与普通流道模具相比,热流道模具中的浇注系统在使用过程中始终处于高温状态,塑料熔体在高温、高压作用下很易在热流道系统的零件连接处发生泄漏。熔体泄漏不仅会影响塑件质量,而且会严重损坏模具,导致无法生产。热流道模具发生泄露的部位主要有两个,一是流道板上流道端面处,二是流道板与喷嘴(包括浇口喷嘴和主流道喷嘴)的结合面处。熔体泄漏的原因多种多样,归纳可分为操作、装配工艺不当,密封设计不合理3个方面。本文就熔体泄漏的原因及预防止措施作一介绍。
1 工艺因素引起的熔体泄漏
操作工艺不当是模具生产过程中出现熔体泄漏的主要原因之一。为弥补热流道系统零件的热膨胀,在设计和装配模具时,零件间往往存在一定的冷间隙。只有在规定的操作温度下,零件热膨胀才能完全消除冷间隙达到密封防漏。操作不当引起的熔体泄漏主要出现在以下几种情况下:(1)系统升温过程不当或温度控制不均匀引起的熔体泄漏。在升温过程中,如喷嘴升温速度高于热流道板升温速度,系统零件轴向热膨胀后将限制热流道板的横向热膨胀,引起热流道板变形而出现熔体泄漏。浇注系统零件温度不均匀会引起零件的不均匀膨胀,也会使零件发生扭曲变形而出现熔体泄漏。(2)系统没有达到规定的操作温度时提前注射。如所示,系统受热后支承圈6、热流道板5和浇口喷嘴4在轴线方向发生热膨胀,支承圈压紧在定模安装板3上,并在热流道板和喷嘴间产生一定的热压力。如在没有达到规定温度时进行注射,热膨胀产生的热压力不足以抵消熔体压力将使喷嘴4和热流道板5发生分离而出现熔体泄漏。(3)系统加热温度高于操作温度引起的熔体泄漏。在这种情况下,由于热膨胀量过大产生很大的热压力,会使系统零件发生变形而出现熔体泄漏。
另一方面,当浇注系统温度降低为操作温度时,由于带刚性边缘的热喷嘴对热膨胀的适应性差,也会出现熔体泄漏。
综上所述,按正确的步骤和工艺条件进行操作是避免熔体泄漏的前提。一般的热流道模具可按下列步骤进行操作:
(1)加热热流道系统到设定温度。一般分为两步进行:首先是?软启动,以消除加热器中的潮气。
(2)加热模具到设定温度。特别是大型模具,注射前加热,注射时再冷却。
(3)加热注射机料筒到设定温度。
第二步,满负荷将系统加热到设定温度,可先将喷嘴温度加热到热流道板温度的2/3,待热流道板温度达到设计温度后再将喷嘴温度加热到设定温度。
(4)对新的或已清洗的热流道系统,应先采用低压慢速注射。
(5)注射进行几个循环后如没有熔体泄漏现象,再采用设置的注射工艺参数进行生产。
2 热流道系统的密封设计
2.1热流道系统的热膨胀补偿
室温下装配的模具在热流道系统零件的热膨胀时会引起零件间产生相对位置的变化,为弥补零件的热膨胀,需留出合适的膨胀间隙,如所示的冷间隙A和C.热流道板通过中心定位销7固定在定模板1上,受热后向四周伸长。热流道板的横向热膨胀将减小热流道板与止转销2的间隙A,如设计时A值小于热流道板的横向热膨胀量,受热后止转销将阻止热流道板的横向伸长,造成热流道板的翘曲变形,使热流道板与喷嘴间密封失效而引起熔体泄漏。支承圈6、热流道板5、浇口喷嘴4的轴向热膨胀将消除冷间隙C.如冷间隙过大,轴向热膨胀量不足,在注射时熔体压力将使浇口喷嘴4和热流道板5发生分离出现熔体泄漏。如冷间隙过小,系统热膨胀压力过大,将会使系统零件发生弯曲,或压应力超过定模板的屈服应力,使支承圈压溃定模板,从而限制热流道板的横向热膨胀,造成浇口喷嘴和热流道板间发生熔体泄漏。因此,在设计模具时,正确计算系统热膨胀量,留出合理的热膨胀间隙是防止熔体泄漏的前提。系统线性热膨胀量可采用下列公式计算:L=TL(1)系统热膨胀受阻产生的热应力为:=EL-CL(2)定模固定板压力采用下式校核p(3)式中:L为热流道系统的线性热膨胀量,mm;为系统零件材料的线热膨胀系数;T为热流道系统零件与模具的温差;L为室温下流道系统零件在膨胀方向上的长度,mm;为系统热膨胀受阻产生的热应力,MPa;C为预留间隙量,mm;E为系统零件的弹性模量,MPa;p为定模固定板材料的许用压应力。
2.2热流道系统的密封形式
热流道板与喷嘴间采用平面密封,是国外热流道系统常见的一种密封形式。系统轴向热膨胀后支承圈压在定模固定板上,在热流道板和喷嘴结合平面处产生一定的热压力抵消熔体压力进行密封防漏。这种结构形式不能保证冷密封,也没有过热保护措施,只有在设定的温度条件下才能保证热流道板与喷嘴的密封。设计时需准确计算热膨胀量,留出合适的冷间隙C.
b在喷嘴和热流道板结合平面上采用了O型密封圈,O型密封圈用不锈钢管制成,装配时有2030钢管直径的预紧量防止熔体泄漏。这种结构形式非常适合低刚度的热流道板和模具。
采用了弹性连接,由弹簧提供预紧力实现冷却状态下的密封,过热时弹簧吸收热膨胀防止系统损坏和泄漏,是一种较为理想的密封形式。
浇口喷嘴通过螺纹固定在热流道板上,系统热膨胀时喷嘴和滑动压环随热流道板一起移动。由于喷嘴的移动会造成喷嘴流道轴线与定模板上浇口轴线的错位,因此在设计喷嘴位置时需考虑横向热膨胀量。这种密封形式适用于注射点少、喷嘴间距不大的场合。
3 热流道板装配工艺
热流道系统的装配精度和安装次序直接关系到熔体是否发生泄漏。如喷嘴高度不一致,最短的喷嘴与热流道板间存在间隙会引起熔体的泄漏,支承垫高度与喷嘴高度不一致引起的热流道板变形也会造成熔体的泄漏等。
下面以1模4腔塑料盒热流道模具为例说明热流道板的装配工艺:(1)紧固定模固定板。(2)将流道堵塞7压入热流道板10,找正方向后装入止转销2防转,然后用压紧螺钉3压紧堵塞,并用O型金属密封圈防止熔体泄漏。(3)将浇口喷嘴1和支承垫15安装在定模板14中,以定模板平面为基准检验所有喷嘴装配平面的高度是否一致,如不一致,按最小值进行修磨,允差为0.01mm。(4)试装热流道板,检验热流道板和止转销2径向和轴向是否有必要的间隙A和B.(5)用螺栓将垫板框12固定在定模板14上。(6)以垫板框12上平面为基准,修配所有的承压圈6,使其高度一致,并与垫板框上平面有间隙C.(7)将主流道喷嘴9旋入热流道板10。
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