CN1072881A - 改进的保压室型注塑方法和设备 - Google Patents

Abstract

一个以注塑机和模具组成的注塑高精度制品的 体系包括常规的基本步骤即物料的塑料化和计量步 骤，注射步骤和物料压力保持步骤，另具有特性是因 从机体延长到模腔浇口的注嘴通道在注射步骤之后 而压力保持步骤正进行时被与机体内部相通的一个 阀中间断开。进行压力保持步骤是至少使用阀对在 由于通道中断而分离开的注射入物料的前部施加一 个内压，并压缩在由阀包括模腔所限定的固定密闭空 间中，在该步骤期间开始下一个塑化和计量步骤。一 个瞬时的再计量步骤进行结果在固定的密封空间中 的物料量在每次注射中都被调节成预定值，它通过将 可能的多余部分物料排出机体使它的内压调整成相 应值。

Description

本发明涉及一种用于塑料注塑的改进方法和设备，尤其是适用于要求每次注塑中平均重量偏差极小的高精密制品的注塑。

按照先有技术，用于塑料注塑的设备包括螺杆-射料杆式注塑机和决定形成模制品的模腔的模具装置。模具可以是用于模塑制品的简单模或由用于模塑制品的主模和用于流道的冷流道模所组成。代替冷流道模具，可以用在简单模与注塑机之间备有集料管的热流道模来装备装置。在大多数单一模腔或热流道模具和注嘴中，模具与注塑机体之间形成一个注塑口。

用此种设备，一般注塑过程包括以下几个阶段：

在每一注射循环中，塑料在机体中被加热而塑化并计量;

通过注射口将经热塑化的塑料在压力下注射到模腔中;

在压力下热的已注射入的塑料至少部分保持于整个模腔内，当模具被冷却时使其中的模塑制品冷固;

模具打开后已冷固的模塑制品从模腔中取出。

例如，注塑的具体步骤列于附在文后的表Ⅰ或表Ⅱ，其中包括上述基本步骤。

影响模塑制品质量的主要因素之中，都认为塑料保压阶段是最关键的，如这一阶段没有按合适的方法进行，那么制品会出现由于欠 造成不希望的收缩和/或由于过充模造成不希望的溢料。

塑料保压阶段的时间取决于冷却模腔中的模塑制品所需要的时间。

对于固定的模冷却量和固定的模腔体积，那么薄制品比厚制品达到冷固（足以从模腔中取出）时间要短。关于这一点，厚模塑制品要求有更长的保压时间，虽然注塑阶段和塑化、计量阶段与模塑薄制品都具有相同的时间。

按照先有技术，完成塑料保压阶段是用具有注料杆的注塑机产生一种外部保压压力，然后施加注塑压力于在模腔与注射口组合体中的注入的塑料上。传统的技术包括由注塑机产生的一种外部保压压力通过控制形成一种多级压力，而不是无级压力，它是根据预定的射料杆冲程而步进的。

虽然曾提出过某些理论，人们提出过种种改进塑化材料的保压步骤的尝试，此种塑化材料在多级外部压力方法中是粘稠而有弹性的，但以前对塑料保压的功能和作用一直未完全清楚。当然在一般方法中，以准确方法在精确预定的冲程位置来控制这种多级步进压力是非常困难的，因为相邻压力级之间的时间非常之短，仅为0.01秒数量级，而相邻压力级冲程之间的距离又很短，仅为0.1mm数量级，相对于如此小的冲程差来讲注塑机体的机筒内径是较大的。在这种情况下，多级压力控制不能依靠手工操作。因此，目前用于生产精密制品，特别是小尺寸制品的注塑机都安装上昂贵的计算机并同时装有控制参数用的昂贵的电子检测器。因此，这种电子计算机也用来控制塑化，计量和注塑过程，在注塑阶段，也有用采用多级注射法，在大多数情况下，使用多级注射速度。

只有当一个注射循环中完成物料保压步骤后，才能进行下一个循环的塑化和计量步骤。这是因为在上述塑料保压步骤中，注塑机的注塑射料杆本身基本上是被占用的。这就意味着塑化和计量阶段可以占用由完成塑料保压步骤到打开模具从模腔中取出制品这段时间。在注射循环周期时间中这时间是较短的，如4.6秒，约占注射循环时间14.50秒的34%，而塑料保压步骤的时间占5.09秒约合35%。

注射循环时间（14.50秒）是塑化和计量时间（4.6秒），塑料保压时间（5.09秒）和其他步骤（5.41秒）时间的总和。

当然，在塑料注塑工业中由于循环时间较短，强烈要求以高产率生产精密制品。因此，这种要求一方面迫使塑料保压步骤时间周期要缩短，而还要求确保此模塑的精密制品的良好质量。此种情况不仅要求改进模具冷却量，而且要求改进计算机控制的多级保压和与活塞冲程有关的注塑压力使它们具有更高精确性，从而与改进后的模冷却相协调，结果计算机本身不得不要更为先进或更复杂，从而增高了计算机设备的成本。目前，下述说法并不夸大，计算机成本占据了注塑机生产成本的很大部分，结果目前注塑机生产比以往用的简单注塑机成本变得更贵，原来的注塑机没有装计算机而操作简单，包括“无级压力和无级注射速度”，这种现象导致生产注塑制品的生产成本也提高。

另一方面，为降低生产成本，工业生产中已想了许多办法去缩短注射循环时间。这种缩短循环时间迫使在一般情况下要缩短塑化和计量阶段的时间。而缩短塑化和计量阶段的时间，需要用增加能量来提高塑化速度或提高塑化质量，这就会产生导致增加机器成本和操作成本等一系列问题。

再则，要注意到这种办法提高注塑化机的塑化能力会引起螺杆射料杆造成的塑料本身损坏，因为当聚合物材料被塑化时，高分子量聚合物的链会断裂。结果最终导致模塑制品变坏。

还有，提高塑化能力要求将塑料加热到更高的温度。这将导致冷却模内的模塑制品所需的时间加长，于是强化加热的作用正好与缩短循环时间愿望相反。由于塑化材料的质量下降，加之加热作用增强，就把塑化能力的提高限制在一定的限度之内，既便不考虑在如此一种较高性能注塑机生产中会引起成本提高。

在这些情况下，本发明人认为对在先有技术中用于注塑塑料的方法和设备进行改进或发展正在克服或已经避免了这些限制。

关于这一点，本发明人最近发明了改进的方法解决了上述问题。详情在英文国际专利申请书PCT/JP89/01052中叙述过。

实践中改进方法的最简单优点汇总如下：

注塑方法使用如下的注塑机，在其机体中装有注料杆，从机体向外有一个中空的延伸部，它包括一个注嘴并形成注嘴通道和一个有固定模腔的模具。模具被安装于机器上，使通过注嘴通道连通于机体内部和模腔之间，该方法包括下列步骤：

在每一注射循环中，加入的塑料在机体内被加热而塑化并计量;

将热塑化的塑料在压力下通过注嘴通道注射到模腔中;

注射进的热塑料处于至少部分被保持于整个模腔内的压力下，同时冷却模具，使得模塑制品冷固于其中;打开模具后从模腔内取出模塑制品。

在注塑步骤之后注嘴通道沿机体内部与模腔之间的联结处，被中间中断，但此时塑料保压步骤被进行。

热流道模形成一个上述注嘴通道的前部分。塑料保压阶段是这样进行的：首先用注塑机本身操纵注料杆对整个已注射入的塑料施加一个保压压力;然后利用一个阀门装置对由于注嘴通道中断而分割开的前部分注入塑料施加第二个保压压力。注嘴通道中断对所述注塑过程有影响。

第一个保压压力是由注料杆产生的无级外部静压力，它出现在动态注塑压力之后，而第二个保压压力是一个无级内部静压力，它是由在密闭空间内受压的前部分塑料施加的，模腔和注嘴通道的前部分结合体组成的这一密闭空间在阀门装置与浇口之间形成一个压力保持室，该室由中空的延长体和阀门装置所限定。

本方法包括一步返吸步骤，这是在打开模具取出模制品之前，而所述注嘴通道仍被断开时，由于所述通道前部体积的膨胀而对留在其中的热塑料发生返吸，这使热塑料由过度保压的状态下解脱出来。

随着模具的冷却，留在模制品后面注嘴通道中的热塑料前端也被冷固。这种冷固或冷却的前部塑料端在上述返吸阶段完成后，开始下一个循环之前，通过瞬间加热而熔化，瞬间加热采用一种普通的峰值生热装置。

按照本方法，当注嘴通道中断时，通过注塑机进行了下一个注射的塑化和计量步骤。在这种情况下，塑化和计量可以在相对低速度下进行，可以在最长长过基本从刚第一次注塑以后到第二次注塑模具关闭时的时间。此最长阶段的时间几乎等同于从第一次注塑到第二次注塑的注射循环周期时间。

这种利用塑料保压室是本方法最主要的特性之一，这在先有技术中用普通方法靠注塑机完成塑料保压阶段时从未能获得过。以上优点可以使塑化和计量步骤的时间增长，例如表1中所示从3.5秒增长到8.5秒，在固定注射循环时间为14.59秒时，注塑机可以设计成以低塑化速度下操作，例如，可以采用这种消耗较低能量的尺寸更小约2/5（3.5/8.5）的一般机器，也可以设计成螺杆射料杆的L/D比更大一些。还有，用固定塑化速度的注塑机，注射循环时间相对缩短，例如可达普通机器的65%左右。

利用内保压获得了另一个重要的优点，特别是在第二个塑料保压步骤中，压力能随由于模具冷却保持在整个模腔内的物料温度下降而连续地，自动地下降，因此形成冷的模塑制品。

随着选取恰当的起始内压，可制得无局部收缩和溢料的模制品，而用不着任何一种保压控制手段。

一般讲，这意味着控制保压压力并非一定要用计算机，因为第二步是物料保压阶段整个时间的主要部分。再说在第一步中也不再需要计算机来控制保压压力，因为第一步的时间非常短，换言之，本发明进行物料保压阶段实际上并不依赖于注塑机。

其中，“外压”一词表示用外部装置对物料施加的压力，而“内压”是指自身产生施于物料的压力。施加外压的外部装置可向着在其封密的空间内所包含的物料方向运动而由于它的运动所述空间的体积是可变的，而施于内压的物料是保留于一个固定密闭空间中的。就此而言，外压是恒定的，与由于加热或冷却造成物料温度变化无关，而内压是随温度变化而变化的。

本发明人也命名上述包括阀门装置的前注嘴通道部分为“物料保压室”，并命名本方法为“具有物料保压室的注塑体系”，以方便识别用新工艺的方法不同于最初所述的普通方法。

本发明人认为上述方法对于长期生产预定的平均重量偏差比最初所述的普通方法为小的精密模塑制品是很有效的。而且，根据所进行的试验和对本发明方法的实践，本发明人已认识到在采用保压室的方法的一个优选方案要设计成有一个体积，使该体积基本与模腔相同大小，尽管道理还不明确。

本发明的一个目的是提供一种方法和设备，用来沿着上述线索来进一步改进注塑，使得用一种简单或非高级的注塑机，基本上不依靠任何计算机控制的情况下，能注塑出超精密制品，或在长期生产的每次注塑循环中，能以非常小的平均重量偏差生产出注塑制品。

由于对包括保压室与阀门装置的上述室体系的进一步研究，本发明人已发现室体系对注射入的物料产生了一个“均衡效应”以及其它重要效果，汇总如下：

1、由于有一个固定的内压保压室的内空间体积，在长期运行中由于液压动力源使注料杆对着模腔施加一个外压力在已塑化的和计量的物料上而造成的模塑制品重量偏差的不利作用因为注嘴通道断开或室与机体被隔开，而被减少了，而注嘴通道的断开导致得到提高注射循环速度或生产率的优点，因为下一个注射操作在断开情况下可以开始。

2、由于具有一个可变的室的内空间体积，对重量偏差可产生又一个有利作用，这是由于随着所述室的体积相对于模腔体积的增大对已注射入的物料的“均衡效应”也得到提高，当所述室的体积提高时由于增长了加热要模塑物料的周期时间，对模塑制品质量的不利作用会逐渐地产生，包括由于形成一部分室的注嘴的轴向运动，而扩大和减少室体积在内的返吸操作影响着在室中已注射入物料的均衡作用。这种不利作用会随室扩大的额外体积与整个原来室体积比值的增加而加强。

3、由于具有一个预定的或最佳的室内空间体积，在注嘴通道隔断时，伴有可能的一部分过剩物料排出机械系统，从而将物料内压调整到一个预定的较低值，这就造成已被计量并注塑的物料在瞬时间重新被计量，这就使对重量偏差关键的有利作用得到进一步发挥。

4、按照保压室体系，在均衡效应中，关键是室体积与腔体积之比（N）。均衡作用的产生以使在长久注射操作中，每个与平均值（ W在模塑制品中）的偏差（△W）是在没有提供任何保压室W＝O时最后（n+2）次注射理论重量偏差的平均水平上。按照均衡理论

3/4 △W_N ＜△W＜ △W_N

其中

△W_N = 1/(N+2)

△W_X

5、第一个外压保持步骤由于室的关闭而终止，于是第二个内压保持步骤以压力（P）开始，其值对于模塑制品预先确定的平均重量定为常数，而与室体积比（N）无关。然而第2个内压保持步骤终止并开始返吸步骤，其压力与室体积比（N）按下述关系：

△P_ON＝P_ON-P_Ol＝（ (N-1)/(N) ）△P_l

△P_N＝P_N-P_ON＝ 1/(N) △P_l

P＝P_l＝P_N

其中P_ON为刚好返吸操作之前体积为腔体积N倍的关闭的室的最终内压力。

P＝P_N是当室关闭时在开口室的最终外压力或是当室关闭时密闭室中起始内压力。（P＝P₁＝P₂……＝P_N）。

6、再计量体系（第3款）能省略了具有比注塑压力更低压力的外压保持步骤，以降低注射循环速度并也可获得模塑制品重量偏差明显低。

因此，本发明一方面提供了一种设备来实施上述保压室型注塑，其改进处在于上述注塑机设计成有一个内空间体积的保压室，并且体积相对模腔要足够大，以对注塑的物料产生均衡效应，从而模塑制品有较小偏差的平均重量，其偏差程度要比在长久操作中没有产生注嘴通道断开所模塑的相应制品小，而且小到足以使在室内积蓄的受热塑料免于因停留在室内受到持续的加热而损坏。室体积与腔体积之比（N）最好近似为所述的模腔体积或更大。

该设备有一套返吸装置，其中中空延长体被分成前部和后部。在后部的前端形成注嘴，注嘴的上游装有一个阀门装置。注塑机设有一装置使后部与机体连接，并相对前部轴向运动。前部有一个园柱形后段和一个连接到热流道模上的前段。注嘴形成一中空活塞段，它可轴向移动地装配在园柱形后段中。中空活塞段与园柱形成后段共同形成一个装置使得在轴向相互支撑中止注嘴在固定的相对位置的轴向向前运动并防止注嘴泄漏塑料。密封作用是通过支撑件产生的。园柱形段与中空活塞段结合通过注塑机相对模具的向后运动，造成注嘴通道轴向膨胀它们的体积，这时注嘴通道自然中断，而模塑制品也尚未从模腔中取出，结果滞留在关闭空间中的热塑料被返吸，使得它们脱离开受压缩和压实的境地。

为能使室体积相对于具有不同体积的各种模腔体积之比（N）分别调节成所要求的水平，轴向支撑和密封装置组成一个制动器，装于中空活塞段或注嘴以允许相对于机体的制动器轴位置与中空延长体的后部相协调地发生改变，因此保压室的体积调节成所要求的水平。注嘴相对于机体是不动的，而制动器由内螺纹环元件组成，而注嘴被部分车成外螺纹。注嘴与环状制动器相拧而啮合。

另一方面，制动器被固定于注嘴，而后中空延长体部件被分成具有部分内螺纹的后局部件和形成一个前局部件的注嘴，该前局部件被部分车成外螺纹。注嘴与后局部件相拧于其中而啮合。

另一方面，本发明提供了一种利用上述设备注塑高精密制品的方法。本方法的特征在于每次注射中，压实于固定密闭空间中的热塑料被调节成第二个内压保持步骤之前预定的数量值，它是通过从机体中排出可能多余的一部分压缩的塑料而实施的。

按照本发明，上述压缩于固定密闭空间的热塑料的调节是通过额外计量或再计量（相对于注射之前的计量）步骤而达到。再计量步骤当注嘴通道断开时进行，它通过调整压缩的热塑料的内压成为预定的值，如果内压大于此值时把部分压缩的热塑料从注塑机体中排放出来，因而经注塑机与上述的模腔模塑成塑料制品，结果其产品有一平均重量，基本相等于或稍为低于在固定操作条件长久操作中以预定压力值所获得的相当的水平。

当注塑步骤在无级操作条件下进行，最好通过射料杆施加一个无级外压使塑料充满模腔。注塑的外压和塑料保持的外压共同形成由注塑射料杆在步进条件下施加的步进的外压。上述压力调整的实施是用一引向注塑机体系外面的局部通道和一个附加阀门装置的结合体，局部通道从阀件的注嘴通道上形成一支道以让压缩的塑料部分排出，而附加阀门装置插入局部通道并提供：当注嘴通道断开时打开这局部通道通到注嘴通道;当内压超过了予定值时打开这局部通道通到外部;当内压降到预定值时关闭局部通道不通外部。

按照本发明另一个方面，本发明的上述再计量体系可以用来省略上述第一个外压保持步骤，因此塑料保压步骤包括（第二个）内压保持步骤，内压保持步骤是由注嘴通道断开从注塑步骤转换过来的。在此情况下，操作再计量系统使最后注塑压力等同于最初内压，最初内压为在注嘴通道断开时步进到等于上述预定值之较低内保压压力。第一个外保压步骤的省略的优点不仅减少了模塑品的重量偏差，而且也缩短了注射周期时间，因省了（最长的）第一个外压保持步骤，所以获得了较高的生产率。

按照本发明，在此处称之塑性物料的不仅包括纯塑料树脂，也包括纯塑料树脂与某些其它材料如金属或非金属粉料或纤维的混合物。

图1和2是两张局部剖面图，表示用于注塑塑料的保压室型设备的两个实施例，该设备装置有一个模具，包括安装在设备上的一个最早具体化的再计量装置。

图3是一张局部剖面图，表示另一设备实施例，该设备包括第二个具体化的再计量装置，有一再计量装置的局部放大图，其中所表示的再计量装置的活塞相对活塞轴来讲当在左边时是关闭位置，在右边时是打开位置。

图4是一张局部剖面和平视图，表示设备的第4个实施例，但包括了最初具体化的再计量装置。另一个图表示最初具体化的再计量装置的局部放大图。

图5是一张定性图，表示按照本发明用在注塑方法中的外注塑压力，外保压压力和内保压压力。

图6为表示上述三个压力实际分布图。

图7表示在保压室中内保压压力实际分布图，它随室体积与模腔体积之比（N）而变化。

图8表示相应图6的另一实际分布图，说明按照本发明在一个实际注塑方法中的注塑压力、外保压压力和内保压压力。

图9表示相应于图6的又一个实际分布图，但说明按照本发明在另一个实际注塑方法中的注塑压力和内保压压力。

图1和2表示按照本发明的第一和第二个设备实例。参见图1和2，用于注塑塑料的每一设备有一个普通的单机筒型注塑机<1>和与它装在一起的一个模具<10>，注塑机<1>在返吸操作和注塑操作时能进行轴向运动，它包括机体<2>其中有螺杆射料杆<3>的机筒<2>，和具有与射料杆<3>相连活塞的液压活塞缸以及园柱形的延长体<20>，它从机筒<2>向前延长。该设备还包括装有集料管的热流道模<12>。热流道模，以包括空气隙<13a>和固体隔板<13b>的绝热方式被安装于模具<10>上。

园柱形延长体<20>的前端直接与热流道模<13>接触，但通过固体绝热器<13c>它的前端与模具<10>相连。

模具<10>包括固定半模<11>和可动半模<12>。固定半模<11>与热流道模<13>相连。两个半模都有冷却设备<14>和<15>，并至少有一个为模塑制品的模腔<10a>，该模腔至少有一个浇口<10b>。浇口<10b>中装有一峰值生热组件<16>，这称之为“矛头”，组件在浇口瞬间加热冷的部份物料，以便返吸步骤完成以后为下一次注射浇口向模腔打开。

热流道模<13>和组件<16>结合得到无流道的模塑制品。

园柱形延长体<20>分成三部分，即与热流道模<12>相连的前部<21>，轴向装于前部的中间活塞<22>（22′）和后部<23>。中间部分<22>（22′）在其中装有内加热管<27>，而前部<21>和后部<23>（23′）分别装有电热圈。

热流道模<12>和注塑机<1>的园柱形延长体共同形成了中空延长体，它确定了连通机筒<2>内部与模腔浇口<10b>的注嘴通道Y。

后园柱形延长部分<23>（23′）装有一阀门装置<40>，在它的后段有加热装置<27>，注嘴通道Y在阀门装置<40>和模腔浇口<10a>之间形成一个内压力保持室X。

园柱形延长体<20>的中间活塞部件<22>（22′）在此处称之为“注嘴”，注嘴包括园柱体<22a>和环形法兰<22b>（22′b），法兰用来作制动器，顶住前部件<21>的相邻端面，并也作为在物料注入后防止热物料泄漏的密封措施。当法兰<22b>（22′b）顶住前部<21>的相邻端面时，注嘴相对前部<21>的轴向位置是固定的。有注嘴<22>（22′）的注塑机<1>从上述位置由预定冲程进行返吸。

按照图1的第一个实施例，注嘴<22>是与有电热圈<26>的后部<23>的前段相连接的。注嘴体<22a>和法兰<22b>是分立的部件。注嘴体<22a>的外园周面被部分地车上外螺纹。法兰<22b>有一轴向的通孔，它车有内螺纹，因此它拧在注嘴体<22a>上，所以它相对注嘴体<22a>的或后园柱形体<23>的轴向位置可以改变。注嘴体<22a>有一段无螺纹的前部，它与前部<21>紧配合并能轴向滑动。

对于上述包括<21>、<22>和<23>三个部件的园柱形延长体<20>的装置，由于注嘴法兰<22b>可相对注嘴体<22a>转动，所以保压室X有一个可变的内空间体积。在这情况下，注塑机<1>本身由相应的冲程而轴向位移。即室X对整个腔的体积比可以改变为所要求的值。

按照本发明的第二个实施例，参见图2，注嘴体<22′a>与法兰<22′b>连在一起，它具有被连在一起的法兰<22′b>分成前部和后部的外表面。注嘴<22′>的后表面部分车有外螺纹，有电热圈<26>的后园柱形部分<23′>的前段车有内螺纹，因此它能拧在注嘴<22′>上。在这种情况下，室X的内空间体积或室体积比N可因注嘴<22′>本身的转动而改变。注塑机<1>本身由相应冲程而进行轴向位移。

参见图1和2，阀门装置<40>包括一台装在后园柱形部件后段上的脉冲马达<41>和从马达<41>垂直伸出的园形阀杆。后段有一个垂直园形孔<30>与注嘴通道Y交叉。阀杆<42>可旋动装于垂直孔<30>中，并有一横的通孔<42a>。当阀门装置<40>或阀杆<42>在打开位置时，孔<42a>构成了注嘴通道Y的一部分。阀杆<42>处于关闭位置时能实现注嘴通道的断开或造成中断机筒<2>与模腔连通的室闭合。

该装置有一个装于室X的再计量装置。

参见图1和2，按照本发明再计量装置的实例有第一和第二阀门装置，第一阀门装置包括阀杆<42>，它上有槽<42b>并从注嘴通道Y水平垂直延长到阀杆的下自由端。垂直的槽<42b>相对于阀杆<42>的通孔<42a>成90°角。当阀杆<42>处于关闭位置时，槽<42b>和后园柱形件<23>（23′）的垂直孔<30>一起构成垂直的局部通道，开口向室X并与它的内部相通。

垂直通孔<30>在低于注嘴通道的垂直位置收缩而形成直径较小孔部分<30a>并与垂直的槽<42b>相通。直径较小的孔<30a>外通道<30b>，它开口在靠近阀杆<42>的下自由端的垂直位置。

活塞园柱体<50>其中装有螺旋形弹簧<53>以推动装在较小直径孔部分<30a>的活塞<51>并当注塑机<1>操作时与内壁紧配合。有外通道<30b>的小直径孔部分<30a>和有螺纹形弹簧<53>的活塞园柱体构成第二个阀门装置。

当室中的物料压力低于预定值或高于预定值时第二个阀门装置分别关闭或打开。当阀杆<42>是分别处于开和关的位置时，第一个阀门装置是关闭或打开的。

手柄<54>有一刻度盘<56>和一个在螺栓上的可调螺母<55>与汽缸<50>中的螺旋弹簧<53>联接，以调节螺旋弹簧<53>的强度。借旋转手柄<54>，改变上述压力至所需值，后者用指针<57>在圆形刻度盘<56>上指示出来。

出口通路<32b>与设有加热元件<61>的排料管<60>接通，排料管<60>开口于罐<70>。

就此而言，密闭室X中物料压力超过给定值时，由于在注塑后注嘴通道路中断，室X中的一部分物料就通过槽<42b>，外通道<32b>和导管<60>而排到罐<70>中，这就使得密闭室X中的压力重又等于预定压力。这就是说，以前在机筒<2>中被螺杆射料杆<3>计量、注射并聚集在闭合室中的物料，重新计量到相应于预定压力下的预定值，同时借助阀<40>的动作，切断注嘴通路或将室封闭，将可能有的过量物料排出机器体系。

图3是根据本发明的另一再计量实例，它被结合入图1、2描绘的设备中。

参考图3，相应的阀杆<42>有一个相应通孔<42a>和槽<42b>。形成的槽<42b>横向延伸或平行延伸到阀杆孔<42a>相应园柱形尾部<23>有一水平出口<30′a>开口于垂直孔<30′>。出口<30′a>相当于图1、2中垂直的较小直径孔<30a>。相应活塞园柱体具有螺圈弹簧<53>和活塞<51>。活塞<51>不能移动至出口<30′a>处，但是当活塞<51>处于关闭位置时，锥形端可以抵接出口<30a>的圆肩即<30′a>下端的边缘。因此出口<30′a>下端对出口通路<32′b>是打开的。

水平槽<42′b>、水平孔<42′a>以及水平出口<30′a>是如下设计的，当阀杆<40>处于关闭位置时，出口<30′a>与水平槽<42′b>连通。当阀杆<40>打开时该通路切断，同时阀杆<40>的水平孔形成注嘴通道的一部分。如图3显示的再计量装置的第二实例与第一实例比较有一个优点，即第二阀门装置的开位与关位之间活塞<51>的冲程缩短了。

图4给出了根据本发明设备设计的第三实例。参考图4，该设备与图1，2描绘的设备相同，只是相应的室X有一固定的空间容积，且具有同样的再计量装置。

根据本发明，注塑方法由通常的塑化，计量、保压以及常规返吸等步骤组成。

按本发明的一个实例，使用如图1、2、3和4描绘的那样的保压室类型的注塑机器与一个模具相连，只是不带有由活塞-园柱体组成的再计量装置，操作时，射料杆<3>执行的外部保压步骤以及注嘴通路切断即保压室关闭构成的内部保压步骤来完成整保压过程。由于在注嘴通路切断时，下次注料操作开始，而本次注料操作仍继续进行。连续的注射周期-包括操作返吸步骤，连续冷却模腔<10a>中模制产品，并且打开半模具<11>和<12>从模具<10>中取出这些制品。

第二保压阶段是由阀门装置<40>切断机筒<2>和模腔<10a>之间的注嘴通路Y来执行的。注嘴通路切断或室封闭导致产生一个封闭空间，它包括封闭室X和通过浇口<10b>联通的模腔<10>。在封闭空间中，注射进的部分物料一次或多次被压紧，而施加了作用于模腔壁的内压，从而实现了内保压。

内部保压本身是一优点，这是由于注嘴通路切断连续进料从而防止了液压活塞缸驱动的射料杆<3>运转对注塑制品重量变化产生的不利影响，而如果射料杆<3>一直运行到在浇口<10b>处的部分物料被冷固，就会造成闭合室内的热物料与模腔<10b>中被压紧物料的分离，那么对制品重量与平均重量的偏差值△W的不利影响将会达到最大。

再有，如果给所述的室提供一个液压活塞缸装置给在由室和模腔组成的封闭空间中的压缩物料施加外压，用来代替在注射步骤和第一保压步骤中用射料杆施加外压的另一液压活塞缸，则所述液压活塞缸装置本身会对待模塑的物料产生不利影响。因此在这假定情况下，由阀门装置切断注嘴通路没有减少重量变化的优点，虽然它们仍然具有提高产量即提高进料循环速度的长处。

另外，用具有容积比率为N的室X进行内部保压也有一个优点，这就是对于注射物的均化作用使得每次注塑的注塑制品之重变化△W减到最后N+2次注塑进料重量的平均水平，即假定无所述室（N＝0）的

1/(N+2)

△W_X

水平。实际上有比值为N＜1的室与N≥1时相比并无不同的均化作用。

较好的注射压力以及第一、二保压模式表示在图5上，在该图上对涉及的压力定性描绘。

在注射和第一外保压两阶段，较好的压力曲线都是无步进压力，而它们联合起来形成有步进的压力。据一次室容积比率为1的实验，其压力可以用图6描绘，实际曲线即现实的曲线。

在第二次保压步骤中内压随室容积比率N的变化显示在图7上。在图7上，P₁、P₂、P₃和P_N是相等的，并代表了当注嘴通道切断时作用在保压室X中被压实物料的初压，换言之，它们表示了，当体积比率N分别为1.2、3和P_N时，由在第一次外压保压阶段由射料杆施加在室X中物料的终压。

参考图6，初内压P₁（当N＝1）时，有一个平均值 P₁，后者带有一个从上限△P_h1到下限△P_l1的变量△P₁。一般说来△P_N随N增加而减少。

第一次保压阶段实施是使得保压由高注射外压变化至较低外压。但是正如图6所示，最好是缩短第一次保压阶段的时间，以使得第一次保压在外压降低到基本稳态时结束，并通过切断注嘴通路更换到第二次内压保压阶段。这是为了减少由液压汽缸-活塞驱动的射料杆操作引起的不利影响。

本发明的方法最好进一步包括瞬时的再计量步骤，使得能将内压调节到预定值Pr，这时用如图1、2、3和4显示的再计量装置将可能过量的物料排出机器体系之外。

根据本发明，采用图1、2、3和4描述的设备包括再计量装置的一个实例是按下列程序进行：第一外压保压步骤，第二内压保压步骤和瞬时再计量步骤。

通过瞬时再计量步骤，将数值与注嘴通道切断时所施加的最终外保压压力的初始内保压压力下降到预定的较低值。

实际上在一长时操作期间，预测值Pr按下列方法确定，即使之等于假定的作用在封闭室中初始内压（P）平均值（ P），或者在预期操作条件下，但在每次注料时将上述局部通路对外界关闭，用这样的注塑机器体系长期试运转中所获得的作用在封闭室内压（P）的平均值（ P）。假定的初内压P，它同样也是假定终外压保压值，在低限P_l和高限P_h之间变化。而且操作条件会有某些变化，使得在第二保压阶段实际初内压P′基本上随平均值 P′在上限( P′+△P′_h)和下限( P′+△P_l′)之间变化， P′等于或大于P_h，而下限等于 P或较高的一个值，同时，另一些操作条件基本上保持与假定过程条件相同。

按上述方法，当N＝2时外部保压和内部保压压力有如图8所示的曲线变化形式。

在该情况下，由内保压预测值Pr基本上相应于采用带有模腔的本注塑机器体系所制造的注塑制品预期的平均重量。

假定的初内压的平均值 P可以基本上等于（P_l+P_h）/2。

另外，( P-P_l)是标准方差σ，理论上讲，按本发明，瞬时再计量步骤应有如下结果，在生产中模塑制品有相同重量（ W）而不带偏差（△W＝O），因为每次注料P都调节或调整到 P，而不考虑注塑机液压缸-活塞驱动的射料杆的动作导致的任何外压变化（△P）。但是实际上在每次注料时，甚至把P调节到Pr时该重量也会发生某些变化（△W）。这是确实的，虽然可以认为△W已被减小到能注塑出高精密制品重量的程度。这是因为在模注体系中包含了各种不利影响因素。这些因素包括模具<10>冷却，机筒<2>和中空延长部分（包括注射机<1>，园柱形延长部分<20>和热流道模<13>的加热以及再计量的精度，在偶然情况下，影响由所述室造成的均化作用的因素之一可能是返吸操作。这是因为当采用按本发明的保压室体系但不带有再计量步骤时，重量变化随返吸冲程增加而加剧。

当采用不带再计量步骤，但室容积比值N为2，由于均化作用，P₂等于平均值 P₂而带有一个变数△P₃而△P₂确定比N＝1时的△P₁小些。就此而论，只要满足注塑制品的质量，使用一个N增至超过1的设备就能生产高精度的产品，则是其优点。

若室容积比率N小于1，在一定程度上所述室没有均化作用，则此时注塑产品有一个比不带注嘴通路切断的相同小室生产的假定的注塑产品所具有偏差小得多的平均重量。

考虑到注塑制品质量，根据本发明的再计量方法是无害的。这是因为本发明的再计量装置或系统不允许加到小室X中任一部分物料比另一部分停留较长时间，在通过注嘴通道进行注塑或注料的顺序中所述物料被强制进入模腔中，同时，在每次注料时，有一部分物料排出机器体系之外。

说到此处，注意到可设定另一种压力调节体系，其中再计量步骤中，加到小室中任何部分物料都不排出机器体系之外，该步骤是用一个汽缸活塞装置在注嘴通路切断时用使活塞达到预定的冲程，然后固定并维持活塞冲程在既有的位置将压力调节到预定值来完成的，在这假定情况下，因为初压调节后活塞冲程被固定下来了，活塞不能对物料施加外压，于是内部保压步骤也完成了。

因此，假定的再计量体系看来似乎与本发明是等同的。但是这与本发明完全不同，因为一部分物料被迫留在活塞自由端前方注嘴通路的局部支管中，必然使欲注塑的物料受热而损害其质量。而根据本发明，在每次注料中活塞自由端前方的相应物料由于注嘴通路切断而立即排出体系之外。

在上述假定情况中，在第二次内保压阶段结束后留下的物料在每次进料时又重新从分枝局部通路进入注嘴通路，由于过度加热的那部分物料而造成的对产品质量的损害将在一定程度上（虽然不能完全）被减少。

但假定的情况有一严重缺点，在每次注料时都有一部分过量物料留在机器体系中而不是排出体系之外。这是因为在固定机器操作条件下的长期运转中，每次进料都有部分过量物料积累在体系中，使机器不能在稳定情况下连续操作。在这一点上，假定条件是不起作用的。而本发明的再计量体系确保机器能在所需的固定条件下长期稳定运转，同时确保了每次注料时注塑制品的重量变化减至对产品质量无任何损害。

存于罐<70>的排料等于“冷流道”，可以回收作为起始原料。顾及此，根据本发明再计量体系中排出的物料可称为“冷重量偏差量”。根据实验，冷重量偏差量连续地经排料管<60>排出，已经确证冷重量偏差没有危险，甚至不经罐<70>而直接排至大气中也如此。

由于再计量体系，注塑机不再要求由定量冲程的螺杆射料杆完成的第一次高精度计量，这时需用复杂的控制设备以减少模压产品重量变化。在和本发明的再计量体系时一起使用时，甚至初计量体系性能再差时，与不带再计量体系的普通计量体系相比所引起的重量变化也显著减小。

而且，再计量体系还有缩短在长期运行中间断停车使注模操作达到稳定所需时准备时间的优点。

根据本发明的再计量体系不限于调节注嘴通路切断时在密封小室中初始内压。它还可应用于注嘴通路刚切断时刻稍晚的物料内压调节。后者也属于本发明的范围。

根据本发明，注塑机本身不仅可用普通液压机驱动，而且也可应用于新近开发的电动驱动设备，以及用于轴向精确注塞的任何等效设备中。

按照本发明的另一实例使用如图1，2，3和4所示包含再计量装置的设备，伴有瞬时再计量步骤的注塑方法按如图9所示的方式执行（也见图5、6的虚线部分），即，第一外压保压阶段（如图5、6所示）省去了。注入步骤因注嘴通路切断而强行中止，发生瞬时再计量使与初始内压P相等的注入压力下降到给定内保压值，此内保压值由再计量活塞-园柱体<50>确定，其值相当于上文提到的Pr值（在图8中）。在注射步骤后注嘴通路切断，由于再计量体系动作内压下降，内保压步骤开始，在由保压室X和模腔<10a>组成的固定封闭空间中的压紧之部分过量物料排出机器系统之外。

最终注射压力有一希望值( P₁)，它带有一个在P_Ih和P_Il之间的变量（△P_I）（见图9）。测定的内压（Pr）也可低于最终注射压力的低限（P_Il）。这意味着在每次注料时保压基本为常数，而不必考虑注射压力变化。

由于射料杆<3>注入物料以及由于阀门装置<40>造成的注嘴通路中断造成的在固定密封空间内压缩的物料的数量，在图8和图9的第一和第二实例中看来都直接相当于此物料的固定或恒定调节内压Pr。但实际上，在两个实例中间还是有差异的。即在相同封闭空间中按第一和第二实例压紧的物料量不是一固定值，而是随每次注料的平均量相对变化率而改变，另外，第一实例的相对变化率确实大于第二实例的值。据认为该量变化率的差异主要由模具冷却速度造成的。若冷却速度非常低，而进料周期又很长，该差异可忽略。在固定封闭空间中物料被压缩，并且其量调节到一预定值，过量部分在按图9中第二实例注入步骤后立即排出本机器体系之外，同时按图8的第一实例注入，步骤之后进行的在第一保压步骤完成后对此物料也进行调节，这一时间定点上的差异据认为足引起量变化率差别的原因。

顾及此，图9上第二实例对于高精度制品注塑比图8上的第一方案更可取，而且第二实例的优点在于注塑机不再要求提供外部保压的设备，在图8描绘的第一实例中第一外部保压步骤中达到最大值时进料周期也缩短了，同时模塑制品重量变化允许为第一实例的水平。

当模具在相对较高固定冷却速度时，本发明人假定，室型方法的可能性取决于均化作用（无再计量步骤）使得与第一实例的室型方法重量相比注塑制品的重量偏差下降了（图8）。

根据对本发明的实验，象GPPS磁带盒等精细产品是采用类似图4描绘的设备注塑的，只是进行某些改进，因而与实际情况相比，制品重量偏差方面的结果如下：

1、在实际操作中使用了装备有现代或先进的计量装置而无任何再计量体系的保压室型注塑机并配装有六模腔的模具，其中N＝1（室体积约相应于6个模腔体积）：

X＝87.448 在静态注射状态100次注射

σ＝0.130 100x（σ/ X）＝0.149

R＝0.488 100x（R/ X）＝0.558

2、在试验性操作中使用了装备有老型计量装置的保压室型注塑机并配装有4模腔的模具，其中N＝2：

按照用本发明方法的试验仅依赖于均衡效应无任何再计量体系并包括第一外压力保持步骤和第二内压力保持步骤，其中N＝2，

X＝52.480g 在静态注射状态100次注射

σ＝0.0375g 100x（σ/ X）＝0.715

R＝0.712g 100x（R/ X）＝0.328

3、在用如试验2相同机器和模具，而用如图3所示的再计量体系操作中，其中N＝2：

1）按照用本发明的第一方法实例（图8）的一个试验，包括第一外压保持步骤和第二内压保持步骤并配有瞬时的再计量步骤，

X＝52.546 在静态注射状态100次注射

σ＝0.023 100x（σ/ X）＝0.043

R＝0.115 100x（R/ X）＝0.219

生产速度（即一次注射时间）对4盒情况是12.6秒。

2）按照用本发明第二个方法实例（图9）的另一试验包括内压保持步骤配有瞬时再计量步骤，但无外压保持步骤，

X＝52.558 在静态注射状态100次注射

σ＝0.0204 100x（σ/ X）＝0.039

R＝0.094 100x（R/ X）＝0.179

生产速度时4盒情况是9.6秒。

正如上结果所表明，本发明的再计量系统在生产高精度注塑制品中有很多优点，不考虑图8和图9两类实施例，在制品重量和生产率上用第二个实施例比用第一个实施例更有优点。事实是虽然以上比较和试验的方法无再计量步骤，分别在实际上N＝1和在试验中N＝2，但比普通无压力保持室型工艺在高生产率注塑模塑高精度制品中更有利。

还有，经对比以上1项的实际操作与以上2项的试验操作可了解到，N＝2时的试验方法比N＝1时的实际方法更有利于减少重量偏差，因为有均衡效应之故。

Claims (8)

1、一台安装有一套模具装置的注塑用设备，此模具装置具有能决定至少一个有至少一个浇口的模腔的半模，此注塑设备包括一台注塑机，该注塑机有一个机体和一个由机体向外的中空延伸部分，机体由机筒和液压活塞缸或在所述机筒中装有注料杆的电动注料杆驱动装置构成，此注料杆的中空延伸部包括一个注嘴以及由此形成的连通机体内部和模腔的注嘴通道，在机体和中空延伸部受热时，此注塑机的机体内可供塑性物料塑化并计量，热的塑化好的物料通过注嘴通道注射进模腔，注射料在加压情况下至少部分地保持在整个模腔之中；所述半模配有冷却模具的装置，该注塑设备还设有由所述中空延伸部和插在所述阀门装置与浇口之间的阀构成的保压室，所述阀门装置中途中断连通机体内部和模腔的注嘴通道，所述保压室和所述模具装置相结合就提供了由模腔和所述保压室构成的固定的密闭空间，与该保压室联通的因注嘴通道中断而分隔出的整个注射料的前面部分就在此密闭空间中压实，被压实的物料受到内部压力而使其本身压紧模腔，此设备的特征在于保压室的内部空间容积大体等于或大于模腔容积。

2、按权利要求1所述的注塑用设备，其中，所述中空的延伸部形成了包括所述注嘴在内的圆柱体装置，用于轴向改变保压室的容积到预定的大小并使之固定。

3、按权利要求2所述的注塑用设备，其中，所述中空延伸部可分为前部和后部，所述后部在其前端形成注嘴，并在所述注嘴的上游装上了所述的第一个阀门装置，所述注塑机配有使所述机筒与所述后部连接的机构，由此可相对于所述前部作轴向移动，所述前部具有一个后圆柱体段和一个与模具装置相连的前段，所述注嘴形成一个中空活塞段，中空活塞段在所述圆柱体后段中按轴向可动地相接，所述中空活塞段与所述后园柱体段相结合就形成了轴向相互端接、阻止位于相对固定活塞处的注嘴轴向向前移动的装置;由于构件紧靠，产生了密封作用，因此可防止物料在喷嘴处泄漏，其中，由于所述圆柱体段和所述中空活塞段的结合，使喷嘴通道因注塑机相对于模具装置作向后移动，而在轴向上扩大了容积;注喷嘴通道依然保持中断，但成型制品尚未从模腔中取出之前，可将留在所述密闭空间中的热的物料返吸，并从被压缩和压实的状态下解脱出来。

4、按权利要求3所述的注塑用设备，其中，轴向端接和密封装置在所述中空活塞段或所述注嘴处，配有一个制动器用于使所述制动器相对于机体的轴向位置与所述中空延伸部后部相协调一致地进行改变，藉此，使保压室的容积调节到希望的大小。

5、按权利要求4所述的注塑用设备，其中，所述注嘴相对于所述机筒是静止固定的，所述制动器由一内部车有螺纹的环形件构成，而所述注嘴的外面则部分地车了螺纹，因此通过拧进就可将所述注嘴与所述环状制动器结合。

6、按权利要求5所述的注塑用设备，其中，所述制动器固定到所述注嘴上，而所述后面的中空延伸部可分为内侧部分地车有螺纹的后局部部分和由所述注嘴形成的外面部分地车有螺纹的前局部部分，因此，通过拧进就可所述注嘴与所述后局部部分接合。

7、按权利要求6所述的注塑用设备，其中，配有与多支管结合在一起的热流道模具，它形成了所述前中空延伸部的所述前段，所述热流道模具配有当模具装置冷却并闭合供下一个注射操作之用时，瞬时和临时性加热位于模腔浇口处物料的构件，其实施方法是使位于浇口处的前面的冷固物料熔融，从而使模腔与注嘴通道相通。

8、按权利要求7所述的注塑设备，其中，配有与多支管结合在一起的热流道模具，它形成了所述中空延伸部的所述前段，所述热流道模具配有当模具冷却并闭合供下一次注射操作用时，瞬时和临时性加热位于模腔浇口处物料的构件，其实施方法是使位于浇口处的前面的冷固物料熔化，从而使模腔与注嘴通道相通。

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