CN108748846A - 用于塑性材料的注射成型的方法、设备和压机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于借助于多个注射器而注射成型塑性材料的方法、设备和压机，该注射器连接至分配器并且设置有能够以受控方式在闭合状态和打开状态之间移动的相应闭塞器。从填充步骤开始直至将塑性材料保压至模具腔体中的保压步骤结束，分配器中的注射压力借助于致动注射压机的螺纹件的致动器而维持基本上恒定。通过管理相应闭塞器的位置/速度/加速度，成型循环完全由每个注射器控制，而不影响其他注射器。

Description

用于塑性材料的注射成型的方法、设备和压机

技术领域

本发明涉及一种用于某种塑性材料的注射成型的方法和设备，其中，至少一个喷嘴被设置以用于将流体塑性材料在压力下引入模具的腔体中。

更特别地，本发明关于一种方法和成型设备，其设置连接至热流道或分配器的多个注射器，并且设置有能够在闭合状态和打开状态之间移动的相应的闭塞器，并且这些闭塞器以顺序或级联的方式、关于这些闭塞器的位置、速度和加速度中的至少一个以受控的方式被致动。

背景技术

由此制成的注射成型系统由本申请人以FLEXflow的商标名称制造并销售，并且例如在本申请人名下的文献US-2016/167264号中被描述。

通常，塑性材料由注射压机提供至分配器，该注射压机包括能够借助于致动器（例如，由液压气缸构成）轴向地平移的螺纹件，并且注射成型循环提供填充步骤以用于通过注射器将塑性材料引入模具的腔体中，接着是被引入模具中的塑性材料的保压（packing）步骤。然后接着的是已成型件的冷却以及从模具移除。

常规地，填充在给定时间段内为注射提供给定体积的塑性材料，其目的是完全填充模具的腔体。

然后，所谓的注射“速度控制”实际上是在压机的螺纹件上执行的，而注射压力（即,从注射压机流出并且流入分配器中的塑性材料的压力）将具有由此产生但不可控的发展。注射压力的数值能够基于压机的气缸的液压和螺纹件的直径而间接地计算：在液压与注射压力之间存在线性相关性。

在填充步骤结束时，接着是从注射“速度控制”切换至“压力控制”并且随后接着是保压步骤。主切换系统是测定体积的、液压的、时间控制的或者基于设置在成型腔体中的反馈传感器。

在保压步骤期间设置恒定的注射压力曲线，由此被注射的材料保持在压力之下以便补偿由于冷却的收缩、协调腔体的填充以及减小内部张力。在该步骤中所需的塑性材料的量通常相对于填充步骤是非常有限的。

特别地参照相当大的部件的顺序成型，其中，分配器将来自压机的材料传送至各个注射点，应观测到的是，从压机的喷嘴流出并在分配器中记录的注射压力常规地时刻变化，特别是在填充步骤期间。因此，每个注射器的闭塞器的行为影响所有其他注射器的操作状态（连通容器效应），由于其需要不断的重新调整，因此使得该过程的管理复杂。

清楚地，该管理挑战与注射点的数量成比例地增大，并且在例如利用流体致动的开/关类型的闭塞器的情形中能够更清楚地观察到，与使用电子控制器电动马达的致动相反，这种致动通常不允许对用于打开和闭合闭塞器的位置、速度或加速度的任何类型的控制。

附图中的图1是通过基本上设置成线的五个注射点I1、I2、I3、I4和I5的部件（例如，车灯部件的透镜）的顺序注射成型设备的横截面示意图。每个点由注射器构成，该注射器由喷嘴以已知方式制成，其中，存在能够在闭合位置和打开位置之间轴向移动的闭塞器，该闭塞器装备有杆并且连接至进而由注射压机P的螺纹件供应的分配器D。分配器D优选地被配置并构造成使得在注射器I1-I5的入口处的注射压力基本上不变。

面向模具M的腔体C的两个压力传感器S1、S2能够实现间接地分析成型过程的质量，从而识别可能缺陷的出现。

图2、图3和图4的图表相应地示出了在填充步骤期间设置的注射速度曲线，在保压步骤期间设置的注射压力曲线，以及在整个过程期间注射压力的随后的发展。在图4的图表中，根据注射压力的液压而以百分比表示注射压力的发展（如所提到的，该液压与注射压力直接成比例），该液压能够从压机的控制面板获得并且参照在不控制用于打开/闭合相应闭塞器的位置和/或速度和/或加速度的情况下使用开/关致动器的顺序注射的情况。例如，如果100%液压为250 bar（巴）的量级，则由传感器S1、S2检测的对应注射压力可以为1500 bar的量级。

图5的图表表示如上面详述的注射压力的发展与在腔体中由两个压力传感器S1、S2记录的压力进行比较。图6的图表示出单个注射器I1-I5的打开和闭合顺序。

能够观察到以下缺陷：

由于各个闭塞器的顺序打开，注射压力朝向填充步骤的结束而下降；

在腔体中快速达到高压力峰值，而在“门”附近具有由此产生的美学缺陷；在峰值之后，在保压步骤中压力降至较低的值；

在保压步骤结束时在腔体中对应于传感器S1、S2的两个点之间的相当大的残留压力差：零件的成型不均匀的明显迹象。

上面列出的所有缺陷由成型过程管理挑战引起，由于分配器D中的注射压力的不断变化以及在注射器之间的相互影响（连通容器效应）：例如，在I5之后的注射器I3和I4的打开逐渐地减小了I5的注射压力（以及因此其流率）。

使用电子控制器电动马达构成的致动器（其能够控制单个闭塞器的位置、速度或加速度）通常能够使得之前观测到的缺陷减少，如图7和图8中所示例。如能够观察到的：

注射压力降低不太明显；

腔体中的压力峰值不太高；

在保压结束时腔体中的两个点之间的压力差（Δp_S1-S2）较小。

然而，由于分配器D中不断的压力变化，注射器I1-I5之间相互影响使得能够完全消除缺陷。

发明内容

本发明的目标是克服前述缺点，并且更特别地提供上面限定类型的注射成型方法和设备，该方法和设备被配置成以便克服关于在顺序或以级联方式致动的注射器之间的相互影响的问题。

根据本发明，该目标主要由根据权利要求1所述的注射成型方法而实现，即，其中，借助于多个注射器来执行用于将塑性材料引入模具中的填充步骤，该多个注射器连接至热流道或分配器并且设置有能够关于位置、速度和加速度中的至少一个以受控方式在闭合状态和打开状态之间移动的相应闭塞器，其中，塑性材料通过包括能够借助于致动器轴向移位的螺纹件的注射压机被供应至分配器，以及其中，被供应至分配器的塑性材料处于注射压力下，其专有特征在于下述事实：从填充步骤开始直至塑性材料保压步骤结束，被供应至分配器的注射压力借助于所述致动器而保持基本上恒定。

在整个成型过程（填充和保压）期间将供应至分配器的注射压力保持恒定使得能够单独并独立地管理每个注射器，而不影响其他注射器，即，仿佛其是系统的唯一注射点。这是与例如出现在导水管和各种器具之间的非常相同的效应：导水管供应相同的恒定压力至所有器具，因此第一器具的门阀的打开不需要使第二器具的门阀的任何压力和流率降低。

注射压机特别是通过注射螺纹件的位置和前进速度的变化而自动地对于注射器的打开做出反应，并且由此产生的压力漂移因此总是确保在分配器中的恒定的压力状态。因此，无论如何，控制从注射器流出的注射压力和/或流率不会以任何方式影响从其他注射器流出的压力和/或流率的控制。

所供应的注射压力便利地是最大压力，就该意义而言，其是在以常规方法执行相同物品的成型的情形中所实现的峰值压力。

每个注射器常规地包括喷嘴，相关闭塞器的端子在该喷嘴中移动。例如，如本申请人所有的文献US-2016/0167271中描述并图示的，喷嘴设置有尖端。考虑到尖端与闭塞器的相同形状，改变每个闭塞器的位置（以及速度/加速度）以便调整在整个循环期间从单个喷嘴恒定地流出的流率和压力。实际上，对于喷嘴和闭塞器之间的压头损耗（head losses）进行干涉。

优选地，以此方式配置分配器以使得在每个注射器的入口处的注射压力保持基本上不变。这通过平衡指定用于相应注射器的每个通道的压头损耗而实现，熔融的塑性材料在该通道中流动。

如果分配器具有对称性（例如，通道的相同长度和相同直径），平衡能够是“自然的（natural）”，或者在不具有对称性时是“数值的（numeric）”。在该情形中，例如对于一些通道的直径变化进行干预，从而补偿长度差，并且因此在分配器的入口与每个注射器的入口之间获得基本上相同的压头损耗。

如果分配器没有被平衡并且流入每个注射器的注射压力是不同的，则在改变每个闭塞器的位置（以及速度/加速度）时必须考虑这点。

应观察到的是，源自本发明的关键性优点在于下述事实：每个注射器的位置及其状态（部分/完全打开、闭合）无论如何不会以任何方式影响其他注射器，不论它们的数量、位置和状态。

本发明还涉及一种被配置用于实施该方法的注射成型设备以及一种注射压机，包括能够借助于受控用于实施该方法的致动器而可旋转并可轴向移位的螺纹件。致动器优选地是液压的或替代地是电动类型的。特别地，用于为压机的液压致动器的气缸（用于致动螺纹件的活塞能够在气缸中移动）进行供应的液压回路便利地连接至控制单元，该控制单元检测压机的喷嘴的端部处的压力下降，或者替代地和/或组合的，检测气缸的液压回路中的压力下降，并且管理螺纹件向恢复分配器中的注射压力所需的位置的前进（以预建立的速度/加速度）。液压回路泵也可以与VFD（“可变频率驱动”）控制相关联以用于调节其旋转速度，并且可以在回路中设置定向控制阀、螺线管控制阀、电动-液压控制阀或者伺服控制阀。

附图说明

现在将参照仅借助于非限制性示例的方式提供的附图详细描述本发明，其中：

图1是顺序注射成型设备的示例的横截面示意图；

图2至图8是关于之前描述的现有技术的图表和示意图；

图9至图13是本发明的类似代表性示意图；

图14示出了图1的变形例；

图15是参照图14的变形例的类似于图11的示意图；

图16示出了图1的另外的变形例；以及

图17示意性地示出了根据本发明的注射压机的示例。

具体实施方式

图17的示意图举例说明了根据本发明的设备的注射压机P。该注射压机以已知的方式包括能够在热腔室R中移动的塑化和供应螺纹件V，在热腔室R中借助于料斗T供应待成型的热塑性聚合物的颗粒。螺纹件V由电动马达M驱动旋转并且连接至液压气缸H的活塞B，该活塞B控制螺纹件V在热腔室R中的平移。气缸H连接至液压气缸，该液压气缸以已知的方式包括泵K和由电子单元E控制的未示出的螺线管阀。泵K可以与用于调节旋转速度的VFD（可变频率驱动）控制器相关联。

用U表示的压机P的流出喷嘴将流体化的塑性材料供应至图1的分配器或热流道D：为此，通过电子单元E控制螺纹件V的前进，电子单元在输入端接收螺纹件V的位置传感器S3的信号，以及位于紧接在分配器D的入口的上游的压机P的喷嘴U的端部处的压力传感器S4和/或设置在气缸H的液压回路中的传感器S5的信号。当传感器S4和/或传感器S5检测压力降低时，电子单元E引导液压回路以便借助于活塞B控制螺纹件V的前进，螺纹件V以受控的速度/加速度平移至由位置传感器S3检测的预建立的位置。

因此，根据本发明的专有特征，注射压机P被配置成在整个注射成型过程期间提供几乎恒定的注射压力，从引入步骤开始直至保压步骤的结束。

以此方式，分配器D保持在恒定压力（和温度）下并且能够单独地管理每个注射器I而无论如何不会以任何方式影响其他注射器，就像其是该系统的唯一注射点。以本质上已知的方式执行的每个注射器的闭塞器的位置和/或打开/闭合的速度和/或加速度的电子控制能够实现调整由每个喷嘴顺序地引入模具的腔体中的塑性材料的注射压力和/或流率。每个注射器的闭塞器的位置及其状态（部分/完全打开、闭合）无论如何不会以任何方式影响其他注射器，不论它们的数量、位置和状态。

压机P特别地通过注射螺纹件V的位置和速度的变化自动地对注射器I的打开做出反应以便总是确保在分配器D中的恒定的压力状态。如果借助于传统方法执行部件的成型，则该恒定的注射压力优选地是所实现的峰值压力。

考虑每个注射器的喷嘴与闭塞器的相同形状，改变闭塞器的位置（以及速度/加速度）以便调整在整个循环期间从单个喷嘴恒定地流出的流率和压力。实际上，对于在喷嘴和闭塞器之间、特别是在尖端和闭塞器之间的压头损耗进行干预。

图9是示出根据本发明执行的成型循环期间的注射压力的发展，通常具有由电子控制器电动马达致动其闭塞器的注射器：如能够观察到的，在对应于借助于注射压力P设置并在图10的视图中表示的液压的值处，注射压力保持恒定。除了仅由于注射器的顺序打开而导致的轻微压力下降之外，该液压也基本上是恒定的，这与在图4中参照现有技术所表示的相反。比较图4和图10的示意图，明显可见的是，由于本发明，填充步骤和保压步骤之间的通道不再能够被识别：保压压力的管理（实际上整个过程的管理、实际上从压机P到单个注射器I）对相应闭塞器的打开/闭合进行操作。

图11和图12是类似于图5和图6的示意图，其示出了由图1的传感器S1和S2记录的模具M的腔体C中的压力的发展。明显可见的是，腔体中的压力的增加几乎是线性的并且是低的直至稳定在保压值下，而在常规情形中其在下降至保压值之前通常突然升高至更高的峰值。

根据本发明的改进方案表明通过控制注射器I1-I5的闭塞器而执行的成型过程的最优控制。另外，之前相当大的在保压结束时腔体中的压力差（Δp_S1-S2）现在几乎不存在，这意味着已成型物品是均匀的。

关于注射器I1-I5的闭塞器的打开，图12的图表也示出了中心注射器I5便利地在靠近闭合高度的高度处初始打开并且保持在该位置以便部分地排出完全施加在其上的注射压力，因此避免了局部化缺陷的形成。

图13的图表（以虚线和双点线指示性地）示出了在各个注射器I1-I5打开之后的压机P的反应（以注射螺纹件V的位置的形式），从而保证分配器中的恒定压力。

与图1类似，图14具体说明了应用于“系列模具”的本发明的替代实施例，即，用于利用多个腔体模具C1、C2、C3以及与该腔体相关联的相应注射器I1-I5进行的相同系列的部件的共同成型，这些部件具有不同的形状和/或尺寸和/或体积。在该情形中，明显的是，本发明使得能够通过在分配器D中维持相同压力而管理单个腔体C1-C3中的不同的保压压力/流率。

例如，传感器S2与腔体C3组合，腔体C3相对于与传感器S1相关联的腔体C2具有更小的尺寸，并且因此借助于相关注射器I5的控制需要较低的保压压力，如在图15的示意图中所示。

根据另一有利变形例，本发明可以提供与闭环管理软件的组合，该闭环管理软件将各个注射器的闭塞器的位移与对应的传感器相联系。例如，让我们考虑在相等数量的注射点附近的位于模具M的腔体C中的压力传感器S，如图16中所示。在该情形中，每个传感器S将由专用软件分析的关于成型状态的相应信号发送至电子控制单元L。如果未实现目标状态，则软件发送控制信号至一个或多个闭塞器以便自动地调整相对位置/速度/加速度。由于本发明，在注射器之间不存在相互影响时，“闭环”软件将被简化。

因此，源自本发明的优点能够被概述如下：

通过管理相应闭塞器的位置/速度/加速度，成型循环完全由每个注射器控制，而不影响其他注射器的压力和/或流率的控制：在注射器之间没有相互影响；

除了注射压力的初始设置之外，成型过程与压机分离，然后通过直接地管理单个注射器的闭塞器而控制整个过程；

模具从一个压机至另一个压机的转移明确地更容易，因为其需要配置的参数要少得多（更短的时间）；

能够更高效地利用类似FLEXflow的系统，该系统能够实现对单个闭塞器的位置/速度/加速度的管理；

如果在注射器之间没有相互影响，则流动仿真（例如，填充模具的腔体）要可靠得多，

在“系列成型”的情形中简化了对各个腔体的管理；

在闭环管理软件的情形中，其将被简化。

显然，根据本发明的成型设备和注射压机的细节和实施例可以相对于通过示例的方式已经描述和图示的内容而广泛地变化，而不脱离如下面的权利要求中限定的本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种用于塑性材料的注射成型的方法，所述注射成型包括用于将所述塑性材料引入模具（M）的腔体（C）中的填充步骤，之后是用于使被引入所述模具（M）中的所述塑性材料保压的保压步骤，其中，所述填充步骤借助于多个注射器（I1-I5）执行，所述多个注射器连接至热流道或分配器（D）并且设置有相应的闭塞器，所述闭塞器能够关于位置、速度和加速度中的至少一个以受控的方式在闭合状态和打开状态之间移动，其中，所述塑性材料通过注射压机（P）被供应至所述分配器（D），所述注射压机包括能够借助于致动器（H）轴向移位的螺纹件（V），以及其中，被供应至所述分配器（D）的所述塑性材料处于注射压力下，其特征在于，从所述填充步骤开始直至塑性材料保压步骤结束，被供应至所述分配器（D）的注射压力借助于所述致动器（H）而维持基本上恒定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分配器被配置成使得在所述注射器（I1-I5）的入口处的注射压力基本上不变。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，仅通过控制每个注射器（I1-I5）的闭塞器的位置、速度和加速度中的至少一个来管理所述填充步骤和保压步骤。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的方法，其特征在于，所述闭塞器由相应的电动马达致动。

5.根据权利要求1至3的任一项所述的方法，其中，所述注射压机（P）的所述致动器由液压气缸（H）构成，所述液压气缸的活塞（B）使所述螺纹件（V）移动，其特征在于，所述注射压力借助于所述活塞（B）的移位而维持基本上恒定。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述分配器（D）的入口上游的所述螺纹件（V）的出口（U）处检测所述注射压力，并且所述活塞（B）移位以便在检测到所述注射压力降低时使所述螺纹件（V）前进。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述气缸（H）内或所述气缸（H）的液压回路内的液压被检测，并且所述活塞（B）移位以便在显现所述液压降低时使所述螺纹件（V）前进。

8.根据前述权利要求中的一个或多个所述的方法，其特征在于，所述基本上恒定的注射压力是最大压力。

9.根据前述权利要求中的一个或多个所述的方法，其特征在于，对于相同系列的、具有不同形状和/或大小和/或体积的共同成型的部件，采用多腔体模具（C1-C3）以及与所述腔体相关联的相应注射器（I1-I5）来实施。

10.根据前述权利要求中的一个或多个所述的方法，其中，所述模具（M）装备有被设计用于检测给定成型状态的传感器装置（S），并且设置有被配置用于将检测到的模具状态与用于成型循环的一个或多个参考值进行比较的控制单元（L），其特征在于，所述控制单元（L）被进一步设计成向一个或多个注射器提供命令以便使得由所述传感器（S）检测的值接近所述参考值。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述传感器装置是面向所述模具（M）的所述腔体（C）的压力传感器（S）。

12.一种注射成型设备，所述注射成型设备被配置用于执行根据前述权利要求中的一个或多个所述的方法。

13.一种注射压机（P），所述注射压机（P）包括能够借助于致动器（H）旋转并轴向移位的螺纹件（V），其特征在于，控制所述致动器（H）以便实施根据权利要求1至11中的一个或多个所述的方法。