CN1113738C - 制造整体电池瓶的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种整体电池瓶和制造这种电池瓶的方法和装置，采用双面造型机，从各模板喷注材料。此装置能有效地模塑制造整体电池瓶，该电池瓶具有直侧壁或中凹的侧壁。还能保证拔模角度为零。该装置还包括一拔取装置和型芯稳定器。

Description

制造整体电池瓶的方法和装置

                       发明背景

发明领域

本发明涉及工业用电池壳的领域。更具体地说，本发明涉及制造整体电池瓶的方法和装置，该电池瓶至少在其开口处具有一比瓶的其它区域较厚部分。

现有技术

铅酸电池在工业上用于驱动诸如叉车等车辆。由于整体铅酸电池的电压为2伏，适合于电机的较高电压，是通过将若干电池并排直立包装在钢制托架内，并将各电池串联而获得的。

对于较大的电池，每个2伏的电池是封闭在自身的容器内，该容器由一“瓶”组成，其上端起初是开口的，以便电池板装配体装入，而盖是在电池板装配体已经装入后再焊在瓶的顶部。

为了达到其可能的寿命，动力铅酸电池的电池板必须彼此压住靠紧，使板材的脱落最小。基于这一理由，电池瓶的外形最好是一种矩形棱柱。这种形状可使电池紧密地包装在矩形托架内，该托架由可在电池寿命期内保持包装压力的材料制成。通常，托架是用钢制成。

压住电池板的电池瓶的内侧，需要在电池板的顶部和底部保证同样的压力。这就要求电池瓶在顶部和底部，具有相同的内侧尺寸。如果电池瓶由具有“拔模斜度”的模型制成，其顶部比底部宽，电池板在底部可能紧压在一起，但在顶部则没有压紧。在顶部电池板之间没有最佳的压紧状态导致更多的材料脱落，从而缩短电池寿命。

制造高质量电池所需要求的电池瓶的其它特点是：

1.防泄漏。

2.在电池工作温度下，保证电池板装配体寿命的适当的机械强度。

3.保证电池瓶盖的良好热焊接。根据这一需求，应满足下列要求：

A.在环绕电池瓶的顶部具有足够的壁厚。

B.电池瓶材料与盖材料具有热板焊接相容性。

C.电池瓶与盖的材料必须不粘附在热板焊接的模板上。

为了能为市场所接受，上述质量必须在低成本下保证，这就要求所使用的材料最少、尽可能使用较低成本的再生材料、和制造过程成本较低。

电池瓶长期以来使用具有一定拔模斜度的注射模，由聚丙烯共聚物制成整体。材料由电池瓶底部注入并向上流动至开口端。典型的壁厚为0.120英寸或略大。这导致一个电池瓶使用较多的材料。减小壁厚是困难的，这是由于塑性材料流长度与通道厚度之比，即使在壁厚为0.120英寸时，对于一个高“瓶”而言，其比值为29英寸/0.120英寸＝241。这对于注射模塑和对于熔点足够低的聚丙烯共聚物材料，是一个高的数值，因此材料不粘附在热板焊接的模板上。这导致很高的喷射与模型压力。

为了减小形成瓶所需的材料量而又保持瓶的强度，发明人创建了一种成形壁电池瓶。这种瓶在瓶长的两端采用较厚的材料，在瓶的中部采用较薄的材料。这样既达到强度要求又减少材料的需求。此外，重要的是，这还为酸溶液提供了更多的空间，而保持机器上采用成品电池时传统安装面积所限定的外部附着尺寸。这种具有厚薄组合壁厚的电池瓶更为详细的公开材料和说明可从美国专利No.4,732,826找到，该专利被授权给予本文件代理人，并在此引作参考。通常，成形壁电池瓶是按两半注塑制成后在接缝处焊接而成。焊接通常使用热板式，分两步进行：首先，将两半连接，其次，在连接处创建一种三层结构。这种工序特别适合提供一种防漏连接，但这是劳动密集型工序，自然增加制造成本。希望制造成形电池瓶时，能在保证其优点的同时降低劳动量。迄今为止，还不知道如何使这些优点全部达到。

发明概述

现有技术的上述与其它缺点与不足，由本发明之制造整体电池瓶的方法和装置所克服或缓和。

用于制造整体电池瓶的装置包括一型芯，该型芯具有与将要注塑的电池瓶所需内腔相匹配的轮廓特征(此“轮廓”包括从直线部的壁到中凹部的壁)。型芯安装在托架上，该托架可靠地安装在具有塑性材料供料口的模板上。模板包括一固定模板和一可动模板。托架与模板的机械连接方式使托架总是处于两模板间的中央位置。型芯于是处于模型型腔的的中心。为了更精确地定心，本发明推荐采用若干型芯稳定器，该型芯稳定器在模塑材料完成对型腔的充填之前立即抽回。注塑材料充分冷却后，模板打开，采用大约＞30-40磅/平方英寸的空气喷吹入该区域，暂时拉开电池瓶的侧壁。这使得电池瓶与型芯分离，并允许拔出臂使用进入模型开口的拔取指抓住瓶的开口端，将其从型芯拔出。无论型芯具有若干特征或者型芯是直的，这种分离都是有用的。正如本领域之技术人员将理解的那样，对于拔出模塑成的制件(在成形瓶的情况下)，拉开塑性材料制件是必要的，这是由于型芯的中心区大于型芯的两端部而形成一种“中凹状态”。最好拔取指伸入至非常接近型芯但并不与型芯接触的位置。

本发明提供一种成形整体电池瓶。此外，由于不需要焊接，较大百分比(高达100％)的再生材料可以利用。本发明可缩短制造瓶所需的时间并降低与制造相关的成本。

对附图的简要说明

现参看附图，其中，在几个图中相同的元件用相同的数字表示：

图1为传统双面造型模装置中定心连杆的平面视图；

图2为本发明之装置的正视图；

图2A为充填材料的型腔的正视示意图；

图2B为充填材料的型腔的平面示意图；

图2C为当喷塑时经受喷射的流道的数学表达图；

图2D为图2A所示型腔的底视图；

图3为本发明之型芯稳定器一实施例的顶视剖面图；

图4为本发明型芯稳定器的正视图；

图5为本发明之拔出臂的透视图；

图5A-5C为图5中被选部的放大图；

图6为本发明之型芯的平面示意图，拔出装置位于一角；

图7为识别公式中所用数学变量的图解说明；

图8为本发明之瓶底部的平面视图，该视图说明过桥的情况；和

图9为图8视图的正视图。

对本发明的详细说明

参看本发明的图1，现有技术之一将认为是一种典型的双面型箱造型法定心连杆。这种连杆使模型装配体12的一部分保持在固定模板14与可动模板16之间的中心位置。运动是由连接臂18和定心臂20以一种已知的方式所产生。

参看图2，双面造型模模板定心原理已经显著改变，使能生产本发明之整体电池瓶。更具体地说，型芯22设置在固定模板24和可动模板26间的中央位置。作为定心模板的替代物，型芯22安装在型芯托架28上，该型芯托架又安装在上述定心臂20的等价物上。型芯可以是直壁，并能生产具有拔模斜角的瓶，该拔模斜角包括从正拔模斜角到负拔模斜角。最好是零拔模斜角，本发明均可制造。另一推荐实施例采用一种型芯，该型芯包括外部特征以生产一种成形电池瓶，其中，瓶纵向中心区的厚度较薄，而至少瓶的纵向开口端的厚度较大。然而，在创建本发明中要克服的并非唯一的困难，就是在模塑技术中从型芯取出制件的问题，其中，制件的一部分包括比型芯上一部分小的内部尺寸，而制件又必须从型芯的这部分通过，这不是一件容易的任务。

型芯22如上所述，设置在模板24和26之间，每一模板最好包括一垫板30、32，垫板上设置热管34、36(用作塑性材料分配装置)和型腔模38、40。当关闭模具装配体后，一与所需制件外形一致的型腔环绕型芯22而形成。在喷射材料之前，模具装配体的底部型腔由截止圈42密封。型芯22最好垂直设置成使瓶的开口端向下。

本发明推荐的材料为一种聚丙烯共聚物。此材料最好通过设置在每一热管34、36上的四个喷注器44流入型腔。四个喷注器44最好设置在模具的每一侧，这是考虑到模具型腔纵向的长度。目前，电池要求模注瓶的长度长达29英寸。采用多个喷注器比在模具一端用一个喷注器，可保证可靠地注塑并降低所需材料的总量。塑性材料是直接供入固定模板上的热管，而经过浇口间接供入可动模板上的热管。塑性材料在各热管中保持注塑温度，然后注射入型腔，该型腔由型腔模38、40、型芯22和截止圈42所形成。型芯栓39从模具型腔壁突出，用以防止注塑时变形，并可在注塑的最后100毫秒，用30-40毫秒的时间抽出。

参看图2A和2D，塑性材料经过固定的一半模板上的A1、A2、A3、A4处注入型腔，从可动的一半模板上的B1、B2、B3、B4处注入型腔。当每一束塑性材料流入模具型腔，起初是以一种不断扩大的圆盘形式。当圆盘例如A2和A3达到圆盘半径等于A2和A3间距离的一半时，圆盘A2的上边与圆盘A3的下边粘合在一起。然后，此两圆盘中的塑性材料越来越向横向扩展直至型腔分型线25。

当塑性材料束A和B在型腔分型线附近彼此接触时，存在着空气袋27如图2A所示，这些空气袋中的空气必须保证排出。空气的排出是由设置在型腔分型线处两半模具间的0.001英寸至0.002英寸的间隙保证的。由于塑性材料流A和B的碰撞并非总是准确地在型腔分型线处，沿分型线在模具的每一侧安装一大约1英寸宽的多孔钢衬垫，于是提供了一2英寸宽的排气区。

塑性材料必须流过的距离如图2B所示。一部分塑性材料沿与型芯轴线成90°的方向直接横向流动，对于这部分塑性材料，其流道长度为： $\frac{L}{2}+\frac{W}{2}$ 然而，另一部分必须相对于型芯轴线以一角度θ运动，直至到达型芯的边缘；然后，沿与型芯轴线成90°的方向运动，到达两半模具间的分型线。这是塑性材料需要的最长流道。如图2C所示，流道长度为： $\frac{{(L^2+P^2)}^{1/2}+W}{2}$ 对于25板的窄系列电池瓶，L＝9.5英寸，W＝6.25英寸。取P＝8.0英寸，结果流道长为9.34英寸。于是对于瓶壁厚度为0.060英寸。流道长度与通道宽度之比为9.34/0.060＝156。这一比值允许聚丙烯共聚物注塑而不需要过大的压力。

正如本领域的技术人员将理解的那样，要精确平衡塑性材料在模具型腔中的喷注，如果不是不可能，也是很困难的。因此，存在型芯一侧的压力大于其它侧压力的情况。在本发明中，这是特别成问题的，因为型芯22仅仅是以其纵向的一端安装在支架28上。型芯22在长度上可能偏移，特别是在瓶的型芯长度为29英寸的情况下，偏移可能足够大，实际上迫使型芯22与型腔模38、40之一的内表面接触。显然，这将严重防碍制造。在型芯22碰撞型腔模38、40的区域、瓶上会生成一个孔。于是瓶被报废，时间被流失。即使型芯22并不接触型腔模的壁，瓶壁仍将是薄到不能令人接受。

本发明包括数个型芯稳定器(参见图3)，其功能在于使型芯22在喷注过程开始时保持其应有位置，然后在喷注过程停止前立即缩回。在推荐实施例中，型芯稳定器在50毫秒内缩回，时帧最好是在喷注过程的最后100毫秒内。完全缩回的型芯稳定器最好与所缩回处的模具型腔壁齐平，于是电池瓶的内外壁是光滑的。型芯22在型芯稳定器抽回后是稳定的(在时帧被识别的过程中)，这是由于塑性材料的体积的缘故，这些塑性材料在模具型腔内环绕型芯22自身已经定位。

直接参看图3和4，本发明的型芯稳定器给予了图解说明。型芯22是由顶视截面图说明的。从此说明中，本领域的技术人员应能理解型芯稳定器的方位。每一型芯稳定器是成对使用的，在相面对的另一侧设置另一稳定器。在图解说明中，示出了整体型芯稳定器装配体。应当理解其它型芯稳定器是相同的。

型芯稳定器62被表述为与模具型腔内表面41齐平。可以理解表面41就是模腔的外表面，而制件的内表面则由型芯表面23所保证。图示表面62的位置是处于抽回的位置。更准确地说，横截面积明显大于杆部s的表面62与内表面41齐平，从而制成光滑的模塑制件。这就是上述在喷注过程最后100毫秒内型芯稳定器所取的位置。本领域的技术人员将理解型芯稳定器60的其它位置，是在使表面62与表面23相接触的位置。型芯稳定器在最后100毫秒之前的整个喷注过程期间都是处于这种位置。

型芯稳定器60由泵入区域64的压力流体操纵，该压力流体推动装配体，于是稳定器60移向型芯22。压力流体的压力压缩弹簧66直至卸荷阀68在喷注过程的最后100毫秒卸去压力。应当说明，图示之稳定器的各种元件可能是单个的机件，但为了装配的目的而分开的。关于单个元件的制造问题，对于本领域的技术人员而言是已知的，不必再说明。只需要指出的重要之处在于，本发明采用液压系统和卸荷阀来驱动型芯稳定器。已经发现液压系统是足够“强”足以避免型芯偏移，这一点在现有技术的稳定器是不可靠的。卸荷阀68最好是额定流量为65GPM(每分钟65加仑)的电磁操纵的导阀控制换向阀。

本发明之型芯稳定器的另一特点在于槽形部杆70，其上具有槽形部。槽形部72/74允许调节被注塑制件的壁厚。本领域的技术人员会理解，本发明之电池瓶的壁厚，借助于改变型芯22的外尺寸，可以获得所希望的不同厚度。由于本发明之电池瓶最好是厚度为0.100英寸或者0.060英寸，可以指望型芯稳定器容易地适合于上述任一尺寸。槽形部杆70保证了迅速方便地调节。

更具体地说，槽形部杆70在垂直于型芯稳定器60的运动方向起作用。槽形部杆70的行程在一推荐实施例中为0.646英寸，但任何情况下相当于向上槽形部中心与向下槽形部中心间的距离，这样，杆的行程使得杆处于槽形部74同型芯稳定器60处于重叠位置，或者使型芯稳定器与槽形部72不处于重叠位置。在本发明的一个实施例中，对齐与不对齐槽形部，可调节型芯稳定器使之向内运动，从0.060英寸至0.100英寸。槽形部杆70最好是用气动操纵。

由阀68’卸除液压后，弹簧66驱动型芯稳定器的端面62退出模具型腔的内表面41。参看图4可知，推荐实施例采用四个弹簧66。

参看图5和图6，另一个困难在于，要喷注模塑整体电池瓶，而这种瓶在开口端具有至少一较厚的壁时，这样，取出制件时需要拉瓶的较厚部。

注塑过程结束后一段短时间里，在通道的塑性材料已经足够硬化至足以从模具中取出。这段时间如能愈短，机器的生产率愈高。推荐在开模之前允许材料冷却大约10秒钟。

当模具打开时，拔出装置(参见图5和图6)伸入模具区，环绕型芯和模塑制件，最好从瓶的封闭端接近制件的外表面。拔出装置最好包括四个臂，每一臂设置在瓶的纵向的每一边或每一角处。臂在纵向每一角的定位是重要的，因为阻止从型芯取出制件的摩擦阻力集中在这些角。因此，在邻近这些角处施加一拔出力，可成功地实现将制件从型芯拔出。每一拔出臂80包括拔取指82，该拔取指是细心制造的，以便能从模塑制件的外表面向中心伸到瓶壁厚度的90％处。拔取指最好从角处在任一方向延伸大约1 1/4英寸长以增加接触表面面积。模塑制件的接触面较大，而拔取指82与型芯22仍保持一安全距离，因此，不会刮伤型芯。

直接参看图5和图6，该图图解说明了本发明的拔出臂80。图5为拔出臂80的透视图，而图6为拔出臂80处于与型芯22在相应位置的平面图。图5A-5C为图5中被选部位的放大图。显然，图6是示意图，其中模具的其它部分没有示出。

参看图5和图5A-5C，拔取指82是在拔出臂80的底部，最好是用四个螺钉86(如图6所示)安装在底脚88上。螺钉86安放在拔取指82的槽84中。因此拔取指82可相对于底脚88在单一直线方向移动。

集中注意拔取指82，最好用青铜制成(其它材料可以接受)，拔取指的“前”部轮廓包括本质上为直角部，于是拔取指82与准备拔取的直角形状相匹配。

擦拭器90设置在拔取指82上。擦拭器最好用毛毡制成，尽管其它软灯芯材料也可以接受。擦拭器90借助于设置在拔取指82上的擦拭器板92安装在拔取指82上。最好擦拭器90也用弹簧加载在拔取指82上的擦拭器板92上，以保证当擦拭器90磨损时仍能与型芯22接触。这一点是重要的，因为擦拭器90在拔取前一模塑制件时，自动施加一种脱模剂例如硅在型芯22上。

擦拭器90是从一未示出的供料源由管92供料。为简化起见，管92可随拔取指82移动，因此需要如图所示的槽95。

拔取指82、擦拭器90和底脚88安装在支架94上，该支架最好是刚性材料。支架94也设有限制器96，该限制器靠在被拔取的制件上，避免拔取指82触及型芯22。限制器96最好用低磨损材料例如超高分子量聚乙烯制成。最后，支架94提供支承装置98以支承管92和下面将说明的拔取指操纵装置。拔取指操纵装置包括轴100，该轴与邻近底脚88的叉102固定连接，轴的另一端与一旋转驱动装置(未示出)连接。任何类型的驱动器(例如电动的、机械的、气动的等等)均可采用。所需旋转角度在180°内，而以拔取指82所需位移量指示。叉102与销104靠接，该销固定连接在拔取指82上，并经过槽106向上延伸，该槽从叉102观察时部分被遮挡。转动轴100，推动相关的叉102和销104向前或向后运动，随即使拔取指82移向型芯22或从型芯离开。拔出臂80是安装在模具型腔之上，于是允许一种装置使用数个拔出臂(推荐为四个)，从开口处伸入模具空间并取出模塑成的制件。

最好将空气喷射至制件每一侧壁和封闭的底部。空气的喷射移动制件并有助于制件从型芯上取出。不幸的是，单有空气喷射并不会使拔取力降低到可以接受的水平。因此，在一推荐实施例中，采用上述擦拭器90。借助于用擦拭器90施加脱模剂，这种脱模剂例如用硅油，可使拔取力从大于2000磅降低至小于1000磅。指出这样一点是重要的：在模塑第一个瓶之前必须在型芯22的四角83涂敷脱模剂。自动涂敷自然会在取出每一模塑制成的瓶时进行。

由于空气喷射，在瓶壁中心部和型芯之间没有剪切力。需要克服的剪切力只是瓶的纵向边85处。在瓶壁与型芯间的力，可参看图7，用下述方法估算/计算。其中：

ε_s＝退模时的材料应变，英寸/英寸

E＝杨式弹性模量，磅/平方英寸

F＝电池瓶单位高度的水平力，磅/英寸

σ_s＝退模时的材料应力，磅/平方英寸

t＝电池瓶壁厚度，英寸对于图7中诸力之平衡式为： $F=\sqrt{2}{\mathrm{\σ}}_s\·t-----\left(1\right)$ 由虎克定律，

      σ_s＝ε_s·E    (2)综合(1)和(2)可得， $F=\sqrt{2}{\mathrm{\ϵ}}_{s\·}E\·t$ 根据对类似模塑的观察，对于聚丙烯共聚物瓶材料，ε_s＝0.008英寸/英寸，E≈150,000磅/平方英寸，因此 $F\≈\sqrt{2}\·0.008\·\mathrm{150,000}\·t,$ 磅/英寸

       ≈1,696.t

对于t＝0.100”，    F≈170磅/英寸

                    t＝0.100

对于t＝0.060”，    F＝102磅/英寸

                    t＝0.060每一英寸瓶的高度方向有四个垂直边，于是在瓶上的力为4.F。

对于0.100”瓶壁     4F≈680磅/英寸

                    t＝0.100”

对于0.060”瓶壁     4F≈408磅/英寸

                          t＝0.060”每一英寸瓶高阻止拔出的摩擦力为：

对于0.100”瓶壁       4μ.F≈680μ，磅/英寸  μ＝摩擦系数

                      t＝0.100”

对于0.060”瓶壁       4μ.F≈408μ，磅/英寸

                      t＝0.060”

推荐材料聚丙烯共聚物与(0.060)钢(近似于型芯的材料)的摩擦系数为0.20。对于瓶的薄部(为示范的目的，在29英寸瓶的26.5英寸处)的拔取力可用上述公式计算。在四个垂直边26.5英寸长的材料从型芯拔出可能需要(408×0.20)×26.5。这表明需要2162磅的拔出力。这一数值并未考虑瓶的厚部高得多的摩擦。因此所需要拔出力的实际磅数将大大超过2162磅。

由于本发明的独特结构和操作，包括上述空气喷吹和脱模剂的使用，拔出力已减小到小于大约1000磅。将摩擦减小到所公开的水平使生产率更高，且更少损坏瓶。

本发明的方法采用本发明之装置以快速有效地制造整体成形(或非成形)电池瓶。

应当指出，用于支撑电池板的“支撑”或“过桥”，可通过在型芯22的封闭端制出成形部而模塑在本发明的电池瓶中。这就减少了电池的制造时间，因此，比现有技术在模塑完成后再安装过桥的方法，成本降低了。在推荐实施例中，模塑在本发明的瓶中的过桥是按图8和9所示布置的。推荐这种布局是由于它允许电池淤渣流动至另一腔，以避免电池淤渣在一腔内的堆积而造成短路，所述电池淤渣主要是从电池板外周边脱落的材料。过桥包括直立部120和更可取地用于增加强度的角板122。本领域的技术人员将认识到，电池淤渣在电池使用寿命中是一个限制因素。因此，在电池短路前，通过提供能容纳更多电池淤渣的过桥，电池使用寿命会得到提高。

尽管已经示出并说明了推荐实施例，只要不超出本发明的精神与范围，可以作各种更改与替换。因此，应当认识到，本发明已通过图解给予了说明，但这并非对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种在模具中注射成形空心模注产品的方法，该模具具有中心型芯、固定模板和可动模板，该方法包括：

绕所述中心型芯关闭所述固定模板和可动模板；

借助于将稳定器从所述固定模板和所述可动模板与所述型芯接触使中心型芯稳定；

所述稳定器包括一杆部和一表面部，所述表面部有选择地与所述中心型芯接触，并且比所述杆部具有更大的横截面积；注射材料进入由所述模板和所述型芯所形成的型腔；和

拔出所述模注产品。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述稳定包括：使一空腔升压，借助于与此空腔接触的稳定器，推动所述稳定器与所述型芯接触。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述稳定还包括所述稳定器从与所述型芯之所述接触释放，所述释放在由所述喷射的最后100毫秒内所设定的时帧内完成。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述固定和可动模板环绕所述中心型芯的关闭，是通过提供一定心器，在所述关闭发生时将所述型芯定心而完成的。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述关闭还包括将由所述固定和可动模板环绕所述型芯所限定的型腔底部封闭。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述喷射工序限定为从所述固定模板和所述可动模板两者喷射材料。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述喷射工序包括排出在由所述可动模板和固定模板环绕型芯所限定的型腔中的空气。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述拔出工序包括：

提供数个拔出臂；

将所述拔出臂伸入模具；

用所述拔出臂夹住所述产品；和

从所述型芯取出所述产品。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述夹住是通过使所述拔出臂的拔取指向所述型芯移动，直至所述拔取指处于所述产品下面的位置，缩回所述拔出臂，将所述产品拉出所述型芯。

10.如权利要求8所述的方法，其中，所述取出产品包括经过所述型芯喷吹一种气体进入所述产品。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述喷吹发生在数个点，并使在产品内迅速形成每平方英寸大约30磅至大约40磅的压力。

12.如权利要求9所述的方法，其中，所述拔取指的运动包括驱动设置在一轴上的叉，并推动所述拔取指向所述型芯运动。

13.如权利要求1所述的方法，其中，所述拔出工序还包括在从所述型芯取出所述产品的同时，对所述型芯施加脱模剂。

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