微注射成型用超声塑化系统的制作方法

本发明属于先进成型制造领域，特别是涉及一种微注射成型用超声塑化系统。

背景技术：

随着微注塑成型技术的发展，聚合物微零件在电子通讯、仪器仪表、航空航天，医疗设备以及汽车等行业受到越来越广泛的应用。微注射成型方法以其低成本、短周期和一次成型等优势成为成型聚合物微零件的关键技术之一。

然而，微注射成型技术也存在着充填困难、材料浪费严重等问题。为提高熔体的充填能力，需提高模具的温度及注射、保压压力，造成成本的大幅上升。针对精密微注射成型中存在的问题，2002年，德国亚琛工业大学ikv研究所w.michaeli等首次提出“超声塑化”新概念。超声塑化方式可以改善聚合物熔体的流动性能，获得更好的充填效果，且具有成型效率高、塑化质量好、能耗低等优势，实现了“按需进料、低压注射”，应用潜力巨大。

按照工具头职能分类，逐渐形成了现有市面上主流的“边塑化边注射”方式——主要分为“工具头塑化注射”(如图1所示)及“工具头塑化，柱塞注射”(如图2所示)两种。

由于工具头与塑化腔属于间隙配合，工具头进行动态塑化注射时导致与塑化腔壁面摩擦加剧，易引发磨损现象，降低工具头寿命。“工具头塑化，柱塞注射”改善了这个缺点，工具头只负责塑化，注射由柱塞来完成，大大降低工具头磨损的同时也更好地实现了对聚合物熔体注射量、速度的控制。墨西哥蒙特雷的xaviersánchez-sánchez基于此装置研究了超高分子量聚乙烯的超声塑化过程(如图3所示)，得到了超高分子量聚乙烯在超声塑化作用后成型的拉伸试验件的分子量分布情况，以及处理后样品结晶度与机械性能的关系等。

但是，在该方式下，刚塑化完成的聚合物熔体在压力作用下会快速完成充填、甚至冷却固化，甚至在充填过程中包裹尚未完成塑化的聚合物小颗粒进入型腔，从而导致塑化不完全、塑化不均匀等问题的出现，具体表现在影响后续熔体的充填、存在明显成型缺陷等。

综上所述，在塑化腔与微型腔联通(如图4所示)的方式下，完成塑化的熔体会直接进行充填过程，未完成塑化的小颗粒可能被熔体“带入”微型腔，影响塑化、成型质量，导致聚合物塑化质量不均匀，且先进入型腔内的聚合物遇到温度较低的型腔壁后固化，对后续熔体的充填也造成不利影响。另外，由于超声外场下聚合物小颗粒或特别是粉末会弹起进入密闭空间空气中，可能被塑化完全的聚合物熔体带入到微型腔，因此该模式下的两腔联通状态不适用于聚合物粉末的超声塑化微注射成型，熔体注射过程的可控性也较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种先塑化后注射、提升聚合物的塑化均匀性的微注射成型用超声塑化系统。

本发明提供的这种微注射成型用超声塑化系统，它包括料筒、注射组件和电磁阀；料筒的内腔为塑化腔，其筒壁的端部设有插接口，插接口沿径向贯穿料筒使塑化腔与模具的微型腔连通；注射组件包括注射活塞和注射电机，注射电机能够驱动注射活塞自底部运动至塑化腔内；电磁阀包括动环和定环，定环内设轴向通孔，定环的端部设有插接头，定环以插接头插接于料筒端部插接口处，使轴向通道与塑化腔连通，动环套于定环外能够沿定环上下运动以封闭插接口隔开塑化腔与微型腔。

在一个具体实施方式中，使所述料筒为圆筒，其底端设有固定座；所述插接口为开设于筒壁顶端的径向口。

作为优选，使所述插接口的纵截面为直角梯形，其内端面为下底、外端面为上底。

在一个具体实施方式中，使所述定环包括定环主体和限位座；定环主体为圆筒型主体，所述插接头设置于定环主体的底端，插接头的长度小于插接口外端面的深度、插接头外端面宽度大于定环主体的厚度；限位座固接于定环主体的顶端；定环以其插接头插入插接口内，插接头与插接口之间有用于将塑化腔与外部连通的间隙。

作为优选，使所述定环的轴向通孔内设有限位套，限位套的底端与插接头间接接触，顶端通过压盖压紧。

为了提高密封效果，在所述限位套与插接头之间设有密封环。

相配套的，使所述动环包括动环主体和压座；动环主体为圆筒型主体，其底端对应插接口位置处设有闸头，闸头的高度不小于插接口外端面的深度，其顶端与压座固接。

作为实现动环运动的具体方式，使所述电磁阀还包括电磁铁和复位弹簧；复位弹簧套于动环外，一端与压座接触、另一端置于外部平台上；驱动动环下行，压缩复位弹簧，直至动环被通电状态下的电磁铁吸附后封闭塑化腔与外部连通的间隙。

为了便于实现自动控制，使本装置还包括设置于所述注射组件处的压力传感器。

作为优选，在所述料筒的外壁设有加热圈。

本发明在使用时，首先控制动环沿定环轴向下行、隔开塑化腔与微型腔，其次称取将适量的聚合物颗粒自定环的轴向通孔处投入塑化腔中，然后控制超声工具头进入塑化腔指定位置处，接着控制注射活塞上行压紧聚合物颗粒后停止运动，再控制超声工具头振动对聚合物颗粒进行塑化，塑化完成后控制动环回位使塑化腔与微型腔连通，再控制注射活塞上行，聚合物熔体在注射活塞压力作用下充填进入模具微型腔并持续保压一段时间，完成充填、成型。能够实现先塑化后注射，使得聚合物能够在塑化完全后再进行充填，提升了塑化均匀性，避免出现先塑化熔体先填充的现象，提升了聚合物熔体填充能力，也增强了该装置下聚合物熔体的可控性，工具头只负责塑化、活塞负责注射，引入注射活塞，避免工具头作为塑化兼注射单元在高频振动状态下行时与塑化腔壁的剧烈摩擦；同时还能控制动环回位，塑化腔与微型腔处于连通状态时进行塑化，即进行边塑化边注射；便于进行先塑化后注射和边塑化边注射两种超声塑化微注射成型模型的比较研究，因此更加有利于推动超声塑化技术的实现、发展及完善。

附图说明

图1为工具头塑化注射的超声塑化微注射成型过程示意图。

图2为工具头塑化、柱塞注射的超声塑化微注射成型过程示意图。

图3为墨西哥蒙特雷的塑化注射过程原理图。

图4为塑化腔与微型腔联通状态示意图。

图5为本发明一个优选实施例的爆炸视图。

图6为本优选实施例中料筒的轴测放大示意图。

图7为料筒的剖视放大示意图。

图8为本优选实施例中定环的轴测放大示意图。

图9为本优选实施例中动环的轴测放大示意图。

图示序号：

1—注射组件，11—注射电机，12—注射活塞；

2—料筒，21—固定座，22—插接口；

3—电磁阀，31—定环、311—定环主体、312—限位座、313—插接头，32—动环、321—动环主体、322—压座、323—闸头，33—复位弹簧，34—电磁铁，35—压盖，36—限位套，37—密封环；

4—压力传感器。

具体实施方式

如图5所示，本实施例提供的这种微注射成型用超声塑化系统，包括注射组件1、料筒2和电磁阀3。

注射组件1包括注射电机11和注射活塞12，注射活塞12与注射电机11的输出轴相连，注射电机能够驱动注射活塞12沿轴向往复运动。同时为了实现电磁阀开闭状态的自动控制，在注射活塞12的底部设有压力传感器4，压力传感器与电磁阀3通过plc通讯连接以便实现自动控制，该压力传感器将塑化过程中塑化腔内聚合物反馈给注射活塞的压力转化为电信号并通过plc控制电磁阀的工作状态。

如图6所示，料筒2为两端开口的圆筒，其内腔的孔径匹配于注射活塞12的外径，其底端外设有环形的固定座21，其顶端上均布有四个沿径向贯穿筒壁的插接口22，同时为了使注射时温度维持在聚合物熔点之上，可在料筒的外壁设有加热圈，并在模具外壁设有加热片；如图7所示，插接口22外浅内深，其纵截面为直角梯形，内端面为下底、外端面为上底。电磁阀3装配于料筒顶端的插接口处，注射组件1位于料筒的下方，注射电机能够驱动注射活塞12在料筒内沿轴向往复运动。

如图5所示，电磁阀3包括定环31、动环32、复位弹簧33和电磁铁34。如图8所示，定环31为整体件，包括定环主体311、限位座312和插接头313；定环主体311为圆筒型主体，其外径与料筒的外径相等，其内径与料筒的内径相等，限位座为312设置于定环主体顶端的环形座，限位座顶端设有台阶面用于装配压盖35，插接头313设置于定环主体的底端，插接头313的形状与插接口相匹配，插接头的内壁伸至环主体的内腔内，动环主体内设有限位套36，限位套的一端与插接头接触，另一端通过压盖35压紧，并在限位套与插接头之间设有密封环36以提高密封效果。如图9所示，动环32包括动环主体321和固接于动环主体顶端的压座322；动环主体321为圆筒型主体，其外径小于限位座的外径，其内径匹配于定转主体的外径，动环套于定环主体外位于限位座的下方，动环主体底端对应插接口位置处设有闸头323，闸头的高度不小于插接口外端面的深度。复位弹簧33套于动环主体321外，一端与压座固接，另一端与外部平台接触，电磁铁34为套于复位弹簧33外的环形电磁铁。在使用时，将电磁阀以其定环底端的插接头插入插接口内，由于插接头的长度小于插接口的最小深度，在插接头与插接口之间形成用于将塑化腔与外部模具微型腔连通的间隙，当电磁铁通电时，驱动动环下行，运动过程中复位弹簧受压，闸头运动至插接位置处封闭该间隙将塑化腔和微型腔分隔为两个相互独立的腔体，当电磁铁断电时，复位弹簧回复变形使动环上行，闸头打开间隙使塑化腔与微型腔连通。

本实施例在使用时，首先将将模芯固定在动模板内，使模具的微型腔与料筒的塑化腔连通；其次接通加热圈、加热片电源，采用加热圈给料筒加热，采用加热片给模芯加热，接着给电磁铁通电，使动环下行至闸头将塑化腔和微型腔分隔为两个相互独立的腔体；然后称取适量的聚合物颗粒投入塑化腔中；然后驱动超声工具头电机，使超声工具头6进入塑化腔中，到达指定位置；同时控制注射电机工作使注射活塞上行，当注射活塞推动聚合物颗粒至接触工具头端面并达到一定压力后控制超声工具头开始振动，使聚合物颗粒开始塑化；当聚合物完全塑化后，电磁铁断电，动环在复位弹簧作用下归位打开间隙，塑化腔与微型腔连通，控制注射活塞上行，聚合物熔体在注射活塞压力作用下充填进入模具微型腔并持续保压一段时间，完成充填、成型；最后开模取件，取件后即可合模进入下一个成型周期。通过本实施例的运用，实现了新的塑化注射模式，可实现各模式下塑化质量的对比；提升了聚合物熔体注射时间点、注射速度、注射量的可控性；将塑化与充填分隔为两步，可控制聚合物颗粒塑化完全后再进行充填，提升了塑化均匀性和可靠性，也避免了先完成塑化熔体先充填的现象，提升了聚合物熔体充填能力，更加利于推动基于超声塑化方法的微注射成型技术发展；有效地减少了废料的产生，节省原料，降低成本；并能够降低工具头与塑化腔壁面的磨损。

另外，本实施例在使用时，还可以控制动环处于初始状态，即塑化腔与微型腔处于常通状态，然后称取适量的聚合物颗粒投入塑化腔中，并驱动超声工具头电机，使超声工具头进入塑化腔中，直至工具头端面与料筒上端面平齐；同时控制注射电机工作使注射活塞上行，当注射活塞推动聚合物颗粒至接触工具头端面并提供一定压力后控制超声工具头开始振动，使聚合物颗粒开始塑化；实现边塑化边注射的模式。便于进行“先塑化后注射”与“边塑化边注射”两种超声塑化微注射成型模型的比较研究。