CN101332657A - 具有控制喷嘴加热器的温度传感器的热流道及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种热流道，包括具有歧管通道的歧管和连接到歧管上的多个喷嘴。歧管通道包括多个分支和歧管加热器。每个喷嘴均包括喷嘴通道和加热器，喷嘴通道用来从歧管通道的分支接收模塑材料，并将模塑材料运送到模腔。至少一个温度传感器靠近歧管和至少一个喷嘴的接触面。温度传感器连接到控制器，且控制器至少连接到一个喷嘴加热器。控制器按照温度传感器测量的温度控制喷嘴加热器的功率。

Description

具有控制喷嘴加热器的温度传感器的热流道及其控制方法
技术领域
本发明涉及注模装置的热流道，尤其涉及热流道中的温度传感器和控制加热器的方法。
背景技术
已经知道了包括注射歧管、热流道喷嘴和模腔的注模系统。在某些情况下，模腔具有相同的大小，以便同时制造相同的模制部件。在另一些情况下，模腔具有不同的形状和大小，以便同时制造不同的部件。
在很多热流道的应用中，往模腔填充适量的模制材料(如塑料熔体)仍然是一个难题。这部分是由于在大多数热流道歧管中流动的模塑材料表现出不对称的截面温度和粘度类型。上述不对称现象部分是因为流过不同熔体流道的模制材料所产生的不均匀的剪应力。
歧管和喷嘴中的温度、压力和尺寸偏差能造成模腔的不均匀填充，甚至对于那些具有相同形状或尺寸的模腔来说也是如此。此外，由于歧管和喷嘴与模板相接触面造成的热损失也使得模腔的填充不均匀。
发明内容
一种热流道，包括具有歧管通道的歧管和连接到歧管上的多个喷嘴。歧管通道包括多个分支和歧管加热器。歧管通道从浇口接收模塑材料。每个喷嘴均包括喷嘴通道和喷嘴加热器。喷嘴通道与歧管通道的分支中的一个的出口对准，并从那里接收模塑材料。喷嘴通道将模塑材料运送到模腔。至少有一个温度传感器设置在靠近歧管和至少一个喷嘴的接触面处。温度传感器连接到控制器，并且控制器连接至少一个喷嘴加热器。控制器按照温度传感器测量的温度控制喷嘴加热器的功率。
附图说明
现在将参照附图更全面地说明本发明的实施例。
图1是按照本发明实施例的热半模(hot half)的部分剖面图。
图2是图1所示热半模中的一些选定部件和按照本发明实施例的控制电路的示意图。
图3是按照本发明实施例的由图2所示控制电路执行的喷嘴加热器控制过程的流程图。
图4是用于32腔注模系统的热流道的示意图，其用来说明本发明的另一实施例。
图5是按照本发明实施例的热半模的剖面图。
图6是按照本发明实施例的一部分热半模的局部剖面图。
图7是按照本发明实施例的热半模的剖面图。
具体实施方式
一般地，热半模是注模装置的一部分，用来将加热的模制材料从注模机运送到模腔。在各种模板中，热半模一般包括加热歧管和一个或多个喷嘴及相关部件，这些一起称作热流道。
图1示出了按照本发明实施例的热半模100。该热半模100包括支承板102、模板104、注口106、歧管108和喷嘴110。作为示例，热半模100具有四个喷嘴(两个未示出)，但是同样也可使用多于或少于4个喷嘴。尽管示出的是阀浇口式的系统，然而也可使用热浇口式的系统。此外，其它实施例所描述的特征和方面也可用于本实施例。
支承板102容纳了注口106，该注口将模制材料(如塑料熔体)运送到热半模100。在支承板102内设置了促动器112，用来控制模制材料通过喷嘴110的流动。
模板104包括用来容纳喷嘴110的井部114、通向模腔区域118的模具浇口116和冷却通道120。模腔区域118与其它部件(未示出)配合，形成了用来制造模制产品的模腔。可以使用多个模板，也可使用其它已知的部件，如浇口嵌入件。
每个喷嘴110均包括喷嘴主体122、喷嘴头124、加热器126和温度传感器128。喷嘴主体122和喷嘴头124限定了喷嘴通道130，模制材料经过其被运送到模具浇口116。加热器126是电阻线元件或与其类似的元件，其可如图所示地缠绕在喷嘴主体122的周围。温度传感器128可以是热电偶或与其类似的元件，其可根据需要而被省略掉。阀针132从促动器112处开始延伸，穿过喷嘴110到达模具浇口116，以允许模具浇口116打开和关闭。
歧管108包括加热器134和温度传感器136。歧管通道138具有分支，该分支从注口106穿过歧管108并延伸进入喷嘴110，将模制材料运送到喷嘴110中。加热器134是电阻线元件或与其类似的元件，用来加热歧管108，从而加热歧管通道138中的模制材料。定位环140将歧管108定位并固定于模板104上。
每个喷嘴110都装有温度传感器136。每个温度传感器136都设置在歧管108的凹槽142内，并且靠近歧管108和喷嘴110的接触界面(也就是靠近歧管108的出口)。温度传感器136可以是热电偶，或基于感测点测量的温度产生电信号的类似装置。在该实施例中，温度传感器136的感测点设置在尽可能靠近歧管通道138的位置，以便精确测量其内部的模制材料的温度。可使用孔来代替凹槽，凹槽或孔可设置在喷嘴主体的上游部分(也就是头部)而不是歧管108内，在这种情况下，温度传感器136的感测点应当尽可能靠近喷嘴通道130，以便精确测量其内部的模制材料的温度。尽管对于每个温度传感器136而言各种位置都是可以接受的，实际上一些位置要比另一些位置更实用些，优选地将温度传感器136设置在处于流动的模制材料主要受歧管108影响的区域的下游，但处于模制材料主要受喷嘴加热器126影响的区域的下游。在该实施例中，这样的位置在歧管108内，并且靠近歧管108和喷嘴110的接触界面。温度传感器136的位置的另一示例是在喷嘴110内，或在歧管108内同时在喷嘴加热器126的上游，并且足够接近模制材料以测量模制材料的温度。温度传感器136用来控制喷嘴加热器126。
图2示出了按照本发明的实施例的热半模100的一些选出的部件和控制电路202的示意图。图1所示的歧管通道138具有四个分支138a-d，每个分支与相应的喷嘴110a-d、相应的喷嘴通道130a-d以及相应的喷嘴加热器126a-d相对应。如所示，歧管加热器134的形状相对于分支138a-d是不对称的。在每个分支138a-d的出口设有相应的温度传感器136a-d。图2也示出了注塑机的喷嘴204，其将模制材料注入到注口106和模腔206a-d中，模腔不需要具有相同的形状或大小。
控制电路202与喷嘴加热器126a-d和温度传感器136a-d相连接，并可任选地与歧管加热器134相连接。温度传感器136a-d所得的温度测量值Ta-d进入控制电路202，控制电路202向喷嘴加热器126a-d输出功率Pa-d。控制电路202也向歧管加热器134输出功率Pm。应当注意的是，图2所示的连接是示意性的，对于加热器或温度传感器一般需要多于一条导联通路。
控制电路202包括控制器208、电源210和用户界面212。控制器208是包括处理器和/或逻辑电路的芯片或电路。温度测量值Ta-d被送入控制器208。电源210连接到控制器208，并基于控制器208的输出给加热器126a-d提供电功率。用户界面212是任选的且连接到控制器208。用户界面212可为输入/输出设备，如键盘、显示屏、触摸屏、鼠标或类似物。控制电路202可为其它的已知部件，如过滤器、存储器、数字言号处理器以及A/D和D/A转换器，为图面清晰起见这些没有示出。控制电路202可为数字的、模拟的或其结合。控制电路202可为电脑。
通常来说，喷嘴加热器126a-d的作用是已知的，并与喷嘴110相一致，然而，歧管108中的模制材料的加热或冷却通常是未知的和不可预测的。因此，使用传感器136a-d测量歧管108出口处的模制材料的温度是确定歧管108对各个分支的模制材料的影响的直接方法。同时，根据测量温度Ta-d独立地调整喷嘴加热器126a-d是弥补歧管108的不均匀影响的直接方法。
控制器208使用温度测量值Ta-d来控制提供给喷嘴加热器126a-d的功率Pa-d，进而调整每个喷嘴加热器126a-d的热输出。温度传感器136a-d测量的在歧管通道138的多个分支138a-d处的模制材料的温度有可能是不同的，而控制器208弥补了这种温度差。所述的温度差不同可以是很多因素的结果，包括从注口106进入的模制材料的温度分布、模制材料的性质(例如粘度)、在歧管通道138的分支138a-d中的模制材料的不同剪切、由于歧管通道138的几何形状造成的歧管通道138的不同分支138a-d的不均匀加热、歧管加热器134的不均匀布置(如图2所示)、喷嘴和型腔(即模腔)的数量，以及类如定位环140、阀针衬套、螺栓等等的热出口路径。
通常来说，当相应的温度传感器136a-d测量的模制材料的温度Ta-d太低时，控制器208就给对应的喷嘴加热器126a-d增加功率。同样，当相应的温度传感器136a-d测量的模制材料的温度Ta-d太高时，控制器208给对应的喷嘴加热器126a-d降低功率。可使用设定温度来确定测量温度是否太高或太低。设定温度可根据模制参数(例如模制材料的性质、型腔的几何形状和填充性质等等)预先确定。对于每个喷嘴110的设定温度可储存在控制器208中，并通过用户界面212输入和修改。所有的喷嘴110可具有不同的设定温度，或者某些喷嘴110可使用相同的设定温度。如果温度传感器128的设置靠近每个喷嘴110的头部，则这里的温度测量值可用来确定喷嘴加热器126a-d正在工作且已被充分地调校，并用来确定模腔206a-d彼此之间是否存在任何局部差异。
图3示出了按照本发明的实施例由控制电路208执行的喷嘴加热器控制程序的流程图。在步骤302中，控制器208可检查模制是否仍在进行。如果控制器208本身不是模制控制器208，那么控制器208可从模制控制器中接收信号来进行该检查。然后，在步骤304-306中，控制器208选择下一温度传感器(例如温度传感器136a-d)，或者如果刚处理完最后一个温度传感器，则返回到第一个温度传感器。在步骤310中，控制器208随后获得(如从存储器中获得)所选择的温度传感器136a-d的设定温度(Ts)。接着，在步骤312中，控制器208测量所选的温度传感器136a-d处的模制材料的温度(T)。然后，在步骤314中，控制器208将测得的温度(T)与设定温度(Ts)相比较，以确定是应当增加(步骤316)或降低(步骤318)相应喷嘴加热器126a-d的功率。增加或降低的功率的量可固定，可取决于测得的温度(T)和设定温度(Ts)的差别，或遵从其它一些公式。这样，喷嘴加热器控制程序允许喷嘴加热器126a-d根据设置在歧管通道分支138a-d出口的温度传感器136a-d所测得的模制材料的温度而独立地进行控制。
应当注意的是，在上述喷嘴加热器控制过程中，步骤可以按不同的顺序进行，单个步骤可结合或分成更小的步骤，且也可加入额外的步骤。
为了存储和执行上述的喷嘴加热器控制程序，控制器208可使用硬件、固件、软件或这些的结合。控制器208可连续(例如实时地)或不连续(即当模口116打开和/或关闭时在每个模制周期内一次或多次)执行喷嘴加热器控制程序。
因为温度传感器136a-d在模制材料通过歧管108的分支138a-d后测量模制材料的温度，而且喷嘴加热器126a-d根据这些测量温度而被调整，所以歧管108对模制材料的温度所产生的不均匀的影响可降低。如此，熔体达到更好的平衡且模腔206a-d将被填充地更均匀，使得生产出更高质量的模制产品。
图4示出了32腔注模系统的热流道的示意图，其为本发明的另一实施例。喷嘴用圆圈表示，模制材料的通道用粗线表示。该实施例除了两个主要的方面以外其它均与图1-3的实施例相同。首先，喷嘴的数量和相关的部件增加。第二，系统的几何形状通过对称使得温度传感器(图1中的标号136)的数量减少。特别地，由于通道的几何形状，类如标记的喷嘴(即A到H)通常包含具有相同剪切剖面的模制材料。即，喷嘴A和喷嘴B等等具有相同的剪切剖面。如果包括剪切在内的加热效果(即歧管加热器放置、加热出口点等)可以被减低或被稳妥地忽视，那么就可以使用较少的温度传感器。对于各个不同位置的喷嘴A-H，一个温度传感器是足够的。因此，图1-3描述的实施例的优点可在具有更多腔、但不需要很多个温度传感器的模具中实现。在该实施例中，对称允许模制材料的32个不同分支的温度由八个温度传感器控制。也就是，四个喷嘴加热器由一个温度传感器控制。
图5示出了按照本发明的实施例的热半模500的一部分。热半模500包括支承板502、模板504、歧管508和喷嘴510(示出一个，但是可使用多个)。支承板502和模板504可以是如图1-3的实施例描述的，并且可使用按照本发明的其它实施例所描述的特征和方面。
每个喷嘴510包括喷嘴主体522、喷嘴头524、头部保持器525和加热器526。喷嘴主体522和喷嘴头524限定了喷嘴通道530，模制材料经过该喷嘴通道530而被运送到模腔。加热器526是电阻线元件或与其类似的元件，其可如图所示地缠绕在喷嘴主体522周围。
歧管508包括加热器534和歧管通道538，歧管通道538延伸穿过歧管508，并且将模制材料运送到喷嘴510。具有插塞通道533的插塞535嵌入到歧管508中，以引导歧管通道538的分支朝向喷嘴510。加热器534是电阻线元件或与其类似的元件，用来加热歧管508，从而在歧管通道538内加热模制材料。
温度传感器536设置在插塞535的孔537内。温度传感器靠近歧管508和喷嘴510的接触界面(即靠近歧管508的出口)。温度传感器536可以是热电偶，或能根据在感测点539处测得的温度产生电信号的类似装置。在该实施例中，温度传感器536的感测点539设置在尽可能靠近歧管通道538的位置，以便精确测量其内部的模制材料的温度。插塞535中的凹槽可用来代替孔537。温度传感器536用来控制喷嘴加热器526。
用温度传感器536对喷嘴加热器526的控制与上述参考图1-3的描述相同。
将温度传感器536设置在插塞535内与如图1所示的将温度传感器136设置在歧管108的凹槽142内是同样可接受的。
图6示出了按照本发明的实施例的热半模600的一部分。热半模600包括支承板602、模板604、歧管608和喷嘴610(示出一个，但是可使用更多个)。支承板602和模板604可以是如图1-3的实施例描述的，也可使用按照本发明的其它实施例所描述的特征。
每个喷嘴610包括喷嘴主体622、喷嘴头624、加热器626和温度传感器628。喷嘴主体622和喷嘴头624限定了喷嘴通道630，模制材料通过该喷嘴通道530被运送到模腔。加热器626是电阻线元件或与其类似的元件，其可如图所示地缠绕在喷嘴主体622周围。温度传感器628可以是热电偶或与其类似的元件，并可根据需要省略。
歧管608包括加热器634和歧管通道638。歧管通道638延伸穿过歧管608，并且将模制材料运送到喷嘴610。具有插塞通道633的插塞635嵌入到歧管608中，以引导歧管通道638的分支朝向喷嘴610。加热器634是电阻线元件或与其类似的元件，用来加热歧管608，从而在歧管通道638内加热模制材料。歧管608还包括凹槽642。
温度传感器636设置在插塞635的孔637内和歧管608的凹槽642内。温度传感器靠近歧管608和喷嘴610的接触界面(即靠近歧管608的出口)。温度传感器636可以是热电偶，或能根据在感测点639处测得的温度产生电信号的类似装置。在该实施例中，温度传感器636的感测点639设置在尽可能靠近歧管通道638的位置，以便精确测量其内部的模制材料的温度。在插塞635中的凹槽或歧管608中的孔可用来代替孔637或凹槽642。温度传感器636用来控制喷嘴加热器626。
使用温度传感器636的对喷嘴加热器626的控制与上述参考图1-3的描述相同。
将温度传感器636设置在插塞635内与如图1所示的将温度传感器136设置在歧管108的凹槽142内是同样可接受的。
图7示出了按照本发明的实施例的热半模700的一部分。热半模700包括支承板702、模板704、歧管708和喷嘴710(部分示出了一个，但是可使用多个)。支承板702和模板704可以是如图1-3的实施例描述的，并且可使用按照本发明的其它实施例所描述的特征。
每个喷嘴710包括喷嘴主体722、喷嘴头(未示出)和加热器726。喷嘴主体722限定了喷嘴通道730，模制材料通过该喷嘴通道730而被运送到模腔。加热器726是电阻线元件或与其类似的元件，可如图所示地被嵌入喷嘴主体722内。
歧管708包括加热器734和歧管通道738。歧管通道738延伸穿过歧管708，并且将模制材料运送到喷嘴710。具有衬套通道733的阀针衬套735嵌入歧管708，以引导歧管通道738的分支朝向喷嘴710。加热器734是电阻线元件或与其类似的元件，用来加热歧管708，从而在歧管通道738内加热模制材料。歧管708还包括孔742。
温度传感器736设置在阀销衬套735的孔737和歧管708的孔742内。温度传感器靠近歧管708和喷嘴710的接触界面(即靠近歧管708的出口)。温度传感器736可以是热电偶，或能根据在感测点739处测得的温度产生电信号的类似装置。在该实施例中，温度传感器736的感测点739设置在尽可能靠近歧管通道738的位置，以便精确测量其内部的模制材料的温度。在阀针衬套735或歧管708中的凹槽可用来代替孔737或孔742。温度传感器736用来控制喷嘴加热器726。
使用温度传感器736的对喷嘴加热器726的控制与上述参考图1-3的描述相同。
将温度传感器736设置在阀销衬套735内与如图1所示将温度传感器136设置在歧管108的凹槽142内是同样可接受的。
尽管已描述的是本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到在不背离如所附权利要求限定的精神和范围，可对其进行变化和修改。这里讨论和引入的所有专利和专利公开文献将全部包括在本发明内。

Claims (21)

1.一种热流道，包括：
歧管，该歧管具有带多个分支的歧管通道和歧管加热器，所述歧管通道用来从注口接收模塑材料；
与歧管连接的多个喷嘴，每个喷嘴具有喷嘴通道和喷嘴加热器，喷嘴通道从歧管通道的分支中接收模制材料，并将模制材料运送到模腔；
至少一个温度传感器，其位置靠近歧管和至少一个喷嘴的接触界面；和
控制器，其连接到温度传感器和至少一个喷嘴的喷嘴加热器，该控制器按照温度传感器所测量的温度来控制输出给至少一个喷嘴的喷嘴加热器的功率。
2.按照权利要求1的热流道，其特征在于，所述至少一个温度传感器设置在歧管内的邻近歧管通道出口的凹槽或孔中。
3.按照权利要求1的热流道，其特征在于，所述热流道还包括具有设置在歧管内的插塞通道的插塞，其中温度传感器设置在插塞内的并邻近插塞通道的孔或凹槽中。
4.按照权利要求1的热流道，其特征在于，所述热流道还包括具有设置在歧管中的衬套通道的阀针衬套，其中温度传感器设置在衬套内的并邻近衬套通道的孔或凹槽中。
5.按照权利要求1的热流道，其特征在于，所述热流道还包括：
阀针衬套，其具有设置在歧管中的衬套通道，其中衬套通道与歧管通道多个分支中的一个和喷嘴通道中的一个对准；和
阀针，其至少部分地设置在衬套通道和喷嘴通道内，
其中，至少一个温度传感器设置在阀针衬套内的孔或凹槽中。
6.按照权利要求5的热流道，其特征在于，所述热流道还包括设置在歧管内的与衬套内的孔或凹槽对准的孔或凹槽。
7.按照权利要求1的热流道，其特征在于，温度传感器设置在喷嘴头部的孔或凹槽中。
8.一种热流道，包括：
歧管，其具有带多个分支的歧管通道和歧管加热器，该歧管通道从浇口接收模制材料，每个歧管通道的分支至少具有一个弯曲部分；
与歧管连接的多个喷嘴，每个喷嘴包括喷嘴通道以及具有上游端和下游端的喷嘴加热器，喷嘴通道从歧管通道分支中接收模制材料，并将模制材料运送到模腔中；
温度传感器，其设置在歧管通道的一个分支内的弯曲部分的下游和一个喷嘴加热器的上游端的上游；和
控制器，该控制器连接到温度传感器和喷嘴加热器，并且根据温度传感器所测量的温度来控制输出给喷嘴加热器的功率。
9.按照权利要求8的热流道，其特征在于，至少一个温度传感器设置在歧管内的并邻近歧管通道的出口的凹槽或孔中。
10.按照权利要求8的热流道，其特征在于，所述热流道还包括具有设置在歧管内的插塞通道的插塞，其中温度传感器设置在所述插塞内的并邻近插塞通道的孔或凹槽中。
11.按照权利要求8的热流道，其特征在于，所述热流道还包括具有设置在歧管内的衬套通道的阀针衬套，其中温度传感器设置在衬套内的并邻近衬套通道的的孔或凹槽中。
12.按照权利要求8的热流道，其特征在于，所述热流道还包括：
阀针衬套，该阀针衬套具有设置在歧管中的衬套通道，其中衬套通道与歧管通道的多个分支中的一个以及喷嘴通道中的一个对准；和
阀针，该阀针至少部分地设置在衬套通道和喷嘴通道内，
其中，至少一个温度传感器设置在阀针衬套内的孔或凹槽内。
13.按照权利要求12的热流道，其特征在于，所述热流道还包括位于歧管内的与衬套内的孔或凹槽对准的孔或凹槽。
14.按照权利要求8的热流道，其特征在于，温度传感器设置在喷嘴头部的孔或凹槽中。
15.一种控制热流道的喷嘴的加热器的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
提供具有喷嘴通道和喷嘴加热器的喷嘴，其中喷嘴通道从歧管的歧管通道中接收模制材料，并将模制材料运送到模腔；
提供温度传感器，其靠近喷嘴和歧管的接触界面；和
根据温度传感器测量的温度来控制输出给喷嘴加热器的功率。
16.按照权利要求15的方法，其特征在于，至少一个温度传感器设置在位于歧管内的邻近歧管通道出口的凹槽或孔中。
17.按照权利要求15的方法，其特征在于，所述方法还包括提供具有设置在歧管内的插塞通道的插塞，其中温度传感器设置在插塞内的并邻近插塞通道的孔或凹槽中。
18.按照权利要求15的方法，其特征在于，所述方法还包括提供具有设置在歧管内的衬针通道的阀针衬套，其中温度传感器设置在衬套内的并邻近衬套通道的孔或凹槽中。
19.按照权利要求15的方法，其特征在于，所述方法还包括提供：
阀针衬套，其具有设置在歧管中的衬套通道，其中衬套通道与歧管通道的多个分支中的一个以及喷嘴通道中的一个对准；和
阀针，其至少部分地设置在衬套通道和喷嘴通道内，
其中，至少一个温度传感器设置在阀针衬套内的孔或凹槽内。
20.按照权利要求19的方法，其特征在于，所述方法还包括提供位于歧管内的与衬套内的孔或凹槽对准的孔或凹槽。
21.按照权利要求15的方法，其特征在于，温度传感器设置在喷嘴头部内的孔或凹槽中。
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