l 概述
模壓成型工藝是塑性材料最常見、歷史最悠久的成型方法之一,并且是研究材料性能最常采用的一種工藝方法。它具有成型裝置簡單、設(shè)備投資小、模具結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn),在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)高度發(fā)達(dá)的今天,仍是一種最為普及的生產(chǎn)手段之一。然而,進(jìn)行壓縮模塑成型的模具設(shè)計(jì)能參考的文獻(xiàn)除了教科書、幾位前輩所著的專著、模具設(shè)計(jì)圖例以外,少有人總結(jié)模具設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技巧。
模具的加熱、保溫與冷卻及裝夾結(jié)構(gòu)是復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)不可或缺的一部分。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響到產(chǎn)品的外觀及內(nèi)在質(zhì)量均勻性,同時(shí)還影響產(chǎn)品的成型效率。
2 加熱、保溫與冷卻設(shè)計(jì)
2.1 加熱管的設(shè)計(jì)要求
鋼制加熱是幾乎所有塑料成型模具設(shè)計(jì)必須采用的加熱手段,可設(shè)計(jì)為單向接線、雙向接線等多種形式,材質(zhì)上可采用有縫管、無縫管、不銹鋼管等,特點(diǎn)是熱損失小、熱效率高、排線簡單,可根據(jù)需要設(shè)
計(jì)為220V或380V,接線為式靈活多樣。但由于其材料和加工工藝的限制,模具設(shè)計(jì)中要注意它向身特點(diǎn)。
(l)加熱管在兩端通常有較長的冷端,并不能起到加熱的作用。
(2)加熱段的功率設(shè)計(jì)盡量不超過10瓦特/厘米的限制。如30厘米長的加熱管,功率盡可能不要
超過300瓦。如果設(shè)計(jì)功率超過這個(gè)限制,加熱管表面負(fù)荷較高,鋼管易氧化腐蝕,造成短路。
(3)對于溫度高于250℃的模具設(shè)計(jì),采用加熱管有一定難度。
我曾經(jīng)利用加熱管升溫達(dá)到420℃,但是這種成型溫度對加熱管質(zhì)量要求較高,需要經(jīng)常檢查電路的通暢與短路與否。因?yàn)檫@種條件下加熱管、接線端子、連接用的銅線、鋼片等介質(zhì)非常易于氧化,從而導(dǎo)致斷路。因此對電傳輸介質(zhì)需要進(jìn)行特殊處理,盡量避免使傳導(dǎo)電線暴露在空氣中,延長導(dǎo)線的使用壽命。
烙鐵芯通常也被作為模具加熱管的一種,特點(diǎn)是單位長度功率高(通常直徑10mm,長8cm規(guī)格的烙鐵芯可以達(dá)到150瓦的輸出功率),耐用,安全性好,不易形成擊穿短路,可以通過鉆盲孔來埋設(shè),缺點(diǎn)是難以定制設(shè)計(jì),拆換時(shí)易碎、斷。
電路設(shè)計(jì)中不可缺少保險(xiǎn)、空氣開關(guān)等保險(xiǎn)措施,操作地由要保持干凈整潔,絕緣良好,操作中勤于檢查電氣故障,防止不必要的危險(xiǎn)。
2.2 加熱管的安裝鉆孔
從傳熱角度上理解,加熱管的安裝要與模具表面盡可能貼合,以利于加熱管的熱量盡快傳遞到模具上。而實(shí)際上加熱管與模具并沒有多大接觸面積,傳熱的本質(zhì)是輻射,傳導(dǎo)是次要的。因此大部分用于模具安裝的加熱管表面都涂有增強(qiáng)紅外輻射的涂層,同時(shí)也采用限制設(shè)計(jì)功率(10瓦特/厘米)的辦法以增長加熱管的使用壽命。
因此在加工加熱管孔時(shí),尤其是長加熱管孔的加工沒必要設(shè)計(jì)太小的配合間隙,有效的設(shè)計(jì)方法是在孔的兩端盡可能能與加熱管嚴(yán)密配合,可以采用填塞、封堵或設(shè)計(jì)擋片等辦法。這種做法可以有效減小加熱管的散熱面積以及輻射熱量的損失。
2.3 加熱管的埋放
埋放的加熱管,最好采用與管內(nèi)介質(zhì)相同的氧化鎂粉進(jìn)行充填,以降低加熱管表面的熱負(fù)荷,這種方法可以減少管的表面氧化,有效延長管的使用壽命。有條件的話,加熱管的安裝孔也最好灌入的氧化鎂粉。
2.4 模具保溫方法
加強(qiáng)模具的保溫措施可以減少模具的熱損失,可使模具在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)定的生產(chǎn)溫度,減少能源浪費(fèi)。每個(gè)工程技術(shù)人員對這個(gè)問題都有一套獨(dú)特的解決辦法,我只談?wù)勎业慕?jīng)驗(yàn)。
2.4.l 加熱板的保溫措施
加熱板保溫通常采用石棉板或石棉布保溫,但石棉布不易擺放平整,對壓板的平行度保證也有定的影響。石棉板的種類很多,最常見的是橡膠石棉板,但這種石棉板卻不對以用于密封隔熱用的材料,具有一定的可壓級勝,同時(shí)在高溫時(shí)會釋放出一種十分難聞的氣味,影響操作環(huán)境及操作人的身體健康。
加熱板的保溫宜采用石棉紙板,常見的規(guī)格是1000x1000,3-5mm厚,板體較為規(guī)整,平行度較好,可壓縮性比較平均,高溫下無異味產(chǎn)生。
2.4.2 模具的保溫措施
模具的保溫措施很多,可用石棉布或玻璃布包裹氫氧化鋁保溫棉進(jìn)行保溫�,F(xiàn)在市場上還有一種保溫涂料是目前用作模具保溫的理想材料,它由中長纖維、漿料及一種保溫泡沫材料混合而成,粘性適中,易于涂抹。這種材料常用作化工、采暖管道的保溫層材料,略含堿性(易腐蝕模具)。經(jīng)在150℃條件下使用沒發(fā)現(xiàn)有燒焦、熔化、氣味等負(fù)面影響。同時(shí)材料很輕,可塑性較強(qiáng),容易形成較為美觀的模具表面。
2,5 模具的冷卻方法
水冷卻是大多數(shù)模具采用的冷卻方式,但也有其缺點(diǎn);要求管道密封性要好,上下水管路必須通暢,對水資源的浪費(fèi)較大。當(dāng)冷卻溫度超過100℃時(shí),易產(chǎn)生蒸汽爆炸。優(yōu)點(diǎn)是熱容較大,可實(shí)現(xiàn)快速降溫。
風(fēng)冷卻是一種比較理想的冷卻方法,和水冷正相反,它不需要嚴(yán)密的管道密封,不存在資源浪費(fèi),可以冷卻溫度高于100℃的模具,可以通過氣體的流量來確定冷卻的速度,并且來源簡潔方便,有一定規(guī)模的生產(chǎn)車間都能取得比較方便的氣源。
3 模具的裝夾
模具的裝夾結(jié)構(gòu)與模具的加熱、保溫與冷卻系統(tǒng)密切相關(guān),同時(shí)為模具的更換、裝卸提供一定的方便特性。多數(shù)設(shè)計(jì)者為圖方便,只簡單地將模具上打幾個(gè)安裝孔用以固定。例是多數(shù)的壓模都不單獨(dú)設(shè)計(jì)加熱裝置,而是在壓機(jī)上下壓板上安裝加熱板以簡化中小型模具的加工。模具結(jié)構(gòu)中就只剩下構(gòu)成型腔主體結(jié)構(gòu)的模塊。這時(shí)模具可以采用注塑模具的固定辦法——用壓板將模具固定在上下模板上。在加熱板模具上設(shè)計(jì)好固定壓板的空間即可。這種設(shè)計(jì)不僅可以用于移動式壓模,也可用于帶有簡單項(xiàng)出機(jī)構(gòu)的壓模。僅需要在加熱板的設(shè)計(jì)中才考慮到頂桿的位置與加熱管不相沖突即可。也可以利用一種模具的模架對多個(gè)模具進(jìn)行通用性改造,以簡化模具制造成本。
如果供具較高,單純的加熱板加熱已經(jīng)不能滿足均勻加熱的需要,這時(shí)需要在模具上安裝輔助加熱系統(tǒng),可以山加熱片、加熱管及烙鐵芯構(gòu)成。
對于結(jié)構(gòu)簡單、尺寸較小的模具,采用加熱板加熱會造成大過的熱量損失,在模具尸設(shè)計(jì)簡單的加熱系統(tǒng)就能夠滿足要求。需要注意的是在模具和壓機(jī)固定板之間要添加隔熱物(通常來采用石棉紙板)來保溫,同時(shí)需要注意電源線的排布整齊和電偶孔的位置。這種設(shè));由于熱容較小,特別適用于需要反復(fù)加熱冷卻或快速加熱冷卻的小型模具。
4 結(jié)語
本文是實(shí)際工程應(yīng)用中的總結(jié),經(jīng)實(shí)踐文中涉及的多種技巧和辦法可行。 |