[發明專利]基于超聲外場作用的控制精密注塑制品成型收縮的裝置及方法

無效

• 申請號: 201210100563.9
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN102615797A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 于同敏;祝思龍;包成;黃曉超;羅壽萍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B29C45/76
• 分類號: B29C45/76
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明涉及一種基于超聲外場作用的控制精密注塑制品成型收縮的裝置及方法，屬于微注塑成型技術領域。

背景技術

隨著工業技術的進一步發展，“以塑代鋼”的零件應用越來越多，尤其是通信、醫療、汽車等領域，對塑料制品的精度要求越來越高，從而推動了對精密注塑成型技術的研究。由于塑料本身在注射成型時存在冷卻、結晶、解取向等效應，會使塑料制品在成型時不可避免的存在收縮問題，有時甚至會嚴重影響到制品的使用性。因而如何減小精密注塑制品的收縮率，提高精密注塑制品的尺寸精度是精密注塑成型技術中急需解決的問題。

針對注塑制品的收縮率問題，國內外研究者雖采取了各種手段，但都存有一定的局限，難以取得理想效果。例如有人通過新材料的開發以達到減小注塑制品收縮率的目的，但是開發新材料不僅需要耗費大量的資金，開發周期長，而且很多新開發的材料在尺寸精度上效果不是很理想；有的研究者通過調整注塑參數來尋找使注塑精密收縮率達到最小值的最優參數組合，例如田口法，能夠一定程度的減小制品的收縮率，但是仍然難以滿足精密注塑成型的要求；還有大量學者將減小收縮率的研究集中于提高模具的設計和制造精度上，但是對于一些收縮率較大的聚合物材料也沒有取得理想的效果。近年來聚合物超聲改性技術出現為注塑制品性能的提高提供了一種新的途徑，本發明將超聲振動系統和精密注塑模具集成起來，形成超聲振動精密注塑模具，并利用該套系統分別對高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、共聚甲醛(POM)、聚苯乙烯(PS)四種材料進行效果驗證。

發明內容

本發明要解決的問題是針對精密注塑制品因收縮而影響其尺寸精度的問題。

本發明主要包括精密注塑模具、超聲振動系統、連接部件和自動控制電路。超聲振動系統通過連接部件連接到精密注塑模具上。其中超聲振動系統包括超聲振子、超聲波換能器、導線和超聲波發生器。連接部件是雙頭螺栓。

為了實現超聲振動系統、精密注塑模具和注塑機的一體化自動控制，本發明采用基于PLC(可編程控制器)的自動控制電路。自動控制電路包括PLC、控制器(KA1、KA2、KA3)、PC，KA1、KA2、KA3分別與PLC連接；精密注塑模具中注射成型啟動開關量輸出點、保壓結束開關量輸出點分別與KA1、KA2的輸入繼電器相連，KA1、KA2的輸出繼電器的常開開關分別與PLC相連，PLC與KA3的輸入繼電器相連，KA3的輸出繼電器又與超聲波發生器相連。由此組成超聲振動和注塑機之間的自動控制回路。

利用超聲精密注塑模具控制注塑制品收縮率的的方法如下：

在注塑機開始注射熔體時，注塑機注射啟動開關量輸出點同時輸出信號啟動超聲波發生器，使超聲振子開始工作。超聲振子通過雙頭螺栓帶動鑲塊振動，以此對型腔內熔體施加超聲振動，其超聲作用階段包括整個注射和保壓過程。保壓結束時，注塑機保壓結束開關量輸出點輸出信號，使超聲波發生器停止工作。隨后進入冷卻階段，冷卻結束后，模具開模并取出塑件。超聲波發生器輸出功率為0～800W。超聲振子工作頻率為19～20KHz。塑件在成型過程中需經歷以下幾個階段：合模、注射熔體、超聲振動、保壓、停止超聲振動、冷卻、開模、推出塑件。

在聚合物熔體開始注入型腔的同時，超聲振子便直接對進入型腔的熔體施加超聲振動，從而使聚合物熔體在熔體流動剪切力場和超聲振動形成雙重剪切力場的綜合作用下，抑制了聚合物的結晶，而聚合物的結晶度是注塑制品收縮率的重要影響因素，收縮率隨著結晶度的降低而降低，因此本發明實際上是通過超聲精密注塑模具抑制注塑制品內部結晶度來達到降低塑料制品收縮率的目的。

通過有效利用注塑機內部的注射成型過程中的實時控制信號(注射成型啟動開關量信號和保壓結束開關量信號)，作為超聲振動系統開始與結束的控制信號；通過合理使用PLC及輸入、輸出繼電器等元器件，以及編制PC控制程序來對超聲振動系統進行精確自動控制。同時還可實現超聲振動在射成型過程中的分段作用。從而實現精密塑件的自動化生產。

本發明具有以下優點：

1.通過將超聲振動系統有效集成于精密注塑模具中，通過注塑過程中施加超聲振動來降低結晶度的方法，從根本上大幅降低制品收縮率，提高精密注塑制品的尺寸精度。

2.基于超聲振動對熔融聚合物具有降低粘度的作用，因此該成型方法可在較小的注射壓力下即可獲得常規注塑成型較大壓力下獲得的填充效果，因此可以降低對注塑機能力的要求，節約能源和成本。