專利名稱：微分式擠出機(jī)及其成型工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擠出成型裝備技術(shù)領(lǐng)域，特指一種可實(shí)現(xiàn)對(duì)相同或不同種類的擠出成 型制品以及微型擠出成型制品同時(shí)批量生產(chǎn)的擠出機(jī)及其成型工藝。
背景技術(shù)：
擠出成型在塑料制品成型加工工業(yè)中占有很重要的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在塑料制品成 型加工中，擠出成型制品的產(chǎn)量居首位。與其他成型方法比較，擠出成型具有連續(xù)化生產(chǎn)、 生產(chǎn)率高、應(yīng)用廣泛和投資少、收效快的特點(diǎn)。隨著塑料擠出成型技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展， 擠出機(jī)的類型日益增多。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品不斷向微型化方向發(fā)展，因而產(chǎn)生了新世紀(jì)產(chǎn)業(yè)需求 的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMES)技術(shù)。成品質(zhì)量以毫克為計(jì)算單位，成品幾何尺寸以微米為度量單 位的微成型技術(shù)，是一門新興先進(jìn)制造技術(shù)；微成型技術(shù)以容易實(shí)現(xiàn)低成本大規(guī)模生產(chǎn)具 有精密微細(xì)尺寸零件的優(yōu)點(diǎn)成為世界制造技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。近年來(lái)，微成型技術(shù)發(fā)展 較快，其制品廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化、醫(yī)療、航天等多個(gè)領(lǐng)域，有著廣闊的發(fā)展前景。在微成型技 術(shù)領(lǐng)域中，微型擠出成型技術(shù)的研究起步于20世紀(jì)90年代末，與微型注塑成型技術(shù)相比起 步較晚，目前還存在著大量的技術(shù)問(wèn)題需研究，但該技術(shù)已表現(xiàn)出精度高、生產(chǎn)效率高等諸 多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，隨著MEMS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使得微型擠出成型技術(shù)成為微成型技術(shù)的一 個(gè)重要分支。國(guó)外開展這方面的研究較早，日本Gunma大學(xué)的Y Saotome和A Inoue等人 于1989年開展研究適合于微擠出成型的新材料，在1994年應(yīng)用微擠出成型技術(shù)制造出了 模數(shù)為IOym的微齒輪。國(guó)內(nèi)開展這方面的研究還鮮有報(bào)道。采用擠出成型技術(shù)制造微齒 輪與采用LIGA (Lithographie Gaivanoforming Abforming X光深刻模造法)技術(shù)直接制 造微齒輪相比，具有效率高、周期短、成本低等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品可直接應(yīng)用在MEMS中，作為微型 執(zhí)行器。微型擠出成型技術(shù)是擠出成型設(shè)備發(fā)展的一個(gè)新方向，開創(chuàng)了微細(xì)結(jié)構(gòu)零件和系 統(tǒng)制造研究的新途徑，其突出優(yōu)點(diǎn)就是能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高精細(xì)零件的大批量、低成本生 產(chǎn)。同傳統(tǒng)的、常規(guī)的擠出成型技術(shù)相比，微型擠出成型技術(shù)對(duì)成型材料、成型工藝及成型 設(shè)備等方面都提出了不同要求。微型擠出成型技術(shù)發(fā)展之初，并未有專用擠出機(jī)用于微型 擠出件的制造。微型擠出機(jī)的研究開發(fā)，存在許多一般設(shè)備設(shè)計(jì)加工過(guò)程中難以想像的困 難，設(shè)備開發(fā)的關(guān)鍵在于微型擠出機(jī)的加料、排氣、實(shí)現(xiàn)低溫?cái)D出輸送等問(wèn)題的解決。
隨著擠出成型技術(shù)的不斷發(fā)展，擠出機(jī)類型的不斷增新，新型擠出成型技術(shù)日益 發(fā)揮其重要作用；同時(shí)，隨著精細(xì)微結(jié)構(gòu)擠出成型制品的市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)微型擠出機(jī)的需 求逐年增加。由于微型制品的擠出產(chǎn)量要求低，目前多采用一模多腔技術(shù)，例如一臺(tái)擠出機(jī) 同時(shí)擠出兩個(gè)或多個(gè)制品，在擠出精度要求不高的場(chǎng)合，可以一模擠出16腔。但是由于各 腔模具加工誤差及擠出工藝參數(shù)波動(dòng)的影響，制品的精度很難保證，某一腔出現(xiàn)問(wèn)題，所有 腔都不能正常工作，并且為了保持壓力的平衡，多腔模具所加工制品的截面相同，截面不同 的制品很難穩(wěn)定擠出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠同時(shí)批量生產(chǎn)相同或不同 種類的擠出成型制品以 及微型擠出成型制品的擠出機(jī)及其工藝，各腔之間相互獨(dú)立，并且擠出制品精度高。本發(fā)明微分式擠出機(jī)，主要由擠出系統(tǒng)和計(jì)量分流系統(tǒng)組成，擠出系統(tǒng)與常規(guī)擠 出機(jī)相同，主要包括螺桿、機(jī)筒、加料裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)；計(jì)量分流系統(tǒng)包括行 星齒輪泵、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置和溫控裝置，計(jì)量分流系統(tǒng)設(shè)置在擠出系統(tǒng)出口端，用于 高溫熔體的輸送、分流、增壓和計(jì)量，轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器同行星齒輪泵的主動(dòng) 齒輪軸相連，主動(dòng)齒輪軸帶動(dòng)主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪泵有一個(gè) 主進(jìn)口和多個(gè)出口，主進(jìn)口與多個(gè)進(jìn)口分支相連，每個(gè)進(jìn)口分支經(jīng)過(guò)行星齒輪泵后有相應(yīng) 的一個(gè)出口，主進(jìn)口同擠出系統(tǒng)的出口相連通，多個(gè)出口分別同相應(yīng)的機(jī)頭相連接，進(jìn)口分 支及出口的數(shù)量與小齒輪的數(shù)量相同；溫控裝置設(shè)置在行星齒輪泵的泵體周圍，溫控裝置 對(duì)行星齒輪泵進(jìn)行加熱并控制其溫度，以保證塑料熔體能夠在泵中順暢流通，由于通過(guò)齒 輪的嚙合來(lái)傳輸熔體，并且通過(guò)行星齒輪泵將擠出機(jī)的一股料流分成了多股，從一個(gè)出口 流出的聚合物熔體的流量可以很少，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置能夠調(diào)節(jié)行星齒輪的轉(zhuǎn)速，所 以擠出產(chǎn)量可以精確控制。本發(fā)明微分式擠出機(jī)的擠出系統(tǒng)可以采用單螺桿或雙螺桿或多螺桿擠出機(jī)的擠 出系統(tǒng)，也可以采用往復(fù)螺桿擠出機(jī)或磨盤擠出機(jī)的擠出系統(tǒng)。本發(fā)明微分式擠出機(jī)的計(jì)量分流系統(tǒng)的溫控裝置可以采用加熱棒、加熱圈、加熱 絲、電磁加熱器或循環(huán)介質(zhì)。采用加熱棒即在泵體加工出放置加熱棒的孔，加熱棒防置于孔 中；采用加熱圈或電磁加熱器即選擇尺寸合適的加熱圈或電磁加熱器包裹在泵體上；采用 加熱絲即在泵體嵌入加熱絲；采用循環(huán)介質(zhì)即在泵體上加工出一些孔，滿足設(shè)定溫度的介 質(zhì)在孔中流動(dòng)。本發(fā)明微分式擠出機(jī)的計(jì)量分流系統(tǒng)的多個(gè)出口連接的機(jī)頭可以相同也可以不 同，可根據(jù)制品的需要進(jìn)行更換，各機(jī)頭可以統(tǒng)一進(jìn)行溫度控制，也可以分別控制，在擠出 過(guò)程中，根據(jù)截面成型壓力要求，通過(guò)機(jī)頭溫度調(diào)節(jié)來(lái)控制熔體的粘度，進(jìn)而控制其流動(dòng) 性。本發(fā)明微分式擠出機(jī)實(shí)現(xiàn)的擠出成型工藝過(guò)程同常規(guī)擠出成型工藝過(guò)程的不同 之處在于其擠出過(guò)程。在擠出過(guò)程中，塑料經(jīng)過(guò)擠出系統(tǒng)在機(jī)筒中熔融塑化后，在壓力作用 下經(jīng)由擠出系統(tǒng)的出口進(jìn)入計(jì)量分流系統(tǒng)的行星齒輪泵的主進(jìn)口中，再經(jīng)由進(jìn)口分支分別 進(jìn)入泵體中；溫控裝置對(duì)行星齒輪泵加熱并將其控制在適當(dāng)溫度，以保證塑料熔體在其中 能夠在熔融狀態(tài)下充分流動(dòng)，計(jì)量分流系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪軸帶動(dòng) 主齒輪和小齒輪工作，即驅(qū)動(dòng)行星齒輪泵工作，塑料熔體經(jīng)過(guò)行星齒輪的增壓計(jì)量作用從 出口流出進(jìn)入機(jī)頭中，各機(jī)頭可以統(tǒng)一進(jìn)行溫度控制，也可以分別控制，在擠出過(guò)程中，根 據(jù)截面成型壓力要求，通過(guò)溫度調(diào)節(jié)來(lái)控制熔體的粘度，進(jìn)而控制熔體流動(dòng)性，由此完成微 分式擠出成型的擠出過(guò)程。本發(fā)明可以采用常規(guī)擠出機(jī)的擠出系統(tǒng)，因此可以直接對(duì)普通擠出機(jī)進(jìn)行改進(jìn)， 尤其是小型擠出機(jī)，加入計(jì)量分流系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)微分式擠出機(jī)的功能。本發(fā)明微分式擠出機(jī)的排布位置同常規(guī)擠出機(jī)一致，有臥式和立式及兩者相結(jié)合的基本形式。擠出系統(tǒng)可根據(jù)計(jì)量分流系統(tǒng)的行星齒輪泵的進(jìn)口位置進(jìn)行設(shè)置，也可根據(jù) 擠出系統(tǒng)和機(jī)頭的位置需求改變計(jì)量分流系統(tǒng)的進(jìn)出口位置。使用本發(fā)明微分式擠出機(jī)進(jìn)行微型制件的擠出成型，由于其采用常規(guī)擠出機(jī)的擠 出系統(tǒng)，因此可以實(shí)現(xiàn)塑化量大、塑化效果好、混料性能高的優(yōu)點(diǎn)，又可滿足微擠出成型工 藝的要求；且不存在小尺寸螺桿加工難度大、使用壽命有限和塑化時(shí)間長(zhǎng)的限制；另外，可 通過(guò)行星齒輪泵實(shí)現(xiàn)一分多的微分功能，實(shí)現(xiàn)使用大型擠出機(jī)代替多臺(tái)小型擠出機(jī)的功 用，進(jìn)行大批量微型制品的擠出成型的目的，既可以利用一臺(tái)擠出機(jī)配合多個(gè)相同的機(jī)頭 同時(shí)批量生產(chǎn)相同的制品，由于各分支壓力由行星齒輪決定，相互間獨(dú)立，熔體壓力高且穩(wěn) 定，所以可以利用一臺(tái)擠出機(jī)配合多個(gè)不同種類的機(jī)頭同時(shí)生產(chǎn)不同種類的制品。擠出過(guò) 程中單個(gè)分支的調(diào)整，不影響其它分支的正常擠出，且具有計(jì)量功能的行星齒輪泵可提高控制計(jì)量的精度。本發(fā)明微分式擠出機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)就是能夠結(jié)合常規(guī)擠出機(jī)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)引入計(jì)量 分流系統(tǒng)突破現(xiàn)有微擠出機(jī)的一系列缺陷，實(shí)現(xiàn)高精度、高精細(xì)擠出成型制品的大批量、低 成本生產(chǎn)。尤其是適用于微型而具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)例如包括正方形、長(zhǎng)方形、圓形和橢圓形的形 狀單一或多種結(jié)合的幾何形狀的型材的擠出成型方面。


圖1是本發(fā)明微分式擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是本發(fā)明微分式擠出機(jī)的計(jì)量分流系統(tǒng)的放大示意3是本發(fā)明微分式擠出機(jī)的行星齒輪泵的軸向示意圖，從圖中可以觀察到熔體 流道的分布。圖中1.擠出系統(tǒng)，2.計(jì)量分流系統(tǒng)，1-1.螺桿，1-2.機(jī)筒，1-3.加熱冷卻系統(tǒng)，
1-4.加料裝置，1-5.傳動(dòng)系統(tǒng)，2-1.機(jī)頭，2-2.行星齒輪泵，2-3.溫控裝置，2-4.支座，
2-5.聯(lián)軸器，2-6.轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置，2-7.主進(jìn)口，2-8.進(jìn)口分支，2-9.主齒輪，2-10.小齒輪， 2-11.主動(dòng)齒輪軸，2-12.出口。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明微分式擠出機(jī)如圖1、圖2、圖3所示，主要由擠出系統(tǒng)(1)和計(jì)量分流系統(tǒng) (2)組成，擠出系統(tǒng)(1)跟常規(guī)擠出機(jī)的相同，主要包括螺桿(1-1)、機(jī)筒(1-2)、加熱冷卻系 統(tǒng)(1-3)、加料裝置(1-4)、和傳動(dòng)系統(tǒng)(1-5)；計(jì)量分流系統(tǒng)(2)包括行星齒輪泵(2-2)、支 座(2-4)、聯(lián)軸器(2-5)、轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置(2-6)、溫控裝置(2-3)，計(jì)量分流系統(tǒng)(2)設(shè)置在擠 出系統(tǒng)(1)出口端，轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置(2-6)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器(2-5)同行星齒輪泵(2-2)的 主動(dòng)齒輪軸(2-11)相連，行星齒輪泵(2-2)有一個(gè)主進(jìn)口(2-7)和多個(gè)出口(2-12)，主進(jìn) 口(2-7)與多個(gè)進(jìn)口分支(2-8)相連，每個(gè)進(jìn)口分支(2-8)經(jīng)過(guò)行星齒輪泵(2-2)后有相 應(yīng)的一個(gè)出口(2-12)，主進(jìn)口(2-7)同擠出系統(tǒng)(1)的出口相連通，多個(gè)出口(2-12)分別 同相應(yīng)的機(jī)頭(2-1)相連接；圖1-圖3所示采用了一進(jìn)六出的行星齒輪泵(2-2)，其有一 個(gè)主進(jìn)口(2-7)對(duì)應(yīng)六個(gè)出口(2-12)；溫控裝置(2-3)設(shè)置在行星齒輪泵的泵體周圍。本發(fā)明微分式擠出機(jī)成型工藝過(guò)程同常規(guī)擠出成型工藝過(guò)程的不同之處在于其 擠出過(guò)程。在擠出過(guò)程中，塑料經(jīng)過(guò)擠出系統(tǒng)(1)的加料裝置(1-4)進(jìn)入機(jī)筒(1-2)中，傳動(dòng)系統(tǒng)(1-5)控制螺桿(1-1)的轉(zhuǎn)速，在螺桿(1-1)和加熱冷卻系統(tǒng)(1-3)作用下塑料熔融塑化，熔融的塑料由擠出系統(tǒng)(1)的出口進(jìn)入計(jì)量分流系統(tǒng)(2)的行星齒輪泵(2-2)的 主進(jìn)口(2-7)中，再經(jīng)由進(jìn)口分支(2-8)分別進(jìn)入泵體中；計(jì)量分流系統(tǒng)(2)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝 置(2-6)通過(guò)聯(lián)軸器(2-5)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪軸(2-11)帶動(dòng)主齒輪(2-9)和小齒輪(2_10)工 作，塑料熔體經(jīng)過(guò)行星齒輪的增壓計(jì)量作用從出口流出，進(jìn)入機(jī)頭(2-1)中成型制品；由此 完成微分式擠出成型的擠出過(guò)程；擠出過(guò)程同時(shí)，需要溫控裝置(2-3)對(duì)行星齒輪泵(2-2) 加熱并控制，以保證塑料熔體在其中能夠在熔融狀態(tài)下充分流動(dòng)。
權(quán)利要求
微分式擠出機(jī)，其特征在于主要由擠出系統(tǒng)和計(jì)量分流系統(tǒng)組成，擠出系統(tǒng)與常規(guī)擠出機(jī)相同，主要包括螺桿、機(jī)筒、加料裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)；計(jì)量分流系統(tǒng)包括行星齒輪泵、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置和溫控裝置，計(jì)量分流系統(tǒng)設(shè)置在擠出系統(tǒng)出口，轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器同行星齒輪泵的主動(dòng)齒輪軸相連，主動(dòng)齒輪軸帶動(dòng)主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪泵有一個(gè)主進(jìn)口和多個(gè)出口，主進(jìn)口與多個(gè)進(jìn)口分支相連，每個(gè)進(jìn)口分支經(jīng)過(guò)行星齒輪泵后有相應(yīng)的一個(gè)出口，主進(jìn)口同擠出系統(tǒng)的出口相連通，多個(gè)出口分別同相應(yīng)的機(jī)頭相連接，進(jìn)口分支及出口的數(shù)量與小齒輪的數(shù)量相同，溫控裝置設(shè)置在行星齒輪泵的泵體周圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微分式擠出機(jī)，其特征在于其擠出系統(tǒng)可以采用單螺桿或 雙螺桿或多螺桿擠出機(jī)的擠出系統(tǒng)，也可以采用往復(fù)螺桿擠出機(jī)或磨盤擠出機(jī)的擠出系 統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微分式擠出機(jī)，其特征在于其計(jì)量分流系統(tǒng)的溫控裝置可 以采用加熱棒、加熱圈、加熱絲、電磁加熱器或循環(huán)介質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微分式擠出機(jī)，其特征在于與計(jì)量分流系統(tǒng)的多個(gè)出口相 連接的機(jī)頭可以相同也可以不同，各機(jī)頭的溫度可以分別控制。
5.利用權(quán)利要求1所述的微分式擠出機(jī)所實(shí)現(xiàn)的成型工藝，其特征在于塑料經(jīng)過(guò)擠 出系統(tǒng)的加料裝置進(jìn)入機(jī)筒中，傳動(dòng)系統(tǒng)控制螺桿的轉(zhuǎn)速，在螺桿和加熱冷卻系統(tǒng)作用下 塑料熔融塑化，熔融的塑料由擠出系統(tǒng)的出口進(jìn)入計(jì)量分流系統(tǒng)的行星齒輪泵的主進(jìn)口 中，再經(jīng)由進(jìn)口分支分別進(jìn)入泵體中，溫控裝置對(duì)行星齒輪泵加熱并將其控制在適當(dāng)溫度， 計(jì)量分流系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪軸帶動(dòng)主齒輪和小齒輪工作，塑料 熔體經(jīng)過(guò)行星齒輪從出口流出進(jìn)入機(jī)頭中，各機(jī)頭進(jìn)行溫度控制，根據(jù)截面成型壓力要求， 通過(guò)機(jī)頭溫度調(diào)節(jié)來(lái)控制熔體的粘度，由此完成微分式擠出成型的擠出過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明微分式擠出機(jī)及其成型工藝，微分式擠出機(jī)主要由擠出系統(tǒng)和計(jì)量分流系統(tǒng)組成，擠出系統(tǒng)跟常規(guī)擠出機(jī)的相同，計(jì)量分流系統(tǒng)包括行星齒輪泵、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置和溫控裝置，計(jì)量分流系統(tǒng)設(shè)置在擠出系統(tǒng)出口，轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器同行星齒輪泵的主動(dòng)齒輪軸相連，主動(dòng)齒輪軸帶動(dòng)主動(dòng)齒輪及小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪泵有一個(gè)主進(jìn)口和多個(gè)出口，每個(gè)進(jìn)口分支經(jīng)過(guò)行星齒輪泵后有相應(yīng)的一個(gè)出口，多個(gè)出口分別同相應(yīng)的機(jī)頭相連接。微分式擠出機(jī)及其成型工藝既可利用一臺(tái)擠出機(jī)配合多個(gè)機(jī)頭同時(shí)批量生產(chǎn)相同或不同制品，又可進(jìn)行微型擠出成型制件的大批量、低成本生產(chǎn)，且具有塑化量大、混料性能高、控制計(jì)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B29C47/92GK101837632SQ20091008012
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者丁玉梅, 劉勇, 安瑛, 楊衛(wèi)民, 王建, 謝鵬程, 閻華 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)