CN105751461A - 振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，包括料筒、柱塞、塑化螺杆、料斗、座子、向心推力轴承组、传动机构、电机、注射座架、注射油缸、齿轮、移动油缸及电热圈；特点是还包括振动器及运动控制器；在料筒内设有塑化区及注射区，塑化螺杆位于料筒的塑化区内，在塑化螺杆上还设有径向通道，在塑化螺杆的中心孔的内壁上设有连续的内螺槽，塑化螺杆作旋转运动时，内螺槽与柱塞间作相对运动完成物料塑化，由柱塞在料筒的注射区内作直线移动完成熔融物料注射；振动器安装在柱塞与注射油缸的活塞杆之间。其塑化注射过程得到优化，具有塑化效率高，注射成型产品质量好等优点。

Description

振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机

技术领域

本发明涉及一种振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，主要用于对材料的注射成型、尤其是高分子材料的塑化和注射成型，属于材料及高分子材料成型装备技术领域。

背景技术

塑料注射成型加工具有工艺简单、生产效率高、制品尺寸精确等优点，并且可以在较短的时间内一次成型外形比较复杂的制品。

注塑机注射系统的作用是将料筒里的高分子粒料或粉料经塑化后熔融为高分子熔体，然后在高压和高速下将熔体注入模腔，并在随后的保压阶段提供保持压力，使聚合物继续进入模腔以填补由于冷却而造成的收缩，因此，其性能的好坏不仅直接影响到注射成型的效率、生产成本以及生产环境等问题，而且还对注射制品的质量有着决定性的影响。

现在最常见的塑化注射装置有二种，其一是螺杆柱塞式，其二是往复螺杆式。

传统螺杆柱塞式注射成型机，是在柱塞式注射装置上增加了一套仅作塑化用的单螺杆挤出供料装置，物料需首先通过单螺杆塑化装置进行塑化，然后经单向阀而进入注射料筒，当供料量达到计量值时，塑化螺杆停止转动，注射柱塞开始注射。

传统的往复螺杆式注射成型机，取消了注射柱塞，螺杆同时具有塑化和注射二个功能，所以螺杆不仅要作回转运动以完成对物料的塑化，同时还要作往复的轴向运动进行注射。

在前述基础上，诸多研究者进行了大量探索，其中，有部分研究者将振动引入到塑料加工成型领域。

有的研究者利用螺杆的振动对物料塑化挤出过程的影响来优化挤出加工过程，提高挤出制品品质。

还有部分研究者利用柱塞或活塞的振动来达到优化塑化、挤出和注射加工过程的目的。国外文献^[1,2]介绍了其研制的流变注射成型机，聚合物熔体首先在螺杆作用下由料筒注入振动腔，切换阀的方向，并由活塞施加振动。然后由活塞注入模具型腔，在保压的同时，继续使熔体在模具浇口冻结前受到压力振动作用。

参考文献：

[1IbarJP.Controlofpolymerpropertiesbymeltvibrationtechnology:areview.PolymerEngineeringandScience.1998;38(1):1-20

[2]A.Minardi,M.Boudeulle,E.Duval,SEtienne.Effectofthemouldingconditionsonthesemicrystallinestructureofpolypropylene.Polymer.1997,38(15):3957-3965。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，采用了“螺槽在内”螺杆+振动柱塞的新型结构，塑化效率高，塑化过程得到优化，注射成型产品质量好。

为了达到上述目的，本发明一种技术方案是这样实现的，其是一种振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，包括料筒、柱塞、塑化螺杆、料斗、座子、向心推力轴承组、传动机构、电机、注射座架、注射油缸、齿轮、移动油缸及电热圈；所述塑化螺杆位于在机筒内，在塑化螺杆上设有中心孔，所述柱塞位于塑化螺杆的中心孔内，机筒、塑化螺杆及柱塞均同轴，塑化螺杆在机筒及柱塞间可相对转动；所述注射油缸及机筒均安装在注射座架上，所述移动油缸的活塞杆推动注射座架移动；其特征在于还包括振动器及运动控制器；在所述料筒内设有塑化区及注射区，塑化区的直径大于注射区的直径，塑化螺杆位于料筒的塑化区内，柱塞与注射区间隙配合，在塑化螺杆上设有与料斗连通的径向通道，在塑化螺杆的中心孔的内壁上设有连续的内螺槽，所述内螺槽的左端与径向通道连通，内螺槽的右端与注射区连通；所述振动器安装在柱塞与注射油缸的活塞杆之间，注射油缸的活塞杆推动振动器及柱塞轴向移动，同时振动器带动柱塞所作地运动为：轴向振动、圆周振动、同时进行轴向振动与圆周振动，或者带动柱塞作圆周旋转运动，所述运动控制器控制振动器振动或运动。

在本技术方案中，分为二种不同情况。

本技术方案的情况一，所述注射区的内孔为阶梯孔，阶梯孔中孔径大的部位与塑化区连通，阶梯孔中孔径小的部位与注射孔连通，所述柱塞右部的外圆面与阶梯孔中孔径大的一段有缝隙，已塑化好的融料可在压力下通过该缝隙进入注射区的右段，柱塞右部的外圆面与阶梯孔中孔径小的部位为滑动配合，但融料无法从其配合间隙中通过。

本技术方案的情况二，所述注射区的内孔为直通孔，柱塞右部的外圆面与机筒的注射段内孔全段都有能使融料通过的缝隙，柱塞在机筒的注射段任何轴向位置时，已塑化好的融料均可在压力下通过缝隙进入注射段右端；

在本技术方案中，所述振动器是超声波振动器或机械振动器或电磁振动器或液压振动器或气动振动器或是以上方式间的组合。

为了达到上述目的，本发明的另一种技术方案是这样实现的，其是一种振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，包括料筒、柱塞、塑化螺杆、料斗、座子、向心推力轴承组、传动机构、电机、注射座架、注射油缸、齿轮、移动油缸及电热圈；所述塑化螺杆位于在机筒内，在塑化螺杆上设有中心孔，所述柱塞位于塑化螺杆的中心孔内，机筒、塑化螺杆及柱塞均同轴，塑化螺杆在机筒及柱塞间可相对转动；所述注射油缸及机筒均安装在注射座架上，所述移动油缸的活塞杆推动注射座架移动；其特征在于还包括振动器及运动控制器；在所述料筒内设有塑化区及注射区，塑化区的直径与注射区的直径相同，塑化螺杆位于料筒的塑化区内，在塑化螺杆上设有与料斗连通的径向通道，在塑化螺杆的中心孔的内壁上设有连续的内螺槽，所述内螺槽的左端与径向通道连通，内螺槽的右端与注射区连通；在柱塞的右端设有止逆结构，所述止逆结构位于注射区内以推动融料向注射区的注射嘴方向移动；所述振动器安装在柱塞与注射油缸的活塞杆之间，同时振动器带动柱塞所作地运动为：轴向振动、圆周振动、同时进行轴向振动与圆周振动，或者带动柱塞作圆周旋转运动，所述运动控制器控制振动器振动或运动。

在本技术方案中，所述止逆结构是防止注射时物料倒流的单向阀或止逆头。

在本技术方案中，所述振动器是超声波振动器或机械振动器或电磁振动器或液压振动器或气动振动器或是以上方式间的组合。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：、

1.当塑化螺杆旋转塑化物料时，柱塞的振动有利于强化物料塑化过程，塑化完成进入注射阶段后，柱塞的振动更是有利于融料的传质、传热及均化，因此，将振动引人到塑料注射挤出成型全过程，对加工过程中的压力、温度和熔体的流动性都有很大影响，塑料熔体的有效粘弹性和粘度减小，流动性增加，挤出压力或注射压力降低，流率增大，物料的混合剪切加强，能明显改善成型制品的性能，通过对施加振动后注射成型制品进行力学性能、DSC和密度测试，发现振动引入后，动态注射成型制品的拉伸和冲击强度提高，密度变大，试样的结晶度提高，制品内在品质和外观质量都有很大改善和提高。

2.相比于塑料加工成型中其他结构形式的振动，不仅结构简单、工作可靠，而且在塑化及注射成型全程中柱塞都在振动，塑化熔融效果好。

3.采用“内螺槽在内”的塑化螺杆，彻底颠覆和改变了传统螺杆中螺槽在螺杆外圆上的结构，改变了塑化作用机理，是一种原理上的革新，改变了对物料的加工方式，使螺杆对物料的拖拽、均化、混合、拉伸、剪切作用明显增加，对加工形态产生了重大影响，熔体质量高，注射制品品质好。

4.在物料塑化阶段，电热装置安装在塑化螺杆的内部，处在完全密封状态，因此，热量散失比传统单螺杆挤出机低很多（传统单螺杆挤出机的螺槽在螺杆外，因此，相应的电热圈也装在料筒外），因此热效率高，能耗少很多，生产成本低。

5.由于热损失少、热效率高，具有内螺槽的塑化螺杆对物料的拖拽、混合、均化得到了加强，因此，能使物料在较短时间、较短螺杆行程内就可得到充分的均化、熔融，因此，可以大大缩短螺杆长度，克服长螺杆固有的刚性不足和稳定性差等问题，减少螺杆对芯轴和料筒的刮磨和摩擦。

6.由于此型式注射机采用无轴向移动的塑化螺杆进行塑化，除塑化能力强外，还因塑料都是经过塑化螺杆的全部螺纹进行塑化，塑化后的塑料所经过的热历程基本相同，所以融料的轴向温差小，由于采用柱塞注射方式和结构，所以计量精确，可实现非常高的注射压力，注射时压力和速度都很稳定；而且，这种结构下塑化螺杆可以连续塑化，且结构简单。

7.相比于传统的螺杆柱塞式注塑机需二套料筒（一套用于柱塞注射、另一套用于螺杆塑化，且二套料筒均需加热），本注射机只有一套料筒，不仅其结构简单，而且节省了能耗，同时，消除了料桶内滞料现象严重，融料停滞分解现象少，料筒清理方便。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是图1中料筒、柱塞及塑化螺杆配合的结构示意图；

图3图1中料筒的结构示意图；

图4是实施例二中料筒、柱塞及塑化螺杆配合的结构示意图

图5图是实施例二中料筒的结构示意图；

图6是本发明实施例三的结构示意图；

图7是图6中料筒、柱塞及塑化螺杆配合的结构示意图；

图8是图6中料筒的结构示意图；

图9是所述四个实施方案中共用塑化螺杆的结构示意图；

图10是图6中柱塞的结构示意图；

图11是图10的A-A剖视图放大图；

图12是本发明实施例四的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

在本发明描述中,术语“左”及“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1至图3所示，其是一种振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，包括料筒1、柱塞2、塑化螺杆3、料斗4、座子5、向心推力轴承组6、传动机构7、电机8、注射座架9、注射油缸10、振动器11、运动控制器12、齿轮13、移动油缸14及电热圈15；其中

在机筒1内分为塑化区101及注射区102，塑化区101的直径大于注射区102的直径，注射区102为阶梯孔式，注射区102左段（靠近塑化区101）孔径大，注射区102右段（靠近注射机头）孔径小，机筒1注射段102的右段容积必须大于注射机所设定的最小注射量；所述料斗4安装在机筒1的左端，料斗4的出料口与机筒1的物料进料口连通；电热圈16套装在机筒1注射段102外；

所述塑化螺杆3位于料筒1的塑化区101内，在塑化螺杆3的左端设有径向孔301，所述径向孔301与机筒1的物料进料口连通，在塑化螺杆3上设有贯通全长的中心孔，在塑化螺杆3的中心孔的内壁上设有连续的内螺槽302，所述内螺槽302的左端与径向孔301连通，内螺槽302的右端与注射区102连通；在塑化螺杆3的螺槽段，将电加热器设置在塑化螺杆3的内部，对物料进行加热，由于电热技术相对成熟，且非本专利重点内容，故在螺杆结构示意图中未有画出；所述向心推力轴承组6及齿轮14安装在塑化螺杆3的左端，向心推力轴承组6座子5上；

所述柱塞2位于塑化螺杆3的中心孔内，柱塞2的右端位于机筒1的注射区102内，机筒1、柱塞2及塑化螺杆3同轴心，塑化螺杆3相对柱塞2可转动，塑化螺杆3作旋转运动时，其内螺槽302与柱塞2间作相对运动完成物料塑化，由柱塞2在机筒1的注射段102内作直线移动完成熔融物料注射；柱塞2的外圆与机筒1注射段102的左段内孔间有一定缝隙，已塑化好的融料在压力下通过该缝隙进入注射段102的右段，柱塞2的外圆与机筒1的注射段102的右段内孔间为滑动配合，在注射段102的右段融料无法从其配合间隙中通过；

所述机筒1、传动机构7、电机8及注射油缸10均安装在注射座架9上，所述电机8带动传动机构7，传动机构7带动齿轮13转动，齿轮13带动塑化螺杆3转动；移动油缸14的活塞杆带动注射座架9移动；

所述振动器11安装在柱塞2与注射油缸10的活塞杆间，同时振动器11带动柱塞2所作地运动为：轴向振动、圆周振动、同时进行轴向振动与圆周振动，或者带动柱塞2作圆周旋转运动，振动器11可以是超声波振动器或机械振动器或电磁振动器或液压振动器或气动振动器，也可以是以上方式间的组合；所述运动控制器12控制振动器11振动。

工作时，塑化螺杆3做旋转运动，料斗4中的物料通过机筒1的物料进料口和塑化螺杆3的径向通道301进入塑化螺杆3的中心孔的内螺槽302，在塑化螺杆3的内螺槽302推挤下向前移动进入机筒1的注射区102，柱塞2与机筒1的注射区102左段内孔有缝隙，已塑化好的融料在压力下通过该缝隙向右移动进入注射机头；在塑化螺杆3旋转塑化物料的同时，振动器11会在运动控制仪12控制下带动柱塞2进行振动，塑化的物料受到塑化螺杆3的旋转拖拽和柱塞2振动的双重作用，混合、均化作用明显增强；当系统完成合模过程后，移动油缸14的活塞杆带动注射座架9右移，并带动包括机筒1、传动机构7、电机8和注射油缸10在内的整体的塑化注射系统向右移动，直到注射喷嘴与模具贴合联通，然后再向注射油缸10内通入压力油，注射油缸10的活塞杆推动振动器11及柱塞2在机筒1的注射区102内向右作直线运动；而与此同时，振动器11会在运动控制仪12控制下带动柱塞2进行振动，使机筒1的注射区102内的熔融物料以脉动方式注入模腔，并使柱塞2进行连续的保压和补缩，柱塞2的振动一直保持到直至工件在模腔中冷却定型；然后柱塞2从机筒1的注射区102内向左后退，空心螺杆3开始下一轮旋转塑化。

实施例二

如图4及图5所示，其是一种振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，它的工作原理与实施例一基本相同，其结构示意图也与图1类似，所不同的是其机筒1的注射段102为直通孔式，柱塞2的外圆与机筒1的注射段102内孔全段都有能使融料通过的缝隙，柱塞2在机筒1的注射段102的任何轴向位置时，已塑化好的融料能在压力作用下通过缝隙进入前端注射喷嘴；

实施例三

如图6至图11所示其是一种振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，其结构及工作原理基本上与实施例一相同，所不同的是塑化区101与注射区102的直径相同，在柱塞2的右端安装有防止注射物倒流的单向阀16，所述单向阀16位于注射区102内并可轴向移动。

工作时，塑化螺杆3做旋转运动，料斗4中的物料通过机筒1的物料进料口和塑化螺杆3的径向通道301进入塑化螺杆3的中心孔内螺槽302，在塑化螺杆3内螺槽302推挤下向前移动，然后，熔融物料通过单向阀16直接充满料筒1的注射区102右端，由柱塞2作直线移动将熔融物料射入模具内；在塑化螺杆3旋转塑化物料的同时，振动器11会在运动控制仪12控制下带动柱塞2进行振动，塑化的物料受到塑化螺杆3的旋转拖拽和柱塞2振动的双重作用，混合、均化作用明显增强；当系统完成合模过程后，移动油缸14的活塞杆带动注射座架9前移，并带动包括料筒1、座子5、传动机构7、电机8和注射油缸10在内的整体的塑化注射系统向右移动，直到注射喷嘴与模具贴合联通，然后再向注射油缸10内通入压力油，推动柱塞2在料筒1的注射区102内孔中作直线运动，而与此同时，振动器11也会在运动控制仪12控制下带动柱塞2进行振动，将料筒1的注射区102熔融物料以脉动方式注入模腔，并使柱塞2进行连续的保压和补缩，柱塞2的振动一直保持到直至工件在模腔中冷却定型；然后柱塞2从料筒1的注射区102的内孔（储料间）中后退，塑化螺杆3开始下一轮旋转塑化。

实施例四

如图12所示，其是一种振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，其结构基本上与实施例三相同，它的工作原理与实施例三基本相同，所不同的是用止逆头17代替单向阀16，止逆头17是一种防止注射时熔融物料倒流的装置，其工作原理与单向阀极为相似，由于此项技术已比较成熟，且非本专利重点内容，故在此不再对止逆头结构原理加以叙述。

以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，包括料筒（1）、柱塞（2）、塑化螺杆（3）、料斗（4）、座子（5）、向心推力轴承组（6）、传动机构（7）、电机（8）、注射座架（9）、注射油缸（10）、齿轮（13）、移动油缸（14）及电热圈（15）；所述塑化螺杆（3）位于在机筒（1）内，在塑化螺杆（3）上设有中心孔，所述柱塞（2）位于塑化螺杆（3）的中心孔内，机筒（1）、塑化螺杆（3）及柱塞（2）均同轴，塑化螺杆（3）在机筒（1）及柱塞（2）间可相对转动；所述注射油缸（10）及机筒（1）均安装在注射座架（9）上，所述移动油缸（14）的活塞杆推动注射座架（9）移动；其特征在于还包括振动器（11）及运动控制器（12）；在所述料筒（1）内设有塑化区（101）及注射区（102），塑化区（101）的直径大于及注射区（102）的直径，塑化螺杆（3）位于料筒（1）的塑化区（101）内，柱塞（2）与注射区（102）间隙配合，在塑化螺杆（3）上设有与料斗（4）连通的径向通道（301），在塑化螺杆（3）的中心孔的内壁上设有连续的内螺槽（302），所述内螺槽（302）的左端与径向通道（301）连通，内螺槽（302）的右端与注射区（102）连通；所述振动器（11）安装在柱塞（2）与注射油缸（10）的活塞杆之间，注射油缸（10）的活塞杆推动振动器（11）及柱塞（2）轴向移动，同时振动器（11）带动柱塞（2）所作地运动为：轴向振动、圆周振动、同时进行轴向振动与圆周振动，或者带动柱塞（2）作圆周旋转运动，所述运动控制器（12）控制振动器（11）振动或运动。

2.根据权利要求1所述振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，其特征在于所述注射区（102）的内孔为阶梯孔，阶梯孔中孔径大的部位与塑化区（101）连通，阶梯孔中孔径小的部位与注射孔连通，所述柱塞（2）右部的外圆面与阶梯孔中孔径大的一段有缝隙，已塑化好的融料可在压力下通过该缝隙进入注射区102的右段，柱塞（2）右部的外圆面与阶梯孔中孔径小的部位为滑动配合，但融料无法从其配合间隙中通过。

3.根据权利要求1所述振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，其特征在于所述注射区（102）的内孔为直通孔，柱塞（2）右部的外圆面与机筒（1）的注射段（102）内孔全段都有能使融料通过的缝隙，柱塞（2）在机筒（1）的注射段（102）任何轴向位置时，已塑化好的融料均可在压力下通过缝隙进入注射段（102）右端。

4.根据权利要求1所述振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，其特征在于所述振动器（11）是超声波振动器或机械振动器或电磁振动器或液压振动器或气动振动器或是以上方式间的组合。

5.一种振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，包括料筒（1）、柱塞（2）、塑化螺杆（3）、料斗（4）、座子（5）、向心推力轴承组（6）、传动机构（7）、电机（8）、注射座架（9）、注射油缸（10）、齿轮（13）、移动油缸（14）及电热圈（15）；所述塑化螺杆（3）位于在机筒（1）内，在塑化螺杆（3）上设有中心孔，所述柱塞（2）位于塑化螺杆（3）的中心孔内，机筒（1）、塑化螺杆（3）及柱塞（2）均同轴，塑化螺杆（3）在机筒（1）及柱塞（2）间可相对转动；所述注射油缸（10）及机筒（1）均安装在注射座架（9）上，所述移动油缸（14）的活塞杆推动注射座架（9）移动；其特征在于还包括振动器（11）及运动控制器（12）；在所述料筒（1）内设有塑化区（101）及注射区（102），塑化区（101）的直径与注射区（102）的直径相同，塑化螺杆（3）位于料筒（1）的塑化区（101）内，在塑化螺杆（3）上设有与料斗（4）连通的径向通道（301），在塑化螺杆（3）的中心孔的内壁上设有连续的内螺槽（302），所述内螺槽（302）的左端与径向通道（301）连通，内螺槽（302）的右端与注射区（102）连通；在柱塞（2）的右端设有止逆结构，所述止逆结构位于注射区（102）内以推动融料向注射区（102）的注射嘴方向移动；所述振动器（11）安装在柱塞（2）与注射油缸（10）的活塞杆之间，注射油缸（10）的活塞杆推动柱塞（2）轴向移动，同时振动器（11）带动柱塞（2）所作地运动为：轴向振动、圆周振动、同时进行轴向振动与圆周振动，或者带动柱塞（2）作圆周旋转运动，所述运动控制器（12）控制振动器（11）振动或运动。

6.根据权利要求5所述振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，其特征在于所述止逆结构是防止注射时物料倒流的单向阀（16）或止逆头（17）。

7.根据权利要求5所述振动柱塞的内螺槽螺杆注射成型机，其特征在于所述振动器（11）是超声波振动器或机械振动器或电磁振动器或液压振动器或气动振动器或是以上方式间的组合。