CN101885223A - 一种行星螺杆混炼积分注塑机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种行星螺杆混炼积分注塑机，属于高分子材料成型机械领域，特别是适合中、大型注塑机，主要由喷嘴、机筒、加热圈、加料斗、螺杆头、止逆环、主螺杆、行星螺杆、前止动环、后止动环、柱塞、止推轴承、轴承盖、传动装置与注射油缸组成，主螺杆中心处开有通孔，柱塞设置在主螺杆的通孔中，行星螺杆设置在主螺杆的螺杆行星段或机筒二段处，同时与螺杆行星段的螺棱和机筒二段内螺棱相啮合。本发明将通常采用的混炼、注塑两步工艺一体化，不仅能最大程度地维持材料的原有性能，而且消除了二次加热所需能耗；全部啮合螺杆的总啮合次数非常大，塑化效率极高，产量大，比能耗低，计量精度高，注射阻力小，整机结构紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及一种注塑机，属于高分子材料成型机械领域，特别是适合中型和大型注塑机。
背景技术
现代科学技术的发展要求高分子材料具有多方面的综合性能，例如，要求某些塑料既耐高温又易于成型加工；既要求强度高又要求韧性好；既具有优良的力学性能，又具有某些特殊功能等。单一的高分子材料是难以满足这些高性能化要求的，另外，高分子材料科学已经进入了一个比较成熟的阶段，要开发一种全新的材料非常困难，不仅时间长、耗资大，而且可能性越来越小。相比之下，利用已有的高分子材料进行共混改性制备高性能材料，不仅简捷有效，而且也相当经济。改性高聚物的用途相当广泛。
传统式注射成型机，物料塑化过程是螺杆旋转轴向后移计量的过程，在一次塑化过程中，螺杆的塑化能力随着螺杆有效长度的缩短而逐渐下降，导致先前和最终加入的物料所经受的热历程不同，熔料存在轴向温差。注射螺杆只有熔融、输送、计量和注射的功能，不能起到共混的作用。因此，对于改性的高分子材料，即使是对于具有颜色要求的制品注射成型，目前必须先采用双螺杆挤出机、双转子混炼机+单螺杆挤出机或其它共混成型设备挤出造粒，然后再进行注射成型。这一过程需要使材料在固态和熔融态之间进行反复转变，对材料性能造成一定的影响，而且能源消耗大，增加了材料与注射成型的成本。
另外，对于螺杆注射式注塑机，在注射过程中，螺槽中充满了各种凝聚态的物料，螺杆除了要克服其与机筒的摩擦力，还要克服物料与机筒之间的摩擦拖曳力，能耗巨大，严重影响注射过程的效率。
专利ZL2008200655772.3公开了一种塑料混炼注射装置。该装置采用双螺杆代替传统注射成型机的单螺杆，利用双螺杆较强的混炼功能对物料进行共混改性，注射时通过螺杆后端的注射油缸驱动两根螺杆同时向前注射。这种方法原理简单，实现了混炼、注塑工艺一体化，但其注射过程阻力大，螺杆注射驱动复杂，而且无法解决注射过程中物料通过螺杆与机筒间隙逆流的问题。
专利ZL200820078562.8也公开了一种混炼注射成型机注射装置。该装置采用置于塑化装置前端的可变容积的储料腔进行储料，注射采用柱塞原理进行注射，能将混炼、注射合二为一。但其结构复杂，整机长度大，注射时整个塑化装置要整体移动，注射无用负载大，而且可变容积的储料腔的密封与加热问题难以解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种行星螺杆混炼积分注塑机，该机器能够实现物料混炼与注塑的功能一体化，克服现有混炼注塑装置的缺点与技术难点；技术成熟，性能优异且稳定可靠；机器适用材料范围广，结构简单，占地面积小。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：一种行星螺杆混炼积分注塑机，主要由喷嘴、机筒、加热装置、加料斗、螺杆头、止逆环、主螺杆、积分式行星螺杆、前止动环、后止动环、柱塞、止推轴承、轴承盖、传动装置与注射油缸组成，主螺杆依次由螺杆前段、螺杆行星段、螺杆加料段和螺杆传动段组成，主螺杆中心处开有通孔(储料腔)，机筒依次由前机筒、机筒一段、机筒二段、机筒加料段组成，注射油缸由注射活塞、注射活塞杆、注射油缸缸筒、注射油缸前盖与注射油缸后盖组成；喷嘴、机筒、轴承盖依次连接，加热装置围在机筒外，加料斗设置在机筒加料段上，主螺杆设置在机筒里，主螺杆的螺杆传动段穿过轴承盖，螺杆头通过螺纹与螺杆前段连接，螺杆头与螺杆前段的连接螺纹前端有一段止口以保证螺杆头与螺杆前段之间的定位；止逆环与螺杆头配合连接且可以相对轴向滑动，其止逆环与前止动环能够接触；积分式行星螺杆设置在主螺杆的螺杆行星段或机筒二段处，同时与螺杆行星段的螺棱和机筒二段内螺棱相啮合，其前后端对应的机筒上分别设置前止动环与后止动环；前止动环设置在机筒一段与机筒二段的连接处，后止动环设置在机筒二段与机筒加料段的连接处；止推轴承设置在主螺杆的螺杆加料段与螺杆传动段之间，一端与主螺杆连接，另一端与轴承盖连接；传动装置设置在螺杆传动段；柱塞设置在主螺杆的通孔(储料腔)中，后端与注射油缸的注射活塞连接。
本发明一种行星螺杆混炼积分注塑机，其积分式行星螺杆的数量可以为3根或以上，行星螺杆数量越多，物料受剪切次数越高，混炼功能越强。
本发明一种行星螺杆混炼积分注塑机，其主螺杆也可以依次由螺杆前段、螺杆均化段、螺杆行星段、螺杆加料段和螺杆传动段组成，主螺杆中心处开有通孔(储料腔)，增设止推环套在螺杆前段，螺杆头通过螺纹与螺杆前段连接，螺杆头与止推环端面接触；止逆环套在螺杆头上，与机筒一段相互配合且可以相对轴向滑动；止逆环可以与止推环接触。
本发明一种行星螺杆混炼积分注塑机，在螺杆头与螺杆前段的螺纹连接处，螺杆头为内螺纹，螺杆前段为外螺纹。当螺杆头为外螺纹而螺杆前段为内螺纹时，两者的连接处在主螺杆的通孔(储料腔)内，容易导致螺纹连接处存在间隙，造成物料滞留。
本发明的一种行星螺杆混炼积分注塑机，主螺杆、积分式行星螺杆和机筒二段内螺棱的螺旋角为30°～60°，为阿基米德螺纹，角度太小，螺杆传动效率低，而角度太大，物料的向前输送力小；主螺杆行星段的长径比一般为3～15，物料的混炼效果随其变大而增强，但会导致加工制造难度加大。
本发明的一种行星螺杆混炼积分注塑机，注射油缸可以为单活塞杆油缸或双活塞杆油缸；当为双活塞杆油缸时，可通过在注射活塞杆与注射柱塞上开孔实现流体的注入，以满足气体辅助注射成型或水辅助注射成型。
本发明的一种行星螺杆混炼积分注塑机，其止逆环也可以采用现有其它止逆形式，如止逆球形式等。
由以上技术方案可知，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、将通常采用的混炼、注塑两步工艺一体化，使材料由二次加热冷却变为一次加热冷却，不仅能最大程度地维持材料的原有性能，而且消除了二次加热所需能耗，避免了中间环节所需要的包装、运输、搬运、仓储费用和中间污染。
2、采用积分式的行星螺杆塑化原理，流道无死点，自洁作用强；物料停留时间短，不会因停留时间过长而分解；由于主螺杆与行星螺杆之间会形成滚动料垅，料垅内会形成一种涡旋，而且物料受剪切次数高，共混效果好；全部啮合螺杆的总啮合次数大，塑化效率高，产量大；比能耗低。
3、塑化过程螺杆无轴向移动，熔融物料无轴向温差，能有效保证塑化质量，进而保证注射成型制品质量。
4、由于行星螺杆塑化装置的主螺杆较粗，塑化所需的物料在主螺杆的中心处积聚，整机结构紧凑。
5、柱塞式的注射原理，计量精度高，注射阻力小。
6、止逆稳定可靠，能有效保证注射和保压效果。
7、该技术为模块化设计，可以方便地替换对应规格的现有注塑机的注塑部件。
8、易于进行改造实现注射成型新工艺，如：在注射柱塞中心开孔可以实现流体的注入以完成气体辅助注射成型或水辅助注射成型；在机筒上开孔可以实现超临界流体的注入以完成微发泡注射成型。
附图说明
图1是本发明一种行星螺杆混炼积分注塑机的结构示意图。
图2是图1所示的本发明一种行星螺杆混炼积分注塑机A-A断面图。
图3是本发明一种行星螺杆混炼积分注塑机的另一个派生结构示意图。
1-喷嘴，2-前机筒，3-螺杆头，4-止逆环，5-螺杆前段，6-止推环，7-螺杆均化段，8-机筒一段，9-加热装置，10-前止动环，11-机筒二段，12-机筒二段内螺棱，13-积分式行星螺杆，14-积分式行星螺杆的螺棱，15-螺杆行星段，16-螺杆行星段的螺棱，17-柱塞，18-后止动环，19-机筒加料段，20-螺杆加料段，21-加料斗，22-机筒，23-轴承盖，24-止推轴承，25-传动系统，26-螺杆传动段，27-主螺杆，28-注射油缸前盖，29-注射油缸缸筒，30-注射油缸后盖，31-注射油缸活塞，32-注射油缸，33-通孔，34-止口，35-注射活塞杆
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示，本发明的一种行星螺杆混炼积分注塑机，主要由喷嘴1机筒22、加热装置9、加料斗21、螺杆头3、止逆环4、主螺杆27、积分式行星螺杆13、前止动环10、后止动环18、柱塞17、止推轴承24、轴承盖23、传动装置25与注射油缸32组成，主螺杆27依次由螺杆前段5、螺杆行星段15、螺杆加料段20和螺杆传动段26组成，主螺杆27中心处开有通孔(储料腔)33，机筒22依次由前机筒2、机筒一段8、机筒二段11、机筒加料段19组成，注射油缸32由注射活塞31、注射活塞杆35、注射油缸缸筒29、注射油缸前盖28与注射油缸后盖30组成；喷嘴1、机筒22、轴承盖23依次连接，加热装置9围在机筒22外，加料斗21设置在机筒加料段19上，主螺杆27设置在机筒22里，主螺杆27的螺杆传动段26穿过轴承盖23，螺杆头3通过螺纹与螺杆前段5连接，螺杆头3与螺杆前段5的连接螺纹前端有一段止口34，以保证螺杆头3与螺杆前段5之间的定位；止逆环4与螺杆头3配合连接且可以相对轴向滑动，止逆环4与前止动环10能够接触；积分式行星螺杆13设置在主螺杆27的螺杆行星段15或机筒二段11处，同时积分式行星螺杆的螺棱14与螺杆行星段的螺棱16和机筒二段内螺棱12相啮合，其前后端对应的机筒22上分别设置前止动环10与后止动环18；前止动环10设置在机筒一段8与机筒二段11的连接处，后止动环18设置在机筒二段11与机筒加料段19的连接处；止推轴承24设置在主螺杆27的螺杆加料段20与螺杆传动段26之间，一端与主螺杆27连接，另一端与轴承盖23连接；传动装置25设置在螺杆传动段26，控制主螺杆27转动；柱塞17设置在主螺杆27的通孔(储料腔)33中，通孔(储料腔)33为储料腔，柱塞17后端与注射油缸32的注射活塞31连接。
本发明的一种行星螺杆混炼积分注塑机，其积分式行星螺杆13的数量可以为3根或以上。
本发明的一种行星螺杆混炼积分注塑机，在螺杆头3与螺杆前段5的螺纹连接处，螺杆头3为内螺纹，螺杆前段5为外螺纹。
本发明的一种行星螺杆混炼积分注塑机，主螺杆27、积分式行星螺杆13和机筒二段内螺棱12的螺旋角为30°～60°，为渐开线螺纹；主螺杆行星段15的长径比一般为3～15。
本发明的一种行星螺杆混炼积分注塑机，注射油缸32为双活塞杆油缸。
在预塑阶段，主螺杆27在传动系统25的带动下旋转，进而带动积分式行星螺杆13转动。积分式行星螺杆13通过前止动环10与后止动环18轴向定位，防止在旋转或注射过程中积分式行星螺杆13向前或向后跑出。此时柱塞17静止不动。工作时，高聚物原料及添加剂等由加料斗21加入。物料首先充满主螺杆27的螺杆加料段20。物料通过螺杆加料段20进入螺杆行星段15，在主螺杆27、积分式行星螺杆13和机筒二段内螺棱12的共同作用下，物料被辊压成薄片。物料在螺棱的作用下向前输送，在输送过程中，物料在由加热装置9传来的热量和因承受加压、啮合以及齿面之间的相对滑动而形成的剪切产生的热量作用下很快塑化。由于每个积分式行星螺杆13与主螺杆27、机筒二段11都相互啮合，都能对物料产生剪切作用，相当于把若干功能强大的双螺杆挤出机集成，而这正是聚合物加工的积分原理。在后端熔料的作用下，主螺杆27前端的止逆环4向前移动，使螺杆行星段15与主螺杆27前端形成物料通道。熔融塑化的物料通过物料通道在机筒22前端聚集，当压力达到一定程度时，推动柱塞17后退，进而进入螺杆中心的通孔(储料腔)33。柱塞17可为物料塑化提供背压，同时可做塑化计量用。当塑化量达到工艺要求时，开始注射。注射时，在注射压力作用下止逆环4向后移动至与前止动环10接触，隔断物料通道。柱塞17在注射油缸32的带动下向前运动，将其前端的熔体推出，流经喷嘴1注射至模具型腔。保压过程也通过柱塞17实现。在制品冷却过程中，设备又可开始下一次循环的物料预塑。
实施例2
参见图3，该实施例与实施例1的结构、工作原理及效果基本相同。区别在于，其主螺杆27也可以依次由螺杆前段5、螺杆均化段7、螺杆行星段15、螺杆加料段20和螺杆传动段26组成，主螺杆27中心处开有通孔(储料腔)33，增设止推环6套在螺杆前段5，螺杆头3通过螺纹与螺杆前段5连接，螺杆头3与止推环6端面接触；止逆环4套在螺杆头3上，止逆环4与机筒一段8相互配合且可以相对轴向滑动；止逆环4可以与止推环6接触。注射时，在注射压力作用下止逆环4向后移动至与止推环6接触，隔断物料通道。其止逆环4也采用现有其它止逆形式。
Claims (7)
1.一种行星螺杆混炼积分注塑机，其特征在于：主要由喷嘴、机筒、加热圈、加料斗、螺杆头、止逆环、主螺杆、行星螺杆、前止动环、后止动环、柱塞、止推轴承、轴承盖、传动装置与注射油缸组成，主螺杆依次由螺杆前段、螺杆行星段、螺杆加料段和螺杆传动段组成，主螺杆中心处开有通孔，机筒依次由前机筒、机筒一段、机筒二段、机筒加料段组成，注射油缸由注射活塞、注射活塞杆、注射油缸缸筒、注射油缸前盖与注射油缸后盖组成；喷嘴、机筒、轴承盖依次连接，加热圈围在机筒外，加料斗设置在机筒加料段上，主螺杆设置在机筒里，主螺杆的螺杆传动段穿过轴承盖，螺杆头通过螺纹与螺杆前段连接，螺杆头与螺杆前段的连接螺纹前端有一段止口，止逆环与螺杆头配合连接且可以相对轴向滑动，止逆环与前止动环能够接触；行星螺杆设置在主螺杆的螺杆行星段或机筒二段处，同时与螺杆行星段的螺棱和机筒二段内螺棱相啮合，其前后端对应的机筒上分别设置前止动环与后止动环；前止动环设置在机筒一段与机筒二段的连接处，后止动环设置在机筒二段与机筒加料段的连接处；止推轴承设置在主螺杆的螺杆加料段与螺杆传动段之间，一端与主螺杆接触，另一端与轴承盖接触；传动装置设置在螺杆传动段；柱塞设置在主螺杆的通孔中，后端与注射油缸的注射活塞连接。
2.根据权利要求1所述的一种行星螺杆混炼积分注塑机，其特征在于：行星螺杆数量可以为大于等于三根。
3.根据权利要求1所述的一种行星螺杆混炼积分注塑机，其特征在于：主螺杆可以依次由螺杆前段、螺杆均化段、螺杆行星段、螺杆加料段和螺杆传动段组成，主螺杆中心处开有通孔，增设止推环套在螺杆前段，螺杆头通过螺纹与螺杆前段连接，螺杆头与止推环端面接触；止逆环套在螺杆头上，与机筒一段相互配合且可以相对轴向滑动；止逆环与止推环接触。
4.根据权利要求3所述的一种行星螺杆混炼积分注塑机，其特征在于：其止逆环采用现有其它止逆形式，如止逆球形式。
5.根据权利要求1或3所述的一种行星螺杆混炼积分注塑机，其特征在于：主螺杆、积分式行星螺杆和机筒二段内螺棱的螺旋角为30°～60°；主螺杆行星段的长径比为3～15。
6.根据权利要求1或3所述的一种行星螺杆混炼积分注塑机，其特征在于：注射油缸可以为单活塞杆油缸或双活塞杆油缸。
7.根据权利要求1或3所述的一种行星螺杆混炼积分注塑机，其特征在于：在螺杆头与螺杆前段的螺纹连接处，螺杆头为内螺纹，螺杆前段为外螺纹。
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