蒸汽模高光注塑技术(急冷急热模)-应用探讨

二、蒸汽模技术所涉及的设备
2）模具设计与制造 蒸汽模具除了型腔表面质量要求高以外，模具温度的动态变化将导致模具结构 比普通模具复杂得多，其中模具内部管道的设计与制造是影响模具质量、生产
周期和模具成本的关键。 由于该技术对模具加热、冷却管道的特殊要求，必须研究在保证模具使用强度 和刚度的条件下，有效地设置加热、冷却管回路，分析管道的位置、直径和有 效长度，从而最大程度地提高热交换特性。此外，模具在制造和装配过程中， 必须严格保证加工精度和表面质量，特别是保证分型部分的配合间隙在塑料溢 边值的范围之内，以防止制件形成飞边!经蒸汽模成型的塑件表面极其光亮， 无熔接痕、银丝纹、翘曲等缺陷。
产周期!
二、蒸汽模技术所涉及的设备
蒸汽模技术对注塑机没有特殊要求，一般的注塑机都能满足要求
2.1 蒸汽模具 蒸汽模具对塑件质量的影响主要包括: 模具材料、模具设计与制造等两方面。 1) 模具材料 模具材料需要有较好的抛光性、耐腐蚀性、耐磨性、热强度、韧性和低的热膨 胀系数等。其中，抛光性、耐腐蚀性、热强度、热膨胀系数对高光模具尤为重 要。如果模具抛光性差、表面粗糙度大，或被腐蚀或注塑时有水分沉积，就无 法进行高光泽制件成型；温度的快速变动对模具材料的热强度、热膨胀系数也 有更高的要求。 在蒸汽模技术中，注塑模具由于受长期的快速加热与冷却，且温度呈现周期性 变化，故模具材料在使用过程中很容易发生热疲劳失效，从而导致型腔表面出 现龟裂，无法保证制件的成型质量。为预防模具成型零部件的热疲劳失效过早 发生，必须研究蒸汽模技术中模具成型零部件材料的热疲劳性，并选择合适的 模具材料及热处理方法，从而保证模具的精度及使用寿命。
图7 传统注塑模技术与蒸汽模技术的制件表面质量比较
上图为传统注塑工艺下的制件，其表面出现纤维，从电镜图中可以明显地看出，材料成 型过程中流动性不强，光泽度较低； 下图为经蒸汽模技术得到的高光注塑制件，材料在注塑过程中流动性较好，其表面光泽、 无纤维。
四、蒸汽模技术的优势
3）减小残余应力，防止表面翘曲。 蒸汽模技术能够实现模具温度快速升高和冷却，使得熔体受热冷却更加均匀， 从而减小了塑件的残余应力，防止翘曲变形。 4）模具温度高，塑料熔体在模具型腔中的流动性好，因此，非常有利于薄壁 塑件( 可薄至0.5mm以下) 的注塑成型。 5）介质环保，可以实现回收。通过专门配置的加热与冷却设备，利用蒸汽作 为加热介质，利用冷却水作为冷却介质，使用完的冷却水可以实现回收利用， 非常环保。
二、蒸汽模技术所涉及的设备
2.2 模具温度控制系统 模具温度控制系统包括: 冷却塔、蒸汽锅炉、压缩机、高光温度控制柜等生产
设备。该温度控制系统有时也可用高光蒸汽模温机代替。高光温度控制柜是系 统非常关键的一部分，它根据模具上的温度传感器反馈的温度控制着高温蒸汽 和冷却水的切换，并与注塑机控制系统实时互换信号，从而进行熔体的注射、 保压以及开模顶出动作，以完成整个注塑过程!整个注塑成型。
年度工作概述
年度工作概述 工作完成情况 成功项目展示 工作存在不足 明年工作计划
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蒸汽模技术的基本原理
蒸汽模技术所涉及的设备 蒸汽模技术中的关键技术 蒸汽模技术的优势 蒸汽模成型的主要影响因素
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目录
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一、蒸汽模技术的基本原理
蒸汽模成型技术的成型工艺过程是: 模具合模后，首先在加热冷却管道内通入高温蒸汽，把模具温度提高到一个高 的设定值，然后注射塑料熔体，在保压转入冷却后，用气压吹走通道内的残留
时间，且通常已经处于最低值，因此说，缩短注塑周期的关键是降低塑件的冷 却固化时间，而影响这两者变化的最重要因素是模具型腔表面温度。因此，降 低模具温度可使这一时间显著减小，从而提高塑件的生产效率。
五、蒸汽模成型的主要影响因素
5.3 温度控制 蒸汽模技术最关键的是模具温度控制系统。与传统成型工艺相比，蒸汽模技术 可将模具的温度迅速上升100~150℃，还可将模具温度迅速冷却到 20~40℃。
由于蒸汽管道和冷却管道是共用的，因此正确设置管道尤为关键。而蒸汽模成 型技术对蒸汽管道的排布讲究合理性和有效性。合理的排布管道不仅可以大大 提高注塑效率，而且起到使塑件受热和冷却更加均匀，减少内应力和翘曲变形 的作用。其设计原则是：根据塑件形状特征来设计模具的型腔结构和环绕型腔 的随形冷却管道，实现模腔内部熔体温度的动态控制，使熔体在模腔中的流 动达到最佳状态。
蒸汽，开始注入冷水，使模具温度快速下降到一个设定值，再向加热冷却管道 内通入空气，把冷水完全吹走，开模取制件，然后进入下一次注塑循环。
一、蒸汽模技术的基本原理
该技术利用蒸汽辅助系统以及在模具中设置的加热冷却管道，有效调节和 控制注塑模具的温度场，实现模具温度快速升高和降低，改善了注塑工艺条件， 能使熔融塑料在充模时达到最佳流动状态，有效消除了传统注塑工艺中出现的 由于流动性能下降、冷却不均导致的熔接痕、银丝纹等各种缺陷，可降低塑料 制件表面的粗糙度值，可以免去后续的喷涂工艺，从而降低了成本，缩短了生
四、蒸汽模技术的优势
与普通的注塑模技术相比较，蒸汽模技术有以下明显优势: 1）能消除制件表面的熔接线、熔接痕和银丝纹等缺陷。 蒸汽模技术可以使模具温度在短时间内上升到当成型模具温度较高时，塑料熔 体的流动性及充填性能都较好，从而消除制件表面的熔接线、熔接痕、银丝纹
等缺陷，能明显改善制件的表面质量。 蒸汽模技术使模具温度快速升高和降低，熔体在充模过程中，熔融端也发生气 泡，但是由于模具表面温度仍高于塑料热变形的温度，因此气泡在接触模具表 面后未固化，同时树脂压力压缩气泡，消除表面部分气泡，从而消除银丝纹。
三、蒸汽模技术中的关键技术
3.1 塑件结构的优化设计 蒸汽模成型技术作为高光无熔痕成型技术之一，其塑件的结构设计与普通 塑件不同，即需要根据高光无熔痕模具的成型特点对塑件进行优化设计，如制 件的脱模斜度、圆角过渡、螺钉柱固定结构等都需要调整，以满足高光无熔痕 注塑成型的工艺要求。
三、蒸汽模技术中的关键技术
且成本较低。如图3所示为应用 Moldflow软件对制件的翘曲变形进行优化前 后的对比。
从图3（a）可以看出，制件在Z轴方向的变形比较严重，翘曲现象明显。从图3（b）可以 看出，在Moldflow软件进行优化以后，Z轴方向的变形明显减小，翘曲现象不明显。
三、蒸汽模技术中的关键技术
3.3 蒸汽管道的设置与优化
图6 蒸汽模技术消除银丝纹的原理图
四、蒸汽模技术的优势
2）应用蒸汽模技术，成型塑件具有天然光泽（可以达到镜面光泽的程度）， 提高了表面的光泽度，改变了塑件的表面质量，塑件可无需再进行人工打磨、 喷涂和抛光。而传统的注塑模技术需要应用多种后处理工艺来进行表面处理，
需花费大量的时间，因此，应用蒸汽模技术可以节省大量的后处理时间，提高 生产效率。
三、蒸汽模技术中的关键技术
蒸汽模具管道的设置主要考虑以下几个方面： 1）型腔、型芯和四面的滑块应均匀布置蒸汽管道，不可只布置在模具的一侧， 应保持平衡，否则塑件两侧温度不均匀，在保压冷却后会发生翘曲变形。 2）管道孔间距越小，直径越大，塑件加热和冷却越均匀。理想情况下管壁间 距离不能超过管径的5倍，距制件表面一般10~15mm。蒸汽管道与制件的距 离一般12~15mm。如果管与管或制件相距太近，则在压力作用下容易产生变 形、爆裂、裂缝而损坏模具；若相距太远，则传热不均匀，会导致热量失衡， 影响注塑成型。 3）管道孔的排列与型腔形状吻合。当塑件壁厚不均匀时应在壁厚处开设距离 塑件较近、管间距较小的冷却管道。 4 ）采用并流流向，高光蒸汽模具进出水温差控制在2℃左右。如果进出水口 温差过大，会使模具内部温度不均，特别是塑件型腔和模板尺寸很大时。为了 使塑件的冷却速度基本一致，管道排向采用与熔体大致并流的流向，并将冷却 回路的入口设在浇口附近，出口设在流动末端。
3.2 成型过程模拟和浇注系统优化 高光蒸汽模具在注塑成型过程中，模具温度较高，且模温在短时间内变化 很大，从而导致蒸汽模具的流道布局和普通模具有很大的差别。为了达到较好 的成型效果，可以利用 Moldflow分析软件对成型过程进行模拟分析，从而 对浇注系统、冷却系统等进行优化，以得到理想的填充效果和优良的成型质量，
三、蒸汽模技术中的关键技术
5）设计蒸汽管道按照精简原则，采用 二合一或三合一方式进出，如图4 所示。
为防止漏水，镶块间拼接处不应设置冷却通道，并注意水管穿过型芯、型腔与 模板接缝处的密封以及水管与水嘴连接处的密封，同时水管接头部位的设置应 不影响操作，在模具上应开通槽，用于滑块的水管接头。
加热和冷却管道的设置，在不同工艺参数下会有优劣之分。以成型表面温度的 均匀性为目标函数，利用CAE软件对加热和冷却通道的形状、尺寸、数量、分 布等参数进行优化，寻求最佳的加热和冷却效果，以确保可以快速升温和降温。
蒸汽模技术采用动态模温控制策略，实现了注塑过程中模具的快速升温和冷 却。 蒸汽模技术的温度控制系统在速热速冷的过程中，主要完成以下几个步骤： 1）制造所需温度的蒸汽 2）输送高温蒸汽、冷却水和气体 3）快速冷却 4）根据蒸汽模的反馈温度调节阀门
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三、蒸汽模技术中的关键技术
3.4 热疲劳开裂的预防
高光蒸汽模具在注塑成型过程中要反复经历高达近百摄氏度的温差变化，容易 产生热疲劳开裂，对此需要采取预防热疲劳开裂的措施，以保证模具的寿命和 制件的精度。高光蒸汽模具的成型零件需要使用耐腐蚀的淬硬材料，一般采取 镶拼结构，并预留热膨胀间隙，可有效解决型腔热疲劳开裂问题，从而提高模 具的使用寿命。
五、蒸汽模成型的主要影响因素
5.1 塑料材料 蒸汽模技术适用于各种制件，但是并不是所有的塑料都可以采用该技术，一般 适用成型ABS、PS、PC、PMMA等大多数工程塑料，尤其适合成型添加玻璃 纤维的增强塑料。可根据生产需要选取适当的塑料品种，如在电视机行业，前 壳塑胶材料一般是HIPS和ABS。作为常用的两种机壳材料，尽管ABS的成本 会大一些，但成型出的制件在耐冲击性、表面光泽度以及硬度方面都HIPS好， 所以在生产高光制件时，通常选用ABS。 5.2 注塑周期 在一个注塑周期中，开模、闭模、注射及保压时间一般远小于塑件的冷却固化