一种蒸汽加热模具的加热设备

摘要

本发明涉及一种蒸汽加热模具的加热设备，包括带浇道的模芯、高温蒸汽支路和高温干空气支路，模芯上设有将高温蒸汽或高温干空气导入模腔内的注入阀和将高温蒸汽或高温干空气导出模腔的溢出阀；模芯包括前模和后模，注入阀设置在前模上开设的正对于后模浇道的进气道内，注入阀包括设置在滑道中可滑动的阀芯，阀芯的两端分别于进气道端部和浇道端部相匹配。通过利用高温蒸汽支路导入的高温蒸汽对模腔表层加热，再利用高温干空气将模腔中的蒸汽及水分除去，从而不需要对整个模芯进行加热，降低了对模具的加热时间，也降低了能耗；同时模具结构也简单，制作模具的成本低。本发明还公开了一种利用这种设备进行生产的注塑工艺。

权利要求

1.一种蒸汽加热模具的加热设备，包括带浇道的模芯，其特征在于，还包括产生高温蒸汽的高温蒸汽支路和产生高温干空气的高温干空气支路，所述模芯上设有与模腔连通的注入阀和溢出阀，所述注入阀可将高温蒸汽或高温干空气导入模腔内,所述溢出阀可将高温蒸汽或高温干空气导出模腔；

所述模芯包括前模和后模，所述浇道设置在后模上，所述注入阀设置在前模上开设的正对于所述后模浇道的进气道内；所述前模内设有连通所述进气道和模腔的滑道，所述注入阀包括设置在滑道中可滑动的阀芯，所述阀芯的两端分别于所述进气道端部和浇道端部相匹配；

所述模芯上设有主浇道和分浇道，浇道内分别设有主浇道截止阀和分浇道截止阀，所述注入阀的进气端设有分别与所述主浇道截止阀和分浇道截止阀连通的连通管，所述连通管将高温干空气支路中的高温干空气或者高温蒸汽支路中的高温蒸汽引至所述主浇道截止阀和分浇道截止阀处，使得所述主浇道截止阀和分浇道截止阀处于常闭状态。

2.根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于，所述注入阀还包括设置在所述进气道内防止所述阀芯滑出进气道的盖环。

3.根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于，所述进气道端部与所述阀芯第一端之间为锥面配合，所述浇道端部与所述阀芯第二端之间为锥面配合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的加热设备，其特征在于，所述溢出阀设置在所述前模上，所述溢出阀与模腔之间通过设置在分模面处的凹槽连通。

5.根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于，所述高温蒸汽支路包括与注入阀连接设置并能产生高温蒸汽的蒸汽发生器、设置在注入阀和蒸汽发生器之间控制高温蒸汽支路接入注入阀的蒸汽进气阀。

6.根据权利要求5所述的加热设备，其特征在于，所述蒸汽发生器包括设有蒸汽出口的蒸汽锅炉和向蒸汽锅炉补充水的补水箱，所述蒸汽锅炉的蒸汽出口与所述蒸汽进气阀连接设置。

7.根据权利要求6所述的加热设备，其特征在于，所述补水箱和蒸汽锅炉之间设有补水增压泵。

8.根据权利要求6所述的加热设备，其特征在于，所述溢出阀和补水箱之间设有连通管。

9.根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于，所述高温干空气支路包括与注入阀连接设置并能产生高温干空气的高温干空气发生装置、设置在注入阀和高温干空气发生装置之间控制高温干空气支路接入注入阀的干空气进气阀。

10.根据权利要求9所述的加热设备，其特征在于，所述高温干空气发生装置包括依次连接的空气加热器、空气干燥器、空气滤清器、除油滤清器以及从外界导入空气的空气压缩机，所述干空气进气阀设置在空气加热器的出气口处。

说明书

一种蒸汽加热模具的加热设备

[0001] 本申请是“申请日为2008年8月26日，申请号为CN200810141706.4，发明创造名称为一种蒸汽加热模具的加热设备及使用该设备的注塑工艺”的分案申请。【技术领域】

[0002] 本发明涉及模具制造技术，更具体地说，涉及一种利用高温蒸汽加热模具模腔表层的加热设备。【背景技术】

[0003] 在现有技术中，传统的注塑模具加热装置通常采用电热元件加热水或导热油等热传导性能好的液体，然后将被加热的水或导热油通入模具加热流道中，使模具在注胶阶段能够保持预设的温度，如专利CN293328、CN2621910Y和CN200957650。

[0004] 研究表明，在注塑阶段，如果能够维持模具温度在有个100摄氏度以上，特别地，当模具温度达到150摄氏度以上时，注塑成型生产出来的零件强度高；这是因为注塑时模具被加热，使得原料在模腔内的流动性提高，避免了冷却后因内部密度不均匀而容易产生应力集中区域。另外，由于零件的表面密度也非常均匀，这使得零件表面质量非常好，如消除零件表面溶接线、溶接痕、波纹、银丝纹、表面缩水现象，提高产品表面质量，产品不需要喷漆后续表面处理工艺。同时原料流动性提高后，可减少加纤零件的浮纤现象，提高成品率20-30%；还可避免因薄壁注塑时流动性不高而产生的缺料、气纹等缺陷；还能降低厚壁成型时的注塑周期。

[0005] 目前对注塑零件表面高光洁度的需求日益增多，随之而起的是各种对模具加热技术的出现，如高温蒸汽加热模芯技术、中频或高频加热模芯技术、高温水或导热油加热模芯技术以及电热管直接加热模芯技术等，目的是使模腔表面在射胶过程中保持较高温度，使零件表面达到高光洁度、零件整体强度高。这些设备的一个共同之处在于，模腔表面温度是依靠热传导，将热量从模芯内部传导到模腔表面。其存在的问题是热量不是直接施加在模腔表面，模具加热和冷却所需时间均需要相对较长的时间；由于整个模芯均被加热，故需要消耗较大的能量来产生模芯加热所需的热量；并且由于在模芯中埋设加热元件，使模具制作过程相对复杂，生产成本非常高。并且，这些加热技术或方法只是针对于后模进行加热，因为如果对前模加热，由于热传导的缘故，顶针也会逐步被加热，从而容易会发生模具顶针卡死的现象；但是，仅加热后模模芯又不能彻底解决注塑件容易产生变形或翘曲的缺陷。

[0006] 此外，采用高温油、水和蒸汽加热模具的方式中，需要在模芯上设置专门的流道来让这些热介质通过，但流道会因模芯本身的结构而在布置上受到限制，这样很容易使得后模模腔的表层温度不均匀，致某些结构的注塑件缺陷不能得到解决。

[0007] 另外，上述设备中还有一个不足之处就是需要消耗较多的能量。以一台300吨的注塑机为例，电加热模具设备的额定输入功率在30kW左右，100台注塑机的额定输入功率则达到3000kW。

[0008] 法国RocTool公司开发了利用电磁感应现象加热模具表面的技术，模具表面部分就会被加热到0.2mm深，而模具内部99.9%的部分仍然处于冷却状态。但是模具的模块必须采用磁性钢材料制造。为了保证有效的电磁传导，模具材料中必须含有铬或者镍，而P20模具钢的导磁性不能满足这一要求。P20是美国模具钢牌号，对应的是瑞典的718模具钢，是制作中高档模具极其常用的模芯材料，其设备成本较高，制造时的模具成本也高。【发明内容】

[0009] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中各种模具加热装置存在的耗能高、生产周期长或者设备成本高、模具成本高的缺陷，提供一种蒸汽加热模具的加热设备，该设备能够利用高温蒸汽对模腔表层直接进行加热。

[0010] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种利用蒸汽加热模具的加热设备，包括带浇道的模芯，还包括产生高温蒸汽的高温蒸汽支路和产生高温干空气的高温干空气支路，所述模芯上设有与模腔连通的注入阀和溢出阀，所述注入阀可将高温蒸汽或高温干空气导入模腔内,所述溢出阀可将高温蒸汽或高温干空气导出模腔；所述模芯包括前模和后模，所述浇道设置在后模上，所述注入阀设置在前模上开设的正对于所述后模浇道的进气道内；所述前模内设有连通所述进气道和模腔的滑道，所述注入阀包括设置在滑道中可滑动的阀芯，所述阀芯的两端分别于所述进气道端部和浇道端部相匹配；所述模芯上设有主浇道和分浇道，浇道内分别设有主浇道截止阀和分浇道截止阀，所述注入阀的进气端设有分别与所述主浇道截止阀和分浇道截止阀连通的连通管，所述连通管将高温干空气支路中的高温干空气或者高温蒸汽支路中的高温蒸汽引至所述主浇道截止阀和分浇道截止阀处，使得所述主浇道截止阀和分浇道截止阀处于常闭状态。

[0011] 在本发明所述蒸汽加热模具的加热设备中，所述注入阀还包括设置在所述进气道内防止所述阀芯滑出进气道的盖环。

[0012] 在本发明所述蒸汽加热模具的加热设备中，所述进气道端部与所述阀芯第一端之间为锥面配合，所述浇道端部与所述阀芯第二端之间为锥面配合。

[0013] 在本发明所述蒸汽加热模具的加热设备中，所述溢出阀设置在所述前模上，所述溢出阀与模腔之间通过设置在分模面处的凹槽连通。

[0014] 在本发明所述蒸汽加热模具的加热设备中，所述高温蒸汽支路包括与注入阀连接设置并能产生高温蒸汽的蒸汽发生器、设置在注入阀和蒸汽发生器之间控制高温蒸汽支路接入注入阀的蒸汽进气阀。

[0015] 在本发明所述蒸汽加热模具的加热设备中，所述蒸汽发生器包括设有蒸汽出口的蒸汽锅炉和向蒸汽锅炉补充水的补水箱，所述蒸汽锅炉的蒸汽出口与所述蒸汽进气阀连接设置。

[0016] 在本发明所述蒸汽加热模具的加热设备中，所述补水箱和蒸汽锅炉之间设有补水增压泵。

[0017] 在本发明所述蒸汽加热模具的加热设备中，所述溢出阀和补水箱之间设有连通管。

[0018] 在本发明所述蒸汽加热模具的加热设备中，所述高温干空气支路包括与注入阀连接设置并能产生高温干空气的高温干空气发生装置、设置在注入阀和高温干空气发生装置之间控制高温干空气支路接入注入阀的干空气进气阀。

[0019] 在本发明所述蒸汽加热模具的加热设备中，所述高温干空气发生装置包括依次连接的空气加热器、空气干燥器、空气滤清器、除油滤清器以及从外界导入空气的空气压缩机，所述干空气进气阀设置在空气加热器的出气口处。

[0020] 实施本发明所述蒸汽加热模具的加热设备，具有以下有益效果：通过设置高温蒸汽支路和高温干空气支路通过注入阀和溢出阀连通至模芯的模腔内，这样模具合模后，高温蒸汽支路产生的高温蒸汽可通过注入阀进入模腔再通过溢出阀流出至模腔外，高温蒸汽与模腔表面进行热交换，从而在极短时间内提高了模腔表层的温度；持续向模腔内通入蒸汽一段时间（数秒钟）后，模腔表层（模腔表面开始深约2-4mm）的温度与模腔表面的温度相同或相接近，可设置该温度达到或略高过射料前对模腔的温度要求（该温度根据模具设计时需要射料时原料在模腔内具有良好的流动性或者强度设计要求或表面质量要求来确定）；而模芯的其他部位的温度与合模前的温度基本一致，这样使得该加热设备只需要少量加热模腔表层的能量，而不需要将整个模芯加热，因此能耗低。当模腔表层达到预设温度后，通过注入阀和溢出阀切换高温干空气支路与模腔连通，持续向模腔内通入高温干空气一段时间后，利用高温干空气可将模腔内多余的蒸汽排出并将粘附在模腔表面的水份带走，使得整个模腔干燥；由于此时的高温空气为满足设计要求的高温，因此，模腔表层的温度基本不会降低。由于在向模腔内通入高温蒸汽或高温干空气时，将浇道封闭，从而避免高温蒸汽或高温干空气从浇道进入射料口，影响原料成分或造成原料不均匀的问题。

[0021] 在模腔温度达到预设温度后，射料、保压、冷却后脱模，即可完成整个加工过程。在冷却时，由于只有模腔表层温度较高，因此冷却时间缩短，也缩短了单件的生产周期，提高了生产效率。

[0022] 此外，通过设置连通进气道和浇道的滑道，并设置注入阀包括在滑道内可滑动的阀芯，当通过注入阀向模腔内注入高温蒸汽或高温干空气时，阀芯在气体推动下向浇道一端滑动并与浇道端部配合，从而将浇道封挡，防止气体进入浇道内；而通过浇道向模腔内注料时，进入浇道的物料将阀芯推至进气道端部，使得阀芯与进气道端部配合，从而封挡住进气道，有效防止物料进入进气道。通过设置该特殊结构的注入阀，使得阀芯能够起到自动截止，避免了在进气道和浇道内分别设置控制阀，进一步节省了设备成本，简化了模具结构。

[0023] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。【附图说明】

[0024] 图1是本发明所述利用蒸汽加热模具的加热设备的结构示意图；

[0025] 图2是本发明所述利用蒸汽加热模具的加热设备的简化结构示意图；

[0026] 图3是本发明所述利用蒸汽加热模具的加热设备中模腔内部的结构示意图；

[0027] 图4本发明所述利用蒸汽加热模具的加热设备中模腔内部的另一种结构示意图;

[0028] 图5是本发明所述注塑工艺的流程图。【具体实施方式】

[0029] 如图1、2、3所示，在本发明所述利用蒸汽加热模具的加热设备中，包括模芯1、设置在模芯1上的注入阀3和溢出阀2、设置在模芯浇道上的截止阀、高温蒸汽支路20和高温干空气支路30。其中，模芯1上设有浇道，用于将原料射入模芯1的模腔4内。注入阀3和溢出阀2设置在模芯1上并与模腔4连通，均为单向导通的单向阀。注入阀3和溢出阀2在没有高温蒸汽或高温干空气导入时是关闭的，以保证整个模腔4是密闭的。根据具体的模具结构不同，注入阀3和溢出阀2还可设置为多个，至少保证每个独立空间的模腔4内有一个注入阀3和溢出阀2与之连通。

[0030] 高温蒸汽支路20包括蒸汽发生器，蒸汽发生器和注入阀3之间设有蒸汽进气阀22，用于控制高温蒸汽支路20接入注入阀3，从而将高温蒸汽支路20中产生的高温蒸汽通过注入阀3导入模腔4内。蒸汽发生器可以是各种产生高温蒸汽的装置，在本发明的优选实施例中，蒸汽发生器包括蒸汽锅炉23和补水箱24，其中，蒸汽锅炉23上设有一个蒸汽出口，上述蒸汽进气阀22可设置在蒸汽出口处，补水箱24向蒸汽锅炉23内补水，在蒸汽锅炉
23中被加热后形成高温蒸汽，补水箱24可接自来水25，并可通过安装补水阀向补水箱24自动补水。在补水箱24和蒸汽锅炉23之间还设有补水增压泵26，以保证蒸汽锅炉23能持续产生高温蒸汽。同时还可在补水增压泵26处设置旁通阀27，以便在不需要补水增压时，将补水增压泵26旁接，形成自循环。当蒸汽进气阀22打开时，注入阀3将高温蒸汽支路20接入至模腔4，蒸汽发生器产生的高温蒸汽进入模腔4内，和模腔表面进行热交换后从溢出阀2排出；持续通入高温蒸汽一段时间后，模腔表层的温度快速提高，直至达到预设的温度，可通过在模芯1中设置热探头至模腔表层来监控该温度，或者使用其他类型的热传感器等热敏元件来进行监测，或者直接通过调节高温蒸汽的温度和压力以及持续时间来调试，以获得这些参数的最佳值，再进行操作。

[0031] 在高温干空气支路30中，包括高温干空气发生装置和控制高温干空气发生装置产生的高温干空气支路30接入注入阀3的干空气进气阀32。其中高温干空气发生装置可以设置为包括空气加热器33、空气压缩机34和空气干燥器37，这样外界空气依次经过空气压缩机34后形成高压气体，形成的气体压力优选设置为2-10个大气压，最好设置为4-8个大气压；再经过空气干燥器37去除水分后变为干空气，然后经过空气加热器33加热，使得干空气的温度达到预设的温度，即等于或略大于满足要求的模腔表层温度，从而形成高温干空气。在空气进入空气加热器之前最好对空气进行滤清处理，因此，最好在空气加热器33和空气压缩机34之间设置空气滤清器36和除油滤清器35，以清除空气内的杂质、粉尘等悬浮物，保证进入模腔4内的空气是干净的。当干空气进气阀32打开时，注入阀3将高温干空气支路30接入模腔4内，高温干空气将模腔4内的蒸汽通过溢出阀2排出模腔4，同时将粘附在模腔表面的水分蒸发再排出，保证了模腔4内洁净不受蒸汽的影响。

[0032] 如图3所示，在模芯1上设有主浇道51和分浇道52，浇道内分别设有主浇道截止阀61和分浇道截止阀62。注入阀3、溢出阀2、分浇道截止阀62既可以设置在前模，也可以设置后模。当高温蒸汽支路20或者高温干空气支路30接入模腔4时，控制主浇道截止阀61和分浇道截止阀62截止，使得浇道封闭。这样就可以有效防止高温蒸汽或者高温干空气进入浇道。最好设置主浇道截止阀61和分浇道截止阀62也为单向导通的单向阀，即射料方向导通，反向则截止。还可在注入阀3的进气端设置有与截止阀连通的连通管63，如图1、2所示，该连通管63的入口设置在注入阀3和干空气进气阀32之间，同样该连通管63也可以设置在注入阀3和蒸汽进气阀22之间。这样，在向模腔注入高温干空气或者高温蒸汽时，高温干空气或者高温蒸汽也可以通过连通管63流至截止阀处，主浇道截止阀61和分浇道截止阀62在压力作用下关闭，从而保证在模腔内通入高温干空气或者高温蒸汽时，截止阀将浇道封闭，防止高温干空气或者高温蒸汽进入浇道。在该连通管上还可设置控制阀64、65来控制连通至主浇道截止阀61和分浇道截止阀62的连通管63、63’的通断。同样，还可设置一个连通至溢出阀的连通管，该连通管66上也设有该连通管通断的控制阀67，同样，在开始注塑前，同样可以通过控制阀将连通管66打开，利用高温干空气将溢出阀关闭。

[0033] 如图1所示，在上述实施例中，还可在溢出阀2和补水箱24之间设置连通管7，连通管7在补水箱24的一端设有冷凝盘管71，使得从溢出阀2排出的高温蒸汽或者高温干空气能够进入补水箱24内。由于从溢出阀2排出的高温蒸汽或者高温干空气仍然具有较高的温度，这样高温蒸汽或者高温干空气在补水箱24内可以和未加热的水混合进行热交换，从而避免这些热量直接排入大气浪费了，而将其用于预设补水箱24内的水，使得这些水进入蒸汽锅炉23前就已经提高了一定的温度，提高了能量使用率，进一步降低了能耗。

[0034] 如图4所示，在本发明所述利用蒸汽加热模具的加热设备中，注入阀3和截止阀在模具中的结构还可设置成与上述实施例的结构不同。其中，浇道51设置在后模11上，注入阀3设置在前模12上。前模内设有一个连通进气道82和模腔的滑道83，注入阀3包括设置在滑道83内的阀芯81，阀芯81可在滑道83内滑动。可在进气道82内设置一个带中心孔90的盖环89，该盖环89与进气道82侧壁可以通过螺纹连接设置；从而将阀芯81限制在滑道83内，防止阀芯81从进气道82滑出。阀芯的第一端84与进气道82端部相匹配，当阀芯的第一端84滑至进气道82时，阀芯81可以将进气道82密封；阀芯的第二端85与浇道51端部相匹配，当阀芯的第二端85滑至浇道51端部时，阀芯81可以将浇道51密封。最好在分模面处的浇道51端部设置一个锥形沉孔86，将阀芯的第二端85设置成与该锥形沉孔86相匹配的锥形;同时，在滑道84中设置一个锥面87，在阀芯的第一端84设置成与该锥面87相匹配的形状。当从进气道82向注入阀3注入高温蒸汽或者高温干空气时，高温蒸汽或者高温干空气推动阀芯81滑向浇道51，则阀芯第二端85将浇道51密封住，防止高温蒸汽或者高温干空气进入浇道51内，起到上述实施例中的截止阀的功效；而阀芯第一端与滑道的锥面之间形成间隙88，高温蒸汽或者高温干空气经该间隙88流至模腔4内，起到注入阀的功效。当在射料开始时，从浇道51注入的原料推动阀芯81滑向进气道82，当阀芯第一端84滑至进气道端部时，阀芯81和滑道83之间形成锥面密封，防止原料进入进气道82内。这样该注入阀3同时具有双向截止的功效，省却了另外设置截止阀的麻烦，使得模具的结构更为简单、制作起来更为方便、节省成本。

[0035] 最好将溢出阀设置在前模上偏离模腔的位置处，溢出阀的出口21与模腔之间通过设置在分模面处的凹槽22连通，这样模腔正好位于溢出阀和注入阀之间，从注入阀注入的高温干空气能够流至模腔的每个角落再从溢出阀流出，避免产生流动死区，从而保证模腔内各处的水蒸气都能被排出。

[0036] 如图5所示，在使用本发明所述利用蒸汽加热模具的注塑工艺中，可采取以下的步骤：先将模具合模，如图5中所示步骤501。再操作截止阀，关闭浇道；同时打开蒸汽进气阀22，由于注入阀3为单向导通，于是注入阀3被高温蒸汽冲开并将高温蒸汽支路20接入模腔4，持续向模腔4内通入高温蒸汽，直至模腔表层温度达到预设温度，如图5中所示步骤503。为了保证高温蒸汽具有较好的流动性能，最好将高温蒸汽进行加压处理，如在高温蒸汽发生器内增压后再释放出来。由于压力过低会影响到高温蒸汽在模腔内的流动性能，而太高则需要保证相关容器的防爆性能而增加制造成本。在本发明所述的这种加热装置中，高温蒸汽的压力优选设置为2-10个大气压，最好设置为4-8个大气压。再关闭蒸汽进气阀
22而打开干空气进气阀32，同样注入阀3被高温干空气冲开并将高温干空气支路30接入模腔4，而高温蒸汽支路20被断开；从而向模腔4内持续通入高温干空气，直至模腔4内的蒸汽以及模腔表面上粘附的水分被蒸发后排出，如图5中所示步骤505。再关闭干空气进气阀32，则注入阀3和溢出阀2可自动还原为封闭状态，即将高温高空气支路和高温蒸汽支路20都断开；开始射料，浇道上设置的截止阀被射入的原料冲开，或者通过设置拉簧将其拉开，直至整个模腔4被原料充满，如图中所示步骤507；此时由于模腔表面温度较高，使得原料的流动性好，从而使得工件能够获得较高的表面质量和内部应力分布。保压一段时间后，可采取自然冷却或其他方式加速模腔4冷却，再脱模，如图5中所示步骤509，整个注塑工艺结束，从而完成一次注塑周期。同样，向模腔内通入的高温干空气最好也经过增压处理，如利用压缩机将空气增压后再加热。高温干空气的压力优选设置为2-10个大气压，最好设置为4-8个大气压。

[0037] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。