CN102310517A - 压电动态塑化成型装置及其注塑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电动态塑化成型装置及其注塑方法，成型装置包括从前向后依次连接的喷嘴、喷嘴座、料管，以及压缩螺杆、压电陶瓷驱动系统、液压缸和液压马达，料管上设置加热套，液压缸和液压马达均与液压泵相连；喷嘴座连接在料管的前端，喷嘴连接在喷嘴座上；压缩螺杆位于料管空间内，压缩螺杆的后端伸出料管与压电陶瓷的前端相连；压电陶瓷的后端与活塞杆相连，所述活塞杆两端伸出液压缸，并且其后端与液压马达固定连接。利用压电陶瓷的逆压电效应，由计算机控制压电陶瓷产生驱动信号，使压电陶瓷沿轴向产生振动，振动的频率和振幅可控，使压缩螺杆产生小振幅，高频率、大加速度的往复振动，经混炼和注塑最终获得比普通制品强度更高的制品。

Description

压电动态塑化成型装置及其注塑方法

技术领域

 本发明涉及一种塑化成型装置，具体涉及一种能实现动态塑化成型加工的装置及其注塑方法。

背景技术

在传统的注射成型过程中，塑料的熔融完全是靠外部加热与机械剪切完成的，最后的冲模流动则是在稳定的外力作用下进行的。由于塑料本身传热性能较差，因此在传统的注射机上，要使料筒中的塑料完全熔融，往往需要在比较高的外加温度下，才能真正将热量传递给靠里层的塑料。同时因为在塑化与注射过程中，螺杆沿轴线前后运动，造成了塑料在料筒中的停留时间不一致，其所承受的加热、剪切历程也就不等，要使停留时间短的塑料在短时间彻底熔化，必然需要进一步提高料筒的外加热温度。在进行注射冲模填充时，由于熔体本身同时具有高粘性高弹性的特点，只有在较大的外力作用下才能使其流动。也就是说要使塑料熔体能够填充模腔，并将模腔内的空气排出，要么就是进一步提高熔体温度，使其粘度降低，容易流动；要么就是施加较高的注射压力，强制熔体进入模腔进行冲模。因此传统注射成型加工过程中的能耗都比较高，而且制品内部存在有较大的残余应力。

随着现代技术的进步，已经出现了在注塑成型加工过程中引入振动技术的新兴的塑料成型加工方法，该加工方法是让聚合物熔体产生振动，借助熔体的振动作用，改变熔体的流动状态，控制制品的内部结构和微观形态，从而达到控制制品力学性能和外观质量的目的，这些是传统的注射成型技术无法做到的。注射成型中的加振方法有多点进料振动成型，推拉注射成型和采用螺杆加振技术等。

向压缩螺杆上施加机械振动及超声波振动是最主要的二种振动成型方法，机械振动的工作原理是给注射油缸提供脉动油压，使注射螺杆产生往复移动而实现振动，注射螺杆产生的振动作用在熔体上，此种装置比较简单，可以利用注射机的控制系统，或对注射机的液压和电气控制系统加以改造来实现，虽然驱动力较大，但振幅过大，振动频率较低。超声波振动主要通过电磁装置产生，虽然频率高，但振动能量太小。因此研发高频、振幅精确可调、振动能量大的驱动装置对提高塑料制品的力学性能有良好的应用前景。

中国专利文献CN100411854C（申请号 200510033369.3）公开了一种高分子材料振动塑化挤出过程全程可视化实验设备，该装置的螺杆与旋转及轴向振动驱动装置柔性连接，使螺杆除了做周向的旋转外还可以做轴向的振动，从而将振动力场引入到挤出的全过程中。但是该文献并未公开具体的旋转及轴向振动驱动装置。

中国专利文献CN1663712A（申请号 200510033365.5）公开了一种金属粉末型坯注射成型方法及其设备，通过一线式注射机螺杆的轴向振动和周向振动使金属粉末混合喂料的塑化、注射冲模和保压过程处于周期性振动状态；所述方法使用的设备主要由模具、机筒、电机及激振器依次连接构成，电机及激振器和驱动装置驱动机筒内的螺杆做圆周方向和轴向方向的脉动振动。上述振动频率为0～300赫兹，振幅为0～1.5毫米，无法实现亚微米级的振幅，也无法达到16kHz至20kHz的亚超声振动频率，并且驱动频率、施加电压、驱动波形无法根据不同的塑料特性进行调整。

发明内容

本发明的目的是提供一种压缩螺杆能产生小振幅、高频率、大加速度的往复振动的压电动态塑化成型装置及其注塑方法。

    实现本发明目的的技术方案是一种压电动态塑化成型装置，包括机架、喷嘴、喷嘴座、料管、压缩螺杆、压电陶瓷致动器、活塞杆、液压缸、液压马达和加热套；喷嘴、喷嘴座和料管同轴线设置并且按照从前向后以及从内向外的次序依次相连；料管设有加料口；喷嘴座与料管共同组成了料筒以及相应的料筒腔；加热套围绕料管设置，且与料管固定连接在一起；料管固定在机架上；液压缸和液压马达均设有使用时与液压泵相连的接口；液压缸由其缸体固定在机架上。

压缩螺杆为钢制一体件，由位于前部和中部的推进挤压部以及位于后部的连接杆部构成；推进挤压部由杆主体和按照螺旋方式设置在杆主体上的螺旋板以及设置在杆主体上且位于螺旋板后侧的后挡板构成；推进挤压部位于料筒的料筒腔内，且推进挤压部的螺旋板以及后挡板在周向上与料筒相配合，从而在料筒与压缩螺杆的推进挤压部之间形成了用于挤压和混合塑料颗粒的间隙；压缩螺杆的连接杆部的后端头伸出料管并通过相应的连接板与压电陶瓷致动器的前端相连。

压电陶瓷致动器的后端通过相应的连接板与活塞杆的前端相连；所述活塞杆位于液压缸中且其前后两端伸出液压缸，活塞杆的后端与液压马达的转轴固定连接。

上述料管由料管头、料管主体、喂料槽和连接套组合而成；料管头为设有前后向的前大后小的台阶状圆柱形中央通孔的圆筒形一体件，料管头的前段筒体的内壁上设有细牙内螺纹；料管主体为设有前后畅通的中央通孔的圆筒体，且所述的圆筒体的后段上部设有上下向的进料通孔，该进料通孔与料管主体的中央通孔相连通；喂料槽设有上下向的中央通孔，喂料槽固定设置在料管主体上，且喂料槽的中央通孔与料管主体的进料通孔相连通；喂料槽的中央通孔即为料管的加料口。

料管头位于料管主体前方；料管头与料管主体同轴线设置并通过圆筒形连接套固定连接；所述连接套的后段套在料管主体的前端部位上，连接套的前段套在料管头的后端部位上，从而将料管头与料管主体固定连接在一起。

上述加热套包括端部加热套和主加热套；其中端部加热套套在料管头上，主加热套套在料管主体的位于连接套和喂料槽之间的筒段的外周面上。

上述喷嘴座为设有前后向的中央通孔的旋转体形的钢制一体件，所述的中央通孔的前孔段为圆柱形的孔段且设有细牙内螺纹。

喷嘴座的后段的侧部外表面的形状为圆柱侧面形状且设有与料管头的前段筒体的细牙内螺纹相配合的细牙外螺纹，喷嘴座由其后段与料管的料管头的前段筒体通过细牙螺纹可拆卸紧密连接在一起，从而使得喷嘴座与料管共同组成了料管腔。

上述喷嘴为设有前后向的圆形中央通孔的旋转体形的钢制一体件，其后段的侧部外表面的形状为圆柱侧面形状且设有与喷嘴座的前孔段的细牙内螺纹相配合的细牙外螺纹，喷嘴由其后段与喷嘴座的前段通过细牙螺纹可拆卸紧密连接在一起。

上述将压缩螺杆的后端头与压电陶瓷致动器相连接的连接板为第一连接板和第二连接板；压缩螺杆的后端头与第一连接板的前端面焊接固定，第一连接板的圆周边缘上开有2～6个前后向的通孔。

压电陶瓷致动器包括安装座和固定在安装座上的振动头；压电陶瓷致动器由其振动头的前端固定在位于前侧的前端与第二连接板焊接固定的连接件上，第二连接板与第一连接板的形状、大小相同并且通孔位置一一对应。

第一连接板和第二连接板通过将螺栓分别依次穿过第一连接板和第二连接板上的对应的通孔，然后将螺母旋紧完成两块连接板的可拆卸连接。

上述将压电陶瓷致动器的后端与活塞杆的前端相连的连接板为第三连接板和第四连接板；压电陶瓷致动器由其安装座的后端与第三连接板焊接固定，活塞杆的前端与第四连接板焊接固定。

第三连接板的圆周边缘上开有2～6个前后向的通孔，第三连接板与第四连接板形状、大小相同并且通孔位置一一对应。

将螺栓分别穿过第三连接板和第四连接板对应的通孔，然后将螺母旋紧而两块连接板的的可拆卸连接。

上述压电动态塑化成型装置还包括驱动电源和计算机；压电陶瓷致动器、驱动电源和计算机依次电连接而构成的压电陶瓷驱动系统；压电陶瓷致动器与驱动电源之间由电缆连接，压电陶瓷致动器的位移输出通过加在其上的高压驱动电源产生。

驱动电源和计算机之间由并口电缆线相连，并口电缆线的一端接到计算机的并口上，另一端接在电源的增强并行口EPP接口上。

一种压电动态塑化成型装置的注塑方法，包括下述步骤：

①设备启动各部件进入注塑预备状态后，将塑料粒料从料管的加料口加入设备中，压缩螺杆随着液压马达的转动一同转动，而使得塑料粒料进入料筒中而依次进行混炼和注塑；

②在混炼阶段，液压缸内不进油，压缩螺杆在液压马达和压电陶瓷的驱动下进行周向旋转运动和微幅轴向振动；塑料颗粒不断通过料管的加料口进入料筒的料筒腔内，在压缩螺杆的旋转下使得塑料颗粒在压缩螺杆的推进挤压部与料筒所形成的间隙中进行混合和挤压，在加热套的加热下成为塑料熔体，以及压缩螺杆在压电陶瓷的驱动下进行微幅轴向振动而对塑料熔体施加周期性的压力和剪切作用，致使熔体粘度降低，使熔体产生取向，使分子链的排列更加有序；

③在注塑阶段，关闭液压马达并使液压缸开始工作，液压缸对压缩螺杆施加注塑力，压缩螺杆从后向前运动而挤压料筒前端部位中的塑料熔体，而使塑料熔体从喷嘴射出而进入相应的模腔内，同时压缩螺杆在压电陶瓷的驱动下进行微幅纵向振动，使聚合物熔体产生脉动；该周期性的机械振动有效地促进了分子的取向和拉伸，产生耗散热，延长了喷嘴、浇口部位熔体的凝固时间，能减少或避免缩空、疏松、表面沉陷等缺陷的产生，并在熔体固化阶段控制晶粒的生长、取向和球晶的生长，获得比普通注射成型制品强度更高的制品。

在步骤①前，先在计算机上编制驱动程序，完成压电陶瓷电源动态链接库函数的安装和模块的声明，且上述驱动程序中的参数化的驱动频率、施加电压、驱动波形可以根据不同的塑料特性进行调整；步骤②中，在混炼阶段通过驱动程序控制电压的输出，驱动电源驱动压电陶瓷产生轴向振动；步骤③中，在注塑阶段通过驱动程序控制电压的输出，驱动电源驱动压电陶瓷产生轴向振动。

本发明具有积极的效果：

（1）使用本发明的压电动态塑化成型装置进行注塑时，在混炼阶段，压缩螺杆在液压马达和压电陶瓷致动器的驱动下进行周向旋转运动和轴向振动的复合运动，周向旋转运动使得塑料颗粒不断地变换位置并在螺杆和料筒形成的间隙中受到挤压和混合，轴向振动使塑料受到周期性的压力和剪切作用致使熔体粘度降低，使熔体产生取向，使分子链的排列更加有序。

（2）使用本发明的压电动态塑化成型装置进行注塑时，在注塑阶段，压缩螺杆在液压缸和压电陶瓷致动器的驱动下进行轴向的进给运动和微幅轴向振动的复合运动，周期性的机械振动有效地促进了分子的取向和拉伸，产生耗散热，延长了喷嘴、浇口部位熔体的凝固时间，可减少或避免缩空、疏松、表面沉陷等缺陷的产生，并在熔体固化阶段控制晶粒的生长、取向和球晶的生长，获得比普通注射成型制品强度更高的制品。

（3）本发明的装置可以调节压缩螺杆的振动频率和振幅，在振动力场的作用下，使得注射成型能在比较低的加工温度下进行，并能降低注射压力和锁模力，从而减少成型过程所需能耗，使塑化和注射冲模功率减少；另外制品中的残余应力减小，所得制品质量较高。

附图说明

图1为本发明的压电动态塑化成型装置的结构示意图；

图2为图1的压电动态塑化成型装置注塑状态时的结构示意图；

图3是本发明的压电陶瓷驱动系统示意图；

上述附图中的标记如下：

喷嘴1，喷嘴座2，料管3，料筒30，料筒腔30-1，料管头31，料管主体32，中央通孔32-1，进料通孔32-2，喂料槽33，中央通孔33-1，连接套34；

压缩螺杆4，推进挤压部41，杆主体41-1，螺旋板41-2，后挡板41-3，连接杆部42；

压电陶瓷驱动系统5，压电陶瓷致动器51，安装座51-1，驱动电源52，计算机53，活塞杆6，杆前段61，杆中段62，杆后段63，液压缸71，液压马达72；

第一连接板81，第二连接板82，第三连接板83，第四连接板84；

加热套9，端部加热套91，主加热套92；

间隙100。

具体实施方式

 本发明的具体实施方式中，图1中的左方在文字描述中为前方，图1中的右方在文字描述中为后方。

（实施例1）

见图1，本实施例的压电动态塑化成型装置包括机架、喷嘴1、喷嘴座2、料管3、压缩螺杆4、压电陶瓷致动器51、活塞杆6、液压缸71、液压马达72和加热套9。喷嘴1、喷嘴座2和料管3同轴线设置并且按照从前向后以及从内向外的次序依次相连。液压缸71由其缸体固定在机架上，液压缸71和液压马达72均设有使用时与液压泵相连的接口。

机架（图中未画出）坐落并固定在地面上。料管3由料管头31、料管主体32、喂料槽33和连接套34组合而成；料管3由其料管主体32安装在机架上。料管头31为设有前后向的前大后小的台阶状圆柱形中央通孔的圆筒形钢制一体件，从而料管头31分为内径较大的前段筒体和内径较小的后段筒体，料管头31的前段筒体的内壁上设有细牙内螺纹。料管主体32为设有前后畅通的中央通孔32-1的圆筒体，且所述的圆筒体的后段上部设有上下向的进料通孔32-2，该进料通孔32-2与料管主体32的中央通孔32-1相连通；料管主体32的内径与料管头31的后段筒体的内径相同，料管主体32的外径与料管头31的外径相同，料管主体32与料管头31同轴线设置，且料管头31的后端面与料管主体32的前端面相互贴合在一起。连接套34为圆筒形钢制一体件，连接套34的后段套在料管主体32的前端部位上，连接套34的前段套在料管头31的后端部位上，从而将料管头31与料管主体32固定连接在一起。

喂料槽33为设有上下向的中央通孔33-1的钢制一体件，喂料槽33焊接固定设置在料管主体32上，且喂料槽33的中央通孔33-1与料管主体32的进料通孔32-2相连通，喂料槽33的中央通孔33-1即为料管3的加料口。喷嘴座2为设有前后向的中央通孔的旋转体形的钢制一体件，所述的中央通孔的前孔段为圆柱形的孔段且设有细牙内螺纹，所述的中央通孔的后孔段由前后相连的前小后大的圆台形孔段和圆柱形孔段组成，所述的后孔段的圆柱形孔段的直径与料管头31的后段筒体的内径相同。喷嘴座2的围绕其前孔段的部分为喷嘴座2的前段，喷嘴座2的围绕其后孔段的部分为喷嘴座2的后段，喷嘴座2的后段的侧部外表面的形状为圆柱侧面形状且设有与料管头31的前段筒体的细牙内螺纹相配合的细牙外螺纹，喷嘴座2由其后段与料管3的料管头31的前段筒体通过细牙螺纹紧密连接在一起，且喷嘴座2的后端面与料管头31的位于后段筒体的前端的朝向前方的台阶面相互贴合在一起，并且喷嘴座2与料管头31同轴线设置，从而使得喷嘴座2与料管3共同组成了料筒30以及相应的料筒腔30-1。

本实施例中，在喷嘴座2与料管头31相互紧密连接时，还优选在喷嘴座2与料管头31的连接处之间在周向上设置耐温耐压的柔性垫圈。

喷嘴1为设有前后向的圆形中央通孔的旋转体形的钢制一体件，其后段的侧部外表面的形状为圆柱侧面形状且设有与喷嘴座2的前孔段的细牙内螺纹相配合的细牙外螺纹，喷嘴1由其后段与喷嘴座2的前段通过细牙螺纹紧密连接在一起，且喷嘴1的后端面与喷嘴座2的中央通孔的前孔段的朝向前方的端面相互贴合在一起，并且喷嘴1与喷嘴座2同轴线设置；喷嘴1的中央通孔的内径与喷嘴座2的后孔段的圆台形孔段的前端的内径相等，并且喷嘴1的中央通孔与喷嘴座2的后孔段的圆台形孔段在前后方向上直接相连通。

本实施例中，在喷嘴1与喷嘴座2相互紧密连接时，还优选在喷嘴1与喷嘴座2的连接处之间在周向上设置耐温耐压的柔性垫片。

加热套9包括端部加热套91和主加热套92；端部加热套91套在料管头31上且位于料管头31的前段筒体的外周，主加热套92套在料管主体32上，基本覆盖料管主体32的位于连接套34和喂料槽33之间的筒段的外周面上。

压缩螺杆4为钢制一体件，由位于前部和中部的推进挤压部41以及位于后部的连接杆部42构成；推进挤压部41由杆主体41-1和按照螺旋方式设置在杆主体41-1上的螺旋板41-2以及设置在杆主体41-1上且位于螺旋板41-2后侧的后挡板41-3构成；推进挤压部41位于料筒30的料筒腔30-1内，且推进挤压部41的螺旋板41-2以及后挡板41-3在周向上与料筒30相配合，从而在料筒30与压缩螺杆4的推进挤压部41之间形成了用于挤压和混合塑料颗粒的间隙100；压缩螺杆4的连接杆部42的后端头伸出料管3而与第一连接板81的前端面焊接固定，所述第一连接板81上开有2～6个前后向的通孔（本实施例为3个），且分布在第一连接板81的圆周边缘上。

压电陶瓷驱动系统5包括封装好的压电陶瓷致动器51，该压电陶瓷致动器51是德国PI（Physik Instrumente）公司制造的型号为160VS20的压电陶瓷产品，压电陶瓷致动器51包括安装座51-1和固定在安装座51-1上的振动头，使用时振动头在前后方向上产生振动，压电陶瓷致动器51由其振动头的前端固定在位于前侧的前端与第二连接板82焊接固定的连接件上，该连接件的前端与第二连接板82焊接固定，第二连接板82上开有数量与第一连接板81的通孔数量相同的前后向的通孔（本实施例为3个），第二连接板82与第一连接板81形状、大小相同并且通孔位置一一对应。

第一连接板81和第二连接板82通过螺栓和螺母连接固定：将3个螺栓分别依次穿过第一连接板81和第二连接板82上的对应的通孔，然后将螺母旋紧即完成第一连接板81与第二连接板82的可拆卸连接。

液压缸71为两端出杆结构的液压缸，活塞杆6为中间的杆段粗、前后两侧的杆段细的圆柱台阶形钢制一体件，从而按照从前向后的次序分为杆前段61、杆中段62和杆后段63，杆前段61的后部、杆中段62的全部和杆后段63的前部位于液压缸71中，且杆中段62与液压缸71的缸壁之间相互配合，两者之间的配合关系为前后滑动连接和沿轴线转动连接；活塞杆6的后端与液压马达72的转轴固定连接；上述液压缸71和液压马达72均安装在机架上。 

压电陶瓷致动器51由其安装座51-1的后端与第三连接板83焊接固定，活塞杆6的前端与第四连接板84焊接固定，第三连接板83与第四连接板84形状、大小相同并且通孔位置一一对应；连接时将螺栓分别穿过第三连接板83和第四连接板84的对应的通孔，然后将螺母旋紧即完成第三连接板83与第四连接板84的可拆卸连接。

本实施例的喷嘴1与喷嘴座2之间、喷嘴座2与料管头31之间分别通过相应的细牙螺纹紧密连接，因此使用时根据情况可以很方便地更换不同喷嘴直径的喷嘴1和相应的喷嘴座2。

见图2，压电陶瓷驱动系统5还包括驱动电源52和计算机53。压电陶瓷致动器51、驱动电源52和计算机53依次电连接而构成的压电陶瓷驱动系统5。压电陶瓷致动器51与驱动电源52之间由电缆连接，压电陶瓷致动器51的振动头的位移输出通过加在其上的高压驱动电源52产生，所述高压驱动电源52具有高精度、高分辨率和优良的稳定性等待点，本实施例采用哈尔滨工业大学博实精密测控有限责任公司制造的HPV型压电陶瓷驱动电源。

驱动电源52和计算机53之间由并口电缆线相连，并口电缆线的一端接到计算机的并口上，另一端接在驱动电源52的EPP接口（增强并行口）上。先在计算机53上编制驱动程序，然后完成压电陶瓷电源动态链接库函数的安装和模块的声明，就可以通过驱动程序控制电压的输出，驱动电源52驱动压电陶瓷致动器51的振动头产生轴向振动；驱动程序中有参数化的驱动频率、施加电压、驱动波形等，可以根据不同的塑料特性进行调整。

使用本实施例的压电动态塑化成型装置进行注塑的方法包括以下步骤：

①设备启动各部件进入注塑预备状态后，将塑料粒料从料管3的加料口加入设备中，压缩螺杆4随着液压马达72的转动一同转动，而使得塑料粒料进入料筒30中而依次进行混炼和注塑。

②在混炼阶段，液压缸71内不进油，液压缸71作为活塞杆6运动的空间及定位装置，压缩螺杆4在液压马达72和压电陶瓷致动器51的驱动下进行周向旋转运动和微幅轴向振动，压电陶瓷致动器51可提供振动频率为1～1000Hz，振幅为0～40微米的微幅振动；塑料颗粒不断通过喂料槽33进入料筒30的料筒腔30-1内，在压缩螺杆4的旋转下使得塑料颗粒在压缩螺杆4和料筒30所形成的间隙中进行混合和挤压。在加热套9的加热下成为塑料熔体，以及压缩螺杆4在压电陶瓷致动器51的驱动下进行微幅轴向振动而对塑料熔体施加周期性的压力和剪切作用，致使熔体粘度降低，使熔体产生取向，使分子链的排列更加有序。

③在注塑阶段，关闭液压马达72并使液压缸71开始工作，液压缸71对压缩螺杆4施加注塑力，压缩螺杆4从后向前运动而挤压料筒30前端部位中的塑料熔体，而使塑料熔体从喷嘴1射出而进入相应的模腔内，同时压缩螺杆4在压电陶瓷致动器51的驱动下进行微幅纵向振动，使聚合物熔体产生脉动。所述周期性的机械振动有效地促进了分子的取向和拉伸，产生耗散热，延长了喷嘴、浇口部位熔体的凝固时间，可减少或避免缩空、疏松、表面沉陷等缺陷的产生，并在熔体固化阶段控制晶粒的生长和取向、球晶的生长，获得比普通注射成型制品强度更高的制品。

上述方法中，在步骤①前，先在计算机53上编制驱动程序，完成压电陶瓷电源动态链接库函数的安装和模块的声明，且上述驱动程序中的参数化的驱动频率、施加电压、驱动波形可以根据不同的塑料特性进行调整；步骤②和步骤③中，均通过驱动程序控制电压的输出，驱动电源52驱动压电陶瓷51产生轴向振动。

上述步骤②和步骤③中的压电陶瓷51产生轴向振动是利用压电陶瓷的逆压电效应，驱动电源52采用圆柱中空叠堆式压电陶瓷驱动器，由计算机运行驱动程序，控制驱动电源52来对压电陶瓷致动器51产生驱动输出，使压电陶瓷沿轴向产生振动，振动的频率和振幅可由计算机施加在压电陶瓷驱动器52的信号进行控制，从而使压缩螺杆4产生小振幅，高频率、大加速度的往复振动。

上述步骤②的混炼阶段中，液压缸71仅供活塞杆6旋转运动，压缩螺杆4在液压马达72和压电陶瓷致动器51的驱动下进行周向旋转运动和轴向振动的复合运动完成混炼；而在步骤③的注塑阶段中，不使用液压马达72，压缩螺杆4在液压缸71和压电陶瓷致动器51的驱动下进行进给运动和轴向振动的复合运动完成注塑，因而实现了活塞杆6由液压缸71和液压马达72的分时驱动。以上实施例为本发明的较佳实施例，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压电动态塑化成型装置，其特征在于：包括机架、喷嘴（1）、喷嘴座（2）、料管（3）、压缩螺杆（4）、压电陶瓷致动器（51）、活塞杆（6）、液压缸（71）、液压马达（72）和加热套（9）；喷嘴（1）、喷嘴座（2）和料管（3）同轴线设置并且按照从前向后以及从内向外的次序依次相连；料管（3）设有加料口；喷嘴座（2）与料管（3）共同组成了料筒（30）以及相应的料筒腔（30-1）；加热套（9）围绕料管（3）设置，且与料管（3）固定连接在一起；料管（3）固定在机架上；液压缸（71）和液压马达（72）均设有使用时与液压泵相连的接口；液压缸（71）由其缸体固定在机架上；

压缩螺杆（4）为钢制一体件，由位于前部和中部的推进挤压部（41）以及位于后部的连接杆部（42）构成；推进挤压部（41）由杆主体（41-1）和按照螺旋方式设置在杆主体（41-1）上的螺旋板（41-2）以及设置在杆主体（41-1）上且位于螺旋板（41-2）后侧的后挡板（41-3）构成；推进挤压部（41）位于料筒（30）的料筒腔（30-1）内，且推进挤压部（41）的螺旋板（41-2）以及后挡板（41-3）在周向上与料筒（30）相配合，从而在料筒（30）与压缩螺杆（4）的推进挤压部（41）之间形成了用于挤压和混合塑料颗粒的间隙（100）；压缩螺杆（4）的连接杆部（42）的后端头伸出料管（3）并通过相应的连接板与压电陶瓷致动器（51）的前端相连；

压电陶瓷致动器（51）的后端通过相应的连接板与活塞杆（6）的前端相连；所述活塞杆（6）位于液压缸（71）中且其前后两端伸出液压缸（71），活塞杆（6）的后端与液压马达（72）的转轴固定连接。

2.根据权利要求1所述的压电动态塑化成型装置，其特征在于：料管（3）由料管头（31）、料管主体（32）、喂料槽（33）和连接套（34）组合而成；

料管头（31）为设有前后向的前大后小的台阶状圆柱形中央通孔的圆筒形一体件，料管头（31）的前段筒体的内壁上设有细牙内螺纹；料管主体（32）为设有前后畅通的中央通孔（32-1）的圆筒体，且所述的圆筒体的后段上部设有上下向的进料通孔（32-2），该进料通孔（32-2）与料管主体（32）的中央通孔（32-1）相连通；喂料槽（33）设有上下向的中央通孔（33-1），喂料槽（33）固定设置在料管主体（32）上，且喂料槽（33）的中央通孔（33-1）与料管主体（32）的进料通孔（32-2）相连通；喂料槽（33）的中央通孔（33-1）即为料管（3）的加料口；

料管头（31）位于料管主体（32）前方；料管头（31）与料管主体（32）同轴线设置并通过圆筒形连接套（34）固定连接；所述连接套（34）的后段套在料管主体（32）的前端部位上，连接套（34）的前段套在料管头（31）的后端部位上，从而将料管头（31）与料管主体（32）固定连接在一起。

3.根据权利要求2所述的压电动态塑化成型装置，其特征在于：所述加热套（9）包括端部加热套（91）和主加热套（92）；其中端部加热套（91）套在料管头（31）上，主加热套（92）套在料管主体（32）的位于连接套（34）和喂料槽（33）之间的筒段的外周面上。

4.根据权利要求2所述的压电动态塑化成型装置，其特征在于：喷嘴座（2）为设有前后向的中央通孔的旋转体形的钢制一体件，所述的中央通孔的前孔段为圆柱形的孔段且设有细牙内螺纹；

喷嘴座（2）的后段的侧部外表面的形状为圆柱侧面形状且设有与料管头（31）的前段筒体的细牙内螺纹相配合的细牙外螺纹，喷嘴座（2）由其后段与料管（3）的料管头（31）的前段筒体通过细牙螺纹可拆卸紧密连接在一起，从而使得喷嘴座（2）与料管（3）共同组成了料管腔（30）。

5.根据权利要求4所述的压电动态塑化成型装置，其特征在于：喷嘴（1）为设有前后向的圆形中央通孔的旋转体形的钢制一体件，其后段的侧部外表面的形状为圆柱侧面形状且设有与喷嘴座（2）的前孔段的细牙内螺纹相配合的细牙外螺纹，喷嘴（1）由其后段与喷嘴座（2）的前段通过细牙螺纹可拆卸紧密连接在一起。

6.根据权利要求1所述的压电动态塑化成型装置，其特征在于：将压缩螺杆（4）的后端头与压电陶瓷致动器（51）相连接的连接板为第一连接板（81）和第二连接板（82）；压缩螺杆（4）的后端头与第一连接板（81）的前端面焊接固定，第一连接板（81）的圆周边缘上开有2～6个前后向的通孔；

压电陶瓷致动器（51）包括安装座（51-1）和固定在安装座（51-1）上的振动头；压电陶瓷致动器（51）由其振动头的前端固定在位于前侧的前端与第二连接板（82）焊接固定的连接件上，第二连接板（82）与第一连接板（81）的形状、大小相同并且通孔位置一一对应；

第一连接板（81）和第二连接板（82）通过将螺栓分别依次穿过第一连接板（81）和第二连接板（82）上的对应的通孔，然后将螺母旋紧完成两块连接板的可拆卸连接。

7.根据权利要求1所述的压电动态塑化成型装置，其特征在于：将压电陶瓷致动器（51）的后端与活塞杆（6）的前端相连的连接板为第三连接板（83）和第四连接板（84）；压电陶瓷致动器（51）由其安装座（51-1）的后端与第三连接板（83）焊接固定，活塞杆（6）的前端与第四连接板（84）焊接固定；

第三连接板（83）的圆周边缘上开有2～6个前后向的通孔，第三连接板（83）与第四连接板（84）形状、大小相同并且通孔位置一一对应；

将螺栓分别穿过第三连接板（83）和第四连接板（84）对应的通孔，然后将螺母旋紧而两块连接板的的可拆卸连接。

8.根据权利要求1至7之一所述的压电动态塑化成型装置，其特征在于：还包括驱动电源（52）和计算机（53）；压电陶瓷致动器（51）、驱动电源（52）和计算机（53）依次电连接而构成的压电陶瓷驱动系统（5）；压电陶瓷致动器（51）与驱动电源（52）之间由电缆连接，压电陶瓷致动器（51）的位移输出通过加在其上的高压驱动电源（52）产生；

驱动电源（52）和计算机（53）之间由并口电缆线相连，并口电缆线的一端接到计算机的并口上，另一端接在电源的增强并行口EPP接口上。

9.一种如权利要求8所述的压电动态塑化成型装置的注塑方法，其特征在于包括下述步骤：

①设备启动各部件进入注塑预备状态后，将塑料粒料从料管（3）的加料口加入设备中，压缩螺杆（4）随着液压马达（72）的转动一同转动，而使得塑料粒料进入料筒（30）中而依次进行混炼和注塑；

②在混炼阶段，液压缸（71）内不进油，压缩螺杆（4）在液压马达（72）和压电陶瓷（51）的驱动下进行周向旋转运动和微幅轴向振动；塑料颗粒不断通过料管（3）的加料口进入料筒（30）的料筒腔（30-1）内，在压缩螺杆（4）的旋转下使得塑料颗粒在压缩螺杆（4）的推进挤压部（41）与料筒（30）所形成的间隙（100）中进行混合和挤压，在加热套（9）的加热下成为塑料熔体，以及压缩螺杆（4）在压电陶瓷（51）的驱动下进行微幅轴向振动而对塑料熔体施加周期性的压力和剪切作用，致使熔体粘度降低，使熔体产生取向，使分子链的排列更加有序；

③在注塑阶段，关闭液压马达（72）并使液压缸（71）开始工作，液压缸（71）对压缩螺杆（4）施加注塑力，压缩螺杆（4）从后向前运动而挤压料筒（30）前端部位中的塑料熔体，而使塑料熔体从喷嘴（1）射出而进入相应的模腔内，同时压缩螺杆（4）在压电陶瓷（51）的驱动下进行微幅纵向振动，使聚合物熔体产生脉动；该周期性的机械振动有效地促进了分子的取向和拉伸，产生耗散热，延长了喷嘴、浇口部位熔体的凝固时间，能减少或避免缩空、疏松、表面沉陷等缺陷的产生，并在熔体固化阶段控制晶粒的生长、取向和球晶的生长，获得比普通注射成型制品强度更高的制品。

10.根据权利要求9所述的压电动态塑化成型装置的注塑方法，其特征在于：在步骤①前，先在计算机（53）上编制驱动程序，完成压电陶瓷电源动态链接库函数的安装和模块的声明，且上述驱动程序中的参数化的驱动频率、施加电压、驱动波形可以根据不同的塑料特性进行调整；步骤②中，在混炼阶段通过驱动程序控制电压的输出，驱动电源（52）驱动压电陶瓷（51）产生轴向振动；步骤③中，在注塑阶段通过驱动程序控制电压的输出，驱动电源（52）驱动压电陶瓷（51）产生轴向振动。

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