高光蒸汽注射模具設計的研究與應用

賈春燕，袁國強，黃漢福

(珠海格力大金精密模具有限公司，廣東 珠海 519070)

高光蒸汽注射模具設計的研究與應用

賈春燕，袁國強，黃漢福

(珠海格力大金精密模具有限公司，廣東 珠海 519070)

摘要：研究了高光蒸汽模注射成型工藝和模具結構，采用飽和蒸汽作為加熱介質，冷卻水作為冷卻介質，實現了低能耗和高效率生產，并以一款壁掛式空調面板為例，說明采用高光蒸汽模具結構設計解決了可見熔接痕、流痕和浮纖等缺陷問題，提高了產品質量和模具壽命。

關鍵詞：高光蒸汽；注射模；空調面板

隨著人們生活品質的提高，對注射產品的要求也越來越高，尤其是對外觀面，采用傳統恒溫模注射成型方法生產外觀零件，往往存在可見熔接痕、流痕和浮纖等缺陷，無法滿足客戶的需求；因此，引進了高光蒸汽模注射成型技術。該技術采用高溫和高壓水蒸汽將模具表面快速加熱到聚合物玻璃化溫度以上后，在模腔中注入塑料熔體，再將水蒸汽切換成冷卻水，對模具型腔進行快速冷卻，將塑件冷卻至一定溫度后開模推出，從而完成一個注射過程[1-2]。蒸汽模具生產的產品避免了熔合線缺陷，同時設計顏色的自由度增大，可以生產不同顏色的產品，而且不需要噴涂，達到了環保要求，最終實現了高光面產品(高光8 000#)。該技術可以被廣泛應用在各種高級家電外觀件、OA儀器及移動電話等領域。

目前，空調已經被普及使用，在選擇空調時不僅僅局限于噪聲小的要求，對外觀也提出了更高的要求。本文以一款壁掛式空調面板為例進行了闡述，該面板材料為HIPS，外形尺寸為835 mm×228 mm×43 mm，如圖1所示，采用高光蒸汽模具結構完成設計，從而更好地滿足客戶需求。

圖1　壁掛式空調面板

1高光蒸汽模具成型過程

成型過程如下：合模→高溫水蒸汽注入→射出→水蒸汽排出→注入冷卻水冷卻→清除冷卻水→開模→頂出→合模(進入下一循環)[3-4]。

2高光蒸汽模具結構設計

高光蒸汽模具結構設計水平可直接影響產品的最終成型效果，為了避免高光產品在模具上拉傷，需要設計員對產品外觀側邊進行優化處理。

2.1模具材料的選用

高光蒸汽模具定模材料的選用非常關鍵，日立CENA1具有好的拋光性能和韌度，在易切削性和抗銹性方面打破過去的傳統工藝，采用特殊熔煉方法，得到潔凈度極高及性能優良的鏡面效果；因此，該材料成為首選材料。

2.2模具進膠設計

高光蒸汽模采用熱流倒裝模，熱嘴直接點在產品背面(非外觀面)上，這樣可便于蒸汽的排布，降低注射壓力，節省材料。按照傳統的模具結構設計，進膠點處會有太陽紋出現，使用蒸汽模就可以有效解決此問題，根據CAE分析結果，澆口直徑設計成2.5 mm，數量為6個較合理，如圖2所示。

圖2　進膠方式設計

2.3模具頂出設計

模具溫度可達80～90℃，采用耐高溫>100℃的液壓缸頂出，其結構如圖3所示。

圖3　液壓缸頂出設計

2.4蒸汽道設計

1)蒸汽道直徑為8 mm，間距為16 mm，距離成型品表面10 mm，如圖4所示。離膠位太近則零件容易開裂，太遠則達不到加熱的效果，可以將2條蒸汽道并聯成1條，由天側進氣，地側出氣。

圖4　蒸汽道設計

2)蒸汽道2條并排1組循環，管道排列方式遵循重力方向及等長原則，即上進側出，側進下出，進、出口對角分布，設計時盡量將進、出位置放在非操作側，如圖5所示。

圖5　蒸汽道排列方式設計

3)蒸汽道在內模上不可以有“死水”，中間蒸汽孔的堵法采用一種有特殊性能的堵頭來實現，即規格為φ8×8的膨脹螺塞，如圖6所示。邊上采用PT內六角錐度螺塞，為了防止漏氣，內六角螺塞除采用常用密封膠外，還要配合一種液態的生膠輔助作用。

圖6　蒸汽孔堵法設計

2.5蒸汽管安裝

蒸汽模屬于驟冷驟熱的高溫高壓模具，因此蒸汽一般由兩頭外牙不銹鋼管與內模直接連接并伸至模板外。水管連接內模側外牙采用PT1/4螺絲，伸出模板外側接口則根據工廠條件確定，水管在模板上的過孔為φ20通孔，如圖7所示。

圖7　蒸汽管安裝設計

蒸汽從內模通過兩頭外牙的不銹鋼管連接到模胚外側，然后通過蒸汽軟管連接到集氣塊上，集氣塊則采用1寸管與蒸汽設備連接。

2.6模具冷卻設計

進膠熱嘴動模處的冷卻非常重要，是解決太陽紋和產品表面白霧的關鍵因素。具體設計方法為熱嘴設計冷卻水套且水路單獨進出，旁邊盡量設置冷卻水塔，如圖8所示。

圖8　冷卻設計

模板的冷卻同樣不能忽視，由于是倒裝模，熱流道持續不斷地發熱且溫度很高，特別是對有運動機構的頂針板來說；因此，各模板都需要加強冷卻。

2.7模具排氣設計

根據CAE分析結果(見圖9)，有熔接線的地方應加強排氣，對應動模位置也需要設計排氣鑲件，如圖10所示。

圖9　CAE分析結果

圖10　排氣鑲件設計

2.8感溫線的排布

為了有效地控制模溫和蒸汽路運行，需要在內模中加入感溫線來測試溫度。感溫線應排布在有代表性的位置，數量按產品大小而增減，盡量布置在產品及蒸汽道長度的中心位置，2條蒸汽路的中間，且高度方向與氣道下切線相平，如圖11所示。

圖11　感溫線排布位置

2.9模具最終結構圖

蒸汽模在模板的開框底面和與內模相接觸的側邊需要加工隔熱槽，模具固定板與注射機之間需要增加電木隔熱板。模具最終結構如圖12所示。

圖12　模具最終結構圖

3結語

本文以一款壁掛式空調面板為例，應用Pro/E5.0軟件進行設計，應用Moldflow進行CAE分析，并且完成高光蒸汽模具結構設計。該結構增強了模具穩定性，提高了模具壽命，解決了可見熔接痕、流痕和浮纖等缺陷，提高了產品質量，可應用于多個領域。

參考文獻

[1] 張鵬,程永奇,宋財福.高光無痕注射成型及其關鍵技術[J].工程塑料應用,2009,37(4):31-34.

[2] 丁磊,伍曉宇,李偉榮,等.高光無痕注射成型工藝與裝置[J].模具工業,2009,35(1):45-48.

[3] 彭芳,彭志榮,周文輝.應用于平板電視的高光蒸汽注塑模具的設計[J].制造業自動化,2011,7(33)：122-125.

責任編輯李思文

西安近代化學研究所再獲中國專利優秀獎

第十六屆中國專利獎獲獎名單已公布，中國兵器工業集團西安近代化學研究所專利項目“五氟乙烷的制備方法”榜上有名，獲得中國專利優秀獎，這是繼2010年第十二屆獲獎以來，該研究所再次獲此殊榮。本次榮獲專利優秀獎的“五氟乙烷的制備方法”公開了一種制備五氟乙烷(HFC-125)的方法。HFC-125屬于臭氧損耗物質(ODS)替代品，主要用作家用空調、商用空調及大型深度制冷的制冷劑，用于替代二氟一氯甲烷(HCFC-22)。該專利解決了目前技術存在的PCE單程轉化率低、催化劑壽命短、副產物(CFC-115)含量高的關鍵共性難題，提高了PCE單程轉化率，延長了催化劑壽命，降低了副產物CFC-115的含量，并且生產成本可降低一半，具有明顯的價格優勢。該專利技術的實施打破了發達國家在該領域的技術壟斷，促進了我國氟化工領域的技術進步，使我國成為世界上少數掌握HFC-125生產核心技術的國家之一，為我國履行《蒙特利爾議定書》國際環境公約和保護大氣臭氧層提供了技術支撐。

——摘自中國兵器工業集團公司網

Research and Development on High Gloss Steam Injection Mould Design

JIA Chunyan, YUAN Guoqiang, HUANG Hanfu

(Zhuhai Gree Daikin Precision Mold Co., Ltd, Zhuhai 519070,China)

Abstract:Injection technology and mould structure of high gloss steam mould were studied in the paper, realized low energy consumption and high production efficiency with saturated steam for heating medium and cold water for cooling medium. Taking air conditioning panel for example, high light steam mould structure design can solve these defects, such as visible weld marks, flow marks and fiber floating and so on, which improved the product's quality and mould life.

Key words:high gloss steam, injection mould, air conditioning panel

收稿日期：2014-04-29

作者簡介：賈春燕(1981-)，女，碩士，主要從事模具CAD/CAM技術和設計等方面的研究。

中圖分類號：TH 122

文獻標志碼：A