用于将熔融塑性材料注入模腔的装置及方法与流程

本发明涉及一种用于将熔融塑性材料注入模腔的装置及方法，用计量的方式将塑性材料装载到熔化室中，在该熔化室中，塑性材料可通过超声波发生器的部分相对于所述熔化室的移动而融化，所述超声波发生器的移动和激活使得熔融塑性材料被引入到与所述熔化室连通的模腔中。

背景技术：

文件ep2189264特别公开了一种通过超声波发生器的振动来熔化塑性材料的装置，该超声波发生器装备有一部分插入到熔化室中，其中通过熔化室内的一部分超声波发生器的移动使塑性材料从该部分的超声波发生器驱动到模腔中。该文件设想通过振动超声波发生器来调节供应至塑性材料的能量，考虑到进料特性和使用的塑性材料材料的数量和/或类型，以与所有这些参数结合的方式进行所述调节。

文件wo2004024415描述了一种用于注射熔融塑性材料的装置，在这种情况下，使用具有静态插入熔化室中的超声波发生器的部分。超声波发生器的所述部分直接与塑性材料接触并且设置为用于提高塑性材料的溶体流动特性，允许其以改进的方式被驱动并插入至模腔中。

文件ep2591901描述了一种用于注入固体塑性材料的注入装置，其允许通过计数和称重颗粒来提供可控剂量的颗粒状塑性材料，提供用于校准熔化固体塑性材料的熔化装置的有用信息，合并了设置为作用于由所述进料装置装载的腔室中的超声波发生器。

例如通过专利申请ep1000732得知，特别当焊接塑性材料时，超声波发生器具有通过其一部分限定的空气通道以冷却所述超声波发生器的操作区域。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于将熔融塑性材料注入模腔的装置，所述装置包括一熔化室，其连通有：

·一超声换能器的超声波发生器的易振动部分；

·一用于注入固体塑性材料的通道，所述塑性材料能够以颗粒状的形式、粉末状的形式、条形格式或者另一种形态，以及

·至少一个用于将熔融塑性材料供应至所述模腔的出口孔；

所述装置包括用于提供所述超声波发生器部分和熔化室之间的相对运动的平移装置，调节所述熔化室内的超声波发生器的部分的顶端的位置。

因此，可以设想，所述熔化室至少能够部分地填充所述塑性材料(本领域已知的材料为颗粒)，例如，优选地，具有大致均匀的粒度分布，通过所述进料通道供应。

可选地，可以设想特定于固体塑性材料的不同形式的其它进料系统，例如通道、传递件等。

所述超声波发生器具有能够被插入所述熔化室的部分，所述插入能够通过所述平移装置来调节。

超声波发生器插入熔化室的部分接触设置在其中的固体塑性材料，并且通过由超声波换能器产生且经由所述超声波发生器部分传递的超声波振动易于将其融化。为了熔化塑性材料，频率在10khz和50khz之间的振动被认为是最优但并非限制性的。

平移装置在此被理解为一装置，该装置允许引导轴向运动，通过(例如)连接到致动器(例如旋转式或直线式电动机)、电磁铁、伺服电机、活塞、或者其他类似致动器的机构进行自动化操作，其优选地相对于固定熔化室移动超声波发生器，尽管也可以考虑相对于固定超声波发生器移动熔化室。也不排除使用伺服液压或纯液压致动。

超声波发生器和熔化室之间的相对运动，随着模腔内的塑性材料开始熔化，驱动所述熔融塑性材料通过熔化室的出口孔，确定将其注射到模腔中。

所提出的发明的实现需要用于将熔融塑性材料计量注入模腔中的装置，此外，还具有设置用于检测运动阻力的电阻传感器，其中通过所述通道在所述熔化室中计量装载的塑性材料抵抗超声波发生器的部分和所述熔化室之间的相对运动。

本发明还可以设想一种用于至少基于由所述电阻传感器提供的信息调节所述平移装置的电子控制装置。

电阻传感器允许检测与超声波发生器的部分接触的塑性材料抵抗与其运动的力。该测量允许知道当超声波发生器的部分与所述塑性材料接触时和所述塑性材料在熔化时的流动性，因为流动性越大抵抗超声波发生器运动的力越小，反之亦然。

所有这些信息以及超声波发生器和熔化室之间的相对位置的知识，允许电子控制装置知道熔化室的容积，其由颗粒状塑性材料或熔融塑性材料或者其流动度占据。

已知的塑性材料的流动性还允许电子控制装置调节平移装置，使所述装置的操作适应于熔融塑性材料的流动性，实现模腔进料的改善。

电阻传感器可以是很多类型，因为可以以多种方式检测所述力。通过非限制性示例，电阻传感器可以在它们被电致动的情况下检测平移装置的功率消耗，因此检测所述平移装置必须做的工作来克服塑性材料的阻力。另一个示例可以是布置在超声波发生器、助力器段、换能器或振动部件的任何其它部分中的压力传感器，或者在熔化室的支撑件中，从而允许检测由塑性材料抵抗超声波发生器的部分向前运动的较大或较小的阻力引起的压力中的振动。一个额外的非限制性示例是设置压力传感器测量在通过液压或气压致动器操作平移装置情况下的驱动液压力，其还允许检测由塑性材料抵抗超声波发生器向前运动而施加的力中的振动。电阻传感器的很多其他示例可以在不修改本发明的情况下实现，对本领域技术人员而言将是显而易见的。

由所述电阻传感器提供的信息被传送到电子控制装置，其控制并调节平移装置。基于从电阻传感器接收到的信息，并且基于在所述电子控制装置中实现的程序，所述电子控制装置控制平移装置的操作参数以产生熔融塑性材料进入模腔的正确的计量送料。

应当理解，所述电子控制装置可以是如下，例如，或者另一种等价方案，对本领域技术人员来说将是显而易见的：

一电子装置，例如，可编程逻辑控制器或类似(其能够以电路或计算板的形式实现，配置有数据输入和输出)，一存储器，实现计算操作；所述装置可以馈送来自传感器的数据，并且所述计算操作允许提供控制命令。

所述电子控制装置将包括电源并且包括数据显示装置，例如屏幕，用于通知操作员。它还能包括装置，其允许所述操作员改变电子控制装置的配置，例如，键盘、按钮、选项菜单等等。这些装置可以是本地的或远程的。

根据优选的实施例，此外用于将熔融塑性材料计量注入模腔的装置具有进料传感器，其设置为用于检测注入熔化室的颗粒的数量和/或固体塑性材料的重量。这允许按重量计量和按颗粒数量计量知道塑性材料的准确计量，而不是一旦沉积在熔化室中所述颗粒将占据的体积，因为颗粒可能包含改变其密度的气泡，并且因为它们将被随机排列；然而，电子控制装置通过由电阻传感器提供的数据获取该信息，其允许知道何时超声波发生器的顶端(电子控制装置知道其位置)与固体塑性材料接触。因此，固体塑性材料的重量、颗粒的体积和数量的计量通过所述进料传感器连同电阻传感器一起完全被控制。

可选地或额外地，还可以设置环境传感器用于检测环境温度和/或湿度。也可以包括提供用于检测以下参数中的一个或几个的操作传感器的可能性：

·超声波发生器的部分相对于熔化室的相对位置；

·超声波发生器的温度；

·超声波发生器部分的温度；

·熔化室的温度；

·模腔的温度；

·塑性材料的温度；

通过这些电阻传感器或通过进料、环境和/或操作传感器所获取的信息被提供至电子控制装置，其控制装置的致动器，允许调节该装置的如下操作参数中的一个或多个：

·超声波发生器的致动

·当激活超声波发生器振动时，超声波发生器的部分相对于熔化室的相对位置；

·超声波发生器的致动时间；

·超声波发生器的振动频率；

·超声波发生器的振动幅度；

·超声波发生器的部分相对于熔化室的相对运动速度；

·超声波发生器的部分相对于熔化室的相对运动的加速度；

·通过超声波发生器部分相对于熔化室的相对运动施加在被包含在熔化室中的塑性材料上的压力；

可选地，用于注入熔融塑性材料的装置包括在超声波发生器的部分之外的冷却装置，其设置为用于使冷却剂流体与超声波发生器的部分热接触，从而产生冷却。

根据一个实施例，所述冷却装置包括设置在熔化室中的超声波发生器的部分的出口周围的冷却剂气体扩散器，设置为用于通过从所述熔化室中提取的超声波发生器的部分扩散冷却剂气体。在另一实施例中，所述冷却装置包括设置在熔化室至少一个部分周围的冷却剂液体回路，设置为用于允许冷却剂液体在其中流动，冷却与超声波发生器的部分热接触的熔化室的至少一个部分。

所述冷却装置的致动还可以基于从电阻传感器或进料、环境和/或操作传感器获取的数据通过电子控制装置来控制。

即使超声波发生器的部分和熔化室都不包括加热装置，振动和摩擦会导致超声波发生器的部分升温。过度加热所述超声波发生器的部分会导致熔融塑性材料粘住所述部分。冷却循环用于防止这种现象。

调节这些参数允许准确地控制施加到塑性材料的能量的总量，因为振动(频率和时间)和运动(速度、加速度和压力)都是施加能量的方式。过度向塑性材料的全部或一部分施加能量会导致其降解；因此，最好精确的知道设置在熔化室中的固体塑性材料的数量和位置，使得电子控制装置能够精确地调节施加的能量，实现所述塑性材料的正确熔化而不使其降解。因此，电子控制装置在其编程范围内包括指示导致塑料熔化所需的最小能量，以及导致其降解的最大能量，所述范围适于通过所提供的不同的传感器检测的不同情况下。

根据另一个实施例，此外，电子控制装置可以具有一用户接口，其允许操作员在所述电子控制装置中输入与所使用的塑性材料类型和/或颗粒形式有关的信息，其允许改善操作参数的调节。

此外，可以设想到，电子控制装置具有一存储器，其配置有与不同塑性材料的类型和/或不同的可使用颗粒形式相关的装置的不同操作参数配置，还允许所述电子控制装置基于包含在存储器中的这些信息调节前述的操作参数，从而基于包含在所述存储器中的信息实现更多的精确调节。

根据用于将熔融塑性材料注入模腔的装置的优选实施例，平移装置是电驱动的并且电阻传感器在其驱动期间检测所述平移装置的消耗。

本发明还提出了一种通过一装置(如上所述)将熔融塑性材料注入模腔的方法，其配置有压力传感器和能够调节平移装置的电子控制装置。

所述方法包括如下步骤，形成生产周期：

a)通过所述用于注入塑性材料的通道将计量塑性材料装载入所述熔化室中；

b)激活超声波发生器，使得塑性材料熔化；

c)致动平移装置提供超声波发生器部分和熔化室之间的相对位置，将超声波发生器部分的尖端进一步插入熔化室中并且将熔融塑性材料通过出口孔推入模腔内。

所提出的方法的特征在于，在执行步骤b)之前，首先在超声波发生器部分和熔化室之间产生相对位置，将超声波发生器部分的尖端插入熔化室中直到所述电阻传感器检测到已经插入熔化室中的塑性材料抵抗超声波发生器部分的向前运动，从而检测超声波发生器部分与所述塑性材料之间的接触，并且提供一相对于由塑性材料占据的熔化室的容积的指示。该信息被传送到电子控制装置，其至少基于由所述电阻传感器提供的数据调节步骤c)中超声波发生器的激活和平移装置的致动。

这允许电子控制装置知道由颗粒状塑性塑性材料占据的熔化室的容积，并且其允许由平移装置产生的振动和超声波发生器与所述熔化室之间的相对位置，根据所述信息进行调整的目的是对塑性材料施加一定能量，其将允许熔化塑性材料而不使其降解，保持在被包括在电子控制装置中的预确定的能量范围内。

根据该方法可选的实施例，电子控制装置还可以基于由进料传感器提供的信息通过环境传感器和/或通过操作传感器执行所述操作参数的调节。设置进料传感器用于检测颗粒的数量和/或注入熔化室中的固体塑性材料的重量；设置环境传感器用于检测环境温度和/或湿度；并且设置操作传感器用于检测一个或多个以下参数：

·超声波发生器的部分相对于熔化室的相对位置；

·超声波发生器的温度；

·超声波发生器部分的温度；

·熔化室的温度；

·模腔的温度。

采用由这些传感器提供的信息，电子控制装置能够更紧密地调节操作参数，实现塑性材料熔化的改进，并且导致具有更好质量的模制塑料部件。

根据该方法可选的实施例，电子控制装置至少基于由所述电阻传感器提供的数据调节以下一个或多个操作参数：

·当激活超声波发生器振动时，超声波发生器的部分相对于熔化室的相对位置；

·超声波发生器的致动时间；

·超声波发生器的振动频率；

·超声波发生器的部分相对于熔化室的相对运动速度：

·超声波发生器的部分相对于熔化室的相对运动的加速度；

·通过超声波发生器部分相对于熔化室的相对运动施加在被包含在熔化室中的塑性材料上的压力。

这些参数决定了施加在塑性材料上的能量总量。

此外，可以设想，电子控制装置通过操作参数计算施加在塑性材料上的能量，并且基于由不同传感器获取的信息和基于存储在所述控制装置中的最小和最大能量范围，其计算所述操作参数的调节使得所述施加的能量足够使得塑性材料适当地熔化但不足够使得塑性材料降解。

因此，电子控制装置分析所有由不同传感器提供的信息并且确定每一个参数的调节，考虑到根据已通过其编程提供至所述电子控制装置的最小和最大能量范围，施加在塑性材料上的能量适于使其熔化而不会使其降解。

根据额外的实施例，至少一个不同的传感器在生产周期的不同时间进行测量并提供信息，并且电子控制装置在生产周期的不同时间执行不同的所述操作参数的调节，至少根据由所述至少一个传感器提供的信息调节它们。因此，操作调节能够适于在接收所述能量时由塑性材料所持续的变化，例如其固体或液体状态，或者其黏度，例如，调节在整个周期过程中是可变和可适应的。

还提供了，可编程电子控制装置能够在整个过程的持续时间以隔离的方式，或使用其他方法(标尺、关系曲线等等)临时地控制和连接上述的每一个变量。

还可以可选地设想，当电子控制装置通过由至少一个所述传感器提供的信息确定塑性材料已经达到预确定的流动度，超声波发生器停止而不必停止超声波发生器相对于熔化室的运动，从而减少施加在塑性材料上的能量。这允许在认为是将其注入到模腔中的最佳水平处阻止塑性材料的流化。

此外，当电子控制装置通过由至少一个所述传感器提供的信息确定熔融塑性材料已经完全或几乎完全装满模腔，超声波发生器的振动被激活，和/或通过超声波发生器部分相对于熔化室的相对运动，施加在熔化室内的塑性材料的压力增加。

电子控制装置检测模腔是否装满或几乎装满，因为它知道模腔的容积以及塑性材料的计量，其允许知道从熔化室注入模腔的塑性材料是否足以完全或几乎完全(超过80％)装满它。此时激活超声波发生器的振动和/或增加压力导致设置在模腔中的熔融塑性材料的压实更大，这防止了在模制塑料部件中固化时的空隙或恶化。

根据该方法的另一个设想的实施例，如果从操作传感器获得的超声波发生器的部分的温度超出了预确定的温度范围，则电子控制装置在第一生产周期和第二生产周期之间确定，在这种情况下执行冷却循环。

根据一个实施例，所述冷却循环包括：

·使超声波发生器部分与冷却装置热接触；

·激活所述冷却装置。

所述冷却装置包括，例如，冷空气发生器(例如涡流设备)，其连接到环状设置在熔化室入口周围的冷却剂流体分布元件，其允许从多个取向同时向超声波发生器部分的顶端供应冷却剂流体。

在下面对实施例的详细描述中将会看到本发明的其他特征。

附图说明

基于以下参考附图对实施例的详细描述，将更好地理解前述和其它优点和特征，附图必定作为说明性和非限制性的方式来解释，其中：

图1示意性地示出了在初始步骤将熔融塑性材料注入模腔的装置，其中固体塑性材料已经通过计量供应到熔化室中，位于与模腔邻近并连通的位置，并示出一具有面对所述熔化室的部分的超声波发生器，在其入口旁边，用虚线表示传感器与电子控制装置的连通；

图2是对应于图1的视图，其中超声波发生器部分移动，直到接触塑性材料；

图3示出了通过激活超声波发生器熔化塑性材料的后续步骤；

图4示出了通过将超声波发生器移入所述熔化室中进而将熔融塑性材料引入模腔中；

图5示出了熔化室外位置的超声波发生器及其受到吹送冷却剂流体的作用；以及

图6示出了超声波发生器的冷却剂流体分布元件的实施例。

具体实施方式

根据附图所示的非限制性实施例，一种将熔融塑性材料注入模腔30的装置包括一中空熔化室20，其在示例中是圆柱形的，所述熔化室20在其上端是打开的并且在其下端是关闭的，除了设置在所述下端的孔开口22，其将所述熔化室20与模腔30连通。

在该示例中，熔化室20在其上部还具有一通道21，用于装载固体塑性材料，将熔化室20的侧壁与计量固体塑性材料进料器连通。由电子控制装置50控制且配置有进料传感器41的自动计量装置允许以精确的方式执行所述计量进料。

超声波发生器10设置在所述熔化室20之上并且配置有一突出部分11，其具有与熔化室20互补的尺寸和形状，允许所述部分11被引入所述熔化室20直至其下端，从而与设置在所述熔化室20中的任意数量的固体塑性材料接触，并且因此通过所述孔开口22从所述熔化室20熔化并驱动任意数量的熔融塑性材料至模腔30。

所述模腔30可以被打开(参见图5)以允许在固化之后提取模制塑料部件，准备新的生产周期。

在附图所示的优选实施例中，超声波发生器10安装在线性引导系统上以允许其受引导垂直运动，超声波发生器10的部分11与熔化室20对准，并且电致动平移装置12允许以控制的方式进行超声波发生器的垂直运动，本实施例中所示的平移装置12是电动机。

如图1所示，所示电动机具有电阻传感器40，该电阻传感器40例如基于与电子控制装置50连接的电动机的功率消耗的控制，允许检测沉积在熔化室20中的塑性材料抵抗所述熔化室20内的超声波发生器10的部分11的相对运动的阻力，从而推断何时超声波发生器10的尖端与所述塑性材料接触，以及推断通过熔融塑性材料的流动性所引起的反应。

所述电子控制装置50还可选地具有设置用于测量环境参数，例如环境温度和湿度的环境传感器42，以及操作传感器43，其设置为用于测量装置的不同参数，例如其组件或者塑性材料的温度、或者元件的相对位置。

所有这些参数都会影响塑性材料的熔化和模制过程，因此电子控制装置50从所述传感器40、41、42、43中获取所有必要信息是很重要的。

电子控制装置50还可以作用于所提出的装置的不同致动器上，所提出的装置例如有超声波发生器110、平移装置12、冷却装置60、或者通过计量将固体塑性材料注入熔化室20的计量装置。

电子控制装置50基于由不同传感器40、41、42、43提供的信息来执行所有这些致动器的致动参数的调节。

所述电子控制装置50还可以基于其他信息，例如基于包含在电子控制装置50的存储器中的信息，或者与使用的固体塑性材料的类型或形式相关的数据，来调节所述操作参数，并且所述数据可以存储在存储器中和/或由操作员通过接口输入。

所述存储器优选地存储操作范围，该储操作范围将指示每一个参数可接收的调节的最大值和最小值；这些范围，基于一些可变参数(例如环境温度、塑性材料的类型、模腔30或出口孔22的结构等等)，可以是相关且可变的。所述范围还可以基于生产周期的时间是相关且可变的。

此外，电子控制装置50接收的信息与固体塑性材料(基于类型和形式)熔化所需的能量的最小值有关，以及与不会使所述塑性材料(也基于类型和形式)降解的能量最大值有关；并且通过致动由所述电子控制装置50调节的不同致动器，能够知道施加在所述塑性材料上的能量。这允许执行所述操作参数的调节以确保施加在塑性材料上的能量在生产周期的任何施加都不会超出最大限度，从而防止塑性材料降解。

图1示意性地示出了生产周期的初始步骤，其中电子控制装置50通过自动进料器的调节以计量的方式将固体塑性材料提供至熔化室。

进料传感器41为电子控制装置50提供了在熔化室20中引入的颗粒的重量和数量信息。

图2示出了生产周期接下来的步骤，其中可以通过电子控制装置50激活平移装置12，使得超声波发生器10的部分11被引入熔化室20中。当所述超声波发生器10的部分11的顶端与塑性材料接触时，电阻传感器40(阻止超声波发生器向前运动的阻力)检测阻力并将所述信息传递至电子控制装置50。通过该信息可以知道由固体塑性材料占据的熔化室20的容积，连同从进料传感器41接收的信息，以及可选地由操作员参考供给的固体塑性材料的类型和形式而输入的信息；电子控制装置50能够推断到，如果塑性材料在沉积在熔化室中时或多或少被压实，则允许根据该信息来调节操作参数。

图3示出了生产周期的后续步骤，其中致动超声波发生器的振动连同超声波发生器额外的移动，使得熔化室20中的塑性材料熔化并被压实。在该阶段，电阻传感器40可以确定由塑性材料获得的流动性，但是也可以从由操作传感器43提供的熔融塑性材料的平均温度来推导出该信息。

基于该信息，电子控制装置50可以对振动和超声波发生器10的运动的速度和加速度进行额外的调节，以便实现和/或维持熔融塑性材料的期望的流动性条件，并且用于使熔融塑性材料最佳地引入模腔30内。

图4示出了生产周期的最终步骤，其中模腔30已经完全填满或几乎填满。此时，电子控制装置50修改振动条件和/或增加超声波发生器10的压力、速度或加速度，以便压缩模腔30内的熔融塑性材料。

在该步骤结束之后，将模制的塑性材料冷却，使其硬化，然后将其从模移除；再一次，模腔30准备开始再次生产。

在生产周期结束之后，电子控制装置50基于由操作传感器43提供的数据确定超声波发生器10的部分11的温度是否低于预确定的参数。如果是低于所述预确定参数，就可以开始新的生产周期，但是如果不是，则需要冷却循环。

图5示出了所述冷却循环，可以看到超声波发生器10的部分11是如何从熔化室20中被提取出来的，面对冷却装置60，在该实施例(参见图6中的细节)中，其是由扩散器组成，用于从位于其周围的区域驱动超声波发生器10的所述部分11上的冷却剂气体。