一種超聲波直接作用于聚合物熔體的注塑成型模具的制作方法
【專利摘要】一種超聲波直接作用于聚合物熔體的注塑成型模具，屬于注塑成型領(lǐng)域。本發(fā)明超聲振子安裝在模具動(dòng)模側(cè)、主流道末端，通過波節(jié)面處的法蘭盤與動(dòng)模板或動(dòng)模墊板由螺釘連接，變幅桿與動(dòng)模板間隙配合。超聲振子法蘭盤與變幅桿采用鈦合金材料由同一塊材料加工制成，兩者外圓同心。通過模板上的沉孔使超聲振子法蘭盤定位，從而使超聲振子變幅桿準(zhǔn)確對中。施加的超聲波頻率為15～30kHz，功率為100～500W，作用于注射及保壓階段，工作時(shí)間一般在2-20s。由于超聲波變幅桿正對主流道，保證了超聲波對熔體有足夠的作用時(shí)間，提高了超聲波傳遞效率，避免了能量損失，為研究超聲波對注塑制品成型質(zhì)量的影響提供了一個(gè)新平臺。
【專利說明】一種超聲波直接作用于聚合物熔體的注塑成型模具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于注塑成型【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于研究超聲波對注塑制品成型質(zhì)量影 響的模具。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對于具有復(fù)雜、微細(xì)等結(jié)構(gòu)特征的塑料制品需求日益增加， 注塑成型作為最主要的塑料制品成型技術(shù)手段，正朝著精密化、微細(xì)化方向發(fā)展，同時(shí)對成 型質(zhì)量也提出了更高的要求。
[0003] 為提高注塑制品成型質(zhì)量，除采取措施提高模具設(shè)計(jì)制造水平，使用高品質(zhì)精密 注射機(jī)外，借助外場作用來輔助注塑成型已成為近年來的研究熱點(diǎn)，而超聲激勵(lì)就是其中 的一種。由于注塑成型模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，超聲波也有其自身的傳播及傳導(dǎo)規(guī)律，導(dǎo)致超聲激勵(lì) 的施加方法及作用方式多種多樣；目前超聲波應(yīng)用于注塑成型的方式主要有2種：①超聲 波間接作用，超聲波變幅桿前端連接到或接觸到模具鑲塊、型芯等，成型過程中超聲波間接 傳遞到熔體；②超聲波直接作用，即在成型過程中超聲波通過變幅桿直接作用于聚合物熔 體，如將超聲波設(shè)備集成在熱流道中，或?qū)⒊暡ㄗ兎鶙U安置在型腔內(nèi)，將其端面作為型腔 面的一部分。對于前者，質(zhì)量附加效應(yīng)的存在會(huì)對超聲工作頻率產(chǎn)生一定影響，超聲波在異 質(zhì)界面間的反射、折射現(xiàn)象降低了能量傳遞效率，處理不好會(huì)形成"假輔助"的情況；對于后 者，超聲波傳遞效率高，能量損失小，但位置選擇不當(dāng)會(huì)對產(chǎn)品外觀質(zhì)量產(chǎn)生影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種超聲波直接作用于聚合物熔體的注塑成型模具，用于研究超聲 波振動(dòng)對注塑制品成型質(zhì)量的影響。利用該模具可使聚合物熔體在進(jìn)入型腔之前受到超聲 波振動(dòng)作用，然后在型腔內(nèi)固化成型。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種超聲波直接作用于聚合物熔體的注塑成型模具，超聲波變幅桿安裝在主流道 的末端，即傳統(tǒng)模具冷料穴處。
[0007] 模具中安裝的超聲振子包括法蘭盤、超聲波變幅桿和超聲波換能器，超聲波變幅 桿和法蘭盤采用同一塊鈦合金材料加工制成；其中法蘭盤的外圓與變幅桿的外圓同心；超 聲振子通過波節(jié)面處法蘭盤固定在模具動(dòng)模板或動(dòng)模墊板，超聲波變幅桿端面靠近澆口并 直接作用于流經(jīng)端面的高分子聚合物熔體，正對主流道，成型過程中與聚合物熔體直接接 觸；施加的超聲波頻率為15?30kHz，超聲波發(fā)生器功率為100?500W。
[0008] 在模具的動(dòng)模板或動(dòng)模墊板上加工出與超聲振子的法蘭盤配合的沉孔，沉孔與超 聲波變幅桿通過孔同心，沉孔的外圓與法蘭盤的外圓為基孔制小間隙配合。若變幅桿通過 孔在動(dòng)模板，沉孔在動(dòng)模墊板，則在兩板之間通過兩個(gè)銷釘定位，以保證上述的同心度。超 聲振子經(jīng)法蘭盤通過螺釘固定在模具中，保證超聲波變幅桿能夠自由振動(dòng)。對于使用推桿 脫模的模具，在推桿固定板上加裝振子護(hù)蓋結(jié)構(gòu)；開模后，注射機(jī)推桿推動(dòng)振子護(hù)蓋及推桿 固定板前行，使推出機(jī)構(gòu)推出塑件。
[0009] 制品成型過程主要包括以下幾個(gè)階段：聚合物加熱塑化、模具合模、開啟超聲振 動(dòng)、注射、保壓、關(guān)閉超聲振動(dòng)、冷卻、模具開模、制品脫模。超聲波主要作用于注射及保壓階 段，超聲波工作時(shí)間由這兩個(gè)階段的時(shí)間決定，根據(jù)制品大小及工藝條件而有所不同，一般 在 2_20s。
[0010] 本發(fā)明的效果和益處是：超聲波在靠近澆口位置直接作用于熔體，避免了超聲波 在異質(zhì)界面間的反射和折射，提高了超聲波傳遞效率，減少了能量損失。超聲波變幅桿端面 正對主流道，與熔體接觸面積大，熔體在主流道流動(dòng)全過程都可施加超聲波作用，因此，又 能夠保證超聲波直接作用時(shí)間。成型過程中，變幅桿直接承載注塑壓力，法蘭盤厚度較薄易 發(fā)生強(qiáng)度破壞，為保證法蘭盤具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，超聲波變幅桿及法蘭盤采用鈦合金材 料，同時(shí)，相對于其他材料，鈦合金材料也能提高變幅桿抗阻尼系數(shù)減少超聲衰減。通過加 工中保證各零件的同心度要求，結(jié)合裝配時(shí)沉孔和定位銷定位，確保超聲振子在模具中能 正常工作，避免"假輔助"（即雖然開啟了超聲波換能器，但由于加工和裝配的原因，使變幅 桿無法振動(dòng)）。超聲陣子底部護(hù)蓋結(jié)構(gòu)既保護(hù)了超聲振子，又保證了推桿正常推出動(dòng)作。模 具結(jié)構(gòu)緊湊，常規(guī)模具稍加改造即可應(yīng)用于改善熔體充填流動(dòng)性，加工成本低，具有一定通 用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明超聲輔助注塑模具示意圖。
[0012] 圖2為本發(fā)明超聲輔助注塑模具所使用的超聲振子示意圖。
[0013] 圖3a為應(yīng)用本發(fā)明成型的聚合物微流控芯片制品及澆注系統(tǒng)主視圖。
[0014] 圖3b為應(yīng)用本發(fā)明成型的聚合物微流控芯片制品及澆注系統(tǒng)俯視圖。
[0015] 圖中：1澆口套；2定模座板；3定模板；4定模鑲塊；5動(dòng)模鑲塊；6動(dòng)模板；7動(dòng)模 墊板；8推桿；9超聲波振子；10推桿固定板；11振子護(hù)蓋；12定位銷；13限位墊圈；14導(dǎo) 柱；15尼龍?zhí)祖i模組件；16超聲波換能器；17法蘭盤；18超聲波變幅桿。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0017] 本發(fā)明超聲輔助注塑模具用于研究超聲作用對注塑制品成型質(zhì)量的影響。本發(fā)明 注塑成型模具用于成型圖3所示附有儲(chǔ)液池的微流控芯片。
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明超聲輔助成型所用的超聲振子9通過波節(jié)面處法蘭盤17由螺 釘固定在動(dòng)模墊板7,超聲波變幅桿端部與動(dòng)模對應(yīng)孔間隙配合，動(dòng)模板6與動(dòng)模墊板7之 間通過定位銷12定位，動(dòng)模墊板7加工出與振子法蘭盤17配合的沉孔，通過該方法可以保 證振子法蘭盤17與動(dòng)模板6上中心孔的對中關(guān)系，該中心孔與變幅桿18前端間隙配合，這 樣可使得振子處于正常的工作狀態(tài)，成型過程中超聲波由變幅桿端部直接作用于與之接觸 的聚合物熔體。
[0019] 模具合模后，注射開始前開啟超聲波，施加的超聲波頻率在15?30kHz調(diào)節(jié)，超聲 波發(fā)生器功率在100?500W調(diào)節(jié)。注射過程中熔體進(jìn)入主流道并受到超聲波作用，然后直 接注入型腔，經(jīng)歷保壓階段后關(guān)閉超聲波，這期間超聲波工作時(shí)間保持在15s，制品冷卻固 化后開模。
[0020] 開模時(shí)，定模板3與定模座板2首先分開，直到定模板3遇限位墊圈13,停止前行。 澆口套1固定在定模座板2上兩者沒有相對運(yùn)動(dòng)，澆口套1與定模3相對運(yùn)動(dòng)使主流道凝 料從澆口套1中脫出。繼續(xù)開模，注塑機(jī)的開模力克服尼龍?zhí)祖i模組件15中尼龍?zhí)椎臐q緊 力使定模板3與動(dòng)模板6分開，完成開模。注塑機(jī)頂出液壓缸動(dòng)作，推動(dòng)振子護(hù)蓋11前行， 同時(shí)帶動(dòng)推桿固定板10及推桿8完成制品推出，合模并進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。
【權(quán)利要求】
1. 一種超聲波直接作用于聚合物熔體的注塑成型模具，其特征在于， 超聲波變幅桿安裝在主流道的末端，即傳統(tǒng)模具冷料穴處；模具中安裝的超聲振子包 括法蘭盤、超聲波變幅桿和超聲波換能器，超聲波變幅桿和法蘭盤采用同一塊鈦合金材料 加工制成；其中法蘭盤的外圓與變幅桿的外圓同心；超聲振子通過波節(jié)面處法蘭盤固定 在模具動(dòng)模板或動(dòng)模墊板，超聲波變幅桿端面靠近澆口并直接作用于流經(jīng)端面的高分子 聚合物熔體，正對主流道，成型過程中與聚合物熔體直接接觸；施加的超聲波頻率為15? 30kHz，超聲波發(fā)生器功率為100?500W ;在模具的動(dòng)模板或動(dòng)模墊板上加工出與超聲振子 的法蘭盤配合的沉孔，沉孔與超聲波變幅桿通過孔同心，沉孔的外圓與法蘭盤的外圓為基 孔制小間隙配合。若變幅桿通過孔在動(dòng)模板，沉孔在動(dòng)模墊板，則在兩板之間通過兩個(gè)銷釘 定位，以保證上述的同心度。超聲振子經(jīng)法蘭盤通過螺釘固定在模具中，保證超聲波變幅桿 能夠自由振動(dòng)。對于使用推桿脫模的模具，在推桿固定板上加裝振子護(hù)蓋結(jié)構(gòu)；開模后，注 射機(jī)推桿推動(dòng)振子護(hù)蓋及推桿固定板前行，使推出機(jī)構(gòu)推出塑件。
【文檔編號】B29C45/26GK104085086SQ201410294551
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】宋滿倉, 常泓, 劉瑩, 許建超, 趙丹陽 申請人:大連理工大學(xué)