CN103260844A - 共注射热流道注射成型系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种共注射成型设备，该设备向喷嘴提供表皮材料熔体流和芯材料熔体流。表皮材料熔体流形成成型物品的内层和外层，芯材料熔体流形成表皮材料内层和外层之间的芯层。用于形成芯层的芯材料的体积可以在注射循环之间手动地调节以改变第一成型物品和第二成型物品之间的芯层厚度。可选地，用于形成芯层的芯材料的体积可以在注射循环期间自动地调节以在形成成型物品期间改变芯层的厚度，从而成型物品将具有至少带有第一厚度和第二厚度的芯层。

Description

共注射热流道注射成型系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年10月22日提交的美国申请No.61/405,949以及2011年9月21日提交的美国申请No.13/238,074的权益和优先权，上述每个申请的全部内容以参考的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及注射成型，更具体地涉及一种共注射热流道注射成型系统，该系统控制多种可成型材料的熔体流经过模具浇口流入模具腔体的流动。

背景技术

在注射成型的技术领域，已知利用单个热流道注射成型喷嘴同时或顺序地把两种可成型材料熔体流注射入模具腔体，这通常被称为共注射。对两种或更多种熔体流经过喷嘴流入模具浇口随后流入腔体的控制的常规方式是通过使喷嘴的阀销构件旋转以对准不同的熔体通道、或者通过使阀销构件以及一个或多个包围该阀销构件的阀套筒构件在打开位置和关闭位置之间做轴向往复运动而提供。尽管已开发出许多采用做轴向往复运动以提供两种或更多种熔体流的同时或顺序注射的阀销构件和阀套筒构件的系统，但这种布置有其缺点，例如往复运动的不准确、难以保持熔体流充分分离，以及注射成型系统的热半模的制造、组装和操作的复杂性增加。这种系统的另一个缺点是难以使阀套筒构件和/或阀销构件与模具浇口对准，这种对准对于改进注射技术以及减小浇口磨损是重要的。在多腔体热流道注射成型系统中，在各腔体中形成一致部分长期以来是一种挑战。

在一些常规共注射系统中，如美国专利No. 3,947,177、美国专利No. 6,596,213和美国专利No. 7,517,480中所述，芯层熔体流的体积与内层和外层熔体流的体积可以在注射单元处通过设定由其提供的每个熔体流的注入量（shot size）和注射速度来控制。在其它常规共注射系统中，如美国专利No. 5,914,138，各个熔体流的粘度被控制以影响进入给定模具腔体的芯层熔体流的体积相对于内层和外层熔体流的体积。

用于生产成型物品的芯层的芯材料的体积在“阻挡物”共注射成型应用中和“填充物”共注射成型应用中特别相关，在“阻挡物”共注射成型应用中，阻挡物材料的芯层是进入给定模具腔体的总组合熔体流的微小比例，在“填充物”共注射成型应用中，填充物材料的芯层是进入给定模具腔体的总组合熔体流的大部分。在“阻挡物”和“填充物”共注射成型应用两者中，给每个独立模具腔体提供精确相等量的芯材料是关键的，以便确保跨过模具的一致成型部分。通常，芯层材料与内层和外层材料的比率的这种控制在热流道系统的最上游端处发生，即在供应每种材料的机筒处，这不能考虑在特定熔体流在热流道系统的下游端处到达模具腔体时可能发生的剪切历史不同/不平衡。在给定注射循环期间，剪切历史不平衡可导致一些模具腔体接收过多芯材料且一些模具腔体接收过少芯材料。由于芯层材料的精确量是关键的以确保共注射成型物品的质量，模具腔体之间的甚至轻微不平衡也可能具有大的影响。

前述问题在成型物品需要在单个成型物品内的不同芯层厚度的情况下可能加剧，例如在带螺纹区域具有较薄芯层且在端部区域具有较厚芯层的成型封闭件中。更具体地，如果芯层材料的限流或其它调节在成型系统的上游端处进行，例如在机器中，那么通常更难以控制成型物品中芯层厚度将在每个模具腔体中过渡的精确位置。

本文实施例解决了上述共注射应用中出现的至少一些问题，通过提供在热流道系统下游端附近限流或调节芯层材料流的机构，更具体地在其喷嘴尖端内限流或调节芯层材料流，以允许芯层材料的体积与所使用材料的体积的更精确控制，以在每个独立腔体内形成成型物品的内层和外层。在模具腔体的模具浇口附近的这种控制可导致共注射成型系统的所有腔体之间的更大总体一致性。

发明内容

本文的实施例涉及共注射成型设备，该设备向热流道注射成型喷嘴提供表皮材料熔体流和芯材料熔体流。喷嘴包括喷嘴尖端，该喷嘴尖端限定用于接收表皮材料熔体流的中央表皮材料熔体通道、用于接收芯材料熔体流的环状芯材料熔体通道、以及环状外层熔体通道，其中，来自中央表皮材料熔体通道的表皮材料熔体流的一部分经由穿过芯材料熔体流的一个或多个隧道通道被引导至外层熔体通道。来自中央表皮材料熔体通道的表皮材料熔体流被引导至用于形成成型物品内层的模具腔体，来自芯材料熔体通道的芯材料熔体流被引导至模具腔体以形成成型物品的芯层或阻挡物层，来自外层熔体通道的表皮材料熔体流被引导至模具腔体以形成成型物品的外层。

在实施例中，用于形成成型物品芯层的芯材料的体积可以在注射循环之间手动地调节以改变第一成型物品和第二成型物品之间的芯层厚度。在另一个实施例中，用于形成成型物品芯层的芯材料的体积可以在注射循环期间自动地调节以在形成成型物品期间改变芯层的厚度，从而成型物品将具有至少带有第一厚度的第一部段和第二厚度的第二部段的芯层。

附图说明

基于下面如附图中所示的对本发明实施例的描述，本发明的前述以及其它特征和优点将变得显见。本文中所包含且构成本说明书一部分的附图进一步用于解释本发明的原理，并且使相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。这些附图未按比例绘制。

图1是根据本发明一个实施例的共注射热流道注射成型系统的截面图。

图2是图1的区域A的放大图，示出了处于浇口关闭位置的阀销。

图2A和2B是图2所示的共注射设备的一部分的可选配置，示出了处于打开或缩回位置的阀销。

图3是图1的区域B的放大图。

图4A和4B是可以由图1的共注射设备成型的示例性成型盖的截面图。

图5是根据本发明另一个实施例的共注射热流道注射成型系统的截面图。

图6是图5的区域A的放大图，示出了处于关闭位置的阀销和可致动套筒中的每个。

图6A和6B示出了在可适合于生产图8所示的成型预制件的注射成型序列的各个步骤期间图6所示的浇口区域。

图7是图5的区域B的放大图。

图8是可以由图5的共注射设备成型的示例性成型预制件的截面图。

具体实施方式

现在参考附图来描述本发明的具体实施例，其中类似的附图标记表示相同或功能上相似的元件。在下面的描述中，“下游”用于参考成型材料从注射成型机的注射单元流动至注射成型系统模具的模具腔体的方向，也参考成型材料经过其中从注射单元流动至模具腔体的部件或其特征的顺序；而“上游”用于参考相反方向。以下的详细说明在本质上只是示例性的而并非意图限制本发明或者本发明的应用和使用。尽管对本发明实施例的描述是在热流道注射成型系统的上下文中，但在认为是有用的情况下本发明也可适合用于其它成型应用，其非限制性示例包括热固性树脂(例如液体硅橡胶等)的成型。此外，本发明并非意图受前面的技术领域、背景技术、发明内容或者下面的详细说明中所给出任何明示或暗示的理论的约束。

图1示出在部分截面中示出的根据本发明一个实施例的热流道共注射设备100的截面图；图2是图1的区域A的放大图，图3是图1的区域B的放大图。本领域技术人员应当理解的是，共注射设备100构成成型系统的热半模，该热半模被设计成与注射成型机(未图示)中的成型系统的冷半模或芯侧配对。在图1中，共注射设备100包括用于生产三层成型盖的模具腔体133，例如分别在图4A和4B中以截面示出的成型盖435、435’。

共注射设备100包括歧管102，该歧管102具有用于接收来自第一熔体源(未图示)的可成型表皮材料熔体流的第一组流道或熔体通道104，并且还具有用于接收来自第二熔体源(未图示)的可成型芯材料的第二熔体流的第二组流道或熔体通道106。第一组和第二组的歧管流道104、106彼此独立且互不连通，使得表皮材料和芯材料的熔体流不在歧管102中混合。第一组和第二组歧管流道104、106的长度、直径或宽度、和总体几何形状取决于具体应用以及可成型表皮和芯材料的量和性质。歧管102配备有加热器(未图示)，用以维持相应可成型表皮和芯材料的第一和第二熔体流的温度。在一个实施例中，表皮熔体流的表皮材料是用于对成型物品(例如塑料瓶的盖)的内层和外层进行成型的主要或表面材料；芯熔体流的芯材料是用于对设置在成型物品内层和外层之间的中间、阻挡物或填充物层进行成型的阻挡物材料。

歧管102位于被绝缘气隙所包围的冷却模具板108内，在注射成型操作期间，利用定位环112、各种压力垫圈114和阀盘116来保持气隙。共注射设备100包括垫板107、各种其它冷却模具板108’,108”、和轭板113。轭板113由模具板108’和垫板107包围。

共注射设备100还包括热流道阀口喷嘴120，每个与由设置在模具板108”中的相应模具浇口插入物122限定的模具浇口124相对应。尽管共注射设备100的浇口区域和模具浇口124是由模具浇口插入物122形成，但这只是说明性而不是限制性的，本领域技术人员将会认识到，在不背离本发明范围的情况下浇口区域可被一个或多个其它注射成型结构所限定，例如限定在模具腔体板中的模具浇口和浇口区域。

如常规的情况，各阀口喷嘴120尤其包括：喷嘴主体121、喷嘴尖端154、喷嘴加热器（未示出）、热电偶（未示出）、以及本领域技术人员所知的其它部件。喷嘴主体121大体为圆柱形并且包括也大体为圆柱形的纵向孔146。各喷嘴120的纵向孔146与歧管102的纵向孔140对准。可致动的阀销126分别可滑动地延伸经过歧管102和喷嘴120的孔140、146，在图1和图2中示出了阀销126的尖端部128坐置在模具浇口124中。以本领域技术人员所知的方式，各阀销126的头部130联接到固定在轭板113内的相应阀销联接器132。

轭板致动器115设置在垫板107中，用于致动阀销头部130联接到的轭板或阀销板113。致动器115可以使得轭板113通过线性运动（例如气动或液压活塞）或旋转运动（例如，电动螺杆传动）在打开、关闭和各个中间位置之间移动。为了实现这种移动，每个致动器115具有连接到垫板107的固定部分，例如壳体或气缸，且还具有连接到轭板113的可移动部分117，例如活塞或从活塞延伸的部分。致动器的数量是设计选择，且在其它实施例中，可以使用更多或更少致动器。任何样式的致动器是合适的，只要其能够将轭板115和阀销126在关闭和打开位置之间移动即可。在图1中，轭板113定位成使得阀销126处于坐置在模具浇口124内的关闭位置。如果致动器115依赖于工作流体来操作，即气动或液压类型，那么可以在垫板107中设置流体管道（未示出）。在致动器115是电动或磁性或一些其它设计的其它实施例中，可以在垫板107中设置电气管道（未示出）。在这种实施例中，轭板113和因而联接到其上的阀销126可以利用电子伺服电机驱动在打开、关闭和各个中间位置之间致动，例如由从加拿大安大略省乔治敦的Mold-Masters有限公司获得的E-Drive^TM系统提供同步板阀销致动，该致动允许操作者调整阀销126的行程。在另一个实施例中，可使用电磁线圈致动器来提供阀销的增量运动。在各种其它实施例中，可使用使阀销能够增量运动的任何阀销致动系统。

尽管图示了共注射设备100具有两个阀口喷嘴120及相关的部件，但此设置仅仅是作为例子，因为在不改变本发明原理的情况下可容易地使用更多或更少的阀口喷嘴和相关部件。此外，利用致动轭板的阀销致动也是通过示例而非限制的方式示出。在另一个实施例中，每个阀销可联接到单独的致动器，例如容纳于气缸内的活塞。

歧管102和每个喷嘴120适合于经过相应孔140、146接收可重新定位的套筒136，使得阀销126在套筒136内可滑动地延伸。参照图1-3，可重新定位的套筒136是细长的中空管状结构，其具有上游端123和下游端143，所述上游端123限定阀销引导孔129，阀销引导孔129定尺寸为基本上等于阀销126的外直径，同时仍允许阀销126在其中滑动移动，下游端143坐置在喷嘴尖端154内。套筒136的上游端123设置在外部固定套筒138内，以相对于其可纵向重新定位，如下文所述。固定套筒138包括坐置或夹持在压力垫圈116和歧管102的上游表面103之间的径向延伸头部段142。通过防旋转销或榫钉103在头部段142和歧管102之间接合，防止固定套筒138相对于歧管102旋转。继而，通过防旋转销或榫钉127在套筒136上游端123中的纵向延伸槽109和固定套筒138的头部段142内的对应孔之间接合，防止可重新定位套筒136相对于固定套筒138旋转。

可重新定位套筒136的上游端123包括与阀盘116的对应螺纹孔111和锁定螺母105接合的带螺纹头部118。带螺纹头部118和锁定螺母105坐置在模具板108’中的对应孔125内。锁定螺母105可松开以允许阀盘116相对于可重新定位套筒136旋转，以便改变套筒136的纵向位置，之后，锁定螺母105再次拧紧以将所述改变紧固到位。继而，套筒136的纵向位置的改变在喷嘴尖端154内升高或降低套筒136的下游端143，分别如图2A和2B所示，以增加或减小环状开口119的尺寸或宽度，从而允许更多或更少体积的芯材料流向模具浇口124，如下文更详细所述。

套筒136的中空管状结构限定中央表皮材料熔体通道150且分别在其外表面和歧管102和喷嘴120的喷嘴孔140、146之间形成环状芯材料熔体通道152，并且在套筒外表面和喷嘴尖端154的对应表面之间限定环状芯材料熔体通道的上游部172a。因此，套筒136有效地把歧管孔140和喷嘴孔146划分成两个同心的熔体通道，表皮材料熔体通道150被环状芯材料熔体通道152所包围。表皮材料熔体通道150经由套筒136中的纵向延伸槽148和固定套筒138的侧开口148’与歧管102的第一组流道104连通。槽148相对于第一组流道104定尺寸和定向为允许在套筒136纵向重新定位时熔体流继续流向表皮材料熔体通道150。芯材料熔体通道152与歧管102的第二组流道108在出口158处连通，以在喷嘴尖端154内输送芯材料熔体流，其中芯材料熔体流被引导在表皮材料熔体流内或之间流动，如下面更详细的描述。因此，套筒136起流动分离器的作用，用以当表皮和芯材料熔体流从歧管102流入喷嘴尖端154的各种熔体通道中时保持表皮和芯材料熔体流分离。

参考图2，喷嘴120的喷嘴尖端154包括尖端基部162、尖端分料器164、以及尖端盖166；这些部分被带螺纹尖端保持器168保持在喷嘴主体121的下游端中，尖端盖166和尖端保持器168的下游表面通过包围浇口124的气泡区域169从浇口插入物122隔开。也可采用其它联接方案(例如钎焊)。尖端保持器168还包括嵌套或密封浇口插入物122的密封部167并且防止成型材料进入它们之间的绝缘气隙171。

尖端基部162包括与套筒136的外表面156相对的内表面160，以限定芯材料熔体通道的上游部172a，且尖端分料器和尖端盖164、166之间限定芯材料熔体通道的下游部172b。芯材料熔体通道的上游部172a和下游部172b可以在本文总的称为喷嘴尖端154的芯材料熔体通道172，接收并引导来自套筒芯材料熔体通道152的芯材料熔体流经过尖端盖166的中央开口182而流动至浇口124。尖端分料器164也限定中央表皮材料熔体通道174，该表皮材料熔体通道174接收来自套筒表皮材料熔体通道150的熔体流，且引导表皮材料的熔体流离开径向延伸隧道通道178以形成表皮材料的外层流，并离开尖端分料器164的中央开口176以形成表皮材料的内层流。表皮材料的内层流在流向模具浇口124时还通过尖端盖166的中央开口182。

每个隧道通道178具有与中央表皮材料熔体通道174流体连通的进口和与外层熔体通道180流体连通的出口，外层熔体通道180在尖端盖166的外表面和尖端保持器168的内表面之间形成。每个隧道通道178包括由独立隧道通道延伸部199限定的下游部，隧道通道延伸部199是短管状部件。每个隧道通道延伸部199具有紧固在尖端分料器164的对应的相对孔中的上游端以及把芯材料熔体通道的下游部172b桥接以经过尖端盖166内的孔的长度。当如此定位时，每个隧道通道延伸部199的出口与外层熔体通道180流体连通，被每个隧道通道178接收的表皮材料的熔体流的一部分经过外层熔体通道180被引导至浇口124。每个隧道通道178可被认为侧向或径向地延伸，因为其允许成型材料相对于成型材料在中央表皮材料熔体通道174中的总体流动而侧向地或向外地流动。同样，由此限定的隧道通道延伸部199和/或隧道通道178可描述成穿越或横穿芯材料熔体通道172和/或流经该通道172的芯材料熔体流。

在图2中，阀销126的尖端部128坐置在浇口124中，阀销126的尖端引导段131坐置在尖端分料器164和尖端盖166的中央开口176、182中，使得表皮或芯材料都不能从芯材料熔体通道172、中央表皮材料熔体通道174或外层熔体通道180而流动至模具腔体133中。阀销126从模具浇口124中选择性缩回并且随后经过中央开口176、182允许表皮材料的内层和外层分别从表皮材料熔体通道174和外层熔体通道180同时流动，以及芯层熔体流从芯材料熔体通道172流动，这三种熔体流在接近共注射设备的浇口区域的气泡区域169中混合，此后经由浇口124同时地进入模具腔体133。更具体地，在注射循环期间，阀销126的尖端部128可缩回至从浇口124移开的第一缩回位置，同时阀销126的喷嘴尖端引导段131保持坐置或阻塞在尖端分料器164和尖端盖166的中央开口176，182中，从而仅仅表皮材料的外层熔体流被允许经由浇口124流入熔体腔体，其中，外层熔体流从中央表皮材料熔体通道174经由隧道通道178、外层熔体通道180和气泡区域169而流动至模具浇口124。注射循环的下一步骤包括致动阀销126的尖端部128至从浇口124移开的缩回位置，阀销126的尖端引导段131从尖端分料器中央开口176和尖端盖中央开口182中移开或拔出。阀销126的这种缩回位置在图2A和2B中的每个中示出。当阀销尖端部128以此方式缩回时，允许表皮材料的内层熔体流和芯材料熔体流与表皮材料的外层熔体流同时地经由模具浇口124流入模具腔体133。内层熔体流从中央表皮材料熔体通道174经过尖端分料器中央开口176中流出，此后与从喷嘴尖端芯材料熔体通道172中流出的芯材料熔体流汇合，使得内层熔体流和芯层熔体流经过尖端盖166的中央开口182离开，内层熔体流位于中央或者基本上被芯层熔体流包围。在以这种方式离开尖端盖中央开口182之后，内层熔体流和芯层熔体流与表皮材料的外层熔体流汇合，表皮材料的外层熔体流同时地经过气泡区域169流动至浇口124，从而形成组合熔体流。由此，当这三种熔体流在接近共注射设备100浇口区域的气泡区域169中混合时，大致同心的内层熔体流和芯层熔体流从而基本上被外层熔体流包围，然后同时地经由浇口124进入模具腔体。这样，当这三种熔体流同时流动经过气泡区域169且进入浇口124时，喷嘴尖端154的部件能够把芯层熔体流定位在表皮材料的外层和内层熔体流之间。因此，共注射设备100能够通过表皮和芯材料的同时注射而形成成型物品，该成型物品包括第一或表皮材料的内层和外层以及第二或芯材料的中间层，这允许更快的循环时间并且也利于薄壁成型应用。由此，共注射设备100允许形成三层成型物品，例如图4所示的成型盖435，435’。

如上所述，套筒136的纵向位置可以通过共注射设备100的操作者改变，以升高或降低设置在喷嘴尖端154内的套筒136的下游端143，通过将图2中下游端143的位置分别与图2A和2B中下游端143的位置进行比较可以最好地理解。环状开口119在可重新定位套筒下游端143的倾斜下游表面163和尖端盖166的对应倾斜表面165之间限定。在另一个实施例中，相对表面163，165可以是平坦接触表面。下游端143的向上游重新定位将增加环状开口119的尺寸或宽度，如图2A所示，从而在注射循环期间允许更多体积的芯材料流动通过芯材料熔体通道的下游部172b。当共注射设备100处于该配置时，厚芯层134如图所示在图4A的成型盖435中产生，这在芯材料是例如再循环材料的填充物材料的应用中是有益的，其具有比用于形成成型盖的内层和外层的纯表皮材料更少的成本。类似地，下游端143的向下游重新定位将减小环状开口119的尺寸或宽度，如图2B所示，从而在注射循环期间流动通过芯材料熔体通道的下游部172b的芯材料的体积减少。当共注射设备100处于该配置时，相对较薄芯层134’如图所示在图4B的成型盖435’中产生，这在芯材料是用作阻挡物层的昂贵材料的成型应用中是有益的，例如乙烯/乙烯醇(EVOH)共聚物阻挡物层。由此，共注射设备100允许调节靠近热流道系统的下游端的芯层材料流，且更具体地允许调节喷嘴尖端154内的芯层材料流，以允许提供给模具腔体133的芯层材料体积的更精确控制。

因此，根据本发明实施例，共注射设备100的阀销126被致动而具有双倍行程，由此结合喷嘴尖端154通过把两种进入的熔体流中的一种分成两个独立的熔体流而在浇口124处形成三个熔体流图案。在根据本发明一实施例的方法中，阀销126的第一行程把阀销尖端部128从浇口124移开从而允许表皮材料(例如聚丙烯(PP))在浇口124处形成PP的第一层流同时阀销尖端引导段131堵塞芯材料层(例如阻挡物材料，例如乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH))以防流经喷嘴尖端芯材料熔体通道172。阀销126的第二行程把阀销尖端部128缩回至喷嘴尖端芯材料熔体通道172的上游从而形成EVOH的阻挡物层流，并且也缩回至尖端分料器164的中央开口176的上游从而形成PP的内层流。以如上所述方式，EVOH的第二层离开芯材料熔体通道172从而位于浇口124内的PP的外层和内层之间。

根据本发明一个实施例，可以调整阀销126的行程以控制成型物品中阻挡物材料的芯层相对于表皮材料的内层和外层的径向位置。阀销126可定位使得尖端部128在尖端分料器164的中央开口176内部突出，从而导致对经过中央开口176的表皮材料的内层熔体流的轻微限流或限制。这种对经过中央开口176的表皮材料的内层的限制导致当外层熔体流流经外层熔体通道180和气泡区域169时被引导的表皮材料的体积增加。通过增加被引导经过外层熔体通道180和气泡区域169至浇口124的表皮材料相对于被引导经过中央开口176至浇口124的表皮材料的体积，将利用更大体积的外层熔体流188和减少体积的内层熔体流使得芯材料熔体流的芯层径向向内移动。因此，在所形成的成型物品中，阻挡物材料的芯层将径向位于表皮材料的内层和外层之间并且更靠近成型物品的内表面。

相反，当阀销126定位在比图2A和2B所示更大的上游缩回位置时，例如阀销尖端部128缩回至与隧道通道178齐平或者在隧道通道178上游，尖端分料器164的中央开口176被宽打开，以允许表皮材料的内层熔体流自由地流经中央开口176，这导致与外层熔体流流经外层熔体通道180和气泡区域169时被引导的表皮材料相比，作为内层熔体流被引导的表皮材料增加。通过增加被引导经过中央开口176至浇口124的表皮材料的体积相对于被引导经过外层熔体通道180和气泡区域169至浇口124的表皮材料的体积，将利用更大体积的内层熔体流和减少体积的外层熔体流使芯材料的芯材料熔体流在组合熔体流中径向向外移动。因此，在所形成的成型物品中，芯材料的芯层将径向位于表皮材料的内层和外层之间且更靠近成型物品的外表面。

在操作期间，操作者或自动检查装置可以检查新成型物品的芯层相对于表皮材料的内层和外层的位置。如果发现成型物品的芯层以不令人满意或者不希望的方式定位，那么操作者可以命令致动器115的控制器以便调整阀销126的缩回位置，从而以与前面段落中所述的方式改变阻挡物层相对于表皮材料的内层和外层的位置。

图5示出了根据本发明另一个实施例的热流道共注射设备500的剖视图。本文中所描述的先前实施例的特征和方面可与当前实施例相应地使用，且使用相同的附图标记，用于共注射设备500的保持与上述共注射设备100不变的特征，因此对这些特征不作进一步详细描述。在图5中，共注射设备500包括用于生产三层预制件的模具腔体533，如图8以截面图示出的成型预制件835。

参照图5，共注射设备500包括：垫板507以及各种冷却模具板508，508’，508”，508’”，共注射设备的各个部件位于其中，如本领域技术人员理解的那样。歧管102位于被由定位环112、压力垫圈114和阀盘516所维持的绝缘气隙包围的冷却模具板508”内。共注射设备500还包括热流道阀口喷嘴120，具有与被设置在模具板508”内的相应模具浇口插入物522所限定的相应模具浇口524相对应的喷嘴尖端154。尽管共注射设备500的浇口区域和模具浇口524是由模具浇口插入物522形成，但这是说明性的而非限制性的，本领域技术人员将会认识到，在不背离本发明范围的情况下，浇口区域可替代地被一种或多种其它注射成型结构所限定，例如限定在模具腔体板中的模具浇口和浇口区域。

歧管102和每个阀口喷嘴120适合于通过相应孔140，146接收可致动的套筒536，阀销126在套筒536内可滑动地延伸。阀销致动器515设置在模具板508中，每个用于致动相应喷嘴120的相应阀销126。阀销头部130通过相应阀销联接器532联接到阀销致动器515。套筒致动器515’设置在模具板508’中，用于致动套筒536。可致动套筒536的头部518通过相应套筒联接器532’固定或联接到套筒致动器515’。在根据本发明的各个实施例中，阀销致动器515和套筒致动器515’通过线性运动（例如气动或液压活塞）或旋转运动（例如，电动螺杆传动）在打开、关闭和各个中间位置之间移动相应阀销126和套筒536。在本发明的实施例中，阀销致动器515和套筒致动器515’可以是电子伺服电机驱动，例如从加拿大安大略省乔治敦的Mold-Masters有限公司获得的E-Drive^TM系统，其允许阀销126和可致动套筒536在打开、关闭和它们之间的各个中间位置之间致动。在另一个实施例中，可使用电磁线圈致动器来提供阀销和套筒的增量运动。在各种其它实施例中，可使用使阀销和套筒能够增量运动的任何阀销致动系统。

参考图5、6和7，可致动套筒536是细长的中空管状结构，其具有上游端523和下游端543，所述上游端523限定阀销引导孔529，阀销引导孔529定尺寸为基本上等于阀销126的外直径，同时仍允许阀销126在其中滑动移动，下游端543设置在喷嘴尖端154内。可致动套筒536的上游端523设置在外部固定套筒538内，且定尺寸为基本上等于固定套筒538的内直径，同时仍允许在其中滑动移动。固定套筒538包括坐置或夹持在压力垫圈516和歧管102的上游表面103之间的径向延伸头部段542。通过防旋转销或榫钉101在头部段542和歧管102之间接合，防止固定套筒538相对于歧管102旋转。继而，通过防旋转销或榫钉127在套筒536上游端523中的纵向延伸槽509和固定套筒538的头部段542内的对应孔之间接合，防止可致动套筒536相对于固定套筒538旋转。在另一个实施例中，防旋转销127可以设置在套筒头部518和套筒联接器532’之间。

可致动套筒536的上游端523可滑动地延伸通过阀盘516的孔511，且包括与上述套筒联接器532’接合的头部518。套筒536的中空管状结构限定中央表皮材料熔体通道150且分别在其外表面和歧管102和喷嘴120的孔140、146之间形成环状芯材料熔体通道152，并且在套筒外表面和喷嘴尖端154的对应表面之间形成环状芯材料熔体通道的上游部172a。因此，套筒536有效地把歧管孔140和喷嘴孔146划分成两个同心的熔体通道，表皮材料熔体通道150被环状芯材料熔体通道152所包围。表皮材料熔体通道150经由套筒536中的纵向延伸槽548和固定套筒538的侧开口548’与歧管102的第一组流道104连通。槽548相对于第一组流道104定尺寸和定向为允许在套筒536在缩回上游位置、伸出下游位置和它们之间的各个中间位置之间致动时熔体流继续流向表皮材料熔体通道150。芯材料熔体通道152与歧管102的第二组流道108在出口158处连通，以在喷嘴尖端154内输送芯材料熔体流，其中芯材料熔体流被引导在表皮材料熔体流内或之间流动，如上文详细的描述。因此，套筒536起流动分离器的作用，用以当表皮和芯材料熔体流从歧管102流入喷嘴尖端154的各种熔体通道中时保持表皮和芯材料熔体流分离。

参考图6和6A－6E，示出了用于生产图8所示的成型预制件835的注射成型序列。如上所述，套筒536能在图6C和6D所示的完全打开位置、图6、6A和6E所示的关闭位置以及它们之间的图6B所示的各个中间部分打开或限流位置之间致动。套筒536的致动在注射循环期间自动化，以产生成型物品的芯层厚度的变化，如图8所示的成型预制件835的芯层834。套筒536的下游端543的移动打开和关闭环状开口或孔519。类似于前述实施例，环状开口519在套筒下游端543的下游表面563和尖端盖166的对应表面165之间限定，以在芯材料熔体通道的上游部172a和芯材料熔体通道的下游部172b之间提供熔体连通。套筒536的下游段的内直径定尺寸为在套筒536在打开和关闭位置之间移动时跨过尖端分料器164的上游段的外表面滑动。更具体地，套筒536的致动升高或降低设置在喷嘴尖端154内的套筒536的下游端543，以在注射循环期间完全打开、部分打开和关闭环状开口519。由此，共注射设备500允许自动调节靠近热流道系统的下游端的芯层材料流的体积，且更具体地允许调节来自于喷嘴尖端154的芯层材料流，以允许提供给模具腔体533的芯层材料体积的更精确控制，从而在整个注射循环内调节成型物品中的芯层的厚度，如下文详细描述。

现在参考图6和6A－6E来描述形成成型预制件835的示例性注射成型序列。应当理解的是，共注射设备500中的喷嘴尖端154的大多数特征和功能在前文参考共注射设备100详细描述，且在该实施例中将仅仅充分描述可致动套筒536的操作及其方法。

图6示出了阀销126的尖端部128坐置在模具浇口524中，套筒536的下游端543邻靠尖端盖166的表面165，从而每个都处于关闭位置，以防止通过喷嘴尖端154的熔体流。图6A示出了阀销126的尖端部128从模具浇口524移开，尖端引导段131阻塞通过相应尖端分料器164和尖端盖166的中央开口176，182的流动，套筒536仍邻靠尖端盖166的表面165。在这种配置中，套筒536仍处于关闭位置，阀销126处于部分打开位置以允许表皮材料从外层熔体通道180流入模具腔体533中，从而形成图8所示的预制件835的部段A。

图6B示出了阀销126的尖端部128处于从模具浇口524和中央开口176，182中的每个缩回的打开位置，套筒536缩回至部分打开或限流位置，环状开口519的宽度定尺寸为允许从中通过的一些芯材料流。在这种配置中，表皮材料从中央表皮材料熔体通道174和外层熔体通道180中的每个以基本相等的体积流向模具腔体533，同时限流或少于全体积的芯材料流动通过环状开口519且随后通过芯材料熔体通道的下游部172b到达模具腔体533。在该步骤，共注射设备500形成预制件835的部段B，具有位于相等厚度表皮材料内层和外层之间的薄芯层834，如图8所示。

图6C示出了阀销126处于图6B所示的打开位置，套筒536完全缩回至完全打开，环状开口519的宽度定尺寸为允许从中通过的最大体积芯材料流。在这种配置中，表皮材料继续从中央表皮材料熔体通道174和外层熔体通道180中的每个以基本相等的体积流向模具腔体533，同时全体积的芯材料流动通过环状开口519且随后通过芯材料熔体通道的下游部172b到达模具腔体533。在该步骤，共注射设备500形成预制件835的部段C，具有位于相等厚度表皮材料内层和外层之间的厚芯层834，如图8所示。

图6D示出了阀销126的尖端部128处于部分打开或限流位置，其部分设置在尖端分料器中央开口176中同时从模具浇口524和尖端盖中央开口182中的每个完全缩回。套筒536显示在参考图6C所示和所述的完全打开位置。在这种配置中，由于阀销126提供的限流，比中央表皮材料熔体通道174更多的表皮材料经由外层熔体通道180引导到模具腔体533，从而在模具腔体533中，与成型物品的内层相比，更多体积的表皮材料形成成型物品的外层。此外，全体积的芯材料继续流动通过环状开口519且随后通过芯材料熔体通道的下游部172b到达模具腔体533。在该步骤，共注射设备500形成预制件835的部段D，具有厚芯层834，与预制件其余部分相比，厚芯层834定位更靠近具有表皮材料的较薄内层和较厚外层的预制件835的芯或内侧。

图6E示出了阀销126的尖端部128从图6D所示的位置向下游移动，尖端引导段131再一次定位阻塞通过相应尖端分料器164和尖端盖166的中央开口176，182的流动，尖端部128设置在从模具浇口524移开的气泡区域169内。套筒536的下游端543也从图6D所示的位置向下游移动，使得其表面563邻靠尖端盖166的表面165以关闭环状开口519。在这种配置中，套筒536再一次处于关闭位置，阀销126处于部分打开位置以允许表皮材料从外层熔体通道180流入模具腔体533中且从而堆叠如图8所示的预制件835的最终部段E，以防止芯层破裂。之后，如图6所示，阀销尖端部128坐置在模具浇口524内且套筒536仍处于关闭位置以结束注射循环。

根据本发明另一个实施例，可以调整阀销126的行程，以将成型物品中阻挡物材料的芯层的径向位置相对于表皮材料的内层和外层向外移动或移位。在这种实施例中，阀销126定位在比图6B和6C所示更大的上游缩回位置，例如，阀销尖端部128缩回至与隧道通道178齐平或者在隧道通道178上游，从而尖端分料器164的中央开口176被宽打开，以允许表皮材料的内层熔体流自由地流经中央开口176。由于阀销126如此定位，与外层熔体流流经外层熔体通道180时被引导的表皮材料体积相比，作为内层熔体流被引导的表皮材料的体积增加。通过增加被引导经过中央开口176至浇口124的表皮材料体积相对于被引导经过外层熔体通道180和气泡区域169至浇口124的表皮材料体积，将利用更大体积的内层熔体流和减少体积的外层熔体流使芯材料的芯材料熔体流在组合熔体流中径向向外流动。

虽然共注射设备100，500显示为具有限定相应模具浇口124，524的单件模具浇口插入物122，522，但是其它实施例可以具有多件模具浇口插入物部件或者可以没有模具浇口插入物而简单地在模具板中具有井。同样不偏离本发明的范围，模具浇口插入物122，522可以有或者可以没有提供模具腔体一部分的表面，且可以包括或者可以不包括用于循环冷却流体以有助于模具腔体中成型材料固化的冷却通道（未示出）。

任何上述可移动套筒实施例可以适用于气体辅助注射成型应用。在这种实施例中，芯材料将会是气体(例如氮气)，而不是聚合物材料。该气体将会作为中间层材料提供给所制造的成型物品。

另外，尽管上面描述的每个实施例被描述成执行第一和第二可成型材料向模具腔体内的同时注射，但根据本发明实施例的系统可被致动以执行第一和第二可成型材料的顺序注射，如在某些成型应用(例如较厚零件的成型)中是优选的。

本文中所述共注射设备的部件的材料包括：钢、工具钢(HI3)、铜合金、铜-铍、钛、钛合金、陶瓷、高温聚合物、以及类似的材料。在一个实施例中，喷嘴尖端基部可由TZM或者钼制成，喷嘴尖端分料器和盖部以及尖端保持器均可由HI3制成。在本发明实施例中，套筒136，536可以由HI3或者能够承受注射压力的任何其它材料制成。

虽然上面已描述了根据本发明的各种实施例，但应理解的是这些实施例只是仅通过说明和举例而给出，并非是限制性的。相关领域的技术人员将理解的是，在不背离本发明精神和范围的情况下，可在形式和细节中做出各种变化。因此，本发明的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，而只应根据所附权利要求及其等效物限定。也应当理解的是，本文中所描述的每个实施例以及本文中所引用每个参考文献的每个特征可结合任何其它实施例的特征而使用。本文中所述的所有专利和公布的全部内容以参考的方式并入本文中。

Claims (15)

1. 一种共注射方法，所述方法包括：

使第一成型材料的第一熔体流在热流道阀口喷嘴内流动；

使第二成型材料的第二熔体流在所述喷嘴内流动；

用喷嘴的喷嘴尖端将第一熔体流分成内层熔体流和外层熔体流；

形成组合熔体流，第二熔体流设置在内层熔体流和外层熔体流之间，从而第二熔体流变为芯层熔体流；

在组合熔体流内改变内层熔体流的体积相对于外层熔体流的体积，以控制在由组合熔体流产生的成型物品内形成的芯层的径向位置；以及

调节喷嘴尖端内的第二材料熔体流的体积，以控制组合熔体流内的芯层熔体流的体积，从而调节在由组合熔体流产生的成型物品内形成的芯层的厚度。

2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述喷嘴尖端包括带有中央开口的中央熔体通道，用于将内层熔体流朝向模具腔体引导，且包括径向熔体通道，用于将外层熔体流朝向模具腔体引导。

3. 根据权利要求2所述的方法，其中，改变内层熔体流的体积相对于外层熔体流的体积的步骤包括在喷嘴尖端的中央开口内定位喷嘴的阀销的尖端部，以限流或减少引导通过的内层熔体流的体积。

4. 根据权利要求3所述的方法，其中，在喷嘴尖端的中央开口内定位阀销同时增加引导通过径向熔体通道的外层熔体流的体积，使得在组合熔体流内，与内层熔体流相比更大体积的外层熔体流将芯层的径向位置朝向成型物品的内表面移动。

5. 根据权利要求1所述的方法，其中，步骤调节喷嘴尖端内的第二材料熔体流的体积包括增加或减小套筒部件的下游端和喷嘴尖端的对应表面之间的环状开口的宽度。

6. 根据权利要求5所述的方法，其中，增加或减小环状开口的宽度包括在注射循环之间相对于喷嘴尖端的对应表面调节套筒的下游端的纵向位置。

7. 根据权利要求6所述的方法，其中，套筒的上游头部通过阀盘的对应孔螺纹接合且由锁定螺母相对于其紧固在纵向位置，且其中，调节套筒的下游端的纵向位置包括松开锁定螺母以允许阀盘相对于套筒旋转。

8. 根据权利要求5所述的方法，其中，增加或减小环状开口的宽度包括在注射循环期间相对于喷嘴尖端的对应表面自动地调节套筒的下游端的纵向位置。

9. 根据权利要求8所述的方法，其中，套筒的上游头部联接到致动器。

10. 一种共注射方法，所述方法包括：

使第一成型材料的第一熔体流在热流道阀口喷嘴内流动；

使第二成型材料的第二熔体流在所述喷嘴内流动；

用喷嘴的喷嘴尖端将第一熔体流分成内层熔体流和外层熔体流；

形成组合熔体流，第二熔体流设置在内层熔体流和外层熔体流之间，从而第二熔体流变为芯层熔体流；以及

调节喷嘴尖端内的第二材料熔体流的体积，以控制组合熔体流内的芯层熔体流的体积，从而调节在由组合熔体流产生的成型物品内形成的芯层的厚度。

11. 根据权利要求10所述的方法，其中，步骤调节喷嘴尖端内的第二材料熔体流的体积包括增加或减小套筒部件的下游端和喷嘴尖端的对应表面之间的环状开口的宽度。

12. 根据权利要求11所述的方法，其中，增加或减小环状开口的宽度包括在注射循环之间相对于喷嘴尖端的对应表面调节套筒的下游端的纵向位置。

13. 根据权利要求12所述的方法，其中，套筒的上游头部通过阀盘的对应孔螺纹接合且由锁定螺母相对于其紧固在纵向位置，且其中，调节套筒的下游端的纵向位置包括松开锁定螺母以允许阀盘相对于套筒旋转。

14. 根据权利要求11所述的方法，其中，增加或减小环状开口的宽度包括在注射循环期间相对于喷嘴尖端的对应表面自动地调节套筒的下游端的纵向位置。

15. 根据权利要求14所述的方法，其中，套筒的上游头部联接到致动器。

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