CN100361802C - 注塑机的金属模具 - Google Patents

Abstract

一种注塑机，用于采用金属模具(1)进行注塑，其中所述模具具有由下模(5)和上模(6)的空腔构成的腔体(19)，在用于将熔融的树脂(P)注入腔体内的入口(10)附近，在下模空腔的预定位置形成槽道(13)。槽道的开口完全被覆盖，形成一冷却介质流通道(14)，从而使冷却介质(例如冷却空气)输入输入口，流经通道并由输出口(16)排出。下模和上模由铝或铝合金制成。对腔体的直接与熔融的树脂接触的选定的表面进行喷沙处理或化学处理，形成微小的凹凸。

Description

注塑机的金属模具

技术领域

本发明涉及一种注塑机的金属模具，注塑机用于采用预定的树脂材料进行注塑，从而使诸如电池等机械部件和/或电气元件固定设置在壳体上并与壳体结成一体。特别是采用金属模进行注塑，生产电池，采用树脂材料使所述电池单元和罩盖结成一体，所述的电池适用于在诸如移动电话等设备中应用。

背景技术

诸如未审定的日本专利申请No.2000-315483等文献中披露了用于诸如小区制移动电话和PHS(个人手机系统)终端等便携式电话设备的电池的通常的树脂注塑技术。其中，电池单元固定在电池罩盖的内面上并设置在一个金属模具中，然后用预定的树脂材料对金属模具进行填充。即，用树脂材料对电池和罩盖间的空间或间隙进行填充，然后对所述树脂材料进行硬化。因此可以生产出用树脂材料将电池单元和罩盖相互结合成一体的电池。

如上所述，对电池要采用金属模具进行树脂注塑工艺处理，所述模具由两部分构成，即可以垂直相互分开的上模和下模。在进行树脂注塑前制备出一个电池罩盖，对所述罩盖预先采用预定的树脂材料成型。电池单元固定在电池罩盖的内面上，所述罩盖固定设置在下模的空腔内。接着，将上模和下模相互结合，从而卡固成一个整体的金属模具。将熔融的树脂通过入口注入固定有电池和罩盖的金属模具的腔体内，所述入口设置在上模和下模之间的分割线上。通过熔融的树脂流入电池罩盖、电池与金属模具的内面之间的间隙的方式实现用熔融的树脂对金属模具腔体的完全充填。然后在预定的时间周期内使熔融的树脂逐步硬化。此后，打开金属模具，对注塑好的产品脱模。采用此方式可以生产出电池单元和罩盖相互结合成一体的电池。

在应用上述的注塑工艺时，必须对在电池、罩盖与腔体内面之间构成的角和间隙采用注入金属模具的熔融的树脂进行完全的充填。因此必须将熔融的树脂加热到较高的温度，以便改善其流动性。所以设置在金属模具的腔体内的电池单元和罩盖必须承受高温条件，该高温条件将会对电池造成损伤。特别是当电池罩盖由树脂构成时，在长时间暴露在高温条件下，由于其本身又不耐高温，很易于因过热而变形。

为了避免电池模块的变形，必须降低树脂的加热温度。但熔融树脂温度的降低将导致在金属模具腔体内的熔融树脂的流动性的减弱。而此点又会导致出现模塑的瑕疵。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于注塑机的金属模具，该模具可以通过遏止不希望出现的树脂流动性的降低而避免模塑瑕疵的出现，同时避免诸如电池罩盖和壳体等内部部件的变形。

本发明的金属模具包括一个由下模和上模的空腔构成的腔体，和一在下模空腔的预定位置上用于将熔融的树脂(例如聚酰胺树脂)加入腔体内的入口附近形成的槽道。槽道的开口完全被覆盖，形成一冷却介质流通道。因而冷却介质被输入冷却介质输入口，流经冷却介质流通道，从而实现对所述电池壳体的冷却，并由冷却介质输出口排出。

另外，下模和上模均由铝材料或铝合金材料制成。此外，对与熔融的树脂直接接触的腔体的内壁的选定的面区，采用喷沙处理或化学处理，形成微小的凹凸。

本发明的一种注塑机应用上述金属模具进行注塑。其中一加热容器用于在恒温下对熔融的树脂进行储存和加热，并且提高其内部压力，以便通过喷嘴将熔融的树脂注入到金属模具的腔体内。一冷却介质源(例如压缩机)用于向下模上的槽道馈送冷却介质(例如冷却空气)，从而实现对设置在用熔融的树脂充注的腔体内的电池壳体的冷却。

诸如电池罩盖和电池单元等壳体和内部件被固定设置在金属模具的腔体内并通过冷却介质的循环进行通常的冷却；接着，用熔融的树脂对该腔体进行充注，从而使壳体及其内部件被相互结合成一个整体，而不会出现注塑瑕疵。

附图说明

下面将对照附图对本发明的上述目的和其它目的、方面和实施例做一更为详细的说明。图中示出：

图1为根据本发明的优选实施例的实施注塑的金属模具的分解立体图；

图2为将电池固定在其内的金属模具的纵剖视图；

图3为采用图1和2所示的金属模具通过注塑制成的电池的俯视图；和

图4为采用图1和2所示的金属模具的注塑机的机械结构的局部视图。

具体实施方式

下面将对照附图举例对本发明做进一步的说明。

根据本发明的优选实施例的注塑金属模具1用于生产如图3所示的用于小区制移动电话的电池，所述电池4是通过采用树脂P将电池罩盖2与电池单元3结合成一体制成的。具体地说，如图1和2所示，注塑金属模具1(以下简称作金属模具1)将电池单元(或被安装件)3固定地保持和设置在罩盖2内。金属模具1具有一个下模5和一个上模6，所述模具可相互垂直分离和通过卡固结合在一起。图3中的附图标记7表示用于实现电池4与小区制移动电话机身(图中未示出)之间的电气连接的端子，并且附图标记8表示用于建立电池4与小区制移动电话机身之间嵌接的嵌接件。即电池4被安装在小区制移动电话机身上具有的空腔内。

图1所示的金属模具1的下模5具有一个空腔9，该空腔可以实现电池单元3的插入和设置，并与电池罩盖2相互结合成一体，一个用于注入熔融树脂的入口10，和一对用于建立上模6预定的定位的导向销11。一个大致在下模5的中心位置形成的透孔12。在结束注塑后将一推顶器(图中未示出)插入透孔12内，从而使模塑好的电池4从下模5的空腔9内脱模。

在下模5的空腔9的底面的预定位置上形成一向上开口的槽道13。具体地说，在预定的位置上形成槽道13，当电池罩盖2被设置在下模5的空腔9内时，应使槽道13完全被电池罩盖2的背侧覆盖。因此，当电池罩盖2被设置和固定在下模5的空腔9内时，由电池罩盖2的背侧对槽道13的开口进行闭合，形成一个气流通道14。

另外，图2示出在下模5的厚度方向上形成一冷却空气输入口15，该输入口与槽道13的一端连通，同时在下模5的厚度方向上形成一冷却空气排出口16，该排出口与槽道13的另一端连通。一空气压缩机利用管路(图中未示出)与冷却空气输入口15连接，从而使冷却空气通过冷却空气输入口15馈送给槽道13。流过槽道13的冷却空气由冷却空气排出口16排出。优选将槽道13设置在入口10附近。

如图1所示，在上模6上具有一个入口17、一对导向孔18和一个空腔20。其中当将上模6与下模5结合在一起时，入口17的设置位置与下模5上的入口10吻合。另外，当将上模6与下模5结合在一起时，导向销11插入导向孔18内。此外，当上模6与在其空腔9内固定设置有电池罩盖2和电池单元3的下模5结合在一起时，金属模具1形成一个腔体19(见图2)，该腔体由空腔9和20结合在一起构成。上模6的空腔20可以使熔融的树脂充注入金属模具1的腔体19内。

通过对铝材料和铝合金材料的切削加工制成下模5和上模6。对空腔20的至少一个内壁面进行喷沙处理或诸如化学腐蚀等化学处理，从而形成微小的凹凸，所述凹凸的深度大约为10μm至20μm。即当熔融的树脂P被注入金属容器1的腔体19内时，熔融的树脂将与上模6空腔20的内壁面接触。但熔融的树脂P由于表面的张力并不能进入在上模6的空腔20的内壁面上形成的微小的凹凸内。此点将导致熔融的树脂P与上模6的空腔20的内壁面之间的接触面积的缩小。

下面对照图4将对具有用于注塑电池4的上述金属模具的注塑机21加以说明。注塑机21包含一加热容器22，该容器用于对树脂进行储存和加热、一个喷嘴23，该喷嘴用于将来自加热容器22的熔融的树脂P馈送入金属模具1的腔体19内、一个增压器24，该增压器用于提高加热容器的内部压力，从而通过喷嘴23注入熔融的树脂P，和一个压缩机(或一个冷却介质源)37，所述压缩机与下模5的冷却介质输入口15连接。

加热容器22起着熔融的树脂P储存器和保温器的作用。即加热容器22构成对熔融的树脂P加热的加热器，使之保持在恒定的温度下。

喷嘴23与阀门26连接，通过所述阀门适度的开启和闭合，开始或停止对来自加热容器22的熔融树脂的注入。另外，一加热器27设置在喷嘴23的末端，在对熔融的树脂P输送期间，即由加热容器22输出并接着注入金属模具1的空腔19内期间，对熔融的树脂进行加热。即对在喷嘴23中的熔融的树脂P加热，避免由于冷却造成不希望出现的熔融树脂的流动性的降低。

由一空气压缩馈送源实现增压器24，所述增压器与储存在加热容器22内的熔融的树脂P的上表面上方的空间连接。当将相应空气压力加在熔融树脂P上表面上时，在预定的喷射压力下将熔融树脂P由喷嘴喷出。

在图4中，附图标记28表示一个手柄，利用可手动的手柄以气密方式对加热容器22的罩盖29进行闭合。另外，附图标记30表示升降缸，该升降缸可实现上模6的升降或以预定的夹固压力对金属模具1的夹固。附图标记31表示定位缸，该定位缸用于建立电池罩盖2在金属模具1的下模5的空腔6内的预定的定位。附图标记32表示直接驱动机构，该驱动机构用于控制喷嘴23与入口10连接或与入口10分离。具体地说，直接驱动机构32包括一直接驱动缸33、一个线性导向件34和一个用于安装加热容器22的滑块35。附图标记36表示嵌在加热容器22的壁上的加热器25的温度控制。

下面将对本发明的优选实施例的金属模具1和注塑机21的工作方式加以说明。

注塑机21利用金属模具1制作与电池罩盖2和电池单元3一体组合相符的上述电池4。首先，将预定的树脂材料加入到加热容器22中，其中对加热器25电气控制，将树脂材料加热到预定的温度，例如该温度大约为220℃。因此，将加热到220℃的熔融的树脂P储存在加热容器22中。另外对增压器24进行控制，将加热容器22的内部压力置于预定的压力，该压力例如大约为0.4兆帕。

直接驱动机构32的直接驱动缸33动作，将滑块35向后移动，从而使加热容器22的喷嘴23离开金属模具1的入口10。另外升降缸30动作，对上模6进行提升并与下模5分离。

接着将电池罩盖2和电池3设置在下模5的空腔9内。然后定位缸31动作，以在下模5空腔9内的罩盖2为基准建立预定的定位。因此由电池罩盖2的背侧和在下模5空腔9的底面上形成的槽道13构成冷却空气流通道14。

此后，升降缸30反向动作，向下模5方向降低上模5的高度。一旦上模6与下模5接触，导向销11将分别与导向孔18嵌合。因而将实现下模5与上模的嵌接，在预定的卡固压力下，例如大约0.6兆帕，实现对金属模具1的完全卡固。

在金属模具1的卡固状态下，由下模5的空腔9和上模6的空腔20构成腔体19。该腔体19在电池罩盖2、电池单元3和将填充熔融树脂P的上模6空腔20之间具有预定的空间。另外压缩机37将冷却空气馈送给冷却空气输入口15。被馈送给冷却空气输入口15的冷却空气流入并流经冷却空气流通道14，由电池罩盖2的背侧和在下模15空腔9的底面上形成的槽道13构成冷却空气通道。冷却空气在流经冷却空气通道14的同时带走电池罩盖2上的热；接着冷却空气通过冷却空气排出口16排出。

在加热容器22中，熔融的树脂通过增压器24的工作被增压到一恒定的压力。在上述状态下，喷嘴23的阀门26开启，从而使被增压的熔融的树脂P通过入口10被注入金属模具1的腔体19内。

本实施例采用聚酰胺树脂作为树脂材料，所述聚酰胺树脂易于在低温下实现熔融，并具有低粘滞度。喷嘴23的加热器27被启动，从而使加热温度设置在200℃。因此可以将被加热到恒温200℃的熔融的树脂馈送入金属模具1的腔体19内。

注入金属模具1腔体19内的熔融的树脂P将沿电池罩盖2的表面流动，固定在下模5的空腔9内的电池罩盖的背侧对槽道13的开口进行闭合，因此熔融的树脂P逐步充满由电池罩盖2、电池单元3和上模6空腔20限定的空间。在熔融树脂逐步充满金属模具1的腔体19内的空间的同时，熔融的树脂被逐步冷却。在熔融的树脂P完全充满腔体19的空间后，开始硬化。

在充注熔融树脂P的过程中，位于入口10附近的电池罩盖2的一定的区域通常将受到连续通过入口10流入腔体19内的高温的熔融的树脂P的影响。即罩盖2的该范围将从注塑开始至注塑结束被长时间地加热。

可以通过降低熔融树脂P的温度避免电池罩盖2过热和变形；但此点将导致金属模具1腔体19内的熔融的树脂流动性的降低。与此相反，本实施例可以避免罩盖2的过热和变形，同时又不会降低在金属模具1腔体19内的熔融的树脂P的流动性。因此，可以避免由于熔融树脂P未完全充满腔体19的空间而出现的模塑瑕疵。

本实施例注塑机21中采用的金属模具1由具有良好的导热性能的铝材料或铝合金材料制成。因此，由熔融树脂P传递给电池罩盖2的热通过下模5被辐射，或熔融树脂P的热由上模6被直接辐射或扩散。因而可以避免电池罩盖2和电池单元3的过热。

由于本实施例的金属模具1由铝材料或铝合金材料制成。所以本实施例的优点在于可以以很低的成本加工和制作金属模具。但，如果仅采用剪冲工艺制作铝金属模具，则其缺点在于，由于金属模具与树脂的粘着性能被提高，因而很难对模塑好的产品进行脱模。为克服该不足，本实施例建议对注塑期间直接与熔融树脂P接触的金属模具的至少选定的表面范围进行喷沙处理或化学处理。即金属模具1的选定的表面范围(例如上模6空腔20的内壁面)具有通过喷沙处理或化学处理形成的微小的凹凸，其中微小的凹凸将有助于缩小树脂与金属模具1表面范围之间的整个接触区，并且不会有损于对模塑产品脱模的能力。

由于采取了设置微小的凹凸的措施，因而树脂和金属模具1仅局部相互粘着在一起，所以可以避免在脱模时过量的力被加在模塑产品上。另外，在注塑期间与金属模具1上的微小的凹凸接触的树脂表面上将自动形成所谓的皱纹图形。此点将有助于改善树脂的结构品质。

如上所述，本实施例的特征在于具有用于由铝材料构成的金属模具1的高压空气冷却系统，此点将有助于改善热辐射和热扩散。在金属模具1入口10的前面，加热器27设置在喷嘴23的充注开口附近并被电气控制，将熔融的树脂P加热到恒定的温度。因此可以将熔融的树脂P馈送给通常在相同温度条件下的金属模具1。此点易于使金属模具利用冷风实现相同的冷却工作。因此可以重复和持续地生产出具有相同品质的电池。

在电池罩盖2和电池单元3完全设置在金属模具1内之后，在压缩机37工作向下模5送冷风的同时，在预定的时间周期内被加热到恒定温度的熔融的树脂P被注入金属模具1中。然后，喷嘴23的阀门26闭合，停止向金属模具1注入熔融的树脂P。此后，直接驱动机构32开始工作，将滑块35向后移动，从而使喷嘴23离开金属模具1的入口10。在此情况下，连续地向下模5送冷风，冷风不间断地流经冷却空气流通道14。在熔融的树脂P完全硬化所需的时间周期后，压缩机停止工作，停止向金属模具1的下模5送冷风。另外，升降缸30启动对上模6进行提升，使之与下模5分离。接着将使在下模5的空腔9内模塑好的电池4利用上述顶推器(图中未示出)取出。

由于在熔融的树脂P注入金属模具1期间通过冷风的循环对电池4进行有效的冷却，因此并不会由于高温的熔融的树脂P而使电池过热，所以可以可靠地生产出电池4，而不会导致电池罩盖2的变形。特别要指出的是，设置在入口10附近并在注塑期间在高温条件作用下的电池罩盖2的特定的范围内基本不会出现变形。不仅电池罩盖2本身在注塑期间被有效地冷却，而且通过中间插入电池罩盖2而实现熔融树脂P的逐步的冷却，所以并不会降低其流动性。此点可保证熔融的树脂完全分布到由电池罩盖2、电池单元3和金属模具1腔体19的内壁面限定的角和空间内。所以可以生产出没有模塑瑕疵的电池4。通过采取在金属模具1的预定表面范围内形成微小的凹凸的措施，根据本实施例将改善模塑产品或树脂脱模的能力。在脱模时，仅需要很小的外力加在电池4上。

在本实施例中，采用聚酰胺树脂作为树脂材料，所述聚酰胺树脂易于在低温下实现熔融并具有低粘滞度。也可以应用其它的热塑树脂材料替代聚酰胺树脂。另外还可以设定冷却空气流的槽道13的相应的形状、深度和尺寸。此外，槽道13的位置不必非得限定在上述的邻近入口10的位置。

当然，除了喷沙处理和化学处理也可以采用任何选定的方法，在金属模具1的内表面区上形成微小的凹凸。

本发明可以广泛地用于采用树脂材料实现壳体及其内部件的整体结合。在本实施例中作为壳体及其内部件的是电池罩盖2和电池单元3。当然本发明并不限定在本实施例上；所以可以采用其它的壳体及其内部件与树脂结合成一体实现本发明。

正如至此所述，本发明具有各种技术特征和效果，对此将在下面加以说明。

(1)本发明的金属模具的特征在于，具有冷却介质流通道，该通道是由一槽道和壳体构成的(例如电池罩盖)，从而可使冷却介质输入冷却介质输入口，流经通道并接着在冷却介质排出口排出。此点保证了用冷却介质(例如冷却空气)对壳体的直接冷却。因此可以避免因过热而使壳体变形。另外，对金属模具进行了精心的设计，因而由于壳体在两者直接的插入，熔融的树脂并不直接与冷却介质接触。由于冷却介质并不会导致不希望出现的熔融的树脂温度的下降，同时又能保证实现壳体的冷却性能，因而可以避免在注塑期间在金属模具中熔融树脂的流动性的降低，并且可以避免在早期出现模塑瑕疵。

(2)槽道设置在用于将熔融的树脂加入到金属模具腔体的入口附近，因而可以实现对壳体的特定区域的冷却，所述特定的区域系在注塑开始与注塑结束之间相对长的时间周期内将会被注入的熔融的树脂连续加热的区域。因此可以有效地避免因高温的熔融的树脂而造成的壳体的变形。

(3)金属模具由铝材料或铝合金材料制成，因而可以改善导热性能。此点可保证由熔融的树脂向壳体传递的热能的有效辐射和扩散。另外铝金属模具易于加工和制作。

(4)金属模具在注塑期间直接与熔融的树脂接触的选定的表面范围内具有微小的凹凸。因此，即使由于铝材料提高了金属模具与树脂的粘着性，也可以改善注塑产品或树脂的脱模能力。另外，微小的凹凸将导致在注塑产品或树脂的表面上形成皱纹，该皱纹将改善树脂的结构品质。

(5)如上所述，本发明可靠地改善了金属模具的热辐射和冷却能力。另外，本发明由于具有设置在喷嘴上的用于保持熔融树脂恒温的加热器，因而还改进了注塑机。即，可以正常地保持对金属模具的恒定条件。因此可以正常地保持制作的电池的良好的质量和完美性。

鉴于对本发明可以以多个方式加以实施，而不会偏离本发明必要的特征的精神，而且本发明的范围是由权利要求限定的，而不是由上述说明决定的，所以本实施例只起着说明的作用，而不具有限定作用，并且所有改动将落入权利要求划界的范围内或等同于权利要求划界的范围。

Claims (16)

1.一种用于注塑的金属模具(1)，其特征在于，包含：

一个由下模(5)和上模(6)的空腔构成的腔体，其中电池壳体和内部件固定设置在腔体内，对所述腔体注入熔融的树脂(P)，从而使所述壳体和所述内部件相互结成一体；

在下模的空腔内的预定位置上形成一槽道(13)，其中槽道的开口完全被壳体覆盖，从而形成一冷却介质流通道(14)；

一冷却介质输入口(15)，该输入口在下模的厚度方向上穿过下模形成，与槽道的一端连通；和

一冷却介质输出口(16)，该输出口在下模的厚度方向上穿过下模形成，与槽道的另一端连通，

其中，冷却介质输入冷却介质输入口，流经冷却介质流通道，从而实现对所述电池壳体的冷却，并由冷却介质输出口排出。

2.按照权利要求1所述的金属模具，其中，在用于将熔融的树脂注入腔体内的入口附近形成一个槽道。

3.按照权利要求1或2所述的金属模具，其中，下模和上模由铝材料或铝合金材料制成。

4.按照权利要求3所述的金属模具，其中，对至少一个直接与熔融的树脂接触的腔体的内壁的选定的面区进行喷沙处理或化学处理，形成微小的凹凸。

5.按照权利要求1所述的金属模具，其中，冷却介质是空气。

6.按照权利要求1所述的金属模具，其中，壳体及其内部件分别与电池罩盖(2)和电池单元(3)相符。

7.按照权利要求1所述的金属模具，其中，熔融的树脂是聚酰胺树脂。

8.一种注塑机，采用一种金属模具(1)，所述金属模具(1)具一个由下模(5)和上模(6)的空腔构成的腔体，其特征在于，包含：

一在下模空腔预定位置形成的槽道(13)；

一加热容器(22)，该容器用于在恒温下对熔融的树脂(P)进行储存和加热；

一为了提高加热容器的内部压力的增压器(24)，该增压器用于通过喷嘴(23)将输入的熔融的树脂注入到金属模具的腔体内；和

一冷却介质源(37)，该冷却介质源用于将冷却介质馈送给下模的槽道，从而实现对设置在用熔融的树脂(P)充注的腔体内的电池壳体的冷却，

其中在腔体内壳体及内部件被相互结成一个整体。

9.按照权利要求8所述的注塑机，另外还包含一个喷嘴的加热器(27)，该加热器用于在注塑期间对熔融树脂加热并避免熔融的树脂的温度的降低。

10.按照权利要求8所述的注塑机，另外包含：

一冷却介质输入口(15)，该输入口在下模的厚度方向上穿过下模形成，与槽道的一端连通；和

一冷却介质输出口(16)，该输出口在下模的厚度方向上穿过下模形成，与槽道的另一端连通，

其中槽道的开口完全被壳体覆盖，形成一冷却介质流通道(14)，从而使冷却介质输入冷却介质输入口，流经冷却介质流通道并由冷却介质输出口排出。

11.按照权利要求8所述的注塑机，其中，在用于将熔融的树脂输入腔体的入口附近形成一个槽道。

12.按照权利要求8所述的注塑机，其中，下模和上模由铝材料或铝合金材料制成。

13.按照权利要求8所述的注塑机，其中，对至少一个直接与熔融的树脂接触的腔体的内壁的选定的面区进行喷沙处理或化学处理，形成微小的凹凸。

14.按照权利要求8所述的注塑机，其中，冷却介质源是一个压缩机，该压缩机用于馈送作为冷却介质的空气。

15.按照权利要求8所述的注塑机，其中壳体及其内部件分别与电池罩盖(2)和电池单元(3)相符。

16.按照权利要求8所述的注塑机，其中，熔融树脂是聚酰胺树脂。

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