CN116852655A - 一种可调频幅组合变角度振动流道结构的微注塑模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可调频幅组合变角度振动流道结构的微注塑模具，包括设置在定模板中的浇口套；浇口套包括两个相对布置的弧形块，以及位于两个弧形块之间的相对布置的机械振动块和超声振动块；弧形块固连在定模板上；机械振动块、超声振动块均为多块，均逐层叠放在两个弧形块之间；机械振动块、超声振动块和两个弧形块围成内部区域为贯通的流道；流道为变角度结构，从浇口套的入口处到型腔，叠放的机械振动块和超声振动块的内表面倾斜角度逐渐变化，使得流道的截面积逐渐变大。机械振动块和超声振动块分别与振动源相连，为聚合物熔体施加增加的振动作用，减低聚合物熔体注塑过程中的粘度，提高流动性及填充能力。

Description

一种可调频幅组合变角度振动流道结构的微注塑模具

技术领域

本发明涉及聚合物细微结构制造领域，尤其涉及一种可调频幅组合变角度振动流道结构的微注塑模具。

背景技术

微注塑技术是一种应用广泛的技术，特别适用于制造尺寸微小的微型塑件，例如光学摄像头、微流控芯片等。这些产品通常要求非常高的精度，以确保它们的性能和稳定性。并且有些制品的服役条件恶劣，例如航天航空、医疗检测等领域，对机械性能的要求也非常苛刻。然而，在微型塑件的生产过程中，由于尺度效应的影响，会受到加工条件的限制，很容易出现各种缺陷。例如，由于充填过程中聚合物熔体的粘度增加导致流动阻力增加，塑料材料的流动不均匀，导致制品表面出现弯曲或扭曲，熔接痕明显；聚合物熔体在注塑过程中产生的气体困在微型腔内，无法顺利排出，造成产品气穴、烧伤等问题。因此，为了确保微型塑件的质量和性能，需要采用高精度的微注塑技术，并对注塑工艺进行精细的控制和调整。只有这样，才能满足微型塑件对精度和质量的要求，同时应对恶劣的服役条件，确保微型塑件的可靠性和稳定性。

振动辅助注塑技术是一种将振动技术应用于注塑加工中的新型注塑技术。它采用机械振动或超声振动辅助注塑，通过振动作用使熔融塑料颗粒更加均匀地分散在熔融状态下的基质中，从而提高其流动性和均匀性，使得塑料更加均匀地填充到模具中，避免出现填充不足或浇口位置不均等缺陷；降低熔融塑料的粘度，从而降低填充模具所需的压力和能耗，提高生产效率；提高材料的分子交换，改善材料的结晶行为，从而提高产品的物理和机械性能。该技术可以应用于各种高分子材料，包括热塑性塑料，热固性塑料，橡胶和复合材料等，以制造各种类型的注塑制品，如汽车零部件，医疗器械，电子产品外壳等。但是在微注塑领域，微注塑制品的细微结构较多，导致了其对应的模具的模仁结构十分复杂。这些结构包括紧密排列的流道、顶针、排气等结构，增加了模具制造和注塑工艺的难度。目前，振动辅助注塑技术的振动源一般较大，如超声发生器、音圈电机等，难以将其集成到微注塑模具的模仁中。这就导致了振动辅助技术在微注塑领域应用受到了一定限制。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种超声振动与抽真空集成的微注塑模具及成型方法”，其公告号：CN102601936，公开了一种将超声振子端面加工成型腔的一部分的模具结构，但是该方案生产的制品结构简单，无法应用在具有复杂模仁结构的模具中去。

发明内容

为了解决振动辅助技术无法应用到具有复杂模仁结构的微注塑模具去，振动对聚合物材料加工性能提升效果不够理想的问题，本发明提供一种具有可调频幅组合振动流道结构的微注塑模具，通过在流道中增加超声振动和机械振动组件，在不影响模具模仁结构的前提下，可以对流经流道的聚合物熔体最大限度的施加振动，并能够灵活改变振动角度(0°-80°)、顺序及其组合，通过对超声振动功率、机械振动频率和幅度进行控制，实现多元场景下多组分聚合物的微形态改善，提高微注塑制品的性能。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种可调频幅组合变角度振动流道结构的微注塑模具，包括动模板和定模板，还包括设置在定模板中的浇口套；

所述浇口套包括两个相对布置的弧形块，以及位于两个所述弧形块之间的相对布置的机械振动块和超声振动块；两个弧形块固连在所述定模板上；所述机械振动块、超声振动块均为多块，多块所述机械振动块逐层叠放在两个所述弧形块之间，多块所述超声振动块逐层叠放在两个所述弧形块之间；所述机械振动块、超声振动块和两个弧形块围成内部区域为贯通的流道；所述流道为变角度结构，从所述浇口套的入口处到型腔，叠放的机械振动块和超声振动块的内表面倾斜角度逐渐变化，使得所述流道的截面积逐渐变大；

所述微注塑模具还包括超声换能器、超声发生器、音圈电机和控制器；所述超声换能器固定在所述定模板上，且所述超声换能器的探头穿过所述定模板伸入所述定模板放置浇口套的贯通孔内，用于与所述超声振动块固连；所述音圈电机通过导线与所述控制器相连，所述音圈电机固定在所述定模板上，其输出轴同样穿过所述定模板伸入所述定模板放置浇口套的贯通孔内，用于与所述机械振动块固连；所述超声发生器、超声换能器、超声振动块组成超声振动单元，所述控制器、音圈电机和机械振动块组成机械振动单元。

进一步地，所述机械机械振动块、超声振动块上开设三个孔，当振动块被用于施加振动时，位于中间的孔用于与超声换能器或音圈电机固连；当振动块不用于施加振动时，通过两侧的孔将振动块与定模板固连。

进一步地，为给所述机械振动块的运动提供空间，在所述机械振动块靠近所述音圈电机的一侧布有若干弹簧结构。

进一步地，为给所述超声振动块的运动提供空间，所述超声振动块靠近所述超声换能器的侧面上布有橡胶垫圈。

进一步地，所述超声振动单元为所述流道内的聚合物熔体施加高频低幅振动，所述机械振动单元为所述流道内的聚合物熔体施加低频高幅振动。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过在流道中施加振动，可以有效改善聚合物熔体的流动性能和成型质量。相比于在模仁附近增加振动的方式，流道中施加振动可以更加精确地控制聚合物熔体的流动，并且有效地避免精密注塑模仁结构复杂，体积较小的缺点，规避振动对模仁结构、顶针布置等造成的影响。另外，由于流道的体积较小，流体都会通过流道，因此振动效果更为明显。

(2)本发明能够提高注塑制品的质量和生产效率，应用前景广阔。

(3)本发明的振动块为小块组装的结构，可以实现振动角度的变化，通过改变振动作用位置实现振动方向的变化；并且可以根据不同填料/高分子复合材料的种类和组成成分自定义调节振动的角度、大小及其组合，以不同的方向和形式进行施加，以达到最佳成型效果。

附图说明

图1为本发明实施例的可调频幅组合变角度振动流道结构的微注塑模具的主剖视图。

图2为超声振动块与机械振动块各自的固定方式示意图，其中图(a)为处于工作状态的振动块的连接示意图，图(b)为非工作状态下振动块被固定在定模板11上的结构示意图。

图3为从流道入口方向观察的微注塑模具的示意图。

图4为本发明实施的微注塑模具的使用方法流程图。

图5为将超声发生器和音圈电机组装到两侧不同位置的振动块上的结构示意图。

图中，1-动模固定板；2-推板固定板；3-推杆；4-顶棍孔；5-顶针；6-推板；7-导柱；8-动模支撑板；9-动模板；10-微结构型腔；11-定模板；12-超声发生器；13-超声换能器；14-定模固定板；15-超声振动块；16-浇口套；17-浇口套定位圈；18-机械振动块；19-音圈电机；20-控制器；21-弹簧；22-限位螺钉；23-橡胶垫圈；24-流道，25-弧形块。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的原理是：将振动应用于微注塑模具的流道结构中，通过对流道中不同角度的振动块与振动组件连接，将不同的形式的振动通过不同的方式进行组合，形成对应的机械/超声复合振动场，对聚合物熔体施加振动剪切场，使得聚合物熔体在外加复合振动场下分子链解缠结以及结晶性能等微观结构发生变化。

如图1所示，本实施例的可调频幅组合变角度振动流道结构的微注塑模具，包括动模板9和定模板11，动模板9通过动模支撑板8、导柱7、推板6、顶针5、推杆3、动模固定板1、推板固定板2压紧在定模板11和定模固定板14，实现模具锁模时，动模板9和定模板11形成含有微结构的产品型腔。动模板9和定模板11内部均设置有冷却管路，用于对模具进行温度控制，且动模板9和定模板11内部的冷却管路之间不连接。定模板11上开设有贯通孔，浇口套16安装在定模板11的贯通孔中。

如图1和图3所示，本实施例中，浇口套16包括两个相对布置的弧形块25，以及位于两个弧形块25之间的相对布置的机械振动块18和超声振动块15。两个相对布置的弧形块25均固连在定模板11上。机械振动块18和超声振动块15均为多块，逐层叠放在两个弧形块25之间。机械振动块18、超声振动块15和两个弧形块25围成内部区域为贯通的流道24。从浇口套16的入口处到型腔，叠放的机械振动块18和超声振动块15的内表面倾斜角度逐渐变化，使得流道24的截面积逐渐变大，即流道24为变角度结构。浇口套16通过固定在定模固定板14上的浇口套定位圈17实现轴向限位。

如图1所示，本实施例中，微注塑模具还包括超声换能器13和超声发生器12，超声换能器13通过其自带的法兰结构由螺钉固定在定模板11上，并通过导线与超声波发生器12相连。超声换能器13包括依次连接的转换器、放大器和探头，探头穿过定模板11深入定模板11的贯通孔内，与其中一个超声振动块15通过螺纹连接。超声发生器12、超声换能器13、超声振动块15组成超声振动单元。超声振动单元能够提供1-10μm的高频低幅振动，频率范围在20kHz-40kHz之间，功率最高可达1200W，通过调整转换器、放大器和探头的设置进行调整。超声振动单元在聚合物熔体流动方向上提供给定的高频振动，以提高材料的分子交换，改善材料的结晶行为,并让聚合物熔体的分子链承受小位移的高频振动，从而动态解缠结，进一步改善聚合物熔体的拉伸取向。如图2所示，为给超声振动块15的运动提供空间，超声振动块15靠近超声换能器13的侧面上布有橡胶垫圈23。

如图1所示，本实施例中，微注塑模具还包括音圈电机19和控制器20，音圈电机19固定在定模板11上，其输出轴与其中一个机械振动块18螺纹连接。音圈电机19还通过导线与控制器20相连。控制器20、音圈电机19和机械振动块18组成机械振动单元，提供的低频高幅振动的振幅为0-5mm，频率为0-100Hz。通过控制器20调整音圈电机19产生的机械振动，进一步的由机械振动块18进行传递，从而使聚合物熔体在流经流道24时跟随机械振动块18往复移动，从而在对应的角度上提供往复的高幅剪切作用，让聚合物熔体中的分子链在该方向上承受大位移的持续拉伸运动。同样地，如图2所示，为给机械振动块18的运动提供空间，在机械振动块18靠近音圈电机19的一侧布有若干弹簧结构21。

因机械振动块18和超声振动块15均为多个，每次使用一个振动块施加振动。因此，在施加振动时，被选中的机械振动块18和超声振动块15通过中间的螺孔分别与音圈电机19、超声换能器13的探头螺纹连接，将振动单元产生的振动传递给熔体。剩余的机械振动块18和超声振动块15则通过两侧的螺纹孔将其固定在定模板11上。因振动块组成流道的倾斜角度不同，因此通过连接不同的机械振动块18和超声振动块15，可以用来改变施加振动的角度、组合等。

如图4所示，采用本发明的可调频幅组合变角度振动流道结构的微注塑模具进行微注塑的流程如下：

1.根据不同填料/高分子复合材料的种类和组成成分选择振动的角度、大小及其组合选择所要叠加的振动方式，以图1为例，选择超声振动和机械振动同时在相同角度的振动块上触发，将其所对应的振动块与振动组件连接，其余振动块通过限位螺钉锁死，作为流道的一部分，根据选择进行模具的组装工作，并安装到注塑机上。

2.对聚合物原料进行烘干处理，对注塑机的注塑单元进行预热处理。

3.进行注塑，使未取向的聚合物经过浇口套16和流道24对微结构型腔进行充填，此时，通过调控驱动电信号和增减变幅杆可以调节超声振动的频幅峰，让聚合物熔体中的分子链承受小位移的高频振动用于动态解缠结，利用音圈电机19在流动方向产生叠加往复机械作用，通过调节电机的输入电信号可以控制活塞的机械振动频幅峰，让聚合物熔体中的分子链在对应振动方向上承受大位移的持续拉伸运动以及小位移的高频振动，迫使聚合物熔体分子链动态解缠结，从而实现聚合物熔体良好的拉伸取向。

在施加叠加振动场后，聚合物经过一段时间后冷却定型，经过开模获得微观结构以及力学性能得到改善的微结构制品后，完成一次加工过程，并可以继续合模，由注塑系统注入未经取向的聚合物熔体，开始下一循环。

下面结合几个实施例具体说明本发明。

实施例1

在组装模具时，通过将超声换能器13和音圈电机19组装到两侧相同位置的振动块上，可叠加为宽频幅振动方式对聚合物产生作用。

如图1所示，当聚合物熔体经过注塑机喷嘴流经流道24时，对超声发生器12和音圈电机控制器19产生激发信号，超声探头发出高频低幅的振动，音圈电机19发出低频高幅的振动，两种振动方式在同一法向方向进行协同叠加为宽频幅振动，对流经流道24的熔体产生剪切作用，有效诱导高分子链解缠结、促进取向结构形成。

通过上述实施方式，对于单组分聚合物熔体，通过叠加振动场可有效降低分子链缠结程度、定向调控聚集态结构，并有效降低熔体粘度，提高熔体流动性，更加充分的充填到微结构模具中。

实施例2

模具组装时，通过将超声发生器12和音圈电机19组装到两侧不同位置的振动块上，先后对聚合物产生不同的剪切作用。

如图5所示，当聚合物熔体经过注塑机喷嘴流经流道24时，首先流经机械振动块18，音圈电机19发出低频高幅的振动，产生大幅度的剪切作用，诱导高分子链解缠结，之后流经超声振动块15，超声探头发出高频低幅的振动，破坏聚合物分子链之间的力，从而降低熔体的粘度，减少流道阻力，提高熔体的填充性能。两种振动方式对流经流道的熔体有顺序的施加振动，诱导高分子链解缠结，提高熔体流动性。

通过上述实施方式，对于多组分聚合物熔体，先通过机械振动的方式打破熔体中的气泡、空洞和颗粒团聚，之后通过超声振动调整聚合物熔体不同组分的分布情况，提高产品的质量和一致性。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可调频幅组合变角度振动流道结构的微注塑模具，其特征在于，包括动模板和定模板，还包括设置在定模板中的浇口套；

所述浇口套包括两个相对布置的弧形块，以及位于两个所述弧形块之间的相对布置的机械振动块和超声振动块；两个弧形块固连在所述定模板上；所述机械振动块、超声振动块均为多块，多块所述机械振动块逐层叠放在两个所述弧形块之间，多块所述超声振动块逐层叠放在两个所述弧形块之间；所述机械振动块、超声振动块和两个弧形块围成内部区域为贯通的流道；所述流道为变角度结构，从所述浇口套的入口处到型腔，叠放的机械振动块和超声振动块的内表面倾斜角度逐渐变化，使得所述流道的截面积逐渐变大；

所述微注塑模具还包括超声换能器、超声发生器、音圈电机和控制器；所述超声换能器固定在所述定模板上，且所述超声换能器的探头穿过所述定模板伸入所述定模板放置浇口套的贯通孔内，用于与所述超声振动块固连；所述音圈电机通过导线与所述控制器相连，所述音圈电机固定在所述定模板上，其输出轴同样穿过所述定模板伸入所述定模板放置浇口套的贯通孔内，用于与所述机械振动块固连；所述超声发生器、超声换能器、超声振动块组成超声振动单元，所述控制器、音圈电机和机械振动块组成机械振动单元。

2.根据权利要求1所述的可调频幅组合变角度振动流道结构的微注塑模具，其特征在于，所述机械机械振动块、超声振动块上开设三个孔，当振动块被用于施加振动时，位于中间的孔用于与超声换能器或音圈电机固连；当振动块不用于施加振动时，通过两侧的孔将振动块与定模板固连。

3.根据权利要求1所述的可调频幅组合变角度振动流道结构的微注塑模具，其特征在于，为给所述机械振动块的运动提供空间，在所述机械振动块靠近所述音圈电机的一侧布有若干弹簧结构。

4.根据权利要求1所述的可调频幅组合变角度振动流道结构的微注塑模具，其特征在于，为给所述超声振动块的运动提供空间，所述超声振动块靠近所述超声换能器的侧面上布有橡胶垫圈。

5.根据权利要求1所述的可调频幅组合变角度振动流道结构的微注塑模具，其特征在于，所述超声振动单元为所述流道内的聚合物熔体施加高频低幅振动，所述机械振动单元为所述流道内的聚合物熔体施加低频高幅振动。