CN1324292A - 塑料成型加工工艺及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用注压法进行塑料初次成型工艺,特别是用一与模具相连的缓冲仓对熔融态物料暂存的方法。该方法是熔融态物料在模腔中成型前将其注入一与模腔同容积的缓冲仓,仓口连通模腔,物料经柱塞从缓冲仓进模腔。注压时柱塞在第一个静点,其底部与缓冲仓边缘及模腔壁面重合,少量熔料直接进模腔;柱塞滑入料筒,熔料进其轴芯;不断变大的缓冲仓被熔料充满,至柱塞达第二个静止点,停止输送;柱塞回到近第一个静止点处,模腔填满熔料。改进注压工艺,降低成型设备的损耗。

Description

塑料成型加工工艺及其设备

本发明涉及利用注压法进行的塑料初次成型工艺。具体地说，涉及利用一个与模具相连的缓冲仓对熔融态物料进行暂存的方法。

颗粒状等形式的塑料半成品的加工过程是，先将其制成熔体，再用高压将熔体压入模具，待物料在模具中冷却后开启模具，取出成型制件。在这一过程中所需的压力是检验机器设备的结构质量的关键尺度，特别是在检验设备的合模力方面。当制作一些表面工件，例如要求锐角充模的工件时，注压工艺对设备的合模力要求极高。常用的减小压力的方法是，在挤压之前让熔体进入一个缓冲仓，再由缓冲仓转运至模具中。代码为DE19631209A1的德国专利申请中提出如下塑料注压工艺及其设备：将预定量的塑料熔体通过注入管注入设备模腔中，在此过程中，至少有一部分熔料是先进入一个安排在设备中的存储仓中，然后才被传送到模腔中的。存储仓的容积可以近似于或小于预定熔料的体积。实施这种方法所用的设备具有一个带模腔的部件、一个可以与该部件相连接的注射机和至少一个连接模腔和注射机的管道。此外，该设备还具有一个与管道相连的存储仓，仓中配有用来把熔料从存储仓转移到模腔的装置。一种广泛接受的方法是，把存储仓制成圆筒形，在筒中安装可以轴向移动的柱塞作为转运装置，通过一个压力弹簧或可调式双塞压力汽缸来推动柱塞，把熔料从存储仓送至模腔。

这种方法的缺点是，大量熔料在高压下没有进入存储仓而是直接从注射机筒射入模腔，导致熔体不是同时进入固化阶段，从而使工件产生结构缺陷。这种结构缺陷在制造完全是二维平面的工件如智能卡和光盘时表现得不太明显，而在制造具有复杂的几何结构的工件时则较为明显。

另一种技术是注压成型。在法兰克福(美茵河畔)最高有限公司的文件“塑料加工技术的引进”中，工科硕士汉斯多米宁豪斯对这一技术作了说明。在生产超出注压机闭合力和压射力范围的大面积塑件时，该设备在喷射压力的作用下会有小幅度抬升。注射满后，全部闭合力会在一个注压行程内重新聚集。应用这一技术的前提是有一个注射泵，它即使在装置各部分非完全闭合的状态下也可以使内腔密封。这一工艺的有利之处是可以更充分的使用机器，同时，因为压力均匀作用于注压件表面，因此可以生产耐压力较低产品。这项技术的创新提高了注压机的生产能力，并通过一个弹性伸缩杠进行百分之一毫米范围内的收缩补偿，从而提高工件质量。

这种注压方法的缺点是，在注入物料后装置各部分才完全闭合，这样过剩物料就势必被带入缝隙，在装置零件的挤压边上形成毛边，导致必须对工件进行机械再加工。

颗粒状等形式的塑料半成品的加工过程是，先将其制成熔体，再用高压将熔体压入模具，待物料在模具中冷却后开启模具，取出成型制件。在这一过程中所需的压力是检验机器设备的结构质量的关键尺度，特别是在检验设备的合模力方面。当制作一些表面工件，例如要求锐角充模的工件时，注压工艺对设备的合模力要求极高。

在德国第1174491号申请说明书中有一种用于加工热塑性塑料的注压机，这种注压机不是将物料直接从挤压机喷嘴注入模具中，而是用一个装有活动柱塞的圆筒暂时存储物料，再用柱塞将所存物料卸入模具。柱塞设备有一个管道，它的出口就是喷嘴，并与模具的浇注孔相一致。柱塞通过若干运转的绳轴挂在一个与挤压机机头牢固相接的横轭上。绳子的另一端装有平衡物。先把模具向柱塞方向挤压，将柱塞推入筒内，直到筒内的物料全部通过柱塞管道进入模具中为止。平衡物的作用是减小过程压力。

这种注压机的缺点是，储存物的倾卸要经过一条很窄的管道，这条管道由一个带有喷嘴的柱塞管道和一个与之相符的注入孔组成，因此需要很高的过程压，这一压力又通过平衡物的势能得以削弱，另外，必须用机械清除注压制件上的浇口球。这些都造成了技术损耗。

在对以南非专利申请96/7509和97/4923为优先权发布的国际申请公告号WO98/09768中写有接收腔的配置。熔体被导入接受腔，然后由一个机筒压入模腔中，这样既可使注压工艺具有多样性，有可以通过降低操作压力来制作体积和规格更大的注压件。公告中所说的生产设备型件中包括一个输送装置，该装置围绕着一个用来接收批量物料的接收腔。物料以颗粒形态或熔融形态在一根螺杆的推动下，穿过一个被加热的转接道进入一根管中，接着由机筒推入接收腔。然后输送装置被移至“第二位置”，使接收腔对准模板上的一个开口。这个开口与所制型件的模具内部相通。当输送装置处于此位置时，另一个机筒将这批熔料从接收腔中移出，穿过开口进入注压模具。填充物料时，接受腔一侧开启，以便于第一个机筒推入物料。在卸料状态时，接收腔两边开启，这样可以使推出机筒进入接受腔并把物料送出。输送装置从填充状态到卸料状态的位置改变可以通过平移，也可以以二位阀的形式通过旋转来实现。

这种设备的缺点是，输送装置通过特定的驱动力来推动，由此又产生了结构和操作技术上的巨大消耗。

国际专利申请公告号WO98/09786中的这种方法已经显示了先进的技术水平，因此必须注意本发明与这种方法的区别。

本发明的目的在于改进上述注压工艺，排除工件结构缺陷，减少由于对工件进行机械再加工所造成的损耗，并通过对物料进行事先定量来降低操作压力，从而降低成型设备的构造和技术操作方面的损耗。

本发明实现此目的的方法是：在熔融态物料在模腔中成型之前将其注入一个容积与模腔几乎相同的缓冲仓中，该仓呈圆筒状，仓口与模腔相连通，缓冲仓与模腔之间没有过渡，物料通过一个可轴向移动的柱塞从缓冲仓进入模腔。注压过程开始时，柱塞位于第一个静点，这时柱塞底部与缓冲仓边缘以及模腔壁面重合，使少量的熔料直接进入模腔。然后柱塞滑入料筒内，熔料进入其轴芯中。不断变大的缓冲仓几乎毫无压力地被熔料充满，直到柱塞到达第二个静止点，这时熔料停止输送。接着柱塞逐渐回到第一个静止点前不远处，模腔完全被熔料填满。作为收缩补偿，在停顿期间柱塞会到达第一个静止点。

本发明还有一个优点，即把物料从缓冲仓中推到模腔时，随着柱塞在两个静止点之间运行路程的增加，它的运行速度逐渐下降。

缓冲仓的最大容积比模腔容积略大，这样，从缓冲仓后续推出的物料可以对收缩进行补偿。

本发明在设计上的优势之一是，熔料通过一个贯穿在柱塞内部且注入口在柱塞底部的管道进入缓冲仓。

本发明所涉及的成型工艺的突出优点在于缓冲仓的填充几乎是无压的。缓冲仓的容积每时每刻都与注入的熔料的体积保持一致，这样，就可以避免气体混入熔料。因为物料不断被注入位于缓冲仓中的熔料的中轴部位中，就避免了自由射流的产生。这种自由射流一旦产生，就会在缓冲仓和模腔壁上快速冷却，给制件结构造成缺陷，例如接缝等。由于在将物料从缓冲仓向模腔输送过程中柱塞运行速度减慢，而且停顿期间补料在高压下物料从缓冲仓进入模腔而对收缩进行补偿，因此制成品会形成匀质结构。因为装置各部分在整个成型过程中保持闭合，没有挤压边，也就不会出现毛刺。

为实现所发明的技术，需要一个定量设备并将其安装在带有加料装置和合模装置的成型设备上。合模装置由一个上模板和一个下模板组成，由物料填充。加料装置的加料口通到一个容积可变的接收腔中，接收腔又通过一个开口与合模装置连通。接收腔是由位于衬套中的可移机筒的端面与合模装置之间的空挡形成的。当机筒位于后端时，接收腔的容积至少与模腔一样大。机筒的作用是把物料从接收腔送到合模装置中。当机筒位于前端时，其端面与开口的边缘重合。机筒与加料装置紧密相连并配有一个管道，管道一端与加料装置的出口相通。衬套被制成上下模板的一部分，且具有一个可供机筒进入的上开口和一个与其相对的下开口。下开口与模腔连通，不收口。机筒配有一个闸板，在机筒位于前端时，闸板平放在衬套下开口周围的边缘上。

本发明还可以进一步扩展，安装多个衬套和相同数目标机筒。这些机筒固定在一个与加料装置相连的加热管横梁上，至少有一个加热管与加料装置的入口孔相通。机筒的管道与加热管相连。加热管横梁形成了一个限制机筒与衬套相对运动的挡板。

以下是对本发明所涉设备的设计优点的说明。

当加料装置离模具较远时，机筒处于后位，与加料装置的出口相接。这时就撑开一个接收腔并被物料填充。随着加料装置的向前推进，机筒也由后位向前位移动，接收腔的容积随之缩小，物料从接收腔中穿过衬套的两个出口被压入模腔。这里所需的压力不到传统注压技术所用压力的30％，因此可以使用较小的加料装置，同时也可以相应减少对模腔周围设备的稳定性的破坏，从而在更大范围内保持其性能。机筒的闸板被移动到衬套下出口边缘时，机筒到达前端位置，这时接收腔容积最小。物料全部位于模腔中，待物料在模腔中冷却后，工件即可脱模。

为了使物料达到合适的粘稠度，须加热机筒中的管道和(或)接受仓，直至物料完全进入模腔为止。

根据本发明，在加热器和机筒外壳之间安装一个连接有冷却环的圆筒形热交换器，它的作用是冷却衬套中的机筒。这一冷却装置主要是利用在冷却环中流动的液体进行冷却，冷却环可以配有调节器。

本发明中所涉及的下模板的冷却有利于加强模腔的稳定性，从而特别提高所塑工件的表面质量。在下模板上与衬套下开口相对的地方有主要以平面形式安装的热交换器，它也可以和冷却环相连接。

本发明所涉及的定量装置的特征在于快速地驱散热量，条件是至少机筒端面和(或)下模板中正对着衬套下开口的部分具有良好的导热性并与热交换器互通热量。

本发明的扩展形式具有多个衬套和机筒，其作用原理与基本形式时类似。通过机筒与衬套之间的相对运动，机筒的端面从后位移至模腔边缘，从而使接收腔的容积变小，物料从接收腔中穿过衬套下开口被压入模腔。机筒在到达前位静点时接收腔容积最小。这时物料全部位于模腔中，冷却后，工件脱模。机筒与衬套的相对运动既可以通过固定在加热横梁上的机筒的运动来实现，也可以通过构成模腔并具有衬套的模压板整体装置的运动来实现。前者可以利用加料装置的推力，后者则需要一个相应的驱动装置。

加热管横梁的加热保证了物料符合程序的流动。当然，各个接收腔的容积可以不同。

下面将以一个常用工艺流程为例，结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明的设备处于定量阶段的示意图。

图2为本发明的设备成型结束后的示意图。

图3为本发明的设备扩展形式处于定量阶段的示意图。

图1示出了挤压机机头及其挤压嘴。机筒用锁紧螺母固定在挤压机机头上。在一个由上模板和下模板组成的配件中嵌有一个衬套，机筒从衬套的上开口伸入，机筒的端面位于衬套中，它由导热性材料制成。在上下模板之间有一个与工件形状相同的模具，它与衬套下开口相连。机筒中有一个管道，管道一端与挤压口相连，另一端置于机筒的端面中。管道几乎从头到尾被一个通常是可调的加热器(HS)包围。在加热器与机筒外壳之间是一个连接着冷却环的液体热交换器(KS)。衬套下开口所对的是下模板，它和机筒端面一样由导热材料构成，这种材料与液体热交换器互通热量，热交换器(KF)与可以冷却机筒的冷却环相连。由于挤压机机头和机筒居于后位，衬套中的机筒端面和模腔之间的部分就形成了一个接收腔。连通接收腔和模腔之间的开口被一个闸板封闭。在衬套壁上接收腔的范围内安装了一个带状加热器(HA)。

图2示出了发明中的定量设备在成型结束后的状态。它与图1所示的定量阶段的区别在于它的机筒处于前位。这是由于紧锁螺母与夹紧板的贴靠而形成的。机筒居于前位时，机筒端面与衬套的下开口重合并与模腔相连。闸板抽出，这样就消除了接收腔，并把其中的物料填充到模腔中。机筒在衬套中的滑动能力的改善可以通过机筒的细微轴向位移来实现，紧锁螺母可对其进行调整。机筒通过热交换器(KS)中的液体流动得到冷却。下模板上与衬套下开口相对的部分通过热交换器(KF)中流过的液体得以冷却。这两个冷却过程共同作用，带走物料中的热量，加速工件的冷却。利用WS和WF范围内的优质材料进行的冷却过程效果特别显著。

图3的内容是本发明中的设备的扩展形式，它具有多个缓冲仓和相同数目的柱塞。在挤压嘴上固定着一个基座。与基座相连的是加热管横梁，它又连有若干机筒。连接管把从挤压机机嘴通到安装在加热管横梁中的加热管。机筒中的管道与这根加热管相连挤压机机嘴被可调加热带包围。在加热管和管道上装有一个可调节的暖气管。与这些装备相对的是一个有上模板和一个下模板组成的模压装置。两层模板中间是模具。上模板中有一个衬套，机筒伸入到衬套中，在机筒端面和模具之间撑出了接收仓。围绕接受仓的是位于上模板中的接收腔供暖器(HA)。

物料从挤压机嘴通过连接管进入加热管。加热管用于把物料输送至机筒的管道中。接收仓填充完毕后计量阶段就结束了。平移运动R1表示，挤压机机嘴和与其相连的基座、加热管横梁及机筒向两模板的方向作进给运动。平移运动R2表示，由上下两模板组成的装置向挤压机机嘴及与其相连的机座、加热管横梁及机筒的方向作进给运动。物料在R1或R2运动的作用下从接收仓中被机筒端面压入模腔中，直到加热管横梁和其所对的上模板在完成一个行程后碰到一起。机筒的端面可以互不相同，接受仓的容积也可以互不相同，因为在各个接受仓中的物料是针对不同的模具而定量的。物料硬化后，按照通常的方法把上下模板分启开，取出成品。安装导热材料等作为冷却设备有助于加速工件的冷却，从而缩短生产时间。

上述实例体现出本发明的优点。当然，本发明包含了各项实例之特征的相互结合。

Claims (20)

1、塑料成型加工工艺，在熔融态物料在模具中成型前将其送入一个缓冲仓中，该仓的容积与模腔容积几乎相同，缓冲仓呈圆筒形，仓口直接通入模腔，仓内有一个轴向移动的柱塞，它把物料从缓冲仓送至模腔中，这一工艺的生产过程的特征如下：

1)注压过程开始时，柱塞位于第一个静止点，这时柱塞底部与缓

冲仓边缘以及模腔壁面重合，这样就只有少量的熔体直接进入模

腔；

2)然后柱塞滑入筒中，同时用熔料在几乎无压的状态下填充缓冲

仓，在此过程中缓冲腔不断增大，直到柱塞达到第二个静止点，

停止输送物料；

3)接着，柱塞向第一个静点移动，使模腔完全被物料填满；

4)在间歇停顿时，柱塞被带到第一个静点。

2、如权利要求1所述的成型工艺，其特征在于，随着柱塞在两个静止点之间运行路程的增加，它的运行速度逐渐下降。

3、如权利要求1或2所述的成型工艺，其特征在于，缓冲仓的最大容积比模腔容积略大，这样，从缓冲仓后续推出的物料可以对收缩进行补偿。

4、如权利要求1、2或3所述的成型工艺，其特征在于，熔料通过一个在柱塞内部运动且注入口在柱塞底部的管道进入缓冲仓。

5、如权利要求1所述的定量设备，安装在带有加料装置和合模装置的成型设备上；合模装置由一个上模板和一个下模板组成，由物料填充；物料配制装置的出口与一个容积可变的接收腔相连，接收腔又通过一个开口与合模装置连通；接收腔是由位于衬套中的可移机筒的端面与合模装置之间的空挡形成的；当机筒位于后端时，接收腔的容积至少与模腔一样大；机筒的作用是把物料从接收腔送到合模装置中；当机筒位于前端时，其端面与开口的边缘重合；机筒与加料装置紧密相连并配有一个管道，管道一端与加料装置的出口相通；衬套被制成上下模板的一部分且具有一个可供机筒进入的上开口和一个与其相对的下开口；下开口与模腔连通，不收口；机筒配有一个闸板，在机筒位于前端时，闸板平放在衬套下开口周围的边缘上。

6、如权利要求5所述的定量设备，其特征在于，机筒(至少是机筒的工作端面)由导热材料构成。

7、如权利要求5或6所述的定量设备，其特征在于，在机筒上安装了一个与冷却环相连的热交换器。

8、如权利要求7所述的定量设备，其特征在于，热交换器(KS)至少可以与机筒端面进行热传递。

9、如权利要求7或8所述的定量设备的特征在于，冷却环和被围绕其中的热交换器(KS)是可以调节的。

10、如权利要求5至9中任一个所述的定量设备，其特征在于，装置中的下模板至少在与衬套下开口相对的部分由导热材料构成。

11、如权利要求5至10中任一个所述的定量设备，其特征在于，下模板配有一个与冷却环相连的热交换器(KF)。

12、如权利要求11所述的定量设备，其特征在于，热交换器与下模板与衬套下开口相对的部分进行热传递。

13、如权利要求11或12所述的定量设备的特征在于，冷却环和被围绕其中的热交换器(KF)是可以调节的。

14、如权利要求5至13中任一个所述的定量设备，其特征在于，用一个拧在进料设备入口处的螺母充当机筒的挡销。

15、如权利要求5至14中任一个所述的定量设备，其特征在于，当机筒处于后端位置时，衬套下出口被机械性密封。

16、如权利要求5至15中任一个所述的定量设备，其特征在于，安装多个衬套和相同数目标机筒，这些机筒固定在一个与加料装置相连的加热管横梁上，至少有一个加热管与加料装置的入口孔相通，机筒的管道与加热管相连，加热管横梁形成了一个限制机筒与衬套相对运动的挡板。

17、如权利要求16所述的定量设备，其特征在于，加热管道具有若干通到机筒管道的端口，其数量与机筒和衬套的数量相同。

18、如权利要求16所述的定量设备，其特征在于，若干与机筒和衬套的数量相同的形状排列的加热管道与通向机筒管道的加料装置的加料口相接。

19、如权利要求16、17或18所述的定量设备，其特征在于，加热管横梁配有加热装置(HK)。

20、如权利要求19所述的定量设备，其特征在于，加热装置可以调节。

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