专利名称：注射机螺杆轴向脉动位移方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及注射机螺杆轴向脉动位移方法及装置。具体指采用液压激振力为动力的直线运动机构的方法实现注射螺杆的轴向脉动。
背景技术：
随着现代化加工技术的进步，振动技术更加广泛地应用于各个领域，聚合物加工领域也不例外。常用的注射机的塑化注射装置为螺杆一线式注射装置，注射螺杆作周向旋转运动，塑化物料时螺杆边转动边后退，熔体物料被送入螺杆头部退让出的料筒空间，达到一定量后由外力作用使螺杆前进充当柱塞将物料从料筒注射进入与之相连的模具型腔中。但塑化装置由于塑化时螺杆后退，有效长度缩短，使熔料塑化混炼效果不均匀，影响注射后制品质量。
传统的注射成型方法产生出来的工程塑料制品(如汽车零件、齿轮等)，往往容易出现各种缺陷(如缩孔、裂纹、翘曲、变形等)，影响了制品的力学性能和外观质量，因而限制了制品的使用范围。随着工业技术的不断发展，对注射成型塑料制品质量的要求越来越高，如精密塑料齿轮的高精度、汽车零件的轻量化、高强度等这样的要求，采用传统的注射成型方法是无法满足的。因此，必须寻求新的注射成型方法和工艺。专利号为01810109.7的中国发明专利“注塑机注射螺杆的驱动装置”提供一种驱动注射螺杆旋转运动与直线运动的方法，但该方法不能克服塑化时注射螺杆后退，螺杆有效长度缩短，使塑化混炼效果不好，充模时物料温度高，成型制品所需的冷却时间长，使制品的成型周期加长等缺点。专利号为96108387.5的中国发明专利“电磁式聚合物动态注射成型方法及装置”采用的电磁能量转换的方式实现注射螺杆的轴向脉动，但结构复杂，难以与传统液压系统驱动的螺杆一线式注射装置有机的结合在一起，而且激振输出功率小。国外20世纪80年代提出通过液压装置将振动技术引入到注射保压阶段，但是仅仅局限于保压阶段，制品的性能并没有很大的提高。
解决注射螺杆的轴向脉动的关键是激振器。目前常用的机械振动器的形式有惯性激振器、弹性连杆激振器等。调整振动振幅，一般通过调整振动的振动力，而这两者调整振动力不方便，调整的效果也欠佳。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，采用液压激振的方式实现注射螺杆的轴向脉动，使塑化、注射、持压过程均在周期性振动状态下进行。
本发明的目的通过如下技术方案实现螺杆作轴向位移的同时可作周期性轴向振动，轴向位移和轴向振动叠加后使螺杆作轴向脉动位移，其特征在于螺杆的动力传递轴与一个被置于固定在液压马达座上的激振油缸中可作轴向位移的活塞轴通过键连接而且在轴向方向上互相定位，并通过活塞轴、滚动花键与液压马达的输出轴连接，在旋转或没有旋转的时候均可作轴向脉动位移。
实现上述注射机螺杆轴向脉动位移方法的装置在于所述装置中的螺杆通过其动力传递轴可在专门的注射油缸的作用下与液压马达座一起作轴向位移，同时由被置于固定在液压马达座上的激振油缸中可作轴向位移的活塞与活塞轴在一脉动油压作用下作轴向振动，注射油缸的活塞杆与激振油缸缸体固定联接。所述固定在液压马达座上的激振油缸中的活塞通过圆锥滚子调心轴承作轴向和径向支撑、通过定位轴承定位安装在激振油缸活塞轴上，活塞与活塞轴在一脉动油压作用下作轴向振动，在活塞轴旋转的时候活塞不旋转；或固定在液压马达座上的激振油缸中的活塞与活塞轴固定连接，活塞与活塞轴在一脉动油压作用下作轴向振动，在活塞轴旋转的时候活塞一起旋转。所述固定在液压马达座上的激振油缸中的脉动油压由一活塞可作轴向振动的激振源油缸经一油管提供；或可由液压泵，经一单向阀、换向阀、单向节流阀提供的油压和一活塞可作轴向振动的激振源油缸提供的油压叠加而成。所述活塞可作轴向振动的激振源油缸中的活塞被缓冲弹簧支撑并在交变外力F的作用下作轴向振动。
本发明所采用的振动装置为液压激振器激振。液压激振与惯性激振，弹性连杆激振相比，液压激振不但可以实现无级调频和调幅，输出功率大、效率高，而且传动系统大大简化，操作方便，省力。
图1为本发明实施例1注射机螺杆轴向脉动位移装置的结构示意图。图中激振油缸活塞不旋转。
图2为本发明实施例2注射机螺杆轴向脉动位移装置的结构示意图。图中激振油缸活塞旋转。
图3为本发明实施例3注射机螺杆轴向脉动位移装置的结构示意图。图中示出注射机为单缸直射装置，激振油缸同时充当注射油缸的作用。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明作的具体实施方式
作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1如图1所示，注射机螺杆轴向脉动位移装置为激振油缸活塞不旋转的结构形式。固定在液压马达座上的激振油缸5的活塞轴24的前端通过键3与注射螺杆1的动力传递轴2连接而且在轴向方向上互相定位；激振油缸活塞轴24的后端通过滚动花键7与液压马达10的输出轴9连接，滚动花键7由定位轴承6和8支撑。旋转驱动液压马达10的输出轴9连接的滚动花键7，使注射螺杆1既可以旋转也可以同时或单独作轴向位移。激振油缸活塞4通过圆锥滚子调心轴承17作轴向和径向支撑、通过定位轴承16定位安装在激振油缸活塞轴24上，使激振油缸活塞轴24与激振油缸活塞4可以一起轴向振动。此时激振油缸活塞4在圆锥滚子调心轴承17和定位轴承16下，提供轴向振动时，不作周向旋转。激振油缸5通过一根油管13，与在交变外力F的作用下活塞可作轴向振动的激振源油缸12连通。激振源油缸12的活塞被缓冲弹簧11支撑着，借以平衡注射时通过注射螺杆1作用在激振油缸活塞4上的作用力，然后通过对激振源油缸12的活塞施加交变的外力F，即在支撑弹簧11动平衡时施加一个交变外力F，使激振源油缸12的活塞轴向振动，其中的脉动油压通过油管13传递到激振油缸5，从而实现激振油缸活塞4的轴向周期性振动，产生的周期性脉动经过圆锥滚子调心轴承17、活塞轴24、螺杆动力传动轴2作用到螺杆1，使螺杆1作轴向位移的同时可作周期性轴向振动，轴向位移和轴向振动叠加后使螺杆1作轴向脉动位移。螺杆1的轴向位移由注射油缸驱动进行。注射油缸14、15的活塞杆与激振油缸5的缸体固定联接。注射时，注射油缸14、15的注射压力和激振油缸5产生的轴向振动叠加，产生脉动的注射压力，使螺杆作轴向脉动式位移，并通过螺杆1作用到熔融的塑料上。
通过改变激振油缸和轴向激振源油缸的截面积比来改变振动的幅值，或者振动的振幅和频率可以通过外加的交变力F来改变，使螺杆轴向振动的位移发生变化，从而改变螺杆脉动的大小。
注射机螺杆轴向脉动位移装置在各阶段工作过程情况如下(1)动态塑化旋转液压马达10，通过滚动花键带动螺杆1旋转塑化后退，激振源油缸12由于交变外力的作用其中的油压脉动变化，脉动的油压通过油管13传递到激振油缸5，激振油缸5的活塞4产生轴向振动并作用在螺杆上，从而使螺杆作轴向位移的同时作周期性轴向振动，轴向位移和轴向振动叠加后使螺杆作轴向脉动式后退，螺杆前面的熔体中压力发生波动。熔体压力的波动以及螺杆轴向脉动位移使存在料筒中的物料轴向温度得到均化，同时剪应力场得到均化，物料在振动场作用下将继续塑化，解决了由于螺杆有效长度缩短造成塑化不均匀的问题。
(2)动态注射注射时，注射油缸14、15提供的注射压力和激振油缸活塞4由于脉动油压而产生的轴向振动叠加并作用在螺杆上，从而使螺杆1作轴向脉动式前进，产生脉动注射。螺杆1脉动推进(或步进)将计量好的熔体注入模腔。熔体的压力将随螺杆的脉动而变化，这种脉动的作用同样使熔体的粘度与弹性降低，流动阻力减小，冲模过程加快，填充均匀，同时模腔中熔体温度分布均匀，内应力减小。如果保持与无脉动注射相同的充模阻力，则脉动充模时熔体温度便可降低，冷却时间可缩短。
(3)动态保压模腔充满熔体后，注射油缸14、15提供的压力和激振油缸活塞4由于脉动油压而产生的轴向振动叠加并作用在螺杆上，使螺杆1继续作轴向脉动，保持模腔压力继续周期性变化。瞬时压力峰值使熔体不断压实，中间的空气由于压力的波动而容易排除，冷却缩孔容易得到补充。另外振动状态下熔体的弹性较小，温度分布均匀，制品中留下的内应力大为减小，制品质量得到提高。
实施例2如图2所示，为激振油缸活塞旋转的结构形式。固定在液压马达座上的激振油缸5的活塞轴24的前端通过键3与注射螺杆1的动力传递轴2连接而且在轴向方向上互相定位；激振油缸活塞轴24的后端通过滚动花键7与液压马达10的输出轴9连接，滚动花键7由定位轴承6和8支撑。旋转驱动液压马达10的输出轴9连接的滚动花键7，使注射螺杆1既可以旋转也可以同时或单独作轴向位移。激振油缸活塞4没有用轴承单独支撑，与激振油缸活塞轴24固定联接，使激振油缸活塞轴24与激振油缸活塞4可以一起轴向振动，并且激振油缸活塞4随激振油缸活塞轴24在液压马达10的驱动下一起转动。激振油缸5通过一根油管13，与在交变外力F的作用下活塞可作轴向振动的激振源油缸12连通。激振源油缸12的活塞被缓冲弹簧11支撑着，借以平衡注射时通过注射螺杆1作用在激振油缸活塞4上的作用力，然后通过对激振源油缸12的活塞施加交变的外力F，即在支撑弹簧11动平衡时施加一个交变外力F，使激振源油缸12的活塞轴向振动，其中的脉动油压通过油管13传递到激振油缸5，从而实现激振油缸活塞4的轴向周期性振动，产生的周期性脉动经过活塞轴24、螺杆动力传动轴2作用到螺杆1，使螺杆1作轴向位移的同时可作周期性轴向振动，轴向位移和轴向振动叠加后使螺杆1作轴向脉动位移。螺杆1的轴向位移由注射油缸驱动进行。注射油缸14、15的活塞杆与激振油缸5的缸体固定联接。注射时，注射油缸14、15的注射压力和激振油缸5产生的轴向振动叠加，产生脉动的注射压力，使螺杆作轴向脉动式位移，并通过螺杆1作用到熔融的塑料上。由此实现液压脉动装置的激振油缸活塞既作轴向振动也作周向旋转。
通过改变激振油缸和轴向激振源油缸的截面积比来改变振动的幅值，或者振动的振幅和频率可以通过外加的交变力F来改变，使螺杆轴向振动的位移发生变化，从而改变螺杆脉动的大小。
动态塑化、注射和保压过程同实施例1。
实施例3如图3所示为单缸直接注射的结构形式。包括固定在注射座上的激振油缸5和在交变外力F的作用下提供轴向振动的激振源油缸12。轴向振动的激振源油缸12产生的轴向振动油压通过一根油管13连接到注射油缸5中。注射螺杆1的动力传动轴2通过键3与激振油缸5的活塞轴24连接，活塞轴24与活塞4固定联接。从而把激振油缸产生的周期性脉动经过活塞轴24、动力传动轴2作用到螺杆1，使螺杆1作轴向位移的同时可作周期性轴向振动，轴向位移和轴向振动叠加后使螺杆1作轴向脉动位移。激振油缸活塞轴24的另一端通过滚动花键7、定位轴承6、8，与液压马达10的输出轴9连接。旋转驱动液压马达10的输出轴9连接的滚动花键7，使注射螺杆1既可以旋转也可以同时或单独作轴向位移。跟前面两种结构不同的是固定在液压马达座上的激振油缸中的脉动油压，由一定量液压泵21经一单向阀20、换向阀19、单向节流阀18提供的油压和一活塞可作轴向振动的激振源油缸12提供的油压在油管13中叠加而成。此时激振油缸5同时也承担注射油缸的作用，其活塞4在脉动油压的作用下作轴向脉动式位移，其中的脉动油压产生的脉动压力通过活塞4、活塞轴24、螺杆动力传动轴2作用在注射螺杆1上，使螺杆1产生周期性振动，通过螺杆1作用到熔融的塑料上。可作轴向振动的激振源油缸12的活塞被缓冲弹簧11支撑着，借以平衡注射时通过注射螺杆1作用在注射油缸活塞4上的作用力，然后通过对轴向振动的激振源油缸12的活塞施加交变的外力F，即在支撑弹簧11动平衡时施加一个交变外力F，从而实现激振源油缸12的活塞轴向周期性振动。此实现液压脉动装置的方法是使既充当注射油缸又充当激振油缸作用的油缸5的油压产生脉动，通过螺杆作用到熔融的塑料上。通过改变外加交变力F的振幅和频率，实现改变螺杆脉动的大小。
(1)动态塑化旋转液压马达10，通过滚动花键带动螺杆1旋转塑化后退，由一定量液压泵21经一单向阀20、换向阀19、单向节流阀18提供的油压和一活塞可作轴向振动的激振源油缸12提供的油压在油管13中叠加而成形成的脉动油压使振油缸活塞4产生轴向振动叠加并作用在螺杆上，叠加后的作用力比螺杆头前面的熔体平均压力低，螺杆在转动的同时作轴向脉动式后退，螺杆前面的熔体中压力发生波动。熔体压力的波动以及螺杆轴向脉动位移使存在料筒中的物料轴向温度得到均化，同时剪应力场得到均化，物料在振动场作用下将继续塑化，解决了由于螺杆有效长度缩短造成塑化不均匀的问题。
(2)动态注射注射时，由一定量液压泵21经一单向阀20、换向阀19、单向节流阀18提供的油压和一活塞可作轴向振动的激振源油缸12提供的油压在油管13中叠加而成形成的脉动油压使振油缸活塞4产生轴向振动叠加并作用在螺杆上，从而使螺杆1作轴向脉动式前进，产生脉动注射。螺杆1脉动推进(或步进)将计量好的熔体注入模腔。熔体的压力将随螺杆的脉动而变化，这种脉动的作用同样使熔体的粘度与弹性降低，流动阻力减小，冲模过程加快，填充均匀，同时模腔中熔体温度分布均匀，内应力减小。如果保持与无脉动注射相同的充模阻力，则脉动充模时熔体温度便可降低，冷却时间可缩短。
(3)动态保压由一定量液压泵21经一单向阀20、换向阀19、单向节流阀18提供的油压和一活塞可作轴向振动的激振源油缸12提供的油压在油管13中叠加而成形成的脉动油压使振油缸活塞4产生轴向振动叠加并作用在螺杆上，使螺杆1继续作轴向脉动，保持模腔压力继续周期性变化。瞬时压力峰值使熔体不断压实，中间的空气由于压力的波动而容易排除，冷却缩孔容易得到补充。另外振动状态下熔体的弹性较小，温度分布均匀，制品中留下的内应力大为减小，制品质量得到提高。
上述三种注射机塑化注射螺杆轴向脉动位移装置，螺杆作轴向位移的同时可作周期性轴向振动，轴向位移和轴向振动叠加后使螺杆作轴向脉动位移。三种结构都采用液压激振装置来实现注射机螺杆轴向脉动的，液压激振装置具有输出功率大、效率高等特点，而且改变激振的振幅和频率也很方便。本发明采用的液压激振装置把振动技术引入注射的全过程，实现注射螺杆的轴向脉动，使塑化、注射、持压过程均在周期性振动状态下进行。
权利要求
1.一种螺杆一线式注射机塑化注射螺杆轴向脉动位移的方法，其特征在于螺杆(1)在脉动油压的作用下，作轴向位移的同时可作周期性轴向振动，轴向位移和轴向振动叠加后使螺杆(1)作轴向脉动位移；所述螺杆(1)在旋转或没有旋转的时候均可作轴向脉动位移。
2.一种实现螺杆一线式注射机塑化注射螺杆轴向脉动位移的装置，其特征在于螺杆(1)的动力传递轴(2)与一个被置于固定在液压马达座上的激振油缸(5)中可作轴向位移的活塞轴(24)固定连接，所述活塞轴(24)随活塞(4)在激振油缸(5)中的脉动油压作用下作周期性轴向振动；所述活塞轴(24)通过滚动花键与液压马达(10)的输出轴(9)连接，在液压马达(10)的驱动下旋转。
3.根据权利要求2所述的螺杆一线式注射机塑化注射螺杆轴向脉动位移的装置，其特征在于固定在液压马达座上的激振油缸(5)中的活塞(4)通过圆锥滚子调心轴承(17)作轴向和径向支撑、通过定位轴承(16)定位安装在激振油缸活塞轴(24)上，活塞(4)与活塞轴(24)在一脉动油压作用下作轴向振动，在活塞轴(24)旋转的时候活塞(4)不旋转；或固定在液压马达座上的激振油缸(5)中的活塞(4)与活塞轴(24)固定连接，活塞(4)与活塞轴(24)在一脉动油压作用下作轴向振动，在活塞轴(24)旋转的时候活塞(4)一起旋转。
4.根据权利要求2所述的螺杆一线式注射机塑化注射螺杆轴向脉动位移的装置，其特征在于螺杆(1)通过其动力传递轴(2)可在注射油缸(14，15)的作用下与液压马达座一起作轴向位移，同时由被置于固定在液压马达座上的激振油缸(5)中可作轴向位移的活塞(4)与活塞轴(24)在一脉动油压作用下作轴向振动。
5.根据权利要求1所述的螺杆一线式注射机塑化注射螺杆轴向脉动位移的方法，其特征在于固定在液压马达座上的激振油缸(5)中的脉动油压由一活塞可作轴向振动的激振源油缸(12)提供。
6.根据权利要求1所述的螺杆一线式注射机塑化注射螺杆轴向脉动位移的方法，其特征在于固定在液压马达座上的激振油缸(5)中的脉动油压可由液压泵(21)，经一单向阀(20)、换向阀(19)、单向节流阀(18)提供的油压和一活塞可作轴向振动的激振源油缸(12)提供的油压叠加而成。
7.根据权利要求5或6所述的螺杆一线式注射机塑化注射螺杆轴向脉动位移的方法，其特征在于激振源油缸(12)中的活塞被缓冲弹簧(11)支撑并在交变外力F的作用下作轴向振动。
全文摘要
本发明涉及一种螺杆一线式聚合物注射机螺杆轴向脉动位移方法及装置。其特点是采用液压激振力为驱动动力的运动机构的方法实现注射螺杆的轴向脉动。通过固定在液压马达座上的激振油缸将由激振源油缸在交变外力作用下产生的脉动油压、注射油缸产生的注射压力、液压马达的旋转动力叠加，使螺杆作轴向位移或旋转的同时可作周期性轴向振动，轴向位移和轴向振动叠加后使螺杆作轴向脉动位移。注射螺杆的轴向脉动位移，可使熔融、塑化、注射、持压过程均在周期性振动状态下进行。这种成型方法及装置具有激振输出功率大，操作方便，对物料适应性广、成型制品质量高等优点。
文档编号B29C45/76GK1663771SQ20051003338
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月8日 优先权日2005年3月8日
发明者瞿金平, 吴宏武 申请人:华南理工大学