一种塑料检查井超声振动微发泡注塑成型装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及塑料件注塑成型加工领域，具体为一种塑料检查井超声振动微发泡注塑成型装置及其方法。
【背景技术】
[0002]塑料检查井是市政管网建设的重要组成部分，是一种绿色环保产品，社会和经济价值较高，近几年，国内外市场需求量越来越大，发展前景广阔。塑料检查井的质量通常是几十千克甚至上百千克，外形复杂，尺寸大，大型塑料检查井一般采用传统的注塑成型方法，而传统注塑成型需要高速高压才能满足大流量的塑料熔体快速充填模具型腔，因而，塑料检查井常规注塑成型一直存在的问题是:塑料原材料消耗大、能耗高、工艺复杂和成型质量控制困难。
[0003]由于市政管网建设施工和长期各类载重车辆碾压通过的路况工作环境，都需要塑料检查井具有较高的成型质量和机械强度，为了提高机械强度，生产企业一般通过增加塑料检查井壁厚和添加数量众多的加强筋板，因而，大型塑料检查井不仅需要增加原材料消耗，而且由于尺寸大和形状复杂，充填不足和制品表面较多的熔接线一直是塑料检查井注塑成型难以解决的关键问题。目前，虽然生产企业已在注塑模具浇注系统和注塑工艺等方面进行了较多的技术改进，但如何降低大型塑料检查井原材料消耗，降低能源消耗，提高制品表面质量和机械强度，还有待于进一步探索新方法新工艺。
[0004]近年来，发泡注塑是塑料成型加工的新方向，发泡注塑具有尺寸精度好和材料消耗低等优点，国内外科研工作者和技术人员在发泡注塑成型设备和工艺等方面进行了大量的创新研究和应用，例如，专利号:201010595524.1公开了一种用超临界流体控制系统进行热塑性微细发泡注塑管件的制备方法，但是这种发泡注塑需要复杂的超临界流体控制系统；专利号:200710026663.0公开了一种用种预压法化学发泡高速注塑成型方法，这种化学方法虽然发泡简单，但是发泡的空穴大小不容易控制，制品强度较低；专利申请号201110356065.6采用高分子复合材料，通过塑料原料中添加发泡剂、助发泡剂等材料，这是在螺杆剪切塑化过程中产生发泡并完成注塑，发泡效率低。目前，发泡注塑已大量应用在多种工程领域的塑料制品上，但各自有其适用范围和条件限制，由于塑料检查井的成型工艺特殊性，发泡注塑还尚未应用于大型塑料检查井注塑成型。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明提供了一种塑料检查井超声振动微发泡注塑成型装置及其方法，在塑料检查井注塑成型过程中，通过模具超声振动装置的超声振动空化作用，将模具型腔中的塑料熔体进行微发泡，提高塑料熔体温度增大体积，促使塑料熔体在模具型腔内流动并快速充填模具型腔，节约了塑料原材料，降低注塑压力，节约能源，避免或减少恪接线发生，提尚制品机械强度。
[0006]为实现上述目的，本发明的具体方案为: 一种塑料检查井超声振动微发泡注塑成型装置，包括定模板、动模板、模具型芯和热流道系统，模具型芯包括模具主型芯、侧抽型芯，模具型芯位于定模板与动模板之间，侧抽型芯与模具主型芯相邻，模具型芯与定模板、动模板之间设有模具型腔，热流道系统设置于定模板上，还包括超声振动装置、控制系统，热流道系统包括主流道、设置于主流道上的可转动的转向开关，在转向开关上设有可连通主流道的通孔，在主流道的上端设有流道上端口，在主流道的下端设有流道下端口，流道上端口连接注塑机喷嘴，流道下端口连接模具型腔，在动模板上设有贯通动模板上下端面的阶梯通孔，模具主型芯的下端间隙配合于动模板的阶梯通孔内，在动模板的下端设有超声振动装置，模具主型芯的下端面与超声振动装置相接触，控制系统与超声振动装置、转向开关分别控制连接。
[0007]在侧抽型芯的一侧设有弧状凸起，在模具主型芯的一侧设有与弧状凸起相配合的弧状凹槽，弧状凸起与弧状凹槽的配合间隙为0.03mm至0.05mm，模具主型芯的下端与动模板阶梯通孔的配合间隙为0.02mm至0.03mm。
[0008]在定模板上设有通腔，热流道系统还包括嵌在定模板通腔内的浇口套、设置在浇口套的外侧边缘的加热器，主流道设置在浇口套的中心，主流道为锥形圆孔。
[0009]阶梯通孔包括孔径由上至下依次减小的第一通孔、第二通孔，模具主型芯的下端间隙配合于第二通孔。
[0010]转向开关为球形阀门或圆柱体阀门。
[0011]采用塑料检查井超声振动微发泡注塑成型装置的注塑成型方法，包括注塑和微发泡两个阶段，首先是注塑，注塑包括以下步骤:
(1 )、首先进行注塑前准备，进行注塑机塑化，根据塑料检查井注塑成型工艺要求，塑料原材料在注塑机塑化过程中或塑化前，均匀混合一定比例的发泡型核，按比例0.1?1%配比混合发泡型核材料和塑料原材料，塑化后，塑料原材料和发泡型核材料塑化为塑料熔体。
[0012](2)、计算和设置塑料熔体充填模具型腔体积85%?90%的注塑时间和注塑压力；依据超声振动微发泡注塑成型工艺要求，由控制系统设定转向开关和超声振动装置的具体工作参数。
[0013](3)、在注塑机完成塑化后，注塑机开始注塑，转向开关工作位置设定为打开主流道，塑料熔体充填模具型腔，直至熔体充填至模具型腔体积的85?90%，注塑机停止给料，将转向开关工作位置设定为关闭主流道。
[0014]然后是微发泡，微发泡包括以下步骤:
(1)、启动超声振动装置，超声振动装置发出纵向和横向振动的超声波，超声波作用于模具主型芯，模具主型芯振动，模具主型芯将超声波作用于模具型腔中的塑料熔体使其微发泡，当微发泡的塑料熔体体积膨胀并完全充填满模具型腔后，超声振动装置停止工作。
[0015]( 2 )、待注塑成型装置冷却后，开模取下塑料制件。
发泡型核为粉末，粉末颗粒直径为1微米至100微米，粉末材料为碳酸钙或石英。
[0016]微发泡的塑料熔体的微孔气泡直径大小为1微米至500微米。
[0017]超声振动装置由模具主型芯施加塑料熔体的超声波参数是:振幅为10微米至20微米，振动频率20?30KHz，声压幅值1.0?2.0MPa，振动时间1至10分钟。
[0018]弧状凸起与弧状凹槽的配合间隙小于塑料检查井的塑料溢边值，大于模具主型芯的振动幅值，即大于超声波振幅。
[0019]本发明的转向开关设有通孔，在塑料熔体注塑充填模具型腔时，转向开关打开，转向开关通孔连通热流道系统主流道和模具型腔，在超声振动发泡时，转向开关关闭，阻断注塑机喷嘴和模具型腔之间的主流道，转向开关由控制系统控制。模具主型芯下端面连接超声振动装置。
[0020]发泡型核为粉末，颗粒直径为1微米至100微米，材料可以为碳酸钙、石英或其他粉末材料，发泡型核所占比重为0.1?1%。
[0021]在模具型腔中产生超声波，即由超声振动装置产生纵向和横向振动的超声波，超声振动装置通过模具主型芯将超声波作用于塑料熔体，整个成型过程分为注塑和微发泡两个阶段。在注塑充填过程中，当塑料熔体充填至模具型腔体积的85%?90%时，注塑机停止给料，转向开关关闭注塑机喷嘴和模具型腔之间的流道，超声振动装置开始工作，模具主型芯将超声波作用于塑料熔体。超声发泡原理是发泡型核颗粒在塑料熔体内部振动摩擦，发泡型核对熔体振动摩擦产生微点极热高温，微点极热高温促使发泡型核周围的熔体快速形成微孔气泡，微孔气泡直径大小为数十微米至数百微米。当微发泡的塑料熔体体积膨胀并完全充填满型腔后，超声振动装置停止工作。待模具冷却后，开模取下塑料制件。转向开关和超声振动装置由控制系统控制工作。
[0022]本发明具有如下积极效果:
1.本发明通过模具主型芯的超声振动装置对模具型腔中的塑料熔体进行整体超声振动作用，超声振动可以快速提高塑料熔体温度，并将模具型腔中的塑料熔体进行快速整体微发泡，促使塑料熔体在微发泡自身膨胀压力作用下快速充填模具型腔。
[0023]2.在塑料熔体进行整体微发泡过程中，较高的熔体温度可以减少熔体在型腔中汇合处的熔接线，而且，熔体中汇合处的微发泡进一步消除了冷峰面的形成，因而，消除了熔接线，增强了制品机械强度，并且相比普通注塑成型件，制品内部的微气泡空穴结构能够提高机械强度。
[0024]3.由于注塑过程中只需要熔体充填模具型腔体积的85%?90%，因而可以降低塑料原材料10%?15%。相比普通注塑，可以降低常规注塑压力60?80%，且塑料熔体微发泡自身膨胀，不需要保压压力，节约了能源。
【附图说明】
[0025]图1为本发明在超声振动发泡成型时的结构示意图。
[0026]图2是本发明在注塑前转向开关打开主流道的结构示意图。
[0027]图3为塑料检查井的结构示意图。
[0028]图4为侧抽型芯的结构示意图。
[0029]图5为_旲具主型芯的结构不意图。
[0030]图中:浇口套1、主流道1-1、流道上端口 1-1-1、流道下端口 1-1-2、加热器2、转向开关3、通孔3-1、塑料检查井4、定模板5、通腔5-1、模具主型芯6、弧状凹槽6_1、侧抽型芯
7、弧状凸起7-1、动模板8、阶梯通孔8-1、第一通孔8-1-1、第二通孔8_1_2、超声振动装置
9、控制系统10、模具型腔11。
【具体实施方式】
[0031]以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0032]实施例1:参见附图1?附图5，一种塑料检查井超声振动微发泡注塑成型装置，包括定模板5、动模板8、模具型芯和热流道系统、超声振动装置9、控制系统10，模具型芯包括模具主型芯6、侧抽型芯7，模具型芯位于定模板5与动模板8之间，侧抽型芯7与模具主型芯6相邻，模具型芯与定模板5、动模板8之间设有模具型腔11，热流道系统设置于定模板5上，在定模板5上设有通腔5-1，热流道系统包括嵌在定模板5的通腔5-1内的浇口套1、设置在浇口套1的外侧边缘的加热器2、主流道1-1、设置于主流道1-1上的可转动的转向开关3，主流道1-1设置在浇口套1的中心，主流道1-1为锥形圆孔。在转向开关3上设有可连通主流道1-1的通孔3-1，在主流道1-1的上端设有流道上端口 1-1