專利名稱：全電動螺桿旋轉注射成型裝置及注射成型方法
技術領域：
本發(fā)明涉及橡膠加工成型技術領域，特別涉及一種全電動螺桿旋轉注射成型裝置及注射成型方法。
背景技術：
目前國內外橡膠注射成型技術，其橡膠注射裝置在傳動上采用的是全液壓傳動驅動塑化螺桿轉動裝置的是液壓馬達，推動軸向注射裝置的是液壓油缸，預緊噴嘴與模具注射口壓合裝置的是液壓油缸；在橡膠注射成型工藝方法上看，目前橡膠注射成型采用的是二步法注射成型第一步進行塑化-定量，第二步進行注射。這種傳統(tǒng)的注射成型技術，在液壓傳動方面存在以下缺點一是浪費能源，其在整個作業(yè)過程中，電機始終處在工作狀態(tài)，與各種工作狀態(tài)所需功率不匹配，導致無用功增加，造成電能浪費；同時在作業(yè)過程中，由電能轉變成液壓能再轉變成機械能，也造成電能的損失；二是液壓系統(tǒng)中易損件太多，容易導致機械故障，影響可靠性；三是作業(yè)過程中，液壓系統(tǒng)容易泄漏，污染工作環(huán)境；四維護保養(yǎng)困難，運行成本較高。
同時，這種傳統(tǒng)的注射成型技術的二步法注射工藝方面存在以下缺點一是浪費能源，其不但在塑化過程中消耗能源，在注射過程中也消耗能源；二是影響質量，其塑化時先進入定量內腔的物料，同樣在注射時也先進入模腔，導致物料熱歷程的明顯差異，而影響制品的質量；三是降低了生產效率，塑化好的物料必須有停留時間，然后才能注射，從而影響生產效率；四設備復雜化，其不但需設置塑化裝置、定量裝置，而且還必須設置獨立的注射裝置；五尤其是現(xiàn)有方法設有定量裝置，限制了注射容量，不能注射容量大的橡膠制品，從而制約了注射成型技術的應用范圍。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提供一種節(jié)約能源、提高生產效率、設備結構簡單、可生產大型橡膠制品的全電動注射成型裝置和螺桿旋轉注射成型方法(一步法)。

發(fā)明內容
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明主要由電動螺桿旋轉塑化注射系統(tǒng)、電動壓合系統(tǒng)、機架、制品模型等部分組成。下面分部分進行詳細介紹電動螺桿旋轉塑化注射系統(tǒng)有電機、減速箱、軸承箱以及可旋轉的螺桿、機筒、噴咀等組成。在減速箱的輸入端裝有驅動電機，在減速箱輸出端裝有承受巨大軸向力的軸承箱，軸承箱與減速箱端蓋相連，在軸承箱另一端蓋與機筒相連接，可旋轉螺桿通過軸承箱與減速箱連接，噴咀安裝在機筒的下端。
所述塑化注射用電動系統(tǒng)的軸承箱，包括軸承座，安置軸承座的移動橫梁，在軸承座中央裝有與減速箱出軸連接的帶軸肩的空心軸套，在軸承座的內孔上方裝有壓力傳感器，在軸肩的上方裝有推力調心軸承，在軸肩下方裝有圓錐滾子軸承，在軸承座下端面安裝有軸承端蓋。
電動壓合系統(tǒng)主要設有減速箱，在減速箱的輸入端安裝有驅動電機，在減速箱的輸出端設有承受軸向力的軸承箱，軸承箱與減速箱端蓋相連，滾珠絲杠或螺旋端軸通過軸承箱與減速箱連接。
所述電動壓合系統(tǒng)的軸承箱，包括軸承座，安置軸承座的固定橫梁，在軸承座中央裝有與減速箱出軸聯(lián)接的帶軸肩的空心軸套，在軸承座內孔上方設有壓力傳感器，在軸肩上方安裝有推力調心滾子軸承，在軸肩下方裝有的圓錐滾子軸承，在軸承座下端面安裝有軸承端蓋。
機架部分主要由立柱，上橫梁、移動橫梁、固定模板等組成。立柱，上橫梁與固定模板實行剛性連接，形成堅固的機架系統(tǒng)。移動橫梁可沿著立柱的軸線作上下移動。機架的下方也可安裝軌道或滾輪，對整個系統(tǒng)進行移動，以便對多個模型實施注射。
優(yōu)選地，塑化、注射用電動系統(tǒng)中設置有一軸承箱，這種軸承箱能承受巨大的軸向力，保證塑化、注射過程安全可靠的操作。
優(yōu)選地，塑化、注射用的電動系統(tǒng)中軸承箱內的壓力傳感器，能準確地測量出塑化注射時的軸向力，并能設定安全的軸向力操作點。當超出安全軸向力時，可停止操作，實現(xiàn)塑化、注射過程軸向力的數(shù)字化操作。
優(yōu)選地，實施注射噴嘴與模具注入口壓合用的電動壓合系統(tǒng)中的軸承箱，其內裝有一壓力傳感器，用以控制壓合時的壓合壓力，并預先預定好壓合壓力，當壓合力到達設定噸位時，自動停止壓合過程，實現(xiàn)壓合過程的自動與數(shù)字化操作。
根據(jù)發(fā)明另一方面，提供了一種橡膠螺桿旋轉注射成型方法，所述橡膠螺桿旋轉注射裝置包括一驅動電機，一與電機聯(lián)接的減速箱，一與減速箱聯(lián)接的螺桿、機筒以及與機筒聯(lián)接的注射機機頭與噴嘴。
塑化注射裝置由電機通過減速箱、軸承箱直接驅動螺桿旋轉，螺桿旋轉的過程中，通過與機筒的作用，將物料連續(xù)塑化，與此同時利用螺桿旋轉產生的推力將已塑化好的物料以高速、高壓、高溫的噴流通過注射機頭和噴咀直接注入制品模腔。
優(yōu)選地，塑化和注射過程都在螺桿旋轉過程中一步完成，其無需采用專門設置的推力注射裝置。
優(yōu)選地，注射物料的定量過程與注射過程同步動態(tài)進行，當充模物料的壓力達到設定的壓力時，即充分注滿模腔，此時既完成了物料的定量，也完成了物料的注射。
優(yōu)選地，在物料經過流道中或在模腔中設置一測壓傳感器或非接觸測量的壓力傳感器，用于檢測物料的注射壓力，在注射壓力達到某一設定值時，指令停止注射。
有益效果采用本發(fā)明的注射成型裝置和注射成型方法，具有以下幾個優(yōu)點(1)節(jié)省電能電動傳動可以根據(jù)塑化所需功率和壓合所需功率選擇相適配功率的電機，提高有功功率，降低能耗；直接由電能轉變成機械能，中間無需通過液壓能轉變，提高傳動效率，降低能耗；取消軸向注射裝置的動力，此過程無需用電能。以上三點均能節(jié)省電能。
(2)提高制品質量在注射成型過程中，塑化的膠料，熱歷程均勻；同時注滿模具物料的致密性，可以通過調整注射壓力加以控制，對不同制品采有不同的注射壓力，優(yōu)選其質量的最佳注射壓力，并可獲得注射制品批量與批量之間質量的均勻性和穩(wěn)定性。
(3)提高效率本發(fā)明在注射成型過程中，無需經過靜態(tài)定量，省出了靜態(tài)定量停留的時間，從而提高了效率。
(4)提高設備的可靠性電動系統(tǒng)的易損件比液壓系統(tǒng)的易損件少，而且沒有液壓的泄漏問題，從而提高了設備的可靠性。
(5)突破了注射容量問題現(xiàn)有的注射裝置因是靜態(tài)機械定量，定量的體積受到塑化能力和注射壓力的限制，因而注射容積受到限制；而本發(fā)明采用的是動態(tài)信息定量技術，定量的體積沒有限制，同時在動態(tài)中無需更大的動力，從而突破了注射容量問題。
(6)降低了運行成本維護保養(yǎng)工作量小，易損元器件少，同時對維護保養(yǎng)技術人員沒有特別要求，從而降低了運行成本。
(7)實現(xiàn)文明生產本發(fā)明沒有跑冒滴漏問題。


圖1為本發(fā)明全電動橡膠螺桿旋轉注射成型裝置總裝圖。
圖2為本發(fā)明塑化、注射系統(tǒng)部件圖。
圖3為本發(fā)明壓合裝置部件圖。
實現(xiàn)發(fā)明的優(yōu)選實施例下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
注射系統(tǒng)1安裝在移動橫梁4中心位置，其上部的驅動電機10可自由通過上橫梁3的中央預留孔；移動橫梁4套在立柱5上，并可自由地沿著立柱作上下移動。電動壓合裝置2安裝在上橫梁3上，上橫梁3與立柱固定在一起，電動壓合裝置的傳動螺母36固定在移動橫梁4上，與其配合的螺旋33穿過傳動螺母36中心。立柱5的中間裝有固定模板6，固定模板6緊固在立柱5上，由此與上橫梁3構成了牢固的立式機架。在固定模板6底面安裝有上模7，下模8安裝在動模板9上。
如圖2所示，本實施例的注射塑化系統(tǒng)驅動電機10與減速機11相連，減速機11固定在移動橫梁4上。軸承座12安裝在移動橫梁4中心，帶軸肩的空心軸套13連接了減速箱出軸和可轉動螺桿19，軸承座1 2內腔上部裝有壓力傳感器14，在壓力傳感器14下方裝有推力調心滾子軸承15，軸承15的定圈上端部壓著壓力傳感器14，空心軸套13軸肩下方裝有圓錐滾子軸承16，，壓蓋18將軸承箱密封。機筒17連接在移動橫梁上并與螺桿19相配合，螺桿19在機筒17可轉動，螺桿19與機筒17構成了塑化和注射系統(tǒng)。機筒前端連接有一機頭口模21，機頭口模前端裝有噴嘴22，而噴嘴前端可與模具7的物料注入口相壓接。螺桿19前端配設有錐形螺桿頭23，而機頭口模21內部有一軸向錐形孔。錐形螺桿頭裝配在軸向錐形孔中，錐形孔與錐形螺桿頭23的形狀相吻合，其間形成一錐形環(huán)狀流道。該錐形環(huán)狀流道在后端與機筒17連通，在前端與噴嘴22連通，從機筒17來的物料借助螺桿19的旋轉推進經由錐形環(huán)狀流道進入噴嘴22，噴嘴22將經螺桿、機筒塑化后形成的高溫，高壓，高速的物料注入制品模具的模腔，使其成型。
機頭口模結構中設置加熱、冷卻水道25，用以對通過流道的物料溫度進行控制；另外，可在流道上設置測溫傳感器，用以監(jiān)測物料的注射溫度，從而可以使物料在預期溫度下注入模腔。此外，在流道上裝有測壓傳感器26，用以監(jiān)測物料的注射壓力，在由測壓傳感器26檢測的注射壓力達到某一預先設定的壓力值時，注射成型裝置停止運轉，注射過程結束。在具體使用中，可對噴嘴的口徑進行選擇，以控制物料注入模腔的速度。
如圖3所示，本實施例的電動壓合裝置包括電機27與行星齒輪減速箱28相連，行星齒輪減速箱與上橫梁3固定在一起。軸承座29安裝在上橫梁3中，帶軸肩的空心軸套30將減速箱出軸與傳動螺旋33連接在一起，軸承座29內腔上部安裝有壓力傳感器31；壓力傳感器31下方裝有推力調心滾子軸承32，下方還裝有圓柱滾子軸承34；壓蓋35將軸承箱密封。與傳動螺旋33配套的傳動螺母36用螺栓緊固在移動橫梁4上。
下面結合附圖及實施例說明具有上述結構的全電動橡膠注射成型裝置的操作方法在制品模具7、8鎖模后，壓合裝置2的電機27按一定方向轉動，帶動行星齒輪減速箱28主軸轉動，從而驅動滾珠絲杠33轉動，由于滾珠螺母36固定在移動橫梁4上，逼使移動橫梁4沿著立柱作軸向移動，而塑化注射系統(tǒng)是固定在移動橫梁4中央的，則塑化注射系統(tǒng)也同步移動；當塑化注射系統(tǒng)的噴嘴22與模具7的注射口壓合至設定的噸位時，此時注射口產生一個反力傳至噴嘴22，傳至機頭21，傳至機筒17，通過機筒17的頂端傳至移動橫梁4，傳至滾珠螺母36，傳至滾珠絲杠33，傳至空心軸套30的軸肩，傳至推力調心滾子軸承32，傳至壓合力傳感器31，此時壓合力傳感器產生一個信號，指令壓合裝置2停止工作，實現(xiàn)了噴嘴22與模具7注射口的壓合作用，防止注射過程中物料在壓力下泄漏。在完成壓合操作后，塑化注射系統(tǒng)1的驅動電機10啟動，帶動行星齒輪減速器11主軸轉動，從而驅動塑化、注射系統(tǒng)中的螺桿19轉動，此時膠料從塑化注射系統(tǒng)的喂料口喂入，膠料在螺桿19、機筒17的聯(lián)合作用下，物料連續(xù)往機頭21方向輸送，在這過程中物料得到充分塑化，被塑化的物料在高速旋轉螺桿1 9的作用下，產生巨大的推力，把塑化的物料通過錐型環(huán)狀流道推向注射噴咀22，從而產生高溫、高壓、高速的噴流注入模腔。當模腔的物料逐漸注滿時，其模腔內的壓力傳至機頭流道處壓力傳感器26，當模腔的物料壓力達到注射預定的壓力時，其壓力傳送到壓力傳感器26，這時傳感器26發(fā)出信號，指令塑化注射系統(tǒng)1停止工作；壓合裝置2退出壓合狀態(tài)，復位，至此完成整個注射過程。
塑化、注射系統(tǒng)1在工作過程中，機頭與機筒內將產生巨大的反壓軸向力，軸向力作用途徑為機筒17與機頭21傳至螺桿19，傳至空心軸13的軸肩，傳至推力調心滾子軸承15，傳至軸向力壓力傳感器14，傳至軸承座12，傳至機筒17與機頭21。這種軸承箱的工作過程，使巨大的軸向力作用在一個閉環(huán)的受力體系中，避免行星齒輪箱11承受巨大軸向力，使注射裝置實現(xiàn)電傳動成為可能。為了塑化、注射系統(tǒng)1的安全和數(shù)字化操作，在軸承箱設置了軸向力檢測傳感器14，在操作過程中，傳感器14在軸向力的作用下，將信號輸至二次數(shù)字儀表，從而可監(jiān)視軸向力的變化情況和記錄，當意外情況發(fā)生，軸向力超過了設定的極限值，傳感器14將發(fā)出信號，指令注射裝置停止工作，起到安全保護作用。
以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。除了以上的結構形式外，電機可采用直流調速電機或變頻電機；減速箱可采用平面二次包絡減速箱或其它形式減速箱；其機架可作成移動式，進行多工位移動注射等。對于本技術領域普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，只要采用了作為注射裝置的全電動傳動和螺桿旋轉注射的主體結構，并在其基礎上增加或改動一些部件，均落在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種全電動螺桿旋轉注射成型裝置，主要由電動螺桿旋轉塑化注射系統(tǒng)、電動壓合系統(tǒng)、機架、模具等部分組成；其特征在于電動螺桿旋轉塑化注射系統(tǒng)由電機、減速機、軸承箱、可旋轉的螺桿、機筒、噴咀等組成，并安裝在機架移動橫梁中心點處，移動橫梁以機架的立柱為軌道，可自由地沿著軌道上下移動；移動橫梁上下運動時其驅動電機可自由穿過上橫梁的中央預留孔。帶動移動橫梁上下運動的電動壓合裝置主要由電機、減速機、軸承箱、螺旋、螺母等組成，電動壓合裝置電傳動部分安裝在機架上橫梁中心線的一側，電動壓合裝置的傳動螺母固定在移動橫梁上，螺母中心配有螺旋，螺旋通過安裝在上橫梁內的軸承箱與壓合裝置的電傳動系統(tǒng)相連接；當電機通過減速機帶動螺旋旋轉時，螺母便帶動移動橫梁沿著軌道上下運動，使電動螺桿旋轉塑化注射系統(tǒng)的噴咀與模具的注射口壓合，將物料連續(xù)不斷的注入制品模型中。
2.如權利要求1所述的全電動螺桿旋轉注射成型裝置的電動螺桿旋轉塑化注射系統(tǒng)，其特征在于驅動電機通過減速箱及軸承箱帶動機筒內可旋轉的螺桿轉動，通過螺桿與機筒之間的作用將物料不間斷輸送至噴咀，通過噴咀將物料注入制品模型中。
3.如權利要求1所述的全電動螺桿旋轉注射成型裝置的電動螺桿旋轉塑化注射系統(tǒng)，其特征在于，減速箱與可旋轉的螺桿聯(lián)接處設置了軸承箱，軸承箱內裝有推力調心滾子軸承，該軸承可承受注射時產生的巨大軸向力；在推力調心滾子軸承靠近減速箱一側安裝了測壓傳感器，當傳感器測到的壓力達到設定壓力時，塑化注射系統(tǒng)的電動機停止工作。
4.如權利要求1和2所述的全電動螺桿旋轉注射成型裝置的電動螺桿旋轉塑化注射系統(tǒng)，其特征在于，機筒下端連接有一機頭口模，機頭口模另一端裝有噴咀，噴咀一端可與制品模型注射口壓接。螺桿下端裝有一錐形螺桿頭，機頭口模內有一軸向錐形孔；錐形螺桿頭配裝在軸向錐形孔中，其兩者之間形成一錐形環(huán)狀流道。該錐形環(huán)狀流道的一端與機筒連通，另一端與噴嘴相通，從機筒來的物料借助螺桿旋轉的推力經由該錐形環(huán)狀流道進入噴嘴。
5.根據(jù)權利要求1和2所述的全電動螺桿旋轉注射成型裝置的電動螺桿旋轉塑化注射系統(tǒng)，其特征在于機頭口模處設有加熱、冷卻水道，用以對通過流道的物料溫度進行控制；并在流道上裝一測溫傳感器，用以監(jiān)測物料的注射溫度，使物料在設定溫度下注入模型內腔。在流道上還裝有測壓傳感器，傳感器檢測到的注射壓力達到預先設定壓力值時，電動螺桿旋轉塑化注射系統(tǒng)的電機停止工作。
6.如權利要求1所述的全電動螺桿旋轉注射成型裝置的電動壓合系統(tǒng)，其特征在于減速箱與傳動螺旋的聯(lián)接處設置了軸承箱，軸承箱內裝有推力調心滾子軸承，可承受壓合時產生的巨大軸向力。在軸承靠近減速箱一側安裝了測壓傳感器，當傳感器測到的壓力達到設定壓力時，壓合系統(tǒng)的電動機停止工作。
7.如權利要求1所述的全電動螺桿旋轉注射成型裝置的機架可以是固定的也可制成可移動的，用于對多個模型進行注射。
8.一種橡膠螺桿旋轉注射成型方法所述全電動螺桿旋轉注射裝置包括一驅動電機，一與電機聯(lián)接的減速箱，一與減速箱聯(lián)接的螺桿、機筒以及與機筒聯(lián)接的注射機機頭與噴嘴。電機通過減速箱及軸承箱驅動螺桿在機筒內旋轉將物料連續(xù)塑化，與此同時利用螺桿旋轉產生的推力將已塑化好的物料以高速、高壓、高溫的噴流通過注射機頭和噴嘴不間斷的直接注入模腔。塑化和注射過程都在螺桿旋轉過程中一步完成，其無需采用專門設置的推力注射裝置。其注射物料的定量過程與注射過程同步動態(tài)進行，當充模物料的壓力達到設定的壓力時，即充分注滿模腔，此時既完成了物料的定量，也完成了物料的注射和成型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全電動螺桿旋轉注射成型裝置及注射成型方法。本發(fā)明主要由電動螺桿旋轉塑化注射系統(tǒng)1、電動壓合系統(tǒng)2、機架3、模具4等部分組成。當電機通過減速器帶動安裝在移動橫梁上的螺桿旋轉塑化注射系統(tǒng)的噴嘴與制品的模具注射口壓合后，啟動旋轉塑化注射系統(tǒng)的螺桿旋轉，通過螺桿與機筒的作用對物料產生塑化和推動作用，對制品進行一步法注射成型。本發(fā)明是一種設備結構簡單、節(jié)省能源、維護方便、可注射大型橡膠制品的設備和方法，可廣泛應用于橡膠制品加工行業(yè)。
文檔編號B29C45/72GK1718413SQ200510043500
公開日2006年1月11日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權日2005年5月20日
發(fā)明者呂柏源, 李軍亮 申請人:青島科技大學