CN100546805C - 水辅助注射成型设备 - Google Patents

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Abstract

一种水辅助注射成型装设备，包括高压水形成装置、模具、排水装置，高压水形成装置、注射成型机、排水装置、与模具相连接，所述高压水形成装置包括小流量水泵、大容量储能器、比例减压阀，小流量水泵与大容量储能器相连接，大容量储能器与比例减压阀相连接，比例减压阀与模具相连接。本发明结构简单、故障率低、作用流程合理、设备投资少，较好地保证所生产制品的性能稳定性，可用于生产各种不同规格的制件，适合在工业生产中大规模地推广使用。

Description

水辅助注射成型设备
技术领域
本发明涉及塑料成型设备，特别涉及一种水辅助注射成型设备。
背景技术
注射成型是将粒状或粉状的塑料原料加入注射成型机机筒，塑料在热和机械剪切力的作用下熔融，并通过螺杆的混炼形成较均匀的熔体，随后在螺杆的推动下，快速注入温度较低的模具内，很高的压力使塑料熔体充满模腔且紧贴模腔壁面，从而得到外形完整、表面优质的塑料制件。但是对于一些厚壁及壁厚差异较大的制件，由于塑料的收缩，传统的注射成型技术不能生产出表面优质的该类制品。目前一般采用气体辅助注射成型技术生产该类制品。但是由于气体(一般为氮气)比热容低，因此生产效率比较低，且存在内壁容易形成气泡、拐弯处周向壁厚差异大等缺点。为了克服上述缺点，现在发展出水辅助注射成型技术。水辅助注射成型技术是首先向模腔内注入一定量熔体，然后向熔体内注入一定压力的水，水前缘会形成一高度粘性膜，这个高度粘性膜推动熔体向前运动，使制件内部形成中空；同时推动塑料紧贴模壁表面；水在水道内保压，使制件从内外壁同时冷却；将水排出、回收；模具打开，取出制件。
到目前为止，关于水辅助注射成型技术已经形成几种设备。美国发明专利(US 6,769,894)提供了一种典型的水辅助注射成型装置，其结构如图1所示，首先往模腔10填充部分塑料熔体8，水箱2中的工业用水由水泵3、截止阀12、三通阀6、6′注入塑料熔体8中，这样在塑料熔体8中形成一充满水的腔9，当腔9形成后，通过储能器5及水泵3共同作用进行保压；三通阀6接通水箱导管，一气针刺入腔9，通过介质管17导入空气，使腔9内水经由水箱导管排出。水的流量通过水泵3和可以调整转速的马达4调整，所述储能器5由于仅需对注射压力的波动进行调节使压力平稳，所以其采用的是小容量的储能器，这种储能器不能作为水辅助注射成型主要的高压水源(水辅助注射成型所需高压水主要由水泵提供)。这套装置的缺点主要包括：(1)由于注水流量直接由水泵控制，这样水泵的流量一定要大于水辅助注射成型所要求的最高流量，因此必须利用大功率高压泵才能满足要求，而大功率高压泵存在结构复杂、造价高、部件容易损坏、维修成本较高的缺点，不利于生产实施；(2)同时由于该装置通过可以调整转速的马达控制水泵(一般为柱塞泵)的转速来调节注水流量，造成压力不能准确控制，对所成型制件的性能产生不利的影响；(3)现有的这种设备没有利用在一个注射成型周期内，注水时间只占成型周期的很小一部分的特点，作用流程设置不合理，因而存在生产成本高、作用效率低的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构简单、作用流程合理、设备投资少、可准确控制注水压力，并对所成型的产品规格尺寸限制较少的水辅助注射成型设备。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种水辅助注射成型设备，包括高压水形成装置、模具、排水装置，所述高压水形成装置、排水装置与模具相连接，其特征在于：所述高压水形成装置包括小流量水泵、大容量储能器、比例减压阀，所述小流量水泵与大容量储能器相连接，大容量储能器与比例减压阀相连接，所述比例减压阀与模具相连接。
所述大容量储能器的公称容积大于63升；较小容量的储能器不能提供水辅助注射成型所需的稳定水压。
所述小流量水泵的额定流量可以选用水辅助注射成型要求的最高流量的1/10～1/5。
本水辅助注射成型设备包括压力闭环控制系统，所述压力闭环控制系统主要包括比例减压阀、压力传感器、数/模转换器、计算机、模/数转换器，所述比例减压阀与数/模转换器相连接，数/模转换器及模/数转换器分别与计算机相连接，所述压力传感器与模/数转换器相连接。
本水辅助注射成型设备包括温度闭环控制系统，所述温度闭环控制系统包括加热器、数/模转换器、计算机、模/数转换器、温度传感器，所述温度传感器设置于注水入模具的注水喷嘴前，温度传感器、加热器分别通过数/模转换器及模/数转换器与计算机相连接，加热器设置于注水管路中，一般位于注水截止阀之前。因为水辅助注射成型制品性能与注入水的温度有明显的关系，采用本温度控制系统可准确地控制注入水的温度，从而获得高性能的制品。
本水辅助注射成型设备还包括控制流路，所述控制流路可为控制气路或控制油路，所述控制气路或控制油路与比例减压阀、截止阀(包括注水截止阀、排水截止阀等)相连接。
所述控制气路包括空气压缩机、空气过滤器、溢流阀、电磁阀，所述空气压缩机、空气过滤器、溢流阀、电磁阀依次连接，所述电磁阀与所述截止阀(包括注水截止阀、排水截止阀等)相连接；同时，控制气路的空气压缩机、空气过滤器、溢流阀可通过排水气路截止阀与模具相连接，与气针、排水管路一起构成排水装置，实现排水功能。
所述控制油路包括油泵、溢流阀、电磁阀，所述油泵通过溢流阀与电磁阀相连接，所述电磁阀与所述截止阀(包括注水截止阀、排水截止阀等)相连接；对于这种情况，可另设一排水装置，包括空气压缩机、溢流阀、储能器、排水气路截止阀，所述空气压缩机、溢流阀、储能器、排水气路截止阀依次连接，所述排水气路截止阀与模具相连接，与气针、排水管路一起构成排水装置，实现排水功能。
本发明的作用原理是：本水辅助注射成型设备利用小流量水泵的连续运转将高压水注入大容量储能器内，使大容量储能器内的水的压力保持在一稳定值；然后利用大容量储能器提供压力稳定的高压水，并利用比例减压阀将大容量储能器提供的稳定水压调整为水辅助注射成型所需的周期变化的水压；因为在水辅助注射成型的一个成型周期内，在正常情况下，仅有不到10％的时间用于注水，而在其它时间内，注水设备处于空闲状态，在本发明中，根据水辅助注射成型这个特点，采用一小流量水泵(流量可为水辅助注射成型所需最大流量的10％)将高压水注入大容量储能器内，通过比例减压阀及闭环控制系统的作用，完成对水的压力、压力升降速度和相应时间的准确控制，克服以往方案中压力控制准确度低的缺点。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)结构简单；本水辅助注射成型设备不需采用现有结构复杂的大功率高压泵(水泵流量一定要大于水辅助注射成型所要求的最高流量)，仅利用小流量水泵(流量可为水辅助注射成型所需最高流量的10％)即可实现，因而可大大降低设备的造价、体积及维修费用，同时可明显降低设备的故障率；(2)控制准确；本发明采用压力闭环控制系统实现对水的压力、压力升降速度和相应时间的准确控制；并利用温度闭环控制系统来实现温度的准确控制，可较好地保证所生产制品的性能稳定性；(3)作用流程合理；本水辅助注射成型设备克服了现有技术中注水设备大部分时间处于空闲状态的缺点，充分合理地利用设备连续稳定地进行生产，所采用的设备组合更为合理，在提高生产效率的情况下可有效降低生产成本，经济效益比较明显。
附图说明
图1是现有水辅助注射成型装置的结构示意图。
图2是本发明水辅助注射成型设备的结构示意图。
图3是图2所示水辅助注射成型设备的局部具体结构示意图。
图4是本发明水辅助注射成型设备的另一结构示意图。
图5是利用本发明实现的水辅助注射成型的注水压力曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
图2～图3示出了本发明的具体实施方式，由图2可见，本水辅助注射成型设备包括小流量水泵18、大容量储能器19、比例减压阀20、模具21、注水截止阀22、排水截止阀23、排水气路截止阀24-1和24-2、压力传感器25、数/模转换器26、计算机27、模/数转换器28、加热器29、温度传感器30、低压气体形成装置31、低压气体储存器32、模温机33；所述小流量水泵18与大容量储能器19相连接，大容量储能器19与比例减压阀20相连接，所述比例减压阀20通过加热器29及注水截止阀22与模具21相连接；所述比例减压阀20与数/模转换器26相连接，数/模转换器26及模/数转换器28分别与计算机27相连接，所述压力传感器25与模/数转换器28相连接；同时，温度传感器30、加热器29分别通过数/模转换器26及模/数转换器28与计算机27相连接，所述温度传感器30设置于注水入模具21的注水喷嘴34前，所述加热器29设置于注水截止阀22之前的注水管路中；所述排水截止阀23位于与模具21相连接的排水管路中；所述低压气体形成装置31与低压气体储存器32相连接，所述低压气体储存器32通过排水气路截止阀24-1和24-2与模具21相连接。所述低压气体形成装置31的结构具体见图3，所述低压气体形成装置31包括依次连接的空气压缩机31-1、空气过滤器31-2、溢流阀31-3、空气压力表31-4、压力开关31-5，溢流阀31-3同时与低压气体储存器32相连接；模温机33与模具21相连接；所述大容量储能器19的公称容积大于63升；所述小流量水泵18的额定流量为水辅助注射成型要求的最高流量的1/10～1/5。
本发明的作用过程是：低压气体形成装置31产生的气体储存于低压气体储存器32中，从低压气体储存器32中出来的气体经排水气路截止阀24-1后分为四路：一路用于驱动比例减压阀20；一路经电磁阀35-1驱动排水截止阀23；一路经电磁阀35-2驱动注水截止阀22；一路通过排水气路截止阀24-2后进入制品内部用于排出制品内部的水。小流量水泵18将高压水注入大容量储能器19，在注水时，大容量储能器19内的高压水经比例调压阀20调压后注入模具21的塑料熔体内。计算机27将使用者设置的输出信号(压力、温度)经数/模转换后进入比例减压阀20及加热器29控制端；温度传感器30经模/数转换后反馈到计算机27，形成温度闭环控制，计算机27收到反馈信号，根据设定程序控制加热器29，实现注水温度的准确控制；压力传感器25经模/数转换后反馈到计算机27，形成压力闭环控制，计算机27收到反馈信号，根据设定程序控制比例减压阀，实现注水压力的准确控制；模温机33可以根据需要控制模具21的温度；由大容量储能器19排出的水通过注水喷嘴34进入模具21的塑料熔体内部，在塑料熔体内部形成一空腔；待熔体空腔成型完毕后，打开排水截止阀23、排水气路截止阀24-2，空气通过气针36进入制件内腔并排出空腔内的水，从而完成水辅助注射过程。感应开关37可接受来自注射成型机38的信号，并输入计算机27，自动启动注水过程。
在利用本发明实现的水辅助注射成型过程的压力控制中，典型的压力曲线如图5所示：水进入塑料熔体内时，需要快速形成中空结构，工艺上要求水压缓慢提高(如图5中的a-b段)，压力提高到一定大小后，进行短暂保压(如图5中的b-c段)，接着压力迅速上升(如图5中的c-d段)，然后进行保压、降压、再保压、降压(如图5中的d到i段)。利用本发明可以准确地实现水辅助注射成型过程需要的压力曲线，满足水辅助注射成型工艺的特殊要求。
实施例2
图4示出了本发明另一种具体实施方式，由图4可见，本水辅助注射成型设备包括小流量水泵18、大容量储能器19、比例减压阀39、模具21、注水截止阀40、排水截止阀41、压力传感器25、数/模转换器26、计算机27、模/数转换器28、加热器29、温度传感器30、油泵42、溢流阀43、模温机33、空气压缩机44、气体溢流阀45、低压气体储存系统46、气体截止阀47；所述小流量水泵18与大容量储能器19相连接，大容量储能器19与比例减压阀39相连接，所述比例减压阀39通过加热器29及注水截止阀22与模具21相连接；所述比例减压阀39与数/模转换器26相连接，数/模转换器26及模/数转换器28分别与计算机27相连接，所述压力传感器25与模/数转换器28相连接；同时，温度传感器30、加热器29分别通过数/模转换器26及模/数转换器28与计算机27相连接，所述温度传感器30设置于注水喷嘴34前，所述加热器29设置于注水截止阀40之前的注水管路中；所述排水截止阀41位于与模具21相连接的排水管路中；所述油泵42与比例减压阀39相连，通过电磁阀48-1及48-2分别与注水截止阀40与排水截止阀41连接。空气压缩机44通过气体溢流阀45、低压气体储存系统46、气体截止阀47与模具21相连接；模温机33与模具21相连接。
本发明的作用过程是：空气压缩机44产生的气体通过气体溢流阀45储存于低压气体储存系统46中，油泵42产生的油分为三路：一路用于驱动比例减压阀39；一路经电磁阀48-2驱动排水截止阀41；一路经电磁阀48-1驱动注水截止阀40；小流量水泵18将高压水注入大容量储能器19，在注水时，大容量储能器19内的高压水经比例减压阀39调压后注入模具21的塑料熔体内。计算机27将使用者设置的输出信号(压力、温度)经数/模转换后进入比例减压阀39及加热器29控制端；温度传感器30经模/数转换后反馈到计算机27，形成温度闭环控制，计算机27收到反馈信号，根据设定程序控制加热器29，实现注水温度的准确控制；压力传感器25经模/数转换后反馈到计算机27，形成压力闭环控制，计算机27收到反馈信号，根据设定程序控制比例减压阀39，实现注水压力的准确控制；由大容量储能器19排出的水通过注水喷嘴34进入模具21内的塑料熔体中，在塑料熔体内部形成一空腔；待熔体空腔成型完毕后，打开排水截止阀41、排水气路截止阀46，空气通过气针36进入塑料熔体内并排出空腔内的水，从而完成水辅助注射过程。感应开关37可接受来自注射成型机38的信号，并输入计算机27，自动启动注水过程。
实施例1与实施例2的区别特征为：实施例1比例减压阀、注水水路截止阀及排水水路截止阀均为气控的，而实施例2比例减压阀、注水水路截止阀及排水水路截止阀均为液控的。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种水辅助注射成型设备，包括高压水形成装置、模具、排水装置，所述高压水形成装置、注射成型机、排水装置与模具相连接，其特征在于：所述高压水形成装置包括小流量水泵、大容量储能器、比例减压阀，所述小流量水泵与大容量储能器相连接，大容量储能器与比例减压阀相连接，所述比例减压阀与模具相连接；包括压力闭环控制系统，所述压力闭环控制系统包括比例减压阀、压力传感器、数/模转换器、计算机、模/数转换器，所述比例减压阀与数/模转换器相连接，数/模转换器及模/数转换器分别与计算机相连接，所述压力传感器与模/数转换器相连接；
所述大容量储能器的公称容积大于63升；
所述小流量水泵的额定流量为水辅助注射成型要求的最高流量的1/10～1/5。
2、根据权利要求1所述的水辅助注射成型设备，其特征在于：包括温度闭环控制系统，所述温度闭环控制系统包括加热器、数/模转换器、计算机、模/数转换器、温度传感器，所述温度传感器设置于注水喷嘴前，温度传感器、加热器分别通过数/模转换器及模/数转换器与计算机相连接，加热器设置于注水截止阀之前的注水管路中。
3、根据权利要求1所述的水辅助注射成型设备，其特征在于：包括控制流路，所述控制流路为控制气路或控制油路，所述控制气路或控制油路与比例减压阀、截止阀相连接。
4、根据权利要求3所述的水辅助注射成型设备，其特征在于：所述控制气路包括空气压缩机、空气过滤器、溢流阀、电磁阀，所述空气压缩机、空气过滤器、溢流阀、电磁阀依次连接，所述电磁阀与所述截止阀相连接；所述空气压缩机、空气过滤器、溢流阀通过排水气路截止阀与模具相连接。
5、根据权利要求3所述的水辅助注射成型设备，其特征在于：所述控制油路包括油泵、溢流阀、电磁阀，所述油泵通过溢流阀与电磁阀相连接，所述电磁阀与所述截止阀相连接。
6、根据权利要求5所述的水辅助注射成型设备，其特征在于：包括排水装置，所述排水装置包括空气压缩机、溢流阀、储能器、排水气路截止阀，所述空气压缩机、溢流阀、储能器、排水气路截止阀依次连接，所述排水气路截止阀与模具相连接。
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Assignor: South China University of Technology

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Denomination of invention: Water-assisted molding process and constant pressure water-assisted injection molding equipment

Granted publication date: 20091007

License type: Exclusive License

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