CN114407274A - 一种激光辅助壁厚不均型注塑件成型的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加工装置，具体指一种激光辅助壁厚不均型注塑件成型的方法和装置。本发明通过在传统注塑模具中设置一条导光通路，将激光能量导入壁厚不均型注塑件薄壁型腔区域，调控此区域的温度；利用温度传感器进行反馈，然后通过PLC控制调整激光参数，使薄壁型腔和厚壁型腔形成一定的温度差，最终注塑时能够让塑胶流料更顺利充满薄壁区域，冷却时让厚壁和薄壁能够相对均匀成型。本发明能够有效减少注塑成型时因塑件壁厚不均而产生的熔接痕和收缩翘曲等缺陷，减少注塑工艺参数的试错时间以及注塑模具的调整，提高成型效率和质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种加工装置，具体指一种激光辅助壁厚不均型注塑件成型的方法和装置。
背景技术
激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。激光加工作为特种加工技术的一种，具有可控性强、加工效率高和适用性广的优点。基于激光的热效应，通过调控激光的功率密度范围，实现激光束广泛应用于对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、增材制造、热处理等。传统加工方法与激光结合的复合加工技术显示出其新优势，两种技术取长补短、相互作用，提高了产品的精度。比如激光-电化学复合加工，激光的加入解决了电化学加工在加工面上产生再铸层的问题。
注塑制品在生活中的应用日益广泛，提高其精密性一直是学者们致力于研究的重要方向，也是生产企业不断追求的目标。充填平衡性是精密注射成型技术的重要研究内容之。充填不平衡问题将导致制品在重量、收缩、翘曲、力学性能以及光学性能等方面呈现差异，这就要求人们在模具设计和工艺参数设定时尽可能的提高多个或单个模腔充填的平衡性。制品厚度的设计是结构设计的一个重要方面，为了使制品具有一定的结构、功能、强度和刚度，制品的不同位置往往会设定不同的厚度尺寸，但壁厚的不均会给制品带来很多缺陷，例如应力集中、翘曲变形和熔接痕等。
因为温差效应等因素，壁厚不均型注塑件成型后很容易出现体积收缩不均而导致翘曲变形以及缩水等缺陷，导致产品外观和精度都不良。现有技术下，解决以上缺陷通过修改产品结构，切换材料和工艺参数不断试错，或者在传统模具上设置冷却水路，调节温度差异，但是这两种方式不能准确控制温度差异，开发时间较长，效率较低，成本较高。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种激光辅助壁厚不均型注塑件成型的方法和装置。本发明利用激光的热效应精确调控成型模腔温度差异，解决壁厚不均型注塑件成型后存在翘曲变形、缩水以及熔接痕等缺陷的问题，以及解决对于此类零件开发周期较长的问题，从而提高效率，降低成本。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种激光辅助壁厚不均型注塑件成型的装置，包括激光控制装置、带光路的注塑模具以及卧式注塑机。激光控制装置由PLC控制柜、PLC控制显示屏、激光发生器和XYZ三坐标滑轨组成，实现激光的参数及位置控制。带光路的注塑模具中，定模板与位于定模板上方的定模底板固连，定模板与位于定模板下方的动模板之间有四根导柱，可以形成相对运动；位于动模板下方的动模垫板与动模板固连，并固定安装在支架上；支架与位于支架下方的动模底板固连，支架的中空结构中装有可移动的推板，推板上固连一块推杆固定板，三根推杆安装在推杆固定板上；光路设置在定模板内，固定块上粘接一块反射镜，并用内六角螺钉固定在定模板内，在反射镜正下方设置一块凸透镜，凸透镜粘接在定模板内竖直方向的阶梯槽内的台肩上，透镜下方有一块石英玻璃，石英玻璃下方的阶梯槽底面上设有吸收层；定模板右侧还开有水平方向的通槽。
进一步地，所述固定块上有一45度斜楔面，用于粘接反射镜；所述定模板右侧通槽为长方形通槽，其中心面与固定块中心面垂直，与斜楔面中心相交。
所述激光控制装置能够控制激光发生器XYZ三个方向的位置，可以适应不同厚壁不均型塑件的注塑模具。
进一步地，所述动模板中在厚壁型腔和薄壁型腔下方各自安装了一个温度传感器，用于探测两处的温度差，并反馈给控制系统，实现激光调控温度。
进一步地，所述吸收层能够吸收激光能量，并相对均匀传热给下方的壁面。
一种激光辅助壁厚不均型注塑件成型的方法，其特征在于，利用激光的热效应调控薄壁型腔内的成型温度，以控制壁厚不均型塑件均匀成型，减少此类成型过程中的熔接痕和薄壁翘曲等缺陷，具体步骤如下：
A.在原先注塑成型参数的基础上，在薄壁区域局部施加外部热源，用CAE软件进行分析，仿真得出最佳的热源参数。
B.组装特制带光路的模具，并装到卧式注塑机上。
C.根据仿真参数，在激光机上输入激光初始参数，在注塑机上输入之前的成型参数。
D.激光先开始扫描薄壁型腔进行预热，经过一段时间后开始注塑。
E.注塑完成，保压，冷却，取件，并检验。
进一步地，所述步骤A中，原先的注塑成型参数是指之前对于该壁厚不均塑件进行注塑成型的参数，包括注塑压力、注塑温度、注塑时间和保压时间参数；施加的外部热源是一个往复移动的扫描热源，热源参数主要包括扫描速度和功率密度；仿真结果还应探测厚壁与薄壁区域的温度梯度情况，建立温度梯度与热源参数的关系。
进一步地，所述步骤B中，带光路的模具中的光路由光路通道、反射镜、凸透镜、石英玻璃和吸收层组成；模具组装过程中，应保证模具的装配精度。
进一步地，所述步骤D中，具体预热时间根据塑胶原材料的材料特性以及壁厚差的大小确定，薄壁腔越薄，预热时间越长，预热时间范围在1-25s之间；开始注塑后，利用模具里厚壁型腔和薄壁型腔下的温度传感器对型腔内的温度实时监测，通过反馈系统进行反馈温度差，利用PLC控制对激光参数以及位置的不停自动调整，使得薄壁腔温度高于厚壁腔温度，范围在20℃-100℃之间。
进一步地，所述步骤E中，在冷却过程中，激光继续调控薄壁温度，使厚壁腔和薄壁腔温度一致，从而使薄壁处冷却速度与厚壁处一致，各处体积收缩相对一致，减小因厚壁区域收缩过大而出现翘曲变形的程度。
本发明的有益效果是：
自带光路的注塑模具通过反射镜、透镜能够有效地使激光导入型腔内，利用激光的扫描和吸收层能够将激光能量有效利用并均匀作用在薄壁型腔；设置石英玻璃一方面能够将激光导入，另一方面减小对注塑模具的削弱。
基于激光的热效应，在注塑成型的过程中加入激光的作用，调控薄壁型腔内的温度，利用温度传感器进行反馈，然后通过PLC控制激光参数，使薄壁型腔和厚壁型腔形成一定的温度差，最终注塑时能够让塑胶流料更顺利充满薄壁区域，保压冷却时厚壁和薄壁能够相对均匀成型，避免翘曲变形和熔接痕等缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为激光辅助壁厚不均型塑件的主视图。
图2为激光辅助壁厚不均型塑件的左视图。
图3为带光路的注塑模具截面图。
图4为注塑模具的光路放大图。
图5为激光辅助壁厚不均型注塑件成型方法的流程图。
图6为实施例中注塑件体积收缩结果仿真图。
其中，1、炮筒，2、定模底板，3、型腔，4、固定块，5、内六角螺钉，6、反射镜，7、凸透镜，8、石英玻璃，9、第一温度传感器，10、推杆，11、推板，12、挡钉，13、动模底板，14、支架，15、第二温度传感器，16、动模垫板，17、动模板，18、定模板，19、导柱，20、激光发生器，21、PLC控制显示屏，22、PLC控制柜，23、推杆固定板，24、吸收层，M、注塑模具，ZSJ、卧式注塑机。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1、2所示，一种激光辅助壁厚不均型注塑件成型的装置包括激光控制装置、带光路的注塑模具M以及卧式注塑机ZSJ。激光控制装置由PLC控制柜22、PLC控制显示屏21、激光发生器20和XYZ三坐标滑轨组成，实现激光的参数及位置控制。如图3和图4所示，带光路的注塑模具M中定模板18与位于定模板上方的定模底板2固连，且与动模板17之间有四根导柱19，可以形成相对运动；位于动模板下方的动模垫板16与动模板17固连，并固定安装在支架14上；支架14与动模底板13固连，支架的中空结构中装有可移动的推板11，推板上固连一块推杆固定板23，三根推杆10安装在推杆固定板23上；光路设置在定模板18内，固定块4上粘接一块反射镜6，并用内六角螺钉5固定在定模板18内，在反射镜6正下方设置一块凸透镜7，凸透镜7粘接在定模板竖直方向的阶梯槽内的台肩上，凸透镜7下方有一块石英玻璃8，石英玻璃8下方的阶梯槽底面上设有吸收层24；定模板18右侧还开有水平方向的通槽。
所述固定块4上有一45度斜楔面，用于粘接反射镜6；所述定模板18右侧通槽为长方形通槽，其中心面与固定块4中心面垂直，与斜楔面中心相交。
所述激光控制装置能够控制激光发生器三个方向的位置，可以适应不同厚壁不均型塑件的注塑模具。
所述动模板中在薄壁型腔和厚壁型腔下方各自安装了第一温度传感器9和第二传感器15，用于探测两处的温度差，并反馈给控制系统，实现激光调控温度。
所述吸收层24能够吸收激光能量，并相对均匀传热给下方的壁面，以黑漆或铝箔等作为吸收层24。
实施例
以加工如图6中所示的注塑件为例，注塑件厚壁区高度为3mm，薄壁区域高度为1mm，塑胶原料为PPA，填充时间0.1s，熔体温度320℃，模具温度120℃，最大注射压力150Mpa，浇口位置位于厚壁上方。
刚开始设置激光功率密度为2*10^4W/m2，光斑直径为8mm，对薄壁型腔进行预热2s，然后开始注塑充填模腔；在注塑过程中激光持续扫描薄壁腔上方，通过温度传感器反馈控制激光加热的功率密度，使薄壁腔温度高于厚壁腔60℃。保压冷却时，激光热源只需保证随冷却管路冷却时薄壁腔和厚壁腔的温度一致即可。
本实施例中，如图5仿真结果所示，在相同的成型工艺参数及浇口位置下，薄壁型腔经过外加激光热源调控后，最后除浇口位置，成型产品整体体积收缩比较均匀，塑件薄壁处的收缩量大致与厚壁处一样，从而可以降低因收缩不均而出现缩水和翘曲变形的风险。
自带光路的注塑模具通过反射镜、透镜能够有效地使激光导入型腔内，利用激光的扫描和吸收层能够将激光能量有效利用并均匀作用在薄壁型腔；设置石英玻璃一方面能够将激光导入，另一方面减小对注塑模具的削弱。
基于激光的热效应，在注塑成型的过程中加入激光的作用，调控薄壁型腔内的温度，利用温度传感器进行反馈，然后通过PLC控制激光参数，使薄壁型腔和厚壁型腔形成一定的温度差，最终注塑时能够让塑胶流料更顺利充满薄壁区域，保压冷却时厚壁和薄壁能够相对均匀成型，避免翘曲变形和熔接痕等缺陷。
Claims (9)
1.一种激光辅助壁厚不均型注塑件成型的装置，所述装置包括激光控制装置以及卧式注塑机，其特征在于，还设有带光路的注塑模具，带光路的注塑模具中，定模板与位于定模板上方的定模底板固连，定模板与位于定模板下方的动模板之间有四根导柱，可以形成相对运动；位于动模板下方的动模垫板与动模板固连，并固定安装在支架上；支架与位于支架下方的动模底板固连，支架的中空结构中装有可移动的推板，推板上固连一块推杆固定板，三根推杆安装在推杆固定板上；光路设置在定模板内，固定块上粘接一块反射镜，并用内六角螺钉固定在定模板内，在反射镜正下方设置一块凸透镜，凸透镜粘接在定模板内竖直方向的阶梯槽内的台肩上，透镜下方有一块石英玻璃，石英玻璃下方的阶梯槽底面上设有吸收层；定模板右侧还开有水平方向的通槽。
2.如权利要求1所述的一种激光辅助壁厚不均型注塑件成型的装置，其特征在于，激光控制装置由PLC控制柜、PLC控制显示屏、激光发生器和XYZ三坐标滑轨组成，实现激光的参数及位置控制。
3.如权利要求1所述的一种激光辅助壁厚不均型注塑件成型的装置，其特征在于，所述固定块上有一45度斜楔面，用于粘接反射镜；所述定模板右侧通槽为长方形通槽，其中心面与固定块中心面垂直，与斜楔面中心相交。
4.如权利要求1所述的一种激光辅助壁厚不均型注塑件成型的装置，其特征在于，所述动模板中在厚壁型腔和薄壁型腔下方各自安装了一个温度传感器，用于探测两处的温度差，并反馈给控制系统，实现激光调控温度。
5.如权利要求1所述的一种激光辅助壁厚不均型注塑件成型的装置，其特征在于，所述吸收层能够吸收激光能量，并均匀传热给下方的壁面。
6.一种激光辅助壁厚不均型注塑件成型的方法，其特征在于，利用激光的热效应调控薄壁型腔内的成型温度，以控制壁厚不均型塑件均匀成型，减少此类成型过程中的熔接痕和薄壁翘曲等缺陷，具体步骤如下：
A.在原先注塑成型参数的基础上，在薄壁区域局部施加外部热源，用CAE软件进行分析，仿真得出最佳的热源参数；
B.组装特制带光路的模具，并装到卧式注塑机上；
C.根据仿真参数，在激光机上输入激光初始参数，在注塑机上输入之前的成型参数；
D.激光先开始扫描薄壁型腔进行预热，经过一段时间后开始注塑；
E.注塑完成，保压，冷却，取件，并检验。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，原先的注塑成型参数是指之前对于该壁厚不均塑件进行注塑成型的参数，包括注塑压力、注塑温度、注塑时间和保压时间参数；施加的外部热源是一个往复移动的扫描热源，热源参数主要包括扫描速度和功率密度；仿真结果还应探测厚壁与薄壁区域的温度梯度情况，建立温度梯度与热源参数的关系。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤D中，具体预热时间根据塑胶原材料的材料特性以及壁厚差的大小确定，薄壁腔越薄，预热时间越长，预热时间范围在1-25s之间；开始注塑后，利用模具里厚壁型腔和薄壁型腔下的温度传感器对型腔内的温度实时监测，通过反馈系统进行反馈温度差，利用PLC控制对激光参数以及位置的不停自动调整，使得薄壁腔温度高于厚壁腔温度，范围在20℃-100℃之间。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤E中，在冷却过程中，激光继续调控薄壁温度，使厚壁腔和薄壁腔温度一致，从而使薄壁处冷却速度与厚壁处一致，各处体积收缩相对一致，减小因厚壁区域收缩过大而出现翘曲变形的程度。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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