CN103624931B - 一种组合式多向超声激励注射成型可视化模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式多向超声激励注射成型可视化模具，属于注射成型模具技术领域。本发明在注射成型模具动分型侧上安置模式转换块，将超声振动引入到注射成型模具中，可以实现同一模具上型腔、冷料穴、主流道3种位置不同模式的超声激励，通过更换振子，还可实现低频机械振动外场作用下的注塑成型过程分析。本发明方便实现模具功能的拓展，同时将可视化技术与超声激励融合到注射成型中，便于开展超声激励下注射成型过程研究。
Description
技术领域
本发明属于注射成型模具技术领域，涉及到超声辅助注射成型方法和可视化模具结构，具体涉及一种组合式多向超声激励注射成型可视化模具。
背景技术
随着科学技术的发展，塑料制品在各行业中的应用越来越普遍，航天航空、医疗器械、家用电器、汽车制造等行业中塑料制品的使用与日俱增。如何获得外观更好、质量更优、精度更高的制品成为高分子加工领域的热点，而塑件成形过程直接影响着塑件的成型质量，因此借助某种外场激励改善成型过程，成为提高聚合物成型质量的一种方法。
目前，超声辅助注射成型研究越来越得到学者们的重视，其按照超声激励作用位置划分可分为：主流道、冷料穴、型腔三种方式，但是这几种方式无一例外的都是在模具上只能实现一种位置的超声激励，无法进行不同位置超声激励对注射成型的影响效果对比，进而找到最佳的超声激励施加位置或超声激励组合模式。对于同一模具上不同位置各超声外场激励可独立作用或组合作用的模具装置开发尚属空白。此外，目前也没有对超声外场作用下的注射成型过程熔体流动行为直接观测的有效手段。此模具的开发弥补了上述空白，对最佳超声激励位置或超声激励组合模式的确定及其对注射成型过程的影响分析有很好的帮助，对拓展注射成型技术的应用领域，促进精密微细注射成型技术的发展，提高注射制品的性能和精度具有重要意义。
针对超声激励对注射成型方面的研究，国内外学者虽采取了各种手段，但对超声激励引起流动过程变化促使塑件性能或成型质量改善的研究，涉猎较少，缺乏实验依据，具有一定的局限性。例如大量学者通过塑件质量或者塑件面积变化，证实超声激励可以改善聚合物熔体的充填流动性能，但是以流动过程改变表征超声对充填性能影响的研究较少；有的研究者认为充填后施加超声比全过程施加超声的熔接痕增强明显，是由于全过程中超声激励阻碍了熔体流动，进而不利于熔接痕处熔体的融合，但是缺乏熔体流动变化的实验依据以巩固理论解释；有的学者通过对塑件微结构尺寸的测量，证实了超声激励可以提高成型精度，认为超声激励引起的振动流动减小了充填和保压阶段的塑件收缩是提高成型精度的主因，但是缺乏成型过程收缩率的实验数据。本发明首次将可视化技术与超声激励融合到注射成型中，利用高速摄像机直接通过本发明的可视化模具窗口对超声外场作用下的熔体充型流动性为进行观测记录，由影像信息研究超声激励对成型过程流动速度、流动轨迹及收缩率的影响，从流变学角度更好地解释超声作用机理，对分析超声如何改善充填性能，提高成型质量具有指导性意义。
中国发明专利：注射成型模块化直视式可视化实验装置,ZL200910249059.3，其技术方案为：该装置包括直视式可视化模具、高速摄像系统、温度压力测试系统三部分；直视式可视化模具及高速摄像系统构成可视化功能模块，直视式可视化模具及温度压力测试系统构成了温度压力测试功能模块。直视式可视化模具采用了模块化设计思想，包括可视化模块、传感器模块以及型腔模块，各模块相互独立。直视式可视化模具的可视化模块包括石英玻璃、玻璃压板以及松紧螺钉，安装在定分型侧的方孔中；光线直接从观察孔透过石英玻璃，照亮型腔，然后由型腔返回，被高速摄像机接收并成像，构成直视式光路系统；石英玻璃通过玻璃上压板及松紧螺钉固定，构成“悬浮”式装夹结构。型腔模块包括型腔镶块和型腔镶块固定板，型腔镶块的基体为100×60×10的长方体薄板。本发明在该专利的基础上对动分型侧上主流道及冷料穴部分的一体式结构进行了模块化设计，自行设计的模式转换块、超声振子及动分型侧相互连接共同组成完整的浇注系统，这样就可利用可视化手段研究超声振动对聚合物注射成型的影响。同时对型腔固定板和型腔镶块的结构，以及两者之间的连接方式进行了改进，实现了型腔镶块平行于型腔镶块上表面的自由运动。
发明内容
本发明提供了一种组合式多向超声激励注射成型可视化模具，在保证实时监测聚合物填充过程的同时，还可方便实现对其多位置多组合超声激励的施加。
本发明的技术方案如下：
一种组合式多向超声激励注射成型可视化模具，包括动分型侧、定分型侧、模式转换块、型腔镶块、型腔固定板、动模座板、超声振子和超声发生器。超声振子通过数据线与超声发生器相连。超声振子安装在型腔镶块、动分型侧和动模座板上，超声发生器通过传输线将信号传递到超声振子产生超声激励，透过观察窗口，可以获得超声激励下聚合物注射成型过程。模式转换块和动分型侧组成浇注系统，模式转换块通过其上设置的沉头孔与动分型侧固定连接；模式转换块有主流道、一级分流道和冷料穴，动分型侧设有相同尺寸的主流道和一级分流道；型腔镶块的下表面设有凸台，型腔镶块通过其凸台上的螺纹孔与超声振子刚性连接；型腔固定板与型腔镶块通过螺钉松动连接。
为了实现与超声振子不同位置的连接，在浇注系统上开设凹槽或通孔，用于与超声振子配合，凹槽如型腔内浇道超声激励模式块主流道右侧所示，通孔如型腔内冷料穴超声激励模式块冷料穴下方所示。超声振子通过U型压板、螺钉固定在动分型侧和动模座板上，超声振子端部恰好安放在模式转换块的凹槽或通孔内，与模式转换块间隙配合，保证超声振子可以沿轴向自由振动；超声振子、模式转换块和动分型侧相互连接，装配后的超声振子端面与型腔内浇道超声激励模式块主流道内表面相切，超声振子端面高于型腔内冷料穴超声激励模式块冷料穴底面1～2mm，超声振动直接作用在聚合物熔体上。
为了将超声振动作用到型腔镶块上，同时保证振动的均匀性，改进后的型腔镶块下表面设有凸台，型腔镶块通过其凸台上的螺纹孔与超声振子刚性连接，保证超声振子产生的振动可以传递到型腔镶块上。与此同时，型腔固定板上开设凹槽，通过内六角螺钉将型腔固定板固定在动分型侧上。型腔固定板上用于与型腔镶块连接的沉头孔内径大于型腔镶块与型腔固定板连接所用螺钉的直径。同时，型腔固定板与型腔镶块之间松动连接，如此做到在限制型腔镶块，垂直于型腔镶块上表面方向自由度的同时，保证超声振动可以引起型腔镶块平行于其上表面方向的自由运动。
超声振子在型腔镶块末端、冷料穴、主流道3个位置至少其中一个位置安装，根据不同需要，更换不同的模式转换块，可以获得不同位置超声激励模式，讨论不同模式下超声激励对聚合物注射成型的影响。
型腔镶块末端、冷料穴、主流道三位置同时施加超声振动，采用组合激励模式块；型腔镶块末端、冷料穴两位置同时施加超声振动，采用型腔内冷料穴超声激励模式块；型腔镶块末端、主流道两位置同时施加超声振动，采用型腔内浇道超声激励模式块；冷料穴、主流道两位置同时施加超声振动，采用组合激励模式块。
本发明的效果和益处是：（1）该模具可实现型腔镶块、冷料穴、主浇道3种位置不同模式的超声激励，且各超声外场激励可独立作用或组合作用，便于多种超声施加方式作用的分析对比，进而确定最佳激励方式；（2）该模具采用模块化设计理念，实现不同超声激励方式的改变，同时该模块结构可拓展应用到其他激励模具结构的设计中，方便实现模具功能更新，节省制造成本，缩短生产周期；（3）该模具将可视化技术和超声激励融合在注射成型模具上，得到熔体充填过程中流动轨迹、流动速度、速度场分布、收缩率等方面的变化，从流变学角度解释超声激励与熔体充填性能、塑件质量之间的关系，便于开展超声激励下注射成型过程研究，为理论研究提供实验依据；（4）通过更换振子，还可实现低频机械振动外场作用下的注射成型过程分析。
附图说明
图1（a）是一种组合式多向超声激励注射成型可视化模具装配左视图。
图1（b）是一种组合式多向超声激励注射成型可视化模具装配主视图。
图中，1定模固定板；2定模板；3斜导柱；4锁紧块；5型腔固定板；6动分型侧；7型腔镶块；8反向锁紧块；9动模座板；10支撑板；11支撑座板；12定分型侧；13观察窗口；14石英玻璃；15主流道；16冷料穴；17双头螺柱；18超声振子a；19T型导轨；20超声振子b；21橡胶垫圈；22U型压板；23超声振子c；24变幅杆固定块；25模式转换块。
图2是模式转换块。图中，a型腔内浇道超声激励模式块；b无超声激励模式块；c型腔内冷料穴超声激励模式块；d组合激励模式块。
图3是一种组合式多向超声激励注射成型可视化模具装配示意图。图中，1动模分侧；2模式转换块；3超声振子；4超声发生器。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图1（a）、（b）详细叙述本发明的最佳实施例。
在进行不同超声激励模式变换之前，必须用内六角螺钉将型腔镶块7松动连接在型腔固定板5上，并将型腔固定板5固定在动模分侧6上。要获得不同的超声激励模式，只需更换不同的模式转换块25即可：
1)型腔外超声激励注射成型可视化模具：用双头螺柱17将型腔镶块7与超声振子a相连，采用无超声激励模式块，并用内六角螺钉将其固定在动分型侧6上；
2)型腔内超声激励（浇道施加）注射成型可视化模具：将无超声激励模式块更换为型腔内浇道超声激励模式块，同时用U型压板22将超声振子c安装在变幅杆固定块24上，使超声振子端面与型腔内浇道超声激励模式块主流道内表面相切；
3)型腔内超声激励（冷料穴施加）注射成型可视化模具:将无超声激励模式块更换为型腔内冷料穴超声激励模式块，同时将超声振子a替换为超声振子b，安装在动模座板9上，调整橡胶垫圈21的厚度，使超声振子b的端部高于冷料穴16底部1～2mm；
4）无超声激励注射成型可视化模具：只需将模式转换块更换为无超声激励模式块，型腔镶块7上不连接超声振子a即可。
实施实例：
可视化研究型腔外超声激励PP注射成型过程，注射过程施加频率20KHz，功率600W的超声激励，注射前2s开启超声激励，填充结束后1s停止超声激励实施例步骤如下：
1）石英玻璃14安装在观察窗口13内，构成可视化窗口系统；
2）用内六角螺钉将无超声激励模式块固定在动分型侧6上，与动分型侧6构成完整的浇注系统；
3）用内六角螺钉将型腔镶块7限制在型腔固定板5上，然后用内六角螺钉将型腔固定板5固定在动分型侧6上；
4）用双头螺柱将超声振子a和型腔镶块7相连，为型腔镶块7施加超声激励；
5）将组合式多向超声激励注射成型可视化模具安装在注塑机上即可。
Claims (3)
1.一种组合式多向超声激励注射成型可视化模具，包括动分型侧、定分型侧、模式转换块、型腔镶块、型腔固定板、动模座板、超声振子和超声发生器，超声振子通过数据线与超声发生器相连，超声振子安装在型腔镶块、动分型侧和动模座板上，超声发生器通过传输线将信号传递到超声振子产生超声激励，透过观察窗口，获得超声激励下聚合物注射成型过程，其特征在于：所述的模式转换块和动分型侧组成浇注系统，模式转换块通过其上设置的沉头孔与动分型侧固定连接；模式转换块有主流道、一级分流道和冷料穴，定分型侧设有相同尺寸的主流道和一级分流道；型腔镶块下表面设有凸台，型腔镶块通过其凸台上的螺纹孔与超声振子刚性连接；型腔固定板与型腔镶块通过螺钉松动连接。
2.如权利要求1所述的一种组合式多向超声激励注射成型可视化模具，其特征在于：所述的模式转换块上开设凹槽或通孔，用于与超声振子配合。
3.如权利要求1所述的一种组合式多向超声激励注射成型可视化模具，其特征在于：所述的超声振子在型腔镶块末端、冷料穴、主流道3个位置至少其中一个位置安装。
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