CN117429024A - 超声塑化注射成型设备及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于超声注塑技术领域，尤其涉及一种超声塑化注射成型设备及其控制方法，该超声塑化注射成型设备采用分体式机械锁模装置设计，以匹配超声塑化单元，使锁模力的合理分布，同时减少设备高度，使结构紧凑；升降装置中升降座的运动、曲肘锁模装置的动作以及超声塑化单元中超声工具头的动作均采用电动控制，减轻设备质量，且不存在漏液现象，能够实现高端医疗器械制品和微纳结构制品的精准成型。该超声塑化注射成型设备的控制方法能够提供两种不同的锁模力方式，可以根据制品所需锁模力的大小，推荐合适的锁模方式，实现更大范围不同数量级锁模力输出，增加设备的使用寿命。
Description
技术领域
本申请涉及超声注塑技术领域，尤其涉及一种超声塑化注射成型设备及其控制方法。
背景技术
注射成型技术是一种注射兼模塑的成型方法，其优点包括生产速度快、效率高，操作可实现自动化，花色品种多，形状可以由简到繁，尺寸可以由大到小，而且制品尺寸精确，产品易更新换代，能成形状复杂的制件，应用极为广泛。其中，微注射成型技术以其低廉的成本、便捷的加工等优势成为了研究人员的重点关注的对象，而微注射成型技术也存在填充困难、材料浪费等问题。针对上述问题，“超声塑化”技术应运而生，超声塑化技术有两种生产模式，一种为“超声工具头塑化并注射”模式，另一种为“超声工具头塑化，柱塞注射”模式，不管是哪种模式，在注塑过程中，超声塑化单元都需要与合模装置配合使用。
现有的注射成型设备一般都是采用液压装置进行合模，这就导致设备质量重，且容易漏液，使用不便，对于一些特殊应用场景零件的成型不允许应用液压设备。
发明内容
本申请实施例提供了一种超声塑化注射成型设备及其控制方法，用于解决现有的注射成型设备一般都是采用液压装置进行合模，设备质量重，容易漏液，应用场景受限的技术问题。
为此，根据本申请的一个方面，提供了一种超声塑化注射成型设备，包括：
工作台；
支架，设置于所述工作台上；
升降装置，包括升降座和电动升降机构，所述电动升降机构设置于所述支架上，所述升降座设置于所述电动升降机构上，并能够在所述电动升降机构的作用下在所述支架的高度方向上运动；
曲肘锁模装置，包括动模板、曲肘连杆机构和电动驱动机构，所述动模板位于所述升降座的下方，两对所述曲肘连杆机构分别设置于所述升降座的相对两端与所述动模板之间，所述电动驱动机构设置于所述升降座上并传动连接于两对所述曲肘连杆机构，所述电动驱动机构用于驱动两对所述曲肘连杆机构动作，以带动所述动模板在所述支架的高度方向上运动；
模具单元，包括上模芯、下模芯和第一压力传感器，所述上模芯上设置有上通孔，所述动模板上设置有上下贯穿所述动模板的中部的中心孔，所述上模芯安装于所述动模板的下表面，且所述上通孔与所述中心孔连通，所述第一压力传感器设置于所述上模芯与所述动模板之间，所述下模芯安装在于所述工作台上；
超声塑化单元，包括振子安装板、超声工具头、导柱、传动丝杆和伺服电机，所述导柱的下端固定于所述动模板的上表面，所述传动丝杆的下端转动连接于所述动模板的上表面，所述导柱和所述传动丝杆均沿所述支架的高度方向向上延伸，所述振子安装板滑动设置于所述导柱上并螺纹连接于所述传动丝杆，所述超声工具头安装于所述振子安装板上并与所述中心孔同轴，所述伺服电机传动连接于所述传动丝杆，并用于驱动所述传动丝杆转动，进而驱动所述超声工具头经所述中心孔插入所述上模芯或从所述上模芯内拔出；以及
控制系统，分别电连接于所述电动升降机构、所述电动驱动机构、所述第一压力传感器、所述超声工具头和所述伺服电机。
根据本申请的另一个方面，提供了一种超声塑化注射成型设备的控制方法，使用如上所述的超声塑化注射成型设备，所述控制方法包括以下步骤：
S1.启动设备，在所述控制系统中查看已安装的超声工具头的信息，同时，确定是否需要更换超声工具头；若无需更换，则所述控制系统根据超声工具头的信息，控制所述伺服电机驱动所述传动丝杆旋转，将超声工具头移动至预设初始位置L1；若需要更换，则所述控制系统控制所述伺服电机将超声工具头移动至预设零位LO,在将已安装的超声工具头拆卸后，在所述控制系统中输入将要更换的超声工具头的信息，所述控制系统对已安装的超声工具头的信息进行更新，并控制所述伺服电机将超声工具头移动至预设零位LO，在所述振子安装板上安装好需要更换的超声工具头后，所述控制系统控制所述伺服电机将超声工具头移动至预设初始位置L1；
S2.所述控制系统下达指令给所述电动驱动机构，通过所述曲肘连杆机构驱动所述动模板运动至初始位置M0，在所述初始位置M0时，所述模具单元处于开模状态；
S3.在所述控制系统中输入所述上模芯的高度H1和所述下模芯的高度H2，以及制品的投影表面积、是否存在微结构和微结构尺寸，计算出成型此类制品需要的锁模力R预设，所述控制系统根据存储的一般锁模力范围R1-R2和超大锁模力范围R3-R4进行判断，其中R1＜R2＜R3＜R4，若R1＜R预设＜R2，则所述控制系统推荐一般锁模力方式；若R3＜R预设＜R4，则所述控制系统推荐超大锁模力方式；
S4.若选择所述一般锁模力方式，则所述控制系统根据所述锁模力R预设、所述电动驱动机构和所述曲肘连杆机构的信息计算出所述动模板的合模阶段行程M1、所述第一压力传感器的接触压力阈值P接触以及所述升降座的升降行程K设1，在所述合模阶段行程M1下，所述曲肘连杆机构无法形成自锁；若选择所述超大锁模力方式，则所述控制系统根据所述锁模力R预设、所述电动驱动机构和所述曲肘连杆机构的信息计算出所述升降座的升降行程K设2以及所述动模板的合模阶段行程M2，在所述合模阶段行程M2下，所述曲肘连杆机构形成自锁。
本申请提供的超声塑化注射成型设备及其控制方法的有益效果在于：与现有技术相比，本申请的超声塑化注射成型设备采用分体式机械锁模装置设计，以匹配超声塑化单元，使锁模力的合理分布，同时减少设备高度，使结构紧凑；将曲肘锁模装置设计在设备上端，实现了超声塑化微注射成型设备的低工位操作，方便操作人员取件嵌件；升降装置中升降座的运动、曲肘锁模装置的动作以及超声塑化单元中超声工具头的动作均采用电动控制，减轻设备质量，且不存在漏液现象，能够实现高端医疗器械制品和微纳结构制品的精准成型。
该超声塑化注射成型设备的控制方法能够提供两种不同的锁模力方式，可以根据制品所需锁模力的大小，推荐合适的锁模方式，实现更大范围不同数量级锁模力输出，增加设备的使用寿命。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1是本申请一实施例示出的超声塑化注射成型设备的整体结构示意图；
图2是本申请一实施例示出的超声塑化注射成型设备中支架与升降装置的连接结构示意图；
图3是本申请一实施例示出的超声塑化注射成型设备中升降装置的升降座与曲肘锁模装置的连接结构示意图；
图4是本申请一实施例示出的超声塑化注射成型设备中曲肘锁模装置的动模板与超声塑化单元的连接结构示意图；
图5是本申请一实施例示出的超声塑化注射成型设备中的部分结构示意图；
图6是本申请一实施例示出的超声塑化注射成型设备中超声塑化单元、模具单元以及柱塞上升机构的剖视结构示意图。
主要元件符号说明：
100、工作台；110、转盘；
200、支架；210、C型板；
300、升降装置；310、升降座；320、电动升降机构；321、升降驱动电机；322、第一同步带传动机构；323、传动杆；
400、曲肘锁模装置；410、动模板；411、中心孔；420、曲肘连杆机构；421、上连杆；422、下连杆；423、小连杆；424、推座；430、电动驱动机构；431、开合驱动电机；432、第二同步带传动机构；433、丝杠螺母传动副；
500、模具单元；510、上模芯；511、上通孔；520、下模芯；521、料仓；530、第一压力传感器；
600、超声塑化单元；610、振子安装板；620、超声工具头；630、导柱；640、传动丝杆；650、伺服电机；
700、控制系统；
800、柱塞上升机构；810、柱塞上升模块；811、柱塞；820、顶出机构。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以通过许多其他不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
还需说明的是，本申请实施例中以同一附图标记表示同一组成部分或同一零部件，对于本申请实施例中相同的零部件，图中可能仅以其中一个零件或部件为例标注了附图标记，应理解的是，对于其他相同的零件或部件，附图标记同样适用。
根据本申请的一个方面，本申请的实施例提供了一种超声塑化注射成型设备，如图1所示，该超声塑化注射成型设备包括工作台100、支架200、升降装置300、曲肘锁模装置400、模具单元500、超声塑化单元600以及控制系统700，支架200设置于工作台100上。
参阅图2，升降装置300包括升降座310和电动升降机构320，电动升降机构320设置于支架200上，升降座310设置于电动升降机构320上，并能够在电动升降机构320的作用下在支架200的高度方向上运动。
参阅图3，曲肘锁模装置400包括动模板410、曲肘连杆机构420和电动驱动机构430，动模板410位于升降座310的下方，两对曲肘连杆机构420分别设置于升降座310的相对两端与动模板410之间，电动驱动机构430设置于升降座310上并传动连接于两对曲肘连杆机构420，电动驱动机构430用于驱动两对曲肘连杆机构420动作，以带动动模板410在支架200的高度方向上运动。
参阅图4和图6，模具单元500包括上模芯510、下模芯520和第一压力传感器530，上模芯510上设置有上通孔511，动模板410上设置有上下贯穿动模板410的中部的中心孔411，上模芯510安装于动模板410的下表面，且上通孔511与中心孔411连通，第一压力传感器530设置于上模芯510与动模板410之间，下模芯520安装在于工作台100上。
参阅图4和图6，超声塑化单元600包括振子安装板610、超声工具头620、导柱630、传动丝杆640和伺服电机650，导柱630的下端固定于动模板410的上表面，传动丝杆640的下端转动连接于动模板410的上表面，导柱630和传动丝杆640均沿支架200的高度方向向上延伸，振子安装板610滑动设置于导柱630上并螺纹连接于传动丝杆640，超声工具头620安装于振子安装板610上并与中心孔411同轴，伺服电机650传动连接于传动丝杆640，并用于驱动传动丝杆640转动，进而驱动超声工具头620经中心孔411插入上模芯510或从上模芯510内拔出。
控制系统700分别电连接于电动升降机构320、电动驱动机构430、第一压力传感器530、超声工具头620和伺服电机650。
在本申请实施例中，该超声塑化注射成型设备采用分体式机械锁模装置设计，以匹配超声塑化单元600，使锁模力的合理分布，同时减少设备高度，使结构紧凑；将曲肘锁模装置400设计在设备上端，实现了超声塑化微注射成型设备的低工位操作，方便操作人员取件嵌件；升降装置300中升降座310的运动、曲肘锁模装置400的动作以及超声塑化单元600中超声工具头620的动作均采用电动控制，减轻设备质量，且不存在漏液现象，能够实现高端医疗器械制品和微纳结构制品的精准成型。
在一种实施例中，如图1-图2所示，支架200包括两块带立柱加强结构的C型板210，两块带立柱加强结构的C型板210一左一右对称放置。
进一步地，为提高支架200的结构强度，两块C型板210的前上部通过前加强板连接，两块C型板210的顶端通过上加强板连接，两块C型板210的后上部通过后加强板连接，两块C型板210的后下部通过下连接板连接，多个隔板安装在下连接板的上表面。
在一种实施例中，如图2所示，电动升降机构320包括升降驱动电机321、第一同步带传动机构322以及两根传动杆323，两根传动杆323均转动设置于支架200的顶部，且两根传动杆323的轴向平行于支架200的高度方向，两根传动杆323的下端分别通过螺纹连接于升降座310的相对两端，升降驱动电机321设置于支架200上，升降驱动电机321通过第一同步带传动机构322驱动两根传动杆323以相同的旋向同时旋转，进而驱动升降座310在支架200的高度方向上运动。可以理解，电动升降机构320中的两根传动杆323分别作用于升降座310的相对两端，使得升降座310以及直接或间接安装在升降座310上的曲肘锁模装置400和超声塑化单元600升降平稳可靠。
如图3所示，电动驱动机构430包括开合驱动电机431、第二同步带传动机构432以及两组丝杠螺母传动副433，两组丝杠螺母传动副433分别设置于升降座310的相对两端，且每组丝杠螺母传动副433的丝杠转动连接于升降座310，每组丝杠螺母传动副433的螺母连接于对应的曲肘连杆机构420，开合驱动电机431设置于升降座310上，开合驱动电机431通过第二同步带传动机构432驱动两组丝杠螺母传动副433的丝杠以相同的旋向同时旋转，以驱动两对曲肘连杆机构420动作，进而带动动模板410在支架200的高度方向上运动。可以理解，电动驱动机构430中的两组丝杠螺母传动副433分别作用于两对曲肘连杆机构420上，使得在锁模时，动模板410以及安装在动模板410上的上模芯510受力均匀。
其中，每对曲肘连杆机构420均包括两个上连杆421、两个下连杆422、两个小连杆423和一个推座424，两个上连杆421的上端分别通过上铰接座与升降座310的下端面铰接，两个下连杆422的下端分别通过下铰座与动模板410的上端面铰接，每个下铰座与动模板410的上端面之间分别设置有一变形块，两个上连杆421的下端与两个下连杆422的上端分别一一对应铰接，两个小连杆423分别铰接于推座424与两个上连杆421之间，推座424固定于丝杠螺母传动副433的螺母上。
需要说明的是，在本申请的实施例中，超声塑化注射成型设备可采用“超声工具头620塑化并注射”模式，也可采用“超声工具头620塑化，柱塞注射”模式，当采用“超声工具头620塑化，柱塞注射”的模式时，该超声塑化注射成型设备还包括柱塞上升机构800，如图5-图6所示，柱塞上升机构800包括柱塞上升模块810、顶出机构820、第二压力传感器(图未示)，柱塞上升模块810安装于工作台100正对下模芯520的下方，下模芯520内设置有料仓521，下模芯520和工作台100上设置有与柱塞上升模块810的柱塞811同轴的贯穿孔，贯穿孔连通于料仓521，顶出机构820安装在柱塞上升模块810上，第二压力传感器安装于柱塞上升模块810的柱塞811下方。
在一些实施例中，如图1和图4所示，工作台100上设置有转盘110，转盘110上上设置有多个工位，每个工位上分别安装有一下模芯520。由此设计，通过转盘110转动，可以依次对每个工位上设置的下模芯520进行塑化流程，提高生产效率。
根据本申请的另一个方面，本申请的实施例还提供了一种超声塑化注射成型设备的控制方法，使用上述任一实施例中的超声塑化注射成型设备(如图1-图6所示)，该控制方法包括以下步骤：
S1.启动设备，在控制系统700中查看已安装的超声工具头620的信息，同时，确定是否需要更换超声工具头620；若无需更换，则控制系统700根据超声工具头620的信息，控制伺服电机650驱动传动丝杆640旋转，将超声工具头620移动至预设初始位置L1(预设初始位置L1：超声工具头620下端面距离动模板410的上平面5-10mm位置)；若需要更换，则控制系统700控制伺服电机650将超声工具头620移动至预设零位LO(预设零位LO：系统根据超声工具头620尺寸信息计算的方便拆卸和安装的位置)，在将已安装的超声工具头620拆卸后，在控制系统700中输入将要更换的超声工具头620的信息，控制系统700对已安装的超声工具头620的信息进行更新，并控制伺服电机650将超声工具头620移动至预设零位LO，在振子安装板610上安装好需要更换的超声工具头620后，控制系统700控制伺服电机650将超声工具头620移动至预设初始位置L1；在该步骤中，根据不同频率超声工具头620不同拆装位置的原理，采用超声工具头620位置集成式控制方法，通过设置不同超声工具头620预设零位和预设初始位置来实现不同频率超声工具头620的拆装和复位。
S2.控制系统700下达指令给电动驱动机构430，通过曲肘连杆机构420驱动动模板410运动至初始位置M0，在初始位置M0时，模具单元500处于开模状态。
S3.在控制系统700中输入上模芯510的高度H1和下模芯520的高度H2，以及制品的投影表面积、是否存在微结构和微结构尺寸，计算出成型此类制品需要的锁模力R预设，控制系统700根据存储的一般锁模力范围R1-R2和超大锁模力范围R3-R4进行判断，其中R1＜R2＜R3＜R4，若R1＜R预设＜R2，则控制系统700推荐一般锁模力方式；若R3＜R预设＜R4，则控制系统700推荐超大锁模力方式。
S4.若选择一般锁模力方式，则控制系统700根据锁模力R预设、电动驱动机构430和曲肘连杆机构420的信息计算出动模板410的合模阶段行程M1、第一压力传感器530的接触压力阈值P接触以及升降座310的升降行程K设1，在合模阶段行程M1下，曲肘连杆机构420无法形成自锁；若选择超大锁模力方式，则控制系统700根据锁模力R预设、电动驱动机构430和曲肘连杆机构420的信息计算出升降座310的升降行程K设2以及动模板410的合模阶段行程M2，在合模阶段行程M2下，曲肘连杆机构420形成自锁。
在本申请实施例中，该控制方法能够提供两种不同的锁模力方式，可以根据制品所需锁模力的大小，推荐合适的锁模方式，实现更大范围不同数量级锁模力输出，增加设备的使用寿命。
在步骤S4中，若选择一般锁模力方式，则执行以下步骤：
S411.控制系统700判断升降行程K设1是否在升降装置300的升降座310的可移动行程范围K0-K1内，若K设1在K0-K1外，则控制系统700发出警报；若K设1在K0-K1内，则控制系统700下达指令给电动升降机构320，以驱动升降座310运动到升降初始位置B0，升降初始位置B0对应于升降座310所能上升的最高位置。
S412.在控制系统700上确认设置完成后，控制系统700控制曲肘锁模装置400进入空行程阶段，动模板410下降，直至完成空行程下降距离M空或者第一压力传感器530显示的压力值P实际＞0时，曲肘锁模装置400停止动作；此时，若P实际＝0，则执行下一步骤；若P实际＞0，则控制系统700报错，提示模具单元500的高度超出允许范围。
S413.控制系统700下达指令给电动升降机构320，驱动升降座310向下运动，直至第一压力传感器530显示的压力值P实际与控制系统700中设定的接触压力阈值P接触误差在2％以内，或者升降座310的运动行程＞K1时，电动升降机构320停止工作，此时，控制系统700通过激光位移传感器测量升降座310的实际运动位移K实际，并与K设1、K0和K1进行对比：
若K实际＜K0，则控制升降座310返回初始位置B0，同时控制系统700报错，提示模具单元500的高度大于规定高度范围；
若K0＜K实际＜K1且K设1≠K实际，则控制升降座310返回初始位置B0，同时控制系统700报错，提示重新输入正确的H1和H2；
若K实际＝K设1，则电动升降机构320锁死，继续执行下一步指令；
若P实际＝0，且K实际＝K1，则控制升降座310返回初始位置B0，同时控制系统700报错，提示模具单元500的高度小于规定高度范围。
S414.控制系统700在接收到可执行下一步指令后，下达指令给电动驱动机构430，驱动动模板410继续下降，下降距离为合模阶段行程M1，保持扭矩，然后对锁模力进行校正。
在步骤S414中，对锁模力进行校正具体如下：
控制系统700读取曲肘连杆机构420的各连杆上的应变片的应变值转变的各合模力值，若各合模力值之间数值不相等，则控制动模板410返回至初始位置M0；若各合模力值之间数值相等，则继续与R预设进行对比：
若R预设＝各合模力值之和，则认为达到锁模力需求，电动驱动机构430锁死，锁模力校正完成；
若R预设＞各合模力值之和，说明实际合模力＜R预设，则控制电动驱动机构430增大扭矩，直至各合模力值之和＝R预设，电动驱动机构430锁死，锁模力校正完成；
若R预设＜各合模力值之和，说明实际合模力＞R预设，则控制电动驱动机构430减小扭矩，直至各合模力值之和＝R预设，电动驱动机构430锁死，锁模力校正完成。
在步骤S4中，若选择超大锁模力方式，则执行以下步骤：
S421.控制系统700判断升降行程K设2是否在升降装置300的升降座310的可移动行程范围K0-K1内，若K设2在K0-K1外，则控制系统700发出警报；若K设2在K0-K1内，则控制系统700下达指令给电动升降机构320，以驱动升降座310运动到升降初始位置B0，升降初始位置B0对应于升降座310所能上升的最高位置。
S422.在控制系统700上确认设置完成后，控制系统700控制曲肘锁模装置400进入空行程阶段，动模板410下降，直至完成空行程下降距离M空，或者第一压力传感器530显示的压力值P实际＞0时，曲肘锁模装置400停止动作；此时，若P实际＝0，则系统执行下一步骤；若P实际＞0，则控制系统700报错，提示模具单元500的高度超出允许范围。
S423.控制系统700下达指令给电动升降机构320，驱动升降座310向下运动，直至完成下降距离K设2，或者升降座310的运动行程＞K1时，电动升降机构320停止工作，此时，测量升降座310的实际运动位移K实际，并与K设2、K0和K1进行对比：
若K实际＜K0，则控制升降座310返回初始位置B0，同时控制系统700报错，提示模具单元500的高度大于规定高度范围；
若K0＜K实际＜K1且K设2≠K实际，则控制升降座310返回初始位置B0，同时控制系统700报错，提示重新输入正确的H1和H2；
若K实际＝K设2，则锁死电动升降机构320，继续执行下一步指令；
若P实际＝0，且K实际＝K1，则控制升降座310返回初始位置B0，同时控制系统700报错，提示模具单元500的高度小于规定高度范围。
S424.控制系统700在接收到可执行下一步指令后，下达指令给电动驱动机构430，驱动动模板410继续下降，下降距离为合模阶段行程M2，保持扭矩，曲肘连杆机构420完成自锁，然后对锁模力进行校正。
步骤S424中，对锁模力进行校正具体如下：
控制系统700读取曲肘连杆机构420的各连杆上的应变片的应变值转变的各合模力值，若各合模力值之间数值不相等，则控制动模板410返回初始位置M0；若各合模力值之间数值相等，则继续与R预设进行对比：
若R预设＝各合模力值之和，则认为达到锁模力需求，电动驱动机构430锁死，锁模力校正完成；
若R预设＞各合模力值之和，说明实际合模力＜R预设，则控制动模板410运动到初始位置M0，同时，增大升降机构行程K设2，并返回步骤S421继续执行，重新校正锁模力，直至完成锁模力校正；
若R预设＜各合模力值之和，说明实际合模力＞R预设，则控制动模板410运动到初始位置M0，同时，减小升降机构行程K设2，返回步骤S421继续执行，重新校正锁模力，直至完成锁模力校正。
S5.在完成锁模力校正后，在控制系统700中输入制品质量、物料参数、颗粒大小等信息，控制系统700按照1.2倍质量安全系数计算出每次成型制品所需的物料质量，并根据物料质量计算出物料在料仓521中的高度，留出安全余量，计算出柱塞811在料仓521中的装料位置，然后，控制系统700控制柱塞上升模块810将柱塞811移动至料仓521装料位置。
S6.在控制系统700中输入保压参数、模具温度、柱塞811上升速度、超声振幅、保压时间、冷却时间等超声塑化参数。然后，在料仓521中加入物料，在控制系统700中点击合模，然后控制系统700控制曲肘锁模装置400进行锁模。然后，控制系统700根据超声工具头620的信息将超声工具头620移动到对应的预设塑化位置L2(超声工具头620下端面处于上模芯510下端面上方，且距离上模芯510下端面0.5-1mm)。
S7.点击运行：控制系统700控制柱塞811上升，物料触碰到超声工具头620后被挤压，当柱塞811下方的第二压力传感器示数N实际大于或等于系统预设值N预设1时，超声工具头620开启，熔融物料充填成型，充填完整时，柱塞811压力急剧增加，当第二压力传感器示数N实际大于或等于系统预设值N预设2时，系统控制超声工具头620关闭，进行保压和冷却，随后，控制系统700控制曲肘锁模装置400进行开模，然后，控制系统700控制顶出机构820对制品进行顶出。
S8.在完成顶出动作后，顶出机构820的顶针下降至工作台100下表面下方；然后，控制系统700控制柱塞811下降至工作台100下表面下方；至此，注射成型流程结束。随后，转盘110转动90度，进行下一个塑化流程。
进一步地，还可设置用于检测异常入侵的红外线保护器，在设备运行阶段，只要红外线保护器被触发，则控制系统700控制设备停止运行，并发出警报，以提高设备的安全性。
综上，实施本实施例提供的超声塑化注射成型设备及其控制方法，至少具有以下有益技术效果：
超声塑化注射成型设备采用分体式机械锁模装置设计，以匹配超声塑化单元，使锁模力的合理分布，同时减少设备高度，使结构紧凑；
存在两种不同的锁模形式，可以根据制品所需锁模力的大小，系统推荐合适的锁模方式，实现更大范围不同数量级锁模力输出，增加设备的使用寿命；
将曲肘锁模装置设计在设备上端，实现了超声塑化微注射成型设备的低工位操作；
为了实现高端医疗器械制品和微纳结构制品的精准成型，设计完成了一台全电动低工作台式超声塑化微注射成型设备；
根据不同频率的超声工具头不同拆装位置的原理，采用超声工具头位置集成式控制方法，通过设置不同超声工具头的预设零位和预设初始位置来实现不同频率超声工具头的拆装和复位；
多阶段综合判断模具高度，尽最大可能避免由于人为操作失误导致的设备损伤。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种超声塑化注射成型设备，其特征在于，包括：
工作台；
支架，设置于所述工作台上；
升降装置，包括升降座和电动升降机构，所述电动升降机构设置于所述支架上，所述升降座设置于所述电动升降机构上，并能够在所述电动升降机构的作用下在所述支架的高度方向上运动；
曲肘锁模装置，包括动模板、曲肘连杆机构和电动驱动机构，所述动模板位于所述升降座的下方，两对所述曲肘连杆机构分别设置于所述升降座的相对两端与所述动模板之间，所述电动驱动机构设置于所述升降座上并传动连接于两对所述曲肘连杆机构，所述电动驱动机构用于驱动两对所述曲肘连杆机构动作，以带动所述动模板在所述支架的高度方向上运动；
模具单元，包括上模芯、下模芯和第一压力传感器，所述上模芯上设置有上通孔，所述动模板上设置有上下贯穿所述动模板的中部的中心孔，所述上模芯安装于所述动模板的下表面，且所述上通孔与所述中心孔连通，所述第一压力传感器设置于所述上模芯与所述动模板之间，所述下模芯安装在于所述工作台上；
超声塑化单元，包括振子安装板、超声工具头、导柱、传动丝杆和伺服电机，所述导柱的下端固定于所述动模板的上表面，所述传动丝杆的下端转动连接于所述动模板的上表面，所述导柱和所述传动丝杆均沿所述支架的高度方向向上延伸，所述振子安装板滑动设置于所述导柱上并螺纹连接于所述传动丝杆，所述超声工具头安装于所述振子安装板上并与所述中心孔同轴，所述伺服电机传动连接于所述传动丝杆，并用于驱动所述传动丝杆转动，进而驱动所述超声工具头经所述中心孔插入所述上模芯或从所述上模芯内拔出；以及
控制系统，分别电连接于所述电动升降机构、所述电动驱动机构、所述第一压力传感器、所述超声工具头和所述伺服电机。
2.根据权利要求1所述的超声塑化注射成型设备，其特征在于，所述电动升降机构包括升降驱动电机、第一同步带传动机构以及两根传动杆，两根所述传动杆均转动设置于所述支架的顶部，且两根所述传动杆的轴向平行于所述支架的高度方向，两根所述传动杆的下端分别通过螺纹连接于所述升降座的相对两端，所述升降驱动电机设置于所述支架上，所述升降驱动电机通过所述第一同步带传动机构驱动两根所述传动杆以相同的旋向同时旋转，进而驱动所述升降座在所述支架的高度方向上运动；
所述电动驱动机构包括开合驱动电机、第二同步带传动机构以及两组丝杠螺母传动副，两组所述丝杠螺母传动副分别设置于所述升降座的相对两端，且每组所述丝杠螺母传动副的丝杠转动连接于所述升降座，每组所述丝杠螺母传动副的螺母连接于对应的所述曲肘连杆机构，所述开合驱动电机设置于所述升降座上，所述开合驱动电机通过所述第二同步带传动机构驱动两组所述丝杠螺母传动副的所述丝杠以相同的旋向同时旋转，以驱动两对所述曲肘连杆机构动作，进而带动所述动模板在所述支架的高度方向上运动。
3.根据权利要求2所述的超声塑化注射成型设备，其特征在于，每对所述曲肘连杆机构均包括两个上连杆、两个下连杆、两个小连杆和一个推座，两个所述上连杆的上端均与所述升降座的下端面铰接，两个所述下连杆的下端均与所述动模板的上端面铰接，两个所述上连杆的下端与两个所述下连杆的上端分别一一对应铰接，两个所述小连杆分别铰接于所述推座与两个所述上连杆之间，所述推座固定于所述丝杠螺母传动副的所述螺母上。
4.根据权利要求1-3任一项所述的超声塑化注射成型设备，其特征在于，所述超声塑化注射成型设备还包括柱塞上升机构，所述柱塞上升机构包括柱塞上升模块、顶出机构、第二压力传感器，所述柱塞上升模块安装于所述工作台正对所述下模芯的下方，所述下模芯内设置有料仓，所述下模芯和所述工作台上设置有与所述柱塞上升模块的柱塞同轴的贯穿孔，所述贯穿孔连通于所述料仓，所述顶出机构安装在所述柱塞上升模块上，所述第二压力传感器安装于所述柱塞上升模块的柱塞下方。
5.根据权利要求1-3任一项所述的超声塑化注射成型设备，其特征在于，所述工作台上设置有转盘，所述转盘上上设置有多个工位，每个所述工位上分别安装有一所述下模芯。
6.一种超声塑化注射成型设备的控制方法，其特征在于，使用如权利要求1-5任一项所述的超声塑化注射成型设备，所述控制方法包括以下步骤：
S1.启动设备，在所述控制系统中查看已安装的超声工具头的信息，同时，确定是否需要更换超声工具头；若无需更换，则所述控制系统根据超声工具头的信息，控制所述伺服电机驱动所述传动丝杆旋转，将超声工具头移动至预设初始位置L1；若需要更换，则所述控制系统控制所述伺服电机将超声工具头移动至预设零位LO,在将已安装的超声工具头拆卸后，在所述控制系统中输入将要更换的超声工具头的信息，所述控制系统对已安装的超声工具头的信息进行更新，并控制所述伺服电机将超声工具头移动至预设零位LO，在所述振子安装板上安装好需要更换的超声工具头后，所述控制系统控制所述伺服电机将超声工具头移动至预设初始位置L1；
S2.所述控制系统下达指令给所述电动驱动机构，通过所述曲肘连杆机构驱动所述动模板运动至初始位置M0，在所述初始位置M0时，所述模具单元处于开模状态；
S3.在所述控制系统中输入所述上模芯的高度H1和所述下模芯的高度H2，以及制品的投影表面积、是否存在微结构和微结构尺寸，计算出成型此类制品需要的锁模力R预设，所述控制系统根据存储的一般锁模力范围R1-R2和超大锁模力范围R3-R4进行判断，其中R1＜R2＜R3＜R4，若R1＜R预设＜R2，则所述控制系统推荐一般锁模力方式；若R3＜R预设＜R4，则所述控制系统推荐超大锁模力方式；
S4.若选择所述一般锁模力方式，则所述控制系统根据所述锁模力R预设、所述电动驱动机构和所述曲肘连杆机构的信息计算出所述动模板的合模阶段行程M1、所述第一压力传感器的接触压力阈值P接触以及所述升降座的升降行程K设1，在所述合模阶段行程M1下，所述曲肘连杆机构无法形成自锁；若选择所述超大锁模力方式，则所述控制系统根据所述锁模力R预设、所述电动驱动机构和所述曲肘连杆机构的信息计算出所述升降座的升降行程K设2以及所述动模板的合模阶段行程M2，在所述合模阶段行程M2下，所述曲肘连杆机构形成自锁。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在步骤S4中，若选择所述一般锁模力方式，则执行以下步骤：
S411.所述控制系统判断所述升降行程K设1是否在所述升降装置的所述升降座的可移动行程范围K0-K1内，若K设1在K0-K1外，则所述控制系统发出警报；若K设1在K0-K1内，则所述控制系统下达指令给所述电动升降机构，以驱动所述升降座运动到升降初始位置B0，所述升降初始位置B0对应于所述升降座所能上升的最高位置；
S412.在所述控制系统上确认设置完成后，所述控制系统控制所述曲肘锁模装置进入空行程阶段，所述动模板下降，直至完成空行程下降距离M空或者所述第一压力传感器显示的压力值P实际＞0时，所述曲肘锁模装置停止动作；此时，若P实际＝0，则执行下一步骤；若P实际＞0，则所述控制系统报错，提示所述模具单元的高度超出允许范围；
S413.所述控制系统下达指令给所述电动升降机构，驱动所述升降座向下运动，直至所述第一压力传感器显示的压力值P实际与所述控制系统中设定的接触压力阈值P接触误差在2％以内，或者所述升降座的运动行程＞K1时，所述电动升降机构停止工作，此时，测量所述升降座的实际运动位移K实际，并与K设1、K0和K1进行对比：
若K实际＜K0，则控制所述升降座返回所述初始位置B0，同时所述控制系统报错，提示所述模具单元的高度大于规定高度范围；
若K0＜K实际＜K1且K设1≠K实际，则控制所述升降座返回所述初始位置B0，同时所述控制系统报错，提示重新输入正确的H1和H2；
若K实际＝K设1，则所述电动升降机构锁死，继续执行下一步指令；
若P实际＝0，且K实际＝K1，则控制所述升降座返回所述初始位置B0，同时所述控制系统报错，提示所述模具单元的高度小于规定高度范围；
S414.所述控制系统在接收到可执行下一步指令后，下达指令给所述电动驱动机构，驱动所述动模板继续下降，下降距离为所述合模阶段行程M1，保持扭矩，然后对锁模力进行校正。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤S414中，对锁模力进行校正具体如下：
所述控制系统读取所述曲肘连杆机构的各连杆上的应变片的应变值转变的各合模力值，若各合模力值之间数值不相等，则控制所述动模板返回至初始位置M0；若各合模力值之间数值相等，则继续与R预设进行对比：
若R预设＝各合模力值之和，则认为达到锁模力需求，所述电动驱动机构锁死，锁模力校正完成；
若R预设＞各合模力值之和，说明实际合模力＜R预设，则控制所述电动驱动机构增大扭矩，直至各合模力值之和＝R预设，所述电动驱动机构锁死，锁模力校正完成；
若R预设＜各合模力值之和，说明实际合模力＞R预设，则控制所述电动驱动机构减小扭矩，直至各合模力值之和＝R预设，所述电动驱动机构锁死，锁模力校正完成。
9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在步骤S4中，若选择所述超大锁模力方式，则执行以下步骤：
S421.所述控制系统判断所述升降行程K设2是否在所述升降装置的所述升降座的可移动行程范围K0-K1内，若K设2在K0-K1外，则所述控制系统发出警报；若K设2在K0-K1内，则所述控制系统下达指令给所述电动升降机构，以驱动所述升降座运动到升降初始位置B0，所述升降初始位置B0对应于所述升降座所能上升的最高位置；
S422.在所述控制系统上确认设置完成后，所述控制系统控制所述曲肘锁模装置进入空行程阶段，所述动模板下降，直至完成空行程下降距离M空，或者所述第一压力传感器显示的压力值P实际＞0时，所述曲肘锁模装置停止动作；此时，若P实际＝0，则系统执行下一步骤；若P实际＞0，则所述控制系统报错，提示所述模具单元的高度超出允许范围；
S423.所述控制系统下达指令给所述电动升降机构，驱动所述升降座向下运动，直至完成下降距离K设2，或者所述升降座的运动行程＞K1时，所述电动升降机构停止工作，此时，测量所述升降座的实际运动位移K实际，并与K设2、K0和K1进行对比：
若K实际＜K0，则控制所述升降座返回所述初始位置B0，同时所述控制系统报错，提示所述模具单元的高度大于规定高度范围；
若K0＜K实际＜K1且K设2≠K实际，则控制所述升降座返回所述初始位置B0，同时所述控制系统报错，提示重新输入正确的H1和H2；
若K实际＝K设2，则锁死所述电动升降机构，继续执行下一步指令；
若P实际＝0，且K实际＝K1，则控制所述升降座返回所述初始位置B0，同时所述控制系统报错，提示所述模具单元的高度小于规定高度范围；
S424.所述控制系统在接收到可执行下一步指令后，下达指令给所述电动驱动机构，驱动所述动模板继续下降，下降距离为所述合模阶段行程M2，保持扭矩，所述曲肘连杆机构完成自锁，然后对锁模力进行校正。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，步骤S424中，对锁模力进行校正具体如下：
所述控制系统读取所述曲肘连杆机构的各连杆上的应变片的应变值转变的各合模力值，若各合模力值之间数值不相等，则控制所述动模板返回所述初始位置M0；若各合模力值之间数值相等，则继续与R预设进行对比：
若R预设＝各合模力值之和，则认为达到锁模力需求，所述电动驱动机构锁死，锁模力校正完成；
若R预设＞各合模力值之和，说明实际合模力＜R预设，则控制所述动模板运动到所述初始位置M0，同时，增大升降机构行程K设2，并返回步骤S421继续执行，重新校正锁模力，直至完成锁模力校正；
若R预设＜各合模力值之和，说明实际合模力＞R预设，则控制所述动模板运动到所述初始位置M0，同时，减小升降机构行程K设2，返回步骤S421继续执行，重新校正锁模力，直至完成锁模力校正。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117863464A (zh) * | 2024-03-11 | 2024-04-12 | 中南大学 | 一种实现快速对中的超声塑化微注塑成型系统 |
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2023
- 2023-11-02 CN CN202311449805.XA patent/CN117429024A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN117863464A (zh) * | 2024-03-11 | 2024-04-12 | 中南大学 | 一种实现快速对中的超声塑化微注塑成型系统 |
| CN117863464B (zh) * | 2024-03-11 | 2024-05-17 | 中南大学 | 一种实现快速对中的超声塑化微注塑成型系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |