一种高效快速热循环注塑模具换热结构的开发

已成 为一 种趋 势 。传 统注 塑 工 艺难 以满 足 发展 需
要 ，于 是蒸 气辅 助 快速 热循 环注 塑 工艺 （Ｒ Ｍ） Ｓ ＨＣ
便 应运 而 生 。Ｓ ＨＣ 利 用 高温 蒸气 和 低温 冷 却 Ｒ Ｍ
水循 环 交替 通入 模 具 换热 通道 ，实现 模 具 型腔 表 面温 度 动态 控 制 。该 技术 可 以消 除 塑件 表面 的熔 接 痕 、凹陷 、浮纤 等缺 陷 【 ，并使 其达 到 镜面 光 ｌ 】 洁 ， 能够 提 高塑件 强度和 表 面硬 度 。 Ｒ Ｍ 工 还 Ｓ ＨＣ 艺 是 目前 国 内外高 光 注塑 领域 的研 究热 点 ，应 用
摘
要： 热循 环注塑技术 的关键在于定 向换 热效率 。 快速 采用Ａ ＹＳ 软件模拟分析整体式模仁热 响应过程 ，提出一 ＮＳ
种 带有绝热层的组合式模仁换热结构 ，解决 原换 热结构有一方 向传热 能量存在 浪费的现象 。铣 削ｕ 形槽作为换热通道 ， 加工容易且表面光洁度高 。模拟分析 结果表 明，新换热结构在加热 、冷 却阶段所用时 间比原换热结 构分 别缩 短３ ． ５７ ％和
采用 Ｓ ＨＣ 工 艺注 塑 时 ，高温 蒸气 和低 温 Ｒ Ｍ
冷 却水 分 时段 接入 模仁 换 热通 道 ，对 模 具型腔 表
面加 热和 冷却 。 目前 ，Ｓ ＨＣ 注塑 模 具所 采用 Ｒ Ｍ 的整 体式 模仁 主要 有 两种类 型 ：
（） １使用 深 孔钻 加 工若 干段 直 线管 路构 成近
本 文 取 垂 直 于 换 热 通 道 的 截 面 作 为 分 析 对
象 ，得 到整 体 式模 仁模 具 二 维几 何模 型 ， 以下称 其 为模 型 Ｉ ，如 图 Ｉ所 示 。该模 型适 用 于上述 两
种 类 型模 仁 的热 响应 模拟 。图 １ 中点划 线为对 称 中 心 线 ，表 示 对 称 的几 何 结 构 。本 文 以壁 厚 为 ３ ｍｍ 塑件 作 为分 析对 象 ，在 传热 分析 中，单侧 型 腔面 对 聚合物 熔 体层 的热 影 响厚 度 为 １ ． ｍｍ。 ５ 模 型 中 Ａ、Ｂ、Ｃ 为模 具 型腔 面在 该截 面 上 的三个
材 料 及 成 型 技 术
《 电技 术 》２ １ 年 第 ４期 机 ００
一
种 高效 快速热循环 注塑模具换 热结构 的开发舟
范增伟 葛晓宏 黄 红武
（ ． 门大 学 机 电工 程 系 ，福 建 厦 门 ３ １ ０ ；２厦 门理 工 学 院 ，福 建 厦 门 ３ １２ ） １厦 ６０ ５ ． ６ ０ ４
合于 小批 量 的生 产 。
用 ，除 了高温 蒸汽 压 力 高存在 安 全 隐患外 ，注 射
周期 长 、能量 消耗 高 是制 约 其普 及 的关键 。本文
首先利 用ＡＮＳ ＹＳ 软件 模 拟 了整体 式模 仁 换热 模 型 的Ｓ ＨＣ 工 艺热 响应 过程 。通过 对模 拟 结果 Ｒ Ｍ 的分 析找 出传 热 能量 浪 费 的主要 因素 ，进而 提 出 带有 绝热 层 的组合 式 模仁 换 热模 型 。与整 体 式相 比，其换 热速 度 更快 、更 节 能 、型腔 表 面温 度分
前景 广 阔 。 Ｓ ＨＣ 工 艺经 过几 年 发展 ，却 没 有普 及应 Ｒ Ｍ
树脂 或 渗铜 等后 处 理完 成模 仁 的制造 。该种制 造
方法 既可 以缩短 注 塑模 具 的制造 周 期 ，又能够 随 塑料 件 的形状 轮 廓设 置模 仁 内换热 通 道【引 但 是 １。 模仁 由两 种 热膨 胀系 数不 同的材 料构 成 ，在冷 热 切换 频 繁 的Ｓｍ Ｃ 工 艺中容 易产 生 热疲 劳 。且 Ｉ Ｍ 浸渍 改性 环氧 树 脂 的模仁 ，其 金 属烧 结颗 粒几 乎 被树 脂包 覆 ，导 热系 数低 于 金属 模仁 ，不 利于 快 速 换 热 。此 外这 类模 具 的强度 和精 度 不 高 ，只 适
点 ， Ｙ、 为 塑件 中心层在 该 截面 上 的三个 点 ， ｘ、 Ｚ 这些 点将 作 为热 分 析 时 的温 度 考 察 点。几 何模 型 中各 层材 料 及其 热 属性 参数 如表 Ｉ所 示 。
布更 均匀 。
１ 整 体 式 模 仁 热 响应 模 拟
１１ 热分析 几何 模 型 ．
基金项目 家自 西 页 （ 弓 ０４０９； 磊 ：国 然科学基金项目 编号： ８３５） 福建省重大产学研项目 （ ００ ６２） 厦门巾 平夏 ５ 福建省重大产学研Ｉ 目 编号： １－０８； 科玟计 贞 ２ ／ Ｉ 厦Ｉ Ｊ 市科技计
划 项 目 （ 号 ：５ ２ ２ ０ ３ ２ ） 编 ３ ０ Ｚ ０ ８ ０ ７
２ ．％， 节 能 效 果 明显 。 ４９ 关 键 词 ：快 速 热 循 环 ；Ｒ Ｍ ； 熔 接 痕 ：传 热 分 析 ； 节 能 ＨＣ 中 图 分 类 号 ： Ｔ ２ ． 十 文 献 标 识 码 ：Ａ Ｑ３ ０６ ２ ６ 文 章 编 号 ： １７ －４ ０ （０ ００ －０ ５ ０ ６ ２ ８ １２ １）４ ９ － ５
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《 机电技术》２ １ ００年第 ４期
材料及成型 时Ａ ６ 秒 ２
点温度 高于 １ ０Ｃ， Ｒ Ｃ 工 艺需对 该换热 结 ２ ￣ 即Ｓ Ｈ Ｍ 构模仁 加热 １ ．５ 。图４ 为模 型１ ｌ １ ．５ 时 的 ６ ｓ ２ Ｊｌ ６ 秒 Ｊ热 ２ ：
塑料制 品 的壁厚更 薄 、 强度 更高 、 面更 美观 表
似 随形 的换 热通 道 。其加 工相 对 简单 ， 目前 国内 是 企 业普 遍采 用 的结 构形 式 。但 是直线 管 路对 塑件 曲面近 似效 果不 理 想，造 成传 热不 均匀 ， 易产 很容
生熔 接 痕和 扭 曲变 形等 缺 陷Ｌ。 ６ １ （） 用选 择 性激 光烧 结（ Ｌ ） ２采 Ｓ Ｓ 技术 ， 烧结 混加 高 分子 粘 结剂粉 末 的普通 铁 粉成 形注 塑模 具形 坯 ，形 坯再 经过 脱脂 、高温烧 结 、浸 渍 改性环 氧