CN1016149B - 注射成型用喷嘴及其制造方法 - Google Patents

Abstract

改进的注射成型喷嘴及其制造方法。它有用真空法在螺旋槽中铸入铜内成一整体的加热元件，该螺旋槽是在工具钢制成的喷嘴体外表面上切割出来的。加热元件的一端具有一从头盖板的一个孔中伸出来的冷接头，头盖板在浇铸前能转动以确保喷嘴和所铸入的加热元件的长度相一致。浇铸前，在螺旋槽上面加一钢套以保证加热元件在槽中被厚度为最小的铜层所裹覆以发散来自加热元件的热量。螺旋槽可以按预定的变节距来切割以便向失热较多之处补给更多热量。

Description

本发明涉及一种改进了的组合式注射成型用的喷嘴及其制造工艺。这种喷嘴的外表面具有缠绕着电加热元件的螺旋槽，用真空浇铸法把电加热元件铸入铜内并完全被铜所裹覆。

在制造注射成型用的喷嘴时，把螺旋形加热元件铸入铜内，这一工艺早已众所周知。例如由本申请人的1980年12月9日批准的美国专利4238671号，题为“铸有加热元件的浇口加套法”，它介绍了一种螺旋形加热元件，被浇铸在芯管部分周围，芯管由高强度抗腐蚀材料制成，芯管中有一通过熔液的通道。对于这种初期方法的改进可参见本申请人的1982年10月26日批准的题为：“浇口加套及其制造法”的美国4 355460号专利，以及于1983年5月31日批准的题为：“铸有电加热元件的浇口加套法”的美国4 386262号（分案申请）专利。在这些专利中，螺旋形加热元件被浇铸在芯管部分和外套筒之间的铜内。进一步的改进可参见本申请人的于1983年9月13日批准的美国4 403405号专利及于1984年5月1日批准的题为：“浇口加套连接器总成”的美国4446360号（分案申请）专利。该专利特别涉及籍开口垫圈装置的加热元件冷端周围密封法。以上专利所揭示的喷嘴都具有一个优点那就是它们的加热元件都被浇铸在散热很快的金属铜内，同时，这类喷嘴在某些特定的应用中也暴露了一些缺点。首先，在高温及高压应用上的需求不断增长下，如果不增加喷嘴外径，就无法保证脆裂强度，而外径增加就无法伸入某些孔状物。脆裂强度最低值为5000磅/吋²是很平常的，而又难以达到，因为加热元件周围的铜相对说来是弱的，起不到太大的加强作用。其次，所希望的是加热元件各圈能在喷嘴内占有正确位置。进一步说，通常在喷嘴两端失去的热量要比中部失去的多，因此希望加热元件的节距能根据不同用途，沿喷嘴全长按预定方式来改变分布。用这类原先的喷嘴是做不到这一点的，因为要将芯管插入到螺旋形加热元件中去，然后再铸入铜内。

稍后，为了克服类似的问题及其它问题，本申请人提出过一种喷嘴，其加热元件被钎焊在喷嘴体外壁的螺旋刻槽内。这个可参见本申请人的于1985年12月10日被批准的题为：“注射成型装置用的加热喷嘴”的美国4    557685号专利，以及于1986年4月22日被批准的题为“被钎焊上加热元件的注射成型用的加热喷嘴的制造方法”的美国（分案申请）4    583    284号专利。然而，遗憾的是，这也并不令人十分满意，因为镍基钎焊化合物并不沿螺旋刻槽均匀流动，从而使加热元件及喷嘴体间不能沿全长均匀接触。

本发明的目的是为了至少部分地克服原有技术工艺中的一些缺点，并相应地提供一种改进型的注射成型用的喷嘴及其方法，也就是将电加热元件以真空法铸在外形已事先设计好的螺旋槽中，使完全裹覆着电加热元件的铜层达最薄。

一方面，本发明提供了一种制造组合式注射成型用的加热喷嘴的方法，它包括如下步骤：形成一个加长型钢质腔体，它具有上、下两端以及贯通此两端的中心腔孔，近腔体上端有一大头，腔体外表面大致上呈圆柱形，从其下端附近至上端附近环绕有一螺旋槽;将一与电绝缘的加热元件缠绕在螺旋槽中，它以一端固定于螺旋槽近腔体下端处，在另一端使冷的接头从腔体上端附近的槽中伸出;将一钢质头盖板盖在腔体大头上，头盖板中心开口的形状能容纳腔体大头伸入，所达到的位置正好能盖住环绕大头的槽道部分，头盖板上由中心开口处往外还有一径向孔，电加热元件的冷接头可由此伸出，籍此使头盖板在腔体大头上能少量偏转，从而保证了由此伸出的电加热元件的规定长度并补偿加热元件在螺旋槽内缠绕时的少量长度变化;将腔体下端插入到一个钢套内，伸入到使钢套覆盖住从大头到腔体下端间的螺旋槽为止，钢套内径稍大于腔体外表面的外径;密封沿钢套四周与头盖板结合处及密封冷接头周围防止大量漏泄;固装料罐使其与螺旋槽相沟通并将预定数量的铜装入料罐内;将组件在真空炉内熔铜浇铸，铜沿加热元件流动，充填着钢套下面及头盖板下面的螺旋槽，使螺旋槽内的加热元件全部被最小厚度的铜层所裹覆并形成加热元件及其周围钢体间的整体连结;切削加工组合 式喷嘴并去除料罐以达到所需外形，再精加工。

就本发明的另一方面而言，它提供了一种组合式的注射成型用的加热喷嘴，包括一个加长型钢质腔体，它具有上、下端并在其间有一贯道的中心腔孔，腔体大致呈圆柱形并有一螺旋槽环绕在上端附近至下端附近间;上端附近有一具锥形外表面的大头;具有中心开孔的钢质头盖板，此孔具有锥形内表面并与腔体大头的外表面相配合，头盖板以其锥形内表面与大头的锥形外表面相对接并落座在大头上以盖住延伸盘绕于大头上面的螺旋槽部分，头盖板具有由中心开孔处向外伸的径向孔以及贯穿的螺栓孔，螺栓孔使喷嘴在注射成型系统中安装定位;由下端附近起始围绕腔体伸展的一个钢套，钢套的一端固定有一钢领圈并与大头对接，钢套的内径比腔体外表面的外径略大，因此钢套及领圈能将由大头至腔体下端间的螺旋槽盖住;一个电绝缘的加热元件，它盘绕在螺旋槽内，由腔体下端附近处向另一端延伸，该端有一冷的接头与通过头盖板径向延伸孔引出的加热元件相连接;用真空法铸于铜内的加热元件，铜完全填满螺旋槽并成为加热元件和其周围钢腔体间的连结剂并使钢套连结在腔体的外表面上成一整体。

本发明的其它目的及优点可参照附图，将在以下陈述中体现。

附图图面说明如下：

图1是表示带有按本发明第一实施例所制造喷嘴的多通道注射成型系统的部分剖面图;

图2是一分解的等轴投影图，表示图1中喷嘴的一些制造步骤;

图3是喷嘴腔体上装有料罐的剖面图;

图4表示准备放入真空炉内的一批组件;

图5是与图1相似的剖面图，表示按本发明另一实施例而制造的喷嘴。

首先参照图1，它展示了一套多通道、加热口注射成型系统的一部分，系统中有多个喷嘴10，每一喷嘴座落在孔穴板14上的井穴12中。每一喷嘴10用螺栓20抵紧在加长型支路板18的底面16上，螺栓通过喷嘴10上的孔22旋入孔穴板14。支 路板18与孔穴板14的相对位置由该二板间中心处的定位环24所确定。支路板18有一熔液腔26使来自中央进入口28的熔液纵向分流。支路板18上的熔液腔26引向底面16上的出口30，并与喷嘴10上的中心腔孔32对准。在本实施例中，中心腔孔32的下端36处有一带螺纹38的扩孔口34可接装能拆卸的塞嘴40。该塞嘴40有一锥形中心腔42是与中心腔孔32同心的，还有一个圆柱形鼻部44，通过模芯14的井穴，放入开口46中，且位于喷嘴下端36。由图可见，塞嘴40牢固地夹持着鱼雷体组件48，该处有一沿中心腔42伸展长型鱼雷体50，中心腔42在浇口53的上方形成通道口52，浇口53是直接通向空穴54的。在本申请人于1984年5月29日获批准的题为“注射成型用的热嘴塞密封的改进”的美国4    450990号专利中曾描述过：鱼雷体的外壳部分56由高速钢制成以抗磨及抗腐蚀，而其内部58则由铜制成，铜的导热性好，可改善流向通道52处的热流。

喷嘴有一个大致上为圆柱形的外表面60及一个位于上端64的加大的头盖板62，固定螺栓孔22由此头盖板通过。喷嘴由电加热元件66加热，电加热元件用铜68浇铸在喷嘴外表面60的螺旋槽70中。正如前面已提及的美国4    557    685号专利所描述那样，在本实施例中，电加热元件66由双股铬合金电阻丝72制成，在钢壳76内部电阻丝埋设在耐高温电绝缘的粉末材料中，此种材料可以为充填结实的氧化镁粉末。电加热元件66有一个加粗的冷接头78，它从头盖板62中伸出以连接合适的可控电源。支路板18由铸入在板内的电加热元件80加热，这在本申请人于1984年9月11日获批准的题为“注射成型用的支路板件及其制造方法”的加拿大1174020号专利中有所描述。铸模孔穴板14由经冷却通道82以普通方式泵入的冷却水进行冷却。众所周知，为减少喷嘴10向冷却的孔穴板14散失的热量，隔热套84以肩部86支持在喷嘴10上以提供它们之间的隔热空气层88。同样，定位环24也在热的支路板18及冷的孔穴板14之间提供了隔热空气层90。下面将更详细地谈关于贯通空气层88内而设置的热电偶92，它用来测量加热元件66的温度。

现在要特别参照图2、3及4来描述按照本发明第一实施例来制造喷嘴的步骤。 由H13之类的工具钢加工出一个加长型的腔体94，使之具有大致上为圆柱形的外表面60，并在上端64附近具有加粗了的大头96。大头有锥形外表面98以及在外表面60上加工出一螺旋槽70。如图所见，此槽70延伸至大头96，在该处槽深增加以使整个槽具有均匀的内径，近上端64处还加工出上部槽100，该槽绕大头96环形沿伸而不倾斜。经腔体94中钻出中心腔孔32作为熔融液通道，从有利于大容量的用途来说，相对于喷嘴外直径，中心腔孔32的直径愈大愈好。在螺旋槽70的上部沟槽100与上端64间钻出一个小的喂料孔102。如上所述，在下端36附近中心腔孔32经扩孔成带螺纹的口34以接纳带有鱼雷体组件48的塞嘴40。

电加热元件66从腔体96的邻近下端36处的槽68中的固定端104开始，盘绕在螺旋槽70中。端点104能用点焊固定在位置上，但用专门的冲头将槽边冲挤来得更方便。加热元件66的另一端从槽道68邻近上端64处成为加粗的冷接头78伸出，并从中引出接线106。在本实例中，终端沟槽100中缠绕有双排加热元件66以提供大头96的额外加热。

头盖板62由H13之类的工具钢加工而成，它有一中心开孔108，此孔具有锥形内表面108并与大头96的锥形外表面98相配合。由中心开孔108向外钻有径向孔112，其大小足以接纳加热元件66的冷接头78。头盖板62中也钻有螺栓孔22以接纳上述将喷嘴10连接到支路板18上去的螺栓20。冷端78是当头盖板62向腔体94的大头96上安放时，由内向外插入径向孔112的。中心开孔108的锥形内表面110和大头96的锥形外表面98对接相配并使头盖板62准确定位，其位置正好使上部沟槽100中加热元件66那部分被盖住。当将加热元件66缠绕于螺旋槽70中时，要小心从事以确保元件沿全长全部进入槽内。然而，不论怎样小心从事，也不可能将加热元在槽中每次重复盘绕成准确不差的相同长度。对于任何特殊大小的喷嘴来说，加热元件的长度乃是做成相同的，要注意盘绕在槽中加热元件的长度对每个喷嘴均为相等是很重要的，才能保证加热特性始终一致。应用本方法就能达到这一点：只要将螺旋槽70中的加热元件66上紧，并将头盖板62在腔体94的大头96上 面顺时针方向转动，直至冷接头自孔112伸出后的加热元件达到预定长度为止就行了。然后在冷接头74上面插入冷接头套114，以一端落座于头盖板62的孔112周边上。

把一个不锈钢邻圈116用激光与圆柱形不锈钢套120的一端118相焊接。然后将腔体94的下端36插入之，直至钢领抵住大头96及头盖板62的底面122为止，其位置正好盖住锥面98及110间的联结处。钢套120的内直径仅略大于腔体94的圆柱外表面60的外直径。这样，钢套120就把大头96至下端36间的螺旋槽盖住了。如图3所见，头盖板62、冷接头套114、钢领116及钢套120全是用激光焊接起来的并用标号124来注明，这是为了保持各自的位置并将它们与腔体94间的连接处密封以防止漏铜。

带开口的料罐126焊在腔体94的上端64来进行密封以防止从导向喂料通道102的出口处漏泄。将定量过的铜料棒128插入此料罐126中，再按此直立位将组件放入真空炉130中。在本实施例中，随着炉子逐渐被加热至将近2050°F，炉内被抽至高度真空以排除实质上全部氧气。然而，在到达铜的熔点以前，炉内部分地回充氩和氮之类惰性气体以避免铜的蒸发，真空度有所降低。当铜料棒128在部分真空下熔化时，经过喂料通道102流向螺旋槽70并沿此槽围绕加热元件用铜把槽彻底充满。可以想见，槽70充满后，铜将流至周围的钢套120，形成加热元件上面最小的铜层厚度，此铜层足以使加热元件沿全长均匀地散热。铜复盖得充分以后，此法还可允许腔体94内在中心腔孔32与螺旋槽间的钢壁厚度尽量放大以维持足够的脆裂强度。这样，相对于喷嘴的外直径来说，可把中心腔孔32的直径做得十分大以满足任何脆裂强度的要求。在部分真空中浇铸铜可使它和加热元件66的钢壳76，及使它和喷嘴的腔体94一起产生冶金上的结合。这样就形成一个整体结构，它能更有效地传递加热元件产生的热，并使热量沿中心腔孔32更均匀地传布。由图可见，加热元件66外形上的节距可沿全长而改变，就能向喷嘴二端提供较中部为多的热，而中部的热损失是较少的。此种外形可以根据任何特殊用途来 精确控制，只要改变一下在腔体94外表面60上所切割出来的螺旋槽70的形态就行。

待喷嘴冷却并从真空炉中移出后，将喷嘴进行机械加工以去除料罐126，加工至所需外形，再进行精加工。在本实施例中，钢套120及部分钢领圈116也被切削掉以减小喷嘴的外径。如果外径并非要素，则钢套120也可以不去除。如上所述，在使用前要把塞嘴40拧入扩孔口34中以安装鱼雷体组件48就位。

如图1及图3所示，在加工腔体94时在外表面60上就钻有一盲孔132，它沟通着下端36附近的螺旋槽70。当在真空炉130中铸入铜时，铜沿螺旋槽70也将此盲孔132填实。在加工去除钢套120后，在填入的铜上再钻一孔134以接纳测量加热元件66附近温度用的热电偶92。

在使用时，将系统如上述组装完毕后，接通供加热元件66及80的电源以加热支路板18及喷嘴10使达到预定的操作温度。然后，按早已规定好的循环，把来自浇铸机（未示出）的压力熔融液引入支路板18内熔液腔26的中央进入口28中，由此流经每个喷嘴的熔液腔26来充填孔穴54。孔穴54填满后仍短期保持注射压力使之紧实，然后再释压。经过短期冷却，模子被打开取出成品。取出后，关上模子施加注射压力以重新充填孔穴。此种循环连续不断地重复进行，其频率随孔穴的大小、形状和所铸材料的种类而定。

现在参阅图5，它显示在一个阀式通道系统中的按本发明的另一个实施例而设计的喷嘴。因为很多另件和上述第一实施例中的完全相同，二实施例中共有的另件采用相同编号来进行描述及图示。此型注射成型系统和本申请人于1986年10月31日经Mold-Masters公司申请的题为“为变换注射成型用喷嘴指向而设计的旁置式支路块体”的加拿大524208号专利中所描述的相似。在此系统中，每个喷嘴10按装在偏置式支路块体136上，它又以螺栓安所需方向和支路板18相连结。每一偏置式块体136有一个熔融液通道140，它沟通支路板的出口30和喷嘴10的中心腔孔32。就在螺栓142将支路块体136足够紧密地压在支路板的侧面138上以防止 压力熔融液的漏泄时，仍然允许二者间有少量侧向位移以适应支路板的热胀冷缩，以免由于喷嘴定位误差而引起漏泄。

每个喷嘴10有一加长了的阀杆144，它沿中心延伸并通过中央熔液腔26。阀杆有锥形顶尖146及一个加粗的驱动端148，它由座落在铸模背板150中的液压作用机构所发动。正如由本申请人的于1984年8月28日获批准的美国4    468191号专利中所描述的，作用机构包括一个活塞152，它在安置于铸模背板150中的气缸154内往复运动。气缸用螺栓（未示出）固定在铸模背板150内，该铸模背板由延伸至孔穴板14内的螺栓156所紧固。阀杆144经孔158延伸至活塞152内并被一螺纹塞160所固接。螺纹塞拧入活塞152内，同时也密封住液压流体的漏泄。活塞具有加长的颈部162，一个V-型的高温密封圈164放置在气缸154中以防止液压流体沿此漏泄。气缸154具有一个带螺纹的帽盖166，其直径比活塞152的大，以致必要时可将活塞152及阀杆从中抽出。液压流体来自可控源（未示出），经通道168供入气缸154内作用在活塞152的反面从而按事先规定的循环推回活塞。在向下封闭位时，阀杆顶尖146将通道52封住，而在回抽开启位时，活塞顶靠帽盖166。O-型环170也是用来防止液压流体漏泄的。阀杆144穿过偏置式块体136中阀杆孔172并通过一个密封套筒174，该套筒用螺钉176固定在偏置式块体136上。编置式块体136及套筒174也由H13钢制成，同时穿过它们的孔壁经渗氮以降低往复运动的阀杆所引起的磨耗。

喷嘴10除钢套120未被加工切除外，与上面描述过的是一样的，这是因为在此类应用上没有必要减小外径。由图可见钢领圈116的一部分被加工切除以适应隔热套118。同时，塞嘴40的外形也有所不同，以便构成阀通道52。此外加热元件66在螺旋槽70中的结构及浇铸方法和以上所述全一样，故而不必重复。每个喷嘴10用螺栓20紧固在偏置式块体136上，螺栓穿过头盖板62中的孔22拧入孔穴板14中。

既然喷嘴及其制造方法的描述是相对于最佳实例而给出的，就不能窄意地从 字面上去理解、解释。对于本领域的技术人员来说是可以作出变型和修正来的。例如可以这样认为，按本发明作出的喷嘴可用于各种不同系统。这样，可以使用不同外形的塞嘴，或者喷嘴的下端可以加工成不用塞嘴的其他通道口结构形式。其它象镍基钎焊及焊接等合适的密封方法均可采用，不一定非用激光焊接。

Claims (14)

1、一种制造组合式注射成型用的热喷嘴的方法包括以下步骤：

(a)形成一个加长型钢质腔体，它具有上、下两端以及贯通此二端的中心腔孔，腔体外表面大致上呈圆柱形，在上端附近有一大头，围绕腔体从下端附近至上端附近处盘旋伸展着一条螺旋槽；

(b)将一与电绝缘的加热元件缠绕在螺旋槽中，它以一端固定于螺旋槽近腔体下端处，在另一端使冷的接头从腔体上端附近的槽中伸出；

(c)在所述腔体的上下端之间套装一钢套；

(d)在真空炉内在钢套内浇铸熔铜。

其特征是，在完成上述(a)、(b)步骤后进行以下步骤：

(c’)，将一钢质头盖板盖在腔体大头上，头盖板中心开口的形状能容纳腔体大头伸入，所述到的位置正好能盖住环绕大头的槽道部分，头盖板上由中心开孔处往外还有一径向孔，电加热元件的冷接头可由此伸出，籍使头盖板在腔体大头上能少量偏转，从而保证了由此伸出的电加热元件的规定长度并补偿加热元件在螺旋槽内缠绕时的少量长度变化；

(d’)将腔体下端伸入到一个钢套内，伸入到使钢套复盖住从大头到腔体下端间的螺旋槽为止，钢套内径稍大于腔体外表面的外径；

(e’)密封沿钢套四周与头盖板结合处及密封冷却头周围以防上大量漏泄；

(f’)固装料罐使其与螺旋槽相沟通并将预定数量的铜装入料罐内；

(g’)将组件在真空炉内熔铜浇铸，铜沿加热元件流动，充填着钢套下面及头盖板下面的螺旋槽，使螺旋槽内的加热元件全部被最小厚度的铜层所裹复并形成加热元件及其周围钢体间的整体连结；以及

(h’)切削加工组合式喷嘴并去除料罐以达到所需外形，再精加工。

2、根据权利要求1所述的方法，其中腔体的大头是加粗了的，具有锥形外表面，而通过头盖板上的中心开孔则具有与之相配的锥形内表面以接纳大头装入。

3、根据权利要求2所述的一种方法，其中一钢领圈固定在钢套的一端，当钢套及头盖板处于应有位置时，钢领圈正好抵紧大头底面及头盖板，其位置要能盖住大头锥形外表面及与之相配的头盖板锥形内表面间的结合处。

4、根据权利要求3所述的一种方法，其中用一冷接头钢套固定在头盖板上，并沿加热元件所伸出来的冷接头周围密封之。

5、根据权利要求4所述的一种方法，其中（h）步骤包括加工去除钢套以减小喷嘴外径。

6、根据权利要求1、2或5所述的一种方法，其中在腔体上端及螺旋槽之间钻一喂料通道孔，以及在上端的喂料通道孔上方置一料罐，这样，铜在真空炉中被加热至熔点以上时，通过喂料通道孔流下并填加热元件周围的螺旋槽。

7、根据权利要求1、2或5所述的一种方法，其中步骤（e）的密封方法是靠激光焊接完成的。

8、根据权利要求1、2或5所述的一种方法，其中步骤（e）的密封方法是靠钎焊完成的。

9、根据权利要求1、2或5所述的一种方法，进一步包括在头盖板中钻螺栓孔以便将喷嘴安装在注射成型系统中所需的位置上。

10、根据权利要求1、2或5所述的一种方法，进一步包括在腔体外表面内钻一与螺旋槽相通的盲孔，藉此于步骤（g’）中浇铸铜时，盲孔为铜所充满，再在凝固的铜上钻孔以安装测量附近加热元件温度的热电偶。

11、根据权利要求1、2或5所述的一种方法，其中在腔体下端钻一中心扩孔口以便接装具有预定外形，可拆卸的塞嘴。

12、根据权利要求1、2或5所述的一种方法，其中在腔体下端钻一中心扩孔口以便接装一钢质可拆卸的塞嘴，该塞嘴在中心腔孔中居中地装有一鱼雷体，其中心与贯通腔体的中心线是一致的，塞嘴有一鼻部，它沿伸至同模芯接触，并位于喷咀下端。

13、一个组合式注射成型用的加热喷嘴，包括：

（a）一个具有上、下两端以及贯通此二端的中心腔孔的加长型钢质腔体，它具有大致呈圆柱形的外表面，并在上端附近有一加粗了的大头，在腔体周围从下端附近至上端附近绕有螺旋槽，大头具有锥形外表面;

（b）具有中心开孔的钢质头盖板，中心开孔的锥形内表面与腔体大头的锥形外表面相匹配，头盖板座装在腔体大头上，它用锥形内表面抵紧大头的锥形外表面以盖住环绕大头的那部份螺旋槽，头盖板有一自中心开孔往外通出的径向孔及为把喷嘴在注射成型系统内安装定位用的贯穿螺栓孔;

（c）从腔体下端附近处起始环绕腔体的钢套，在它的一端固接一钢领圈，领圈抵靠大头，钢套内径稍大于腔体外表面的外径，钢套及钢领圈藉此可盖住由大头至腔体下端间的螺旋槽;

（d）一个电绝缘的加热元件，它从腔体下端附近处的一端起缠绕在螺旋槽内，另一端接有一冷接头，它通过头盖板上的径向孔向外伸出，加热元件在真空中铸入铜内，铜充满全部螺旋槽，形成加热元件和周围的钢腔体间的整体连结，以及形成钢套与腔体外表面的整体连结。

14、根据权利要求13所述的一种喷嘴，其中螺旋槽的节距沿腔体全长是按事先规定好的形态变化的，以补偿来自喷嘴的不均匀热损失。

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