CN106239845B - 外壳成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了外壳成型装置及方法。所述装置包括：模具，模具具有限定外壳成型空间的腔体；以及排气芯系统，排气芯系统耦接至模具用以排出残余气体。排气芯系统包括：排气孔，排气孔在模具中形成并使模具的腔体连接至外部；排气芯，排气芯安装在模具中用以打开排气孔的入口以排出残余气体或者关闭排气孔的入口以阻挡树脂的泄漏；温度传感器，温度传感器设置在腔体中的树脂流动路径中同时与排气孔的入口间隔一预定的距离；控制器；以及芯驱动单元，芯驱动单元根据由温度传感器测得的温度基于控制器的控制信号而驱动排气芯以执行打开和关闭操作。

Description

外壳成型装置及方法

技术领域

本公开涉及外壳成型装置及方法。更具体地，本公开涉及提高外壳的注射模制的树脂流动性和成型性并且防止由于气泡的产生而导致产品缺陷的外壳成型装置及方法，从而改善了产品的外观质量。

背景技术

通常，在车辆中安装有用于令人愉悦和舒适的车内环境的多种便利和安全结构。具体地，防撞垫安装在驾驶座和前排乘客座的前面作为车内部件而在车辆发生碰撞时保护驾驶员和乘客。

普通防撞垫使用泡沫来制造以在呈现处弹性缓冲性能和吸震性能的同时呈现出作为车辆的内部构件在美学上令人满意的外观。

防撞垫可以分为软防撞垫和硬防撞垫。软防撞垫包括三个层(外壳、芯部以及泡沫层)，而硬防撞垫仅包括通过树脂的注射模制的一个层(芯部)。

具体地，软防撞垫包括：作为表面部件以用于提供美学上令人满意的表面状态的外壳；充当防撞垫的框架的芯部；以及泡沫层，例如聚丙烯(PP)泡沫或聚氨酯(PU)泡沫，泡沫层插入外壳与芯部之间用以提供缓冲性能和吸震性能。

近年来，软防撞垫由于诸如美学上令人满意的外观、更好的质地和缓冲以及高的吸震性能的优点而被广泛地使用。

同时，软防撞垫的外壳是提供美学上令人满意的表面的一部分以使车辆的内部赏心悦目，软防撞垫通常使用粉泥模制(PSM)法(powder slush molding method，粉末泥塑模制法)或真空成型法来制造。

制造防撞垫外壳的方法之一的PSM法在设计和模压方面具有优势。在PSM法中，使加热的模具和材料粉末盒(material powder box)旋转以形成防撞垫的外壳。

近年来，在使用PSM法时主要使用环境友好型材料(诸如热塑性聚烯烃(TPO)(thermoplastic olefin)或热塑性聚氨酯(TPU)(thermoplastic urethane))来代替传统的聚氯乙烯(polyvinyl chloride)粉末。

制造防撞垫外壳的方法之一的真空成型法已经是最常见地使用很长时间了。在真空成型法中，使用真空将预热的TPO板抽吸至模具然后冷却以形成外壳。具有纹理(grains)的板或具有纹理的模具用于模压外壳。

然而，在使用PSM法时，用于将材料颗粒(例如TPU颗粒)处理成粉末的成粉工艺是必需的，从而增加了成本。此外，模具是昂贵的，并且产生了过多的废料。

另一方面，对于真空成型法，当在真空中形成具有模压图案的板时，模压图案可能被拉伸。此外，产生了过多的废料。

同时，使用注入器将原料树脂(例如TPU)通过通道注射至模具的腔体内并形成防撞垫外壳的注射模制法可以用作制造防撞垫外壳的另一种方法。

然而，当将原料树脂注射至在上部模具单元和下部模具单元之间限定的腔体中以形成薄膜外壳时，由于模具中的残余气体，树脂的流动性不是令人满意的。尤其是在模具中收集树脂的部分处产生了气泡。

图1A和图1B是示例性地示出了由注射模制制造的外壳1的视图。如所示的，外壳不适当地形成，或者孔形成在外壳中产生气泡的部分处。

在该背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的总体背景的理解，并且不应被视为承认或以任何形式意指该信息形成已为本领域技术人员所知的现有技术。

发明内容

本发明致力于解决以上所描述的与现有技术相关的问题和/或其他问题，并且本发明的目的是提供可以减少材料浪费、缩短制造时间、降低成本和投资的外壳成型装置及方法。

本发明的另一目的是提供一种外壳成型装置和方法，能够提高外壳的注射模制中的树脂流动性和成型性并且防止由于气泡而产生的产品缺陷，进而提高产品的外观品质。

在一个方面，本发明提供了一种外壳成型装置，包括：模具，模具具有限定外壳成型空间的腔体；以及排气芯系统，排气芯系统耦接至模具用于在由注入器供给的树脂注射期间将外壳成型空间中的残余气体排出至外部，其中，排气芯系统包括：排气孔，排气孔在模具中形成并使模具的腔体连接至外部；排气芯，排气芯安装在模具中用于打开排气孔的入口以通过排气孔排出腔体中的残余气体，或者关闭排气孔的入口以阻挡树脂的泄漏；温度传感器，温度传感器安装在模具中并位于在腔体中的树脂流动路径中，同时与排气孔的入口间隔一预定的距离；控制器，控制器基于由温度传感器测得的温度而输出用于打开或关闭排气孔的入口的控制信号；以及芯驱动单元，芯驱动单元基于控制器的控制信号而驱动排气芯以执行打开和关闭操作。

在另一方面，本发明提供了一种外壳成型方法，包括：将树脂注射至由模具的腔体形成的外壳成型空间中；在树脂的注射期间，使用控制器来确定由安装在树脂流动路径中同时与位于腔体一侧处的排气孔的入口间隔一预定距离的温度传感器测得的温度是否等于或高于预定值，同时，将外壳成型空间中的气体通过模具的排气孔排出至模具的外部；以及，如果由温度传感器测得的温度等于或高于预定值，就使用芯驱动单元驱动安装在模具中的排气芯以关闭排气孔的入口从而防止通过排气孔树脂的泄漏。

下文将讨论本发明的其他方面及优选的实施方式。

应当理解，本文中所使用的术语“车辆(vehicle)”或“车辆的(vehicular)”或其他类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种小船、海船的船只；航天器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆及其他代用燃料车辆(例如，衍生自除了石油的资源的燃料)。如本文中所提及的，混合动力车辆是具有两种以上电源的汽车，例如，汽油动力和电动力车辆。

本发明的上述和其他特征在下文讨论。

本发明的方法和设备具有其他特征和优点，这些特征和优点将是显而易见的或在结合于本文中的附图以及随后的具体实施方式中更详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的某些原理。

附图说明

现在将参照附图示出的本发明的某些示例性实施方式，详细描述本发明的上述和其他特征，在下文中仅通过说明性的方式给出这些附图，因此并不限制本发明，附图中：

图1A和图1B是示出了传统的注射模制的问题的视图；

图2是示出了根据本发明的实施方式的作为外壳成型装置的用于外壳的注射模制的模具装置的立体截面图；

图3A和图3B是示出了根据本发明的实施方式在外壳成型装置中的排气芯的操作状态的截面图；

图4是示出了根据本发明的实施方式在外壳成型装置中模具的排气孔和安装孔的视图；

图5A和图5B是示例性地示出了根据本发明的实施方式在外壳成型装置中排气芯的形状的细节图；

图6A、图6B、图6C和图6D是示例性地示出了在注射模制期间根据本发明的实施方式的外壳成型装置的操作状态的视图；以及

图7是示出了根据本发明的实施方式在外壳成型装置中排气孔的入口位置和温度传感器的位置的视图。

应当理解的是，附图不必按比例绘制，其呈现了示出本发明的基本原理的各种优选特征的略微简化的图示。在此公开的本发明的具体设计特征(包括诸如特定尺寸、方位、位置以及形状)将部分地由具体的预期应用和使用环境确定。

在附图中，贯穿附图的多个图，相同的参考标号表示本发明的相同的或等效的部件。

具体实施方式

在下文中，现在将详细地参考本发明的各种示例性实施方式，各种实施方式的实例在附图中示出并在下面进行描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，但将理解的是，本说明书并不旨在将本发明限定于那些示例性实施方式。相反，本发明不仅旨在覆盖示例性实施方式，而且旨在覆盖包括在由所附权利要求限定的本发明的范围与精神内的各种变形、修改、等同物或其他实施方式。

本发明可以应用于制造车辆内部部件的外壳。具体地，本发明可以有效地应用于通过注射模制来制造防撞垫的外壳。

图2是示出了根据本发明的实施方式的作为外壳成型装置用于外壳的注射模制的模具设备的立体截面图；并且图3A和图3B是示出了根据本发明的实施方式的在外壳成型设备中的排气芯21的操作状态的截面图。

此外，图4是示出了根据本发明的实施方式的在外壳成型装置中第二模具10的排气孔13和安装孔14的视图，并且图5A和图5B是示例性地示出了根据本发明的实施方式的在成型设备中排气芯21的形状的细节图。图6A、图6B、图6C和图6D是示例性地示出了在注射模制期间根据本发明的实施方式的外壳成型装置的操作状态的视图。

如示出的，根据实施方式的外壳成型装置包括用于外壳的注射模制的模具设备以及用于气体排放的排气芯系统20。

模具设备可以包括第一模具和第二模具10。在这两个模具相互耦接的状态中，将由注入器供应的原料树脂通过通道注入至模具中由腔体11形成的产品成型空间中以形成薄的外壳。

在制造防撞垫的外壳中，原料树脂可以是TPU。

虽然在图2中示出了安装有排气芯系统20的第二模具10，但是在图2中除了第一模具的通道(原料树脂通过该通道被注入)的示意性形状，省略了与第二模具10配对的第一模具(为了图示目的)。

此外，腔体11形成为使具有薄的厚度(例如1mm)的外壳产品能够形成的形状，该腔体在第一模具和第二模具10相互耦接的状态下形成产品成型空间。在图2中示意性地示出了腔体11的形状。

当然，对于形成薄膜型防撞垫外壳的模具，在所述模具中腔体11可以形成为能够形成实际的防撞垫的外壳的形状。

如所示出的，第二模具10设置有排气芯系统20，排气芯系统用于在树脂注射期间将处于腔体11的内部空间(产品成型空间)中的残余气体排放至外面。排气芯系统20包括排气孔13、排气芯21、芯驱动元件22、温度传感器23以及控制器24。

排气孔13连接至外部以使得气体从腔体11的内部空间排出，该排气孔延伸通过第二模具10。排气孔13形成为在入口12与出口之间连接的长通道的形状，入口定位成连接至腔体11内部的一侧，出口位于第二模具10的外部。

排气孔13用作排气通道以用于在树脂注射期间将腔体11的内部空间中的残余气体排放至外部以解决由于气泡的产生而在产品中产生无成型空间的问题。从而防止了由于气泡导致的品质退化。

此外，排气孔13在树脂的注射期间将汇集在注入至腔体11的树脂顶部上的残余气体排放至模具的外部以在腔体的内部空间中沿着树脂流动路径产生大气压力差，从而改善树脂流动性。进而改善了产品的成型性和外观品质。

此外，排气芯21形成为销的形状，该排气芯安装在第二模具10中以使得排气芯21前后移动以打开和关闭排气孔13的入口12，并且芯驱动单元22安装在第二模具10中以用于打开和关闭排气芯21。

排气芯21插入到第二模具10的与排气孔13分开形成的安装孔14中以使得排气芯21前后移动。排气芯21前后移动以打开和关闭排气孔13的入口12。

芯驱动单元22可以是在排气芯21连接的状态下使排气芯前后移动的气缸。例如，芯驱动单元22可以是气压缸。在这种结构中，排气孔13可以在与安装有排气芯21的安装孔14垂直的(或基本上垂直的)方向上或平行的(或基本上平行)的方向上形成。然而，在本发明中，排气孔13在模具中形成的方向或路径可以容易地调节并且尤其是不受限制。

此外，如图4所示，虽然排气孔13可以是深孔，但是排气孔13还可以形成为在多个方向分叉的通道的形状。

此外，考虑到产品和腔体的形状，排气孔的入口12可以位于主要汇集气体的位置，或位于由于气泡而在产品中产生缺陷(诸如洞、无成型空间以及孔)的位置。

此外，本发明的排气芯系统20包括安装在模具10中的温度传感器23，以使得温度传感器23在腔体11中定位成邻近排气孔的入口，同时在树脂流动路径中与排气孔的入口12间隔一预定的距离。

温度传感器23的信号输入至控制器24。控制器24基于温度传感器23的信号(温度检测值)而输出用于控制排气芯21的打开和关闭操作的控制信号，即，用于控制芯驱动单元22的控制信号。

图7是示出了排气孔的入口和温度传感器的位置的视图。图7示出了基于外壳1的缺陷部分(缺陷部分是根据传统技术由于残余气体而形成的)的位置而安装在第二模具中的温度传感器和排气孔的入口的位置，即，在图中形成的缺陷(例如孔)的位置。

如所示出的，模具的排气孔的入口12(参见图2)位于与由于残余气体而在产品中产生的缺陷部分对应的位置处，并且温度传感器23(参见图2)设置成与排气孔的入口12相距一预定距离。

如图2所示，温度传感器23安装在腔体11中的树脂流动路径中，树脂沿着流动路径流动至排气孔的入口12。在树脂到达排气孔的入口12之前，当注入至腔体11中的树脂到达温度传感器时，温度传感器23的温度检测值升高至预定值或更高。

一旦从温度传感器23的信号确定温度传感器23的温度检测值已经升高至预定值或更高，控制器24就确定注入至腔体11中的树脂已经到达排气孔的入口12的附近，并且在树脂到达排气孔的入口12之前输出用于关闭排气孔的入口12的控制信号。

因此，芯驱动单元(气压缸)22可以移动排气芯21以关闭排气孔的入口12，从而防止树脂通过排气孔13的泄漏。

同时，图5A示例性地示出了排气芯21的形状。例如，用于排出残余气体同时阻断树脂泄漏的微隙可以设置在排气芯21的顶部和排气孔的入口12的内部之间，以使得在排气芯21关闭排气孔的入口12的状态下将残余气体连续地排出至外部。

即，在排气孔的入口12被排气芯21关闭的状态下，在注入至腔体11中的树脂从温度传感器23的位置移动至排气孔的入口12的位置时，处于腔体的内部空间中的残余气体可以进一步通过间隙被排出。

参照图5B，示出了用于在排气孔关闭的状态下排除残余气体的排气芯21的示例性形状。排气芯21设置有台阶，该台阶构造成长槽形状，该台阶在排气芯21的顶部的外侧与排气孔的入口12的内侧之间设置用于排出残余气体同时阻断树脂的泄漏的微隙32的状态下，在与排气芯21的顶部的后部相距一预定的距离处，沿着排气芯的周缘在芯的纵向方向上延伸。

此外，排气芯21在台阶21a的后部的一侧(即，在图中台阶21a的下部的一侧)设置有槽形的室21b，该室所能够提供的间隙空间比排气孔的入口12的内部与排气芯21之间的台阶21a具有更大体积。

室21b在排气芯21的周缘的一侧处形成为在芯的纵向方向具有预定长度的长槽形状。设置在排气芯21的室21b的后部(即，在图中的台阶21b的下部)与安装孔14的内部之间的间隙比设置在排气芯21的顶部的间隙大，以使得气体被轻易地排出至外部。

在排气孔的入口12的内部与排气芯21的台阶21a之间的间隙空间34(在下文中称为“台阶空间”)、在排气孔的入口12的内部与排气芯21的室21b之间的间隙空间36(在下文中称为“室空间”)以及在安装孔14的内部与室21b的后部之间的间隙38彼此连接，以使得具有比排气芯21的顶部处的间隙更大的空间的气体排放路径形成在排气孔的入口12与安装孔14之间。

台阶空间和室空间构造为使腔体11中的残余气体在排气孔关闭的状态下通过间隙空间更加轻易地被排出。当排气芯21关闭排气孔的入口12时，残余气体可以通过台阶空间移动至具有扩大的空间的室空间，将残余气体收集起来，然后排出。

在下文中，将参照图6A至图6D描述外壳成型装置在注射模制期间的操作状态。

图6A示出了注射起始状态，即，通过第一模具的通道开始注入原料树脂的状态。此时，排气芯21处于缩回的状态，并且排气孔的入口12处于打开的状态。

在这种状态下，开始注射，并且将树脂注入至腔体11中，同时，存在于腔体11中的气体通过排气孔13被排出至外部。

随后，如图6B所示，注入至腔体11中的树脂移动。当树脂达到温度传感器23的位置时，控制器24基于来自温度传感器23的信号来控制排气芯系统20的驱动。

即，如图6C和图6D所示，根据从控制器24输出的控制信号来驱动芯驱动单元22(参见图2)以使排气芯21前进(在图中为上升)。从而在树脂到达之前关闭排气孔的入口12。

在如上所述的排气芯21关闭排气孔的入口12的状态下，可以防止树脂通过排气孔13的泄漏。在排气孔的入口12关闭的状态下，气体可以通过排气芯21与排气孔13之间的微隙而被进一步地排出。

在本发明中，如上所述，在通过注射模制来制造具有薄厚度的薄膜外壳产品时，腔体的内部空间中的残余气体被排出至外部，从而改善了树脂流动性和可成形性，防止了由于气泡而产生的产品缺陷，并且提高了产品的外观品质。

通过上文描述显而易见的是，在根据本发明的外壳成型装置和方法中，通过注射模制来制造外壳，从而减少了材料的浪费、缩短了制造时间、降低了成本和投资。此外，本发明应用了排出残余气体的排气芯系统，从而改善了树脂流动性和可成形性，防止了由于气泡而产生的产品缺陷，并且提高了产品的外观品质。

本发明可应用于制造车辆内部部件的外壳。尤其是本发明可以是有效地应用于通过注射模制来制造防撞垫的外壳。

为便于解释并准确限定所附权利要求，术语“内部”或“外部”、“向前”或“向后”等用于参照这些特征在附图中所示出的位置来描述示例性实施方式的特征。

本发明的具体示例性实施方式已出于说明性和描述性的目的而在上文中描述。这些实施方式并非旨在穷尽本发明或将本发明限制于所公开的确切形式，并且鉴于上述教导，可以进行多种修改和变化是显而易见的。选择并描述示例性实施例用以解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使本领域其他技术人员能够完成并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种替换和修改。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (11)

1.一种外壳成型装置，所述外壳成型装置包括模具和排气芯系统，

所述模具具有限定外壳成型空间的腔体；并且

所述排气芯系统耦接至所述模具以用于在注射由注入器供应的树脂期间将所述外壳成型空间中的残余气体排出至外部，其中，所述排气芯系统包括：

排气孔，所述排气孔形成在所述模具中并使所述模具的所述腔体连接至外部；

排气芯，所述排气芯安装在所述模具中，用于打开所述排气孔的入口以通过所述排气孔排出所述腔体中的所述残余气体，或者用于关闭所述排气孔的所述入口以阻断所述树脂的泄漏，其中，所述排气孔的所述入口位于所述腔体中，并且其中，排气芯插入所述模具的与排气孔分开形成的安装孔中，以使得所述排气芯在所述安装孔中前后移动；

温度传感器，所述温度传感器安装在所述模具中并位于所述腔体中的树脂流动路径中且同时与所述排气孔的所述入口间隔一预定的距离；

控制器，所述控制器基于由所述温度传感器测得的温度而输出用于打开或关闭所述排气孔的所述入口的控制信号；以及

芯驱动单元，所述芯驱动单元基于所述控制器的所述控制信号而驱动所述排气芯以执行打开和关闭操作；

用于排出残余气体同时阻断树脂泄漏的微隙设置在所述排气芯的外表面和所述安装孔的内壁之间，以使得在所述排气芯关闭所述排气孔的入口的状态下将残余气体通过形成在所述排气芯的外表面和所述安装孔的内壁之间的整个微隙而连续地排出至外部。

2.根据权利要求1所述的外壳成型装置，其中，当由所述温度传感器测得的温度等于或高于预定值时，所述控制器输出用于关闭所述排气孔的所述入口的所述控制信号。

3.根据权利要求1所述的外壳成型装置，其中，所述排气芯是沿着所述模具的所述安装孔安装的销形状的芯，以使得所述排气芯的顶部前后移动以打开和关闭所述排气孔的所述入口，并且所述芯驱动单元是所述排气芯所耦接的气缸。

4.根据权利要求3所述的外壳成型装置，其中，所述排气芯构造成在所述排气孔的所述入口关闭的状态下使得在所述排气芯的顶部与所述排气孔的所述入口之间形成第一间隙，以用于在阻断所述树脂的泄漏的同时排出所述残余气体。

5.根据权利要求4所述的外壳成型装置，其中，所述排气芯构造成使得在所述排气芯的顶部的后部处形成有气体排放通道，所述气体排放通道是比所述第一间隙更扩大的空间，所述气体排放通道限定于所述排气孔的所述入口与所述安装孔的内部之间以使得通过所述第一间隙排出的所述残余气体通过所述气体排放通道被连续地排出至外部。

6.根据权利要求5所述的外壳成型装置，其中，所述气体排放通道包括：

台阶空间，所述台阶空间形成于所述入口的内部与一槽形的台阶之间，所述台阶在与所述排气芯的顶部的一端相距一预定距离的后部处沿着所述排气芯的周缘在所述排气芯的纵向方向上延伸；

室空间，所述室空间形成于所述入口的内部与一槽形的室之间，所述室形成于所述排气芯的所述槽形的台阶的后部的一侧处，其中，所述室空间比所述台阶空间大；以及

第二间隙，所述第二间隙处于所述排气芯的所述室的后部与所述安装孔的内部之间。

7.一种外壳成型方法，包括：

将树脂注射至由模具的腔体形成的外壳成型空间中；

在所述树脂的注射期间，使用控制器确定由安装在树脂流动路径中同时与位于所述腔体一侧处的排气孔的入口间隔一预定距离的温度传感器测得的温度是否等于或高于预定值，同时，将所述外壳成型空间中的气体通过所述模具的所述排气孔排出至所述模具的外部；并且

如果由所述温度传感器测得的温度等于或高于所述预定值，就使用芯驱动单元驱动能移动地安装在所述模具的安装孔中的排气芯以关闭所述排气孔的所述入口，从而防止所述树脂通过所述排气孔的泄漏，并且同时，在所述排气芯关闭所述排气孔的入口的状态下，将残余气体通过形成在所述排气芯的外表面和所述安装孔的内壁之间的整个微隙而连续地排出至外部。

8.根据权利要求7所述的外壳成型方法，其中，所述排气芯是沿着所述模具的安装孔安装的销形状的芯，以使得所述排气芯的顶部前后移动以打开和关闭所述排气孔的所述入口，并且所述芯驱动单元是所述排气芯所耦接的气缸。

9.根据权利要求7所述的外壳成型方法，其中，所述排气芯构造成在所述排气孔的所述入口关闭的状态下使得在所述排气芯的顶部与所述排气孔的所述入口之间形成第一间隙，以用于在阻断所述树脂的泄漏时排出残余气体。

10.根据权利要求9所述的外壳成型方法，其中，所述排气芯构造成使得在所述排气芯的顶部的后部处形成气体排放通道，所述气体排放通道是比所述第一间隙更扩大的空间，所述气体排放通道限定于所述排气孔的所述入口与所述安装孔的内部之间，以使得通过所述第一间隙排出的所述残余气体汇集然后被排出至外部。

11.根据权利要求10所述的外壳成型方法，其中，所述气体排放通道包括：

台阶空间，所述台阶空间形成于所述安装孔的内部与一槽形的台阶之间，所述台阶在与所述排气芯的顶部的一端相距一预定距离的后部处沿着所述排气芯的周缘在所述排气芯的纵向方向上延伸；

室空间，所述室空间形成于所述入口的内部与一槽形的室之间，所述室形成于所述排气芯的所述槽形的台阶的后部的一侧处，其中，所述室空间比所述台阶空间大；以及

第二间隙，所述第二间隙处于所述排气芯的所述室的后部与所述安装孔的内部之间。

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