用于注塑成型設備的傳動系統的制作方法

專利名稱：用于注塑成型設備的傳動系統的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及成型機，更準確地說涉及一種注塑成型機，它利用單臺電動機驅動給蓄能器加載用的液壓馬達和傳動機構，例如進給螺桿和/或合模裝置。
背景技術：
注塑成型機的注塑單元在正常操作循環過程中主要有兩種功能，即注塑和擠壓。在標準的往復式螺旋注塑成型機中，擠壓功能是這樣完成的，即在螺桿轉動時，塑料熔體逐漸朝向螺桿前端移動，而在熔體積蓄時產生一種壓力或力，使螺桿向后移到其預先注塑位置。當物料積蓄到(“注射”)足夠量時，螺桿迅速向前運動(不轉動)，把熔體直接注入模型，這樣完成注塑功能。工業上重要塑料材料注射成型加工要求涉及注塑壓力至少為15,000磅/英寸2，并經常達到30,000磅/英寸2。
成型機的注塑單元也可設計成“兩級”系統，這時的擠壓和注塑功能靠單獨的機器部件完成。在兩級注塑系統中，擠壓或塑化功能仍然靠加熱圓筒中的進給螺桿完成，但是全部或部分塑料熔體轉入“熔體存儲器”，而不是直接被輸送到模型。其后，操作熔體存儲器，以進行完成或至少協助完成注塑功能。兩級注塑單元的優點包含有物料塑化更加均勻，對螺桿和圓筒的磨損降低和更高注塑壓力的潛力。主要缺點是成本較高。
注塑和擠壓功能需要在注塑單元中有相關的傳動設備。在現有技術的液壓機中，注塑功能運動一般靠液壓缸完成，而擠壓工作的進給螺桿轉動通常則靠液壓馬達完成。最近，電動機與機械系統組合已經在注塑單元中用作直接動力源。一些現有技術的電氣系統已把單獨的電動機用于各種功能，即一臺電動機用于進給螺桿的轉動，而另一臺電動機則與諸如滾珠絲杠的機構相配合，把旋轉運動轉變為注塑要求的直線運動。其他現有技術的“混合”機器已用電動機來轉動帶有被液壓傳動的機器其余功能的進給螺桿，其動力是利用驅動一臺或一臺以上液壓馬達的電動機。
盡管“混合”機器含有電機(較好地控制螺桿轉動)與液壓機(綜合成本較低)的一些優點，但仍有改進的余地。特別是因為轉動螺桿的電動機有多余功率，故而有更加經濟系統的潛力。這種電動機只在擠壓(塑化)熱塑性塑料發生注射的循環階段時使用。由于電動機和相關變速傳動裝置的成本比較高，故最好最大限度地利用這一電動機。另外，對于當前所用帶有變速電動機的注塑成型機，不是把電動機用在特種軸上(如與機電系統)，就是多余用于標準的液壓管路，這樣變速電動機和傳動裝置達不到有效的控制。
因此，具有代表性的是把新工藝用于現有產品時，要努力最大限度地執行以前注塑系統的工藝，以便減少危險，保持產品同一性。這在全電動注塑成型機設計中，凡是液壓機構控制已用機電機構控制代替的地方尤為正確。由于這種受到限制的設計方法，變速電動機傳動裝置的許多顯著優點在其注塑成型的應用中沒有得到兌現。
非常確實，只要把機電傳動系代替液壓傳動系就能在從動裝置的精確度、穩定性和再現性方面達到顯著適度的改進，這就是減少傳動系中的部件數量，消除液壓油隨著溫度、粘度變化而產生固有改變的結果。這種變化是由于油本身極端的化學分解可能發生增加污染物濃度等原因造成的。然而，盡管僅用伺服電氣/機械部件代替液壓傳動系達到所需性能的提高，但仍要完成全部可能的改進。
另一需要考慮的問題是注塑成型機的占地面積已成為一項格外重要的判斷準則。曾經適用于設備的資源轉用到其他資產以提高生產率時，機器的長×寬×高便成為機器設計競爭格外重要考慮的問題。
除了需要提高電動注塑單元的生產能力外，還要可能改善從動裝置的精確度、穩定性、再現性和耐久性以及縮小機器的總長度，是否能找出一種途徑可克服對往復式螺旋注塑單元限制使用機電工藝而出現的障礙。
當注塑成型機的閉合或夾緊裝置操作，而兩個半模彼此可以移近或相互分離開合注模時，同樣需要有改進高效系統。在這種配置情況下，注模在注塑循環過程中必須經受住比較大的合模力，現有技術集中在利用全液壓驅動用于開合模的長沖程部分以及用于施加夾緊力的設備。最近，電動機已用于長開合沖程，并在注塑循環過程中利用液壓施加巨大夾緊力。然而，現有技術尚仍要提供一種使用電動機和液壓馬達的小型高效傳動系統。

發明內容
所以，本發明的目的是提供一種改進的傳動設備，能夠使用最佳單臺電動機為注塑成型機各種機件提供所需的動力。
本發明的另一個目的是提供一種簡化的設備，能同時驅動擠壓螺桿和液壓馬達。
本發明還有一個目的是提供一種成型機用的注塑單元，它所裝的部件不多，而且甚為可靠，易于維護。
本發明再有一個目的是提供一種注塑成型機用的高效傳動系統，它采用電動機同時驅動擠壓螺桿和同時給液壓蓄能器加載用的液壓馬達，由此利用蓄能器中的載荷在注塑循環過程中沖擊螺桿。
本發明仍有一個目的是提供一種注塑成型機用的高效傳動系統。它利用電動機驅動擠壓螺桿和給蓄能器加載的液壓馬達。在電動機與螺桿之間裝有一個離合器，使電動機甚至在注塑循環過程中也能連續不斷地驅動液壓馬達。
本發明更有一個目的是提供一種注塑成型機用的高效傳動系統，它利用電動機在給蓄能器加載的同時將本模閉合，并利用蓄能器中的載荷在注塑/成型循環過程中施加夾緊力。
按照這些目的，本發明的一個實施例是針對混合型注塑機，即在塑化加工過程中用最佳變速電動機同時驅動擠壓螺桿和液壓馬達。在塑化加工過程中，液壓馬達給液壓蓄能器加載。當足夠的塑料已被擠壓，并生產出所需的“注射”尺寸時，則利用蓄能器中的載荷沖擊螺桿或單獨的活塞，以便把熔體注入模腔。
可以選擇，在電動機與擠壓螺桿之間設置離合器，由此使電動機能夠連續不斷地通過驅動液壓馬達給蓄能器加載。一旦生產出所需注射尺寸離合器便動作以脫開擠壓螺桿，由此停止擠壓螺桿轉動，使螺桿能被蓄能器中載荷驅動的活塞所沖擊，電動機一直連續不斷地給蓄能器加載。
在本發明的另一個實施例中，在注塑成型機的夾緊側，設置單獨的電動機。電動機連接開合模用的機械傳動機構。另外，連接電動機的還有給單獨蓄能器加載的液壓馬達。當電動機合模時，還驅動給蓄能器加載的液壓馬達，一旦完全合模，蓄能器中的載荷便被利用。以向模型施加在注塑/成型循環過程中所需的巨大夾緊力。
在該實施例中，可選的離合器機構設在電動機與機械傳動機構之間，從而，盡管已經完全合模，但電動機仍連續不斷地驅動液壓馬達和給蓄能器加載。一旦完全合模，這使傳動機構與電動機分離，離合器便動作，由此使電動機能繼續驅動液壓馬達和給蓄能器加載。
只要單臺電動機與給定負荷最適合，便會使傳動系統更簡單，更便宜。同樣，正象不同尺寸的注塑機所需要的那樣，單獨的液壓馬達最能適宜蓄能器加載。此外，通過使用電動機同時完成兩種功能來提高機器的總效率。增加離合器使電動機能夠連續不斷地給蓄能器加載，不僅將使循環時間更短，而且提高機器的總效率。
總的說來，本發明提供一種注塑機用的獨特混合傳動系統，可以供優化各種傳動部件之用，還提供一種更加高效的傳動系統，供擠壓螺桿和夾緊機構之用。


結合以下附圖，考慮到優選實施例的詳細說明將對本發明有更好的理解。
圖1是注塑成型機注塑系統推式螺旋單元的簡圖，該單元附有其相關變位和/或驅動力傳動設備；圖2是注塑成型機改進型兩級注塑設備的放大簡圖，部分為剖面；圖3是本發明注塑單元的液壓簡圖；圖4是裝有改進型傳動系統的注塑成型機改進型夾緊單元的平面布置簡圖。
圖中所用參改編號12—電動機14—活動板16—液壓馬達18—第一傳動皮帶20—第二傳動皮帶22—活塞組件24—液壓蓄能器26—第一固定板28—第二固定板29—擠壓組件30—料斗34—加熱器36—進給螺桿38—擠壓外殼40—出料口42—底座46—液壓閥48—導向梁50—導管52—熔體存儲器54—油箱
56—止回閥58—離合器機構59—圓筒60—第一固定壓板62—第二固定壓板64—聯動機構(transmission means)66—活動半模68—系桿70—固定半模72—活動壓板74—傳動機構具體實施方式
本發明涉及一種注塑成型機用的注塑單元；因此，它將在“代表性”機器的范圍內加以描述。因為注塑成型機的一般結構和操作已眾所周知，故受到重點強調的是那些關于注塑機設備具有差異或新用途的方面。
圖1描述注塑成型機注塑單元的基本結構，該機的單級推式螺旋單元10裝在底座42上。擠壓組件29包括擠壓外殼38，供給固體塑料的料斗30和回轉并可置換的推式進給螺桿36。與外殼38進行熱交換的是加熱器34，它將熔體保持在熔融狀態，以便通過出料口40注塑。
圖1裝置具有數個平行導向梁48，兩個固定板26，28和活動板14。板14靠活塞組件22沿著導向梁48運動。裝在板14上的是電動機12，它通過第一傳動皮帶或其他聯動機構18連接到進給螺桿36。另外裝在板14上的還有液壓馬達16，它通過第二傳動皮帶或另一聯動機構20被進給螺桿36所驅動。在這種配置中，讀者能輕易看到，電動機12向進給螺桿36和液壓馬達16同時提供動力。應該注意，液壓馬達16的位置可輕易改變，以致能夠直接由電動機12驅動。
與液壓馬達16連通的是供給液壓油的油箱54和經過液壓閥46的液壓蓄能器24，這里，電動機12驅動液壓馬達16，該馬達再給液壓蓄能器24加載，從而把能量存儲在蓄能器24里。
可操作安裝在固定板26與活動板14之間的是活塞組件22。在注塑加工過程中，蓄能器24儲存的能量使活塞組件22在“B”方向延伸。活塞組件22由于熔體的力積蓄在進給螺桿36前面時而被熔體的力縮回。
為了給注模(未示出)加注或填充塑料熔體，電動機12停機，而活塞組件22則有選擇地被液壓閥46起動，引導蓄能器24中儲存的能量而使活塞組件22在“B”方向延伸，然后，推式進給螺桿36被板14向前推入外殼38，通過出料口40而注入熔體物料。
另一方面，設置的可選離合器機構58，可使電動機12在注塑循環過程中與進給螺桿36分離。這種配置使得電動機12能夠連續不斷地驅動液壓馬達16，并給液壓蓄能器24加載。
參照圖2，本發明的設備與注塑成型機100配合使用。成型機100的總體構造包括兩級電動/液壓注塑單元，該單元裝在細長的支架或底座42上。注塑單元100的部件特殊設計，把電動機傳動工藝引入兩級注塑單元。更可取的是主要部件為電動擠壓組件29和熔體存儲器52。擠壓組件29供連續塑化用，所以具有單向(non-reciprocating)的進給螺桿36。但是，需要時，本發明原理也能適用于裝有如圖1所示和已經描述的往復式進給螺桿的兩級注塑系統。
正如技術中通常為人所知的，物料以簡便的方式例如通過料斗30送到擠壓裝置。進給螺桿36的旋轉動力也以傳統方式，如通過與皮帶或其他驅動螺桿36的傳動型式18連接的電動機12供給。由于進給螺桿36只是旋轉運動，故其傳動系統要比具有還應作往復運動螺桿的注塑裝置大為簡化。
熔體存儲器52基本上是一個靠柱形圓筒59和在圓筒59中作線性運動的活塞組件22使容積可變的容器。活塞組件22和圓筒59相對尺寸以及活塞22的沖程將根據注入模內所需的熔體量而改變。在熔體存儲器52收縮時，最好這樣構造活塞22和圓筒59的末端形狀，即在活塞22完全延伸時，把圓筒59中剩余的樹脂量減至最低程度。
進給螺桿36的出料口通過合適的導管50連接存儲器52。在進給螺桿36與熔體存儲器52的進料口之間的方便處裝設止回球閥56或其他合適的單向安全裝置，以控制導管50中的流向，當液壓蓄能器24動作，把塑料注入模腔，并在裝填和存儲過程中保持壓力的時候，止回閥56可防止熔體由于壓差而回流到進給螺桿36。熔體存儲器52的出口通過合適的出料口40連接到注模(未示出)。
熔體存儲器52的活塞22最好有選擇地由液壓閥46起動，該閥控制液壓蓄能器24中的儲存能量來延伸活塞22。
電動機12通過象皮帶18和20這樣的聯動機構連接到液壓馬達16。當電動機轉動進給螺桿36時，還驅動液壓馬達16，使液壓馬達16給蓄能器24加載。然后，蓄能器24中儲存的液壓能量便用來沖擊活塞22，并把熔體注入出料口40。
現對裝有本發明兩級注塑單元的注塑成型機100操作加以描述，進給螺桿36在擠壓外殼38內靠擠壓機電動機12轉動，使物料開始塑化，物料是作為塑料熔體被送到熔體存儲器52。螺桿36的轉動在進給螺桿36末端產生壓力，開動(打開)止回球閥56，使物料流過導管50，進入熔體存儲器52。當塑料熔體壓力到達一定程度時，便開始迫使活塞22向后運動。
當需要注入模腔，在熔體存儲器52中活塞22前面積蓄足夠的塑料熔體載荷時，擠壓操作便完成，進給螺桿36的轉動也停止，此時，液壓閥46動作，控制去活塞22進料口的壓力和流量。活塞22的前進運動迫使積蓄的塑料熔體通過出料口40進入模腔。活塞22運動產生的注塑壓力把止回球閥56移到防止熔融樹脂轉入擠壓外殼38的位置。
可以選擇在電動機12與進給螺桿36之間設置離合器機構58，以便電動機12可與進給螺桿36分離，使電動機12能夠連續不斷地驅動液壓馬達16，并給液壓蓄能器24加載。因此，離合器機構58使電動機12在注塑循環過程中仍能繼續開動，向蓄能器24加載。
現參照圖3，示出本發明的液壓系統簡圖，正如以前所述的，液壓蓄能器24有選擇地被四通二位液壓閥46起動。該閥系彈簧加載到其正常狀態，使液壓馬達16能給蓄能器24加載，并在擠壓加工過程中當活塞22縮回的時候，使液壓油從活塞22回流到油箱54。當閥46動作時，便把液壓流從蓄能器24導向活塞22，將熔體注入模腔(未示出)。閥46可以是螺線管控制式，也可以是伺服控制式，優選實施例是伺服閥，因為它便于無限調整在注塑過程中傳到活塞22的時間-壓力分布。
現參照圖4，一般描述改進的注塑成型夾緊系統200。采用以前論述的許多同一高效原理，將電動機12裝在一個底座(未示出)上。該底座通過聯動機構64與傳動機構74連通。安裝在傳動機構74上的是一可選的離合器機構58，以便有選擇地使傳動機構74與電動機12嚙合，剛性固定到多個系桿68遠端的第一固定壓板60。剛性固定到多個系桿68另一遠端的是第二固定壓板62，位于第一固定壓板與第二固定壓板之間并由多個系桿68導向的是活動壓板72。活動壓板72與傳動機構74連通，由此，傳動機構74的轉動將使活動壓板72沿著多個系桿68的長軸相對于固定壓板進行平移。
機械連接到電動機12的是液壓馬達16。液壓馬達16通過使用液壓閥46與液壓蓄能器24實現液流連通。當電動機12驅動液壓馬達16時，來自油箱54的壓力和油流便有選擇地通過液壓閥46傳到液壓蓄能器24以把能量儲存起來。
剛性固定到活動壓板72的是活動半模66。剛性固定到第一固定壓板60的是固定半模70。當傳動機構74移動活動壓板72時，活動半模66便平移，而開模，從而使塑料件成品脫模。
液壓蓄能器24通過液壓閥46有選擇地與活塞組件22連通。液壓活塞組件22可操作地固定在固定壓板60或62之一與活動壓板72之間。在優選實施例中，活塞組件22為裝在第二固定壓板62上的單動液壓活塞。
在圖4所示配置中，電動機完成兩項功能，一項功能是開合半模66和70。在完成這項功能時，可選擇的離合器機構58嚙合，而使電動機12起動傳動機構74。在優選實施例中，傳動機構是滾珠絲杠式。電動機12的第二項功能是驅動液壓馬達16，該液壓馬達16以儲存能量給蓄能器24加載。
一旦半模被傳動機構74完全組合在一起，并準備作注塑循環，存儲在蓄能器24中的壓力和液流載荷便通過液壓閥46傳到活塞組件22。從蓄能器24傳到活塞組件22的壓力需要把兩個半模66和70緊密結合在一起，并經受住作用打開半模的注塑壓力。一旦注入模制件，并按照預定保壓時間使模制件凝固，便通過液壓閥46解除去活塞組件22的壓力。此時，電動機12連通傳動機構74去開模，使模制件成品從模腔中脫出。
盡管本發明按照附圖所示優選實施例作了一些詳細說明，而且優選實施例也作了一些詳細描述，但本發明沒有對所述發明的這些細節加以限制。相反地，在適合所附權利要求范圍和精神的條件下，準備納入一切改進、變更和等效作法，例如，雖然通常所述的傳動聯接是皮帶或皮帶輪，但也可用其他的機械聯接，如合適的齒輪裝置來完成同樣的功能。
權利要求
1.一種具有包括注塑單元的傳動系統的注塑成型機，包括進給螺桿，它裝在具有進口和出口的圓筒內；液壓馬達，它通過液壓閥可選擇地與液壓蓄能器連通；回轉傳動單元，它同時轉動所述進給螺桿以便塑化在所述圓筒內的物料并將其從所述進口輸送到所述出口和驅動所述液壓馬達以便把能量存儲在所述蓄能器內；液壓活塞，它有選擇地通過所述液壓閥與所述蓄能器連通，其中，從所述蓄能器來的壓力和流量使所述活塞平移，并通過所述出口注入物料。
2.如權利要求1所述的注塑成型機，進一步包括離合器機構，該機構設在所述進給螺桿與所述回轉傳動裝置之間，由此，可使所述傳動裝置有選擇地與所述進給螺桿分離。
3.一種具有包括夾緊裝置的改進型傳動系統的注塑成型機，包括至少一個系桿，它布置在第一固定壓板與第二固定壓板之間，并與兩者相連；活動壓板，它可操作地布置在所述第一固定壓板與所述第二固定壓板之間，所述活動壓板連接到傳動機構；液壓馬達，它可選擇地通過液壓閥與蓄能器連通；回轉傳動單元，它同時驅動所述傳動機構以便平移所述活動壓板，和驅動所述液壓馬達，以便把能量存儲在所述蓄能器內；液壓活塞，它可操作地連接到所述活動壓板上，并通過所述液壓閥有選擇地與所述蓄能器連通，其中，從所述蓄能器來的壓力起作用以在注塑加工過程中保持所述活動壓板的位置。
4.如權利要求3所述的注塑成型機，進一步包括離合器機構，該機構設在所述傳動機構與所述回轉傳動裝置之間，由此，可使所述傳動機構有選擇地與所述回轉傳動裝置分離。
5.如權利要求3所述的注塑成型機，其特征在于，所述回轉傳動裝置是電動機。
6.如權利要求3所述的注塑成型機，其特征在于，所述液壓閥是彈簧加載的電磁閥。
7.如權利要求3所述的注塑成型機，其特征在于，所述液壓閥是伺服控制閥。
8.如權利要求3所述的注塑成型機，其特征在于，所述液壓閥是液壓導閥。
9.如權利要求3所述的注塑成型機，其特征在于，所述回轉傳動裝置是變速電動機。
10.如權利要求3所述的注塑成型機，其特征在于，所述回轉傳動單元采用由皮帶、齒輪、摩擦盤和鏈系中選擇的傳動裝置型式與所述液壓馬達連通。
全文摘要
提供一種高效傳動系統用在典型的注塑成型機上，從而用單臺電動機驅動擠壓螺桿和液壓馬達，在擠壓加工過程中，連續不斷地給液壓蓄能器加載。在注塑循環過程中，控制蓄能器中的載荷沖擊擠壓螺桿，把熔體注入模腔。另一個實施例是在注塑成型機的夾緊裝置上采用同樣的配置，以此控制蓄能器中的載荷在注塑循環過程中保持合模。
文檔編號B29C45/17GK1600522SQ200410082690
公開日2005年3月30日 申請日期2001年5月18日 優先權日2000年7月6日
發明者羅伯特·D·謝德 申請人:赫斯基注射器成型系統有限公司