全电动式反移模和脉动压力诱导注射成型方法及装置

摘要

本发明涉及一种全电动式反向移模和脉动压力诱导注射成型方法及成型装置。注射成型过程中，在注射螺杆旋转运动或直线运动的同时叠加轴向周期性振动，使螺杆直线位移为脉动式位移，熔体中的压力脉动式变化，从而实现聚合物动态塑化计量、动态充模及动态保压过程；采用电机与丝杆传动装置及反向移模的设计思想，实现全电动塑化、全电动注射、全电动开/合模、全电动调模、全电动锁模、全电动顶出、全电动装(卸)模具、前模板运动进行开合模等过程。这种注射成型方法及装置具有结构简洁、可靠性高，能耗低，噪音小等优点。采用全电动注射成型提高了加工精度，提高了制品质量；避免了油污染，有利于环保。

说明书

技术领域

本发明涉及注射成型方法及装置，具体是全电动式反移模和脉动压力诱导注射成型方法及装置。

背景技术

当前最为广泛使用的注射机是传统的螺杆一线式注射机，其主要的动力传动系统为液压系统，这种结构形式的注射机具有结构简单，各方面技术相对较成熟等特点，但同时由于成型原理方面的原因存在着以下几方面的不足：(1)由于塑化时螺杆后退，螺杆有效长度缩短，使得混炼不均匀，熔体在计量筒中的径向、轴向温差大，温度分布不均匀，从而影响制品质量。(2)传统塑化注射装置塑化物料时所需加工温度高，因而熔体温度高，造成能耗高、成型周期长、塑料制品性能提高困难等问题。(3)所需锁模力大，能耗高，机械结构强度要求高，结构笨重。(4)采用液压系统作为动力传动系统，易造成油液泄漏，污染环境；同时存在液压系统复杂、升压速度慢等问题。

为了克服以上不足，专利CN 1141842A《电磁式聚合物动态注射成型方法及装置》公开了一种与传统螺杆一线式注射机完全不同的注射装置。通过采用电磁式振动装置，将周期性变化的压力引入到注射成型的塑化、注射、保压等过程，从而达到减小成型装置的体积及制造成本，降低能耗，提高制品性能的目的。专利CN2673619Y《全电动注射机锁模驱动机构》采用由电机带动以驱动滚珠丝杆及传动螺母运动的动力传递机构实现锁模机构的动作。实用新型专利CN200320109080.1《全电动注射机注射机构》通过配置预塑电机、注射电机、注射带轮及滚珠丝杆等实现了全电动预塑过程。这些装置分别为全电动注射成型技术的发展提供了基础。

发明内容

本发明的目的在于从成型方法和成型设备上克服现有注射成型过程中的一些诸如混炼不均匀、能耗高、成型周期长、塑料制品性能提高困难、设备机械结构强度要求高、结构笨重、易造成油液泄漏而污染环境的，提供一种将脉动变化的压力引入到聚合物的塑化、充模、保压全过程的全电动式反向移模和脉动压力诱导注射成型方法。

本发明还提供一种实现上述方法的全电动式反向移模和脉动压力诱导注射成型装置。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

利用电磁式或机械式振动发生装置使注射螺杆在旋转运动及直线运动的基础上叠加一个周期性振动位移，使聚合物熔体压力脉动式变化，从而将脉动变化的压力引入到塑化计量、充模及保压过程；利用前模板非固定安装结构与反向移模的设计思想，将作用在前模板上的部分注射力最后作用到模具上，减小锁模机构的负载。

实现上述技术方案的装置特征在于：塑化注射装置中的料筒喷嘴与模具连通，位于料筒中间并能够相对料筒旋转或相对料筒作直线运动的注射螺杆后端设置有电磁式或机械式振动发生装置，所述振动发生装置所产生的振动力直接叠加到注射螺杆上，该振动力的振幅和频率均可以依据工艺要求进行设定和控制。物料塑化时，注射螺杆在电机经传动系统的带动下在料筒中旋转，并在螺杆头前方熔体压力与振动发生装置所产生的振动力地联合作用下脉动式后退，螺杆螺槽中的物料在旋转剪切力、脉动式压力和外部加热的共同作用下进行熔融、输送，实现了物料的脉动式塑化与计量。

所述全电动式反向移模、脉动压力诱导注射成型装置的特征还在于：安装模具前半模的前模板采用非固定安装。塑化计量完成后，电机经传动系统所产生的注射力推动螺杆向前相对料筒作直线运动，同时安装在注射螺杆后端的振动发生装置所产生的振动力叠加到注射力上，从而使聚合物熔体压力脉动式变化，迫使螺杆头前面的熔体脉动式的进入模具模腔中，进行动态注射充模。当熔体充满模腔后，振动发生装置继续按设定的振幅及频率产生振动力对熔体进行压实保压，防止熔体倒流回到料筒中。也就是说在充模与保压过程中，聚合物熔体一直受到稳态剪切与叠加的脉动剪切应力作用，实现动态充模及保压过程。在注射与保压过程中通过料筒喷嘴作用在前模板上的部分注射力最后作用在模具上，从而减小了减小锁模机构的负载。

该设备采用反向移模和单一电机驱动塑化计量、开合模与注射保压的设计思想，料斗座安装在拖板上，拖板可沿机座上的导轨移动。同时通过滚动花键副，整个注射成型塑化装置在螺杆转动或不转动的情况下均可以沿滚动花键轴在机座上作轴向移动。前模板可以与塑化注射装置一起作轴向运动从而实现开合模。合模时，塑化合模电机一端连接塑化传动系统的塑化离合器断开，另一端连接开合模与注射传动系统的离合器闭合，塑化合模电机所产生的驱动力通过开合模与注射传动系统推动塑化注射装置和前模板一起向后模板方向运动，当前模板与后模板接触时完成合模运动。合模结束时，前模板完全伸入合模装置锁模机构的外筒中，在一个小电机的驱动下锁模卡环旋转，阻挡前模板，使之不能从外筒中脱落。

合模完成后，由锁模机构执行锁紧动作。锁模电机经变速箱驱动齿轮系转动，带动锁模螺母转动。由于锁模螺母受内筒上的轴承支撑而不能前后运动，迫使锁模丝杆向前运动，锁模丝杆与后模板固定联接，从而推动后模板向前模板方向运动，产生一个作用力将模具锁紧，该锁紧力通过后模板、锁模丝杆、轴承、内筒、外筒、锁模卡环、前模板构成一个封闭力系，实现全电动锁模。

当模具锁紧后，塑化合模电机通过开合模与注射传动系统推动注射螺杆前进，进行上述的注射保压动作。而当注射保压结束后，塑化合模电机一端连接塑化传动系统的塑化离合器闭合，另一端连接开合模与注射传动系统的离合器断开，塑化合模电机所产生的驱动力通过塑化计量传动系统驱动塑化注射螺杆转动，进行塑化计量。

制品冷却后，锁模电机反向转动，经变速箱驱动齿轮系反向转动，带动锁模螺母反向转动。带动锁模丝杆和后模板向后运动，与向前模板分离，解除锁紧力。锁模卡环在小电机的驱动下反向旋转，解除对前模板的阻挡。塑化合模电机一端连接塑化传动系统的塑化离合器断开，另一端连接开合模与注射传动系统的离合器闭合，塑化合模电机反向转动，所产生的驱动力通过开合模与注射传动系统带动塑化注射装置和前模板一起进行开模运动。开模后，顶出电机通过带轮、同步带、带轮，驱动顶料杆顶出制品。完成顶出过程后，顶出电机反向旋转，顶料杆回退，完成顶料动作，为下一成型周期做准备。

本注射成型装置设有模具安装电机。在安装、拆卸模具时，模具安装电机驱动丝杆转动，丝杆上的螺母与外筒固定联接，从而带动外筒沿机座导轨移动，让出空间安装、拆卸模具，同时也可以根据模具厚度调节后模板与前模板之间的距离。

本发明与现有相应技术相比具有如下显著优点：

1.本发明采用全电动式驱动及脉动压力诱导注射成型装置，其结构简洁、轻便，可靠性高，节省能源，噪音低，减少油污染，维修和使用费用低。

2.本发明采用全电动式驱动，完全依靠机械传动，精度高；不需液压动作，无油泄漏，有利于环保。而且采用单一电机实现塑化计量、开合模和注射保压动作，结构简单，制造成本低。

3.本发明首次提出了反向移模的设计思想，减小了锁模系统的负载，简化了合模、开模机构，为注射成型机的设计制造开创了一种新的方法。

4.本发明的锁模装置采用无拉杆设计，结构简单，容模空间大，模具安装方便。

5.本发明将脉动变化的压力引入到聚合物材料的塑化、计量、充模、保压等过程，加强了物料的混合、混炼；熔体粘弹性降低，充模阻力减小，填充速度快且均匀，保压补缩容易，内应力降低，制品质量提高。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为全电动开、合模装置示意图。

图3为安装、拆卸、模具厚度调节装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步描述。

实施例

如图1所示，聚合物材料从料斗在重力作用下进入到料筒16中。塑化时，离合器29闭合，离合器27断开，电机28通过同步带30驱动滚动花键轴22转动，滚动花键轴22通过齿轮系19带动螺杆17旋转，同时振动发生装置20工作，在螺杆17作圆周运动的基础上叠加周期性的轴向振动位移，从而将由螺杆的机械振动引起的脉动变化的压力引入到塑化过程中并作用在熔体上，在剪切振动作用下实现塑化及计量。

料斗座18安装在拖板31上，拖板31可沿机座38上的导轨移动。并通过滚动花键可以在滚动花键轴22上移动，从而整个注射成型塑化装置可以在滚动花键轴22上作轴向移动。合模时，离合器29断开，离合器27闭合，电机28通过同步带26，再由变速箱25驱动丝杆24向前运动，丝杆24向前推动振动发生装置20前进。而此时离合器39闭合，齿轮21不能转动，从而推动齿条23带动拖板31向前运动，使振动发生装置与塑化装置形成一个整体一起运动。同时，料斗座上的离合器40吸合，齿轮32不能转动，推动齿条33向前运动，齿条33与前模板15相连，从而带动前模板15运动实现合模。合模完成后，前模板15已完全伸入模具锁模机构的外筒9中，此时电机12驱动齿轮13带动锁模卡环14旋转，阻挡前模板，使之不能从外筒9中脱落，实现合模过程。相反，当电机12驱动齿轮13带动锁模卡环14反向旋转，脱离前模板，使之可以从外筒9中脱出，则电机28反转就可以通过上述的传动系统驱动塑化装置和前模板向相反的方向运动，实现开模。

合模完成后，由锁模机构执行锁模动作。电机1通过变速箱2驱动齿轮系3运动，驱动滚珠螺母5作旋转运动。滚珠螺母5由轴承6支撑不能前后运动，其转动将推动锁模丝杆4向前运动。锁模丝杆4与后模板8固定联接，从而推动后模板8向前将模具后半部分10与其前半部分11锁紧。锁模力通过后模板8、锁模丝杆4、轴承6、内筒7、外筒9、锁模卡环14、前模板15构成一个封闭力系。当电机1反向旋转时，通过上述传动系统带动后模板8向后运动，松开模具，解除锁模力。

模具锁紧后，离合器29继续断开，离合器27继续闭合，离合器39松开，齿轮21可以在齿条23上滚动。电机28通过同步带26、变速箱25驱动丝杆24向前运动，丝杆24推动振动发生装置20向前运动，同时振动发生装置20按照工艺要求产生一个振动力，从而推动螺杆17脉动式向前运动，使螺杆头前面计量好的熔体在脉动变化的压力下注入型腔，实现动态注射充模。

在充模过程中及之后的保压阶段，振动发生装置20一直在设定的振幅及频率下工作，因而螺杆17在轴向一直对熔体施加振动力，也就是说在充模与保压过程中，聚合物熔体一直受到稳态剪切与叠加的脉动剪切应力作用，实现动态充模及保压过程。

制品冷却后，用电机1松开模具，解除锁模力，电机28动作按上述传动方式进行开模，顶出机构动作将制品顶出。顶出电机34通过同步带35带动滚珠螺母36转动，滚珠螺母36由轴承支撑不能前后运动，其转动将驱动顶料杆37向前移动，从而顶出制品。完成顶出过程后，顶出电机34反向旋转，顶料杆37后退，完成顶料杆回程动作，完成一个注塑周期。

在安装、拆卸模具时，模具安装电机41驱动丝杆43转动，丝杆上的螺母42与外筒9固定联接，从而带动外筒沿机座38的导轨移动，让出空间安装、拆卸模具，同时也可以根据模具厚度调节后模板8与前模板15之间的距离。