CN1059626C - 电磁式聚合物动态注射成型方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁式聚合物动态注射成型方法及装置。实现聚合物塑化、注射、持压过程的料筒和螺杆及与其相关的部件被置入一受电磁绕组驱动可作脉动转动的金属运动体的内腔中，螺杆在与金属运动体同步脉动转动的同时可作轴向脉动位移，而使塑化、注射、持压过程均在周期性状态下进行。这种注射成型方法及装置具有体积小、重量轻、制造成本低、能耗低、噪音小，对物料适应性广、成型制品质量高等显著特点。

Description

电磁式聚合物动态注射成型方法及装置
本发明涉及聚合物成型技术及设备，具体指一种电磁式聚合物动态注射成型方法及装置。
最常用的传统注射机的塑化注射装置为螺杆一线式注射装置，这种注射装置由传统螺杆挤出机改造而成，与挤出机不同的是在塑化物料时螺杆后退，熔体物料被送入螺杆头部退让出的料筒空间，达到一定量后由外力作用使螺杆前进充当柱塞将物料从料筒注射进入与之相联的模具型腔中。这种注射装置存在以下三点不足之处：
(1)塑化装置由于塑化时螺杆后退，有效长度缩短，致使熔料的塑化混炼效果不均匀，熔料在计量料筒中的径向与轴向均存在温差，温度分布不均匀，影响注射后制品质量。
(2)注射时螺杆以分段匀速运动，使熔料以分级稳定压力充填模腔，这样熔体的粘度、弹性均较大，充模阻力也较大。充填压实较困难，容易造成填充不满，也容易在制品中留下内应力。
(3)传统塑化注射装置塑化物料所需温度较高，造成熔料温度较高，成型制品所需的冷却时间也较长，使制品的成型周期加长。
中国专利90101034.0《电磁动态塑化挤出方法及设备》和中国专利92103639.6《螺杆一线式电磁动态挤出机》公开了一种与传统螺杆挤出机完全不同的电磁动态塑化挤出机，它将振动场引入聚合物塑化挤出全过程，改变了传统挤出设备的换能方式、结构形式及塑化挤出方式，创造了由机械、电子、电磁技术相结合，机电磁合一的集成化动态塑化挤出机。这种挤出机从根本上克服了传统挤出机的缺点，具有许多传统挤出机所没有的优点。如果采用这种电磁动态塑化挤出机的设计思想，来改造注射机的塑化注射装置，将有可能使注射机具有相同或类似的特点和优点。另外，如果将振动场同时引入计量、注射充模过程，则上述传统注射装置的缺陷将会得到彻底克服。
本发明的目的在于克服现有技术中螺杆一线式注射装置的缺陷，引用发明人的中国专利号为：90101034.0的《电磁动态塑化挤出方法及设备》和中国专利号为：92103639.6的《螺杆一线式电磁动态挤出机》的思路，提供一种将振动场引入聚合物的塑化、注射、持压全过程的动态塑化注射、持压的注射成型方法及提供一种根据这种方法设计的结构简单、体积小、重量轻、噪音小、能耗低、制品成型周期短、制品质量好的聚合物动态塑化注射装置。
本发明的目的是通过以下措施来达到的：
一种包括塑化、注射、持压过程的电磁式聚合物动态注射成型方法，其特征在于，塑化、注射、持压过程均在周期性振动状态下进行，周期性振动状态是由螺杆圆周方向的脉动转动和轴向直线脉动位移提供的运动力和交变力叠加构成。
本发明还设计了一种实现电磁式聚合物动态注射成型方法的装置。该装置特征在于实现塑化、注射、持压过程的料筒、螺杆及与其相关的部件均被置入一受电磁绕组装置驱动可作脉动转动的金属运动体的内腔中。
电磁式聚合物动态注射成型装置的工作过程分述如下：
(1)动态塑化
动态塑化过程与发明专利(90101034.0和92103639.6)中所表述的动态固体输送、动态塑化熔融、动态熔体输送过程相同，不同之处是熔体不从机头挤出，而是靠螺杆与料筒的相对位移将熔体存入螺杆退让出的料筒空间中。由于熔体压力的波动以及螺杆轴向脉动位移存在料筒中的物料轴向温差将得到均化，同时剪应力场得到均化、物料在振动场作用下将继续塑化和混炼，解决了由于螺杆有效长度缩短造成塑化不均匀的问题。
(2)动态注射
螺杆脉动推进(或步进)将计量好的熔体注入模腔。熔体的压力将随螺杆的脉动频率变化而变化，这种脉动的作用同样使熔体的粘度与弹性降低，流动阻力减小，充模过程加快，填充均匀，同时模腔中熔体温度分布均匀，内应力减小。如果保持与无脉动注射相同的充模阻力，则脉动充模时熔体温度便可降低，冷却时间可缩短。
(3)动态持压
模腔充满熔体后，螺杆继续作轴向脉动，保持模腔压力继续周期性变化，瞬时压力峰值使熔体不断压实，模腔中间的空气由于压力的波动而容易排出，由于熔体的粘性较小，使冷却缩孔能容易得到补充。另外振动状态下熔体的弹性较小，温度分布均匀，制品中留下的内应力大为减小，制品质量得到提高。
本发明将振动场引入聚合物塑化、注射、持压全过程，采用螺杆一线式结构，将料筒、螺杆置入受电磁绕组驱动，脉动转动的转子的内腔中，转子由两端的机械轴承辅助支承而拟悬浮于等径向磁拉力的电磁场中。物料在振动场及剪切场联合作用下熔融，被输送到螺杆的端部，存料空间是靠螺杆与料筒的相对位移而给出的。计量到一定量后，螺杆与料筒再作与上述位移相反的相对位移，使熔料通过喷咀注射入模腔。螺杆在塑化、注射和持压时作轴向脉动位移，实现了将振动场引入熔料计量、注射、持压过程。螺杆的轴向脉动位移可用直线步进电机实现，也可以通过其它电磁、液压、气动、机械等方式来实现，即通过电磁、液压、气动、机械等方式在使螺杆作轴向运动的力上叠加一个频率、振幅可调整的振动力。
本发明与现有技术相比有如下显著优点：
1、体积重量减少45～50％，制造成本降低40％以上。
由于将振动场引入聚合物塑化注射持压过程，从根本上改变了塑化注射机理和换能方式，使装置的结构紧凑简单，加工安装容易，体积重量大为减小，制造成本降低。
2、能耗降低35％以上。
由于摒弃了传统塑化注射装置的能量传递中间环节，另外，塑化注射温度降低的同时熔体的粘度降低，塑化、注射充模功率减小。
3、工作可靠性高，噪音降低至75分贝以下，油污染少。
由于塑化注射装置的运动部件均处于拟悬浮的运动状态，直接的机械接触摩擦较少，不仅噪音小，而且工作可靠性高。
4、塑化混炼效果好，成型制品质量高，对物料的适应性广。
由于将振动场引入聚合物塑化、注射、持压等过程，加强了物料的混合、混炼，其粘性、弹性均减小，充模阻力减小，填充速度快而且均匀，补缩容易。另外，塑化、注射过程中温度分布较均匀，制品中残留内应力减小，制品质量大为提高。同时振动场的作用可改变和满足不同物料对混合、混炼的要求，提高了对物料的适应性。
附图为电磁式聚合物动态注射装置的结构示意图。
下面通过附图表示的实施例对本发明作进一步的详述：
如图所示似鼠笼转子样的金属运动体2被径向轴承4和16辅助支承在前端盖3和后端盖17上，并被拟悬浮于提供旋转磁场和谐波脉振磁场的电磁绕组1内。前端盖3和后端盖17被固定安装在电磁绕组1上。螺杆9通过平键13与动力过渡套10圆周方向定位，动力过渡套10被固定安装在金属运动体2的伸出端面上，螺杆9则可与金属运动体2作同步脉动转动，并通过联接器11与直线步进电机12连接，实现轴向脉动位移。螺杆9被套装在料筒7的内孔中，料筒7与喷咀5固紧连接，喷咀5与前端盖3固紧安装。动力过渡套10被套装于料斗座14的内孔中，而料斗座14被固紧安装在后端盖17上，料斗15被安装在进料座14上。在料筒7的外表面上装有辅助加热器6，一般用于机器启动前的预热，以塑化原有固化在螺杆9螺槽中的物料。
塑化计量时，在绕组1产生旋转磁场和谐波脉振磁场的作用下，金属运动体2通过动力过渡套10带动螺杆9同步脉动转动。料斗15中的固体物料经动力过渡套10上的两个缺口和料筒7上的缺口进入螺杆9的螺槽。在螺杆9脉动转动作用下沿螺槽向前输送，同时动态压实、排气、塑化、混炼。在输送过程中，物料必须越过塑化滚动体8，在塑化滚动体8的公转、自转及振动的作用下，物料受到强烈的动态压延和进一步混炼、塑化。塑化后的熔体被输送到螺杆9的端部，使螺杆9承受向后的轴向压力，这一压力与直线步进电机12联合作用使螺杆9向后脉动位移。当位移到某一预定行程时，电磁绕组1停止工作，塑化、计量结束，此时螺杆9继续作轴向脉动，使熔体温度得到均化。注射时，螺杆9在直线步进电机12的作用下，脉动向前推进(向前步进位移)熔体压力随螺杆9脉动的频率变化而变化，实现动态充模。持压时，螺杆9继续保持轴向脉动，保持模腔压力周期性变化，实现动态持压。

Claims (4)

1、一种包括塑化、注射、持压过程的电磁式聚合物动态注射成型方法，其特征在于，塑化、注射、持压过程均在周期性振动状态下进行，周期性振动状态是由螺杆圆周方向的脉动转动和轴向直线脉动位移提供的运动力和交变力叠加构成。
2、权利要求1所述的电磁式聚合物动态注射成型的方法，其特征在于实现螺杆轴向脉动位移的方式可以是直线步进电机，也可以是其它电磁、液压、气动、机械等为动力的直线运动机构。
3、一种实现电磁式聚合物动态注射成型方法的装置，该装置的特征在于实现塑化、注射、持压过程的料筒(7)、螺杆(9)及与其相关的部件均被置入一受电磁绕组装置(1)驱动可作脉动转动的金属运动体(2)的内腔中。
4、根据权利要求3所述的电磁式聚合物动态注射成型的装置，其特征在于螺杆(9)通过平键(13)与动力过渡套(10)圆周方向定位，动力过渡套(10)被固定安装在金属运动体(2)伸出的端面上；螺杆(9)通过联接器(11)与直线步进电机(12)连接；螺杆(9)被套装在料筒(7)的内孔中，螺杆(9)的螺槽与动力过渡套(10)上的两个缺口和料筒(7)上的缺口相通。
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