CN101873917A - 具有带金刚石顶部的喷嘴尖端的注射模制喷嘴 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于在热流道注射模制系统中使用的具有改进的耐腐蚀性和耐磨损性的注射模制喷嘴。该喷嘴包括具有用于从熔体源接收可模制材料的熔体流的喷嘴熔体通道的喷嘴主体。该喷嘴具有由尖端保持器和具有尖端熔体通道的喷嘴尖端组成的喷嘴密封件，其中尖端保持器将喷嘴尖端固定到喷嘴主体上，使得尖端熔体通道从喷嘴熔体通道接收熔体流。喷嘴尖端还包括导热性材料制成的尖端基部，该尖端基部具有固定到其下游端上的金刚石顶部。金刚石顶部安放于注射模制系统的痕迹区内，且向喷嘴尖端提供改进的耐腐蚀性和耐磨损性。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年9月21日提交的名称为“INJECTIONMOLDING NOZZLE HAVING A NOZZLE TIP WITH DIAMONDCROWN”(具有带金刚石顶部的喷嘴尖端的注射模制喷嘴)的美国临时专利申请NO.60/974,229的提交日的权益。
上述专利申请的内容以此明确地以引用的方式结合到本发明的详细描述中。
发明领域
本发明涉及注射模制系统，且特别地涉及热流道注射模制喷嘴。
发明背景
在热流道注射模制系统中使用的热流道注射模制喷嘴必须向通过该喷嘴流动的加压熔融材料(熔体)高效地传热，以确保熔体恰当地流动通过模具浇口而进入喷嘴的下游端处的模腔内。如果高传热是唯一考虑，则铜由于其高的导热性和相对较低的成本而将是用于构造注射喷嘴的极佳选择，注射喷嘴包括邻近模具浇口、位于模具的痕迹区中的喷嘴尖端和喷嘴密封件。但是，铜相对较软且会经受快速磨损。
喷嘴尖端和喷嘴密封件的磨损可能会降低喷嘴性能且使模制出的部件的外观降级。最大的磨损常常发生于痕迹区(即，靠近模具开口的窄缩区)中的这些部件，这是由于快速流动的熔体的磨蚀效应(特别是当熔体包含填料(诸如玻璃纤维)时)而引起的。熔体倾向于磨蚀且有时会腐蚀未受保护的喷嘴尖端和密封件表面，从而导致频繁且昂贵的尖端和密封件替换。
已知通过利用铍铜合金来制造喷嘴尖端来提高喷嘴尖端的耐磨损性，铍铜合金比铜更硬且具有良好的导热性。参见例如美国专利No.5,299,928，该专利通过引用以其整体结合到本文中。
但是，这种合金并不是对于所有应用都具有充分的耐磨损性。另外，由于已知铍具有毒性，由这种合金制成的喷嘴部件不能用于模制某些物品，例如在食品工业中使用的物品。
还已知通过使用碳化钨制成的注射模制的鱼雷形件来提高热流道喷嘴尖端的耐磨损性。参看例如美国专利No.5,658,604，该专利通过引用以其整体结合在本文中。但是鱼雷形件的形状受到模制实用性的限制，且与铜相比，碳化钨具有相对较低的导热性。因此使用碳化钨尖端在传导性与耐磨损性之间折中，且可能并不会对于所有应用良好地起作用。具有碳化钨端部的耐磨损喷嘴尖端也是已知的。参看例如美国专利No.6,921,257的图5，该专利通过引用以其整体结合在本文中。
金刚石和类金刚石碳涂层已用于注射模制系统中-例如用于保护诸如顶出销的移动部件，涂覆模具表面，以及用于模具浇口区域中、热流道喷嘴的部分上。
但是，仍存在对这样的注射模制喷嘴的需要：其高效地产生用于任何工业的高品质的模制产品，且具有长且可靠的使用寿命。
发明简要概述
根据本发明的一方面，一种用于在热流道注射模制系统中使用的注射模制喷嘴包括喷嘴主体和连接到喷嘴主体的喷嘴尖端，喷嘴主体具有用于接收可模制材料的熔体流的喷嘴熔体通道。喷嘴尖端包括尖端基部，尖端基部具有固定到其下游端上的金刚石顶部。
附图简述
通过如附图所示的本发明的以下描述，本发明的前述和其它特征和优点将显而易见。附图(其结合在本文中且形成说明书的一部分)还用于解释本发明的原理，且使得相关领域中的技术人员能做出和使用本发明。附图未按照比例绘制。
图1是其中可利用本发明的实施例的注射模制系统100的局部截面图。
图2是根据本发明的一个实施例具有两件式喷嘴密封件的注射模制喷嘴的截面图。
图3是根据本发明的另一实施例具有三件式喷嘴密封件的注射模制喷嘴的截面图。
图4是图3的喷嘴尖端的一部分的分解图。
发明详细描述
现参看附图描述本发明的具体实施例，其中同样的参考标号表示相同或功能上相似的元件。而且在附图中，每个参考标号的最左边的数字对应于其中该参考标号被首次使用的附图。虽然讨论了具体的构造和布置，但应了解，这仅仅是为了说明目的而完成的。相关领域技术人员将认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以使用其它构造和布置。
在图1中示出了其中可利用本发明的实施例的注射模制系统100的一个实例。机器喷嘴(未图示)经由注口衬套或熔体入口102将处于压力下的熔体流引入到注射模制系统100内，注口衬套或熔体入口102定位于背板或夹持板112内。熔体从注口衬套102流入到歧管熔体通道108内，歧管熔体通道108设于热流道歧管106内。歧管106由中心定位环109以及由间隔件或压力盘113固定就位，中心定位环109桥接由歧管加热器110加热的歧管106的下表面与冷却的模腔板114之间的隔绝空气空间111，间隔件或压力盘113桥接歧管106的上表面与背板112之间的隔绝空气空间111。间隔件或压力盘113还有助于注射模制喷嘴120与歧管106之间的密封。
在注射模制系统100中，歧管106将熔体流分配到相应的喷嘴120。热流道喷嘴120定位于模腔板114的喷嘴孔或腔118内，且通过套环或对准凸缘103与相应的模具浇口130对准。如对于本领域一般技术人员将显而易见的，模腔板114可由一或多个模具板和模腔板替换。模芯板134与模腔板114配合，以形成模腔132。
以截面图示出了图1中所示的喷嘴120之一。热流道喷嘴120包括具有喷嘴熔体通道128的喷嘴主体122和可螺纹旋动(threadably)地联接到其上的喷嘴尖端140。喷嘴尖端140经由模具浇口130与相应的模腔132流体连通，使得熔体流可通过喷嘴熔体通道128和喷嘴尖端140注射到模腔132内。
注射模制系统100可包括任意数量的这样的热流道喷嘴120：该热流道喷嘴120位于相应的喷嘴孔118中，以便将熔体分配到相应的模腔132。注射模制系统100利用歧管106中的加热元件110、各个喷嘴120中的加热元件126、模腔板114中的冷却通道116以及热电偶124来调节系统中的熔体的温度。
图2是根据本发明的一个实施例具有两件式喷嘴密封件240的热流道喷嘴220的截面图。喷嘴密封件240包括喷嘴尖端241和尖端保持器246。尖端保持器246将喷嘴尖端241固定到喷嘴主体122上且靠近模具浇口130抵靠模具板114进行密封。尖端保持器246可由与喷嘴尖端241的材料相比导热性比较低的材料制成。举例而言，尖端保持器246可由钛、H13、不锈钢、模具钢或铬钢制成。术语“两件式”是指尖端和尖端保持器。
喷嘴尖端241具有可由高导热性材料(诸如铍铜合金或其它铜合金)制成的尖端基部242以及工业或纯金刚石的顶部或帽244。金刚石可为天然(即，开采的)或合成的。尖端基部242包括穿过它而延伸的转向的尖端熔体通道248，以用于从喷嘴熔体通道128接收可模制材料的熔体流以及将熔体流导向至熔体腔室250内，以便经由模具浇口130输送到模腔132内。通过钎焊或合适的粘合剂将金刚石顶部244附连到尖端基部242的下游端252，使得金刚石顶部244靠近模具浇口130安放于痕迹区中。由于金刚石是人们已知的最硬材料之一且耐腐蚀，金刚石顶部244减轻了腐蚀并且改进了喷嘴尖端241的耐磨损性，同时并不限制尖端基部242由导热和耐磨损材料制成。在各种实施例中，尖端基部242可由(例如)不含铍的铜(诸如AMPCO 940)、TZM(钛-锆-钼合金)、铝或基于铝的合金、镍-铬合金(诸如INCONEL)、钼或合适钼合金、H 13、模具钢或钢合金(诸如AERMET 100)制成。因此可将具有上文所述的两件式构造的喷嘴尖端241制成在痕迹区内耐腐蚀且耐磨损、同时在其它地方耐磨损性较差但导热性很高。
在图2所示的实施例中，尖端基部242的下游端252具有两个平坦表面，它们在槽处会合，以匹配金刚石顶部244的配合表面251。在另一实施例中，下游端252可具有多个平坦表面，以匹配金刚石顶部244的多面的配合表面251，以增大喷嘴尖端241的这两个构件之间的配合或结合表面积。在另一实施例中，下游端252和配合表面251中的各个可具有单个相对的平坦表面，以用于将(其中)一个附连到另一个上。
图3是根据本发明的另一实施例的具有三件式喷嘴密封件340的热流道喷嘴320的截面图。喷嘴密封件340包括喷嘴尖端341、尖端保持器346和环形密封件354，环形密封件354包围尖端保持器346的下游端且接触模具板114。术语“三件式”是指尖端、尖端保持器和密封件。在此实施例中，尖端保持器346将喷嘴尖端341固定到喷嘴主体122上，其中环形密封件354靠近模具浇口130抵靠模具板114提供密封。因此，尖端保持器346可由导热性材料制成，例如铜、铍铜、不含铍的铜(诸如AMPCO 940)、TZM(钛-锆-钼合金)、铝或铝基合金、镍-铬合金(诸如INCONEL)、钼或合适的钼合金、H13、钢、模具钢或钢合金(诸如AERMET 100)，而环形密封件354可由与喷嘴尖端341和尖端保持器346的材料相比导热性比较低的材料制成。举例而言，环形密封件354可由钛、H13、不锈钢、模具钢和铬钢以及合适的陶瓷或塑料制成。
喷嘴尖端341具有可由高导热性材料(诸如铍铜合金或其它铜合金)制成的尖端基部342和工业或纯金刚石的顶部344。金刚石可为天然的(即，开采的)或合成的。尖端基部342包括穿过它延伸的转向的尖端熔体通道348，以用于从喷嘴熔体通道128接收可模制材料的熔体流以及将熔体流导向至熔体腔室250内，以经由模具浇口130输送到模腔132。在此实施例中，金刚石顶部344由附连件356附连到尖端基部342的下游端352上。附连件356由硬质材料制成，诸如工具钢，其可容易地通过工业粘合剂或钎焊结合到金刚石顶部344上。如图4所示，附连件356具有螺柱458，螺柱458能够以可螺纹旋动的方式接收于尖端基部下游端352的螺纹孔360内。在另一实施例中，附连件356的柱458可钎焊于尖端基部342的孔360内，在它们之间具有或不具有螺纹接合。附连件356具有下游配合表面462，该配合表面包括对应于金刚石顶部344的配合表面451的、在槽处会合的两个平坦表面。如在先前的实施例中，配合表面451、462可具有单个相对的平坦表面或多于两个相对的平面表面，诸如相对应的多面的或曲折的表面，以增加用于结合的表面积。在操作状态下，金刚石顶部344附连到尖端基部下游端352上，以靠近模具浇口130安放于痕迹区内。
除了上文所述的内容之外，根据本发明的金刚石顶部可适用于任何类型的热流道喷嘴密封件或尖端，包括具有结合的密封件、间隙密封件或其它密封器件的单件式尖端。通常不具有内部通道的探针型尖端也可受益于根据本发明的金刚石顶部。
重申上文所讨论的内容，本文所述的金刚石顶部可由天然存在的金刚石(其可能瑕疵太多或以其它方式不适于用作宝石)构成。多晶金刚石(PCD)也是合适的。本文所述的金刚石顶部可为合成的或人造的金刚石(其通过诸如化学或物理气相沉积(CVD或PVD)、高压高温(HPHT)过程、爆炸爆震、超声空化或陶瓷前驱体聚合物的热分解过程而制成)。形成金刚石涂层的方法也可用于形成积聚的金刚石(参看美国专利No.7,134,868，该专利通过引用以其整体结合在本文中)。
对于上述内容而言进一步讲，本文所述的金刚石顶部可通过钎焊或利用粘合剂粘附而结合到尖端基部或附连件上。这些技术中的各种技术取决于联接的材料的性质。合适的钎焊填料的一个实例包含铜、镍、金和/或银作为主要组分，且还包含活性金属，诸如钒、钛或锆(参看美国专利No.6,889,890和No.5,464,068，其中各个专利通过引用而以其整体结合在本文中)。另外的钎焊材料和金刚石技术在美国专利No.5,271,547中有所描述，该专利通过引用而以其整体结合在本文中。适合于这种结合的粘合剂包括陶瓷或金属基粘合剂，诸如具有铝成分和高温环氧化物的COTRONICS RESBOND 950高温陶瓷粘合剂。应将钎焊或粘合材料选择成与尖端或密封件的选定基础材料、所选金刚石的具体类型、模制的材料和模制条件(例如，温度和压力)相兼容。在如此将金刚石顶部固定到尖端基部之后，尖端基部和金刚石顶部中的一个或两个可被研磨到最终尺寸，这也可用于移除任何过量的钎焊或粘合材料(金刚石可通过采用了其它金刚石的研磨过程来研磨)。
虽然已在上文中描述了根据本发明的各种实施例，但应了解它们仅以示意和实例的方式给出，而并非以限制的方式给出。对于相关领域的技术的人员将显而易见的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可在其中对形式和细节作出各种变化。因此，本发明的范畴和范围不应受到前文所述的示范性实施例中的任何实施例限制，而是应该仅根据所附权利要求书和其均等物来限定。还将了解的是，本文所讨论的各个实施例以及其中所引用的各个参考的各个特征可结合任何其它实施例的特征使用。本文所讨论的所有专利和公开通过引用以其整体结合在本文中。
Claims (23)
1.一种用于在热流道注射模制系统中使用的注射模制喷嘴，所述喷嘴包括：
具有用于接收可模制材料的熔体流的喷嘴熔体通道的喷嘴主体；以及，
连接到所述喷嘴主体上的喷嘴尖端，所述喷嘴尖端包括尖端基部，所述尖端基部具有固定到该尖端基部的下游端上的金刚石顶部。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴还包括两件式或三件式喷嘴密封件，所述喷嘴尖端是所述喷嘴密封件的部分。
3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴还包括尖端保持器，所述尖端保持器将所述喷嘴尖端固定到所述喷嘴主体上，使得所述喷嘴尖端的熔体通道从所述喷嘴熔体通道接收所述熔体流。
4.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述金刚石顶部包括天然金刚石和合成金刚石其中之一。
5.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述金刚石顶部由附连件固定到所述尖端基部上。
6.根据权利要求5所述的喷嘴，其特征在于，所述附连件包括可接收于所述尖端基部的下游端中的孔内的柱。
7.根据权利要求6所述的喷嘴，其特征在于，所述柱具有螺纹，以便能够以可螺纹旋动的方式接收于所述尖端基部孔内。
8.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述金刚石顶部钎焊到所述尖端基部的下游端上。
9.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述金刚石顶部利用粘合剂结合到所述尖端基部的下游端上。
10.根据权利要求8或9所述的喷嘴，其特征在于，所述金刚石顶部和所述尖端基部下游端的相对的配合表面包括多个平坦表面。
11.一种注射模制系统，包括：
具有用于接收可模制材料的熔体流的熔体通道的歧管；以及，
具有与所述歧管熔体通道流体连通的熔体通道的喷嘴，所述喷嘴设置于模具板中的开口内且具有经由模具浇口与相应的模腔流体连通的喷嘴密封件，
其中，所述喷嘴密封件包括尖端保持器和具有尖端熔体通道的喷嘴尖端，其中，所述尖端保持器将所述喷嘴尖端固定到所述喷嘴主体上，使得所述尖端熔体通道从所述喷嘴熔体通道接收所述熔体流，且将所述熔体流输送到靠近所述模具浇口的熔体腔室，且其中所述喷嘴尖端包括导热性材料制成的尖端基部，所述尖端基部具有固定到该尖端基部的下游端上的金刚石顶部，使得所述金刚石顶部定位于所述熔体腔室内。
12.根据权利要求11所述的喷嘴，其特征在于，所述金刚石顶部包括天然金刚石和合成金刚石其中之一。
13.根据权利要求11所述的喷嘴，其特征在于，所述金刚石顶部由附连件固定到所述尖端基部上。
14.根据权利要求13所述的喷嘴，其特征在于，所述附连件包括可接收于所述尖端基部的下游端中的孔内的柱。
15.根据权利要求14所述喷嘴，其特征在于，所述柱具有螺纹，以便能够以可螺纹旋动的方式接收于所述尖端基部孔内。
16.根据权利要求11所述的喷嘴，其特征在于，所述金刚石顶部钎焊到所述尖端基部的下游端上。
17.根据权利要求11所述的喷嘴，其特征在于，所述金刚石顶部利用粘合剂结合到所述尖端基部的下游端上。
18.根据权利要求16或17所述的喷嘴，其特征在于，所述金刚石顶部和所述尖端基部下游端的相对的配合表面包括多个平坦表面。
19.一种用于制造热流道喷嘴尖端的方法，包括：
提供具有在使用中靠近模具浇口的下游端的金属尖端基部；
提供金刚石顶部；以及，
将所述金刚石顶部固定到所述尖端基部的下游端上。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，将所述金刚石顶部固定到所述尖端基部上包括将所述金刚石顶部钎焊到所述尖端基部上。
21.根据权利要求19所述方法，其特征在于，将所述金刚石顶部固定到所述尖端基部上包括利用粘合剂将所述金刚石顶部粘附到所述尖端基部上。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，将所述金刚石顶部固定到所述尖端基部上包括将所述金刚石顶部结合到附连件上且将所述附连件固定到所述尖端基部上。
23.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述尖端基部和金刚石顶部其中之一或二者研磨到最终尺寸。
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