CN104085086A - 一种超声波直接作用于聚合物熔体的注塑成型模具 - Google Patents

Abstract

一种超声波直接作用于聚合物熔体的注塑成型模具，属于注塑成型领域。本发明超声振子安装在模具动模侧、主流道末端，通过波节面处的法兰盘与动模板或动模垫板由螺钉连接，变幅杆与动模板间隙配合。超声振子法兰盘与变幅杆采用钛合金材料由同一块材料加工制成，两者外圆同心。通过模板上的沉孔使超声振子法兰盘定位，从而使超声振子变幅杆准确对中。施加的超声波频率为15～30kHz，功率为100～500W，作用于注射及保压阶段，工作时间一般在2-20s。由于超声波变幅杆正对主流道，保证了超声波对熔体有足够的作用时间，提高了超声波传递效率，避免了能量损失，为研究超声波对注塑制品成型质量的影响提供了一个新平台。

Description

一种超声波直接作用于聚合物熔体的注塑成型模具

技术领域

本发明属于注塑成型技术领域，涉及一种用于研究超声波对注塑制品成型质量影响的模具。

背景技术

随着科学技术的进步，对于具有复杂、微细等结构特征的塑料制品需求日益增加，注塑成型作为最主要的塑料制品成型技术手段，正朝着精密化、微细化方向发展，同时对成型质量也提出了更高的要求。

为提高注塑制品成型质量，除采取措施提高模具设计制造水平，使用高品质精密注射机外，借助外场作用来辅助注塑成型已成为近年来的研究热点，而超声激励就是其中的一种。由于注塑成型模具结构复杂，超声波也有其自身的传播及传导规律，导致超声激励的施加方法及作用方式多种多样；目前超声波应用于注塑成型的方式主要有2种：①超声波间接作用，超声波变幅杆前端连接到或接触到模具镶块、型芯等，成型过程中超声波间接传递到熔体；②超声波直接作用，即在成型过程中超声波通过变幅杆直接作用于聚合物熔体，如将超声波设备集成在热流道中，或将超声波变幅杆安置在型腔内，将其端面作为型腔面的一部分。对于前者，质量附加效应的存在会对超声工作频率产生一定影响，超声波在异质界面间的反射、折射现象降低了能量传递效率，处理不好会形成“假辅助”的情况；对于后者，超声波传递效率高，能量损失小，但位置选择不当会对产品外观质量产生影响。

发明内容

本发明提供了一种超声波直接作用于聚合物熔体的注塑成型模具，用于研究超声波振动对注塑制品成型质量的影响。利用该模具可使聚合物熔体在进入型腔之前受到超声波振动作用，然后在型腔内固化成型。

本发明的技术方案如下：

一种超声波直接作用于聚合物熔体的注塑成型模具，超声波变幅杆安装在主流道的末端，即传统模具冷料穴处。

模具中安装的超声振子包括法兰盘、超声波变幅杆和超声波换能器，超声波变幅杆和法兰盘采用同一块钛合金材料加工制成；其中法兰盘的外圆与变幅杆的外圆同心；超声振子通过波节面处法兰盘固定在模具动模板或动模垫板，超声波变幅杆端面靠近浇口并直接作用于流经端面的高分子聚合物熔体，正对主流道，成型过程中与聚合物熔体直接接触；施加的超声波频率为15～30kHz，超声波发生器功率为100～500W。

在模具的动模板或动模垫板上加工出与超声振子的法兰盘配合的沉孔，沉孔与超声波变幅杆通过孔同心，沉孔的外圆与法兰盘的外圆为基孔制小间隙配合。若变幅杆通过孔在动模板，沉孔在动模垫板，则在两板之间通过两个销钉定位，以保证上述的同心度。超声振子经法兰盘通过螺钉固定在模具中，保证超声波变幅杆能够自由振动。对于使用推杆脱模的模具，在推杆固定板上加装振子护盖结构；开模后，注射机推杆推动振子护盖及推杆固定板前行，使推出机构推出塑件。

制品成型过程主要包括以下几个阶段：聚合物加热塑化、模具合模、开启超声振动、注射、保压、关闭超声振动、冷却、模具开模、制品脱模。超声波主要作用于注射及保压阶段，超声波工作时间由这两个阶段的时间决定，根据制品大小及工艺条件而有所不同，一般在2-20s。

本发明的效果和益处是：超声波在靠近浇口位置直接作用于熔体，避免了超声波在异质界面间的反射和折射，提高了超声波传递效率，减少了能量损失。超声波变幅杆端面正对主流道，与熔体接触面积大，熔体在主流道流动全过程都可施加超声波作用，因此，又能够保证超声波直接作用时间。成型过程中，变幅杆直接承载注塑压力，法兰盘厚度较薄易发生强度破坏，为保证法兰盘具有足够的机械强度，超声波变幅杆及法兰盘采用钛合金材料，同时，相对于其他材料，钛合金材料也能提高变幅杆抗阻尼系数减少超声衰减。通过加工中保证各零件的同心度要求，结合装配时沉孔和定位销定位，确保超声振子在模具中能正常工作，避免“假辅助”(即虽然开启了超声波换能器，但由于加工和装配的原因，使变幅杆无法振动)。超声阵子底部护盖结构既保护了超声振子，又保证了推杆正常推出动作。模具结构紧凑，常规模具稍加改造即可应用于改善熔体充填流动性，加工成本低，具有一定通用性。

附图说明

图1为本发明超声辅助注塑模具示意图。

图2为本发明超声辅助注塑模具所使用的超声振子示意图。

图3a为应用本发明成型的聚合物微流控芯片制品及浇注系统主视图。

图3b为应用本发明成型的聚合物微流控芯片制品及浇注系统俯视图。

图中：1浇口套；2定模座板；3定模板；4定模镶块；5动模镶块；6动模板；7动模垫板；8推杆；9超声波振子；10推杆固定板；11振子护盖；12定位销；13限位垫圈；14导柱；15尼龙套锁模组件；16超声波换能器；17法兰盘；18超声波变幅杆。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明超声辅助注塑模具用于研究超声作用对注塑制品成型质量的影响。本发明注塑成型模具用于成型图3所示附有储液池的微流控芯片。

如图1所示，本发明超声辅助成型所用的超声振子9通过波节面处法兰盘17由螺钉固定在动模垫板7，超声波变幅杆端部与动模对应孔间隙配合，动模板6与动模垫板7之间通过定位销12定位，动模垫板7加工出与振子法兰盘17配合的沉孔，通过该方法可以保证振子法兰盘17与动模板6上中心孔的对中关系，该中心孔与变幅杆18前端间隙配合，这样可使得振子处于正常的工作状态，成型过程中超声波由变幅杆端部直接作用于与之接触的聚合物熔体。

模具合模后，注射开始前开启超声波，施加的超声波频率在15～30kHz调节，超声波发生器功率在100～500W调节。注射过程中熔体进入主流道并受到超声波作用，然后直接注入型腔，经历保压阶段后关闭超声波，这期间超声波工作时间保持在15s，制品冷却固化后开模。

开模时，定模板3与定模座板2首先分开，直到定模板3遇限位垫圈13，停止前行。浇口套1固定在定模座板2上两者没有相对运动，浇口套1与定模3相对运动使主流道凝料从浇口套1中脱出。继续开模，注塑机的开模力克服尼龙套锁模组件15中尼龙套的涨紧力使定模板3与动模板6分开，完成开模。注塑机顶出液压缸动作，推动振子护盖11前行，同时带动推杆固定板10及推杆8完成制品推出,合模并进入下一个工作循环。

Claims (1)

1.一种超声波直接作用于聚合物熔体的注塑成型模具，其特征在于，

超声波变幅杆安装在主流道的末端，即传统模具冷料穴处；模具中安装的超声振子包括法兰盘、超声波变幅杆和超声波换能器，超声波变幅杆和法兰盘采用同一块钛合金材料加工制成；其中法兰盘的外圆与变幅杆的外圆同心；超声振子通过波节面处法兰盘固定在模具动模板或动模垫板，超声波变幅杆端面靠近浇口并直接作用于流经端面的高分子聚合物熔体，正对主流道，成型过程中与聚合物熔体直接接触；施加的超声波频率为15～30kHz，超声波发生器功率为100～500W；在模具的动模板或动模垫板上加工出与超声振子的法兰盘配合的沉孔，沉孔与超声波变幅杆通过孔同心，沉孔的外圆与法兰盘的外圆为基孔制小间隙配合。若变幅杆通过孔在动模板，沉孔在动模垫板，则在两板之间通过两个销钉定位，以保证上述的同心度。超声振子经法兰盘通过螺钉固定在模具中，保证超声波变幅杆能够自由振动。对于使用推杆脱模的模具，在推杆固定板上加装振子护盖结构；开模后，注射机推杆推动振子护盖及推杆固定板前行，使推出机构推出塑件。