CN103857514A - 用于注射成型的分配系统 - Google Patents
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Abstract
一种注射成型系统10的分配系统18，包括用于接收加压液体塑料材料的入口19、用于将液体塑料材料注入模腔34的至少第一喷嘴24a和第二喷嘴24b、用于将来自入口19的液体塑料材料穿过第一流路40a分配至第一喷嘴24a和穿过第二流路40b分配至第二喷嘴24b的分配器20。分配系统18适于将液体塑料材料通过第一流路40a和第二流路40b依次注入模腔34。当将液体塑料材料通过第一流路40a注入模腔34时，分配系统18适于降低分配器20中的液体塑料材料的压力能。
Description
技术领域
本发明涉及注射成型领域。特别地，本发明涉及一种用于注射成型系统的分配系统、一种注射成型系统和一种用于注射成型的方法。
背景技术
注射成型是一种可以将加热和液化的热塑性材料压入其冷却和固化的模腔内的方法。注射成型为使用最多的用于转化热塑性聚合物材料的技术，通过该技术可制备任意尺寸的最终部件。该部件的尺寸范围包括从微米级的小部件(小齿轮、医药技术)至几dm的典型部件尺寸的中等尺寸部件(包装部件、载体部件、汽车部件)至巨大部件(尺寸在1m至2m范围内)，如用于汽车工业的保险杠、仪表板、门槛或车身板。取决于制备的部件的尺寸，可应用特定的注射成型技术。
那些方法中的一种为顺序填充。特别是对巨大部件(例如保险杠)，大多数热塑性部件的流动性可妨碍通过仅仅一个单一浇口(即进入模腔的一个进口或入口)的部件的填充。在这种情况下，需要包括热流道(分配器)和几个喷嘴和浇口的更复杂的分配系统。通过分配系统，将来自供应系统(例如注射成型系统的料筒)的热熔融物(即液体塑料材料)分配至该工具的不同浇口。加热系统可控制分配系统和喷嘴(中的至少一部分)中液体塑料材料的温度。
取决于应用的注射技术，在整个注射成型过程中可打开分配系统的不同喷嘴(开式喷嘴)或在注射成型过程的特定时间逐个打开和关闭喷嘴(截流式喷嘴(shutoff nozzle))。使用截流式喷嘴的顺序注射成型方法具有将形成的部件通过各个喷嘴的、受控的打开和关闭来依次填充的优点。
当通过注射成型形成具有复杂设计的部件时，重要的是将液体塑料材料缓慢注入(可能复杂地形成的)模腔内，因为否则可出现所谓的虎纹(tiger stripe)。如果将液体塑料材料注射太快，其不能被均匀地冷却，但是已经固化的塑料材料可通过热液体塑料材料再次液化。这可导致具有条纹(称为虎纹)的成型部件的不均匀外观。
为了解决这个问题(特别是顺序填充)，可使用适于在注入模腔的过程中调节液体塑料材料的压力的喷嘴。
发明内容
然而，通过这样的设计，仅可在喷嘴的出口或至少在喷嘴的入口与出口之间处调节液体塑料材料的压力。此外，这样的喷嘴可具有复杂的设计、可为昂贵的和容易出错误的。
本发明的一个目的可为提供一种简单系统和一种用于没有虎纹或具有减少的虎纹的注射成型部件的简单方法。
本发明的另一个目的可为提供一种可更好地控制液体塑料材料的质量流量的系统。
这些目的通过独立权利要求的主题来实现。此外，示例性的实施例从从属权利要求和以下描述变得明显。
本发明的一个方面涉及一种注射成型系统的分配系统。
根据本发明的一个实施例，分配系统包括：入口，入口用于接收加压液体塑料材料；至少第一喷嘴和第二喷嘴，第一喷嘴和第二喷嘴用于将液体塑料材料注入模腔；和分配器(例如分配管线)，分配器用于将来自入口的液体塑料材料穿过(或通过)第一流路分配至第一喷嘴和穿过(或通过)第二流路分配至第二喷嘴。该分配系统适于将液体塑料材料通过第一流路和第二流路依次注入模腔。
换言之，该注射成型系统可为适于将液体塑料材料通过不同喷嘴依次注入模腔的顺序填充系统。
根据本发明的一个实施例，当将液体塑料材料通过第一流路注入模腔时，该分配系统适于降低分配器中的液体塑料材料的压力能。可降低喷嘴之前的分配器中的压力能。
使用该分配器系统，可最小化或至少减少顺序注射成型过程(即在注射阶段过程中)的入口(即用于产生液体塑料材料的供应系统)与喷嘴的出口之间的液体塑料材料短暂存储的压力能。
根据本发明的一个实施例，分配系统包括用于关闭第二喷嘴之前的至少一部分第二流路的分配阀。分配阀可为阻止液体塑料材料进入连接至第二喷嘴的第二流路的体积的、任意类型的关闭机构。通过阀阻止液体塑料材料进入至少一部分第二流路(特别是不需要用于通过第一流路分配液体塑料材料的一部分)可降低该短暂存储的压力能。
使用这样的分配器系统，仅可将需要加压用于所需的质量流量的熔融物体积加压。换言之，当液体塑料材料仅流过一部分的分配系统时，每次可将分配系统中的加压液体塑料材料的体积减少。由于液体塑料材料的压力能可由压力与体积的乘积来限定，同样地压力能也降低。特别地，无论何时需要流路的关闭和／或打开功能时，可关闭入口可能的最近位置处的第二流路(从连接至供应系统的入口到模腔)。这可产生最小体积和因此的最小的短暂存储的能量。
这样，顺序填充方法中的关闭和／或打开功能不限于喷嘴入口和喷嘴出口之间的体积。
根据本发明的一个实施例，分配阀(仅)具有关闭状态和打开状态，例如分配阀可为针型阀。分配阀可设计为非常简单的且因此非常坚固和便宜。
根据本发明的一个实施例，分配阀为具有两种状态的阀，即，仅可具有打开状态和关闭状态。当将阀关闭时，阀(阀的入口和出口之间)的压力阻力可为无穷大的。当将阀打开时，压力阻力可为最小的。压力阻力可由阀的几何结构(长度、直径等)、材料(粘度)和质量流率来限定。
根据本发明的一个实施例，分配阀适于降低流过阀的液体塑料材料中的压力。分配阀可进一步适于在液体塑料材料进入模腔之前降低液体塑料材料的压力。另外，这与分配系统的其他压力降低能力一起导致甚至更好的、塑料材料的流量的可控性。
使用这样的分配阀，压力阻力(从其入口至其出口)可被调节。液体塑料材料的质量流率可在阀几何结构内调节。在当阀调节质量流率的情况下，压力阻力可在关闭状态的压力阻力和打开位置状态的压力阻力之间。
根据本发明的一个实施例，分配器包括连接至入口和第一喷嘴的第一管线、和连接至第一管线和第二喷嘴的第二管线。第一流路可包括第一管线和第一喷嘴。第二流路可包括第一管线、第二管线和第二喷嘴。换言之，第一流路和第二流路可共享共用的部件(即第一管线)。
根据本发明的一个实施例，分配系统包括用于阻止液体塑料材料流过第二管线的分配阀(或以上提到的分配阀)。由于这一点，分配阀之后的第二管线的(至少一部分)体积和第二喷嘴的体积可与第一流路分开。
应当理解的是，术语“之前”和“之后”可表示分配阀相对于液体塑料材料的流动方向的位置，即分别为下游和上游。
根据本发明的一个实施例，分配阀包括将第一管线、第二管线和第一喷嘴互连的分支点。分配阀可位于第二管线上且直接在分支点之后。通过这样的布置，可将可与第一流路分开的第二流路的体积最大化。
根据本发明的一个实施例，分配器包括连接至第二管线和第三喷嘴的第三管线。分配系统可包括用于阻止液体塑料材料流过第三管线的第二分配阀。
根据本发明的一个实施例，喷嘴(例如第一喷嘴和／或第二喷嘴)包括用于关闭喷嘴的出口的喷嘴阀。
可能的是，分配系统仅包括分配器中的阀但不包括喷嘴中的阀。然而，例如，为了分配系统的进一步更好的可控性，可使用具有针型阀的常规喷嘴。至少一个喷嘴可为可包括用于打开和／或关闭喷嘴的截流针的截流式喷嘴，以便使加压液体塑料材料不能通过喷嘴出口。
喷嘴阀可具有与分配阀的功能相同的功能，例如，其还可适于调节液体塑料材料的质量流率。
根据本发明的一个实施例，分配系统进一步包括用于控制分配器中的分配阀和／或喷嘴的针型阀的控制单元。以这样的方式，控制器可适于非常精确地控制分配系统中的塑料材料的质量流量。控制单元还可控制供应系统。
本发明的另一个方面涉及一种注射成型系统。
根据本发明的一个实施例，注射成型系统包括用于产生液体塑料材料的供应系统、模具和以上和以下描述的用于将来自供应系统的液体塑料材料分配至模具的分配系统。
本发明的另一方面涉及一利用于注射成型的方法。该方法可用以上和以下描述的分配系统来进行且可用以上和以下描述的控制单元来自动执行。
根据本发明的一个实施例，该方法包括以下步骤：将液体塑料材料压入注射成型系统的分配系统；将液体塑料材料穿过第一喷嘴注入模腔，其中液体塑料材料穿过第一流路流入第一喷嘴，而阻止液体塑料材料穿过第二流路进入第二喷嘴；打开分配阀使得液体塑料材料进入第二流路；且将液体塑料材料穿过第二流路注入模腔。
应当理解的是，以上和以下描述的方法的特征可为以上和以下描述的系统的特征。
本发明的这些和其他方面将参考以下描述的实施例变得明显且参考以下描述的实施例说明本发明的这些和其他方面。
附图说明
将参考附图中说明的示例性实施例在以下内容中更详细地说明本发明的主题。
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的注射成型系统。
图2示出了根据本发明的一个实施例的分配系统的三维图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的注射成型方法的流程图。
原则上，图中对相同的部件提供相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了具有供应系统12、分配系统18、模具32和控制单元38的注射成型系统10。
用于向分配系统18供应热液体塑料材料(例如热塑性聚合物)的供应系统12包括适于将塑料材料的颗粒提供至定量给料系统16的料斗14。定量给料系统16可包括用于熔化塑料材料的料筒和例如通过料筒的平移运动控制(系统10的注射阶段中的)流至分配系统18的液体塑料材料的质量流率和／或(系统10的保压阶段中的)压力水平的(液压的、电气的)装置。
供应系统12包括连接至分配系统18的入口19的出口。
分配系统18包括用于将来自供应系统12的液体塑料材料经过不同的浇口36a、浇口36b、浇口36c分配至模腔34的分配器(热流道)20。分配系统18包括与浇口36a、浇口36b、浇口36c连接且适于将液体塑料材料注入模腔34的喷嘴24a、喷嘴24b、喷嘴24c。
喷嘴24a、喷嘴24b、喷嘴24c的出口连接至浇口36a、浇口36b、浇口36c。
分配器20(其可为分配器管线20)包括通过分支点22a、22b互连的、将液体塑料材料分配至喷嘴24a、喷嘴24b、喷嘴24c的热通道或管线20a、热通道或管线20b、热通道或管线20c。分配器20的出口连接至喷嘴24a、喷嘴24b、喷嘴24c的入口。分配器20和管线20a、管线20b、管线20c可被加热。
喷嘴24a、喷嘴24b、喷嘴24c可任选地包括用于分别打开和关闭喷嘴24a、喷嘴24b、喷嘴24c的出口的喷嘴阀30a、喷嘴阀30b、喷嘴阀30c。喷嘴阀30a、喷嘴阀30b、喷嘴阀30c可为针型阀且可由控制单元38控制，控制单元38还可控制供应系统12。
喷嘴24a、喷嘴24b、喷嘴24c的出口可连接至任选的冷通道26a、冷通道26b、冷通道26c的入口，冷通道26a、冷通道26b、冷通道26c具有提供浇口30a、浇口36b、浇口30c给模腔34的出口。冷通道26a、冷通道26b、冷通道26c可视为冷流道26。冷流道26和冷通道26a、冷通道26b、冷通道26c为不被加热的但可被冷却。
模具32包括模腔34和浇口36a、浇口36b、浇口36c，浇口36a、浇口36b、浇口36c将喷嘴24a、喷嘴24b、喷嘴24c的出口或冷流道26的出口与模腔34的入口连接。模腔34为形成待成型部件的体积的、系统10的腔。
分配系统18另外包括可为针型阀且仅可适于完全关闭和打开的分配阀28a、分配阀28b。分配阀28a、分配阀28b可由控制单元38控制。
使用分配系统18，将用于液体塑料材料的多个流路40a、流路40b、流路40c限定在入口19与模具32的浇口30a、浇口36b、浇口30c之间。
第一流路40a始于入口19且包括管线20a、分支点22a、喷嘴24a和冷通道26a，且终于浇口36a。
第二流路40b始于入口19且包括管线20a、分支点22a、管线20b、分支点22b、喷嘴24b和冷通道26b，且终于浇口36b。第二流路40b可被(直接)在分支点22a之后的分配阀28a中断。
第三流路40c始于入口19且包括管线20a、管线20b、管线20c、分支点22a、分支点22b、喷嘴24c和冷通道26C，且终于浇口36C。第三流路40c可被(直接)在分支点22b之后的分配阀28b或(直接)在分支点22a之后的分配阀28a中断。
使用分配阀28a、分配阀28b，流路40b、流路40c可以以仅液体塑料材料可进入一部分(流向浇口36a、浇口36b、浇口36c中的一个的质量流量所需要的)分配系统18的方式被中断或关闭。将经历在没有质量流量的情况下在压力下填充塑料材料的分配系统18的部分与分配系统18的参与部分分开。
图2示出了可用于成型保险杠42的分配系统18的三维图。分配系统18可包括用于将来自入口19的液体塑料材料供应至分配器20的供应管线44。
定量给料系统16的料筒的平移运动可为用于在注射阶段填充模腔34和在保压阶段中加压注射的液体塑料材料直到其冷却和固化的唯一能源。仅通过料筒的平移运动，可控制填充模腔34的液体塑料材料的质量流率和压力。
在具有多于一个浇口36a、浇口36b、浇口36c的分配系统18中，通过分配器20和喷嘴24a、喷嘴24b、喷嘴24c的各个质量流率变得更复杂。在这种情况下，任意流路40a、流路40b、流路40c的各个质量流率直接取决于特定时间的压力阻力。一般而言，具有高压力阻力的流路在特定时间将具有减少的质量流量，反之亦然。通过分配系统18的总质量流量用料筒的平移运动来确定且与分配系统18的进口处的质量流率对应。
因此，由无穷大的流动阻力限定的分配系统18的流路40a、流路40b、流路40c将具有的质量流率为零。例如，在注射阶段的特定时间将一些截流式喷嘴24a、截流式喷嘴24b、截流式喷嘴24c或分配系统18的分配阀28a、分配阀28b关闭，为这种情况。
由于流路40a、流路40b、流路40c的无穷大的流动阻力，液体塑料材料的体积反而在各个流路40a、流路40b、流路40c中被加压。流路40a、流路40b、流路40c内的液体塑料材料的压力水平将因此与相同时间上质量流率不为零的位置(即分支点22a、分支点22b)处的液体塑料材料的压力水平对应。
由于没有任何质量流率的液体塑料材料的压力，液体塑料材料被压缩和供能。该能量短暂地存储在液体塑料材料中。因此，液体塑料材料的被短暂供能的体积(分支点22a、分支点22b与喷嘴24a、喷嘴24b、喷嘴24c的出口之间)影响了注射成型方法的质量流率的可控性。使用分配阀28a、分配阀28b，没有质量流量的液体塑料材料的量可被最小化且系统10的可控性可被提高。
图3示出了可在控制单元38的控制下使用成型系统10自动执行的注射成型方法的流程图。
在步骤S10中，在供应系统12中将液体塑料材料熔化且通过定量给料系统16压入分配系统18。
在步骤S12中，将液体塑料材料穿过喷嘴24a注入模腔34。液体塑料材料穿过第一流路40a流入第一喷嘴24a。由于关闭的分配阀28a，阻止液体塑料材料穿过第二流路40b进入第二喷嘴24b。
在步骤S14中，控制单元38打开分配阀28a，使得液体塑料材料进入第二流路40b且特别是进入热通道管线30b。当喷嘴24a为截流式喷嘴时，可在打开分配阀28a之后将喷嘴24a关闭。然而，当模腔34的喷嘴24a区域被完全充满时，通过喷嘴24a的液体塑料材料的质量流量可被停止。
在步骤S16中，将液体塑料材料穿过第二流路40b且通过喷嘴24b注入模腔。
对于第三流路40c和第二分配阀28，可将步骤S14和步骤S16以类似的方式重复。
使用系统10，使用分配阀28a、分配阀28b和任选的各个截流式喷嘴24a、喷嘴24b、喷嘴24c的打开／关闭顺序，可进行顺序注射成型方法。
在注射阶段过程中经过单个浇口36a、浇口36b、浇口36c的液体塑料材料的流率是高度重要的，因为其直接决定了填充模腔34的液体塑料材料的流动前沿速度(flow frontspeed)。高质量的方法的目标是填充部分腔的熔融物的恒定的流动前沿速度。
使用系统10，在方法的任意时间，模腔34内的质量流率和流动前沿速度(浇口位置)的精确可控性是可能的。
使用系统10，通过浇口的通过量可通过供应系统12控制，使得整个注射成型阶段模腔34内的流动前沿速度总是恒定的。否则，将出现表面缺陷、剪切加热、剪切层结构、虎纹、宽的熔融温度。
使用系统10，可避免没有质量流量的体积，该体积存储能量且可妨碍能源(料筒的受控运动)对模腔34的浇口位置36a、浇口位置36b、浇口位置36c的直接控制(能量交换)。
虽然本发明已经详细地说明和描述在附图和以上描述中，该说明和描述被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于公开的实施例。公开的实施例的其他变型是本领域的技术人员可以理解和实施的，且可从附图、公开的内容和所附的权利要求书中学习来实践本发明。权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，且不定冠词“a”或“an”不排除复数。单个处理器或控制器或其他单元可满足权利要求书中描述的多个项目的功能。相互不同的从属权利要求中描述的一些措施的唯一事实不表示不能有利地使用这些措施的结合。权利要求书中的任何附图标记不应认为是对范围的限制。
Claims (13)
1.一种注射成型系统(10)的分配系统(18)，所述分配系统(18)包括：
入口(19)，所述入口(19)用于接收加压液体塑料材料；
至少第一喷嘴(24a)和第二喷嘴(24b)，所述第一喷嘴(24a)和所述第二喷嘴(24b)用于将所述液体塑料材料注入模腔(34)；
分配器(20)，所述分配器(20)用于将来自所述入口(19)的所述液体塑料材料通过第一流路(40a)分配至所述第一喷嘴(24a)和通过第二流路(40b)分配至所述第二喷嘴(24b)；
其中所述分配系统(18)适于将所述液体塑料材料通过所述第一流路(40a)和所述第二流路(40b)依次注入所述模腔(34)；
其中，当将所述液体塑料材料通过所述第一流路(40a)注入所述模腔(34)时，所述分配系统(18)适于降低所述分配器(20)中的所述液体塑料材料的压力能。
2.根据权利要求1所述的分配系统(18)，
其中所述分配系统(18)包括分配阀(28a)，所述分配阀(28a)用于关闭所述第二喷嘴(24b)之前的所述第二流路(40b)。
3.根据权利要求2所述的分配系统(18)，
其中所述分配阀(28a)具有关闭状态和打开状态。
4.根据权利要求2或3所述的分配系统(18)，
其中所述分配阀(28a)为具有两种状态的阀。
5.根据权利要求2或3所述的分配系统(18)，
其中所述分配阀(28a)适于降低流过所述分配阀(28a)的所述液体塑料材料中的压力。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的分配系统(18)，
其中所述分配器(20)包括第一管线(20a)和第二管线(20b)，所述第一管线(20a)连接至所述入口(19)和所述第一喷嘴(24a)，所述第二管线(20b)连接至所述第一管线(20a)和所述第二喷嘴(24b)，
其中所述分配系统(18)包括分配阀(28a)，所述分配阀(28a)用于阻止所述液体塑料材料流过所述第二管线(20b)。
7.根据权利要求6所述的分配系统(18)，
其中所述分配器(20)包括分支点(22a)，所述分支点(22a)将所述第一管线(20a)、所述第二管线(20b)和所述第一喷嘴(24a)互连，
其中所述分配阀(28a)位于所述第二管线(20b)上且直接在所述分支点(22a)之后。
8.根据权利要求6或7所述的分配系统(18)，
其中所述分配器(20)包括第三管线(20c)，所述第三管线(20c)连接至所述第二管线(20a)和第三喷嘴(24c)，
其中所述分配系统(18)包括第二分配阀(28b)，所述第二分配阀(28b)用于阻止所述液体塑料材料流过所述第三管线(20c)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的分配系统(18)，
其中喷嘴(24a)包括喷嘴阀(30a)，所述喷嘴阀(30a)用于关闭所述喷嘴(24a)的出口。
10.根据权利要求9所述的分配系统(18)，
其中所述喷嘴阀(24a)为针型阀。
11.根据前述权利要求中任一项所述的分配系统(18)，进一步包括：
控制单元(38)，所述控制单元(38)用于控制所述分配阀(28a)。
12.一种注射成型系统(10)，包括：
供应系统(12)，所述供应系统(12)用于产生液体塑料材料；
模具(32)；
根据前述权利要求中任一项所述的分配系统(18)，所述分配系统(18)用于将来自所述供应系统(12)的所述液体塑料材料分配至所述模具(32)。
13.一种用于注射成型的方法，包括以下步骤：
将液体塑料材料压入注射成型系统(10)的分配系统(18)；
将所述液体塑料材料通过第一喷嘴(24a)注入模腔(34)，其中所述液体塑料材料通过第一流路(40a)流至所述第一喷嘴(24a)，而阻止所述液体塑料材料通过第二流路(40b)进入第二喷嘴(24b)；
打开分配阀(28a)使得所述液体塑料材料进入所述第二流路；
将所述液体塑料材料通过所述第二流路(40b)注入所述模腔(34)。
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