CN102414005B - 注入模制成型喷嘴楔形密封件 - Google Patents
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Abstract
一种注入模制成型设备包括注入模制成型喷嘴，该注入模制成型喷嘴具有喷嘴体和喷嘴尖头，喷嘴体限定用于模制成型材料的流动的通道，喷嘴尖头联接到喷嘴体。对喷嘴尖头确定形状以使所述喷嘴尖头与模具部件一起限定收敛间隙，喷嘴尖头在使用期间插入到所述模具部件中。具有楔形或楔状部分的密封零件设置于喷嘴尖头和模具部件之间。作用在楔形部分的表面上的模制成型材料的压力把楔形部分楔入到所述收敛间隙中。
Description
相关申请的交叉引用
本申请主张了标题为INJECTION MOLDING NOZZLE WEDGE SEAL的于2009年3月5日提交的美国专利申请No. 12/398,981的权益和优先权。
以上专利申请的内容通过援引而被明确合并在本文的详细描述中。
技术领域
本发明涉及注入模制成型，更具体地讲，涉及注入模制成型喷嘴。
背景技术
在许多注入模制成型设备设计中，与喷嘴一起使用的密封件在工作或装配期间发生故障。
故障能够具有几种模式。第一，密封件可能未充分密封。如果密封件是主密封件，则故障将很可能导致故障停工时间。故障可以是密封表面之间的不良配合、过应力和在高的模制成型压力下可能的密封件的破损、或者另一原因的结果。第二，密封件可能意外地/非故意地与喷嘴分开/脱离接合并因此丢失或损坏。在装配或维护期间，松动的密封零件可能从喷嘴脱落、或者变为嵌入在喷嘴凹槽（nozzle well）里面。第三，密封件可能无法传递所希望的热特性。例如，密封件可能不满足对于喷嘴尖头所需要的热绝缘，从而导致需要快速利用另一密封件替换该密封件。
这些和其它问题能够一起或单独发生，为了顺利的注入模制成型操作最好避免这些和其它问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种注入模制成型喷嘴包括了喷嘴体和喷嘴尖头，喷嘴体限定了用于模制成型材料的流动的通道，喷嘴尖头联接到喷嘴体。对喷嘴尖头确定形状以与模具部件一起限定出收敛间隙，喷嘴尖头在使用期间被插入到所述模具部件中。具有楔形或楔状部分的密封零件位于喷嘴尖头和模具部件之间。作用在楔形部分的表面上的模制成型材料的压力把楔形部分楔入到所述收敛间隙中。
根据本发明的另一方面，一种注入模制成型喷嘴包括了喷嘴体和喷嘴尖头，喷嘴体限定了用于模制成型材料的流动的通道，喷嘴尖头联接到喷嘴体。对喷嘴尖头确定形状以与模具部件一起限定出收敛间隙，喷嘴尖头在使用期间被插入到所述模具部件中。密封零件位于喷嘴尖头和模具部件之间。该密封零件具有一种保持部分，保持部分在装配期间安装在喷嘴尖头的圆柱形部分上以把密封零件保持在喷嘴尖头上的保持部分。该密封零件还具有一种圆环部分，该圆环部分具有至少两个收敛表面。作用在圆环部分的向流表面或者迎流表面（flow-facing surface）上的模制成型材料的压力推压所述收敛表面抵靠着限定所述收敛间隙的表面。
根据本发明的另一方面，一种注入模制成型的方法包括下述步骤：把喷嘴安装在模具中，该喷嘴包括密封零件，密封零件具有位于喷嘴尖头和模具部件之间的楔形部分；通过喷嘴来注入经加压的模制成型材料、并把经加压的模制成型材料注入到由模具限定的模具腔中；模制成型材料作用在楔形部分的表面上以把楔形部分楔入到介于喷嘴尖头和模具部件之间的收敛间隙中以便进行密封从而克服模制成型材料的泄漏；以及打开模具并从模具腔弹射出固化的模制成型材料。
附图说明
现在将参照附图更全面地描述本发明的实施例。
图1是根据本发明实施例的注入模制成型设备的剖视图。
图2是在图1的密封零件的附近的剖视图。
图3是密封零件的横截面的自由体受力图。
图4是具有结合着冷却浇口和腔镶件而使用的密封零件的注入模制成型设备的剖视图。
图5是阀控注入模制成型设备的剖视图。
图6是在图5的密封零件的附近的剖视图。
具体实施方式
图1显示根据本发明实施例的注入模制成型设备100。针对其它实施例描述的特征和方面能够相应地与本实施例一起使用。
该注入模制成型设备包括：垫板102、模板104、腔板106、芯板108、入口部件110、歧管112和多个喷嘴114。注入模制成型设备100可在任何构造中包括任何数量的歧管和喷嘴。在这个实施例中，为简单起见显示了一个歧管。注入模制成型设备100其中可特别包括另外的部件，诸如板、定位销钉、模具浇口镶件和冷却通道。
垫板102部分地限定了空气隙116，并具有容纳着入口部件110的中心开口。模板104具有凹穴，所述凹穴进一步限定了用于容纳歧管112的空气隙116、并部分地限定了用于容纳喷嘴114的凹槽118。腔板106(模具部件)进一步限定凹槽118，部分地限定模具腔120，并限定通向模具腔120内的模具浇口122。螺栓(未示出)通常用于把这些板夹合在一起。存在有垫板102、模板104和腔板106的许多构造，并且这些板的形状和尺寸可变化。所使用的板的特定数量不重要，并且可使用比显示的板更多或更少的板。
芯板108进一步限定了其中形成注入模制成型产品的模具腔120。芯板108能够与腔板106分开以弹射出这种产品。正如腔板106一样，芯板108的设计可以变化。腔板106具有用于使冷却液循环的一个或多个冷却通道123。芯板108也可以包括冷却通道(未示出)。
入口部件110包括用于从一定来源(诸如，注入模制成型机器的塑化螺杆(未示出))接收模制成型材料(例如，塑料熔融物)的入口通道124。
歧管112限定歧管通道126并包括歧管加热器128。分支歧管通道126从入口通道124接收模制成型材料，并把模制成型材料分配给喷嘴114。歧管加热器128能够具有任何设计，诸如示出的嵌入式绝缘电阻丝。通过由周围的板限定的空气隙116使歧管112热绝缘。通过喷嘴114和定位环130使歧管112相对于模板104偏移，定位环130也使歧管112定位于正确的位置。通过压力垫圈132使歧管112相对于垫板102偏移，压力垫圈132能够弹性变形以吸收歧管112和喷嘴114相对于板102、104的不同热膨胀。
喷嘴114联接到歧管112并由压力垫圈132承座于凹槽118中。凹槽118中的空气用来使喷嘴114与周围的板绝缘。每个喷嘴114与模具浇口122相关联，并限定出与歧管通道126相连通的喷嘴通道134以便把流动的模制成型材料传送到模具浇口122。每个喷嘴114包括：喷嘴体136；喷嘴凸缘138，用于在凹槽118中支撑喷嘴体136；喷嘴加热器142，嵌入在喷嘴体136中；热电偶144；终端146，用于引导加热器142和热电偶144的配线/布线；喷嘴尖头148,；和尖头保持器150，用于以可去除的方式把喷嘴尖头148联接到喷嘴体136。喷嘴加热器142能够具有任何设计，诸如示出的嵌入式绝缘电阻丝。喷嘴体136限定了与喷嘴尖头148的尖头通道152一起形成喷嘴通道134的通道。尖头保持器150以螺纹方式旋拧到喷嘴体136，并包括圆周密封表面154以用于封闭住凹槽118并克服模制成型材料的回流。喷嘴114与歧管112结合在一起可称为热流道。
密封零件160设置于喷嘴尖头148处。在这个实施例中，密封零件160用作一种防备模制成型材料泄漏到凹槽118内的主密封件，而尖头保持器150的圆周密封表面154用作一种防备进一步泄漏到凹槽118内的次要或备用密封件。密封零件160不需要设计为防漏密封件，并且可主要用于以下描述的一个或多个它的其它特性。在另一实施例中，省略了尖头保持器150的密封表面154。
图2是在密封零件160的附近的注入模制成型设备100的全貌图/特写图。
对喷嘴尖头148的表面202确定形状，用以当喷嘴尖头148在使用期间插入到腔板106内时与附近的腔板106的表面204一起限定收敛的间隙，如图中所描绘。具体地讲，在这个剖视图中限定着表面202、204的线条或曲线收敛于一个点处。在这个实施例中，喷嘴尖头148的表面202是环形的，并且通常垂直于模制成型材料的流动的方向，并且腔板106的表面204通常是截头圆锥形。
密封零件160具有位于喷嘴尖头148和腔板106之间的楔形或楔状部分206。位于模具浇口122附近的气泡区域208中的模制成型材料的压力作用在楔形部分206的向流表面210上，并倾向于把楔形部分206楔入到由表面202、204限定的收敛间隙中。这种形状配合方式的楔入或卡入动作帮助形成防漏密封件。也就是说，当模制成型材料的压力增加时，密封效果也增加。在这个实施例中，在模制成型压力下，密封零件160(主要是其楔形部分206)直接与喷嘴尖头148和腔板106接触。
在三维几何构造方面，当围绕喷嘴的纵向轴线旋转布置密封零件160的楔形部分206时，密封零件160的楔形部分206限定了具有与表面202、204配合的至少两个收敛表面的圆环部分。
密封零件160还具有装配在喷嘴尖头148的大体上圆柱形部分214上的保持部分212。具体地讲，在装配期间、当喷嘴114尚未插入到腔板106中时，保持部分212用于把密封零件160保持在喷嘴尖头148上。在这个实施例中，通过间隙218明显地把保持部分212与模具部件的内侧圆柱形壁216分开。
在这个实施例中，密封零件160的保持部分212和喷嘴尖头148的圆柱形部分214之间的接触力设计为超过了介于密封零件160和腔板106之间的粘附力。通过间隙218减小该粘附力的可能量值。结果是：当诸如在维护期间从凹槽118取出喷嘴114时，密封零件160保留在喷嘴尖头148上、而非继续嵌入在凹槽118中。通过使用压入配合、摩擦配合、过盈配合或类似配合把密封零件160的保持部分212安装到喷嘴尖头148的圆柱形部分214，则能够实现这个接触力。这个配合可以是足够松弛的以允许可从喷嘴尖头148移除密封零件160、从而使得密封零件160能够容易地被替换，但该配合仍然足够紧以对抗所述粘附力。在一些构造中，这种配合可通过手工实现。另外，因为向流表面210的角度，气泡区域208中的任何固化的模制成型材料也可以帮助把密封零件160保持固定在喷嘴尖头148上。
在这个实施例中，密封零件160具有整体式或一体式构造，并且以上描述的部分206、212是同一零件的限定的部分。在其它实施例中，密封零件能够具有多件式或组合式构造，且各部分是分开的子部件。
在这个实施例中，密封零件160由非金属材料制成，更具体地讲，全部由聚酰亚胺(诸如，按照名字PLAVIS或者VESPEL销售的聚酰亚胺)制成。尖头148由铍铜合金或适合注入模制成型的另一金属制成，这意味着密封零件160的材料在导热性能方面低于喷嘴尖头148的材料。因此，密封零件160用于使喷嘴尖头148热绝缘以防备热量损耗到由金属(诸如，钢)制成的通常较冷的腔板106。
根据填料含量，聚酰亚胺通常在环境温度(环境温度通常也是模具组件温度)的情况下具有2,000到3,500 MPa (~300,000-500,000 psi)的范围中的压缩弹性模量。这个相对较低的刚度能够增加密封效果，因为模制成型材料压力推压相对可压缩的楔形部分206抵靠在相对刚硬的喷嘴尖头148和腔板106上。更刚硬的材料可用于密封零件160，只要考虑到密封效果的任何变化即可。
适合用于密封零件160(或者至少其楔形部分206)的其它材料包括热固性材料、陶瓷和金属陶瓷复合物。在另一实施例中，密封零件160包括这样的材料：其在刚度或刚硬程度方面低于喷嘴尖头148的材料，并且在模具组件温度的情况下具有小于10,000 MPa (1,450,000 psi)的压缩弹性模量。
在其它实施例中，密封零件160与除腔板之外的模具部件接触。这种模具部件包括模板、模具浇口镶件和模具浇口和腔镶件。
返回参照图1，现在描述注入模制成型的方法。
首先，把至少一个喷嘴114安装在注入模制成型设备100中，注入模制成型设备100可进一步与另外的部件组装以形成模具。
接下来，把经加压的模制成型材料注入到入口部件110中。模制成型材料沿下游方向流经过经加热的歧管112和喷嘴114，流到模具浇口122，并流入到模具腔120中。模制成型材料作用在楔形部分206的向流表面210上以把楔形部分206楔入到介于喷嘴尖头148和腔板106(或其它模具部件)之间的收敛间隙中以便进行密封从而防止模制成型材料的泄漏。
然后，在模具腔120中的模制成型材料被冷却以固化之后，从腔板106撤走芯板108以打开模具，并且成品产品弹射出，因此完成一个周期的一系列操作。
以上方法也适用于本文描述的其它实施例。任何省略的步骤是已知的。
图3是密封零件160的横截面的一部分的自由体受力图。虚线302划分开上方的保持部分212和下方的楔形部分206。可以看出，楔形部分206的截面形状近似地为三角形。
水平箭头指示了通过把密封零件160的保持部分212装配在喷嘴尖头148的圆柱形部分214上而引起的保持接触压力。该保持接触压力利用自身而在径向方向上平衡，并具有至少部分地由保持部分212的刚度和该配合的几何构造导致的量值。对保持部分212使用更刚硬的材料或者增加该配合的过盈将会倾向于增大保持接触压力，并且因此减小密封零件160意外地与喷嘴尖头148分开的可能性。
倾斜箭头指示出了作用在向流表面210上以把楔形部分206推入到收敛间隙中的模制成型材料压力。在与喷嘴尖头148和腔板106的接触处的密封反作用压力平衡了模制成型材料压力。
显示的压力的强度和分布是说明性的，并且可根据特定设计和工作条件而不同。例如，来自模具部件的密封反作用压力可以如图中所示不延伸到保持部分212。
在图3中还显示了指示着收敛表面202、204的边缘相交处的收敛的点304。可以看出，收敛的点304位于向流表面210的对面，楔形部分206的大部分位于它们之间。
图4显示根据本发明另一实施例的具有与冷却浇口和腔镶件相结合而使用的密封零件的注入模制成型设备400。针对其它实施例描述的特征和方面能够相应地与本实施例一起使用。针对这个实施例中的相似部件，能够参考针对其它实施例给出的描述。
注入模制成型设备400包括了布置于模板402、404的装置中的喷嘴114(示出一个)。模板402具有用于使冷却剂循环的冷却通道406。
模具浇口和腔镶件408(模具部件)插入到模板404的开口中。模具浇口和腔镶件408限定了利用O形环412密封的、并用于使冷却剂循环的冷却通道410。模具浇口和腔镶件408结合芯侧416(没有阴影线)限定模具腔414。
在这个实施例中，模具腔414限定瓶子的罩(或盖)。芯侧416包括已知的冷却结构和弹出机构，省略掉了它们的细节。
喷嘴114包括如其它实施例中所述的密封零件160。因为冷却通道410接近相对较热的喷嘴尖头148，所以对于维持所希望的成型条件而言，密封零件160的热绝缘特性可能变得更加重要。
涂层418可布置在喷嘴尖头148和密封零件160之间，并且可用于进一步调节导热性、或者增强喷嘴尖头148上的密封零件160的配合。涂层418可涂覆于喷嘴尖头148、涂覆于密封零件160、或者涂覆于二者。例如，涂层418能够是经由物理气相淀积(PVD)而布置的陶瓷涂层。
图5显示本发明的阀控实施例。针对其它实施例描述的特征和方面能够相应地与本实施例一起使用。针对这个实施例中的相似部件，能够参考针对其它实施例给出的描述。
注入模制成型设备500包括喷嘴502。喷嘴502包括为喷嘴114提供的相同部件中的许多部件，并另外包括阀销504、适合与阀销504一起使用的喷嘴尖头506、以及安置在喷嘴尖头506的下游上的密封零件508。
为了方便，阀销504图示为在关闭和打开位置，在喷嘴502的纵向轴线的左侧上显示关闭，并且在右侧上显示打开。使用致动器(未示出)能够上下驱动所述阀销504以打开和关闭模具浇口122。
喷嘴尖头506具有下游开口，经该下游开口，阀销504移动并且模制成型材料流动。
密封零件508是具有大体上梯形截面的圆环。密封零件508是楔形部分。密封零件508粘附于喷嘴尖头506(例如，通过使用胶合剂、环氧树脂、高温粘合剂等)以防止密封零件508嵌入在模具浇口和腔镶件408中。能够选择密封零件508的导热性以满足模制成型要求。例如，密封零件508可由具有比喷嘴尖头506的导热性更低导热性的材料制成。
图6显示密封零件508的全貌图/特写图。当阀销504打开时，密封零件508的向流表面602暴露于模制成型材料的压力。这种压力用于把密封零件508楔入到在喷嘴尖头506和模具浇口和腔镶件408之间所限定的收敛间隙中，用以当阀销504打开时实现密封。另外，可对密封零件508确定尺寸，以在阀销504关闭时使得能实现阀销504的圆柱形外表面抵对着向流表面602的强有力接触、从而促进类似的楔入动作。
如上所述，实施例的特征方面能够相互混合以获得另外的实施例。下面是一些例子。密封零件160能够粘附于喷嘴尖头148。密封零件508能够具有用于装配在喷嘴尖头506的对应形状部分上的保持部分。能够使用不同的楔形横截面。三角形和梯形是例子，且能够使用具有多边形和/或弯曲边缘的任何横截面形状，所述多边形和/或弯曲边缘具有允许发生楔入动作的两个或更多个收敛侧。另外，能够从适合用于注入模制成型的任何材料选择用来构造出任何密封零件的材料(包括涂层)。
在以上的任何实施例中，喷嘴尖头能够通过与喷嘴体形成为整体而联接到喷嘴体。本文描述的任何密封零件能够与这种一体式构造一起使用。
另外，虽然本文描述的实施例针对热流道喷嘴，但本发明同样适合于用于其它种类的注入模制成型(诸如，热固注入模制成型、熔融金属注入模制成型和冷流道注入模制成型)的喷嘴。
虽然已描述了本发明的许多实施例，但本领域技术人员将应该理解到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可做出其它变化和修改。本文讨论的所有专利和公布的全部内容通过援引包含于此。
Claims (22)
1.一种注入模制成型设备，包括注入模制成型喷嘴和模具部件，所述注入模制成型喷嘴包括：
喷嘴体，限定用于模制成型材料的流动的通道；
喷嘴尖头，联接到喷嘴体，所述喷嘴尖头具有形状确定为与所述模具部件的模具部件表面一起限定出收敛间隙的喷嘴尖头表面，喷嘴尖头在使用期间插入到所述模具部件中；和
密封零件，具有位于喷嘴尖头和模具部件之间的楔形部分和向流表面，其中作用在密封零件的向流表面上的模制成型材料的压力把楔形部分楔入到所述收敛间隙中，其中所述密封零件还包括保持部分，保持部分在装配期间装配到喷嘴尖头上用以把密封零件固定在喷嘴尖头上。
2.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中所述密封零件是非金属的。
3.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中所述密封零件包括在导热性能方面弱于喷嘴尖头的材料的材料。
4.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中所述密封零件包括热固性材料。
5.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中所述密封零件包括聚酰亚胺。
6.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中所述密封零件包括陶瓷。
7.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中所述密封零件包括金属陶瓷复合物。
8.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中所述密封零件包括在刚硬程度方面比喷嘴尖头的材料更低的材料。
9.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中所述密封零件包括在环境温度的情况下具有小于10,000 MPa的压缩弹性模量的材料。
10.根据权利要求9所述的注入模制成型设备，其中所述密封零件包括在环境温度的情况下具有在2,000到3,500 MPa的范围中的压缩弹性模量的材料。
11.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中所述保持部分在使用期间与模具部件的内侧圆柱形壁分开。
12.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中所述密封零件的楔形部分是圆环，所述圆环具有有着至少两个收敛边缘的横截面。
13.根据权利要求12所述的注入模制成型设备，其中所述横截面是三角形。
14.根据权利要求12所述的注入模制成型设备，其中所述横截面是梯形。
15.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中所述密封零件直接与喷嘴尖头接触以及与模具部件接触。
16.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中所述密封零件可从喷嘴尖头移除。
17.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中所述密封零件粘附至喷嘴尖头。
18.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，还包括：涂层，位于喷嘴尖头和密封零件之间。
19.根据权利要求18所述的注入模制成型设备，其中所述涂层涂覆于喷嘴尖头。
20.根据权利要求18所述的注入模制成型设备，其中所述涂层涂覆于密封零件。
21.根据权利要求1所述的注入模制成型设备，其中从包括以下各项的组中选择所述模具部件：腔板、模板、模具浇口镶件以及模具浇口和腔镶件。
22.一种注入模制成型的方法，包括下述步骤：
把注入模制成型喷嘴安装在模具部件中，该注入模制成型喷嘴包括密封零件，密封零件具有楔形部分和向流表面，楔形部分安置于注入模制成型喷嘴的喷嘴尖头和模具部件之间，其中所述密封零件还包括保持部分，保持部分在装配期间装配到喷嘴尖头上用以把密封零件固定在喷嘴尖头上；
通过注入模制成型喷嘴注入经加压的模制成型材料，并把经加压的模制成型材料注入到由模具部件限定的模具腔中；
模制成型材料作用在密封零件的向流表面上以把楔形部分楔入到介于喷嘴尖头和模具部件之间的收敛间隙中以便进行密封从而防止模制成型材料的泄漏，该收敛间隙由喷嘴尖头的喷嘴尖头表面和模具部件的模具部件表面限定；以及
打开模具并从模具腔弹出固化的模制成型材料。
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