CN1080638C - 带压力传感器的顶杆 - Google Patents

Abstract

一种带压力传感器的顶杆；不需要加工模子就能很容易地安装在模子上，它可以用来检测型腔内的压力。顶杆包括顶杆体，它由带顶端的棒状部分，以及直径较棒状部分大并位于棒状部分后部的环状部分构成，该顶端用来将模塑产品从模子中顶出。顶杆还包括容纳环状部分的外壳，它可相对于环状部分在一定范围内移动，外壳内还包括压力传感器，当压力施加在顶杆体的顶端时，压力传感器在环状部分底面和腔室的内面之间受压。

Description

带压力传感器 的顶杆

本发明涉及一种带压力传感器的顶杆，具体涉及一种在从模子中推出模塑产品同时适于检测模子型腔内注入的树脂压力的带压力传感器的顶杆。

传统塑料注射成型机和其控制系统通常具有如图11所示的结构。具体而言，缸100内充入树脂材料，在加热器101加热的同时，由螺杆102将其送到缸100的前端，从而承受压缩和揉搓而增塑。增塑的树脂被推到缸100的前端而被收集起来，增塑树脂的数量增加导致螺杆102后退，从而当收集的树脂量达到一定程度时，螺杆102停止旋转。这称之为增塑/供料。然后，注射液压缸103中充入液压油，向前推动螺杆102，因而增塑树脂注入到夹持着的模子104的型腔内。这称之为注塑。之后，冷却模子104并打开，然后从模子中取出模塑物品即产品。这称之为冷却。

在所述注塑中，评估模塑产品的质量和对有缺陷的模塑产品分类是靠目视来进行的，然后根据模塑的结果将模塑条件从控制面板上输入。设置的条件包括螺杆的位置及速度、树脂的温度及压力、冷却时间等。这样，所述系统是开环控制型，其中注塑压力、树脂温度、注塑速度是模塑机中可控制的变量，而粘滞流体的不稳定流动是塑料注射成型机中可变因素，它和包括热传导在内的复杂因素将相当大地影响模塑产品的质量。这是因为系统基本上没有分析模子型腔内的压力、温度等，所以不可能找到最佳的模塑条件。

参见图12，它示出了带有控制系统的传统塑料注射成型机。该系统跟踪调节压力波，缸100中的压力通过测力传感器105检测其形变来测量，从而来决定螺杆102的最佳速度或速率，这是设置的条件中的一个，然后最佳速率反馈到伺服电机106，用以驱动螺杆102。于是，检测到的是模子104前端的压力，而不是模子104内的压力，导致不能设置适当的螺杆最佳速率。

现在参见图13，作为一个例子，示意了传统型塑料注射成型机内的模子。该模子包括直接检测模子型腔110内压力的第一测力传感器111。它还包括第二测力传感器113，它与从型腔110向外伸的顶杆112分开安装，并与顶杆112端部相邻接。将测力传感器111和113安装在模子上需要特定的加工，从而在模子上形成孔和槽。

在图11所示的塑料注射成型机的控制系统中，因为最佳条件的设置必须根据模塑产品质量的目测结果，所以需要进行若干次的实验。另外由于模塑机中的可变因素也会导致模塑产品质量的变化。而且，模塑机的设置条件错误时，还会损坏模子。

图12所示的塑料注射成型机的控制系统没有用来检测模子中压力的结构，因而，同样会有图12所示控制系统中的所述缺陷。

此外，在图13所示的塑料注射成型机控制系统中，因为随测力传感器尺寸增大，为了将测力传感器111和113安装在模子上，就需要对模子进行加工。遗憾的是，这种加工不能取决于模子的类型。而且，加工需要更多的人力财力，且测力传感器本身费用增加，这就影响这种控制系统的使用和普及。

本发明就是考虑到现有技术的所述缺陷而提出的。

因而，本发明的目的是提供一种带压力传感器的顶杆，它能很方便地安装到模子上，而不需要对模子进行任何加工。

本发明的另一个目的是提供一种带有压力传感器的顶杆，它能直接检测模子型腔内的压力。

根据本发明，提供了一种用在模子上的带压力传感器的顶杆，该模子的组成为：带有型腔的第一靠模(template)，及带有型芯的第二靠模，第二靠模可相对于第一靠模移动，通过在型腔和型芯间注入树脂而制成模塑产品，从而当第一和第二靠模分开时，用顶杆末端对模塑产品施力将其从靠模中推出。带压力传感器的顶杆包括带有末端的顶杆体，以及安装在顶杆体后部并与之连为一体的压力检测装置，以检测在模塑产品模塑的过程中型腔内施加于顶杆体的末端的压力。

在本发明的最佳实施例中，顶杆体包括带有末端的棒状部分，末端用于推出模塑产品；以及直径较棒状部分大的环状部分，它安装在棒状部分的后部。压力检测装置包括容纳环状部分的外壳，它可相对于环状部分在特定的范围内移动；以及位于外壳内的压力传感器，当压力加在顶杆体的末端时，压力传感器在环状部分底面和外壳的内面之间受压。

在本发明的最佳实施例中，该外壳包括弹性安装在环状部分上部的上板，对着环状部分的底面并且与之有一预定间隔的下板、以及连接上板和下板的侧板部分。压力传感器安装在外壳的下板部件上。

在本发明的最佳实施例中，环状部分的上部和下板用硅酮树脂固定连接。

下面将结合附图详细地进行介绍，这样就易于理解本发明的所述目的和其他目的，以及许多优点。

图1是一种塑料注射成型机的方框图，它具有本发明的带压力传感器的顶杆；

图2是一种模子的剖视图，它具有本发明的带压力传感器的顶杆；

图3是本发明带压力传感器的顶杆第一实施例中主要部分的放大剖视图；

图4a是安装在图3所示顶杆中的压力传感器的外观示意图；

图4b是图4a所示压力传感器的放大剖视图；

图5是安装有图3所示顶杆的实验模的平面图；

图6是在图5所示实验模在注塑时实验模各位置处压力循环的示意图；

图7a至d分别是图5所示实验模在注塑时实验模各位置处压力循环的示意图；

图8是本发明带压力传感器的顶杆第二个实施例中主要部分的放大剖视图；

图9是本发明带压力传感器的顶杆第三个实施例中主要部分的放大剖视图；

图10是本发明带压力传感器的顶杆第四个实施例中主要部分的放大剖视图；

图11是一种传统塑料注射成型机的方框图；

图12是另一种传统塑料注射成型机的方框图；

图13是另一种传统塑料注射成型机中模子的剖视图。

现在，将根据图1至图10介绍本发明带压力传感器的顶杆。

首先参见图1至图7d，其中示意了本发明带压力传感器的顶杆的第一实施例，图1是一种塑料注射成型机的控制系统，该机上装有本发明的带压力传感器的顶杆。控制系统包括压力传感器和温度传感器，其分别安装在模子B的一边。压力传感器和温度传感器分别检测模子B型腔内的压力和温度，从而分别产生信号。产生的信号送到反馈装置1中，用来控制模塑变量如螺杆的位置、螺杆的速度或速率、树脂的温度、树脂的压力、冷却时间等等。

装在图1所示控制系统中的模子B的结构如图2所示。具体地说，模子B包括安装在塑料注射成型机定模模座(stationary-side holder)上的定模安装板10，以及安装在塑料注射成型机动模模座上的动模安装板11。定模安装板10上安装带有型腔12a的凹模部分或定模12。动模安装板11上通过支承板14和隔离块15安装带有型芯13a的凸模即动模13。

模子B在定模12和动模13之间可分离。动模13可以在垂直于平面的方向，与塑料注射成型机的模座同时相对于定模12移动，使得定模12与动模13打开和关闭。定模12有导向套19，相应地动模13有导向柱18。导向柱18可滑动插入到导向套19内。定模12和动模13的开闭有导向套19和导向柱18来引导，定模12和动模13开闭使得型腔12a和型芯13a彼此对到准确位置。

定模安装板10上有注入口16，它可作为将熔态树脂从模塑机的缸2喷嘴注入到模子B中的通道或路径；还有固定环17，它可作为将模子B安装到模塑机的缸2喷嘴上的固定装置。

动模安装板11上有起模板21。起模板21上有顶杆24，当模子B打开时，它将模塑产品从型芯13a上起模，以便从模子上移开。起模板21上还带有回位杆22，以将起模板21回到预设或预定的位置，并拉回顶杆24。

如图3所示，顶杆24包括截面呈圆形的棒状部分25，其顶端用来顶起模塑产品；以及呈圆柱形的环状部分26，它位于棒状部分后端。环状部分26的外径比棒状部分25的大。

顶杆24上安装有压力检测装置30并成一体。在图示实施例中，压力检测装置30包括容纳顶杆24环状部分26的外壳31，以及外壳31内的压力传感器32。

容纳环状部分26的外壳31呈圆柱状。外壳31包括以弹性方式安装在环状部分26上面的环形上板33、与环形部分26的底面相对并有一定间隔的下板34、以及连接上板33和下板34的圆柱形侧板35。在图示实施例中，顶杆24的棒状部分25以可滑动方式插入到外壳31的上板33内，环形部分26的顶面和下板33的底面通过硅酮树脂36弹性地连接在一起。

压力传感器32安装在外壳31内，固定安装在下板34的内面或上面。压力传感器32有一条连接的导线，通过外壳31侧板35上通孔引到外壳31的外面。放置压力传感器32时，在压力传感器32和环形部分26的底面之间留有适当的间隙。当模子B的型腔12a注入树脂后，树脂的压力将加在顶杆24的顶端。压力作用在顶杆24上，使得连接顶杆24和外壳31的硅酮树脂36弹性变形，使顶杆24的环状部分26与压力传感器32相接。

压力传感器32和环形部分26的底面的间隙是这样设置的，在由于型腔12a的压力顶杆24移动时，硅酮树脂36弹性变形，使环形部分26与压力传感器32相接，以进行灵敏度放大的相应的压力测量。如环形部分26与压力传感器32保持接触而没有所述适当的间隙，就可能会产生缺陷，如由于顶杆24的重力而使压力传感器错误动作，以及压力传感器32检测到顶杆24的振动等等。

在图示实施例的所述结构中，顶杆24的环形部分26和压力传感器32安装在外壳31内，可以很好地保护压力传感器32，也使得顶杆24有良好的外观。而且，如上所述，在压力传感器32和环形部分26之间有所述适当的间隙。

压力传感器32的结构可以如图4a和4b所示。具体地说，压力传感器32为压电传感元件，包括有作为半导体的两层硫化钼层40；上银电极41和下银电极42，在该两极之间插有硫化钼层40；分别从电极41和42引出的接线端43和44。压力传感器32通常涂有聚酰亚胺或类似材料的绝缘体45。这样结构的压力传感器32厚度和尺寸上大大减小。例如，它可制成厚度约0.8mm、直径约5mm。

现在，将介绍用这种结构的塑料注射成型机模塑的过程。

图1中，注入到缸2中的树脂材料在加热器3加热的同时，由螺杆4将其输送到缸2的前端，使之承受压缩和揉搓，导致其增塑。然后，随着缸2的前端推入并收集的增塑树脂数量增多，螺杆4拉回，并当树脂量达到一定的标准时，停止螺杆4的旋转。然后，将液压油输入到注入喷嘴中，以向前移动螺杆4，由此将增塑树脂注入到图2中夹持着的模子B的型腔12a内。

在将树脂注入到模子B内时，将型腔12a的压力加在顶杆2上。由安装在顶杆24的环形部分26上的压力传感器32检测压力，然后压力传感器产生信号。将该信号输入到图1所示的反馈装置1上，使得模塑变量如螺杆位置、螺杆的旋转速度、树脂的温度、树脂的压力、冷却时间等处于闭环控制。模塑一定的时间后，打开模子将模塑产品移去。

现在，作为一个例子，将说明利用带压力传感器32的顶杆24测量模子中压力所进行的实验。

图5所示为实验用的模子50。实验模50有螺旋状的腔室，使得模塑产品呈螺旋状。实验模50内共装有12个顶杆。在12个这样的顶杆中，4个顶杆采用带压力传感器32的顶杆24。顶杆24设置在注入树脂的型腔正前的位置a、型腔的入口位置b、型腔的中部位置c、以及型腔的末端位置d上。位置a和位置c的距离为376.2mm。用于本实验的塑料注射成型机和控制系统与图1中所示大体相同。

在安装有实验模50的塑料注射成型机中，有各顶杆24的压力传感器32检测到的型腔内的压力循环如图6所示。如图6所示，在第一循环和第二循环压力分别按a，b，c，d的顺序降低。在位置d处检测到的压力显示，树脂已充满型腔。一般说来，各循环中每个位置的压力线的偏差显示树脂的流速，这样，树脂的流动可以根据图6所示结果进行分析。因而，通过认识采用实验的方法正确地进行模塑时获得的各测量位置处的压力循环的波形，可以控制模塑变量，而持续获得无缺陷的模塑产品。

图7a至图7d分别显示了在位置a至d各点第一循环和第二循环的压力波形。图7a至图7d显示的情况表明，尽管第一循环和第二循环中在位置a至c检测到压力，但是位置d没有检测到压力，这说明树脂没有充满到整个型腔，因而未能得到需要的树脂模塑。

带压力传感器32的顶杆24的结构是这样的，顶杆24与压力传感器32结合成一个整体。这样的结构使得在增加测量压力的位置数时，只是需将传统顶杆换成带压力传感器的顶杆24，而不需要对模子进行特殊的加工，因而获得的压力循环波形精度增加。

参见图8至图10，显示了本发明带压力传感器的顶杆的第二至第四实施例。图示的各实施例中，用应变仪作为压力传感器。应变仪的通常结构为：由于外界压力导致电阻丝产生应变，利用应变仪的电阻丝的电阻的变化来测量压力。

首先，参见图8来说明第二个实施例，图8显示了图示实施例中顶杆60主要部分的放大的剖视图。顶杆60包括棒状部分61和直径较大的环状部分62，它位于棒状部分61的下部。基本上在环状部分62底面的中心部分带有一个突起67。顶杆60的棒状部分61可滑动地插入到大致呈圆柱形的外壳63的上板内，环形部分62位于外壳63内。在外壳63底部的上面或内面设有钢板64，其间有隔垫66。钢板64的底面上有隔垫66支承着，板64上有作为压力传感器的应变仪。第二个实施例的其余部分与第一个实施例大致相同。

这样，当载荷沿轴向向下加在顶杆60上时，通过位于环形部分62底面上的突起67，载荷就基本上加在钢板64上面的中心部位。钢板64的两端有隔垫66支承着，因而，加在钢板64上的载荷就使得应变仪65检测到应变量。所以，根据测量的应变量，按照弯矩的计算公式就可计算出载荷值。

现在，参见图9来说明第三个实施例，图9是图示实施例中顶杆70的主要部分的放大的剖视图。顶杆70包括棒状部分71和直径较大的环状部分74，环状部分74位于棒状部分71的下部。在环状部分74底面外周至少有一对支承腿向下延伸。支承腿75之间插入顶杆的中心部分。顶杆70的棒状部分71可滑动穿过大致呈圆柱形的外壳72的上板。环状部分74和支承腿75位于外壳72内。同时，环状部分74和支承腿75制作时应使得，环状部分74的厚度和各支承腿75的高度总和与腔室72内部的高度相一致。环状部分74的底面上有作为压力传感器的应变仪73。第三个实施例的其余部分与所述第一个实施例大致相同。

在第三实施例这样的结构中，当载荷沿轴向向下加在顶杆70上时，载荷传递到环状部分74，使得环状部分74发生应变，并通过应变仪73来测量。所以，根据测量的应变量，按照弯矩计算公式就可计算出载荷值。

现在，参见图10来说明本发明带压力传感器的顶杆的第四个实施例，图10显示了图示的实施例中顶杆80主要部分的放大剖视图。顶杆80包括棒状部分81和直径较大的环状部分85，它位于棒状部分81的下端。顶杆80的棒状部分81可滑动地穿过大致呈圆柱形的外壳82的上板，环形部分85位于外壳82内。外壳82内有隔垫84，环状部分85插入在外壳82的上板和隔垫84之间。第四个实施例的其余部分与所述第一个实施例大致相同。

在第四实施例这样的结构中，当载荷沿轴向向下加在顶杆80上时，载荷传递到环状部分85上，使得环状部分85产生应变，并通过应变仪83来测量。所以，根据测量的应变量，按照弯矩的计算公式就可计算出载荷值。

从所述可以看出，本发明的结构为：将压力测量装置安装在顶杆的后部，与之连为一体。这样的结构不需要为安装压力传感器而对模子进行加工，使得模子的成本显著降低。同时，使得模子的一部分即顶杆作为压力传感器，这样有利于安装，并减少了部件数。而且，使得带压力传感器的顶杆直接测量模子型腔的压力，可获得适当的模塑条件。

而且，所测得的型腔内压力提供了压力波形，这样通过分析压力波形，可以对模子盖密封定时，并通过观察压力波形来设置模塑条件。本发明的几种顶杆可被沿流动方向置于型腔内，从而可有效地分析型腔内树脂的流动。

再者，在本发明中，顶杆本身用作压力传感器，这样在模子对树脂模塑的过程中，顶杆的损坏可以很容易地检测到。将压力传感器安装在模子上可以不需要对模子进行加工就可以完成，因而就不会降低模子的强度。

此外，本发明带压力传感器的顶杆直接检测模子型腔内的压力，因而可以适当地控制树脂的注入压力，以防止模子损坏。

另外，本发明可使压力传感器位于型腔内任何需要的位置，这样可以通过压力传感器检测的压力来控制型腔的树脂注入量。

尽管结合附图对本发明的最佳实施例作了一定程度详细地说明，但是在所述的启示下，可以作明显的修改和变化。因而，可以认为，在所附的权利要求书的范围内，本发明的实施不仅仅是如上面所具体描述的。

Claims (4)

1.一种用于模子的带压力传感器的顶杆，该模子包括：带有型腔的第一靠模；及带有型芯的第二靠模，第二靠模可相对第一靠模移动；通过在型腔和型芯中注入树脂而制成模塑产品，当第一靠模和第二靠模彼此分开时，用顶杆顶端对模塑产品施力而将其从靠模中推出；此顶杆包括：

带有所述顶端的顶杆体；

以整体方式安装在该顶杆体后部的压力传感装置，在所述产品模塑的过程中，它用来检测型腔内作用在所述顶杆体顶端的压力。

2.如权利要求1所述的带压力传感器的顶杆，其中：所述顶杆体包括带有推动模塑产品的顶端的棒状部分，以及直径较棒状部分大并安装在棒状部分后部的环状部分；而且

压力检测装置包括容纳所述环状部分并可相对于所述环状部分可移动特定距离的外壳，以及位于该外壳内的压力传感器，当压力加在所述起杆的顶端时，压力传感器在所述环状部分的底面和所述外壳的内面之间受压。

3.如权利要求2所述的带压力传感器的顶杆，其中：所述外壳包括以弹性方式安装在所述环状部分上方的上板、与环状部分的底面相对并且与之有一定间隔的下板、以及连接上板和下板的侧板；以及，

所述压力传感器安装在腔室的下板上。

4.如权利要求3所述的带压力传感器的顶杆，其中：所述环状部分的所述上部和所述下板用硅酮树脂固定连接在一起。

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