锁模圈式止逆阀真的更好吗?

作者:Injection Molding Solutions公司 John Bozzelli 文章来源:PT塑料网 发布时间:2018-10-30
锁模圈式止逆阀似乎在市场上占据了主导地位,因为很多加工商认为它可以使密封更好,泄漏更少。但真的是这样吗? 本文的作者提出了不一样的观点。

“止逆阀”和“止逆圈”这两个术语在注塑领域中很常见,二者可互换使用。那么止逆阀的作用是什么?它如何工作呢?

止逆阀是一个单向阀,其作用是确保熔融的塑料只朝一个方向流动,就如同注射器中的柱塞密封一样。在实际的注塑过程中,螺杆旋转,熔体通过螺杆的计量螺棱泵送,被强制通过止逆阀,以形成合适的注射量。这一过程所需要的压力由设备上设定的背压决定。对非填充树脂而言,背压通常为500~ 750psi(3.4~5.2MPa)。玻璃纤维填充树脂或敏感易降解的树脂建议使用低背压。

一旦注射量准备就绪且模具闭合,就会产生注嘴接触力,开始注射熔体。当螺杆开始向前移动时,止逆阀座与圈配合形成密封,防止熔体在螺杆的螺棱处回流。当注塑的产品是一个薄壁部件时,止逆阀座和圈上的压力在20000~ 45000psi(138~310.2MPa)。需要注意的一点是,这一过程必须形成两处密封,一个位于圈和阀座之间,另一个位于圈和机筒壁之间。而圈和机筒之间的密封是通过而这非常紧密的配合或严格的公差来实现的。

止逆阀座和圈之间的密封非常关键,因为成型商不希望有任何熔体回流。不过,这听起来很简单,但在高压和正常的成型条件下,可能会存在一些问题而影响阀座与圈之间的配合,这些问题包括:

1.未熔融或部分熔融的粒料阻碍了圈与阀座的正确配合;

2.诸如金属和其他固体碎屑的污染可能阻塞阀的正确位置或配合;

3.阀与阀座之间有较大的配合区域:大的表面区不易形成良好的密封,所以小的接触区更理想;

4.阀磨损:止逆阀是一个高磨损部件,且如果不拉出螺杆和尖梢,很难评估磨损情况;

5.聚合物黏度;

6.机筒的直径或螺杆的尺寸。

止逆阀防止回流的效果决定了注射量和缓冲(通常,对于“缓冲”的定义有两种,本文采用的是“螺杆在第二阶段或保压结束时的位置”)的一致性,对所加工部件的可重复性也有重要影响。

如今,工厂中有相当多的设备根本没有止逆阀,特别是生产小型部件的注塑机。这些注塑机是两步式压机,在小型机筒(采用固定螺杆)中熔融的材料会被送进射料罐,那里有一个精确配合的活塞作为射料杆,将熔体注入模具中。不过,这种类型的设备存在一个缺点——注嘴更长且压力损失也更大。

如果了解止逆阀的机械结构,就可以对滑动圈式与锁模圈式的止逆阀进行对比。二者的功能相同,但塑化过程中的运行存在区别。如果止逆阀采用滑动圈,在塑化或螺杆回复过程中,滑动圈不会随螺杆一起旋转。它只在螺杆旋转过程中向后滑动,在注射过程中向前滑动(如图1所示)。而采用锁模圈的止逆阀,在塑化过程中锁模圈会随螺杆一起旋转,并在注射过程中向前移动(如图2所示)。

图1滑动圈式止逆阀
图1滑动圈式止逆阀。在塑化或螺杆回复过程中,滑动圈不会随螺杆一起旋转。它只在螺杆旋转过程中向后移动,在注射过程中向前移动

图2 锁模圈式止逆阀
图2 锁模圈式止逆阀。在塑化过程中,锁模圈随螺杆一起旋转并在注射过程中水平移动

在笔者看来,大多数的注塑加工商认为锁模圈密封更好,泄漏更少,使用寿命也更长。但是,没有数据来支撑这个结论。图3中的锁模圈式止逆阀已经使用了大约2000h,请注意阀体上由于旋转而在圆周和水平方向上产生的划痕。机筒内部是什么样子也可想而知,难道还要更换机筒吗?不仅如此,图中螺杆的部分螺棱上还存在碳堆积,计量段的3个螺棱几乎布满了碳纤维和玻璃纤维(如图4所示)。笔者认为,出现这种情况是由于锁定的齿部分阻挡了塑料向前流动。

图3 这款锁模圈式逆阀已使用了约2000h。由于旋转,阀体的圆周和水平方向有很多擦伤和划痕。图中显示了新旧止逆阀之间的巨大差异
图3 新旧锁模圈止逆阀对比

图4 螺杆的部分螺棱上存在碳堆积,计量段的3个螺棱几乎布满了碳纤维和玻璃纤维​​​​​​​
图4 锁模圈式止逆阀使用大约2000h后,抽出螺杆看到的情形

相比上面划痕累累的锁模圈式止逆阀,滑动圈式止逆阀就好很多。即便是出现这种情况,也是在经过更长的加工时间和巨大的滥用后,而且滑动圈不太可能造成机筒损坏。至于更好的密封,业界需要评估阶梯角和弧形阀座。虽然锁模圈式和滑动圈式止逆阀都优于标准的近配合角阀,但是笔者所看到的一项研究表明,采用近配合角阀,圆角阀座的性能提高了85%。

总之,笔者的建议是不要轻易使用锁模圈式止逆阀。当然,这还需要数据来提供切实的理论支持。不过,从图3的情况来看,如果真的造成机筒磨损,更换机筒的费用真的很昂贵。

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