专利名称：微分式挤出机及其成型工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及挤出成型装备技术领域，特指一种可实现对相同或不同种类的挤出成 型制品以及微型挤出成型制品同时批量生产的挤出机及其成型工艺。
背景技术：
挤出成型在塑料制品成型加工工业中占有很重要的地位。据统计，在塑料制品成 型加工中，挤出成型制品的产量居首位。与其他成型方法比较，挤出成型具有连续化生产、 生产率高、应用广泛和投资少、收效快的特点。随着塑料挤出成型技术的广泛应用和发展， 挤出机的类型日益增多。随着科学技术的进步，产品不断向微型化方向发展，因而产生了新世纪产业需求 的微机电系统(MEMES)技术。成品质量以毫克为计算单位，成品几何尺寸以微米为度量单 位的微成型技术，是一门新兴先进制造技术；微成型技术以容易实现低成本大规模生产具 有精密微细尺寸零件的优点成为世界制造技术的研究热点之一。近年来，微成型技术发展 较快，其制品广泛应用在自动化、医疗、航天等多个领域，有着广阔的发展前景。在微成型技 术领域中，微型挤出成型技术的研究起步于20世纪90年代末，与微型注塑成型技术相比起 步较晚，目前还存在着大量的技术问题需研究，但该技术已表现出精度高、生产效率高等诸 多优点。同时，随着MEMS技术的进一步发展，使得微型挤出成型技术成为微成型技术的一 个重要分支。国外开展这方面的研究较早，日本Gunma大学的Y Saotome和A Inoue等人 于1989年开展研究适合于微挤出成型的新材料，在1994年应用微挤出成型技术制造出了 模数为IOym的微齿轮。国内开展这方面的研究还鲜有报道。采用挤出成型技术制造微齿 轮与采用LIGA (Lithographie Gaivanoforming Abforming X光深刻模造法)技术直接制 造微齿轮相比，具有效率高、周期短、成本低等优点，产品可直接应用在MEMS中，作为微型 执行器。微型挤出成型技术是挤出成型设备发展的一个新方向，开创了微细结构零件和系 统制造研究的新途径，其突出优点就是能够实现高精度、高精细零件的大批量、低成本生 产。同传统的、常规的挤出成型技术相比，微型挤出成型技术对成型材料、成型工艺及成型 设备等方面都提出了不同要求。微型挤出成型技术发展之初，并未有专用挤出机用于微型 挤出件的制造。微型挤出机的研究开发，存在许多一般设备设计加工过程中难以想像的困 难，设备开发的关键在于微型挤出机的加料、排气、实现低温挤出输送等问题的解决。
随着挤出成型技术的不断发展，挤出机类型的不断增新，新型挤出成型技术日益 发挥其重要作用；同时，随着精细微结构挤出成型制品的市场持续增长，对微型挤出机的需 求逐年增加。由于微型制品的挤出产量要求低，目前多采用一模多腔技术，例如一台挤出机 同时挤出两个或多个制品，在挤出精度要求不高的场合，可以一模挤出16腔。但是由于各 腔模具加工误差及挤出工艺参数波动的影响，制品的精度很难保证，某一腔出现问题，所有 腔都不能正常工作，并且为了保持压力的平衡，多腔模具所加工制品的截面相同，截面不同 的制品很难稳定挤出。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够同时批量生产相同或不同 种类的挤出成型制品以 及微型挤出成型制品的挤出机及其工艺，各腔之间相互独立，并且挤出制品精度高。本发明微分式挤出机，主要由挤出系统和计量分流系统组成，挤出系统与常规挤 出机相同，主要包括螺杆、机筒、加料装置、传动系统和加热冷却系统；计量分流系统包括行 星齿轮泵、联轴器、转动控制装置和温控装置，计量分流系统设置在挤出系统出口端，用于 高温熔体的输送、分流、增压和计量，转动控制装置输出轴通过联轴器同行星齿轮泵的主动 齿轮轴相连，主动齿轮轴带动主动齿轮转动，主动齿轮驱动小齿轮转动，行星齿轮泵有一个 主进口和多个出口，主进口与多个进口分支相连，每个进口分支经过行星齿轮泵后有相应 的一个出口，主进口同挤出系统的出口相连通，多个出口分别同相应的机头相连接，进口分 支及出口的数量与小齿轮的数量相同；温控装置设置在行星齿轮泵的泵体周围，温控装置 对行星齿轮泵进行加热并控制其温度，以保证塑料熔体能够在泵中顺畅流通，由于通过齿 轮的啮合来传输熔体，并且通过行星齿轮泵将挤出机的一股料流分成了多股，从一个出口 流出的聚合物熔体的流量可以很少，通过调节转动控制装置能够调节行星齿轮的转速，所 以挤出产量可以精确控制。本发明微分式挤出机的挤出系统可以采用单螺杆或双螺杆或多螺杆挤出机的挤 出系统，也可以采用往复螺杆挤出机或磨盘挤出机的挤出系统。本发明微分式挤出机的计量分流系统的温控装置可以采用加热棒、加热圈、加热 丝、电磁加热器或循环介质。采用加热棒即在泵体加工出放置加热棒的孔，加热棒防置于孔 中；采用加热圈或电磁加热器即选择尺寸合适的加热圈或电磁加热器包裹在泵体上；采用 加热丝即在泵体嵌入加热丝；采用循环介质即在泵体上加工出一些孔，满足设定温度的介 质在孔中流动。本发明微分式挤出机的计量分流系统的多个出口连接的机头可以相同也可以不 同，可根据制品的需要进行更换，各机头可以统一进行温度控制，也可以分别控制，在挤出 过程中，根据截面成型压力要求，通过机头温度调节来控制熔体的粘度，进而控制其流动 性。本发明微分式挤出机实现的挤出成型工艺过程同常规挤出成型工艺过程的不同 之处在于其挤出过程。在挤出过程中，塑料经过挤出系统在机筒中熔融塑化后，在压力作用 下经由挤出系统的出口进入计量分流系统的行星齿轮泵的主进口中，再经由进口分支分别 进入泵体中；温控装置对行星齿轮泵加热并将其控制在适当温度，以保证塑料熔体在其中 能够在熔融状态下充分流动，计量分流系统的转动控制装置经联轴器驱动主动齿轮轴带动 主齿轮和小齿轮工作，即驱动行星齿轮泵工作，塑料熔体经过行星齿轮的增压计量作用从 出口流出进入机头中，各机头可以统一进行温度控制，也可以分别控制，在挤出过程中，根 据截面成型压力要求，通过温度调节来控制熔体的粘度，进而控制熔体流动性，由此完成微 分式挤出成型的挤出过程。本发明可以采用常规挤出机的挤出系统，因此可以直接对普通挤出机进行改进， 尤其是小型挤出机，加入计量分流系统即可实现微分式挤出机的功能。本发明微分式挤出机的排布位置同常规挤出机一致，有卧式和立式及两者相结合的基本形式。挤出系统可根据计量分流系统的行星齿轮泵的进口位置进行设置，也可根据 挤出系统和机头的位置需求改变计量分流系统的进出口位置。使用本发明微分式挤出机进行微型制件的挤出成型，由于其采用常规挤出机的挤 出系统，因此可以实现塑化量大、塑化效果好、混料性能高的优点，又可满足微挤出成型工 艺的要求；且不存在小尺寸螺杆加工难度大、使用寿命有限和塑化时间长的限制；另外，可 通过行星齿轮泵实现一分多的微分功能，实现使用大型挤出机代替多台小型挤出机的功 用，进行大批量微型制品的挤出成型的目的，既可以利用一台挤出机配合多个相同的机头 同时批量生产相同的制品，由于各分支压力由行星齿轮决定，相互间独立，熔体压力高且稳 定，所以可以利用一台挤出机配合多个不同种类的机头同时生产不同种类的制品。挤出过 程中单个分支的调整，不影响其它分支的正常挤出，且具有计量功能的行星齿轮泵可提高控制计量的精度。本发明微分式挤出机的突出优点就是能够结合常规挤出机的优势，通过引入计量 分流系统突破现有微挤出机的一系列缺陷，实现高精度、高精细挤出成型制品的大批量、低 成本生产。尤其是适用于微型而具有复杂结构例如包括正方形、长方形、圆形和椭圆形的形 状单一或多种结合的几何形状的型材的挤出成型方面。
图1是本发明微分式挤出机的结构原理示意图。图2是本发明微分式挤出机的计量分流系统的放大示意3是本发明微分式挤出机的行星齿轮泵的轴向示意图，从图中可以观察到熔体 流道的分布。图中1.挤出系统，2.计量分流系统，1-1.螺杆，1-2.机筒，1-3.加热冷却系统，
1-4.加料装置，1-5.传动系统，2-1.机头，2-2.行星齿轮泵，2-3.温控装置，2-4.支座，
2-5.联轴器，2-6.转动控制装置，2-7.主进口，2-8.进口分支，2-9.主齿轮，2-10.小齿轮， 2-11.主动齿轮轴，2-12.出口。
具体实施例方式本发明微分式挤出机如图1、图2、图3所示，主要由挤出系统(1)和计量分流系统 (2)组成，挤出系统(1)跟常规挤出机的相同，主要包括螺杆(1-1)、机筒(1-2)、加热冷却系 统(1-3)、加料装置(1-4)、和传动系统(1-5)；计量分流系统(2)包括行星齿轮泵(2-2)、支 座(2-4)、联轴器(2-5)、转动控制装置(2-6)、温控装置(2-3)，计量分流系统(2)设置在挤 出系统(1)出口端，转动控制装置(2-6)输出轴通过联轴器(2-5)同行星齿轮泵(2-2)的 主动齿轮轴(2-11)相连，行星齿轮泵(2-2)有一个主进口(2-7)和多个出口(2-12)，主进 口(2-7)与多个进口分支(2-8)相连，每个进口分支(2-8)经过行星齿轮泵(2-2)后有相 应的一个出口(2-12)，主进口(2-7)同挤出系统(1)的出口相连通，多个出口(2-12)分别 同相应的机头(2-1)相连接；图1-图3所示采用了一进六出的行星齿轮泵(2-2)，其有一 个主进口(2-7)对应六个出口(2-12)；温控装置(2-3)设置在行星齿轮泵的泵体周围。本发明微分式挤出机成型工艺过程同常规挤出成型工艺过程的不同之处在于其 挤出过程。在挤出过程中，塑料经过挤出系统(1)的加料装置(1-4)进入机筒(1-2)中，传动系统(1-5)控制螺杆(1-1)的转速，在螺杆(1-1)和加热冷却系统(1-3)作用下塑料熔融塑化，熔融的塑料由挤出系统(1)的出口进入计量分流系统(2)的行星齿轮泵(2-2)的 主进口(2-7)中，再经由进口分支(2-8)分别进入泵体中；计量分流系统(2)的转动控制装 置(2-6)通过联轴器(2-5)驱动主动齿轮轴(2-11)带动主齿轮(2-9)和小齿轮(2_10)工 作，塑料熔体经过行星齿轮的增压计量作用从出口流出，进入机头(2-1)中成型制品；由此 完成微分式挤出成型的挤出过程；挤出过程同时，需要温控装置(2-3)对行星齿轮泵(2-2) 加热并控制，以保证塑料熔体在其中能够在熔融状态下充分流动。
权利要求
微分式挤出机，其特征在于主要由挤出系统和计量分流系统组成，挤出系统与常规挤出机相同，主要包括螺杆、机筒、加料装置、传动系统和加热冷却系统；计量分流系统包括行星齿轮泵、联轴器、转动控制装置和温控装置，计量分流系统设置在挤出系统出口，转动控制装置的输出轴通过联轴器同行星齿轮泵的主动齿轮轴相连，主动齿轮轴带动主动齿轮转动，主动齿轮驱动小齿轮转动，行星齿轮泵有一个主进口和多个出口，主进口与多个进口分支相连，每个进口分支经过行星齿轮泵后有相应的一个出口，主进口同挤出系统的出口相连通，多个出口分别同相应的机头相连接，进口分支及出口的数量与小齿轮的数量相同，温控装置设置在行星齿轮泵的泵体周围。
2.根据权利要求1所述的微分式挤出机，其特征在于其挤出系统可以采用单螺杆或 双螺杆或多螺杆挤出机的挤出系统，也可以采用往复螺杆挤出机或磨盘挤出机的挤出系 统。
3.根据权利要求1所述的微分式挤出机，其特征在于其计量分流系统的温控装置可 以采用加热棒、加热圈、加热丝、电磁加热器或循环介质。
4.根据权利要求1所述的微分式挤出机，其特征在于与计量分流系统的多个出口相 连接的机头可以相同也可以不同，各机头的温度可以分别控制。
5.利用权利要求1所述的微分式挤出机所实现的成型工艺，其特征在于塑料经过挤 出系统的加料装置进入机筒中，传动系统控制螺杆的转速，在螺杆和加热冷却系统作用下 塑料熔融塑化，熔融的塑料由挤出系统的出口进入计量分流系统的行星齿轮泵的主进口 中，再经由进口分支分别进入泵体中，温控装置对行星齿轮泵加热并将其控制在适当温度， 计量分流系统的转动控制装置通过联轴器驱动主动齿轮轴带动主齿轮和小齿轮工作，塑料 熔体经过行星齿轮从出口流出进入机头中，各机头进行温度控制，根据截面成型压力要求， 通过机头温度调节来控制熔体的粘度，由此完成微分式挤出成型的挤出过程。
全文摘要
本发明微分式挤出机及其成型工艺，微分式挤出机主要由挤出系统和计量分流系统组成，挤出系统跟常规挤出机的相同，计量分流系统包括行星齿轮泵、联轴器、转动控制装置和温控装置，计量分流系统设置在挤出系统出口，转动控制装置的输出轴通过联轴器同行星齿轮泵的主动齿轮轴相连，主动齿轮轴带动主动齿轮及小齿轮转动，行星齿轮泵有一个主进口和多个出口，每个进口分支经过行星齿轮泵后有相应的一个出口，多个出口分别同相应的机头相连接。微分式挤出机及其成型工艺既可利用一台挤出机配合多个机头同时批量生产相同或不同制品，又可进行微型挤出成型制件的大批量、低成本生产，且具有塑化量大、混料性能高、控制计量精度高的优点。
文档编号B29C47/92GK101837632SQ20091008012
公开日2010年9月22日 申请日期2009年3月20日 优先权日2009年3月20日
发明者丁玉梅, 刘勇, 安瑛, 杨卫民, 王建, 谢鹏程, 阎华 申请人:北京化工大学