CN101875226B - 具有压力密封的注射模制流道装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有压力密封的注射模制流道装置。上游流道构件限定用于模制材料的流动的上游通道。下游流道构件限定用于模制材料的流动的下游通道。楔密封件设置在由上游流道构件和下游流道构件的表面限定的会聚间隙中。楔密封件限定将上游通道连接到下游通道上的密封件通道。作用于限定密封件通道的楔密封件的内表面上的模制材料的压力推压楔密封件与限定会聚间隙的上游流道构件和下游流道构件的表面进行密封接触。

Description

具有压力密封的注射模制流道装置
技术领域
本发明涉及注射模制，且更具体而言涉及防止注射模制材料泄漏的密封。
背景技术
重要的是防止注射模制材料(其是塑料熔体、熔融金属、热固性材料或一些其它材料)泄漏。注射模制操作的安全和完整性取决于流道的防漏或抗漏密封。
在许多传统的设计中，在流道构件(诸如热流道歧管和连接的喷嘴的头部)之间的接口处的密封在模制材料压力升高时变得较脆弱。因为由于离散的注射模制“注射”造成的周期性载荷，这种密封可最终失效。作为代替，其可由于其它原因而失效。
为了在流道构件之间保持良好密封，这些构件上的预载的量可能是关键的。在热流道构件的情况下，在冷条件期间通常需要在这些构件之间有空气间隙，以在较高的操作温度期间、构件已经经历热膨胀之后实现良好密封。如果实际操作温度与设计的操作温度不同，密封可能不会有效。出于同样原因，当系统被加热到操作温度时，空气间隙需要花时间来封闭。
可能还需要高制造公差来确保良好密封。
传统的解决方法包括使用Belleville垫圈来在法兰表面和歧管表面之间建立预载；由于热膨胀差异，使用不同材料的密封衬套来建立密封；使用歧管和法兰的热膨胀来通过限制歧管板和顶部夹板之间的空气间隙来建立坚固的密封；以及使用旋在一起的流道构件。
授予Blais等人的美国专利No.6,561,790除了其它之外还公开了位于两个歧管之间的密封部件，该专利通过引用而以其整体结合在本文中。密封部件在熔体通道附近集中密封压力。提出了一系列密封几何结构，但是未公开适当的材料。Blais等人建议依赖于热膨胀和弹簧机构来实现密封。
Bazzo等人名义下的美国公开专利申请No.2003/0075563公开了即使是在喷嘴和歧管之间存在角度时也确保密封的一种基本半球状环形部件形式的密封件，该申请通过引用而以其整体结合在本文中。半球状环形部件起球窝接头的作用。虽然公开了施加到基本半球状环形部件的内壁上的流体塑料材料的压力的作用进一步增强了密封作用，但是受到赞扬的半球状形状妨碍了压力的作用，这就降低了密封件的有效性。
发明内容
根据本注射的一方面，一种注射模制流道装置包括限定用于模制材料的流动的上游通道的上游流道构件、联接到上游流道构件上且限定用于模制材料的流动的下游通道的下游流道构件，以及设置在由上游流道构件的第一表面和下游流道构件的第二表面限定的会聚间隙中的楔密封件。楔密封件限定将上游通道连接到下游通道上的密封件通道。楔密封件包括限定密封件通道的内表面、第一截头圆锥形外表面和第二外表面。作用于内表面上的模制材料的压力推压楔密封件的第一截头圆锥形外表面和第二表面与限定会聚间隙的上游流道构件的第一表面和下游流道构件的第二表面进行密封接触。
根据本注射的另一方面，一种注射模制流道装置包括限定用于模制材料的流动的上游通道的上游流道构件、联接到上游流道构件上且限定用于模制材料的流动的下游通道的下游流道构件，以及设置在由上游流道构件的第一表面和下游流道构件的第二表面限定的会聚间隙中的楔密封件。楔密封件限定将上游通道连接到下游通道上的密封件通道。作用于限定密封件通道的楔密封件的内表面上的模制材料的压力推压楔密封件与限定会聚间隙的上游流道构件的第一表面和下游流道构件的第二表面进行密封接触。楔密封件包含比上游流道构件和下游流道构件的材料具有更低的硬度的材料。
根据本注射的另一方面，一种注射模制流道装置包括限定用于模制材料的流动的上游通道的上游流道构件、联接到上游流道构件上且限定用于模制材料的流动的下游通道的下游流道构件，以及成环形环件的形状的密封件。该密封件由比上游流道构件和下游流道构件的材料具有更低的硬度的材料制成。密封件具有限定将上游通道连接到下游通道上的密封件通道的圆柱形内表面。密封件具有第一截头圆锥形外表面，该第一截头圆锥形外表面被推压成与上游流道构件和下游流道构件中的一个的第一匹配表面进行密封接触。密封件具有第二外表面，该第二外表面被推压成与上游流道构件和下游流道构件中的另一个的第二匹配表面进行密封接触。这种推压由作用于密封件的圆柱形内表面上的加压模制材料提供。
附图说明
现在将参照附图对本发明的实施例进行更加全面的描述，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的注射模制装置的截面图。
图2是在密封件附近的注射模制装置的截面近视图。
图3是密封件的自由体受力图。
图4是密封件的隐线透视图。
图5a-d是根据本发明的其它实施例的密封件的截面图。
图6根据本发明的另一个实施例的复合密封件的截面图。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的一个实施例的注射模制装置100。可与本实施例相应地使用针对其它实施例描述的特征和方面。
注射模制装置包括背板102、模板104、模腔板106、模芯板108、入口构件110、歧管112和多个喷嘴114。注射模制装置100可包括成任何构造的任何数量的歧管和喷嘴。在此实施例中，为了简洁，显示了一个歧管。除了其它之外，注射模制装置100还可包括另外的构件，例如板、对准销钉、模具浇口嵌件和冷却通道。
背板102部分地限定空气隙116，且具有容纳入口构件110的中心开口。模板104具有腔口，该腔口进一步限定用于容纳歧管112的空气隙116，且部分地限定用于容纳喷嘴114的井118。模腔板106进一步限定井118，部分地限定模具腔体120，以及限定通到模具腔体120中的模具浇口122。大体使用螺栓(未显示)来将板夹在一起。存在背板102、模板104和模腔板106的许多构造，且这些板的形状和大小可不同。所使用的板的具体数量是不重要的，且可比所显示的使用更多或更少的板。
模芯板108进一步限定模具腔体120，注射模制的产品形成于该模具腔体120中。模芯板108可与模腔板106分开，以顶出这种产品。如同模腔板106的情况一样，模芯板108的设计可以不同。
入口构件110包括入口通道124，以从诸如注射模制机(未显示)的塑化螺杆的源中接收模制材料(例如塑料熔体)。
歧管112(上游流道构件)限定歧管通道126(上游通道)，且包括歧管加热器128。分支歧管通道126接收来自入口通道124的流动的模制材料，且将该模制材料分配到喷嘴114。歧管加热器128可为任何设计，例如所示的嵌入式绝缘电阻线材。歧管112通过由周围的板限定的空气隙116而被热隔离。喷嘴114和定位环130使歧管112自模板104偏移，定位环130还将歧管112定位在正确的位置上。压力盘132使歧管112自背板102偏移，压力盘132可弹性地变形，以吸收歧管112和喷嘴114相对于板102、104的热膨胀差异。
喷嘴114(下游流道构件)借助于压力盘132联接到歧管112上且承座在井118中。井118中的空气用来使喷嘴114与周围的板隔离。各个喷嘴114与模具浇口122相关联，且限定与歧管通道126连通的喷嘴通道134(下游通道)，以便将模制材料流输送到模具浇口122。各个喷嘴114包括喷嘴主体136、用于将喷嘴主体136支承在井118中的喷嘴法兰138、嵌在喷嘴主体136中的喷嘴加热器142、热电偶144、用于使加热器142和热电偶144的布线通过的终端146、喷嘴末端148，以及用于将喷嘴末端148可拆卸地紧固到喷嘴主体136上的末端保持器150。喷嘴加热器142可为任何设计，例如所示的嵌入式绝缘电阻线材。喷嘴末端148限定了形成喷嘴通道134的一部分的末端通道152。末端保持器150旋到喷嘴主体136上，且包括用于使井118相对于模制材料的逆流密封起来的周边密封表面154。喷嘴114和歧管112共同可被称为热流道，且大体被称为注射模制流道装置。
在此实施例中，在歧管112中提供密封件160，以进行密封，防止模制材料在歧管112和相关联的喷嘴114的接口处泄漏。可为多个喷嘴114提供多个这种密封件160。下面更加详细地论述密封件160。
在操作期间，模制材料被注射到入口构件110中，且沿下游方向流动通过受加热的歧管112和喷嘴114，流到模具浇口122，且流入模具腔体120中。当模具腔体120中的模制材料凝固时，从模腔板106抽出模芯板108，且顶出成品，从而完成一系列循环中的一个循环。
图2显示了在密封件160附近的注射模制装置100的近视图。
密封件160是具有楔形轮廓或截面(例如所描绘的三角形截面)的环形环件。密封件160设置在由歧管112和喷嘴主体136限定的形状类似的会聚间隙中。在此实施例中，密封件160的形状大体为截头圆锥形。密封件160的外部倾斜表面大体描述为截头圆锥形表面162。密封件160进一步包括环形平面164。截头圆锥形表面162和平面164构造成以便楔入会聚间隙中。密封件160的截头圆锥形表面162与形成于歧管112中的截头圆锥形表面匹配。密封件160的平面164与喷嘴主体136的平面匹配。当在截面中观察时，截头圆锥形表面162和平面164看起来像截面的直的会聚边缘。
密封件160限定将歧管通道126连接到喷嘴通道134上的密封件通道166。密封件通道166由暴露于模制材料的圆柱形内表面168限定。
在模制操作期间，或者当以别的方式对模制材料加压时，作用于圆柱形内表面168上的模制材料的压力推压截头圆锥形表面162和平面164与歧管112和喷嘴主体136的匹配表面进行密封接触。也就是说，压力起将密封件160楔入会聚间隙中的作用。
图3显示了密封件160的自由体受力图。为了清楚，从图示的右手侧省略了压力箭头。
模制材料的压力P作用于密封件160的圆柱形内表面168上。反作用压力R1由歧管112的截头圆锥形表面施加到密封件160的截头圆锥形表面162上。反作用R1与表面162大体垂直，且从而在平面164处产生了另一个反作用压力R2，以保持平衡。反作用R1和R2是密封压力，且一般而言，反作用R1和R2的值越高，密封件160的密封作用就越大。
由于压力P使其自身在整个圆柱形内表面168上平衡，所以P、R1和R2的方程式是超静定的。因此，密封件160的硬度对密封反作用R1和R2的值有贡献。在所有其它条件都相等的情况下，对于密封反作用R1和R2，高硬度材料产生低的值，而较不硬的材料则产生较高的值。硬度是基于几何属性和材料属性的，且已经对密封件160的楔形几何结构进行了描述。为了进一步提高密封作用，密封件160的材料可选择为低硬度或更柔性的材料，例如比周围的构件(即通常由钢制成的喷嘴主体136和歧管112)具有更低的硬度的材料。这就是为什么密封件160是单独零件而不是喷嘴主体136或歧管112的整体式伸出部的一个原因。
可对用于密封件160的适当的材料进行选择，以实现以上描述的压力辅助的密封。铜、铜合金、黄铜、主要由铜构成的这些和其它合金以及其它相对柔软的金属是用于一些应用的适当的材料的一些实例。如果非金属是优选的，则可使用热固性材料，例如硅橡胶。以名称VESPEL和PLAVIS出售的聚酰亚胺也是在一些应用中适用的材料。选择所使用的具体材料应当将模制条件和与周围材料(包括模制材料本身)的相容性考虑在内。之前的材料是示例性的，且可使用适用于在注射模制中使用且符合本文描述的要求的任何材料。
如所提到的，密封件160的形状有助于使密封件160变形而进入会聚间隙中。密封件160的形状结合密封件160的材料起作用，以提供在模制材料的压力升高时提高的压力协助的密封作用。也就是说，当模制材料的压力P升高时，密封反作用R1和R2也提高。考虑到密封件160的所选材料，可设计限定截头圆锥形形状的陡度的角度α，以促进这个确定的楔紧作用。角度α可在20度至60度的范围中。另外，表面162的形状不一定为截头圆锥形，即具有单(周向)曲率。例如，可使用接近半球状的双曲率度，只要可容忍密封作用的期望降低即可。
图4显示了密封件160的隐线透视图。显示了表面162、164、168，以及贯穿通道166。
图5a-d显示了根据本发明的另外的实施例的具有不同的几何结构的密封件。可与这些实施例中的各个相应地一起使用针对其它实施例(包括这些实施例)描述的特征和方面。
上游流道构件202和下游流道构件204布置成以便输送模制材料。上游流道构件202和下游流道构件204由例如将上游流道构件202和下游流道构件204牢固地保持在一起的机械结构(未显示)联接在一起。
图5a显示了当与密封件160相比时具有相反的定向的密封件206。也就是说，密封件160位于形成于下游流道构件204(例如喷嘴)中的凹槽中。可类似这样来倒转本文描述的实施例中的任何实施例。
图5b显示了代替以上描述的截头圆锥形表面的、具有凹表面208的密封件。凹表面208具有双曲率。
图5c显示了代替以上描述的截头圆锥形表面的、具有略微凸的表面210的密封件。该密封件还沿长度延伸，以在下游流道构件204和上游流道构件202之间提供间隙212。凸表面210具有双曲率，但不是半球状的，意思是说如果下游流道构件204的轴线216变得与上游流体构件202的轴线214有角度地未对准，则密封件不起球窝接头的作用。密封件的非半球状性质由限定略微凸的表面210的曲线的相互非切向延伸表明，如在218处所表明。使用比半球状更浅的曲率提高了密封作用。
图5d显示了具有与上游流道构件202和下游流道构件204中的相似表面匹配的两个截头圆锥形表面的密封件220。在此实施例中，两个反作用R1和R2将具有直接由模具压力P产生的分量。另外，密封件220不会延伸到会聚间隙的全部深度中，如在222处所表明。
在此实施例中，以及在像这样进行了修改以使会聚间隙其中一些为空的其它实施例中，剩余间隙222导致密封反作用的集中增大，因为减小了密封反作用作用在其上的密封件220的面积。当剩余间隙222大小增大时，密封反作用压力R1和R2大体提高，如果使剩余间隙222太大，即如果使用于反作用压力R1和R2的面积太小，则代价是密封件222的提高的失效风险。
图6显示了根据本发明的另一个实施例的复合密封件。可与本实施例相应地一起使用针对其它实施例所描述的特征和方面。
如在图5a-d的实施例中，上游流道构件202和下游流道构件204由例如将上游流道构件202和下游流道构件204牢固地保持在一起的机械结构(未显示)联接在一起。
第一内部楔密封件240设置在会聚间隙中，如在其它实施例中所描述。第一楔密封件240的形状是梯形的。
第二外部楔密封件242更深地设置在会聚间隙中，且具有抵靠着第一楔密封件240的外表面的内表面，如在244处所表明。第二楔密封件242的形状是梯形的，使得会聚间隙的一部分保持为空的，如在246处所表明。在另一个实施例中，第二楔密封件242是三角形或填充剩余间隙246的其它形状。
在此实施例中，第二楔密封件242具有比第一楔密封件240的硬度更高的硬度。例如，第一楔密封件240可由铜合金制成，且第二楔密封件242可由更硬的铜合金或钢制成。在另一个实例中，第一楔密封件240由聚酰亚胺制成，且第二楔密封件242由铜制成。为了有提高的密封作用，第二楔密封件242可由不如用于上游流道构件202和下游流道构件204的材料硬的材料制成。第一密封件240和第二密封242可连接在一起(例如铜焊、粘结、收缩配合等)，使得可作为单个零件来安装和移除它们；或者，第一密封件240和第二密封件242可为可容易地分开的单独零件。取决于期望的可容忍的经过第一密封件240的泄漏水平，可能不需要第二密封件242具有与模制材料的材料相容性。
第一密封件240和第二密封件242的相互影响可根据模制要求而不同。例如，第一密封件240可设计成以便靠着第二密封件242推压，以在正常操作期间将一些密封需求传送到第二密封件242。在另一个实例中，将第二密封件242提供为在正常模制条件下没有期望的密封任务的紧急后援。可选择第一密封件240和第二密封件242的相对大小、形状和材料，以在性能上实现任何数量的变化。
在类似于图2所示的构造的模型上执行有限元分析(FEA)。密封应力(即反作用压力R1和R2)在100,000psi(-689MPa)左右，这与由可比较的传统面对面密封所产生的大约22,000psi(-152MPa)相比是有利的。在模制材料的35,000psi(-2,400巴)压力下在密封件处的最大变形为约0.0019英寸(-0.048mm)。随后的物理测试得出了类似的结果。
可用本文描述的密封件进行密封的流道构件包括例如喷嘴、歧管、入口构件、喷嘴末端、管道、导管和模块化歧管段。密封件可位于任何两个前述流道构件的任何接口(例如入口构件-歧管接口、喷嘴末端-喷嘴主体接口、主歧管-子歧管接口等)处。各个流道构件可包括或不包括加热器。例如，当用热流道模制热塑性树脂时，流道构件中的一个或多个将具有加热器。在另一方面，当模制热固性材料时，流道构件通常不包括加热器。
虽然已经对本发明的许多实施例进行了描述，但是本领域技术人员将理解，可在不偏离由所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下作出其它变化和修改。本文描述的所有专利和公开均通过引用而以其整体结合在本发明中。

Claims (16)

1.一种注射模制流道装置，包括：
限定用于模制材料的流动的上游通道的上游流道构件；
联接到所述上游流道构件上且限定用于模制材料的流动的下游通道的下游流道构件；以及
设置在由所述上游流道构件的第一表面和所述下游流道构件的第二表面限定的会聚间隙中的楔密封件，所述楔密封件限定将所述上游通道连接到所述下游通道上的密封件通道，所述楔密封件包括限定所述密封件通道的内表面、第一截头圆锥形外表面和第二外表面，其中，作用于所述楔密封件的所述内表面上的模制材料的压力推压所述楔密封件的所述第一截头圆锥形外表面和所述第二外表面与所述上游流道构件的第一表面和所述下游流道构件的第二表面进行密封接触；
所述楔密封件包含比所述上游流道构件和所述下游流道构件的材料具有更低的硬度的材料。
2.根据权利要求1所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述楔密封件是有具有至少两个会聚边缘的截面的环形环件。
3.根据权利要求1所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述两个会聚边缘之间的角度在20度和60度的范围中。
4.根据权利要求2所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述截面是三角形的。
5.根据权利要求2所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述楔密封件具有双曲率的表面。
6.根据权利要求5所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述楔密封件是非半球状的。
7.根据权利要求1所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述楔密封件的所述第二表面是平面。
8.根据权利要求1所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述上游流道构件是歧管，且所述第一表面是与所述楔密封件的截头圆锥形表面匹配的截头圆锥形表面。
9.根据权利要求1所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述注射模制流道装置进一步包括设置在所述会聚间隙中且抵靠所述楔密封件的外表面的第二楔密封件。
10.根据权利要求9所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述第二楔密封件具有比所述楔密封件的硬度更高的硬度。
11.根据权利要求1所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述楔密封件包含铜。
12.根据权利要求1所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述楔密封件包含热固性材料。
13.根据权利要求1所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述楔密封件包含聚酰亚胺。
14.根据权利要求1所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述上游流道构件和所述下游流道构件包含钢。
15.根据权利要求1所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述上游流道构件和所述下游流道构件中的至少一个包括加热器。
16.根据权利要求15所述的注射模制流道装置，其特征在于，所述上游流道构件是受加热的歧管，且所述下游流道构件是受加热的喷嘴。
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