0    引言

        随着我国制造业的发展，为尽快适应当今微型、高精度加工，短周期交货及低成本生产的要求，特别是如果要成型手表、照相机、电脑、手机，医疗器械及人体内元件，传统机型已无法满足需要。目前我国生产高精密成型产品所用机器几乎全靠台湾、日本、美国、德国、意大利等进口。本文讲述了自主设计的微型高精密注塑机的结构及原理。该微型注塑机核心部分的设计与国外机塑化形式完全不同，集CNC、CAM数字控制、压力、温度、传感及红外线遥感和语言对话等措施控制的全自动机电一体化设计产品，并能达到环保、节能、精准、高效为一体的设计理念。

1    设计微型高精密注塑机的原由

        传统的注塑机的结构一般包括：开合模机构，熔胶注塑机构以及机架。开合模机构与熔胶注塑机构一字形排布在机架上，包括一长条形的熔胶筒，如中国专利文献CN201272008所公开的一种注塑机的熔胶筒节能结构一样。这种熔胶筒包括熔胶系统的螺杆、熔胶筒和射胶组件。熔胶筒上排布着多个发热圈,对熔胶筒进行分段加热。因此，这种注塑机的熔胶注塑机构一般都较长，使得整个注塑机的整体长度长，占地面积较大。为了解决上述问题，将熔胶注塑机构的熔胶与注射分成两个独立的部分，如中国专利文献CN201720992U所公开的一种全电动双螺杆注塑机。这种设计将熔胶装置和射胶装置上下平行排布，其熔胶装置位于射胶装置之上，从熔胶装置中被熔化的塑胶经球阀流入射胶装置中，通过射胶柱塞注射。这样可以大大地缩短熔胶注塑机构的长度，减少占地面积，但这种设计还存在结构复杂，且每次进胶完成后易使熔好的胶再次返回熔胶装置，也会影响产品的质量。为了克服传统注塑机上述缺陷，设计了一种能缩短注塑机的长度，而且其占用空间更小，结构更加紧凑的微型高精密注塑机。

2    微型高精密注塑机设计结构及工作原理

2.1    微型高精密注塑机的结构组成

        该设计由以下几个部分组成，包含：立体结构；熔注胶机构的立体结构及熔注胶机构核心部件的立体结构；搅拌和剪切螺杆、第一滚珠丝杠和注射杆的立体结构；搅拌和剪切螺杆及单向阀芯的剖面结构的两种状态；单元阀芯的平面结构；快速装模机构的立体结构。

2.1.1    微型高精密注塑机立体结构图及工作原理

        该微型高精密注塑机的组成包括开合模机构、熔注胶机构和机架，开合模机构和熔注胶机构设置在机架上。设计的基础上加上机箱构成该微型高精密注塑机的完整结构。

2.1.2    熔注胶机构的立体结构和溶注胶机构核心部件的立体结构及工作原理

        熔注胶机构包括进料斗、加热元件（设在座板上）、搅拌和剪切螺杆(设在加热元件之内并与加热元件的内壁形成熔胶室)、螺杆驱动装置、注射杆、注射杆驱动装置及单向阀芯。

2.1.3    搅拌和剪切螺杆、第一滚珠丝杠和注射杆的立体结构图及工作原理

        搅拌和剪切螺杆、进料斗通过座板设在加热元件上，并与熔胶室相通，在搅拌和剪切螺杆中央设有一端开口的孔，注射杆从开口伸入到孔内构成容积室，在搅拌和剪切螺杆的另一端设有进胶孔，在进胶孔远离开口一侧的搅拌和剪切螺杆上设有出胶孔，进胶孔、出胶孔与设置在加热元件靠近开合模机构一端的单向阀芯活动配合，构成进胶孔和出胶孔择一工作。在座板靠近注射杆驱动装置一侧设有复位弹簧，用于熔胶时将进胶孔封闭。复位弹簧也可以设计成不通过座板顶在加热元件上的结构，即可以设计成复位弹簧直接顶在加热元件上。

2.1.4    搅拌和剪切螺杆及单向阀芯两种状态的的剖面结构图及原理

        在熔胶和向容积室灌胶阶段，在熔胶室内的被熔化的塑胶量达到一定量后，由于搅拌和剪切螺杆不停地将这些被熔化的塑胶向单向阀芯一侧推动，对单向阀芯产生推力，由于单向阀芯顶在模具的唧嘴上不能动，这时在上述推力的反作用力下，与单向阀芯配套的限位环连同加热元件和搅拌和剪切螺杆向后退，后退距离超过预定距离时，进胶孔漏出于密封段，处于避空段之中，当然，没有避空段也是可以的，只需要进胶孔漏出于密封段即可。该设计中的单向阀芯配套的限位环限的可移动预定距离设计成2mm，而出胶孔被密封段密封，这时被熔化和剪切好的塑胶会从进胶孔（本设计中为一圈多个进胶孔）被灌入容积室内，进入的液态塑胶会将注射杆逐渐向后推动，直至达到预定距离（由PLC预先设置该距离）时，停止熔胶，搅拌和剪切螺杆停止转动，这时推力减为零，在复位弹簧的作用下，限位环连同加热元件和搅拌及剪切螺杆向前复位，将单向阀芯的出胶孔漏出于出胶段内，进胶孔被密封段封住，在注射杆的推动下，被熔化好的塑料胶液从出胶孔（本设计中为一圈多个出胶孔）流出，经过出胶段的射胶孔和唧嘴流入模仁内，直至完成注塑。注塑完成后，再开始第二次熔胶注射循环。

2.1.5    单向阀芯的平面结构示意图

        该微型高精密注塑机单向阀芯从里到外依次包括密封段、出胶段及射胶段，射胶孔设在射胶段上，并与出胶段的内容相通，密封段的内空内径小于出胶段的内空内径，且与搅拌和剪切螺杆的端头的外径相等。单向阀芯的紧接着密封段还设有避空段，避空段中央为外端等于端头外径，内端大于端头外径的锥形孔。

2.1.6    快速装模机构的立体结构示意图

        合模活动板和前模固定板设有快速装模机构，快速装模机构包括前插板和后插板。前插板和后插板相隔一定距离通过连接板连为一体构成插槽。连接板上设有螺杆，使用时，将前插板插入模仁的相应槽内，后插板插入开合模活动板或前模固定板的相应槽内，锁紧螺杆就可以将模仁固定在开合模活动板或前模固定板上，这种方式可以从侧面安装模仁，比以往的从正面安装模仁要方便许多。在机架的周围设有机箱，进胶孔为一圈多孔结构，出胶孔为一圈多孔结构。

        该设计中，螺杆驱动装置包括一个伺服电机，即：第一伺服电机。第一伺服电机通过齿轮组带动所述搅拌和剪切螺杆旋转。注射杆驱动装置包括一个伺服电机，即第二伺服电机。第二伺服电机通过第一同步皮带及第一同步轮带动第一滚珠丝杠旋转，从而驱动注射杆前进或后退。开合模机构包括一个伺服电机，即第三伺服电机。第三伺服电机通过第二同步皮带、第二同步轮及第二滚珠丝杠带动开合模活动板，相对于前模固定板移动。

2.2    微型高精密注塑机的冷却系统

        微型高精密注塑机的冷却系统采用快速冷确或加温系统对不同的高分子材料成型实施自动切换，运用成熟的制冷热单元体进行拼装组合。

3    微型高精密注塑机优点及用途

        首先，该设计去掉了传统的液压执行机构，克服传动的疲软性及精度公差的积累性，对微型高精密注塑机核心部分设计是以最少的传动环节，直接使用动力支持所有的执行机构。

        其次，该设计采用了双螺杆复后结构，以开合模机构和熔注胶机构设置在机架上，实施空心回流使溶体回流至特制罗杆的注塑腔内，减小注射活塞直径，不仅使传统的熔胶筒缩短了近40%的长度，而且这种结构相对于双螺杆上下平行排布而言，其结构更加紧凑，容易维修。并且该设计采用了长度与截面之比较大的注射杆，使注射杆的行程更长，有较长时间控制注射量，可将注射量精准度提高到0.01mg。在机型方面比国外同等注塑量机型，重量轻1/3，长度短1/3，可广泛应用于对医疗行业、IT行业所用的小型零部件的注塑。

        最后，该设计采用独特的单向阀芯设计，在不增加任何额外机构的情况下，可以实现自动进胶和出胶，同时全部驱动机构采用伺服电机控制，传感系统、遥感系统，数据存储，并融入语言提示模块,实现人机对话。

        该微型高精密注塑机可以实现自动准确关闭进胶口，保证热溶胶不会返回到熔胶部分，可克服高温料液烫伤人的隐患。