专利名称：一种超高速注射成型机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种注射成型机，属于高分子材料成型机械领域。
背景技术：
注射成型是低成本、大批量生产高分子材料制品极好的加工方法，同时，也是开发 高技术产品不可或缺的加工技术。进入二十一世纪，IT产业的迅猛发展，对高分子材料加 工成型制品提出了“超轻、超薄、超精密”的迫切要求。为了适应这种应用需要，目前以日本 和德国为代表的高分子材料成型加工工业强国所采取的措施是发展超高速注射成型。超高 速注射成型制品壁厚可达到0. 3mm以下而且使用性能提高，因而在移动电话、笔记本电脑 和IC卡等IT产品以及航空航天等特殊领域有着十分广阔的应用前景。超高速注射成型的突出优点有1)由于成型材料在极高剪切速率下流动，材料受 到高剪切发热而使粘度降低。此外，材料与模具中流道的低温壁面接触固化时通常会形成 一个皮层，在超高速充模注射成型的情况下，这一皮层的厚度也较薄，使高分子材料在充模 过程中能较好地保持在高温度状态，从而有利于实现超薄壁成型；幻高聚物在较低粘度下 的流动，成型制品各部分所承受压力也比较均勻，温度梯度较小，从而使制品的翘曲、扭曲 等变形较小；幻制品表面的流纹(流痕)和熔合线与普通注射成型相比大为改观。薄壁注塑已成为注塑机最需要增加的性能。一般薄壁产品的厚度在Imm 2mm之 下(与壁厚/流动长度的比值有关)，而且往往精度要求很高，一般注塑机未必能够达到这 个精准度，所以需要一种更特殊及具有高速、高压性能的注塑机。现在面世的超高速注射成 型机都是采取大幅度增加注射螺杆(或活塞)推进速度的方式。注射螺杆(或柱塞)前进 速度达到500 1000mm/S以上，是普通注射速度的十几倍。纵观现有技术，主要有以下三种方式来实现螺杆推进速度的提高。第一种是在油压式注塑机的基础上，通过增加大容积的蓄能器而实现超高速注 射。这种类型的高速机通常配备两个大容量的蓄能器，在工作循环的空闲阶段向蓄能器中 积累能量，在注射时能量释放，达到提高注射速度和注射压力的目的。这种类型的超高速注 塑机不仅大幅增加了成本，而且工作噪音大。日精树脂工业株式会社生产的超高速注射成 型机UH系列就属这种类型，注射速度为1000 2000mm/s。第二种是通过线性马达来驱动注射动作实现超高速注射。日本Fanuc推出以四个 线性马达来驱动，使注射速度可达2000mm/s和加速度达到13g而应答仅需0. 017s的超高 速全电动式注射机。其第一代产品SUPERSHOT IOOi超高速注射成型机虽然于2000年获得 日刊新闻十大工业新产品奖，但由于造价高昂而少有应用。第三种是通过熔体膨胀注射(X-MELT)的工艺控制方式来实现的。膨胀注射加工 过程采用经高压预压缩的熔体自膨胀实现高速注射，大约在20MPa体被压缩10%。该设备 在充模时并不需要普通注塑机的螺杆前移过程。X-MELT充模过程是当针阀打开后，受压 熔体急剧膨胀，从而迅速充满模腔。整个充模过程只有几分之一秒。由于这一注塑技术具 有极高的前端速度，所以特别适用于一般高速注射机难以实现的薄壁、长流路的精密制件成型。需要指出的是，X-MELT技术需要针对特定的材料根据压力-体积-温度关系进行调 试以确定最佳的螺杆预压缩位置，操作难度大。而且熔体膨胀注射机的喷嘴要配备耐高压 的针阀，技术难度大，成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有超高速注射成型装置及技术的缺点，提供一种结构简 单、操作方便、工作稳定、性价比高的超高速注射成型机。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种超高速注塑机，主要由注射装 置、合模装置和机架组成，合模装置和注射装置位于机架上，合模装置和机架与常规注塑机 相同；注射装置由喷嘴、机筒、加热圈、螺杆、加料斗、料斗座、料斗座移动装置、注射油缸、联 轴节、液压马达和射台组成；喷嘴、机筒、料斗座、注射油缸与液压马达依次轴线对齐连接， 射台固定在机架上，料斗座设置在射台上，且在料斗座移动装置的控制下相对射台移动，加 料斗设置在料斗座上，螺杆位于机筒内，加热圈包裹在机筒外；注射油缸由缸筒、注射活塞、 注射活塞杆、压力传感器、止推轴承和增速弹簧组成，止推轴承设置在注射活塞无活塞杆的 端面上，螺杆尾端与注射活塞杆固定连接，液压马达输出轴与联轴节连接，联轴节带动注射 活塞转动，联轴节相对于注射活塞能够轴向移动；增速弹簧位于靠近液压马达一侧的注射 油缸油腔内，其一端与注射油缸端面固定，靠近注射活塞的一端与止推轴承连接，增速弹簧 的有效工作长度为注塑机的注射行程；压力传感器位于注射油缸放置增速弹簧的油腔内。本发明的注射油缸也可由缸筒、注射活塞、注射活塞杆、压力传感器、止推轴承、增 速弹簧和调节活塞组成，止推轴承设置在注射活塞无活塞杆的端面上，螺杆尾端与注射活 塞杆固定连接，马达输出轴与联轴节连接，联轴节穿过调节活塞带动注射活塞转动，注射活 塞相对于联轴节能够轴向移动；增速弹簧位于注射活塞和调节活塞之间，其一端与调节活 塞端面固定，靠近注射活塞的一端与止推轴承固定连接，增速弹簧的有效工作长度为注塑 机的注射行程；压力传感器位于注射油缸放置增速弹簧的油腔内。本发明的增速弹簧为压缩弹簧，增速弹簧的初始状态处于预压缩状态，保证在注 射量很小时增速弹簧仍能正常工作。本发明的联轴节与注射活塞的连接方式为具有导向作用的花键或平键。本发明的注射油缸也可以为两个，对称分布于料斗座两侧，喷嘴、机筒、料斗座与 液压马达依次轴线对齐连接，马达输出轴通过联轴节与螺杆连接，注射油缸的注射活塞杆 或缸筒与螺杆或液压马达相连，注射油缸的缸筒或活塞杆与料斗座连接。由以上技术方案可知，本发明与现有技术相比，省去了两个用于增压增速的蓄能 器，简化了机器的结构，消除了工作时的噪音；无需成本极高的线性马达，大幅降低了机器 的成本；制品制造工艺与常规制品一样，无需进行特殊的操作，操作简单，喷嘴前端也不用 配备高性能的针阀。
图1是本发明一种超高速注射成型机的示意图。图2是本发明一种超高速注射成型机的注射装置示意图。图3是本发明一种超高速注射成型机的注射装置液压油缸部分的放大图。
图4是图3所示液压缸增加调节功能的结构示意图。图中1-合模装置，2-注射装置，3-机架，4-喷嘴，5-机筒，6-加热圈，7-螺杆， 8-料斗座，9-加料斗，10注射活塞杆，11-缸筒，12-压力传感器，13-注射油缸，14-液压 马达，15-马达输出轴，16-联轴节，17-进油口，18-增速弹簧，19-注射活塞，20-回油口， 21-射台，22-料斗座移动装置，23-止推轴承，24-调节油腔，25-调节油口，26-调节活塞
具体实施例方式如图1所示，本发明为一种超高速注射成型机，主要由合模装置1、注射装置2和机 架3组成，合模装置1和注射装置2位于机架3上。如图2和图3所示，注射装置2由喷嘴4、机筒5、加热圈6、螺杆7、加料斗9、料斗 座8、料斗座移动装置22、注射油缸13、联轴节16、液压马达14和射台21组成；喷嘴4、机 筒5、料斗座8、注射油缸13与液压马达14依次轴线对齐连接，射台21固定在机架3上，料 斗座8设置在射台21上，料斗座移动装置22 —端与机架3或射台21连接，一端与料斗座8 连接，料斗座8在料斗座移动装置22的控制下相对射台21移动，加料斗9设置在料斗座8 上，螺杆7位于机筒5内，加热圈6包裹在机筒5外；注射油缸13由缸筒11、注射活塞19、 注射活塞杆10、压力传感器12、止推轴承23和增速弹簧18组成，止推轴承23设置在注射 活塞19无活塞杆的端面上，螺杆7尾端与注射活塞杆10固定连接，马达输出轴15与联轴 节16连接，联轴节16带动注射活塞19转动，注射活塞19相对于联轴节16能够轴向移动； 增速弹簧18位于靠近液压马达14 一侧的注射油缸13油腔内，其一端与注射油缸13端面 固定，靠近注射活塞19的一端与止推轴承23固定连接，增速弹簧18的有效工作长度为注 塑机的注射行程；压力传感器12位于注射油缸13放置增速弹簧18的油腔内。增速弹簧18为压缩弹簧，初始状态处于预压缩状态，保证在注射量很小时增速弹 簧仍能正常工作。联轴节16与注射活塞19的连接方式为具有导向作用的花键或平键。在循环周期的预塑阶段，螺杆7边旋转边后退，在后退过程中，通过压缩增速弹簧 18对物料预塑提供背压；由于增速弹簧18在被压缩过程中提供的熔体背压逐渐增大，可通 过调整注塑机液压系统在回油口 20处的压力，与增速弹簧18共同实现物料预塑背压的恒 定。在预塑过程中，被压缩的增速弹簧18储存大量弹性势能。止推轴承23实现注射活塞 19与增速弹簧18之间的平稳转动。在物料预塑完成后，回油口 20要维持一定压力，以保持 增速弹簧18的弹性势能。注射时，进油口 17进油，回油口 20压力撤销，此时，增速弹簧18 的弹性势能瞬间释放，为注射活塞19向前运动提供动力及加速度，从而使螺杆7推动熔体 高速进入型腔实现超高速注射成型。图4所示为本发明的另一种实施例，液压缸增加调节功能。注射油缸13由缸筒 11、注射活塞19、注射活塞杆10、压力传感器12、止推轴承23、增速弹簧18和调节活塞沈组 成，止推轴承23设置在注射活塞19无活塞杆的端面上，螺杆7尾端与注射活塞杆10固定 连接，马达输出轴15与联轴节16连接，联轴节16穿过调节活塞沈带动注射活塞19转动， 联轴节16相对于注射活塞19能够轴向移动；增速弹簧18位于注射活塞19和调节活塞沈 之间，其一端与调节活塞26端面固定，靠近注射活塞19的一端与止推轴承23固定连接，增 速弹簧18的有效工作长度为注塑机的注射行程；压力传感器12位于注射油缸13放置增速5弹簧18的油腔内。在循环周期的预塑阶段，螺杆7边旋转边后退，在后退过程中，通过压缩 增速弹簧18对物料预塑提供背压；由于增速弹簧18在被压缩过程中提供的熔体背压逐渐 增大，可通过调整注塑机液压系统在回油口 20处的压力，与增速弹簧18共同实现物料预塑 背压的恒定。在预塑过程中，被压缩的增速弹簧18储存大量弹性势能。止推轴承23实现 注射活塞19与增速弹簧18之间的平稳转动。如果预塑完成时，增速弹簧18存储的弹性势 能与工艺需求不相符时(偏大或偏小)，通过提高调节油口 25处的压力，使调节油腔M的 压力升高，从而使调节活塞26向右或向左移动，以使增速弹簧18的弹性势能变小或变大以 满足工艺需要。在物料预塑完成后，回油口 20要维持一定压力，以保持增速弹簧18的弹性 势能。注射时，进油口 17进油，回油口 20压力撤销，此时，增速弹簧18的弹性势能瞬间释 放，为注射活塞19向前运动提供动力及加速度，从而使螺杆7推动熔体高速进入型腔实现 超高速注射成型。 注射油缸13也可以为两个，对称分布于料斗座8两侧，喷嘴4、机筒5、料斗座8与 液压马达14依次轴线对齐连接，马达输出轴15通过联轴节16与螺杆7连接，注射油缸13 的注射活塞杆10或缸筒11与螺杆7或液压马达14相连，注射油缸13的缸筒11或注射活 塞杆10与料斗座8连接。
权利要求
1.一种超高速注射成型机，主要由注射装置、合模装置和机架组成，合模装置和注射装 置位于机架上，注射装置由喷嘴、机筒、加热圈、螺杆、加料斗、料斗座、料斗座移动装置、注 射油缸、联轴节、液压马达和射台组成，其特征在于喷嘴、机筒、料斗座、注射油缸与液压马 达依次轴线对齐连接，射台固定在机架上，料斗座设置在射台上，加料斗设置在料斗座上， 螺杆位于机筒内，加热圈包裹在机筒外；注射油缸由缸筒、注射活塞、注射活塞杆、压力传感 器、止推轴承和增速弹簧组成，止推轴承设置在注射活塞无活塞杆的端面上，螺杆尾端与注 射活塞杆固定连接，马达输出轴与联轴节连接，联轴节带动注射活塞转动，联轴节相对于注 射活塞能够轴向移动；增速弹簧位于靠近液压马达一侧的注射油缸油腔内，其一端与注射 油缸端面固定，靠近注射活塞的一端与止推轴承连接，增速弹簧的有效工作长度为注塑机 的注射行程；压力传感器位于注射油缸放置增速弹簧的油腔内。
2.根据权利要求1所述的一种超高速注射成型机，其特征在于注射油缸由缸筒、注射 活塞、注射活塞杆、压力传感器、止推轴承、增速弹簧和调节活塞组成，止推轴承设置在注射 活塞无活塞杆的端面上，螺杆尾端与注射活塞杆固定连接，马达输出轴与联轴节连接，联轴 节穿过调节活塞带动注射活塞转动，注射活塞相对于联轴节能够轴向移动；增速弹簧位于 注射活塞和调节活塞之间，其一端与调节活塞端面固定，靠近注射活塞的一端与止推轴承 固定连接，增速弹簧的有效工作长度为注塑机的注射行程；压力传感器位于注射油缸放置 增速弹簧的油腔内。
3.根据权利要求1或2所述的一种超高速注射成型机，其特征在于注射油缸也可以 为两个，对称分布于料斗座两侧，喷嘴、机筒、料斗座与液压马达依次轴线对齐连接，马达输 出轴通过联轴节与螺杆连接，注射油缸的注射活塞杆或缸筒与螺杆或马达相连，注射油缸 的缸筒或活塞杆与料斗座连接。
全文摘要
本发明一种适用于超高速注射成型的注射成型机。该超高速注射成型机由合模装置、注射装置和机架组成，合模装置和注射装置位于机架上；注射装置由喷嘴、机筒、加热圈、螺杆、加料斗、料斗座、料斗座移动装置、注射油缸、联轴节、液压马达和射台组成；喷嘴、机筒、料斗座、注射油缸与液压马达依次轴线对齐连接；注射油缸由缸筒、注射活塞、注射活塞杆、压力传感器、止推轴承和增速弹簧组成，止推轴承设置在注射活塞无活塞杆的端面上，增速弹簧位于靠近液压马达一侧的注射油缸油腔内，其一端与注射油缸端面固定，靠近活塞的一端为自由端或与止推轴承连接。本发明提供了一种结构简单、操作方便、工作稳定、性价比高的超高速注射成型机。
文档编号B29C45/77GK102039648SQ20091009352
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月12日 优先权日2009年10月12日
发明者丁玉梅, 安瑛, 杨卫民, 焦志伟, 谢鹏程 申请人:北京化工大学