CN102357972A - 一种微细塑料制件的超声振动成型装置 - Google Patents

Abstract

一种微细塑料制件的超声振动成型装置，由上模、下模两部分组成。上模包括模柄、上模板、上模块、导柱和螺钉，下模包括由浮动模板、导向柱、弹簧、盖板、左支承板、右支承板、支承柱、螺母和下模板组成的框体，以及顺序相连且置于框体中的换能器、变幅杆和压头组成的超声激振组合。粉状或块状塑料原料置于浮动模板中央圆形通孔与压头顶端构成的空腔内，利用压头将压力和超声振动作用到原料上，使其发热并融化，进而注入上模块底部型槽与浮动模板上表面构成的型腔内，待制件冷却固化后脱模取件。本装置可在通用机械或液压压力机上使用，结构简单、操作方便、安全可靠、压缩比大，且成本低、效率高、无污染，可使用原料种类多。

Description

一种微细塑料制件的超声振动成型装置

技术领域

本发明涉及一种用于生产微细尺寸塑料制件的装置。

背景技术

微细器件的制造是实现精密机械电子装置、特别是微光机电系统(MEMS)功能的关键。由于几何尺度缩小，制件的比表面积不断增大、摩擦影响显著，从而产生所谓“尺寸效应”，使得微细器件的制造与传统意义上的产品制造存在很大差别。针对金属以及高分子聚合物材料的微成形技术，已成为MEMS领域的一个研究重点和难点。通常所指的微细塑料制件质量在0.01～1g、或者尺寸在0.01～1mm以内，目前这类零件的成型主要利用微型注塑机完成，存在着成型温度和质量难以准确控制(例如常常由于待注射的熔融塑料在注塑机中停留时间过长而产生降解)、需要专用设备、生产成本高以及效率低等问题。中国专利CN200880106775.X提出了一种生产微型塑料部件的超声设备，利用超声波激振使塑料熔融并成型得到高分子聚合物微细制品，不需专门的加热装置，但设备结构复杂、操作控制困难，且不适合在通用压力机上使用。

发明内容

本发明的目的，在于针对现有技术的不足，提供一种容易实现、生产成本低且质量好的微细尺寸塑料制件的成型装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：采用一种微细塑料制件的超声振动成型装置，所述装置分为上模、下模两部分。上模由顺序相连的模柄、上模板、上模块以及导柱和螺钉构成。模柄为一下端带圆形台阶的圆柱体；上模板、上模块为外形相同的矩形或圆形板状体，上模板四周均匀分布有台阶孔，上模块四周与所述上模板台阶孔相对应位置有螺纹孔，利用贯穿上模板台阶孔并旋入所述上模块螺纹孔的螺钉将上模板与上模块相联；上模板中央有与模柄外形吻合的圆形台阶通孔，模柄穿过所述上模板的圆形台阶通孔且底面与上模块上表面贴合；上模块底部的中央位置加工有型槽，型槽的具体形状、大小由所成型制件的形状、尺寸以及多个制件同时成型时的布置状态确定，上模块板状体的左右两侧有两个台阶通孔，两个带台阶的圆柱形导柱插入所述上模块的两个台阶通孔内，并向下伸出上模块底部的平面。

下模包括框体和超声激振组合。所述框体由浮动模板、导向柱、弹簧、盖板、左支承板、右支承板、支承柱、螺母和下模板构成。浮动模板是与上模板或上模块外形一致的矩形或圆形板状体，中央和四周分布有圆形通孔，其中与上模块两个台阶通孔内的圆柱形导柱对应的位置有两个圆形通孔，工作时导柱向下伸入所述浮动模板的两个圆形通孔中，从而确定上模块与浮动模板在水平方向的相对位置。导向柱为长圆柱体，上端插入浮动模板四周的圆形通孔中，下端为带外螺纹的螺杆，所述螺杆外径略小于导向柱长圆柱体的外径并旋入左支承板、右支承板四周相应位置的螺纹孔中，导向柱外、浮动模板与盖板之间装有弹簧，浮动模板可以在导向柱引导下沿垂直方向上、下运动。盖板为外形为与浮动模板一致的矩形或圆形板状体，中央位置有圆形台阶通孔，四周对称分布有圆形通孔；左支承板、右支承板是左右对称的板状体，外形分别是盖板外形的一半，左支承板、右支承板拼合后构成与盖板外形一致的形状，且四周与盖板对应的位置对称分布有圆形通孔和螺纹通孔，中央有圆锥形的通孔；下模板为外形与盖板一致的矩形或圆形板状体，四周与左、右支承板上圆形通孔对应位置有螺纹通孔。支承柱为长圆柱体，两端有带外螺纹的螺杆且螺杆直径略小于支承柱长圆柱体外径，支承柱下端螺杆旋入所述下模板四周的螺纹通孔中，上端螺杆穿过盖板以及左、右支承板对应的圆形通孔，利用螺母将盖板、左支承板、右支承板和下模板相连。

超声激振组合包括从下至上顺序相连且置于框体中的换能器、变幅杆和压头。换能器为圆柱体，底部通过导线与超声波发生器相连；变幅杆为中部有一法兰盘的圆锥台，所述圆锥台底部大端与换能器圆柱体的直径一致且与换能器顶部相连，圆锥台顶部小端中间有螺纹孔；压头为带台阶的圆柱体，所述圆柱体底部有螺杆且旋入变幅杆圆锥台小端的螺纹孔中，中间段圆柱体的直径最大且加工有两个相对的平面，工作状态时压头顶部伸入浮动模板中央的圆形通孔中。变幅杆的圆锥台穿过盖板以及左、右支承板的中央，所述圆锥台中部的法兰盘位于盖板中央圆形台阶通孔内以及盖板和左、右支承板之间。

成型前，粉状或块状塑料原料放置于浮动模板中央的圆形通孔与压头顶部平面所构成的空腔内。然后，上模向下运动，上模块接触并向下压浮动模板，压头将压力和超声振动作用到塑料原料上并使其融化，进而在压力作用下将熔融的塑料原料注入上模块底部中央的型槽与浮动模板上表面构成的型腔内，然后停止振动并保压一定时间，待制件冷却、固化后，上模上行并脱模取件。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：可在小型通用机械或液压压力机上使用，结构简单、操作方便、安全可靠、成本低、效率高、无环境污染，可使用原料种类多、范围广，可为粉体、块体等形式。另外，浮动模板结构形式可得到大的原料和制件的体积压缩比。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

在图1至图18中：1、螺钉  2、上模板  3、上模块  4、浮动模板  5、弹簧6、导向柱  7、盖板  8、右支承板  9、下模板  10、换能器  11、支承柱  12、左支承板13、螺母  14、变幅杆  15、压头  16、导柱  17、模柄

具体实施方式

如图1～图18所示，该微细塑料制件的超声振动成型装置分为上模、下模两部分。其中，上模由顺序相连的模柄(17)、上模板(2)、上模块(3)以及导柱(16)和螺钉(1)构成。模柄(17)为下端带圆形台阶、直径为30mm的圆柱体，上模板(2)、上模块(3)均为边长200mm X 200mm、厚度25mm的矩形板状体，上模板(2)四周均匀分布的四个台阶孔，上模块(3)与所述上模板(2)四个台阶孔对应的位置有四个螺纹孔，四个螺钉(1)穿过上模板(2)的台阶孔并旋入上模块(3)螺纹孔中，将上模板(2)与上模块(3)相联；上模板(2)中央有直径为30mm的圆形台阶通孔，模柄(17)穿过所述圆形台阶通孔，模柄(17)底面与上模块(3)的上表面贴合；上模块(3)底部中央开有四个相互连通的型槽，型槽中央的深度在0.02～0.1mm之间；上模块(3)板状体的左右两侧有两个直径20mm的台阶通孔，两个带台阶的直径为20mm的圆柱形导柱(16)插入所述上模块(3)的两个台阶通孔内，导柱(16)的下端伸出上模块(3)底部平面。

下模包括框体和超声激振组合。其中，框体由浮动模板(4)、导向柱(6)、弹簧(5)、盖板(7)、左支承板(12)、右支承板(8)、支承柱(11)、螺母(13)和下模板(9)构成。浮动模板(4)是外形为边长200mm X 200mm的矩形板状体，中央和四周布置有圆形通孔，其中中央圆形通孔的直径为16mm，与上模块(3)两个台阶通孔内的圆柱形导柱(16)对应的位置有两个直径为20mm的圆形通孔，工作时导柱(16)向下伸入所述浮动模板(4)的两个圆形通孔。导向柱(6)为四个直径30mm的长圆柱体，上端插入浮动模板(4)四周的圆形通孔中，下端为外径为24mm的螺杆，螺杆旋入左支承板(12)、右支承板(8)相应位置的螺纹孔中，四根弹簧(5)装在导向柱(6)外、浮动模板(4)与盖板(7)之间，浮动模板(4)可沿导向柱(6)的轴线方向，即垂直方向上、下运动。盖板(7)为外形为边长200mmX 200mm的矩形板状体，中央位置有圆形台阶通孔，四周对称分布有圆形通孔；左支承板(12)、右支承板(8)为左右对称的板状体，外形分别是盖板(7)外形的一半，左支承板(12)、右支承板(8)拼合后构成与盖板(7)外形一致的边长200mm X 200mm的矩形板状体，且所述矩形板状体与盖板(7)对应的位置分布有圆形通孔和螺纹孔，中央位置有圆锥形通孔；下模板(9)为边长200mm X 200mm的矩形板状体，四周均匀分布有四个M24的螺纹通孔。支承柱(11)为四根直径30mm的长圆柱体，两端为M24的螺杆，下端的螺杆旋入所述下模板(9)的四个M24螺纹通孔中，上端螺杆穿过盖板(7)以及左支承板(12)、右支承板(8)对应的圆形通孔，利用螺母(13)将盖板(7)、左支承板(12)、右支承板(8)和下模板(9)相连。

换能器(10)、变幅杆(14)和压头(15)构成超声激振组合并置于所述下模的框体内部。其中，换能器(10)为直径40mm的圆柱体，底部通过导线与超声波发生器(图1中用标识“U”的矩形块表示)相连；变幅杆(14)为中部带有一法兰盘的圆锥台，圆锥台底部大端直径为40mm并与换能器(10)的顶部相连，圆锥台顶部小端中间位置有M16的螺纹孔；压头(15)为一带台阶的圆柱体，圆柱体底部有M16的螺柱并旋入所述变幅杆(14)圆锥台小端的螺纹孔中，中间段圆柱体的直径为20mm且加工有两个相对的平面，工作状态下，压头(15)的顶端伸入浮动模板(4)中央的直径16mm的圆形通孔中。变幅杆(14)的圆锥台穿过盖板(7)以及左支承板(12)、右支承板(8)中央，且圆锥台中部的法兰盘位于盖板(7)中央的圆形台阶通孔以及盖板(7)与左支承板(12)、右支承板(8)之间。

工作时，将上模固定在机械或液压压力机的上滑块上，下模固定在压力机的工作台面上。上模和下模闭合前，粉体或块体状的热塑性或热固性塑料原料放置在浮动模板(4)中央的圆形通孔与压头(15)顶部平面所构成的空腔内，然后上模向下运动，上模块(3)接触并向下压浮动模板(4)，压头(15)将压力和超声振动作用到塑料原料上使其发热并融化，进而在压力作用下将原料注入上模块(3)底部中央的型槽与浮动模板(4)上表面构成的型腔。停止激振并保压一定时间，待制件冷却、固化后，上模上行并脱模取件。本实施例中，可成型质量在0.01～1g或尺寸在0.01～2mm之间的复杂形状塑料件。

本发明可在小型通用机械压力机或液压机上使用，所成型的微细塑料制件表面质量和成型精度高，且结构简单、加工容易、操作方便、安全可靠，过程瞬时即可完成，无环境污染，适用原料材料的种类多、范围广。

Claims (4)

1.一种微细塑料制件的超声振动成型装置，分为上模、下模两部分，其特征是：上模由顺序相连的模柄、上模板、上模块以及导柱和螺钉构成，下模由框体和超声激振组合构成。

2.根据权利要求1所述的一种微细塑料制件的超声振动成型装置，其特征是：上模板、上模块为外形相同的矩形或圆形板状体，上模板四周均匀分布有台阶孔，上模块四周与所述上模板台阶孔相对应的位置有螺纹孔，利用贯穿上模板台阶孔并旋入所述上模块螺纹孔的螺钉将上模板与上模块相联；上模块底部的中央位置加工有型槽，左右两侧有两个台阶通孔，两个带台阶的圆柱形导柱插入所述上模块的两个台阶通孔内，并向下伸出上模块底部的平面。

3.根据权利要求1所述的一种微细塑料制件的超声振动成型装置，其特征是：所述下模的框体由浮动模板、导向柱、弹簧、盖板、左支承板、右支承板、支承柱、螺母和下模板构成；其中，浮动模板是与上模板或上模块外形一致的矩形或圆形板状体，中央和四周分布有圆形通孔，与上模块两个台阶通孔内的圆柱形导柱对应的位置有两个圆形通孔，工作时导柱向下伸入所述浮动模板的两个圆形通孔中；导向柱为长圆柱体，上端插入浮动模板四周的圆形通孔中，下端为带外螺纹的螺杆，所述螺杆旋入左支承板、右支承板四周相应位置的螺纹孔中，导向柱外、浮动模板与盖板之间装有弹簧；盖板为外形为与浮动模板一致的矩形或圆形板状体，中央位置有圆形台阶通孔，四周对称分布有圆形通孔；左支承板、右支承板是左右对称的板状体，外形分别是盖板外形的一半，左支承板、右支承板拼合后构成与盖板外形一致的形状，且四周与盖板对应的位置对称分布有圆形通孔和螺纹通孔，中央有圆锥形的通孔；下模板为外形与盖板一致的矩形或圆形板状体，四周与左、右支承板上圆形通孔对应位置有螺纹通孔；支承柱为长圆柱体，两端有带外螺纹的螺杆且下端螺杆旋入下模板四周的螺纹通孔中，上端螺杆穿过盖板以及左、右支承板对应的圆形通孔，利用螺母将盖板、左支承板、右支承板和下模板相连。

4.根据权利要求1所述的一种微细塑料制件的超声振动成型装置，其特征是：所述下模的超声激振组合包括顺序相连且置于框体内的换能器、变幅杆和压头；换能器为圆柱体，变幅杆为中部有一法兰盘的圆锥台，所述圆锥台底部大端与换能器顶部相连，圆锥台顶部小端中间有螺纹孔；压头为带台阶的圆柱体，所述圆柱体底部为螺杆且旋入变幅杆圆锥台小端的螺纹孔中，工作状态时压头顶部伸入浮动模板中央的圆形通孔内；变幅杆的圆锥台穿过盖板以及左、右支承板的中央，所述圆锥台中部的法兰盘位于盖板中央圆形台阶通孔内以及盖板和左、右支承板之间。

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