一种聚合物超声塑化微注射装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超声塑化微注射装置与方法，由超声波塑化系统，注射系统和给料系统组成，并在注射柱塞(17)上设置排气系统，在超声塑化筒内由一个或多个超声波塑化单元设置在塑化器支撑体(5)上，超声波塑化单元由超声波换能元件和传振片(4)连接塑化器(6)构成，塑化器设置在塑化器支撑体的内孔内；利用超声波换能元件使塑化器上产生的超声振动，在物料上产生摩擦热效应和超声波空化效应塑化物料。采用塑化器的轴向凹槽和塑化器之间的间隙构成的型腔作为塑化腔，超声波能量传递面积大，塑化效率高；利用注射电机(25)驱动注射柱塞注射，注射柱塞运动惯性小，注射过程中塑化腔内的空气通过排气系统排出腔外，排气效果好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工程塑料与精密微量注射
，尤其涉及一种聚合物超声塑化微注射装置与方法。
技术介绍
伴随工程塑料与精密微量注射技术的发展，利用注射等高效生产方式生产的高精度微小制件正逐步代替采用传统加工制造方式生产的微结构金属零件。微量注射通常采用微量塑化与精密注射，注射量甚至达到数微克级别，塑化质量要求高，成型过程中熔体冷却快，注射阻力大，充填困难，传统的螺杆塑化与注射技术，受螺杆直径下限与止逆环的限制，无法完成微小剂量的塑化与精密注射；柱塞塑化与注射方式，采用加热方式塑化聚合物，熔体的均质性难以满足微注射成型的要求，而采用螺杆塑化/柱塞注射的方式，通常存在装置复杂控制困难等问题。超声波震动塑化的聚合物拥有良好的均质性，非常适合与微注射成型。然而受技术的限制，超声波在聚合物成型领域的应用通常限于作为一种探测手段在线监测熔体密度，或将超声波加载喷嘴处、模具内以改善熔体的流动性能和填充率，如中国专利201210052745.3公开的一种超声振动与抽真空集成的微注塑模具及成型方法。将超声波直接作为塑化装置的研究较少，中国专利201310121160.7公开的一种无螺杆超声波熔融塑化聚合物微量注射成型装置及成型方法，其将超声波输出端制成注射柱塞，依靠柱塞的端面接触物料，柱塞作高频轴向振动，塑化物料。然而该塑化装置，其塑化功率受柱塞端面面积的限制，柱塞端面小，则能量传递面积小，塑化时间长；端面面积大则塑化腔截面大，不易实现微小剂量的塑化，注射时注射阻力大；采用超声波输出端直接作为注射柱塞，注射时注射阻力会传递给超声波换能装置；注射时超射波换能装置一起随注射柱塞运动，运动惯性大，不利于实现高速注射，而注射速度越高，熔体粘度越小，越容易保证填充率；塑化单元无排气装置，熔体易产生烧蚀现象。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种超声波能量传递面积大，塑化效率高，易实现微剂量塑化和高速精密注射的聚合物超声塑化微注射装置与方法，注射时对超声波发生装置无影响。本专利技术通过下述技术方案实现：一种聚合物超声塑化微注射装置，由超声波塑化系统，注射系统和给料系统组成，并在注射柱塞17上设置排气系统，所述的超声塑化筒，由一个或多个超声波塑化单元设置在塑化器支撑体5上，所述的超声波塑化单元由超声波换能元件和传振片4连接塑化器6构成，内六角螺钉8穿过超声波换能元件连接机筒1与传振片4，螺钉7穿过塑化器支撑器7连接传振片4和塑化器6；所述的塑化器6设置在塑化器支撑体5的内孔内，塑化器6的轴向设有弧形凹槽，塑化器6之间设有间隙；所述的排气系统包括注射柱塞17，注射柱塞17上设置下内孔1701和上内孔1702，柱塞头172为独立件，下内孔1701底部设有弹簧171，注射柱塞17侧面设有柱销173。所述的超声波塑化单元由绝缘圈11分隔开，绝缘圈11的内径等于传振片4的外径。所述的超声波换能元件由两层或多层的压电片2和相同层数的电极片3交叠而成，压电片2的截面形状为瓦形或矩形。所述的传振片4所构成的内腔的内径大于塑化器支撑体5圆柱段的外径，所述的塑化器6上的弧形凹槽的曲率半径等于注射柱塞17的半径，每块塑化器6的凹槽构成的内腔直径等于注射柱塞17的直径。所述的注射柱塞17的下内孔1701的直径大于上内孔1702的直径，注射柱塞17上设有翼板1703，翼板1703的厚度等于两块塑化器6之间的间隙宽度，翼板1703之间的宽度等于塑化器支撑体5的内径，翼板1703的上端设有圆孔连通上内孔1702，在注射柱塞17垂直于翼板1703的径向设有圆孔，圆孔内设有柱销173。所述的注射柱塞17的柱塞头172为独立件，柱塞头172头部设有锥面，尾部为一段直径小于下内孔1701的圆柱段，所述圆柱段两侧上设有平台，一侧的平台长度等于圆柱段的长度，另一侧平台的长度小于圆柱段的长度，柱塞头172圆柱段插入下内孔1701，较短平台的一侧朝向柱销173。所述的注射系统由注射电机25连接丝杆21，丝杠螺母19套在丝杠21上，导向板20固定在丝杠螺母19上，并套在导杆15上，推进器18一端固定在丝杠螺母19上，另一端连接连接注射柱塞17，推进器18采用中空结构，其内径大于丝杠21的直径。采用上述聚合物超声塑化微注射装置的注射方法如下：注射电机25驱动注射柱塞17上升离开塑化筒固定模板16，由给料系统向超声塑化筒内供料，开启超声波塑化系统，利用超声波在物料中产生的摩擦热效应和超声波空化效应将物料熔融塑化，塑化完成后，注射电机25驱动注射柱塞17下行，由注射柱塞17头部的排气系统在下行过程中将塑化腔内的空气排出，柱塞头172接触物料，并将物料挤入模具型腔，进行保压，保压完成(保压时间需根据物料种类、注射量、模具等因素确定，无法确定范围)，后注射柱塞17上升，完成一次超声塑化与注射。所述的超声塑化筒塑化物料，是利用塑化器6的凹槽与塑化器6之间的间隙构成的型腔作为塑化型腔，通过超声波换能元件产生压电效应使塑化器6沿机筒1的径向振动，物料在与塑化器6的触面上激烈摩擦熔融，并产生超声波空化效应，使物料快速塑化。所述的注射柱塞17的排气系统的排气过程包括，由注射柱塞17的翼板1703嵌入塑化器6之间的间隙，保证注射柱塞17与塑化腔之间的气密性，射柱柱塞17与柱塞头172之间有空隙，使注射柱塞17下行过程中，由弹簧171与柱销173保证在柱塞头172的锥面完全接触物料前，塑化腔内的气体由下内孔1701和上内孔1702排到翼板1703的上方。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：物料塑化腔由超声塑化器构成，物料与超声能量输出端的接触面积大，超声波能量的传递面积大，塑化效率高；对比端面接触塑化方式，物料柱面更小，有利于减小注射时的阻力；超声塑化筒内轴向可设多个超声波塑化单元，可根据塑化物料的高度开启足够数量的塑化单元，能量利用率高；采用注射电机通过丝杠螺母幅直接驱动专门的注射柱塞注射，运动惯性小，能达到更高的柱塞运动速度，提高注射时物料的剪切速率，降低粘度，使注射阻力减小，在更小的注射压力下保证填充率；注射柱塞头部排气系统结构简单，通过为注射柱塞头内选择不同弹力的弹簧，可实现对塑化不同物料时的可靠排气效果。附图说明图1是本专利技术具体实施例的构造图。图2是超声塑化筒第一个实施例的构造图。图3是图2的A-A剖视图。图4是图2的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物超声塑化微注射装置，由超声波塑化系统，注射系统和给料系统组成，并在注射柱塞(17)上设置排气系统，其特征在于：所述的超声塑化筒，由一个或多个超声波塑化单元设置在塑化器支撑体(5)上，所述的超声波塑化单元由超声波换能元件和传振片(4)连接塑化器(6)构成，内六角螺钉(8)穿过超声波换能元件连接机筒(1)与传振片(4)，螺钉(7)穿过塑化器支撑器(7)连接传振片(4)和塑化器(6)；所述的塑化器(6)设置在塑化器支撑体(5)的内孔内，塑化器(6)的轴向设有弧形凹槽，塑化器(6)之间设有间隙；所述的排气系统包括注射柱塞(17)，注射柱塞(17)上设置下内孔(1701)和上内孔(1702)，柱塞头(172)为独立件，内孔1701底部设有弹簧(171)，注射柱塞(17)侧面设有柱销(173)。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物超声塑化微注射装置，由超声波塑化系统，注射系统和给料
系统组成，并在注射柱塞(17)上设置排气系统，其特征在于：所述的超声
塑化筒，由一个或多个超声波塑化单元设置在塑化器支撑体(5)上，所述的
超声波塑化单元由超声波换能元件和传振片(4)连接塑化器(6)构成，内
六角螺钉(8)穿过超声波换能元件连接机筒(1)与传振片(4)，螺钉(7)
穿过塑化器支撑器(7)连接传振片(4)和塑化器(6)；
所述的塑化器(6)设置在塑化器支撑体(5)的内孔内，塑化器(6)的
轴向设有弧形凹槽，塑化器(6)之间设有间隙；
所述的排气系统包括注射柱塞(17)，注射柱塞(17)上设置下内孔(1701)
和上内孔(1702)，柱塞头(172)为独立件，内孔1701底部设有弹簧(171)，
注射柱塞(17)侧面设有柱销(173)。
2.根据权利要求1所述的聚合物超声塑化微注射装置，其特征在于：所述
的超声波塑化单元由绝缘圈(11)分隔开，绝缘圈(11)的内径等于传振片
(4)的外径。
3.根据权利要求1所述的聚合物超声塑化微注射装置，其特征在于：所述
的超声波换能元件由两层或多层的压电片(2)和相同层数的电极片(3)交
叠而成，压电片(2)的截面形状为瓦形或矩形。
4.根据权利要求1所述的聚合物超声塑化微注射装置，其特征在于：所述
的传振片(4)所构成的内腔的内径大于塑化器支撑体(5)圆柱段的外径，
所述的塑化器(6)上的弧形凹槽的曲率半径等于注射柱塞(17)的半径，每
块塑化器(6)的凹槽构成的内腔直径等于注射柱塞(17)的直径。
5.根据权利要求1所述的聚合物超声塑化微注射装置，其特征在于：所述
的注射柱塞(17)的下内孔(1701)的直径大于上内孔(1702)的直径，注
射柱塞(17)上设有翼板(1703)，翼板(1703)的厚度等于两块塑化器(6)
之间的间隙宽度，翼板(1703)之间的宽度等于塑化器支撑体(5)的内径，
翼板(1703)的上端设有圆孔连通上内孔(1702)，在注射柱塞(17)垂直于
翼板(1703)的径向设有圆孔，圆孔内设有柱销(173)。
6.根据权利要求5所述的聚合物超声塑化微注射装置，其特征在于：所述
的注射柱塞(17)的柱塞头(172)为独立件，柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宏武，巫蔡泉，叶超林，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44