专利名称：用于液体注射成型模具的自动化流体调制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体注射成形模具，包括热塑性材料的冷、热流道注射成形模具和热固性材料的冷流道注射成形模具，尤其是涉及一种作用于模具分流道中的流体，调配流体进入模具型腔的流量并促使流体温度均衡的用于液体注射成型模具自动化流体调制装置。
背景技术：
目前，在液体物料注射成形工艺中，为降低生产成本、提高生产效率，业界越来越多地使用多腔模具(Mult1-cavity Mold)、家族模具(Family Mold)和叠层模具(StackMold)作为生产装备进行产品生产。其工艺特点是，生产过程中的液体物料不再直接进入产品型腔，而是经由分流道分流改向后，充填入几何平衡的各个型腔，固化后得到产品。这种工艺措施固然能够降低生产成本、提高生产效率，但也存在一些问题I)温度不均匀、充填不均衡液体物料在管道中流动时，会在管壁上产生附壁边界层，其流速很低，和管道中心流体存在较大的速度梯度，导致剪切率陡升，引发剪切生热，从而使得边界层附近流体温度远高于流道中心流体的温度。然而，在注射成形工艺中，流体的流动状态为层流，这种层流状态的流体，其各层之间的热交换效率低，因此导致整个流动通道横截面上流体的温度不均匀；这种剪切诱变产生的温度不均匀，使得当流体经分流道分配、转向时，各个分流道中的流体温度就会不同。受温度的影响，流体的粘度也会产生些许差异，流速也就不一样，导致有的型腔先充填，有的型腔后充填。这种充填不均衡的直接后果就是造成一些型腔短身寸(short shot)。为了消除短射，一般的措施是增加保压压力，以使更多的液体物料进入型腔，然而，这将导致出现溢料飞边(flash)，原因在于，先充填完的型腔在增加保压压力时，不得不接收更多的物料，使得型腔内的压力超过模具锁模力，物料沿着分型面溢出(flash)，产生飞边。即便不产生飞边，由于各个型腔内塑料的多寡不同，也会使得各个型腔的产品在密度和物理特性上存在着差异。例如，对于热塑性塑料的注射成形时，由于剪切诱变产生的温度不均匀，使得高温流体在同样的注射压力的情况下，粘度低、流速快，而低温流体的粘度大、流速慢，从而导致充填不均衡；对于热固性物料(如液体硅橡胶)的反应注射成形而言，由于剪切诱变产生的温度不均匀，导致分流道中的流体会产生不同程度的固化(硫化)，高温流体过早发生硫化，流动变缓，而低温物料流速较高，导致各个产品型腔的充填不均衡。2)流量难以控制和分配对于小批多样的零件的生产而言,采用家族模具(Family Mold)无疑是最好的选择，然而，为了使不同型腔同时充填完成，就必须分配流往不同型腔的物料流量，一般的解决方法是使各个型腔的分流道的长度进行差异化，即小型腔的分流道长，大型腔的分流道短。这就使得模具设计、加工和生产调试存在一定的困难。
为节省原材料、改善产品品质、提升生产效率而日趋流行的热流道模组(又称热半模，针对热塑性塑料)和冷流道模组(又称冷半模，针对热固性塑料)技术而言，上述方式存在一定的缺陷一是因为热半模和冷半模价格昂贵，为因应家族产品的生产，必须一套家族产品订制一套相应的热半模或冷半模，使得模具成本急剧上升；二是由于热半模和冷半模技术一般都是采用针阀进浇，其针阀之间的距离本身就有最小值限制，而为了保证家族产品型腔充填上的平衡，各针阀到主浇口之间的距离就需相应增大或缩小，这就导致模具体积庞大，这对注射成形设备的性能参数也提出了更高的要求。三是难以实现热半模或冷半模的标准化。为了解决上述存在的问题，中国专利“一种模组化的冷流道系统”(专利申请号201220421633. 6)中提供了一种手动流体调制部件，该手动流体调制部件的主体是一个安装在模具的流道板上的类旋塞阀的零件，该零件和流道板中的分流道相贯，作用于流经分流道的液体物料，以达到热量均衡和流量控制的目标。其原理在于使用前，将阀杆旋转一定的角度，使用过程中，流经分流道的液体物料在穿过阀口时会产生预设角度的翻转、混合，促使层流液体热交换，达到温度的均匀，进而平衡充填。此外，通过旋转阀杆，改变液体流动通道的大小，调整流经该通道液体物料的流量，进而实现在不变更分流道长度的情况下，实现不同产品型腔的平衡充填。该专利申请虽然可解决上述存在的主要问题，但也存在如下不足之处I)调试困难一般是在使用前，手动将阀杆旋转至所需的位置，其定位精度和重复定位精度难以保证。2)稳定性不高阀杆在旋转至一定角度后，仅依靠其与阀套之间的静摩擦力保持稳定，而生产过程中，阀杆会受到流经阀口的流体冲击，承受流体对其施加的转矩，，有可能发生偏转，导致调制失效。3)使用受限其一，热塑料性材料的冷流道注射成形工艺在每个注射周期都需要顶出流道凝料，而手动流体调制部件中的阀孔贯穿于阀杆中上部，使得阀孔内的冷凝料却无法顶出，这就限制该装置只能用于热塑料性材料的热流道注射成形或者热固性材料的冷流道注射成形，不能用于普通热塑性材料的冷流道注射成形，而恰恰是在普通热塑性材料的冷流道注射成形工艺中，剪切诱变的温度不均匀和充填不平衡最为严重。其二，即便对于热塑料性材料的热流道注射成形或热固性材料的冷流道注射成形，由于生产过程中，不可避免的会在流道中产生凝料(对热固性材料尤为如此)，而手动流体调制部件的阀杆始终处于偏转位置，使得后续模具流道清理非常困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种用于液体注射成型模具的自动化流体调制装置。该装置不仅能够实现模具型腔的均衡充填和流量控制，而且还具有在线自动调制、调制过程精确、调制结果稳定等特点。此外，该装置适用于一切注射成形工艺，结构紧凑、使用灵活、安装方便。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种用于液体注射成型模具的自动化流体调制装置，设有机架、微型伺服电机、调制阀、减速齿轮组和控制器；微型伺服电机和调制阀安装在机架上；微型伺服电机与调制阀通过减速齿轮组连接；控制器的输出端与微型伺服电机电连接，微型伺服电机驱动轴与减速齿轮组的输入端齿轮连接，减速齿轮组的输出端齿轮与调制阀的阀杆固连，控制器的输入端外接注射成形机上的传感器；所述调制阀包括阀杆、套筒和固定挡圈，阀杆与机架转动配合，套筒和固定挡圈套于阀杆下部。所述微型伺服电机最好为能输出较大扭矩的金属舵机。所述机架设有U字形框架和盖板;U字形框架由左、右侧板和底板三部分合围而成，其中，左、右侧板的前方中部对称位置设有耳板，盖板设有通孔，该通孔内设有上滑动轴承底板后部下表面设有沉头限位孔，沉头限位孔内设有下滑动轴承，所述阀杆通过上滑动轴承和下滑动轴承与机架转动配合。为便于装配，所述底板最好为前部低(薄)、后部高(厚)的阶梯式结构，所述沉头限位孔的沉头面及底板后部上表面最好设有环氧耐磨涂层；盖板下表面最好也设有环氧耐磨涂层，环氧耐磨涂层可降低摩擦系数，提高器件的使用寿命和效率。所述减速齿轮组可为由2个齿轮构成的齿轮副，齿轮副的输入端齿轮固于微型伺服电机的驱动轴上，齿轮副的输出端齿轮固于调制阀的阀杆上。所述控制器最好采用Arduino电路控制板。所述阀杆最好套有上微型平面推力球轴承和下微型平面推力球轴承，这样可有效防止阀杆轴向串动。与现有技术比较，本发明具有如下突出优点①流体自动化调制精确、快捷、稳定本发明提供的自动化流体调制装置，采用控制器向微型伺服电机连续发送脉冲信号以驱动阀杆旋转，进而实现对流体的调制，其响应速度快捷、响应结果精准；此外，使用减速齿轮组将输出扭矩倍增，使得阀杆能承受较大强度的流体冲击，保证其位置稳定，克服了既有方案中单纯依靠摩擦力来承受流体冲击而有可能产生偏转以致调制失败的缺点。②结构紧凑、易于使用本发明提供的自动化流体调试装置，其结构紧凑，易于安装、便于调试。③使用方式灵活，适用性广本发明提供的技术方案中，阀杆上部的阀孔可以改型，如使用U型槽或其他型式的敞开阀口来代替封闭阀孔，就使得该流体调制装置可以应用在热塑性材料的冷流道注射成形。本发明提供的技术方案中，控制器除了依靠程序来对阀杆进行运动控制外，还能通过监视注射机螺杆来判定当前的工艺过程状态，进而对阀杆进行运动控制。控制器在注射循环周期开始时，依据事先设定的程序将阀杆旋至调制角度，当注射保压阶段完成，即注射机螺杆后退至预定位置时，驱动器依据位置传感器给出的信号，迅速地控制阀杆回转到初始位置，即阀孔全开的状态。基于这样的控制机理和控制方式，对于热塑性材料的热流道注射成形和热固性材料的冷流道注射成形而言，使得后续更换物料或者更换型腔时，流道中凝料的清理就会变得容易。本发明提供的技术方案中，阀杆上部的阀孔可以改型，如使用U型槽或其他型式的敞开阀口来代替封闭阀孔，这就使得本发明可以应用于热塑性材料的冷流道注射成形。在这种情况下，同样基于上述的控制机理和控制方式，就能避免流道凝料中存在薄弱的环节(即阀口与分流道相贯交的位置)，而就是这些薄弱环节常导致后续清理的不便以及流道凝料顶出时产生断裂，影响产品的取出。此外，在本发明提供的方案中，流体调制装置不仅可以安装在流道板的四周，特别地，当应用于热塑性材料的冷流道注射成形工艺时，还可以将其安装到顶针板上，既可在闭模充填时起到流体调制的作用，又能在开模时作为异型顶杆以顶出流道凝料。
图1为本发明实施例1的结构示意图。图2为图1中省略控制器后的内部结构示意图。图3为图1中的机架的U字形框架的结构示意图。图4为本发明实施例2结构示意图。图5为本发明实施例2的应用安装示意图。图6为本发明实施例2的另一种应用安装示意图。图7为本发明实施例3结构示意图。图8为图7的A-A剖视图。
具体实施例方式实施例1实施例1是针对热塑性材料的热流道注射成形工艺和热固性材料的冷流道注射成形工艺。参见图1 3，实施例1设有机架1、微型伺服电机2、调制阀3、减速齿轮副4和控制器5。微型伺服电机2和调制阀3固于机架I上，微型伺服电机2输出端与减速齿轮副4的输入端齿轮41连接，减速齿轮副4的输出端齿轮42设于调制阀3的阀杆31上。调制阀3设有阀杆31、套筒32和固定挡圈33，套筒32和固定挡圈33套于阀杆31下部。控制器5输出端接微型伺服电机2,控制器5输入端外接注射成形机上的传感器(图1 3中未画出)。所述机架I由U字形框架11和盖板12构成，盖板12通过内六角螺丝紧固于U字形框架11顶面，成为一个整体。U字形框架11由左、右侧板和底板三部分合围而成。左、右侧板的前方中部对称位置设有耳板111，底板为前低(薄)后高(厚)的阶梯形式。底板后(厚)部正中设有沉头限位孔112，该沉头限位孔112内设有滑动轴承113，该沉头限位孔112的沉头面和底板后(厚)部上表面均铺设有环氧耐磨涂层114，环氧耐磨涂层可降低摩擦系数，提高器件的使用寿命和效率。盖板12设有通孔，通孔内设有滑动轴承121 ;盖板12下表面铺设有环氧耐磨涂层122，环氧耐磨涂层可降低摩擦系数，提高器件的使用寿命和效率。盖板12上另设有若干沉头孔或定位销孔，用以将本发明实施例紧固定位到注射成形模具上。所述微型伺服电机2为一种能输出较大扭矩的金属舵机,微型伺服电机2通过内六角螺丝固定在机架I的耳板111上。控制器5是一块小型的电路控制板，具体为一种Arduino电路控制板。控制器5通过电缆与微型伺服电机2和安装在注射成型机上的位置传感器电连接。控制器5 —方面对微型伺服电机2供电，另一方面通过控制器5上的程序和读取的注射成型机螺杆(或柱塞)的位置信号实现对微型伺服电机2进行运动控制，微型伺服电机2控制所述阀杆31旋转，从而使阀杆31旋转一定的角度，达到精确控制流道阀口的开度，实现对流体进行调制。在注射阶段结束后，阀杆31旋回初始状态，这样可以避免流道凝料中存在薄弱的环节(即阀口与分流道相贯交的位置)，不影响产品和浇口凝料的顶出，而且阀杆31能起到顶针(EP)的作用。所述阀杆31呈倒T形，其上端设有阀孔311，底端形状为D字形(限位凸缘)，并设有内六角孔312，通过该内六角孔312，可使用内六角扳手在断电的情况下仍可对装置进行手动调节。阀杆31底端限位凸缘及其与沉头限位孔112的配合形式参见图8。本发明实施例1中，U字形框架11底板后(厚)部上表面铺设的环氧耐磨涂层114和盖板12下表面铺设的环氧耐磨涂层122，可由其他材料或器件替代。例如，对于所需扭矩较小的场合，可用聚四氟乙烯软带代替环氧型耐磨涂层；本实施例1的安装步骤简述如下①首先松开类U字形框架11与盖板12相连接的内六角螺钉，取下盖板12 ；②用内六角螺丝和定位销经由盖板12上的沉头孔和销钉孔将盖板12固定在模具模板的设计位置上(未画出安装示意图)；③在阀杆31上套上密封圈，经由盖板12上的滑动轴承121，使其进入模具的分流道，并用内六角螺钉将U字形框架11与盖板12紧固在一起。④用内六角扳手经内六角孔312将阀杆31旋转极限位置(极限位置由沉头限位孔112和阀杆31底端的限位凸缘共同决定，此步骤可选。⑤将微型伺服电机2的控制电缆和位置传感器的信号电缆连接至控制器5。本发明实施例1的工作过程简述如下①自动流体装置上电初始化；②模具合模，控制器5依程序控制微型伺服电机2驱动阀杆31旋转预设的角度；③注射成形，调制阀3对流经其的物料进行调制，以达到流体至型腔的均匀充填；④注射机螺杆后退进行预塑，位置传感器向控制器5发出信号，控制器5读取该信号并控制微型伺服电机2驱动阀杆31旋转至初始位置；⑤产品制件顶出，进行下一注射循环。实施例2参见图4，与实施例1类似，区别在于，将实施例1中的阀杆31上端的封闭阀孔311(参见图2)改为U形槽311’(也可为其他具有不同流体特性的敞开阀口)。本实施例2适用于普通热塑性材料的冷流道注射成形工艺，具体应用安装方式有如下二种参见图5，将本实施例2安装在模具的模架支撑板P2上，注射时，阀杆31旋转一定的角度，对流体进行调制，注射阶段结束后，阀杆31旋回，这样就能避免流道凝料中存在薄弱的环节(即阀口与分流道相贯交的位置)，产品和浇口凝料便可由顶针Pl顺利地顶出。图5中,标记P4为模具的复位杆,其余标记与图4对应。参见图6，将本实施例2安装在模具的模架的顶针Pl的固定板P3上，注射时，阀杆31旋转一定的角度，对流体进行调制，注射阶段结束后，阀杆31旋回，这样可以避免流道凝料中存在薄弱的环节(即阀口与分流道相贯交的位置)，不影响产品和浇口凝料的顶出，而且阀杆31还可起到顶针的作用。图6中，标记P4为模具的复位杆，其余标记与图4对应。实施例3参见图7和8，与实施例1类似，区别在于，本实施例3适用于所需扭矩较大的场合，在阀杆31上增设了上微型平面推力球轴承123和下微型平面推力球轴承115。微型平面推力球轴承可有效防止阀杆31轴向串动。阀杆31底端D字形限位凸缘及其与沉头限位孔112的配合形式如图8所示。其余标记与图2对应。安装方式及工作过程与实施例1相同。
权利要求
1.用于液体注射成型模具的自动化流体调制装置，其特征在于设有机架、微型伺服电机、调制阀、减速齿轮组和控制器； 微型伺服电机和调制阀安装在机架上；微型伺服电机与调制阀通过减速齿轮组连接；控制器的输出端与微型伺服电机电连接，微型伺服电机驱动轴与减速齿轮组的输入端齿轮连接，减速齿轮组的输出端齿轮与调制阀的阀杆固连，控制器的输入端外接注射成形机上的传感器；所述调制阀包括阀杆、套筒和固定挡圈，阀杆与机架转动配合，套筒和固定挡圈套于阀杆下部。
2.如权利要求1所述的用于液体注射成型模具的自动化流体调制装置，其特征在于，所述微型伺服电机为金属舵机。
3.如权利要求1所述的用于液体注射成型模具的自动化流体调制装置，其特征在于，所述机架设有U字形框架和盖板;u字形框架由左、右侧板和底板三部分合围而成，其中，左、右侧板的前方中部对称位置设有耳板，盖板设有通孔，该通孔内设有上滑动轴承底板后部下表面设有沉头限位孔，沉头限位孔内设有下滑动轴承，所述阀杆通过上滑动轴承和下滑动轴承与机架转动配合。
4.如权利要求1所述的用于液体注射成型模具的自动化流体调制装置，其特征在于，所述底板为前部低、后部高的阶梯式结构，所述沉头限位孔的沉头面及底板后部上表面设有环氧耐磨涂层；所述盖板下表面也设有环氧耐磨涂层。
5.如权利要求1所述的用于液体注射成型模具的自动化流体调制装置，其特征在于，所述减速齿轮组为2个齿轮构成的齿轮副，齿轮副的输入端齿轮固于微型伺服电机的驱动轴上，齿轮副的输出端齿轮固于调制阀的阀杆上。
6.如权利要求1所述的用于 液体注射成型模具的自动化流体调制装置，其特征在于，所述控制器采用Arduino电路控制板。
7.如权利要求1所述的用于液体注射成型模具的自动化流体调制装置，其特征在于，所述阀杆套有上微型平面推力球轴承和下微型平面推力球轴承。
全文摘要
用于液体注射成型模具的自动化流体调制装置，涉及液体注射成形模具。设有机架、微型伺服电机、调制阀、减速齿轮组和控制器；微型伺服电机和调制阀安装在机架上；微型伺服电机与调制阀通过减速齿轮组连接；控制器的输出端与微型伺服电机电连接，微型伺服电机驱动轴与减速齿轮组的输入端齿轮连接，减速齿轮组的输出端齿轮与调制阀的阀杆固连，控制器的输入端外接注射成形机上的传感器；所述调制阀包括阀杆、套筒和固定挡圈，阀杆与机架转动配合，套筒和固定挡圈套于阀杆下部。流体自动化调制精确、快捷、稳定；结构紧凑、易于使用；使用方式灵活，适用性广。
文档编号B29C45/77GK103072245SQ201310033248
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月28日 优先权日2013年1月28日
发明者龚晓叁, 周水庭 申请人:厦门理工学院