CN101842211B - 具有低压力歧管的高压力注射模制喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模制系统，其包括：低压力源，其用于在低压力下准备熔融物，熔融物将在较高的高压力下注射到模具中；歧管，其与源连接；以及注射设备，其与歧管连接，注射设备与模腔连接，注射设备经配置以：(i)在高压力下将熔融物注射到模腔中；且(ii)计量熔融物，注射设备包括：外壳，其界定柱塞腔；可选择性关闭的阀，其位于歧管与柱塞腔的中间，在打开位置中，柱塞腔变得填充有所述熔融物，且在关闭位置中，位于柱塞腔中的熔融物变得与位于源中的熔融物隔离；柱塞，其可在柱塞腔内移动，所述柱塞将在阀被放置于关闭位置中之后被向前驱动；以及喷嘴，其具有注射出口，喷嘴从柱塞腔接收熔融物，喷嘴可与模腔连接，柱塞腔接近于所述喷嘴的所述注射出口。

Description

具有低压力歧管的高压力注射模制喷嘴

技术领域

本发明涉及注射模制系统，且明确地说，涉及注射经计量数量的熔融物和在高压力下注射熔融物。

背景技术

在许多应用中，需要用至少在没有过早故障的情况下执行成品零件的所要功能所必要的量的塑料来模制塑料零件。因此，随着树脂被制作得越来越强硬，可相应地将零件壁厚度制作得较薄且可用相同量的熔融物来制作较多模制零件。另外，由于较薄零件冷却、固化和顶出较为快速，所以可以比具有较厚壁的零件快的循环时间来制作具有较薄壁的零件，这增加了最大机械输出速率。

较薄零件通常需要比具有相似尺寸和形状的较厚零件高的注射压力。因此，需要能够产生越来越高的注射力的机械注射单元来填充模腔以获得越来越薄壁化的零件。尝试满足此需要的先前设计已利用与能够经受住高压力的热浇道歧管系统耦合的高压力注射单元。这些高压力注射单元和歧管系统通常较昂贵且较难以维护，因为必须使用能够经受住高压力的较高质量的材料。这些系统还遭受以下事实：随着熔融物穿过歧管和喷嘴而失去显著量的压力，这使得在模腔内实现所要压力仍更具挑战性。

在许多应用中，还需要可靠地产生具有统计上一致的零件特性的模制零件。在许多情况下，客户需要用传感器、仪器和/或固定且备有证明文件的模制参数来检验严格且可重复的模制工艺。特别关注的一个领域是零件重量，其被感知为对完整零件填充和零件质量和/或均匀性的一致性的指示。

在许多先前设计中，这是通过液压平衡式熔融物通道布局的精确设计和制造、歧管和喷嘴的谨慎热平衡式热分布、在歧管中使用阀门控式腔填充孔和用以在注射循环期间确认每一腔位置的打开和关闭的阀销位置传感器来实现。

发明内容

本发明提供一种能够在利用低压力注射单元和歧管的同时在高压力下将熔融物注射到模腔中的注射设备。根据本发明的设备还能够在每一注射循环期间精确地计量注射到模腔中的熔融物的量。

根据本发明的设备具有包含在外壳内且由外壳界定的腔。此腔在低压力下从熔融物源接收熔融物。熔融物源可包括用于低压力注射模制的常规装备，例如低压力注射单元和低强度歧管。当所述腔适当地用熔融物填充时，位于熔融物源与腔中间的可选择性关闭的阀关闭，进而使腔中的熔融物与源中的熔融物隔离。接着将位于腔内的柱塞向前驱动，从而增加腔内的熔融物的压力且在高压力下在模腔中注射熔融物。所述阀防止在注射期间任何熔融物实质上回流到熔融物源中，且还防止源内的熔融物压力的任何实质性增加。因为防止回流到熔融物源中且腔接近于喷嘴的注射出口，所以可通过监视柱塞被向前按压的距离来精确计量注射到模腔中的熔融物的量。

将从下文提供的具体实施方式中明白本发明的另外适用性领域。应理解，所述具体实施方式和特定实例在指示本发明的优选实施例的同时既定仅用于说明的目的且不希望限制本发明的范围。

附图说明

从具体实施方式和附图将更全面理解本发明，其中：

图1是根据本发明实施例构造的注射模制设备的截面图；

图2是具有减小的垂直轮廓且根据本发明实施例构造的注射模制设备的截面图；

图3是具有替代阀机构且根据本发明实施例构造的注射模制设备的截面图；

图4是具有替代阀和阀杆构造且根据本发明实施例构造的注射模制设备的截面图；

图5是根据本发明实施例构造的热切断注射模制设备的特写截面图；

图6是具有替代阀机构且根据本发明实施例构造的注射模制设备的截面图。

具体实施方式

以下对优选实施例的描述在本质上仅为示范性的且决不希望限制本发明、其应用或使用。

如图1所说明，提供用于注射模制的热浇道系统，其具有包含在喷嘴12内的射出罐组合件10。根据此实施例，在低压力下将熔融物注射到歧管16的歧管通道14中。借助于从源或供应构件(例如挤压器)引导的热浇道系统来向歧管通道14提供熔融物。熔融物从歧管通道14流到衬套腔18中。在一些实施例中，熔融物在进入衬套腔18之前穿过衬套通道20。熔融物在入口22处流到衬套腔18中。阀24使歧管通道14与衬套通道20分离。阀24打开以用熔融物填充衬套腔18，且在将熔融物注射到模腔26期间或之前关闭以使衬套腔18中的熔融物与歧管通道14中的熔融物隔离。

根据图1所描绘的实施例，在衬套腔18内提供阀杆28以打开和关闭衬套38所界定的注射出口30。通过合适的阀杆致动器32(借助于实例，例如气动驱动器或电马达)驱动阀杆28以打开和关闭注射出口30。

在衬套腔18中还提供柱塞34。优选地，柱塞34经尺寸设定以便在柱塞34的外表面与界定衬套腔18的侧壁之间形成密封件。通过能够提供足以在衬套腔18内产生所要压力的力的柱塞致动器36(借助于实例，例如液压驱动器或电马达)来驱动柱塞34。在所描绘的实施例中，阀杆28穿过柱塞34的中心且独立于柱塞34来被致动。

在将熔融物注射到模腔26中时，关闭阀24且将阀杆28拉离注射出口30以允许衬套腔18中的熔融物穿过注射出口30。在注射出口30打开的情况下，致动柱塞34以使其向前移动以便在高压力下将熔融物注射到模腔26中。经关闭的阀24有助于在将熔融物注射到模腔26中期间在衬套腔18中的熔融物与歧管通道14中的熔融物之间形成高压差。因此，在衬套38内实现较高压力，而在歧管通道14和位于歧管16上游的结构内维持较低压力。

因为高压力被隔离到喷嘴12，所以可结合本发明来使用在低压力下处置并卸载熔融物的低性能注射单元以产生需要在高压力下注射熔融物的工件，例如具有薄壁的零件。另外，低强度歧管16(例如用低级钢或通过自由形式制造制成的歧管)可用于产生需要高压力注射的此类模制工件。根据图6所示的本发明实施例，采用具有柔性熔融物分配系统的经加热歧管16。

此外，在其中需要精确控制注射到每一模腔26中的熔融物的量的应用中，可采用本发明以确保肯定地且重复地将经计量数量的熔融物注射到每一个别模腔26中。在采用多个喷嘴12的热浇道系统中，此特征有助于实现每一喷嘴12之间的精确平衡。可通过柱塞34开始和停止位置来调整和控制同步填充和一致的零件重量。这些开始和停止位置可用传感器来确认以获得较高精确度和可靠性。

图2中描绘本发明的另一实施例。此实施例类似于图1所描绘的实施例，不同之处只是通过使柱塞致动器36与喷嘴12并排定位而不是定位于喷嘴12之上来减少系统的高度。根据此实施例，柱塞34和柱塞致动器36附接到将来自柱塞致动器36的动力传输到柱塞34的板40。

在图3所描绘的实施例中，柱塞35分别充当图2所示的阀24和柱塞34两者，以使衬套腔18中的熔融物与歧管通道14中的熔融物隔离。根据此实施例，处于低压力的熔融物在没有如先前在图1和2中所示穿过阀24的情况下从歧管通道14流到衬套通道20。柱塞35的一侧的一部分具有凹口42，其形成衬套38与柱塞34之间的通道。当用熔融物填充衬套腔18时，旋转柱塞35以使凹口42与入口22对准且将其拉回。因此，在填充衬套腔18时，熔融物从歧管通道14流动到衬套通道20中，接着穿过入口22进入柱塞34与衬套38之间由凹口42形成的通道，进而填充衬套腔18。

在将柱塞35向前按压以将熔融物注射到模腔26中之前，旋转柱塞35以使得凹口42不与入口22对准，从而大致上防止衬套腔18中的熔融物流回到衬套通道20和歧管通道14中。在将其旋转之后，致动柱塞35以使其向前移动以便在高压力下通过喷嘴12将熔融物注射到模腔26中。以此方式，柱塞35与衬套38之间的交互充当阀24以防止在将熔融物注射到模腔26中期间使歧管通道14和位于其上游的结构中的熔融物增压。

在所描绘的实施例中，以齿条或齿轮44的形式来提供用于旋转柱塞的构件。齿条44优选地由致动器(未图示)(例如液压活塞或电马达)来推动，且与形成于柱塞35上的齿状物46交互以致使柱塞35在齿条44经致动以上下移动时旋转。可采用各种其它已知构件来旋转柱塞35，借助于实例，例如如第5,112,212号美国专利中所揭示的臂与连杆系统，所述美国专利的整个说明书以引用的方式并入本文中。

在图4所描绘的实施例中，具有较小横截面的阀杆28固定到具有较大横截面的柱塞35的末端，且阀杆28与柱塞35作为单个单元一起移动。根据此实施例，柱塞35含有大致上穿过柱塞35的中心的柱塞通道48。柱塞通道48具有在位于柱塞35的表面上的开口处的入口处50和开放到衬套腔18中的出口处52。在所描绘的实施例中，出口处52为位于柱塞35与阀杆28的接合点处的两个开口；然而，此类开口的放置和数目是设计选项，且可针对出口处52使用较多或较少开口。

根据此实施例，当用熔融物填充衬套腔18时，熔融物在不穿过阀24的情况下从歧管通道14流动到衬套通道20。拉回并旋转阀杆28/柱塞35组合以使入口处50与入口22对准，使得熔融物从歧管通道14流出，接着穿过衬套通道20进入柱塞通道48且接着排空到衬套腔18中。

当将熔融物注射到模腔26中时，旋转阀杆28/柱塞35组合以使得入口处50不与入口22对准，以便防止回冲到歧管通道14中且使歧管通道14增压。向前按压阀杆28/柱塞35组合以使得在高压力下将衬套腔18中的熔融物注射到模腔26中。当阀杆28/柱塞35组合达到其最前进位置时，阀杆28将关闭注射出口30。优选地，在恰当的冷却周期之后且在注射出口30关闭的情况下，将注射模制工件排出模腔26且循环再次开始。

如图4所描绘，直接包围喷嘴外壳的是加热器54，其加热衬套38以将衬套腔18内的熔融物维持在所要温度。优选的是在限制转移到歧管板56和模具58的热的量的同时加热熔融物。因此，提供气室60作为大部分衬套38与歧管板56之间的绝缘体。还在衬套腔18内提供凸缘62以增加热衬套38与熔融物之间的接触区域，同时减小热衬套38直接接触模具58的区域。形成于凸缘62与模具58之间的空穴64可用热固材料来填充或简单地允许用熔融物来填充。

在图5所描绘的替代实施例中，采用热切断作为在将零件从模腔26顶出之后且在将熔融物新注射到模腔26中之前防止熔融物淌出注射出口30的手段。此实施例可与类似于图1到4中所描绘的配置的柱塞37配置一起使用；然而，不需要阀杆28来关闭注射出口30。根据此实施例，在注射出口30附近在喷嘴12周围提供加热器54。加热器54将喷嘴中的熔融物维持在恰当的预注射温度。在到达注射出口30之前，熔融物穿过尖端嵌件66。

类似于先前实施例，在低压力下将熔融物注射到衬套通道20中且通过旋转柱塞37来使其与歧管通道14隔离，所述柱塞37接着被向前按压以在高压力下将熔融物注射到模腔26中。在注射循环结束时，当模腔26被恰当地填充有熔融物时，注射出口30内的熔融物被冷却并凝固。此凝固的熔融物充当用以在从模腔26排出注射模制工件时防止熔融的熔融物穿过注射出口30的插塞。在下一循环中，当将熔融物注射到模腔26中时，衬套通道20中的压力将凝固的熔融物穿过注射出口30推动到模腔26中，在模腔26中其熔融并与新鲜的熔融的熔融物流混合。

因为可在不脱离本发明的范围的情况下对如上文参看对应说明来描述的示范性实施例来做出各种修改，所以既定前述描述中所含有并在附图中所展示的所有内容应解释为说明性的而非限制性的。因此，本发明的宽度和范围不应受任何上述示范性实施例限制，而是应仅根据附加到本文的所附权利要求书及其等效物来界定。

Claims (9)

1.一种模制系统，其包含：

低压力源，其经配置以在相对较低压力下准备熔融物，且所述熔融物将在高于与所述低压力源相关联的所述相对较低压力的相对较高压力下注射到界定形成待模制的薄壁零件的模腔的模具中；

相对较低强度的歧管，其与所述低压力源连接；以及

注射设备，其与所述低强度歧管连接，所述注射设备与所述模腔连接，所述注射设备经配置以：(i)在高于与所述低压力源相关联的所述相对较低压力的所述相对较高压力下将所述熔融物注射到所述模腔中；且(ii)精确地计量待在每一注射循环期间注射到所述模腔中的所述熔融物的量，所述注射设备包括：

外壳，其界定柱塞腔，所述柱塞腔经配置以在所述相对较低压力下经由所述低强度歧管从所述低压力源接收所述熔融物；

可选择性关闭的阀，其位于所述低强度歧管与所述柱塞腔的中间，所述可选择性关闭的阀经配置以在打开位置与关闭位置中操作，使得：

(i)在所述打开位置中，所述柱塞腔变得填充有所述熔融物，且

(ii)在所述关闭位置中，位于所述柱塞腔中的所述熔融物变得与位于所述低压力源中的所述熔融物隔离，且所述可选择性关闭的阀防止：(a)在将所述熔融物注射到所述模腔中期间所述熔融物回流到所述低压力源中；以及(b)位于所述低压力源中的所述熔融物的压力增加；

柱塞，其可在所述柱塞腔内移动，所述柱塞经配置以在所述可选择性关闭的阀被放置于所述关闭位置中之后被向前驱动，以便：(i)增加所述柱塞腔内的所述熔融物的压力；且(ii)在所述相对较高压力下将所述熔融物注射到所述模腔中；以及

喷嘴，其具有注射出口，所述喷嘴从所述柱塞腔接收所述熔融物，所述喷嘴可与所述模腔连接，所述柱塞腔接近于所述喷嘴的所述注射出口，且因为所述可选择性关闭的阀防止所述熔融物回流到所述低压力源中，所以通过监视将所述柱塞向前朝向所述喷嘴按压的距离来精确地计量注射到所述模腔中的所述熔融物的所述量，

其中，所述柱塞腔包括：

至少一个壁表面，所述柱塞可操作以相对于所述柱塞腔的壁表面进行滑动移动，且其中所述可选择性关闭的阀布置在所述壁表面处，

其中，所述可选择性关闭的阀通过所述柱塞相对于所述柱塞腔的所述壁表面的移动而选择性地打开和关闭，

其特征在于：

所述可操作以相对于所述柱塞腔的壁表面进行滑动移动的柱塞界定穿过其的柱塞通道，所述柱塞通道具有入口和出口，所述出口与所述柱塞腔保持成流体常开连通状态，且

所述注射设备进一步包含：

所述柱塞的第一位置，其中所述柱塞通道入口与所述低压力源成流体连通，借此所述可选择性关闭的阀打开；

所述柱塞的第二位置，其中所述柱塞通道入口大致上与所述低压力源隔离，借此所述可选择性关闭的阀关闭；且

其中所述柱塞可选择性地在所述第一位置与所述第二位置之间移动。

2.根据权利要求1所述的注射设备，其中：

所述柱塞可操作以当所述柱塞被朝向所述注射出口推进时增加位于所述柱塞腔中的所述熔融物的压力，

其中所述可选择性关闭的阀可操作以当所述可选择性关闭的阀处于所述关闭位置时，使所述低压力源与所述熔融物压力的增加隔离。

3.根据权利要求1所述的注射设备，其进一步包含：

所述柱塞的第一位置，所述柱塞的邻近于所述柱塞腔的所述壁表面的第一部分在其中相对于所述柱塞的剩余部分界定凹口，所述凹口与所述柱塞腔和所述注射出口成流体连通，其中所述凹口与所述低压力源成流体连通，借此所述可选择性关闭的阀打开；

所述柱塞的第二位置，其中所述凹口大致上与所述低压力源隔离，借此所述可选择性关闭的阀关闭；且

其中所述柱塞可选择性地在所述第一位置与所述第二位置之间移动。

4.根据权利要求1所述的注射设备，其进一步包含阀杆，其中所述阀杆固定到所述柱塞，且其中所述阀杆可操作以与所述注射出口啮合。

5.根据权利要求1所述的注射设备，其进一步包含：

阀杆，所述阀杆可操作以与所述注射出口啮合，且其中所述阀杆独立于所述柱塞而被致动。

6.根据权利要求1所述的注射设备，其进一步包含：

与所述低压力源和所述柱塞腔成流体连通的通道，其中所述通道被包含在所述外壳内。

7.根据权利要求6所述的注射设备，其中：

所述可选择性关闭的阀位于所述低压力源与所述通道的中间。

8.根据权利要求1所述的热浇道系统，其中：

所述歧管被加热且进一步包含柔性导管以用于分配熔融物。

9.一种操作模制系统的方法，所述方法包含：

使用低压力源，其经配置以在相对较低压力下准备熔融物，且所述熔融物将在高于与所述低压力源相关联的所述相对较低压力的相对较高压力下注射到界定形成待模制的薄壁零件的模腔的模具中；

将相对较低强度的歧管与所述低压力源连接；

将注射设备与所述低强度歧管连接；

将所述注射设备与所述模腔连接，所述注射设备经配置以：(i)在高于与所述低压力源相关联的所述相对较低压力的所述相对较高压力下将所述熔融物注射到所述模腔中；且(ii)精确地计量待在每一注射循环期间注射到所述模腔中的所述熔融物的量；

在所述相对较低压力下在所述注射设备的外壳中所界定的柱塞腔中经由所述低强度歧管从所述低压力源接收所述熔融物；

使用位于所述低强度歧管与所述柱塞腔的中间的可选择性关闭的阀，所述可选择性关闭的阀经配置以在打开位置与关闭位置中操作，使得：

(i)在所述打开位置中，所述柱塞腔变得填充有所述熔融物，且

(ii)在所述关闭位置中，位于所述柱塞腔中的所述熔融物变得与位于所述低压力源中的所述熔融物隔离，且所述可选择性关闭的阀防止：(a)在将所述熔融物注射到所述模腔中期间所述熔融物回流到所述低压力源中；以及(b)位于所述低压力源中的所述熔融物的压力增加；

在所述柱塞腔内移动柱塞，所述柱塞经配置以在所述可选择性关闭的阀被放置于所述关闭位置中之后被向前驱动，以便：(i)增加所述柱塞腔内的所述熔融物的压力；且(ii)在所述相对较高压力下将所述熔融物注射到所述模腔中；以及

在具有注射出口的喷嘴中从所述柱塞腔接收所述熔融物，所述喷嘴可与所述模腔连接，所述柱塞腔接近于所述喷嘴的所述注射出口，且因为所述可选择性关闭的阀防止所述熔融物回流到所述低压力源中，所以通过监视将所述柱塞向前朝向所述喷嘴按压的距离来精确地计量注射到所述模腔中的所述熔融物的所述量，

其中，所述柱塞腔包括：

至少一个壁表面，所述柱塞可操作以相对于所述柱塞腔的壁表面进行滑动移动，且其中所述可选择性关闭的阀布置在所述壁表面处，

其中，所述可选择性关闭的阀通过所述柱塞相对于所述柱塞腔的所述壁表面的移动而选择性地打开和关闭，

其特征在于：

所述可操作以相对于所述柱塞腔的壁表面进行滑动移动的柱塞界定穿过其的柱塞通道，所述柱塞通道具有入口和出口，所述出口与所述柱塞腔保持成流体常开连通状态，且

所述注射设备进一步包含：

所述柱塞的第一位置，其中所述柱塞通道入口与所述低压力源成流体连通，借此所述可选择性关闭的阀打开；

所述柱塞的第二位置，其中所述柱塞通道入口大致上与所述低压力源隔离，借此所述可选择性关闭的阀关闭；且

其中所述柱塞可选择性地在所述第一位置与所述第二位置之间移动。

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