本發(fā)明涉及一種振動柱塞的內(nèi)螺槽螺桿注射成型機，主要用于對材料的注射成型、尤其是高分子材料的塑化和注射成型，屬于材料及高分子材料成型裝備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
塑料注射成型加工具有工藝簡單、生產(chǎn)效率高、制品尺寸精確等優(yōu)點，并且可以在較短的時間內(nèi)一次成型外形比較復(fù)雜的制品。注塑機注射系統(tǒng)的作用是將料筒里的高分子粒料或粉料經(jīng)塑化后熔融為高分子熔體，然后在高壓和高速下將熔體注入模腔，并在隨后的保壓階段提供保持壓力，使聚合物繼續(xù)進入模腔以填補由于冷卻而造成的收縮，因此，其性能的好壞不僅直接影響到注射成型的效率、生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)環(huán)境等問題，而且還對注射制品的質(zhì)量有著決定性的影響?，F(xiàn)在最常見的塑化注射裝置有二種，其一是螺桿柱塞式，其二是往復(fù)螺桿式。傳統(tǒng)螺桿柱塞式注射成型機，是在柱塞式注射裝置上增加了一套僅作塑化用的單螺桿擠出供料裝置，物料需首先通過單螺桿塑化裝置進行塑化，然后經(jīng)單向閥而進入注射料筒，當(dāng)供料量達到計量值時，塑化螺桿停止轉(zhuǎn)動，注射柱塞開始注射。傳統(tǒng)的往復(fù)螺桿式注射成型機，取消了注射柱塞，螺桿同時具有塑化和注射二個功能，所以螺桿不僅要作回轉(zhuǎn)運動以完成對物料的塑化，同時還要作往復(fù)的軸向運動進行注射。在前述基礎(chǔ)上，諸多研究者進行了大量探索，其中，有部分研究者將振動引入到塑料加工成型領(lǐng)域。有的研究者利用螺桿的振動對物料塑化擠出過程的影響來優(yōu)化擠出加工過程，提高擠出制品品質(zhì)。還有部分研究者利用柱塞或活塞的振動來達到優(yōu)化塑化、擠出和注射加工過程的目的。國外文獻[1,2]介紹了其研制的流變注射成型機，聚合物熔體首先在螺桿作用下由料筒注入振動腔，切換閥的方向，并由活塞施加振動。然后由活塞注入模具型腔，在保壓的同時，繼續(xù)使熔體在模具澆口凍結(jié)前受到壓力振動作用。參考文獻：[1IbarJP.Controlofpolymerpropertiesbymeltvibrationtechnology:areview.PolymerEngineeringandScience.1998;38(1):1-20[2]A.Minardi,M.Boudeulle,E.Duval,SEtienne.Effectofthemouldingconditionsonthesemicrystallinestructureofpolypropylene.Polymer.1997,38(15):3957-3965。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種振動柱塞的內(nèi)螺槽螺桿注射成型機，采用了“螺槽在內(nèi)”螺桿+振動柱塞的新型結(jié)構(gòu)，塑化效率高，塑化過程得到優(yōu)化，注射成型產(chǎn)品質(zhì)量好。為了達到上述目的，本發(fā)明一種技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的，其是一種振動柱塞的內(nèi)螺槽螺桿注射成型機，包括料筒、柱塞、塑化螺桿、料斗、座子、向心推力軸承組、傳動機構(gòu)、電機、注射座架、注射油缸、齒輪、移動油缸及電熱圈；所述塑化螺桿位于在機筒內(nèi)，在塑化螺桿上設(shè)有中心孔，所述柱塞位于塑化螺桿的中心孔內(nèi)，機筒、塑化螺桿及柱塞均同軸，塑化螺桿在機筒及柱塞間可相對轉(zhuǎn)動；所述注射油缸及機筒均安裝在注射座架上，所述移動油缸的活塞桿推動注射座架移動；其特征在于還包括振動器及運動控制器；在所述料筒內(nèi)設(shè)有塑化區(qū)及注射區(qū)，塑化區(qū)的直徑大于注射區(qū)的直徑，塑化螺桿位于料筒的塑化區(qū)內(nèi)，柱塞與注射區(qū)間隙配合，在塑化螺桿上設(shè)有與料斗連通的徑向通道，在塑化螺桿的中心孔的內(nèi)壁上設(shè)有連續(xù)的內(nèi)螺槽，所述內(nèi)螺槽的左端與徑向通道連通，內(nèi)螺槽的右端與注射區(qū)連通；所述振動器安裝在柱塞與注射油缸的活塞桿之間，注射油缸的活塞桿推動振動器及柱塞軸向移動，同時振動器帶動柱塞所作地運動為：軸向振動、圓周振動、同時進行軸向振動與圓周振動，或者帶動柱塞作圓周旋轉(zhuǎn)運動，所述運動控制器控制振動器振動或運動。在本技術(shù)方案中，分為二種不同情況。本技術(shù)方案的情況一，所述注射區(qū)的內(nèi)孔為階梯孔，階梯孔中孔徑大的部位與塑化區(qū)連通，階梯孔中孔徑小的部位與注射孔連通，所述柱塞右部的外圓面與階梯孔中孔徑大的一段有縫隙，已塑化好的融料可在壓力下通過該縫隙進入注射區(qū)的右段，柱塞右部的外圓面與階梯孔中孔徑小的部位為滑動配合，但融料無法從其配合間隙中通過。本技術(shù)方案的情況二，所述注射區(qū)的內(nèi)孔為直通孔，柱塞右部的外圓面與機筒的注射段內(nèi)孔全段都有能使融料通過的縫隙，柱塞在機筒的注射段任何軸向位置時，已塑化好的融料均可在壓力下通過縫隙進入注射段右端；在本技術(shù)方案中，所述振動器是超聲波振動器或機械振動器或電磁振動器或液壓振動器或氣動振動器或是以上方式間的組合。為了達到上述目的，本發(fā)明的另一種技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的，其是一種振動柱塞的內(nèi)螺槽螺桿注射成型機，包括料筒、柱塞、塑化螺桿、料斗、座子、向心推力軸承組、傳動機構(gòu)、電機、注射座架、注射油缸、齒輪、移動油缸及電熱圈；所述塑化螺桿位于在機筒內(nèi)，在塑化螺桿上設(shè)有中心孔，所述柱塞位于塑化螺桿的中心孔內(nèi)，機筒、塑化螺桿及柱塞均同軸，塑化螺桿在機筒及柱塞間可相對轉(zhuǎn)動；所述注射油缸及機筒均安裝在注射座架上，所述移動油缸的活塞桿推動注射座架移動；其特征在于還包括振動器及運動控制器；在所述料筒內(nèi)設(shè)有塑化區(qū)及注射區(qū)，塑化區(qū)的直徑與注射區(qū)的直徑相同，塑化螺桿位于料筒的塑化區(qū)內(nèi)，在塑化螺桿上設(shè)有與料斗連通的徑向通道，在塑化螺桿的中心孔的內(nèi)壁上設(shè)有連續(xù)的內(nèi)螺槽，所述內(nèi)螺槽的左端與徑向通道連通，內(nèi)螺槽的右端與注射區(qū)連通；在柱塞的右端設(shè)有止逆結(jié)構(gòu)，所述止逆結(jié)構(gòu)位于注射區(qū)內(nèi)以推動融料向注射區(qū)的注射嘴方向移動；所述振動器安裝在柱塞與注射油缸的活塞桿之間，同時振動器帶動柱塞所作地運動為：軸向振動、圓周振動、同時進行軸向振動與圓周振動，或者帶動柱塞作圓周旋轉(zhuǎn)運動，所述運動控制器控制振動器振動或運動。在本技術(shù)方案中，所述止逆結(jié)構(gòu)是防止注射時物料倒流的單向閥或止逆頭。在本技術(shù)方案中，所述振動器是超聲波振動器或機械振動器或電磁振動器或液壓振動器或氣動振動器或是以上方式間的組合。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：、1.當(dāng)塑化螺桿旋轉(zhuǎn)塑化物料時，柱塞的振動有利于強化物料塑化過程，塑化完成進入注射階段后，柱塞的振動更是有利于融料的傳質(zhì)、傳熱及均化，因此，將振動引人到塑料注射擠出成型全過程，對加工過程中的壓力、溫度和熔體的流動性都有很大影響，塑料熔體的有效粘彈性和粘度減小，流動性增加，擠出壓力或注射壓力降低，流率增大，物料的混合剪切加強，能明顯改善成型制品的性能，通過對施加振動后注射成型制品進行力學(xué)性能、DSC和密度測試，發(fā)現(xiàn)振動引入后，動態(tài)注射成型制品的拉伸和沖擊強度提高，密度變大，試樣的結(jié)晶度提高，制品內(nèi)在品質(zhì)和外觀質(zhì)量都有很大改善和提高。2.相比于塑料加工成型中其他結(jié)構(gòu)形式的振動，不僅結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，而且在塑化及注射成型全程中柱塞都在振動，塑化熔融效果好。3.采用“內(nèi)螺槽在內(nèi)”的塑化螺桿，徹底顛覆和改變了傳統(tǒng)螺桿中螺槽在螺桿外圓上的結(jié)構(gòu)，改變了塑化作用機理，是一種原理上的革新，改變了對物料的加工方式，使螺桿對物料的拖拽、均化、混合、拉伸、剪切作用明顯增加，對加工形態(tài)產(chǎn)生了重大影響，熔體質(zhì)量高，注射制品品質(zhì)好。4.在物料塑化階段，電熱裝置安裝在塑化螺桿的內(nèi)部，處在完全密封狀態(tài)，因此，熱量散失比傳統(tǒng)單螺桿擠出機低很多（傳統(tǒng)單螺桿擠出機的螺槽在螺桿外，因此，相應(yīng)的電熱圈也裝在料筒外），因此熱效率高，能耗少很多，生產(chǎn)成本低。5.由于熱損失少、熱效率高，具有內(nèi)螺槽的塑化螺桿對物料的拖拽、混合、均化得到了加強，因此，能使物料在較短時間、較短螺桿行程內(nèi)就可得到充分的均化、熔融，因此，可以大大縮短螺桿長度，克服長螺桿固有的剛性不足和穩(wěn)定性差等問題，減少螺桿對芯軸和料筒的刮磨和摩擦。6.由于此型式注射機采用無軸向移動的塑化螺桿進行塑化，除塑化能力強外，還因塑料都是經(jīng)過塑化螺桿的全部螺紋進行塑化，塑化后的塑料所經(jīng)過的熱歷程基本相同，所以融料的軸向溫差小，由于采用柱塞注射方式和結(jié)構(gòu)，所以計量精確，可實現(xiàn)非常高的注射壓力，注射時壓力和速度都很穩(wěn)定；而且，這種結(jié)構(gòu)下塑化螺桿可以連續(xù)塑化，且結(jié)構(gòu)簡單。7.相比于傳統(tǒng)的螺桿柱塞式注塑機需二套料筒（一套用于柱塞注射、另一套用于螺桿塑化，且二套料筒均需加熱），本注射機只有一套料筒，不僅其結(jié)構(gòu)簡單，而且節(jié)省了能耗，同時，消除了料桶內(nèi)滯料現(xiàn)象嚴重，融料停滯分解現(xiàn)象少，料筒清理方便。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中料筒、柱塞及塑化螺桿配合的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3圖1中料筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是實施例二中料筒、柱塞及塑化螺桿配合的結(jié)構(gòu)示意圖圖5圖是實施例二中料筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6中料筒、柱塞及塑化螺桿配合的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是圖6中料筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是所述四個實施方案中共用塑化螺桿的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是圖6中柱塞的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是圖10的A-A剖視圖放大圖；圖12是本發(fā)明實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以互相結(jié)合。在本發(fā)明描述中,術(shù)語“左”及“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。實施例一如圖1至圖3所示，其是一種振動柱塞的內(nèi)螺槽螺桿注射成型機，包括料筒1、柱塞2、塑化螺桿3、料斗4、座子5、向心推力軸承組6、傳動機構(gòu)7、電機8、注射座架9、注射油缸10、振動器11、運動控制器12、齒輪13、移動油缸14及電熱圈15；其中在機筒1內(nèi)分為塑化區(qū)101及注射區(qū)102，塑化區(qū)101的直徑大于注射區(qū)102的直徑，注射區(qū)102為階梯孔式，注射區(qū)102左段（靠近塑化區(qū)101）孔徑大，注射區(qū)102右段（靠近注射機頭）孔徑小，機筒1注射段102的右段容積必須大于注射機所設(shè)定的最小注射量；所述料斗4安裝在機筒1的左端，料斗4的出料口與機筒1的物料進料口連通；電熱圈16套裝在機筒1注射段102外；所述塑化螺桿3位于料筒1的塑化區(qū)101內(nèi)，在塑化螺桿3的左端設(shè)有徑向孔301，所述徑向孔301與機筒1的物料進料口連通，在塑化螺桿3上設(shè)有貫通全長的中心孔，在塑化螺桿3的中心孔的內(nèi)壁上設(shè)有連續(xù)的內(nèi)螺槽302，所述內(nèi)螺槽302的左端與徑向孔301連通，內(nèi)螺槽302的右端與注射區(qū)102連通；在塑化螺桿3的螺槽段，將電加熱器設(shè)置在塑化螺桿3的內(nèi)部，對物料進行加熱，由于電熱技術(shù)相對成熟，且非本專利重點內(nèi)容，故在螺桿結(jié)構(gòu)示意圖中未有畫出；所述向心推力軸承組6及齒輪14安裝在塑化螺桿3的左端，向心推力軸承組6座子5上；所述柱塞2位于塑化螺桿3的中心孔內(nèi)，柱塞2的右端位于機筒1的注射區(qū)102內(nèi)，機筒1、柱塞2及塑化螺桿3同軸心，塑化螺桿3相對柱塞2可轉(zhuǎn)動，塑化螺桿3作旋轉(zhuǎn)運動時，其內(nèi)螺槽302與柱塞2間作相對運動完成物料塑化，由柱塞2在機筒1的注射段102內(nèi)作直線移動完成熔融物料注射；柱塞2的外圓與機筒1注射段102的左段內(nèi)孔間有一定縫隙，已塑化好的融料在壓力下通過該縫隙進入注射段102的右段，柱塞2的外圓與機筒1的注射段102的右段內(nèi)孔間為滑動配合，在注射段102的右段融料無法從其配合間隙中通過；所述機筒1、傳動機構(gòu)7、電機8及注射油缸10均安裝在注射座架9上，所述電機8帶動傳動機構(gòu)7，傳動機構(gòu)7帶動齒輪13轉(zhuǎn)動，齒輪13帶動塑化螺桿3轉(zhuǎn)動；移動油缸14的活塞桿帶動注射座架9移動；所述振動器11安裝在柱塞2與注射油缸10的活塞桿間，同時振動器11帶動柱塞2所作地運動為：軸向振動、圓周振動、同時進行軸向振動與圓周振動，或者帶動柱塞2作圓周旋轉(zhuǎn)運動，振動器11可以是超聲波振動器或機械振動器或電磁振動器或液壓振動器或氣動振動器，也可以是以上方式間的組合；所述運動控制器12控制振動器11振動。工作時，塑化螺桿3做旋轉(zhuǎn)運動，料斗4中的物料通過機筒1的物料進料口和塑化螺桿3的徑向通道301進入塑化螺桿3的中心孔的內(nèi)螺槽302，在塑化螺桿3的內(nèi)螺槽302推擠下向前移動進入機筒1的注射區(qū)102，柱塞2與機筒1的注射區(qū)102左段內(nèi)孔有縫隙，已塑化好的融料在壓力下通過該縫隙向右移動進入注射機頭；在塑化螺桿3旋轉(zhuǎn)塑化物料的同時，振動器11會在運動控制儀12控制下帶動柱塞2進行振動，塑化的物料受到塑化螺桿3的旋轉(zhuǎn)拖拽和柱塞2振動的雙重作用，混合、均化作用明顯增強；當(dāng)系統(tǒng)完成合模過程后，移動油缸14的活塞桿帶動注射座架9右移，并帶動包括機筒1、傳動機構(gòu)7、電機8和注射油缸10在內(nèi)的整體的塑化注射系統(tǒng)向右移動，直到注射噴嘴與模具貼合聯(lián)通，然后再向注射油缸10內(nèi)通入壓力油，注射油缸10的活塞桿推動振動器11及柱塞2在機筒1的注射區(qū)102內(nèi)向右作直線運動；而與此同時，振動器11會在運動控制儀12控制下帶動柱塞2進行振動，使機筒1的注射區(qū)102內(nèi)的熔融物料以脈動方式注入模腔，并使柱塞2進行連續(xù)的保壓和補縮，柱塞2的振動一直保持到直至工件在模腔中冷卻定型；然后柱塞2從機筒1的注射區(qū)102內(nèi)向左后退，空心螺桿3開始下一輪旋轉(zhuǎn)塑化。實施例二如圖4及圖5所示，其是一種振動柱塞的內(nèi)螺槽螺桿注射成型機，它的工作原理與實施例一基本相同，其結(jié)構(gòu)示意圖也與圖1類似，所不同的是其機筒1的注射段102為直通孔式，柱塞2的外圓與機筒1的注射段102內(nèi)孔全段都有能使融料通過的縫隙，柱塞2在機筒1的注射段102的任何軸向位置時，已塑化好的融料能在壓力作用下通過縫隙進入前端注射噴嘴；實施例三如圖6至圖11所示其是一種振動柱塞的內(nèi)螺槽螺桿注射成型機，其結(jié)構(gòu)及工作原理基本上與實施例一相同，所不同的是塑化區(qū)101與注射區(qū)102的直徑相同，在柱塞2的右端安裝有防止注射物倒流的單向閥16，所述單向閥16位于注射區(qū)102內(nèi)并可軸向移動。工作時，塑化螺桿3做旋轉(zhuǎn)運動，料斗4中的物料通過機筒1的物料進料口和塑化螺桿3的徑向通道301進入塑化螺桿3的中心孔內(nèi)螺槽302，在塑化螺桿3內(nèi)螺槽302推擠下向前移動，然后，熔融物料通過單向閥16直接充滿料筒1的注射區(qū)102右端，由柱塞2作直線移動將熔融物料射入模具內(nèi)；在塑化螺桿3旋轉(zhuǎn)塑化物料的同時，振動器11會在運動控制儀12控制下帶動柱塞2進行振動，塑化的物料受到塑化螺桿3的旋轉(zhuǎn)拖拽和柱塞2振動的雙重作用，混合、均化作用明顯增強；當(dāng)系統(tǒng)完成合模過程后，移動油缸14的活塞桿帶動注射座架9前移，并帶動包括料筒1、座子5、傳動機構(gòu)7、電機8和注射油缸10在內(nèi)的整體的塑化注射系統(tǒng)向右移動，直到注射噴嘴與模具貼合聯(lián)通，然后再向注射油缸10內(nèi)通入壓力油，推動柱塞2在料筒1的注射區(qū)102內(nèi)孔中作直線運動，而與此同時，振動器11也會在運動控制儀12控制下帶動柱塞2進行振動，將料筒1的注射區(qū)102熔融物料以脈動方式注入模腔，并使柱塞2進行連續(xù)的保壓和補縮，柱塞2的振動一直保持到直至工件在模腔中冷卻定型；然后柱塞2從料筒1的注射區(qū)102的內(nèi)孔（儲料間）中后退，塑化螺桿3開始下一輪旋轉(zhuǎn)塑化。實施例四如圖12所示，其是一種振動柱塞的內(nèi)螺槽螺桿注射成型機，其結(jié)構(gòu)基本上與實施例三相同，它的工作原理與實施例三基本相同，所不同的是用止逆頭17代替單向閥16，止逆頭17是一種防止注射時熔融物料倒流的裝置，其工作原理與單向閥極為相似，由于此項技術(shù)已比較成熟，且非本專利重點內(nèi)容，故在此不再對止逆頭結(jié)構(gòu)原理加以敘述。以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作出詳細說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下對這些實施方式進行多種變化、修改、替換及變形仍落入在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。