一種行星螺桿混煉積分注塑機的制作方法

專利名稱：一種行星螺桿混煉積分注塑機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種注塑機，屬于高分子材料成型機械領域，特別是適合中型和大型 注塑機。
背景技術：
現代科學技術的發展要求高分子材料具有多方面的綜合性能，例如，要求某些塑 料既耐高溫又易于成型加工；既要求強度高又要求韌性好；既具有優良的力學性能，又具 有某些特殊功能等。單一的高分子材料是難以滿足這些高性能化要求的，另外，高分子材料 科學已經進入了一個比較成熟的階段，要開發一種全新的材料非常困難，不僅時間長、耗資 大，而且可能性越來越小。相比之下，利用已有的高分子材料進行共混改性制備高性能材 料，不僅簡捷有效，而且也相當經濟。改性高聚物的用途相當廣泛。傳統式注射成型機，物料塑化過程是螺桿旋轉軸向后移計量的過程，在一次塑化 過程中，螺桿的塑化能力隨著螺桿有效長度的縮短而逐漸下降，導致先前和最終加入的物 料所經受的熱歷程不同，熔料存在軸向溫差。注射螺桿只有熔融、輸送、計量和注射的功能， 不能起到共混的作用。因此，對于改性的高分子材料，即使是對于具有顏色要求的制品注射 成型，目前必須先采用雙螺桿擠出機、雙轉子混煉機+單螺桿擠出機或其它共混成型設備 擠出造粒，然后再進行注射成型。這一過程需要使材料在固態和熔融態之間進行反復轉變， 對材料性能造成一定的影響，而且能源消耗大，增加了材料與注射成型的成本。另外，對于螺桿注射式注塑機，在注射過程中，螺槽中充滿了各種凝聚態的物料， 螺桿除了要克服其與機筒的摩擦力，還要克服物料與機筒之間的摩擦拖曳力，能耗巨大，嚴 重影響注射過程的效率。專利ZL2008200655772. 3公開了一種塑料混煉注射裝置。該裝置采用雙螺桿代替 傳統注射成型機的單螺桿，利用雙螺桿較強的混煉功能對物料進行共混改性，注射時通過 螺桿后端的注射油缸驅動兩根螺桿同時向前注射。這種方法原理簡單，實現了混煉、注塑工 藝一體化，但其注射過程阻力大，螺桿注射驅動復雜，而且無法解決注射過程中物料通過螺 桿與機筒間隙逆流的問題。專利ZL200820078562. 8也公開了一種混煉注射成型機注射裝置。該裝置采用置 于塑化裝置前端的可變容積的儲料腔進行儲料，注射采用柱塞原理進行注射，能將混煉、注 射合二為一。但其結構復雜，整機長度大，注射時整個塑化裝置要整體移動，注射無用負載 大，而且可變容積的儲料腔的密封與加熱問題難以解決。

發明內容
本發明的目的在于提供一種行星螺桿混煉積分注塑機，該機器能夠實現物料混煉 與注塑的功能一體化，克服現有混煉注塑裝置的缺點與技術難點；技術成熟，性能優異且穩 定可靠；機器適用材料范圍廣，結構簡單，占地面積小。為了實現以上目的，本發明采用以下技術方案一種行星螺桿混煉積分注塑機，主要由噴嘴、機筒、加熱裝置、加料斗、螺桿頭、止逆環、主螺桿、積分式行星螺桿、前止動環、后 止動環、柱塞、止推軸承、軸承蓋、傳動裝置與注射油缸組成，主螺桿依次由螺桿前段、螺桿 行星段、螺桿加料段和螺桿傳動段組成，主螺桿中心處開有通孔(儲料腔)，機筒依次由前 機筒、機筒一段、機筒二段、機筒加料段組成，注射油缸由注射活塞、注射活塞桿、注射油缸 缸筒、注射油缸前蓋與注射油缸后蓋組成；噴嘴、機筒、軸承蓋依次連接，加熱裝置圍在機筒 外，加料斗設置在機筒加料段上，主螺桿設置在機筒里，主螺桿的螺桿傳動段穿過軸承蓋， 螺桿頭通過螺紋與螺桿前段連接，螺桿頭與螺桿前段的連接螺紋前端有一段止口以保證螺 桿頭與螺桿前段之間的定位；止逆環與螺桿頭配合連接且可以相對軸向滑動，其止逆環與 前止動環能夠接觸；積分式行星螺桿設置在主螺桿的螺桿行星段或機筒二段處，同時與螺 桿行星段的螺棱和機筒二段內螺棱相嚙合，其前后端對應的機筒上分別設置前止動環與后 止動環；前止動環設置在機筒一段與機筒二段的連接處，后止動環設置在機筒二段與機筒 加料段的連接處；止推軸承設置在主螺桿的螺桿加料段與螺桿傳動段之間，一端與主螺桿 連接，另一端與軸承蓋連接；傳動裝置設置在螺桿傳動段；柱塞設置在主螺桿的通孔(儲料 腔)中，后端與注射油缸的注射活塞連接。本發明一種行星螺桿混煉積分注塑機，其積分式行星螺桿的數量可以為3根或以 上，行星螺桿數量越多，物料受剪切次數越高，混煉功能越強。本發明一種行星螺桿混煉積分注塑機，其主螺桿也可以依次由螺桿前段、螺桿均 化段、螺桿行星段、螺桿加料段和螺桿傳動段組成，主螺桿中心處開有通孔(儲料腔)，增設 止推環套在螺桿前段，螺桿頭通過螺紋與螺桿前段連接，螺桿頭與止推環端面接觸；止逆環 套在螺桿頭上，與機筒一段相互配合且可以相對軸向滑動；止逆環可以與止推環接觸。本發明一種行星螺桿混煉積分注塑機，在螺桿頭與螺桿前段的螺紋連接處，螺桿 頭為內螺紋，螺桿前段為外螺紋。當螺桿頭為外螺紋而螺桿前段為內螺紋時，兩者的連接處 在主螺桿的通孔(儲料腔)內，容易導致螺紋連接處存在間隙，造成物料滯留。本發明的一種行星螺桿混煉積分注塑機，主螺桿、積分式行星螺桿和機筒二段內 螺棱的螺旋角為30° 60°，為阿基米德螺紋，角度太小，螺桿傳動效率低，而角度太大， 物料的向前輸送力小；主螺桿行星段的長徑比一般為3 15，物料的混煉效果隨其變大而 增強，但會導致加工制造難度加大。本發明的一種行星螺桿混煉積分注塑機，注射油缸可以為單活塞桿油缸或雙活塞 桿油缸；當為雙活塞桿油缸時，可通過在注射活塞桿與注射柱塞上開孔實現流體的注入，以 滿足氣體輔助注射成型或水輔助注射成型。本發明的一種行星螺桿混煉積分注塑機，其止逆環也可以采用現有其它止逆形 式，如止逆球形式等。由以上技術方案可知，本發明與現有技術相比具有如下優點1、將通常采用的混煉、注塑兩步工藝一體化，使材料由二次加熱冷卻變為一次加 熱冷卻，不僅能最大程度地維持材料的原有性能，而且消除了二次加熱所需能耗，避免了中 間環節所需要的包裝、運輸、搬運、倉儲費用和中間污染。2、采用積分式的行星螺桿塑化原理，流道無死點，自潔作用強；物料停留時間短， 不會因停留時間過長而分解；由于主螺桿與行星螺桿之間會形成滾動料垅，料垅內會形成 一種渦旋，而且物料受剪切次數高，共混效果好；全部嚙合螺桿的總嚙合次數大，塑化效率高，產量大；比能耗低。3、塑化過程螺桿無軸向移動，熔融物料無軸向溫差，能有效保證塑化質量，進而保 證注射成型制品質量。4、由于行星螺桿塑化裝置的主螺桿較粗，塑化所需的物料在主螺桿的中心處積 聚，整機結構緊湊。5、柱塞式的注射原理，計量精度高，注射阻力小。6、止逆穩定可靠，能有效保證注射和保壓效果。7、該技術為模塊化設計，可以方便地替換對應規格的現有注塑機的注塑部件。8、易于進行改造實現注射成型新工藝，如在注射柱塞中心開孔可以實現流體的 注入以完成氣體輔助注射成型或水輔助注射成型；在機筒上開孔可以實現超臨界流體的注 入以完成微發泡注射成型。


圖1是本發明一種行星螺桿混煉積分注塑機的結構示意圖。圖2是圖1所示的本發明一種行星螺桿混煉積分注塑機A-A斷面圖。圖3是本發明一種行星螺桿混煉積分注塑機的另一個派生結構示意圖。1-噴嘴，2-前機筒，3-螺桿頭，4-止逆環，5-螺桿前段，6_止推環，7_螺桿均化段， 8-機筒一段，9-加熱裝置，10-前止動環，11-機筒二段，12-機筒二段內螺棱，13-積分式 行星螺桿，14-積分式行星螺桿的螺棱，15-螺桿行星段，16-螺桿行星段的螺棱，17-柱塞， 18-后止動環，19-機筒加料段，20-螺桿加料段，21-加料斗，22-機筒，23-軸承蓋，24-止 推軸承，25-傳動系統，26-螺桿傳動段，27-主螺桿，28-注射油缸前蓋，29-注射油缸缸筒， 30-注射油缸后蓋，31-注射油缸活塞，32-注射油缸，33-通孔，34-止口，35-注射活塞桿
具體實施例方式實施例1如圖1和圖2所示，本發明的一種行星螺桿混煉積分注塑機，主要由噴嘴1機筒 22、加熱裝置9、加料斗21、螺桿頭3、止逆環4、主螺桿27、積分式行星螺桿13、前止動環10、 后止動環18、柱塞17、止推軸承24、軸承蓋23、傳動裝置25與注射油缸32組成，主螺桿27 依次由螺桿前段5、螺桿行星段15、螺桿加料段20和螺桿傳動段26組成，主螺桿27中心處 開有通孔(儲料腔)33，機筒22依次由前機筒2、機筒一段8、機筒二段11、機筒加料段19 組成，注射油缸32由注射活塞31、注射活塞桿35、注射油缸缸筒29、注射油缸前蓋28與注 射油缸后蓋30組成；噴嘴1、機筒22、軸承蓋23依次連接，加熱裝置9圍在機筒22外，加料 斗21設置在機筒加料段19上，主螺桿27設置在機筒22里，主螺桿27的螺桿傳動段26穿 過軸承蓋23，螺桿頭3通過螺紋與螺桿前段5連接，螺桿頭3與螺桿前段5的連接螺紋前 端有一段止口 34，以保證螺桿頭3與螺桿前段5之間的定位；止逆環4與螺桿頭3配合連 接且可以相對軸向滑動，止逆環4與前止動環10能夠接觸；積分式行星螺桿13設置在主螺 桿27的螺桿行星段15或機筒二段11處，同時積分式行星螺桿的螺棱14與螺桿行星段的 螺棱16和機筒二段內螺棱12相嚙合，其前后端對應的機筒22上分別設置前止動環10與 后止動環18 ；前止動環10設置在機筒一段8與機筒二段11的連接處，后止動環18設置在機筒二段11與機筒加料段19的連接處；止推軸承24設置在主螺桿27的螺桿加料段20與 螺桿傳動段26之間，一端與主螺桿27連接，另一端與軸承蓋23連接；傳動裝置25設置在 螺桿傳動段26，控制主螺桿27轉動；柱塞17設置在主螺桿27的通孔(儲料腔)33中，通 孔(儲料腔)33為儲料腔，柱塞17后端與注射油缸32的注射活塞31連接。
本發明的一種行星螺桿混煉積分注塑機，其積分式行星螺桿13的數量可以為3根 或以上。 本發明的一種行星螺桿混煉積分注塑機，在螺桿頭3與螺桿前段5的螺紋連接處， 螺桿頭3為內螺紋，螺桿前段5為外螺紋。本發明的一種行星螺桿混煉積分注塑機，主螺桿27、積分式行星螺桿13和機筒二 段內螺棱12的螺旋角為30° 60°，為漸開線螺紋；主螺桿行星段15的長徑比一般為3 15。本發明的一種行星螺桿混煉積分注塑機，注射油缸32為雙活塞桿油缸。在預塑階段，主螺桿27在傳動系統25的帶動下旋轉，進而帶動積分式行星螺桿13 轉動。積分式行星螺桿13通過前止動環10與后止動環18軸向定位，防止在旋轉或注射過 程中積分式行星螺桿13向前或向后跑出。此時柱塞17靜止不動。工作時，高聚物原料及 添加劑等由加料斗21加入。物料首先充滿主螺桿27的螺桿加料段20。物料通過螺桿加料 段20進入螺桿行星段15，在主螺桿27、積分式行星螺桿13和機筒二段內螺棱12的共同作 用下，物料被輥壓成薄片。物料在螺棱的作用下向前輸送，在輸送過程中，物料在由加熱裝 置9傳來的熱量和因承受加壓、嚙合以及齒面之間的相對滑動而形成的剪切產生的熱量作 用下很快塑化。由于每個積分式行星螺桿13與主螺桿27、機筒二段11都相互嚙合，都能對 物料產生剪切作用，相當于把若干功能強大的雙螺桿擠出機集成，而這正是聚合物加工的 積分原理。在后端熔料的作用下，主螺桿27前端的止逆環4向前移動，使螺桿行星段15與 主螺桿27前端形成物料通道。熔融塑化的物料通過物料通道在機筒22前端聚集，當壓力 達到一定程度時，推動柱塞17后退，進而進入螺桿中心的通孔(儲料腔)33。柱塞17可為 物料塑化提供背壓，同時可做塑化計量用。當塑化量達到工藝要求時，開始注射。注射時， 在注射壓力作用下止逆環4向后移動至與前止動環10接觸，隔斷物料通道。柱塞17在注 射油缸32的帶動下向前運動，將其前端的熔體推出，流經噴嘴1注射至模具型腔。保壓過 程也通過柱塞17實現。在制品冷卻過程中，設備又可開始下一次循環的物料預塑。實施例2參見圖3，該實施例與實施例1的結構、工作原理及效果基本相同。區別在于，其主 螺桿27也可以依次由螺桿前段5、螺桿均化段7、螺桿行星段15、螺桿加料段20和螺桿傳動 段26組成，主螺桿27中心處開有通孔(儲料腔)33，增設止推環6套在螺桿前段5，螺桿頭 3通過螺紋與螺桿前段5連接，螺桿頭3與止推環6端面接觸；止逆環4套在螺桿頭3上， 止逆環4與機筒一段8相互配合且可以相對軸向滑動；止逆環4可以與止推環6接觸。注 射時，在注射壓力作用下止逆環4向后移動至與止推環6接觸，隔斷物料通道。其止逆環4 也采用現有其它止逆形式。
權利要求
一種行星螺桿混煉積分注塑機，其特征在于主要由噴嘴、機筒、加熱圈、加料斗、螺桿頭、止逆環、主螺桿、行星螺桿、前止動環、后止動環、柱塞、止推軸承、軸承蓋、傳動裝置與注射油缸組成，主螺桿依次由螺桿前段、螺桿行星段、螺桿加料段和螺桿傳動段組成，主螺桿中心處開有通孔，機筒依次由前機筒、機筒一段、機筒二段、機筒加料段組成，注射油缸由注射活塞、注射活塞桿、注射油缸缸筒、注射油缸前蓋與注射油缸后蓋組成；噴嘴、機筒、軸承蓋依次連接，加熱圈圍在機筒外，加料斗設置在機筒加料段上，主螺桿設置在機筒里，主螺桿的螺桿傳動段穿過軸承蓋，螺桿頭通過螺紋與螺桿前段連接，螺桿頭與螺桿前段的連接螺紋前端有一段止口，止逆環與螺桿頭配合連接且可以相對軸向滑動，止逆環與前止動環能夠接觸；行星螺桿設置在主螺桿的螺桿行星段或機筒二段處，同時與螺桿行星段的螺棱和機筒二段內螺棱相嚙合，其前后端對應的機筒上分別設置前止動環與后止動環；前止動環設置在機筒一段與機筒二段的連接處，后止動環設置在機筒二段與機筒加料段的連接處；止推軸承設置在主螺桿的螺桿加料段與螺桿傳動段之間，一端與主螺桿接觸，另一端與軸承蓋接觸；傳動裝置設置在螺桿傳動段；柱塞設置在主螺桿的通孔中，后端與注射油缸的注射活塞連接。
2.根據權利要求1所述的一種行星螺桿混煉積分注塑機，其特征在于行星螺桿數量 可以為大于等于三根。
3.根據權利要求1所述的一種行星螺桿混煉積分注塑機，其特征在于主螺桿可以依 次由螺桿前段、螺桿均化段、螺桿行星段、螺桿加料段和螺桿傳動段組成，主螺桿中心處開 有通孔，增設止推環套在螺桿前段，螺桿頭通過螺紋與螺桿前段連接，螺桿頭與止推環端面 接觸；止逆環套在螺桿頭上，與機筒一段相互配合且可以相對軸向滑動；止逆環與止推環 接觸。
4.根據權利要求3所述的一種行星螺桿混煉積分注塑機，其特征在于其止逆環采用 現有其它止逆形式，如止逆球形式。
5.根據權利要求1或3所述的一種行星螺桿混煉積分注塑機，其特征在于主螺桿、積 分式行星螺桿和機筒二段內螺棱的螺旋角為30° 60° ；主螺桿行星段的長徑比為3 15。
6.根據權利要求1或3所述的一種行星螺桿混煉積分注塑機，其特征在于注射油缸 可以為單活塞桿油缸或雙活塞桿油缸。
7.根據權利要求1或3所述的一種行星螺桿混煉積分注塑機，其特征在于在螺桿頭 與螺桿前段的螺紋連接處，螺桿頭為內螺紋，螺桿前段為外螺紋。
全文摘要
本發明公開了一種行星螺桿混煉積分注塑機，屬于高分子材料成型機械領域，特別是適合中、大型注塑機，主要由噴嘴、機筒、加熱圈、加料斗、螺桿頭、止逆環、主螺桿、行星螺桿、前止動環、后止動環、柱塞、止推軸承、軸承蓋、傳動裝置與注射油缸組成，主螺桿中心處開有通孔，柱塞設置在主螺桿的通孔中，行星螺桿設置在主螺桿的螺桿行星段或機筒二段處，同時與螺桿行星段的螺棱和機筒二段內螺棱相嚙合。本發明將通常采用的混煉、注塑兩步工藝一體化，不僅能最大程度地維持材料的原有性能，而且消除了二次加熱所需能耗；全部嚙合螺桿的總嚙合次數非常大，塑化效率極高，產量大，比能耗低，計量精度高，注射阻力小，整機結構緊湊。
文檔編號B29C45/03GK101885223SQ20101022704
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月6日 優先權日2010年7月6日
發明者丁玉梅, 安瑛, 楊衛民, 焦志偉, 謝鵬程 申請人:北京化工大學