[发明专利]一种单一熔体多次注射的成型方法

说明书

本发明属于橡塑注射成型技术领域，涉及一种适用于低应力厚壁精密产品开发的注射成型新技术，具体是一种单一熔体的多次注射成型方法。本发明采用低速低压下多次多阶段注射的方式有效地完成了厚壁精密产品的熔体充填和密实化过程，使用了单一流道及浇口，保证了成型的连续性，产品的厚度尺寸可以通过多次注射实现精密控制，且多次注射的熔体会释放掉之前预制型坯的部分应力，产品的整体残余应力低。本发明没有使用多色注射机，简化了模具结构，节约了设备和模具成本，为一种经济简单的工艺方法，高质量地完成了厚壁低应力产品的开发，达到了本发明的目的。

技术领域

本发明属于橡塑注射成型技术领域，涉及一种适用于低应力厚壁精密产品开发的注射成型新技术，具体是一种单一熔体的多次注射成型方法。

背景技术

深海探测与航空航天领域的观测视窗、石油石化领域的输油管件以及环保领域的大型水处理滤板等特殊产品对力学性能、光学性能和尺寸精度都提出了较高要求，相应的材料选择和成型制造方法均面临挑战。由于密度低、比强度高、尺寸可控等特点，塑料在上述产品开发上应用的越来越多。针对高强度和高耐压的环境要求，塑料产品在设计上需要增加厚度满足使用，但这也给成型制造带来了一系列问题，其中主要包括质量控制和成型周期等。厚度在(1-4)mm以下的塑料产品通常采用传统注射成型工艺来制造，成型周期多控制在1分钟以内，材料的固化收缩则是通过注射机螺杆进行保压注料以实现补偿，但这一保压过程会引入过大的残余应力，后期极易发生应力变形与开裂。注射压缩成型将压缩过程取代传统的保压过程，实现了大面积的精密模压补缩，有效降低了产品的残余应力，成型的产品厚度可增大至20mm左右，适用于外形简单的产品。专利CN01816518.4和EP0144622分别利用了“吹胀”和“回挤”的方法进行了厚壁光学元件的成型，在保证产品表面质量的同时极大地降低了残余应力，但受限于产品几何特征和工艺特点，制造周期比较长。为进一步降低成型周期和提高生产效率，专利US20140332991A1将异质多层注射的概念扩展到同质多层注射，在厚壁LED光学组件上得到成功应用，成型周期降低至原始的1/3，但其采用的多色注射机与旋转式多腔模具设计与制造复杂，使用与维护成本高。

虽然上述方法在成型不同厚度的产品上具有各自的优点，但在成型厚壁，特别是厚度大于20mm的超厚壁低应力精密产品时仍存在一系列的瓶颈：一、材料的收缩使得产品表面存在凹陷，特别是低模温下形成的边缘凝固层使得注射压缩成型后期的压缩动作失效；二、压缩或者多层注射的流动均存在不连续性，在产品的表面极易产生冷流痕；三、模具型腔的温度需要接近材料的玻璃化转变温度，以保证材料的流动与复制性，相应的成型周期延长，能耗增加；四、需要具有特殊功能的注射机、周边辅助设备和复杂的模具系统，成型制造成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有厚壁精密产品注射成型技术的缺陷与不足，提供一种适用于小批量厚壁低应力产品开发与制造的单一熔体多次注射的成型方法。

本发明是这样实现的

该方法通过将高温熔体在低于常规注射的速度和压力下多次注射到一个可变尺寸的模具型腔中，其中型腔由动模镶件、定模镶件和封料模板组成，型腔尺寸通过动模镶件的精确定位进行控制，注射浇口的厚度大于型腔初始厚度；

在成型的第一阶段，根据产品的投影面积建立初始锁模力，型腔厚度尺寸小于最终成型的产品，高温熔体由侧面在低于常规注射的速度和压力下注入型腔并完全充满，形成预制型坯；

在成型的第二阶段，锁模力下降至小于初始锁模力1/2以下，熔体在低于常规注射的速度和压力下第二次注入并覆盖于预制型坯上，锁模力与注射压力协同作用使得模具型腔扩张；

在成型的第三阶段，锁模力呈梯度式上升至大于初始锁模力，动模镶件向定模侧移动，压缩熔体充填整个型腔，型腔尺寸减小，压缩动作持续到冷却结束；

在成型的第四阶段，产品充分冷却，模具开模，产品由封料模板顶出，自动或者手动取出后进行表面保护。