CN104589581B

CN104589581B - 一种注塑成型用流体注入装置

Info

Publication number: CN104589581B
Application number: CN201510048802.4A
Authority: CN
Inventors: 唐庆华; 郭金源
Original assignee: Co Ltd Of Mechanical Group Is Opened Up In Beijing
Current assignee: Co Ltd Of Mechanical Group Is Opened Up In Beijing
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: CN104589581A

Abstract

本发明涉为一种流体辅助注塑成型的注入装置，涉及将高压气体和水注入到模塑成型的热塑性树脂体中的装置。主要包括安装在注塑成型模具上的水针装置（1）、水注入的控制装置（100）、高压气体注入的控制装置（200），其中，水注入的控制装置（100）、高压气体注入的控制装置（200）通过管道分别与水针装置（1）连接，水针装置（1）的出水阀口（1K）设置有气体出口和液体出口并呈圆环状结构，周边为液体出口,中心为气体出口，并在气体出口处设置有狭缝气针（1F），包含气体通道（1S)的水针芯杆（1B）与出水阀口（1K）的相对运动形成开关。本发明有益的技术效果是采用本发明的技术方案，可以确保在生产过程中水针装置不被熔融树脂堵塞，并可实现中空体具有良好品质。

Description

一种注塑成型用流体注入装置

技术领域

本发明涉及一种流体辅助注塑成型的注入装置，尤其是涉及将高压气体和水注入到模塑成型的热塑性树脂体中的装置。

背景技术

水辅注塑成型技术，与发展较为成熟的气辅注塑成型相比是一项新型技术。其相对于气辅注塑成型技术具有冷却时间和成型周期短、和生产效率高等优势。水辅助注塑成型技术的成型过程为：向模腔内注入聚合物高分子熔融体；通过水针装置将水流注入聚合物高分子熔融体内部，推动内部未凝固的聚合物高分子熔融体完全充满模腔，或将内部未凝固的聚合物高分子熔融体推出模腔；开模，取出中空制品。然而，与气体辅助成型工艺相比较，由于水和高压氮气这两种介质的物理特性的差别，采用现在实施的气辅工艺模具和气针机构等不能实现上述理想的生产效率高等优势。例如，由于水是不可压缩流体，采用现有的狭缝式注气气针结构不能满足水辅成型的水流量要求，需要较长时间才能建立起所需要的水柱，而后导致中空管壁过厚和受到模具温度影响导致的壁厚不均匀现象；在水流通过时，中空内壁快速冷却凝固形成有强度的内壁，后续的压力水流或高压水保压，在中空管壁中更容易出现缩松/缩孔缺陷及分层缺陷。为增大注入水的体积流速，快速建立水柱，通常的方法是封针式阀式结构水针结构，即加大水针机构的流通通径，如中国专利文献在2008年6月11日公开的名称为“应用于水辅成型生产的水针”，授权公告号：CN100560332所揭示的它包括针套、置于针套内的芯杆、弹簧、限位环和密封件。针套上开有进水口和排水口；支撑限位环中间的通孔是进气口，芯杆内开细长通孔形成气体通路；在水针接入型腔的一端，芯杆与针套的端部配合封住水到型腔的通路，芯杆是在弹簧和进水压力或进气压力驱动下打开进水或排水通路，端部配合以及芯杆通气小孔大小的合理设置防止型腔内的塑料熔体进入水针。该技术除结构复杂外，而且这类水针结构应用于需要采用螺杆保压成型制品的状况时存在水针极易被热塑性树脂堵塞。导致堵塞的原因是，采用螺杆保压时，熔胶被压缩，型腔中具有很高的熔胶压力，存在芯杆在高熔胶压力下打开熔胶进入水流通道造成堵塞的风险；当停止螺杆保压后，熔胶中残存的高压力会驱使熔胶进入芯杆回抽让出的空间，进而进入到水针机构中的水流流道造成水针堵塞。除此之外，采用这类水针机构，还是不能完全免除模温造成的制品壁厚不均的现象，在厚壁处产生缩松/缩孔及分层的缺陷。

发明内容

本发明目的是根据目前水辅成型中空制品所存在的不足，为解决水辅助注塑成型中空管制品中所存在的问题，进行了大量的试验工作。在试验过程中发现了一种成型结构，提供了一种辅助流体注入装置，特别是一种水针机构，实现了高效生产，既避免了生产过程中的水针堵塞问题，又获得了基本均匀的中空管壁壁厚。

为实现本发明目的，技术方案如下：

本发明主要包括安装在注塑成型模具上的水针装置1、水注入的控制装置100、高压气体注入的控制装置200，其中，水注入的控制装置100、高压气体注入的控制装置200通过管道分别与水针装置1连接，水针装置1的出水阀口1K设置有气体出口和液体出口并呈圆环状结构，周边为液体出口,中心为气体出口，并在气体出口处设置有狭缝气针1F，包含气体通道1S的水针芯杆1B与出水阀口1K的相对运动形成开关，实现液体流的断和通；所述水针装置1包括水针阀座1A、水针芯杆1B、水针套管1C、狭缝气针1F、驱动缸1H、密封圈1G、固定螺钉1T组成，水针套管1C和驱动缸1H通过固定螺钉1T固定在水针阀座1A上，水针芯杆1B上安装有第一密封圈1G和第二密封圈1U,并装配在水针阀座的安装孔1R中，水针芯杆1B的一端安装在驱动缸1H中，水针芯杆1B的另一端中开设有气体通道1S并在末端安装狭缝气针1F，水针芯杆1B上安装有狭缝气针1F的一端位于水针套管1C的中空孔1L中并与水针套管1C的头部构成出水阀口1K，水针阀座1A上开设进水口1M和进气口1N及水通道1D和气体通道1E，进水口1M和进气口1N分别通过连接管道与水注入的控制装置100和高压气体注入的控制装置200相连；所述水针装置1中水针芯杆1B和水针套管1C在出水阀口1K处为滑动配合，形成开关，使得水针芯杆1B在驱动缸1H的驱动下前进关闭出水阀口1K和后退打开出水阀口1K，实现水流的断和通；所述水针装置1中水针阀座1A的水通道1D与水针芯杆1B和水针套1C的中空孔1L之间的间隙连通，并与出水阀口1K一起构成水通路；所述水针装置1中水针阀座1A的气体通道1E与水针芯杆1B中的气体通道1S通过被限制在第一密封圈1G与第二密封圈1U之间的水针阀座1A上的水针芯杆安装孔1R和水针芯杆1B之间的间隙连通，并与狭缝气针1F中的狭缝一起构成气体通路；所述水注入和控制装置100通过连接管道与所述水针阀座1A的进水口1M连接，并控制注入到水针装置中的水的流速和注入量以及水流的通和断。

本发明有益的技术效果是采用本发明的技术方案，可以确保在生产过程中水针装置不被熔融树脂堵塞，并可实现中空体具有良好品质。

附图说明

图1：本发明结构示意图；

图2：附图1注水状态示意图；

图3：经典成型模具示意图；

图4：使用本发明注胶过程示意图；

图5：使用本发明注气过程示意图；

图6：使用本发明注水过程示意图；

图7：使用本发明排水过程示意图；

图8：使用本发明中空制品最终成型图。

具体实施方式

以下参照附图通过实施例对本发明特征及其相关技术特征做进一步详述：

图1-8中的标号分别表示：1 - 水针装置、1A - 水针阀座、1B - 水针芯杆、1C -水针套管、1D – 水通道、1E - 水针阀座气体通道、1F –狭缝气针、1G - 第一密封圈、1H –气缸、1I – 气缸第一进（出）气口、1J – 气缸第二进（出）气口、1K – 出水阀口、1L –水针套管中空孔、1M – 进水口、1N – 进气口、1R - 水针阀座中水针芯杆安装孔、1S - 水针芯杆气体通道、1T–固定螺钉、1U - 第二密封圈、2 - 注塑成型模具型腔、3 - 溢料腔、4 - 连接通道、5 - 中空管制品、5a - 中空管制品第一端头、5b - 中空管制品第二端头、5c - 中空管制品对外固定连接结构、6 - 溢料腔开关阀、7 - 进胶口、8 - 树脂体、9 – 压力气体团、10 – 水、100 - 水注入和控制装置、200 – 高压气体注入控制装置。

如附图1、2示意，本实施例主要包括安装在注塑成型模具上的水针装置1、水注入的控制装置100、高压气体注入的控制装置200，其中，水注入的控制装置100、高压气体注入的控制装置200通过管道分别与水针装置1连接，水针装置1的出水阀口1K设置有气体出口和液体出口并呈圆环状结构，周边为液体出口,中心为气体出口，并在气体出口处设置有狭缝气针1F，包含气体通道1S的水针芯杆1B与出水阀口1K的相对运动形成开关，实现液体流的断和通；所述水针装置1包括水针阀座1A、水针芯杆1B、水针套管1C、狭缝气针1F、驱动缸1H、密封圈1G、固定螺钉1T组成，水针套管1C和驱动缸1H通过固定螺钉1T固定在水针阀座1A上，水针芯杆1B上安装有第一密封圈1G和第二密封圈1U,并装配在水针阀座的安装孔1R中，水针芯杆1B的一端安装在驱动缸1H中，水针芯杆1B的另一端中开设有气体通道1S并在末端安装狭缝气针1F，水针芯杆1B上安装有狭缝气针1F的一端位于水针套管1C的中空孔1L中并与水针套管1C的头部构成出水阀口1K，水针阀座1A上开设进水口1M和进气口1N及水通道1D和气体通道1E，进水口1M和进气口1N分别通过连接管道与水注入的控制装置100和高压气体注入的控制装置200相连；所述水针装置1中水针芯杆1B和水针套管1C在出水阀口1K处为滑动配合，形成开关，使得水针芯杆1B在驱动缸1H的驱动下前进关闭出水阀口1K和后退打开出水阀口1K，实现水流的断和通；所述水针装置1中水针阀座1A的水通道1D与水针芯杆1B和水针套管1C的中空孔1L之间的间隙连通，并与出水阀口1K一起构成水通路；所述水针装置1中水针阀座1A的气体通道1E与水针芯杆1B中的气体通道1S通过被限制在第一密封圈1G与第二密封圈1U之间的水针阀座1A上的水针芯杆安装孔1R和水针芯杆1B之间的间隙连通，并与狭缝气针1F中的狭缝一起构成气体通路；所述水注入和控制装置100通过连接管道与所述水针阀座1A的进水口1M连接，并控制注入到水针装置中的水的流速和注入量以及水流的通和断。

如图7所示的中空管制品5为本具体实施例中试制的一种汽车发动机的冷却剂管，材料为30%玻纤增强的PA66（尼龙），除了中空管部分之外，还包括两个对外固定连接结构。中空管部分的外径为20mm，期望的中空管内径为15mm±0.2mm。

为完全成型管体和两个对外连接结构，如图3和图4所示，设置一套注塑模具，包括模具闭合后形成的模具型腔2和溢料腔3，型腔2和溢料腔3之间的连接通道4、引入流体的水针装置1，其中在型腔2中形成制品的中空部分的一端5a安装水针装置1，水针装置中的含出水阀口的水针套管一端位于型腔2中，在型腔2中形成制品的中空部分的另一端5b通过连接通道4与溢料腔3连接；在型腔2和溢料腔3之间的连接通道4上设置溢料开关阀6。在本具体实施例中，所采用的流体注入装置和其中的水针装置如图1和图2所示，按照本发明的技术方案制作的。其中，高压气体注入控制装置200采用自制的气辅压力控制器，既可控制压力气体的注入压力和注入时间，也可控制注入气体的通和断；水注入和控制装置100采用自制的水辅控制器，包括水的增压装置，可编程控制水的注入时间和注入流速和注入体积等参数，以及水流的通和断；水针装置中的水针芯杆的驱动缸1H为气缸，通过气缸的第一进（出）气口1I和第二进（出）气口1J的切换控制可实现出水阀口1K的主动开关控制，当第一气口1I为出气口时，第二气口1J为进气口，水针芯杆1B向后运动，出水阀口1K打开，水通路连通，可以注水；当第一气口1I为进气口时，第二气口1J为出气口，水针芯杆1B向前运动，出水阀口1K关闭，水通路关闭，不能注水。

进一步说明：水针装置1的内部结构和相应连接如图1和图2所示，驱动气缸1H和水针套管1C用固定螺钉安装在水针阀座1A上，水针阀座1A开设有进水口1M和进气口1N、水通道1D、气体通道1E、水针芯杆安装孔1R，水针阀座1A上的进水口1M和进气口1N通过连接管道分别连接到水辅控制器和气辅压力控制器上；水针芯杆1B插入到水针阀座1A的水针芯杆安装孔1R中，在与安装孔配合的水针芯杆上安装了两个密封圈1G和1U，限定了高压气体的流动路径，防止高压气体逸出到水通路和到驱动气缸中，而水针芯杆的一端在驱动气缸1H中，而另一端的中心开设有气体通道1S并在末端安装仅供气体通过的狭缝气针1F，气体通道1S下延至两个密封圈1G和1U之间，然后通过转接孔连接到由两个密封圈1G和1U之间的水针芯杆1B与安装孔1R之间的间隙，并进而连接到水针阀座中的气体通道1E,构成气体通路；水针芯杆1B上安装有狭缝气针1F的一端位于水针套管1C的中空孔1L中并在水针套管1C的头部构成出水阀口1K，为滑动开关关系，水针套管1C的中空孔1L设有一个内锥面，水针芯杆1B的末端也设有一个外锥面，两个锥面的接触与分离距离决定了出水阀口1K的开关和开口大小，由上面所描述的驱动气缸来完成；而水针芯杆1B与水针套管1C的中空孔1L之间的间隙为水流动的通道，与水针阀座1A中的水通道1D连通，并与上面所述的出水阀口1K一起构成水通路。通过上述连接后，这套辅助流体注入装置具有了独立控制的水通路和气通路，并通过安装在模具型腔2中的水针套管头部与注塑成型的树脂体连接。如图4至图8示意了前述的中空管的成型步骤和该套流体注入装置的工作过程：首先，在模具完全闭合后，溢料开关阀6和水针装置的出水阀口均处于关闭状态，气辅压力控制器200和水辅控制器100处于等待信号状态，注入气流和水流为断开状态；然后，通过注塑成型模具中的注胶口7向型腔2中注入足够量的熔融树脂体8，并通过保压使树脂体充分密实，形成制品的对外固定连接结构5C的完整结构，并使树脂体完全包覆水针套管在型腔2中的部分；触发气辅压力控制控制器200，开始向水针装置1中的气体通路注入压力气体，该压力气体经过狭缝气针1F的狭缝注入到熔融树脂体8中，该压力设置足够高，例如200巴，将出水阀口1K附近的熔胶推开，在树脂体8中形成一个压力气体团9；然后触发水辅压力控制器100，开始向水针装置1中水通路中注入水，并到达出水阀口1K处；此时，通过驱动气缸1H打开出水阀口1K，气辅压力控制器200停止向水针装置的气体通路中供应压力气体，打开溢料开关阀6；水辅控制器100继续按预定的流速和体积向树脂体中注入水，推动树脂体中未凝固的树脂料进入到溢料腔中，直至树脂体中形成所需要的中空体；用水短时间保压和冷却后，水辅控制器100卸除注水压力，并可切换成排水步骤；树脂体中的水在水柱头部的压力气体团压力和水重力的作用下，通过水针装置的水通路返回到水辅控制器100中；然后开模取件，切除工艺余料，获得所要求的冷却剂管，如图8所示。如上述步骤，反复生产冷却剂管，未出现水针装置被熔胶堵塞的现象，且管内壁光滑，壁厚均匀一致。

虽然以上对本发明目的的构思和实施例作了详尽说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，而这种改进和变换仍然应当属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种注塑成型用流体注入装置，其特征是，主要包括安装在注塑成型模具上的水针装置（1）、水注入的控制装置（100）、高压气体注入的控制装置（200），其中，水注入的控制装置（100）、高压气体注入的控制装置（200）通过管道分别与水针装置（1）连接，水针装置（1）的出水阀口（1K）设置有气体出口和液体出口并呈圆环状结构，周边为液体出口,中心为气体出口，并在气体出口处设置有狭缝气针（1F），包含气体通道（1S)的水针芯杆（1B）与出水阀口（1K）的相对运动形成开关，实现液体流的断和通。

2.根据权利要求1所述的一种注塑成型用流体注入装置，其特征是，所述水针装置（1）包括水针阀座（1A）、水针芯杆（1B）、水针套管（1C）、狭缝气针（1F）、驱动缸（1H）、密封圈（1G）、固定螺钉（1T）组成，水针套管（1C）和驱动缸（1H）通过固定螺钉（1T）固定在水针阀座（1A）上，水针芯杆（1B）上安装有第一密封圈（1G）和第二密封圈（1U）,并装配在水针阀座的安装孔（1R）中，水针芯杆（1B）的一端安装在驱动缸（1H）中，水针芯杆（1B）的另一端中开设有气体通道（1S）并在末端安装狭缝气针（1F），水针芯杆（1B）上安装有狭缝气针（1F）的一端位于水针套管（1C）的中空孔（1L）中并与水针套管（1C）的头部构成出水阀口（1K），水针阀座（1A）上开设进水口（1M）和进气口（1N）及水通道（1D）和气体通道（1E），进水口（1M）和进气口（1N）分别通过连接管道与水注入的控制装置（100）和高压气体注入的控制装置（200）相连。

3.根据权利要求1所述的一种注塑成型用流体注入装置，其特征是，所述水针装置（1）中水针芯杆（1B）和水针套管（1C）在出水阀口（1K）处为滑动配合，形成开关，使得水针芯杆（1B）在驱动缸（1H）的驱动下前进关闭出水阀口（1K）和后退打开出水阀口（1K），实现水流的断和通。

4.根据权利要求1所述的一种注塑成型用流体注入装置，其特征是，所述水针装置（1）中水针阀座（1A）的水通道（1D)与水针芯杆（1B）和水针套管（1C）的中空孔（1L）之间的间隙连通，并与出水阀口（1K）一起构成水通路。

5.根据权利要求1所述的一种注塑成型用流体注入装置，其特征是，所述水针装置（1）中水针阀座（1A）的气体通道（1E）与水针芯杆（1B）中的气体通道（1S）通过被限制在第一密封圈（1G)与第二密封圈（1U）之间的水针阀座（1A）上的水针芯杆安装孔（1R）和水针芯杆（1B）之间的间隙连通，并与狭缝气针（1F）中的狭缝一起构成气体通路。

6.根据权利要求2所述的一种注塑成型用流体注入装置，其特征是，所述水注入和控制装置（100）通过连接管道与所述水针阀座（1A）的进水口（1M)连接，并控制注入到水针装置中的水的流速和注入量以及水流的通和断。