專利名稱：雙級電氣注塑裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及模制機(jī)，具體涉及一種用于注塑模制機(jī)的雙級電氣注塑裝置。
背景技術(shù)：
注塑模制機(jī)的注塑裝置在一正常工作循環(huán)過程中主要提供兩個功能，即注塑和擠壓。在一標(biāo)準(zhǔn)的往復(fù)式螺桿注塑模制機(jī)中，擠壓功能是在螺桿旋轉(zhuǎn)并逐步將塑料熔融物移向螺桿的前端、從而當(dāng)熔融物聚積時產(chǎn)生-使螺桿向后移動到其注塑前位置的壓力或作用力來實現(xiàn)的。當(dāng)聚積了足夠數(shù)量的材料(“注塑量”)時，螺桿即迅速向前移動(無轉(zhuǎn)動)直接將熔融物注入模腔，從而實現(xiàn)注塑功能。
模制機(jī)的注塑裝置也可設(shè)計成一“雙級”系統(tǒng)，其中擠壓和注塑功能由分別的機(jī)器構(gòu)件實現(xiàn)。在一雙級注塑系統(tǒng)中，擠壓或塑化功能仍由一進(jìn)料螺桿在一加熱筒體中完成，但將塑性熔融物轉(zhuǎn)移到一“儲料器”(通常位于塑化筒體附近)內(nèi)而不是直接從筒體傳送到模腔。儲料器隨后工作以將塑性熔融物注射到模腔內(nèi)。雙級注塑裝置的優(yōu)點包括材料塑化更為均勻，螺桿和筒體的磨損減少，以及更高的噴射壓力的潛力。其主要缺點為裝置成本較高，以及在各次注塑間的材料傳遞會影響零件質(zhì)量。具體地說，當(dāng)將熱塑材料在液態(tài)(熔融溫度以上)保持一段時間后，其特性將下降，其變化程度取決于材料類型、熔融物的溫度和高溫保持時間。儲料器和內(nèi)活塞的結(jié)構(gòu)通常決定了在將該注塑量注射到模腔內(nèi)后儲料器中還剩下多少材料。
在任何一種系統(tǒng)中，注塑和擠壓功能中的每一種都需要在注塑裝置中有一相應(yīng)的驅(qū)動裝置。在液壓機(jī)中，用于注塑功能的螺桿的運(yùn)動通常是由一個或多個液壓缸實現(xiàn)的，而用于擠壓運(yùn)動的進(jìn)料螺桿的轉(zhuǎn)動通常是由液壓馬達(dá)完成的。最近，結(jié)合有機(jī)械系統(tǒng)的電氣馬達(dá)已被用作往復(fù)螺桿注塑裝置的直接動力源。值得注意的是這些現(xiàn)有的電氣系統(tǒng)對于每個功能采用分別的馬達(dá)，即一個馬達(dá)用于轉(zhuǎn)動進(jìn)料螺桿，而一第二馬達(dá)與一機(jī)構(gòu)例如一滾珠絲桿結(jié)合將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為用于注射的螺桿向前運(yùn)動所需的直線運(yùn)動。
相應(yīng)地，就象在將新技術(shù)用于現(xiàn)有產(chǎn)品時通常所做的那樣，努力使先前的注塑系統(tǒng)技術(shù)的實現(xiàn)最大化以限制風(fēng)險并保持產(chǎn)品的完全相同。在用機(jī)-電運(yùn)動控制代替液壓運(yùn)動控制的全電氣注塑模制機(jī)設(shè)計中尤其如此。作為這種限制設(shè)計方法的一個結(jié)果，電氣變速馬達(dá)驅(qū)動的許多重要優(yōu)點在注塑模制機(jī)的應(yīng)用方面并未實現(xiàn)。
例如，一般知道液壓驅(qū)動往復(fù)螺桿注塑裝置由于上述的液壓系統(tǒng)波動和止回閥在螺桿端部處的不一致性(該止回閥對于往復(fù)螺桿設(shè)計的適當(dāng)功能是一必需元件)而具有大約大小為+/-0.2％的注塑量一致性和重復(fù)性能力。目前市場上全電氣注塑模制機(jī)均具有一往復(fù)螺桿，而減少注塑量大小變動的潛力已被限制于對單獨(dú)向前軸線螺桿定位重復(fù)性的改進(jìn)。
眾所周知，簡單地用機(jī)-電驅(qū)動鏈控制代替液壓驅(qū)動鏈在驅(qū)動裝置的重復(fù)性、穩(wěn)定性和精度方面提供了重要的某種程度的改進(jìn)。這是驅(qū)動鏈中的零件數(shù)目減少、以及作為由于油本身的最終化學(xué)離解、污染物的濃度增加等引起溫度、粘度變化的函數(shù)的液壓流體中的固有變動取消的一個結(jié)果。然而，簡單地用伺服-電/機(jī)驅(qū)動鏈元件控制代替液壓驅(qū)動鏈元件提供理想的性能改進(jìn)，其改進(jìn)的充分潛力還有待認(rèn)識。
這種改進(jìn)潛力在具有較大注塑量能力的往復(fù)螺桿注塑裝置中尤其明顯。當(dāng)增加的注塑量大小在往復(fù)螺桿液壓機(jī)中相對簡單時，電氣馬達(dá)和用于液壓缸的滾珠絲桿的替換由于所需滾珠絲桿(使噴射用螺桿往復(fù))成本昂貴而最終成為不現(xiàn)實。雖然滾珠絲桿的大小可通過采用兩個前后排列的螺桿加以減少，但用于螺桿和相關(guān)元件的成本仍極為昂貴。此外，具有與所提供液壓裝置范圍相匹配的能力的電氣往復(fù)螺桿注塑裝置的結(jié)構(gòu)需要的滾珠絲桿其大小尚未經(jīng)測試且實際上超出目前的制造能力。
此外，用于注塑成型主要商業(yè)塑料材料的處理要求包括注塑壓力至少為15000磅/平方英寸，并經(jīng)常達(dá)到30000磅/平方英寸。已經(jīng)知道滾珠絲桿的可用性和成本受直徑的影響大于長度的影響，直徑超過5英寸的滾珠絲桿實際上無法按照商業(yè)數(shù)量提供-它嚴(yán)重地限制了大約32盎司注塑量能力以上的全電氣設(shè)計的優(yōu)點。例如，一個典型的100盎司注塑量能力的液壓注塑裝置要有大約4英寸直徑的往復(fù)螺桿以產(chǎn)生20000磅/平方英寸。一個全電氣(往復(fù)螺桿)等同物需要一直徑遠(yuǎn)大于6英寸的滾珠絲桿以承受負(fù)載。實際上，目前世界上最大的商業(yè)生產(chǎn)的全電氣注塑裝置采用兩個直徑6.5英寸的滾珠絲桿支承一直徑3.5英寸的往復(fù)螺桿的負(fù)載要求，以便在最大注射壓力為22000磅/平方英寸下對最大為77盎司的熔融物進(jìn)行注射。
滾珠絲桿性能和耐久性影響到往復(fù)螺桿注塑裝置的應(yīng)用。為使?jié)L珠絲桿得到最佳的使用壽命，必須實現(xiàn)最少的滾珠循環(huán)和潤滑循環(huán)。然而，往復(fù)螺桿設(shè)計限于相對短的注塑行程，因為較長的行程會引發(fā)不可接受的塑性加工變動，這種變動是由于在螺桿在形成所需注塑量的過程中退回而螺桿有效長徑比(L/D)減少引起的。按照目前標(biāo)準(zhǔn)，在往復(fù)螺桿設(shè)計中注塑行程很少超過螺桿直徑的5倍。而且，現(xiàn)有技術(shù)的(液壓)雙級注塑裝置已做到儲料器的行程與直徑之比大致相同。
典型地，大多數(shù)往復(fù)螺桿注塑裝置中處理的“注塑量”大致為最大值的25％(這個結(jié)果來自這一事實，即螺桿大小取決于塑性化要求而不是注塑量能力)。在全電氣注塑裝置的往復(fù)螺桿中為說明目的采用25％限制，對于大部分的模制機(jī)使用壽命而言，最大滾珠絲桿行程將限制在一個螺桿直徑或更少。滾珠絲桿導(dǎo)程典型地為螺桿直徑的1/4至1/2，并通常設(shè)計成在承受負(fù)載時具有至少3個螺紋整圈。例如，如果注塑裝置行進(jìn)一個螺桿直徑以進(jìn)行噴射，而注塑軸滾珠絲桿為注塑螺桿直徑的2倍，則機(jī)構(gòu)中承載滾珠不會充分循環(huán)到未承載位置，而一些未承載滾珠并不運(yùn)動到承載位置。這來源于元件不均勻磨損，而滾珠完全循環(huán)出現(xiàn)的自然潤滑必須被經(jīng)常的外部潤滑替代。因此，往復(fù)螺桿注塑裝置中的滾珠絲桿壽命小于滾珠充分循環(huán)的應(yīng)用場合。
應(yīng)當(dāng)注意，往復(fù)螺桿注塑裝置較大的直徑和較短的行程便于高速注射，但需要一高轉(zhuǎn)矩馬達(dá)以產(chǎn)生所需注射壓力。由于馬力是馬達(dá)轉(zhuǎn)矩與每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的乘積，高轉(zhuǎn)矩的要求意味著需要高馬力馬達(dá)以驅(qū)動注射機(jī)構(gòu)。
另一點考慮是注塑模制機(jī)的所占空間已成為一日益重要的評價指標(biāo)。由于將提供設(shè)施的資源轉(zhuǎn)移到其他資產(chǎn)方面可提高生產(chǎn)率，故模制機(jī)的長度、寬度和高度在模制機(jī)設(shè)計過程中已成為日益重要的考慮因素。在全電氣模制機(jī)中，注射滾珠絲桿最好是成行配置在注射活塞的后面。在往復(fù)螺桿的情況下，塑化螺桿為注射活塞，并由于塑化的要求而已具有15-30倍于其直徑的長度。由于通常是最好將注射行程盡可能加長，使?jié)L珠絲桿與注射行程用塑化螺桿排成一直線，造成模制機(jī)的總長過長。
除需要提高電氣注塑裝置的能力外，如能找到一種能克服目前限制機(jī)-電技術(shù)應(yīng)用于往復(fù)螺桿注塑裝置的障礙的方法，則在驅(qū)動裝置的耐用性、重復(fù)性、穩(wěn)定性和精度以及減少模制機(jī)的總長方面均存在改進(jìn)的潛力。而且，為了充分發(fā)揮所需改進(jìn)的優(yōu)點，用于電氣注塑裝置的新結(jié)構(gòu)不應(yīng)引起在現(xiàn)有技術(shù)的雙級注塑裝置中普遍存在的材料轉(zhuǎn)移問題。
發(fā)明概況因此，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、更為耐用、注塑量精度增高、注塑容量有效提高的用于全電氣注塑裝置的驅(qū)動裝置。本發(fā)明的另一目的在于以一種相對于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)改進(jìn)工作效率并減少材料傳遞的方式將變速電氣驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用于雙級注塑裝置。
按照這些目的，本發(fā)明提供一種主要采用進(jìn)料螺桿進(jìn)行塑化并采用熔融物儲料器進(jìn)行噴射的雙級全電氣注塑裝置。較佳為該進(jìn)料螺桿能僅旋轉(zhuǎn)而不往復(fù)，這樣將減少模制機(jī)的總長度。塑化材料的噴射由一具有帶有螺紋片的柱塞的單獨(dú)的熔融物儲料器完成，該柱塞由一電動的直線驅(qū)動裝置例如一滾珠絲桿機(jī)構(gòu)加以往復(fù)。較佳為有單獨(dú)的馬達(dá)用于進(jìn)料螺桿的旋轉(zhuǎn)和儲料器的運(yùn)轉(zhuǎn)，允許柱塞用驅(qū)動系統(tǒng)通過一介于滾珠絲桿與柱塞之間的單向離合器同時提供柱塞旋轉(zhuǎn)。所揭示的雙級結(jié)構(gòu)尤其適于大容量注塑裝置(大于80盎司)，在現(xiàn)有技術(shù)中，這種情況下使進(jìn)料螺桿往復(fù)所需的大滾珠絲桿成本極高。
雖然雙級注塑裝置被用于液壓驅(qū)動注塑模制機(jī)上已有多年，但尚未用于電氣模制機(jī)，通過將全電氣驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用到往復(fù)螺桿裝置上，雙級裝置在液壓模制機(jī)上提供的優(yōu)點已被發(fā)揚(yáng)光大。本發(fā)明的雙級電氣注塑裝置較之于現(xiàn)有技術(shù)有更顯著的優(yōu)點和更經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn)注塑裝置元件的應(yīng)用。在所揭示的實施例中，本發(fā)明具有用現(xiàn)有液壓或機(jī)-電注塑裝置技術(shù)目前無法達(dá)到的性能。
通過對行程長度和儲料器活塞直徑的最佳化，本發(fā)明實現(xiàn)了以前未實現(xiàn)的全電氣模制機(jī)設(shè)計的重要優(yōu)點。由于活塞直徑?jīng)Q定了對于將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為活塞用直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)的負(fù)載承受要求，通過提供在相對小的活塞直徑情況下增加行程長度，能以雙級設(shè)計實現(xiàn)較大的注射容量。例如，本發(fā)明的雙級電氣注塑裝置可具有150盎司的注射容量(儲料器)(活塞直徑為2.75英寸，行程46英寸)，并能以20000磅/平方英寸的壓力通過一5.5英寸直徑的滾珠絲桿工作。滾珠絲桿的這個直徑在現(xiàn)有技術(shù)的全電氣注塑模制機(jī)中典型地具有僅約30盎司的注塑容量(螺桿直徑為2.75英寸，行程9英寸)。因此，本發(fā)明將注射容量增加了約5倍而風(fēng)險、成本、往復(fù)螺桿設(shè)計所需較大滾珠絲桿所需空間要求則并不增加。
為所需注塑量能力加長噴射行程的進(jìn)一步的優(yōu)點包括提高滾珠絲桿性能和耐用性。具體地說，在雙級設(shè)計中采用儲料器提供了使獨(dú)立于塑化螺桿直徑的(儲料器的)注射缸直徑最佳化的能力。因此能將系統(tǒng)設(shè)計成提供滾珠絲桿機(jī)構(gòu)足夠橫向移動以改善滾珠的負(fù)載和循環(huán)，改善潤滑并提高使用壽命。較小直徑意味對于一給定注塑量能力來說需要較小馬力。雖然在高速注射時行程與活塞直徑之比可能下降到10左右，較小直徑便于通過一較小馬力馬達(dá)以所要求的壓力等級來注射。
采用上述用于儲料器和柱塞的結(jié)構(gòu)，材料傳遞基本上限于僅一個循環(huán)。當(dāng)通過擠壓裝置將熱塑材料送入儲料器時，柱塞驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的滾珠絲桿即轉(zhuǎn)動以控制柱塞的向后的運(yùn)動，從而控制熔融物的背壓。通過一單向離合器將滾珠絲桿轉(zhuǎn)動傳遞到柱塞。更具體地說，熱塑材料熔融物在它“抹”除由先前的注塑量留在柱塞螺紋片中的熔融物的一點處進(jìn)入儲料器。該新的熔融物流在柱塞前面和儲料器的端部移動傳遞材料，它在那里將是下一注塑中的“首先射出的物料”。這就實際上消除了材料傳遞，從而減少材料等級降低，并大大減少用于清除一種材料顏色并改變?yōu)橐环N新的材料顏色所需的時間。
本發(fā)明的全電氣雙級注塑裝置也可解決模制機(jī)過長的問題。尤其是塑化螺桿長度與噴射行程和相應(yīng)的滾珠絲桿長度無關(guān)。這是通過該兩個元件(塑化螺桿和滾珠絲桿)在不同中心線上的獨(dú)立支承實現(xiàn)的，從而提供一種在長度方面緊湊的模制機(jī)而無須增加額外的寬度或高度。
所揭示的雙級注塑裝置結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)點在于它能使擠壓螺桿采用齒輪驅(qū)動而不是皮帶驅(qū)動。皮帶和皮帶輪系統(tǒng)由于當(dāng)它們離開中心驅(qū)動時將轉(zhuǎn)矩傳遞到較大的塑化螺桿上的皮帶強(qiáng)度或所需皮帶數(shù)而有所限制。將注塑功能由塑化螺桿軸線移開能使一機(jī)械減速齒輪箱得以與螺桿硬連接。這在注射滾珠絲桿與塑化螺桿排列成行的全電氣往復(fù)螺桿注塑裝置中是不可能的。
本發(fā)明的雙級全電氣設(shè)計能使具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的全電氣往復(fù)螺桿裝置的注射容量的全電氣注塑裝置有可能實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明的電氣雙級注塑裝置通過提供有關(guān)改進(jìn)重復(fù)性、材料穩(wěn)定性和注塑量大小的精度方面的好處和性能提高而具有更大的潛在用途。具體地說，雙級注塑裝置通過在螺桿端部取消止回閥、能將注塑量大小與塑化要求分開、以及對于注塑量大小的更精密控制允許使用較小直徑的注射活塞(與螺桿直徑相比)而提供比現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步的優(yōu)點。
總之，本發(fā)明提供一與現(xiàn)有技術(shù)的電氣驅(qū)動噴射系統(tǒng)相比具有增強(qiáng)能力、包括提高注塑容量、改進(jìn)注塑量控制、最小的傳遞和更快的顏色變化的全電氣注塑裝置。
附圖簡單說明

圖1為本發(fā)明的具有雙級電氣注塑裝置的注塑模制機(jī)的局部側(cè)視圖。
圖2為圖1所示注塑模制機(jī)的雙級電氣注塑裝置的局部剖面放大圖。
圖3為圖2所示注塑裝置的更具體的放大圖，用于表示熔融物儲料器和機(jī)械驅(qū)動元件。
本發(fā)明的最佳實施方式本發(fā)明涉及一種用于注塑模制機(jī)的雙級電氣注塑裝置14，并將照此在一“典型”模制機(jī)的上下文中予以說明。由于注塑模制機(jī)的一般結(jié)構(gòu)和工作是眾所周知的，故側(cè)重說明與雙級電氣噴射不同的或有新用途的裝置的多個方面。
本發(fā)明的裝置系與一注塑模制機(jī)10結(jié)合使用，如圖1和2所示。注塑模制機(jī)10的總體結(jié)構(gòu)包括一傳統(tǒng)的夾緊裝置12，以及一雙級電氣注塑裝置14，這兩個裝置均安裝在一伸長的支承或支座16上。注塑裝置14的部件系特殊設(shè)計以將電氣馬達(dá)驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用于雙級注塑裝置中。最好是主要構(gòu)件為一電動擠壓裝置18和一熔融物儲料器20。擠壓裝置18系用于連續(xù)塑化，因此具有一非往復(fù)進(jìn)料螺桿30(見圖2)。然而，如有需要，也可將本發(fā)明的概念用于一具有往復(fù)進(jìn)料螺桿的雙級注塑裝置中。
如所周知，以任何簡便的方式例如通過一料斗24將材料供至擠壓裝置。螺桿30的旋轉(zhuǎn)動力也用傳統(tǒng)方式例如通過一連接到一減速齒輪箱28的電氣馬達(dá)26提供，該齒輪箱驅(qū)動螺桿30以在筒體38內(nèi)旋轉(zhuǎn)。由于螺桿30的運(yùn)動僅為旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動系統(tǒng)與具有一必須往復(fù)的螺桿的注塑裝置相比大大簡化。
儲料器20由于一包含有一能在筒體32內(nèi)作旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動的柱塞34的筒體32而基本上是一個變?nèi)萘績Υ嫜b置。注意柱塞34的端部具有一螺旋片36。筒體32和柱塞34的相對大小以及柱塞34的行程將根據(jù)需要填充模腔的熔融物的數(shù)量變化。正如以下將更詳盡討論的，在熔融物儲料器20的縮頸部，筒體32和柱塞34的端部形狀最好做成為使在柱塞34充分延伸時留在筒體32中的樹脂量為最少。
通過柱塞34的行程長度和直徑的最佳化，能實現(xiàn)全電氣模制機(jī)設(shè)計的重要優(yōu)點。柱塞34的直徑?jīng)Q定了對將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為柱塞34的直線運(yùn)動的滾珠絲桿的負(fù)載承受要求。然而，通過直徑相對較小而提供增加的行程長度，能以雙級設(shè)計容易地實現(xiàn)較大的注塑量能力。例如，所揭示的雙級設(shè)計在一能用20000磅/平方英寸的壓力與一直徑5.5英寸的滾珠絲桿一起工作的直徑為2.75英寸的柱塞34處產(chǎn)生一至少150盎司的注射容量；與此相比，具有這種設(shè)計結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的全電氣注塑模制機(jī)通常具有僅30盎司的注塑量能力。
在熔融物儲料器20的大小方面，當(dāng)柱塞34的全行程與柱塞34的直徑之比(該指標(biāo)類似于往復(fù)螺桿的L/D)為5或更高時，將更充分地實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點，這個比值在10-15范圍將特別有利。這種結(jié)構(gòu)的儲料器20能采用商業(yè)供應(yīng)的滾珠絲桿，同時能用更高的注射壓力提供更長的行程(改善注塑量大小精度和重復(fù)性)。
擠壓裝置18的出口經(jīng)一合適的導(dǎo)管42與一儲料器20連接。在擠壓裝置18與至儲料器20的入口40之間的一適當(dāng)?shù)狞c處裝有一球形止回閥46或合適的止回裝置以控制通過導(dǎo)管42的流動的方向。當(dāng)驅(qū)動儲料器20以將塑料注入模腔并在充填和保持過程中維持壓力時，止回閥46防止熔融物因壓力差而回流進(jìn)入擠壓裝置18。儲料器20經(jīng)一合適的注入口56與注塑模腔(未圖示)連接。
儲料器20的柱塞34最好由一機(jī)-電驅(qū)動裝置60驅(qū)動，參見圖2和3。驅(qū)動裝置60最好包括一滾珠絲桿62、一具有支承殼體66的滾珠螺母64、一變速電氣馬達(dá)68和-允許馬達(dá)68直線運(yùn)動的馬達(dá)支承70。具體地說，最好將滾珠螺母64裝在支承殼體66內(nèi)并通過合適的裝置如一負(fù)載單元76裝在殼體66上而抑制轉(zhuǎn)動。滾珠絲桿62的驅(qū)動端與馬達(dá)軸78連接，其相對端則通過連接裝置72與儲料器20的柱塞34連接。連接裝置72最好包括一單向離合器86，該離合器允許滾珠絲桿62在注射期間相對于柱塞34自由轉(zhuǎn)動(滾珠絲桿62順時針方向轉(zhuǎn)動)以從滾珠絲桿62將直線(水平)方向的力有效地傳遞到柱塞34而不對存放在儲料器20中的熔融物產(chǎn)生有害影響。然而，滾珠絲桿62的反轉(zhuǎn)(逆時針方向)與單向離合器86接合，使柱塞34在筒體32內(nèi)轉(zhuǎn)動。
由于馬達(dá)68的軸78直接裝在滾珠絲桿62上，馬達(dá)68必須能在采用滾珠絲桿62移動柱塞34時前后往復(fù)。因此，用于馬達(dá)68的支承70被設(shè)計成當(dāng)允許它如箭頭A所示沿一平行于柱塞34的移動的方向直線運(yùn)動時為馬達(dá)68提供穩(wěn)定性。當(dāng)然，馬達(dá)軸78與滾珠絲桿62的連接也可通過一伸長的花鍵連接裝置實現(xiàn)，從而能將馬達(dá)68固定安裝在一比圖中更后面的位置處。
現(xiàn)說明裝有本發(fā)明的雙級注塑裝置14的注塑模制機(jī)的工作循環(huán)。通過擠壓裝置馬達(dá)26使進(jìn)料螺桿30在筒體38中轉(zhuǎn)動以開始材料的塑化，該材料將作為塑性熔融物供至儲料器20。進(jìn)料螺桿30的轉(zhuǎn)動在螺桿30的端部形成壓力，使球形止回閥46移動(打開)并使材料通過導(dǎo)管42流動并進(jìn)入儲料器20。
儲料器20的入口40定位成流入筒體32的熔融物將在柱塞34的端部處通過螺紋片36。進(jìn)入的熔融物將沿螺紋片36流動，清除由前次注塑轉(zhuǎn)入的熔融物并將其向筒體32的出口端移動，從而在儲料器20中產(chǎn)生壓力。當(dāng)塑性熔融物的壓力達(dá)到一定水平時，它將開始迫使柱塞34向后，從而將滾珠絲桿62和馬達(dá)68向注塑裝置14的后部移動(支承殼體66保持固定)，參見圖3。柱塞34的向后移動通過連接裝置72在滾珠絲桿62上施加一力，從而使?jié)L珠絲桿62同樣地向后移動；當(dāng)滾珠絲桿62通過滾珠螺母64移動時，它沿相反(逆時針)方向轉(zhuǎn)動。滾珠絲桿62的反轉(zhuǎn)經(jīng)單向離合器86的接合傳給柱塞34。柱塞34的轉(zhuǎn)動通過加強(qiáng)新熔融物流入的抹除作用進(jìn)一步有助于從螺紋片36清除轉(zhuǎn)入的材料。
如有需要，可通過馬達(dá)68對柱塞34(及滾珠絲桿62)的向后移動進(jìn)行控制。具體地說，可將馬達(dá)68用作制動器以阻礙滾珠絲桿62的轉(zhuǎn)動，這使柱塞34的向后移動減慢，從而提高塑性熔融物的背壓力。反過來，可采用馬達(dá)68加快滾珠絲桿62的轉(zhuǎn)動和向后移動，這提高了柱塞34返回移動的速度，從而減少了熔融物的背壓力。在任何一種情況下，均通過離合器86將滾珠絲桿62的旋轉(zhuǎn)速度傳給柱塞34。
當(dāng)填充模腔所需足夠量的塑性熔融物在儲料器20中堆積在柱塞34的前面時，擠壓作用即告完成且進(jìn)料螺桿30停止轉(zhuǎn)動。在擠壓作用的同時，使夾緊裝置12被控制成閉合和在將接受塑性熔融物的模腔上建立壓力。
為啟動注塑功能，將馬達(dá)68沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，使?jié)L珠絲桿62向前穿過由支承殼體66固定的滾珠螺母64。絲桿62的平移(直線)運(yùn)動作用到設(shè)在儲料器20中的柱塞34上。然而，由于當(dāng)絲桿62沿順時針方向旋轉(zhuǎn)時單向離合器86不接合，故絲桿62的旋轉(zhuǎn)并不作用到柱塞34上。除具有一固定馬達(dá)安裝件的組件外，如上所述，當(dāng)柱塞34沿儲料器20的筒體32直線移動時，馬達(dá)68也具有隨著滾珠絲桿68的平移運(yùn)動(由于它是同一組件的一部分)。
柱塞34的向前移動迫使被堆積的塑性熔融物穿過注塑口56并進(jìn)入模腔。由柱塞34的移動產(chǎn)生的噴射壓力將球形止回閥46移動到-防止熔融樹脂轉(zhuǎn)移到擠壓裝置18內(nèi)的位置。在將大部分材料轉(zhuǎn)移到模腔內(nèi)后，注射儲料器20開始充填，然后“保持”，以在材料上維持適當(dāng)?shù)膲毫Γ敝聊Ｖ屏慵徽５爻尚?。?dāng)噴射儲料器20到達(dá)循環(huán)的“保持”部分時，它本身已將材料出空。換句話說，塑性熔融物的注射是通過施加足夠的力以使柱塞34在筒體32中迅速向前移動而迫使熔融物通過注射儲料器20的出口流動、并通過注塑口56進(jìn)入模腔而完成的。循環(huán)中的這個大致的點可通過圖2所示的結(jié)構(gòu)來識別，儲料器20中的柱塞34在筒體32中充分向前以完成注塑功能。
作為注射過程的一部分，最好避免在材料流動軌跡中的“死”點，塑性熔融物能在此處經(jīng)重復(fù)循環(huán)仍保持不動而使它降低等級，其后可能與好的材料混合并注射形成劣質(zhì)零件。因此，柱塞34的端部與筒體32的出口之間的結(jié)構(gòu)匹配將使注塑量完成后留在儲料器20中的材料數(shù)量為最少。唯一重要的轉(zhuǎn)移材料系在螺紋片36中，該材料由于隨后的注塑積累被新的熔融物的流入和柱塞34的轉(zhuǎn)動“抹除”干凈(并在下一循環(huán)工作時被注射到模腔內(nèi))。
在足夠的保持/冷卻時間后，在模腔減壓期間將由注射儲料器20保持的壓力釋放，這可包括柱塞34的一輕微退回。夾緊裝置12工作以打開模腔，頂出零件。然后重新關(guān)閉以開始下一循環(huán)。一旦由柱塞34將壓力釋放，注塑裝置14即開始轉(zhuǎn)動進(jìn)料螺桿30以開始如前所述的擠壓功能并開始另一工作循環(huán)。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明提供一種用于全電動的低成本、可靠的雙級噴射系統(tǒng)，這種系統(tǒng)尤其適應(yīng)于需要高注塑容量的電動模制機(jī)應(yīng)用。一主要特點是作為一種在保持工作性能的設(shè)計中實現(xiàn)所需注塑量能力的方式而采用直徑較小的柱塞，該柱塞穿過一長行程以大大增加注射軸線行程/直徑(比值)。這種新結(jié)構(gòu)通過提供足夠的相應(yīng)滾珠絲桿機(jī)構(gòu)的移動量而使?jié)L珠的負(fù)載和循環(huán)最佳化，從而增加部件的可靠性，故改善了潤滑情況并提高了使用壽命。
盡管根據(jù)附圖所示的較佳實施例對本發(fā)明作了具體說明，并同時對較佳實施例作了具體說明，但并不因此而對本發(fā)明構(gòu)成限制。相反，本發(fā)明涵蓋所有落入所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的一切修改、變化和等同物。例如，盡管驅(qū)動連接裝置通常為皮帶和皮帶輪，但也可采用其他機(jī)械連接裝置如適當(dāng)?shù)凝X輪傳動裝置以實現(xiàn)相同的功能。此外，也能采用其他系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)以將直線運(yùn)動傳遞到儲料器柱塞34，例如用滾柱絲桿和螺母代替上述的滾珠絲桿和螺母。
權(quán)利要求
1．一種帶有一注塑裝置(14)的注塑模制機(jī)，包括一能在一具有一入口和一出口的筒體(38)內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的進(jìn)料螺桿(30)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，包括一變速電氣馬達(dá)(26)，用于在筒體(38)內(nèi)轉(zhuǎn)動進(jìn)料螺桿(30)，以便將材料塑化并從筒體入口傳遞到筒體出口，一熔融物儲料器(20)，具有一被接收在圓柱形缸體(32)，該缸體被連接以接受由筒體出口來的塑化材料，以及柱塞驅(qū)動裝置(60)，包括一由一電氣馬達(dá)(68)驅(qū)動的機(jī)構(gòu)(62)，用于將平移運(yùn)動傳遞到儲料器(20)的柱塞(34)，從而將塑化材料噴射到一模腔內(nèi)；其特征在于，所述柱塞(34)通常為圓柱形并能移動一預(yù)定長度的行程，以使所述柱塞(34)的行程與柱塞(34)的直徑之比至少為5。
2．如權(quán)利要求1所述的注塑模制裝置，其特征在于，所述柱塞驅(qū)動裝置(60)的機(jī)構(gòu)包括一與儲料器(20)的柱塞(34)連接的螺桿機(jī)構(gòu)(62)。
3．如權(quán)利要求1所述的注塑模制裝置，其特征在于，所述柱塞驅(qū)動裝置(60)的螺桿機(jī)構(gòu)(62)包括一與儲料器(20)的柱塞(34)連接的滾珠絲桿機(jī)構(gòu)。
4．如權(quán)利要求2或3所述的注塑模制裝置，其特征在于，所述柱塞驅(qū)動裝置(60)的螺桿機(jī)構(gòu)(62)還包括一裝在螺桿機(jī)構(gòu)(62)與儲料器(20)的柱塞(34)之間的連接裝置(72)，所述連接裝置不將螺桿機(jī)構(gòu)(62)的旋轉(zhuǎn)傳遞至柱塞(34)。
5．如權(quán)利要求1所述的注塑模制裝置，其特征在于，所述柱塞驅(qū)動裝置(60)的機(jī)構(gòu)(62)還能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞到儲料器(20)的柱塞(34)。
6．如權(quán)利要求5所述的注塑模制裝置，其特征在于，所述柱塞驅(qū)動裝置(60)的機(jī)構(gòu)包括一通過一離合器機(jī)構(gòu)(86)與儲料器(20)的柱塞(34)連接的螺桿機(jī)構(gòu)(62)。
7．如權(quán)利要求5所述的注塑模制裝置，其特征在于，所述熔融物儲料器(20)的柱塞(34)的至少一部分具有一螺旋片(36)。
8．如權(quán)利要求7所述的注塑模制裝置，其特征在于，所述柱塞驅(qū)動裝置(60)包括一與儲料器(20)的柱塞(34)連接的螺桿機(jī)構(gòu)(62)。
9．如權(quán)利要求8所述的注塑模制裝置，其特征在于，所述柱塞驅(qū)動裝置(60)還包括一介于螺桿機(jī)構(gòu)(62)與儲料器(20)的柱塞(34)之間的單向離合器(86)。
10．如權(quán)利要求1所述的注塑模制裝置，其特征在于，所述柱塞(34)的行程與柱塞(34)的直徑之比在10-15之間。
11．一種通過一包括一擠壓裝置(18)和一熔融物儲料器(20)的雙級注塑裝置(14)將塑性熔融物供至注塑模腔的方法，其特征在于，包括以下步驟(a)使擠壓裝置(18)工作以產(chǎn)生一塑性熔融物流；(b)將熔融物從擠壓裝置(18)傳遞到儲料器(20)；(c)使熔融物流進(jìn)入儲料器(20)以使它開始流到一容置在儲料器(20)的圓柱形腔室(32)內(nèi)的柱塞(34)上。(d)在將熔融物供至儲料器(20)的同時使柱塞(34)退回并旋轉(zhuǎn)、直至儲料器(20)的圓柱形腔室(32)接受了預(yù)定量的熔融物為止，以及(e)使柱塞(34)在儲料器(20)內(nèi)向前以將熔融物從腔室(32)排出并將它注射到模腔內(nèi)。
12．如權(quán)利要求11所述的雙級注塑方法，其特征在于，所述使柱塞(34)在儲料器(20)內(nèi)向前的步驟(e)在將熔融物注射到模腔內(nèi)時完成而無需使柱塞(34)旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙級全電氣注塑裝置(14)。具體涉及一種注塑裝置(14),其中進(jìn)料螺桿(30)最好僅用于塑化,而塑化材料的注射是通過一具有電動線性驅(qū)動裝置如一滾珠絲桿機(jī)構(gòu)(62)的單獨(dú)儲料器(20)完成的。儲料器(20)的柱塞(34)設(shè)有一螺旋片(36)并可通過一介于柱塞(34)與滾珠絲桿之間的單向離合器(86)旋轉(zhuǎn)。
文檔編號B29C45/53GK1284909SQ98813644
公開日2001年2月21日 申請日期1998年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月17日
發(fā)明者M·B·克勞斯 申請人:辛辛那提·米拉克龍公司