CN101863108B - 熔体脉动辅助注射成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔体脉动辅助注射成型装置，包括定模和动模；定模包括定模座板和定模板；动模包括动模座板、型腔板、振动杆、驱动振动杆沿其轴线往复运动的振动器以及设置在型腔板与动模座板之间并用于顶出注塑制件的顶出机构；振动杆穿过导向套并与其滑动配合，振动杆的前端与主流道对应；振动器固定在振动器固定板上。同时还公开了一种熔体脉动辅助注射成型方法。在熔体静压注射满型腔后进行保压，振动器驱动振动杆往复运动，带动主流道和型腔内的熔体进行振动，振动场产生剪切作用有利于降低熔体的粘度，同时有利于注塑和保压压力在型腔中的有效传递，实现塑料熔体高效流动充模与有效补料，改善塑料注塑件成型质量。

Description

熔体脉动辅助注射成型装置及方法

技术领域

本发明涉及各种塑料零部件的成型制作，尤其涉及一种熔体脉动辅助注射成型装置及方法。

技术背景

对于塑料注塑行业，传统设备、工艺所生产的聚合物制品往往容易出现强度不高、熔接痕、应力开裂等缺陷，成型过程中难以对其质量、形态进行有效地控制，制件性能稳定性差，很难满足特殊的使用要求。

现有技术中，注射成型装置包括定模和动模。定模包括定模座板和固定安装在定模座板上的定模板。动模包括动模座板、拉料杆、顶出机构和随动模座板移动的型腔板。模具闭合后，注塑机将预塑好的聚合物熔体经流道注射入型腔内，聚合物熔体逐渐冷却固化后，开启模具，顶出机构顶出注塑制件。

为了获取高性能的注塑制件，往往需要提高注塑压力和保压压力来获得分子链高度取向的结构形态，但同时造成了制件各向异性，存在大量的残余应力，影响塑件的使用寿命。因此，如何对注塑制件的结构形态进行有效的控制显得很有必要。

M.J.Bevis等人最早提出剪切控制取向成型技术（shear controlled orientation in injection molding, SCORIM）。注塑机将预塑好的聚合物熔料经流道板注射入模具型腔，由动态保压装置的两个活塞A和B以相同的频率呈反方向运动，推动熔体在型腔中往复流动，同时制件由表及里不断被冻结，直到整个型腔中的熔体完全冷却固化，形成多层取向试样。申开智等人在SCORIM技术基础上成功研制了动态保压注射成型（oscillation packing injection molding, OPIM）装置，将两个推拉油缸安装在模具的热流道板上，实现型腔内的熔体往复流动。上述两种成型技术都是利用低频（小于0.5Hz）、大振幅的剪切场来获取高性能制件，取得了大量关于剪切场下聚合物结构与性能关系的成果，由于该技术需要相对复杂的液压装置，导致该项技术至今未得到应有的推广与应用。

H.Becker发明了推拉注射工艺（push-pull injection molding process，PPIMP）。两个注射单元A、B螺杆同时向型腔进料；保压时，A、B螺杆交替进退，如此循环，带动模腔内的塑料熔体产生往复的剪切流动。此工艺特点是周期比较长，往复10次左右，有时高达40次。要求补料充足，模腔及浇口尺寸设计得较大，单个螺杆的前进和后退的距离为10～15mm，以容纳螺杆推拉作用而溢出模腔的熔体。制品在熔体推拉方向上得到了明显的增强，消除了熔接痕、缩孔、疏松、裂纹等缺陷，但需要两台注塑设备。

上述加工方法中，振动场叠加位置都是在模具型腔外的浇注系统，这样做虽然改善了熔体充模流动行为，但聚合物熔体高粘性限制了振动场在流道和型腔中的有效传递距离，往往造成制品力学性能提高不大或者制件性能呈现明显的各向异性；同时，振动能量损失大，周期长，效率低。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，解决了塑料熔体高粘性限制熔体在流道和型腔中的有效传递的问题，提供了一种有利于降低熔体粘度，提高了注塑和保压压力在模腔中的有效传递，实现了塑料熔体高效流动充模与有效补料，改善了塑料注塑件成型质量的熔体脉动辅助注射成型装置及方法。

本发明提供的熔体脉动辅助注射成型装置，包括定模和动模；所述定模包括定模座板和固定安装在定模座板上的定模板；所述动模包括动模座板、随动模座板移动的型腔板、振动杆、驱动振动杆沿其轴线往复运动的振动器以及设置在型腔板与动模座板之间并用于顶出注塑制件的顶出机构；所述振动杆穿过型腔板的中部并与其滑动配合，振动杆的前端与定模板中部的主流道对应；所述振动器设置在动模座板与型腔板之间；所述振动杆的前端沿轴线的截面呈菱形结构。

进一步，所述顶出机构包括顶杆、顶板、定距螺钉和由注射成型装置脱模液压杆驱动的顶出板；所述顶出板设置在动模座板的内侧并可相对动模座板沿振动杆的轴线方向移动；所述定距螺钉的一端固定在顶出板上，另一端固定设置在顶板上；所述顶杆的一端固定在顶板上，另一端穿入型腔板内并与型腔板滑动配合，顶杆的穿入端与型腔板内的型腔对应；

进一步，还包括导向套，所述导向套通过螺纹配合安装在型腔板的中部，所述振动杆穿过导向套并与其滑动配合；

本发明还提供了一种熔体脉动辅助注射成型方法，包括如下步骤：

1）将原材料放入注射成型装置干燥料桶内干燥好后，装入注射成型装置料筒内进行塑化；

2）启动注射成型装置合模系统进行闭合模具；

3）注射成型装置的螺杆将塑化好的熔料经注射成型装置喷嘴注射入浇口套内的主流道内，流经分流道和浇口并进入型腔板内的型腔内，型腔注射满后进行保压；

4）启动振动器，振动器驱动振动杆往复运动，振动杆的前端带动熔体在主流道和型腔内形成周期性的脉动挤压，振动器振动持续到浇口冻结为止；

5）启动注射成型装置开模系统进行开启模具；

6）启动脱模控制系统驱动顶杆，取出注塑制件。

与现有技术相比，本发明的熔体脉动辅助注射成型装置及方法具有如下优点：

1、本发明将振动器引入到动模中，在熔体静压注射满型腔后进行保压，振动器驱动振动杆往复运动，带动主流道和型腔内的熔体进行振动，振动场产生剪切作用有利于降低熔体的粘度，同时有利于注塑和保压压力在型腔中的有效传递，实现塑料熔体高效流动充模与有效补料，改善塑料注塑件成型质量。

2、将振动器应用到聚合物熔体保压冷却阶段，既有利于改善塑料熔体的流动性，又有利于材料实现自增强，提高注塑制件的力学性能。

3、通过本发明的装置和方法生产出的注塑制件外观质量好、刚性强、成本低，且产品没有熔接痕与缩痕等外观缺陷，符合高性能注塑件的生产需要，推动了注塑行业的发展。

附图说明

附图为本发明的结构示意图。

附图中，1—定模座板  2—定模板  3—动模座板   4—振动杆  5—型腔板  6—主流道   7—振动器  8—顶杆  9—顶板  10—定距螺钉  11—顶出板  12—型腔  13—导向套   14—浇口套  15—定距螺钉固定板  16—顶杆固定板  17—挡钉   18—振动器固定板

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

附图为本发明的结构示意图，如图所示：熔体脉动辅助注射成型装置包括定模和动模。定模包括定模座板1和固定安装在定模座板1上的定模板2，在定模座板1和定模板2的中部设置浇口套14，注塑机的流道板与浇口套14对应。动模包括动模座板3、随动模座板3移动的型腔板5、导向套13、振动杆4、驱动振动杆4沿其轴线往复运动的振动器7以及设置在型腔板5与动模座板3之间并用于顶出注塑制件的顶出机构。所述型腔板5与定模板2对应，导向套13通过螺纹旋合安装在型腔板3的中部，振动杆4穿过导向套13并与其滑动配合，振动杆4的前端与主流道6对应；振动器7固定在振动器固定板18上，振动器7的动力输出轴与振动杆4的后端连接。

顶出机构包括顶杆8、顶板9、定距螺钉10、由注射成型装置脱模液压杆驱动的顶出板11、定距螺钉固定板15、顶杆固定板16和振动器固定板18。顶出板11设置在动模座板3的内侧，顶出板11的板面上垂直固定设置挡钉17，挡钉17插入动模座板3的插孔内并与插孔紧配合。定距螺钉10的一端通过定距螺钉固定板15固定在顶出板11上，定距螺钉10的另一端间隙穿过振动器固定板18，并通过螺纹配合旋合在顶板9上。顶杆8的一端通过顶杆固定板16固定在顶板9上，顶杆8的另一端穿入型腔板5内并与型腔板5滑动配合，顶杆8的穿入端与型腔板5内的型腔12对应。本实施例中，挡钉17、定距螺钉10和顶杆8均为四个，并沿四周均布。振动器7安装在振动器固定板18上，振动器7的动力输出轴与振动杆4固定连接。

在振动器7驱动振动杆4在导向套13中往复运动时，导向套13一旦磨损，可将导向套13旋出型腔板3进行更换，更换方便、快捷。振动杆4的前端沿轴线的截面呈菱形结构，振动器7驱动振动杆4运动时，菱形结构的前端可加强主流道6和型腔12内的熔体振动，菱形结构的后端在模具开启时带动塑件留在动模上。

熔体脉动辅助注射成型方法为：1）原材料准备；2）将原材料放入注射成型装置干燥料桶内干燥好后，装入注射成型装置料筒内进行塑化；3）启动注射成型装置合模系统进行闭合模具；4）注射成型装置螺杆将塑化好的熔料经注射成型装置喷嘴注射入主流道6内，流经分流道和浇口并进入型腔12内，型腔12注射满后进行保压；5）启动振动器7，振动器7驱动振动杆4往复运动，菱形结构的前端带动熔体在主流道6和型腔12内形成周期性的脉动挤压，推动塑件芯层的熔融塑料向型腔12的四周边壁挤压流动，振动器7振动持续到浇口冻结为止；6）启动注射成型装置开模系统进行开启模具；7）启动脱模控制系统驱动动模座板3、顶出机构、型腔板5和型腔板5内的注塑制件一起移动，型腔板5脱离定模板2；启动注射成型装置脱模液压缸，活塞杆推动顶出板11，顶出板11通过定距螺钉10将推力传递到顶板9上，顶板9推动顶杆8，顶杆8将型腔12内的注塑制件推出；8）制件修整检验后装箱。

在注射成型装置料筒内塑化良好的熔融塑料经注射成型装置喷嘴注射入型腔中，在保压阶段，振动器7开始动作，在设定的振频和振幅下对塑料熔体施加一定时间的机械振动，从而带动主流道与型腔内的熔体振动，机械振动增加了熔体的剪切效应，从而改善了熔体的流动性；同时机械振动诱导高分子链沿流动方向形成有序结构，形成了材料自身的增强相，并在逐渐冷却过程中将这种结构全部或部分保留下来，大幅度地提高了材料的物理机械性能。

振动器可选用电磁振动实现外，还可选用液压缸或气缸来实现振动杆往复运动。顶出机构也不局限与上述结构，也可采用在型腔板5上单独设置液压缸，利用液压缸的活塞杆来顶出型腔12内的注塑制件。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种熔体脉动辅助注射成型装置，包括定模和动模；所述定模包括定模座板（1）、固定安装在定模座板（1）上的定模板（2）；所述动模包括动模座板（3）和随动模座板（3）移动的型腔板（5）；其特征在于：还包括振动杆（4）、驱动振动杆（4）沿其轴线往复运动的振动器（7）以及设置在型腔板（5）与动模座板（3）之间并用于顶出注塑制件的顶出机构；所述振动器（7）的动力输出轴与振动杆（4）的后端连接；所述振动杆（4）的前端沿轴线的横截面呈菱形结构，所述振动杆（4）穿过型腔板（5）的中部并与其滑动配合，振动杆（4）的前端与定模板（2）中部的主流道（6）对应；所述振动器（7）设置在动模座板（3）与型腔板（5）之间。

2.根据权利要求1所述的熔体脉动辅助注射成型装置，其特征在于：所述顶出机构包括顶杆（8）、顶板（9）、定距螺钉（10）和由注射成型装置脱模液压杆驱动的顶出板（11）；所述顶出板（11）设置在动模座板（3）的内侧并可相对动模座板（3）沿振动杆（4）的轴线方向移动；所述定距螺钉（10）的一端固定在顶出板（11）上，另一端固定设置在顶板（9）上；所述顶杆（8）的一端固定在顶板（9）上，另一端穿入型腔板（5）内并与型腔板（5）滑动配合，顶杆（8）的穿入端与型腔板（5）内的型腔（12）对应。

3.根据权利要求1或2所述的熔体脉动辅助注射成型装置，其特征在于：还包括导向套（13），所述导向套（13）通过螺纹配合安装在型腔板（5）的中部，所述振动杆（4）穿过导向套（13）并与其滑动配合。

4.一种采用权利要求2所述的熔体脉动辅助注射成型装置进行熔体脉动辅助注射成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将原材料放入注射成型装置干燥料桶内干燥好后，装入注射成型装置料筒内进行塑化；

2）启动注射成型装置合模系统进行闭合模具；

3）注射成型装置的螺杆将塑化好的熔料经注射成型装置喷嘴注射入浇口套内的主流道内，流经分流道和浇口并进入型腔板内的型腔内，型腔注射满后进行保压；

4）启动振动器，振动器驱动振动杆往复运动，振动杆的前端带动熔体在主流道和型腔内形成周期性的脉动挤压，振动器振动持续到浇口冻结为止；

5）启动注射成型装置开模系统进行开启模具；

6）启动脱模控制系统驱动顶杆，取出注塑制件。

Images