專利名稱：用于液體注射成型模具的自動化流體調制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及液體注射成形模具，包括熱塑性材料的冷、熱流道注射成形模具和熱固性材料的冷流道注射成形模具，尤其是涉及一種作用于模具分流道中的流體，調配流體進入模具型腔的流量并促使流體溫度均衡的用于液體注射成型模具自動化流體調制裝置。
背景技術：
目前，在液體物料注射成形工藝中，為降低生產成本、提高生產效率，業界越來越多地使用多腔模具(Mult1-cavity Mold)、家族模具(Family Mold)和疊層模具(StackMold)作為生產裝備進行產品生產。其工藝特點是，生產過程中的液體物料不再直接進入產品型腔，而是經由分流道分流改向后，充填入幾何平衡的各個型腔，固化后得到產品。這種工藝措施固然能夠降低生產成本、提高生產效率，但也存在一些問題I)溫度不均勻、充填不均衡液體物料在管道中流動時，會在管壁上產生附壁邊界層，其流速很低，和管道中心流體存在較大的速度梯度，導致剪切率陡升，引發剪切生熱，從而使得邊界層附近流體溫度遠高于流道中心流體的溫度。然而，在注射成形工藝中，流體的流動狀態為層流，這種層流狀態的流體，其各層之間的熱交換效率低，因此導致整個流動通道橫截面上流體的溫度不均勻；這種剪切誘變產生的溫度不均勻，使得當流體經分流道分配、轉向時，各個分流道中的流體溫度就會不同。受溫度的影響，流體的粘度也會產生些許差異，流速也就不一樣，導致有的型腔先充填，有的型腔后充填。這種充填不均衡的直接后果就是造成一些型腔短身寸(short shot)。為了消除短射，一般的措施是增加保壓壓力，以使更多的液體物料進入型腔，然而，這將導致出現溢料飛邊(flash)，原因在于，先充填完的型腔在增加保壓壓力時，不得不接收更多的物料，使得型腔內的壓力超過模具鎖模力，物料沿著分型面溢出(flash)，產生飛邊。即便不產生飛邊，由于各個型腔內塑料的多寡不同，也會使得各個型腔的產品在密度和物理特性上存在著差異。例如，對于熱塑性塑料的注射成形時，由于剪切誘變產生的溫度不均勻，使得高溫流體在同樣的注射壓力的情況下，粘度低、流速快，而低溫流體的粘度大、流速慢，從而導致充填不均衡；對于熱固性物料(如液體硅橡膠)的反應注射成形而言，由于剪切誘變產生的溫度不均勻，導致分流道中的流體會產生不同程度的固化(硫化)，高溫流體過早發生硫化，流動變緩，而低溫物料流速較高，導致各個產品型腔的充填不均衡。2)流量難以控制和分配對于小批多樣的零件的生產而言,采用家族模具(Family Mold)無疑是最好的選擇，然而，為了使不同型腔同時充填完成，就必須分配流往不同型腔的物料流量，一般的解決方法是使各個型腔的分流道的長度進行差異化，即小型腔的分流道長，大型腔的分流道短。這就使得模具設計、加工和生產調試存在一定的困難。
為節省原材料、改善產品品質、提升生產效率而日趨流行的熱流道模組(又稱熱半模，針對熱塑性塑料)和冷流道模組(又稱冷半模，針對熱固性塑料)技術而言，上述方式存在一定的缺陷一是因為熱半模和冷半模價格昂貴，為因應家族產品的生產，必須一套家族產品訂制一套相應的熱半模或冷半模，使得模具成本急劇上升；二是由于熱半模和冷半模技術一般都是采用針閥進澆，其針閥之間的距離本身就有最小值限制，而為了保證家族產品型腔充填上的平衡，各針閥到主澆口之間的距離就需相應增大或縮小，這就導致模具體積龐大，這對注射成形設備的性能參數也提出了更高的要求。三是難以實現熱半模或冷半模的標準化。為了解決上述存在的問題，中國專利“一種模組化的冷流道系統”(專利申請號201220421633. 6)中提供了一種手動流體調制部件，該手動流體調制部件的主體是一個安裝在模具的流道板上的類旋塞閥的零件，該零件和流道板中的分流道相貫，作用于流經分流道的液體物料，以達到熱量均衡和流量控制的目標。其原理在于使用前，將閥桿旋轉一定的角度，使用過程中，流經分流道的液體物料在穿過閥口時會產生預設角度的翻轉、混合，促使層流液體熱交換，達到溫度的均勻，進而平衡充填。此外，通過旋轉閥桿，改變液體流動通道的大小，調整流經該通道液體物料的流量，進而實現在不變更分流道長度的情況下，實現不同產品型腔的平衡充填。該專利申請雖然可解決上述存在的主要問題，但也存在如下不足之處I)調試困難一般是在使用前，手動將閥桿旋轉至所需的位置，其定位精度和重復定位精度難以保證。2)穩定性不高閥桿在旋轉至一定角度后，僅依靠其與閥套之間的靜摩擦力保持穩定，而生產過程中，閥桿會受到流經閥口的流體沖擊，承受流體對其施加的轉矩，，有可能發生偏轉，導致調制失效。3)使用受限其一，熱塑料性材料的冷流道注射成形工藝在每個注射周期都需要頂出流道凝料，而手動流體調制部件中的閥孔貫穿于閥桿中上部，使得閥孔內的冷凝料卻無法頂出，這就限制該裝置只能用于熱塑料性材料的熱流道注射成形或者熱固性材料的冷流道注射成形，不能用于普通熱塑性材料的冷流道注射成形，而恰恰是在普通熱塑性材料的冷流道注射成形工藝中，剪切誘變的溫度不均勻和充填不平衡最為嚴重。其二，即便對于熱塑料性材料的熱流道注射成形或熱固性材料的冷流道注射成形，由于生產過程中，不可避免的會在流道中產生凝料(對熱固性材料尤為如此)，而手動流體調制部件的閥桿始終處于偏轉位置，使得后續模具流道清理非常困難。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種用于液體注射成型模具的自動化流體調制裝置。該裝置不僅能夠實現模具型腔的均衡充填和流量控制，而且還具有在線自動調制、調制過程精確、調制結果穩定等特點。此外，該裝置適用于一切注射成形工藝，結構緊湊、使用靈活、安裝方便。
為實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種用于液體注射成型模具的自動化流體調制裝置，設有機架、微型伺服電機、調制閥、減速齒輪組和控制器；微型伺服電機和調制閥安裝在機架上；微型伺服電機與調制閥通過減速齒輪組連接；控制器的輸出端與微型伺服電機電連接，微型伺服電機驅動軸與減速齒輪組的輸入端齒輪連接，減速齒輪組的輸出端齒輪與調制閥的閥桿固連，控制器的輸入端外接注射成形機上的傳感器；所述調制閥包括閥桿、套筒和固定擋圈，閥桿與機架轉動配合，套筒和固定擋圈套于閥桿下部。所述微型伺服電機最好為能輸出較大扭矩的金屬舵機。所述機架設有U字形框架和蓋板;U字形框架由左、右側板和底板三部分合圍而成，其中，左、右側板的前方中部對稱位置設有耳板，蓋板設有通孔，該通孔內設有上滑動軸承底板后部下表面設有沉頭限位孔，沉頭限位孔內設有下滑動軸承，所述閥桿通過上滑動軸承和下滑動軸承與機架轉動配合。為便于裝配，所述底板最好為前部低(薄)、后部高(厚)的階梯式結構，所述沉頭限位孔的沉頭面及底板后部上表面最好設有環氧耐磨涂層；蓋板下表面最好也設有環氧耐磨涂層，環氧耐磨涂層可降低摩擦系數，提高器件的使用壽命和效率。所述減速齒輪組可為由2個齒輪構成的齒輪副，齒輪副的輸入端齒輪固于微型伺服電機的驅動軸上，齒輪副的輸出端齒輪固于調制閥的閥桿上。所述控制器最好采用Arduino電路控制板。所述閥桿最好套有上微型平面推力球軸承和下微型平面推力球軸承，這樣可有效防止閥桿軸向串動。與現有技術比較，本發明具有如下突出優點①流體自動化調制精確、快捷、穩定本發明提供的自動化流體調制裝置，采用控制器向微型伺服電機連續發送脈沖信號以驅動閥桿旋轉，進而實現對流體的調制，其響應速度快捷、響應結果精準；此外，使用減速齒輪組將輸出扭矩倍增，使得閥桿能承受較大強度的流體沖擊，保證其位置穩定，克服了既有方案中單純依靠摩擦力來承受流體沖擊而有可能產生偏轉以致調制失敗的缺點。②結構緊湊、易于使用本發明提供的自動化流體調試裝置，其結構緊湊，易于安裝、便于調試。③使用方式靈活，適用性廣本發明提供的技術方案中，閥桿上部的閥孔可以改型，如使用U型槽或其他型式的敞開閥口來代替封閉閥孔，就使得該流體調制裝置可以應用在熱塑性材料的冷流道注射成形。本發明提供的技術方案中，控制器除了依靠程序來對閥桿進行運動控制外，還能通過監視注射機螺桿來判定當前的工藝過程狀態，進而對閥桿進行運動控制。控制器在注射循環周期開始時，依據事先設定的程序將閥桿旋至調制角度，當注射保壓階段完成，即注射機螺桿后退至預定位置時，驅動器依據位置傳感器給出的信號，迅速地控制閥桿回轉到初始位置，即閥孔全開的狀態。基于這樣的控制機理和控制方式，對于熱塑性材料的熱流道注射成形和熱固性材料的冷流道注射成形而言，使得后續更換物料或者更換型腔時，流道中凝料的清理就會變得容易。本發明提供的技術方案中，閥桿上部的閥孔可以改型，如使用U型槽或其他型式的敞開閥口來代替封閉閥孔，這就使得本發明可以應用于熱塑性材料的冷流道注射成形。在這種情況下，同樣基于上述的控制機理和控制方式，就能避免流道凝料中存在薄弱的環節(即閥口與分流道相貫交的位置)，而就是這些薄弱環節常導致后續清理的不便以及流道凝料頂出時產生斷裂，影響產品的取出。此外，在本發明提供的方案中，流體調制裝置不僅可以安裝在流道板的四周，特別地，當應用于熱塑性材料的冷流道注射成形工藝時，還可以將其安裝到頂針板上，既可在閉模充填時起到流體調制的作用，又能在開模時作為異型頂桿以頂出流道凝料。
圖1為本發明實施例1的結構示意圖。圖2為圖1中省略控制器后的內部結構示意圖。圖3為圖1中的機架的U字形框架的結構示意圖。圖4為本發明實施例2結構示意圖。圖5為本發明實施例2的應用安裝示意圖。圖6為本發明實施例2的另一種應用安裝示意圖。圖7為本發明實施例3結構示意圖。圖8為圖7的A-A剖視圖。
具體實施例方式實施例1實施例1是針對熱塑性材料的熱流道注射成形工藝和熱固性材料的冷流道注射成形工藝。參見圖1 3，實施例1設有機架1、微型伺服電機2、調制閥3、減速齒輪副4和控制器5。微型伺服電機2和調制閥3固于機架I上，微型伺服電機2輸出端與減速齒輪副4的輸入端齒輪41連接，減速齒輪副4的輸出端齒輪42設于調制閥3的閥桿31上。調制閥3設有閥桿31、套筒32和固定擋圈33，套筒32和固定擋圈33套于閥桿31下部。控制器5輸出端接微型伺服電機2,控制器5輸入端外接注射成形機上的傳感器(圖1 3中未畫出)。所述機架I由U字形框架11和蓋板12構成，蓋板12通過內六角螺絲緊固于U字形框架11頂面，成為一個整體。U字形框架11由左、右側板和底板三部分合圍而成。左、右側板的前方中部對稱位置設有耳板111，底板為前低(薄)后高(厚)的階梯形式。底板后(厚)部正中設有沉頭限位孔112，該沉頭限位孔112內設有滑動軸承113，該沉頭限位孔112的沉頭面和底板后(厚)部上表面均鋪設有環氧耐磨涂層114，環氧耐磨涂層可降低摩擦系數，提高器件的使用壽命和效率。蓋板12設有通孔，通孔內設有滑動軸承121 ;蓋板12下表面鋪設有環氧耐磨涂層122，環氧耐磨涂層可降低摩擦系數，提高器件的使用壽命和效率。蓋板12上另設有若干沉頭孔或定位銷孔，用以將本發明實施例緊固定位到注射成形模具上。所述微型伺服電機2為一種能輸出較大扭矩的金屬舵機,微型伺服電機2通過內六角螺絲固定在機架I的耳板111上。控制器5是一塊小型的電路控制板，具體為一種Arduino電路控制板。控制器5通過電纜與微型伺服電機2和安裝在注射成型機上的位置傳感器電連接。控制器5 —方面對微型伺服電機2供電，另一方面通過控制器5上的程序和讀取的注射成型機螺桿(或柱塞)的位置信號實現對微型伺服電機2進行運動控制，微型伺服電機2控制所述閥桿31旋轉，從而使閥桿31旋轉一定的角度，達到精確控制流道閥口的開度，實現對流體進行調制。在注射階段結束后，閥桿31旋回初始狀態，這樣可以避免流道凝料中存在薄弱的環節(即閥口與分流道相貫交的位置)，不影響產品和澆口凝料的頂出，而且閥桿31能起到頂針(EP)的作用。所述閥桿31呈倒T形，其上端設有閥孔311，底端形狀為D字形(限位凸緣)，并設有內六角孔312，通過該內六角孔312，可使用內六角扳手在斷電的情況下仍可對裝置進行手動調節。閥桿31底端限位凸緣及其與沉頭限位孔112的配合形式參見圖8。本發明實施例1中，U字形框架11底板后(厚)部上表面鋪設的環氧耐磨涂層114和蓋板12下表面鋪設的環氧耐磨涂層122，可由其他材料或器件替代。例如，對于所需扭矩較小的場合，可用聚四氟乙烯軟帶代替環氧型耐磨涂層；本實施例1的安裝步驟簡述如下①首先松開類U字形框架11與蓋板12相連接的內六角螺釘，取下蓋板12 ；②用內六角螺絲和定位銷經由蓋板12上的沉頭孔和銷釘孔將蓋板12固定在模具模板的設計位置上(未畫出安裝示意圖)；③在閥桿31上套上密封圈，經由蓋板12上的滑動軸承121，使其進入模具的分流道，并用內六角螺釘將U字形框架11與蓋板12緊固在一起。④用內六角扳手經內六角孔312將閥桿31旋轉極限位置(極限位置由沉頭限位孔112和閥桿31底端的限位凸緣共同決定，此步驟可選。⑤將微型伺服電機2的控制電纜和位置傳感器的信號電纜連接至控制器5。本發明實施例1的工作過程簡述如下①自動流體裝置上電初始化；②模具合模，控制器5依程序控制微型伺服電機2驅動閥桿31旋轉預設的角度；③注射成形，調制閥3對流經其的物料進行調制，以達到流體至型腔的均勻充填；④注射機螺桿后退進行預塑，位置傳感器向控制器5發出信號，控制器5讀取該信號并控制微型伺服電機2驅動閥桿31旋轉至初始位置；⑤產品制件頂出，進行下一注射循環。實施例2參見圖4，與實施例1類似，區別在于，將實施例1中的閥桿31上端的封閉閥孔311(參見圖2)改為U形槽311’(也可為其他具有不同流體特性的敞開閥口)。本實施例2適用于普通熱塑性材料的冷流道注射成形工藝，具體應用安裝方式有如下二種參見圖5，將本實施例2安裝在模具的模架支撐板P2上，注射時，閥桿31旋轉一定的角度，對流體進行調制，注射階段結束后，閥桿31旋回，這樣就能避免流道凝料中存在薄弱的環節(即閥口與分流道相貫交的位置)，產品和澆口凝料便可由頂針Pl順利地頂出。圖5中,標記P4為模具的復位桿,其余標記與圖4對應。參見圖6，將本實施例2安裝在模具的模架的頂針Pl的固定板P3上，注射時，閥桿31旋轉一定的角度，對流體進行調制，注射階段結束后，閥桿31旋回，這樣可以避免流道凝料中存在薄弱的環節(即閥口與分流道相貫交的位置)，不影響產品和澆口凝料的頂出，而且閥桿31還可起到頂針的作用。圖6中，標記P4為模具的復位桿，其余標記與圖4對應。實施例3參見圖7和8，與實施例1類似，區別在于，本實施例3適用于所需扭矩較大的場合，在閥桿31上增設了上微型平面推力球軸承123和下微型平面推力球軸承115。微型平面推力球軸承可有效防止閥桿31軸向串動。閥桿31底端D字形限位凸緣及其與沉頭限位孔112的配合形式如圖8所示。其余標記與圖2對應。安裝方式及工作過程與實施例1相同。
權利要求
1.用于液體注射成型模具的自動化流體調制裝置，其特征在于設有機架、微型伺服電機、調制閥、減速齒輪組和控制器； 微型伺服電機和調制閥安裝在機架上；微型伺服電機與調制閥通過減速齒輪組連接；控制器的輸出端與微型伺服電機電連接，微型伺服電機驅動軸與減速齒輪組的輸入端齒輪連接，減速齒輪組的輸出端齒輪與調制閥的閥桿固連，控制器的輸入端外接注射成形機上的傳感器；所述調制閥包括閥桿、套筒和固定擋圈，閥桿與機架轉動配合，套筒和固定擋圈套于閥桿下部。
2.如權利要求1所述的用于液體注射成型模具的自動化流體調制裝置，其特征在于，所述微型伺服電機為金屬舵機。
3.如權利要求1所述的用于液體注射成型模具的自動化流體調制裝置，其特征在于，所述機架設有U字形框架和蓋板;u字形框架由左、右側板和底板三部分合圍而成，其中，左、右側板的前方中部對稱位置設有耳板，蓋板設有通孔，該通孔內設有上滑動軸承底板后部下表面設有沉頭限位孔，沉頭限位孔內設有下滑動軸承，所述閥桿通過上滑動軸承和下滑動軸承與機架轉動配合。
4.如權利要求1所述的用于液體注射成型模具的自動化流體調制裝置，其特征在于，所述底板為前部低、后部高的階梯式結構，所述沉頭限位孔的沉頭面及底板后部上表面設有環氧耐磨涂層；所述蓋板下表面也設有環氧耐磨涂層。
5.如權利要求1所述的用于液體注射成型模具的自動化流體調制裝置，其特征在于，所述減速齒輪組為2個齒輪構成的齒輪副，齒輪副的輸入端齒輪固于微型伺服電機的驅動軸上，齒輪副的輸出端齒輪固于調制閥的閥桿上。
6.如權利要求1所述的用于 液體注射成型模具的自動化流體調制裝置，其特征在于，所述控制器采用Arduino電路控制板。
7.如權利要求1所述的用于液體注射成型模具的自動化流體調制裝置，其特征在于，所述閥桿套有上微型平面推力球軸承和下微型平面推力球軸承。
全文摘要
用于液體注射成型模具的自動化流體調制裝置，涉及液體注射成形模具。設有機架、微型伺服電機、調制閥、減速齒輪組和控制器；微型伺服電機和調制閥安裝在機架上；微型伺服電機與調制閥通過減速齒輪組連接；控制器的輸出端與微型伺服電機電連接，微型伺服電機驅動軸與減速齒輪組的輸入端齒輪連接，減速齒輪組的輸出端齒輪與調制閥的閥桿固連，控制器的輸入端外接注射成形機上的傳感器；所述調制閥包括閥桿、套筒和固定擋圈，閥桿與機架轉動配合，套筒和固定擋圈套于閥桿下部。流體自動化調制精確、快捷、穩定；結構緊湊、易于使用；使用方式靈活，適用性廣。
文檔編號B29C45/77GK103072245SQ201310033248
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月28日 優先權日2013年1月28日
發明者龔曉叁, 周水庭 申請人:廈門理工學院