入所述產品型腔3，發泡更加均勻，產品內應力更低。
在所述熔融態注塑發泡原料完全填滿產品型腔3後，停止加溫，然後釋放發泡空間同時，開啟冷卻通道冷卻所述產品型腔3，使所述產品型腔3快速降溫，有利於產品外表面的定型，從而使產品表面硬度更高，無料花並且帶有高光澤。
在步驟S3中，釋放發泡空間是通過開啟預料控制閥實現，所述熔融態注塑發泡原料在所述產品型腔中發泡膨脹後，從預料控制閥孔擠出到預料井中。解決了現有技術通過排氣閥進行發泡過程中氣體釋放過程中的溢料造成產品容易產生硬邊、模具容易堵塞等問題。
作為本發明的一個優選實施例，在步驟S1中，所述第一設定溫度為80℃~300℃；在步驟S4中，所述第二設定溫度為30℃~70℃。
作為本發明的一個具體實施例，本例成型方法具體包括如下步驟：
A： 在原料中添加發泡劑或螺杆中注入發泡氣體，本例的原料是指熱塑性塑膠；
B：將原料加入到除溼器中乾燥，乾燥溫度與時間依據原料廠商物性表要求；
C：設置注塑機的塑化熔膠溫度，使其在原料溶點範圍內；
D：將發泡成型模具安裝在注塑機上；
E：在發泡成型模具上安裝加溫介子通道5與冷卻通道4，所述加溫介子通道5內加入加溫介子，在所述冷卻通道4中加入冷卻介質；然後安裝感溫元件，本例加溫介子在加溫時冷卻通道4停止降溫，相反，冷卻通道4工作時加溫停止；
F： 閉合模具，模具開始加溫至80℃~300℃攝氏之間，優選80℃~200℃攝氏之間；
G： 將熔融狀態的注塑發泡原料連續注入到模腔中，氣體高分子熔融物於高速高壓下完全填滿模腔，本例的注入壓力為 2000 ～ 20,000 psi之間；
H：預料控制閥開啟釋放發泡空間, 氣體高分子熔融物突然降壓，熔體中大量過飽和氣體開始析出發泡，膨脹後的熔融物從預料控制閥孔流出到預料井中，模腔內熔融物發泡後形成獨立微孔；
I：冷卻通道的電子信號控制閥在注射完成後開始運行，降溫至30℃~70℃之間冷卻定型，定型後開模、製品出模。
本申請人的第一代發泡技術，針對現有技術的不足，發明了一種微孔發泡塑料結構件的發泡成型工藝，提供了對音響結構的設計靈活性，例如：結構複雜、厚斷面部分極易造成凹痕或翹曲，斷面厚薄不均勻的設計，微孔發泡成形工藝非常理想的一個解決方案。雖然其加工方式類似於射出成形，但因發泡塑料由於有氣泡存在，因此具有密度低比強度高，能吸收衝擊栽荷，隔熱，隔音及使得塑品重量減輕了5%～20%。並且結構發泡成形為一次成形，而實現多樣化之設計。特別對於大型的厚壁製品，如音響外殼，汽車配件，醫療設備結構件等，發泡注塑可以節省材料降低成本。
本發明通過控制溫度，使模具溫度超發泡臨界控制成型，實現製品表面光澤無料花、低應力、低密度、高品質微孔發泡，製得的產品表面硬度高，材料內部發泡均勻。此外，還兼備了第一代發泡技術的優點並解決了第一代技術的缺陷：
1、內應力更小，變形翹曲很好的控制，使模具設計更簡單、可靠。原來設計複雜的產品曲面時模具設計要放留尺寸來抵消產品翹曲變形，給設計帶來難度；
2、表面高光無料花，解決了現有技術通過手工打磨表面料花及噴油漆處理。簡化了生產工藝，提高了產品質量，降低了人工及原材料成本，提高了產品生產效率。
此外，本發明通過溫度控制，還降低了模具鋼材強度要求及製造成本。
以上所述之具體實施方式為本發明的較佳實施方式，並非以此限定本發明的具體實施範圍，本發明的範圍包括並不限於本具體實施方式，凡依照本發明所作的等效變化均在本發明的保護範圍內。