CN113977860A - 注塑机、静态混合器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种注塑机、静态混合器及其制造方法。所述静态混合器包括外套筒和混合体内芯；外套筒内设有沿其轴线延伸并贯通该外套筒两端的中孔；混合体内芯为一体成型结构，包括基体和分布于所述基体外周的多个棱条；该基体内部设有沿其轴线延伸贯通的中央流道孔；各个棱条绕该基体的轴线呈螺旋状延伸，相邻的棱条之间形成呈螺旋状延伸的螺旋通道；每一棱条上设有贯通相邻螺旋通道的第一相贯孔，该基体上设有贯通所述螺旋通道和所述中央流道孔的第二相贯孔；所述棱条的外表面贴合固定于所述外套筒的中孔的内壁。本发明可改善流体混合效果且结构简单。

Description

注塑机、静态混合器及其制造方法

技术领域

本发明涉及流体混合技术领域，特别涉及一种注塑机、静态混合器及其制造方法。

背景技术

在流体混合技术领域中，一般通过扩散、对流、剪切的手段完成流体的混合。当流体在管道内定向流动时，流体大部处于层流状态，流体的剪切作用极小，除了靠近管壁表面的一部分流体会产生湍流剪切外，流体其他部位的混合作用不明显。为改善这种状况，通常需要用到静态混合器。如注塑、挤出生产中，如果需要添加色母料或其他添加剂来改变制品颜色或者改善产品的各项性能时，通常需要利用增加静态混合器装置来使这些色母料或添加剂与塑料混合。

传统SK型和SL型静态混合器应用广泛，但在使用中都存在不足。SK型静态混合器主要是由单孔道左右扭转螺旋片焊接而成的结构，优点在于制造简单、价格低廉、便于清理更换、适用于流动性较好的流体，缺点为不能承受较高压力、使用寿命短、不适用流动性较差而又要求具有较好分散性的熔体。SL型静态混合器是由交叉的横条按一定规律构成的网状结构，优点在于分散性能较好，适用于流动性较好的熔体；缺点为制造困难、价格高昂、整体框架均为焊接加工或者粉末冶金铸造，内部表面光洁度无法保证，不能承受较高压力，而且清理困难。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种静态混合器，以在结构较为简单的情况下改善流体混合效果。

本发明的另一个目的在于提供一种具有上述静态混合器的注塑机。

本发明的又一个目的在于提供一种上述静态混合器的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种静态混合器，包括：外套筒，其内设有沿其轴线延伸并贯通该外套筒两端的中孔；混合体内芯，其为一体成型结构，包括基体和分布于所述基体外周的多个棱条；该基体内部设有沿其轴线延伸贯通的中央流道孔；各个棱条绕该基体的轴线呈螺旋状延伸，相邻的棱条之间形成呈螺旋状延伸的螺旋通道；每一棱条上设有贯通相邻螺旋通道的第一相贯孔，该基体上设有贯通所述螺旋通道和所述中央流道孔的第二相贯孔；所述棱条的外表面贴合固定于所述外套筒的中孔的内壁。

其中，所述外套筒与该混合体内芯过盈配合固定。

其中，所述中孔在所述外套筒的一端形成进口，在所述外套筒的另一端形成出口，所述进口的直径大于所述出口的直径。

其中，所述中孔呈圆台状，其锥度为1:300～1:500。

其中，所述螺旋通道内的所述第一相贯孔和所述第二相贯孔的总开孔面积占所述螺旋通道的总表面积的10％～30％。

其中，所述螺旋通道的法向截面呈弧形，所述第一相贯孔和所述第二相贯孔的穿孔方向与所述螺旋通道的弧形面垂直。

其中，所述棱条的数量为三个以上，绕所述基体的轴线均匀分布。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种注塑机，包括射嘴，还包括如上所述的静态混合器，所述静态混合器装设于所述射嘴内部。

根据本发明的又一个方面，本发明提供一种如上所述的静态混合器的制造方法，包括：

在一圆柱胚料上加工出位于中心的中央流道孔和位于外周的多个通道孔，形成所述基体和分布于该基体外周的多个直肋；

通过扭制成型将所述直肋扭制为呈螺旋状延伸的棱条，所述通道孔相应形成所述螺旋通道；

在所述棱条上加工出所述第一相贯孔，在所述基体上加工出所述第二相贯孔，形成所述混合体内芯；

将所述混合体内芯装入已成型的所述外套筒中固定。

其中，所述将所述混合体内芯装入已成型的所述外套筒中固定的步骤包括：将所述混合体内芯冷却后装入所述外套筒中，所述混合体内芯的温度回复后与所述外套筒形成过盈配合固定。

由上述技术方案可知，本发明至少具有如下优点和积极效果：本发明的静态混合器中，通过混合体内芯装入外套筒中形成供流体流动的流体通道，该流体通道由中央流道孔和多个呈螺旋状延伸的螺旋通道构成；当流体团进入该静态混合器时，会被分为多股流体流分别进入中央流道孔和螺旋通道中；一个螺旋通道内的流体流在第一相贯孔的边界效应下被打破流体连续流，原有的流体流将会分离出一部分进入相邻的螺旋通道；而中央流道孔内的流体流的流速较快，在第二相贯孔的连通作用下会与螺旋通道进行压力、流量补偿，从而更容易打破螺旋通道内的流体流。流体团流经该静态混合器的过程中被连续多次的分离、汇合，流体团内部因为压力流量变化产生涡流及剪切作用，使流体更趋于均匀，最终形成匀质流体流出。该流体通道整体上呈流线型，能够避免流体滞留，也更利于清洗维护。该静态混合器主要由一体成型的混合体内芯固定在外套筒中构成，零件少，结构相比于常规的SL型静态混合器要简单得多，制造方便。

附图说明

图1是本发明实施例的静态混合器的示意图。

图2是图1的剖视图。

图3是图2中A-A剖视图。

图4是图1中的外套筒的示意图。

图5是图1中的混合体内芯的示意图。

图6是本发明实施例的静态混合器的制造方法的流程示意图。

图7是根据图6的制造方法制造静态混合器的过程示意图。

附图标记说明如下：

1、静态混合器；

11、外套筒；111、中孔；112、进口；113、出口；

12、混合体内芯；121、基体；1211、中央流道孔；1212、第二相贯孔；122、棱条；1221、第一相贯孔；123、螺旋通道；

1000、胚料；1220、直肋；1230、通道孔。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明主要提供一种静态混合器及具有该静态混合器的注塑机，并进一步提供该静态混合器的制造方法。该静态混合器可以对流体进行混合，改善流体混合效果。在应用于注塑机时，静态混合器装设于注塑机的射嘴中，对进入射嘴的塑胶熔体进行混合以得到更均匀的流体。

本文省略了关于注塑机实施例的图示，以下主要结合静态混合器的结构附图对静态混合器进行详细介绍，有关静态混合器与射嘴的安装配合可以参照本领域的相关技术。

参阅图1至图5，本实施例的静态混合器1包括外套筒11和固定于外套筒11内部的混合体内芯12。

外套筒11大致上呈圆筒状，其外形结构可以依据其所要配合安装的结构进行适应性设计。例如，当外套筒11用于装设到射嘴(图未示)中时，外套筒11的外形与射嘴的内腔相适配。外套筒11的外表面可以是光滑表面，也可以设置如螺纹、缺口、凸块等结构以应对各种安装环境。

外套筒11的内部设有沿其轴线延伸并贯通该外套筒11两端的中孔111，该中孔111在外套筒11的一端端面形成进口112，在外套筒11的另一端端面形成出口113。

较佳地，进口112的直径D1略大于出口113的直径D2。在一些实施例中，中孔111呈圆台状，也即在沿进口112至出口113的方向上，中孔111各处的直径逐渐变小，该圆台的锥度可以在1:300～1:500之间，具体可以依据外套筒11的材料收缩率、外套筒11的尺寸等进行调整。依据该进口112和该出口113的不同尺寸的设置，当流体从进口112往出口113流动对混合体内芯12产生压力时，外套筒11可以承受该压力而阻止混合体内芯12往出口113的方向运动，更好地固定混合体内芯12，从而能够适用于更高温高压的流体。

结合图2、图3和图5，混合体内芯12整体上为一体成型结构，其包括基体121和分布于基体121外周的多个棱条122。可以理解的是，对于基体121和棱条122的划分是基于其位置关系进行的人为划分，实际上基体121和棱条122是一体的不可分割的整体式结构。

基体121的内部设有沿其轴线延伸贯通的中央流道孔1211，该中央流道孔1211的截面较佳是呈圆形。

各个棱条122绕该基体121的轴线呈螺旋状延伸，相邻的棱条122之间形成呈螺旋状延伸的螺旋通道123。即：相邻的两个棱条122的相对的表面之间构成一个在基体121的外周呈螺旋延伸的螺旋通道123，棱条122的表面也即为螺旋通道123的壁面。较佳，螺旋通道123的法向截面呈弧形，流线更为均匀。

棱条122的数量较佳为三个以上，图示实施例中示意了四个棱条122。各个棱条122绕基体121的轴线均匀分布。在其他实施例中，棱条122的数量也可以依据混合体内芯12的长度、外轮廓尺寸以及流体的性质等设定。

每一棱条122上设有贯通相邻螺旋通道123的第一相贯孔1221，该基体121上设有贯通螺旋通道123和中央流道孔1211的第二相贯孔1212。

第一相贯孔1221和第二相贯孔1212可以按照一定规律排布，尽可能分散均匀布置。每一螺旋通道123内的第一相贯孔1221和第二相贯孔1212的总开孔面积较佳占螺旋通道123的总表面积的10％～30％。

第一相贯孔1221和第二相贯孔1212的穿孔方向较佳与螺旋通道123的弧形面垂直，减小流动阻力。

如图1至图3所示，混合体内芯12固定装设在外套筒11的中孔111中，混合体内芯12的各个棱条122的外表面贴合固定于中孔111的内壁。较佳地，外套筒11与混合体内芯12过盈配合固定，结合面贴合完好，无需采用焊接工艺。

根据上述静态混合器1的结构介绍可知，在该混合体内芯12与外套筒11结合为一体后，混合体内芯12的螺旋通道123的外周将被外套筒11的内壁所封闭，从而被外套筒11所包围之后的螺旋通道123以及混合体内芯12的中央流道孔1211将构成密闭的流体通道以供流体流动，同时通过第一相贯孔1221和第二相贯孔1212则螺旋通道123之间以及螺旋通道123与中央流道孔1211之间相连通，使得流体在流体通道中流动时更利于混合。

具体地，当流体团从外套筒11的进口112进入该静态混合器1时，在进口112处即会被分为多股流体流，分别进入中央流道孔1211和多个螺旋通道123中。一个螺旋通道123内的流体流在第一相贯孔1221的边界效应下被打破流体连续流，原有的流体流将会分离出一部分进入相邻的螺旋通道123。而中央流道孔1211内的流体流的流速较快，在第二相贯孔1212的连通作用下会与螺旋通道123进行压力、流量补偿，从而更容易打破螺旋通道123内的流体流。流体团流经该静态混合器1从进口112向出口113流动的过程中，被连续多次的分离、汇合。流体团在各个分离、汇合点将形成强烈的湍流，使流体各部分进行快速扰动，流体团内部因为压力流量变化产生涡流及剪切作用，使流体更趋于均匀，最终形成匀质流体从出口113流出。

相比于现有的SK型静态混合器，本方案的静态混合器1在流体混合效果上具有显著的提高。

相比于现有的SL型静态混合器，本方案中由沿轴线延伸的中央流道孔1211和呈螺旋状延伸的螺旋通道123构成流体通道，在流体流动方向上流体通道整体上呈流线型，基本上不存在与流动方向垂直及负角度的死角位，所以不会出现局部流体流速为零的现象，能够避免流体滞留，也更利于后续的清洗及维护。

该静态混合器1主要由一体成型的混合体内芯12固定在外套筒11中构成，零件少，结构相比于常规的SL型静态混合器也要简单得多，制造方便。通过两个零件组装形成的结构形式，相比于一体铸造成型而言，该静态混合器1在制造时不需要采用精铸工序和粉末冶金技术，加工成本更低，并且混合体内芯12能够通过精整加工各个表面而提高流体通道的光滑度，从而提高使用效果。

另外，该混合体内芯12可以采用扭制工艺形成螺旋状的棱条122结构，可避免成本较高的三轴、四轴加工中心加工，减少加工成本。具体将根据该静态混合器1的制造方法详细介绍。

本实施例的静态混合器1中，外套筒11和混合体内芯12可采用特种合金模具钢或者类似高强度钢材等材质制成。

参阅图6和图7，本实施例提供一种静态混合器1的制造方法，包括：

S10：在一圆柱胚料1000上加工出位于中心的中央流道孔1211和位于外周的多个通道孔1230，形成基体121和分布于该基体121外周的多个直肋1220。该过程中，可以先对胚料1000进行加工前处理，再通过车、铣、钻等粗加工出中央流道孔1211和通道孔1230，接着进一步去应力退火、绞、铣等进行半精加工。

S20：通过扭制成型将直肋1220扭制为呈螺旋状延伸的棱条122，通道孔1230相应形成螺旋通道123。该过程将前一步骤的结构整体进行扭制，使原本沿直线延伸的直肋1220形成呈螺旋状延伸的结构，在扭制工艺之前和之后可以通过热处理去应力。

S30：在棱条122上加工出第一相贯孔1221，在基体121上加工出第二相贯孔1212，形成混合体内芯12。该过程中，通过钻绞孔处理形成这些第一相贯孔1221和第二相贯孔1212，并且进一步可以在通过真空热处理、精整加工、表面处理等，形成最终的混合体内芯12。

S40：将混合体内芯12装入已成型的外套筒11中固定。该过程中，通过装配工艺将两者结合为一体，即形成静态混合器1。其中，外套筒11的成型工艺可以根据实际情况进行处理。

较佳地，在步骤S40中，将混合体内芯12冷却后装入外套筒11中，混合体内芯12的温度回复后与外套筒11形成过盈配合固定。具体地，外套筒11在成型时，使外套筒11的中孔111的内径尺寸相较于混合体内芯12的外径略小，利用液氮等低温介质将混合体内芯12冷却至-50℃以下的温度，混合体内芯12在热胀冷缩的作用下略为缩小尺寸，从而可以装入到外套筒11中，在混合体内芯12的温度回复后，混合体内芯12的尺寸增大从而与外套筒11形成过盈配合固定。并且通过冷装工艺可以改变混合体内芯12的组织情况，有利于提升混合体内芯12的机械性能及耐用度，提升静态混合器1的适用范围和使用效果。

对于中孔111的进口112大于出口113的情况，混合体内芯12较佳从进口112端往外套筒11内装设。

本实施例的该制造方法中，对于外套筒11的成型，通常可以采用粗加工、半精加工、热处理、精加工及表面处理即可完成。这些工序可以在常用普通设备上完成。上述混合体内芯12的粗加工、半精加工、热处理、精加工及表面处理等工序同样也可以在常用普通设备上完成。

特别低，混合体内芯12采用扭制工艺后，可避免成本较高的三轴、四轴加工中心加工，同时采用扭制工艺后热处理手段可使材料内部结构性能更理想，得到的制品机械性能优异。

综合来看，相比于多个零部件焊接成型或是冶金一体铸造成型而言，本方案的该制造方法可以具有更少的制造成本和维护费用。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种静态混合器，其特征在于，包括：

外套筒，其内设有沿其轴线延伸并贯通该外套筒两端的中孔；

混合体内芯，其为一体成型结构，包括基体和分布于所述基体外周的多个棱条；该基体内部设有沿其轴线延伸贯通的中央流道孔；各个棱条绕该基体的轴线呈螺旋状延伸，相邻的棱条之间形成呈螺旋状延伸的螺旋通道；每一棱条上设有贯通相邻螺旋通道的第一相贯孔，该基体上设有贯通所述螺旋通道和所述中央流道孔的第二相贯孔；所述棱条的外表面贴合固定于所述外套筒的中孔的内壁。

2.根据权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，所述外套筒与该混合体内芯过盈配合固定。

3.根据权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，所述中孔在所述外套筒的一端形成进口，在所述外套筒的另一端形成出口，所述进口的直径大于所述出口的直径。

4.根据权利要求3所述的静态混合器，其特征在于，所述中孔呈圆台状，其锥度为1:300～1:500。

5.根据权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，所述螺旋通道内的所述第一相贯孔和所述第二相贯孔的总开孔面积占所述螺旋通道的总表面积的10％～30％。

6.根据权利要求1-5任一项所述的静态混合器，其特征在于，所述螺旋通道的法向截面呈弧形，所述第一相贯孔和所述第二相贯孔的穿孔方向与所述螺旋通道的弧形面垂直。

7.根据权利要求1-5任一项所述的静态混合器，其特征在于，所述棱条的数量为三个以上，绕所述基体的轴线均匀分布。

8.一种注塑机，包括射嘴，其特征在于，还包括如权利要求1-7任一项所述的静态混合器，所述静态混合器装设于所述射嘴内部。

9.一种如权利要求1-7任一项所述的静态混合器的制造方法，其特征在于，包括：

在一圆柱胚料上加工出位于中心的中央流道孔和位于外周的多个通道孔，形成所述基体和分布于该基体外周的多个直肋；

通过扭制成型将所述直肋扭制为呈螺旋状延伸的棱条，所述通道孔相应形成所述螺旋通道；

在所述棱条上加工出所述第一相贯孔，在所述基体上加工出所述第二相贯孔，形成所述混合体内芯；

将所述混合体内芯装入已成型的所述外套筒中固定。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述将所述混合体内芯装入已成型的所述外套筒中固定的步骤包括：将所述混合体内芯冷却后装入所述外套筒中，所述混合体内芯的温度回复后与所述外套筒形成过盈配合固定。

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