CN1213608A - 具有压力传感器的喷射针 - Google Patents

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Abstract

一种具有压力传感器的喷射针。所述喷射针具有一个挤出注塑工件的针杆以及一个平滑地套住该针杆的套筒。所述针杆的端部通过引导部分端部的开口面对所述型腔。由套筒部分下端部的台阶部分限定一个腔室。在腔室内装有位于针杆基部的断面为U形的应变形成部分。在应变形成部分的横梁的下表面上附着一个应变传感器。当树脂的压力施加在针杆的端部上,施加在针杆上的向下的载荷使横梁向下弯曲。

Description

具有压力传感器 的喷射针
本发明涉及一种能够检测注塑模腔室中填充的树脂的压力的具有一压力传感器的喷射针。
图6为一放大了的用于常规注塑工具的金属注塑模的剖视图。该金属模是这样构成的，它包括直接检测腔室110中的压力的负载单元111以及一个与喷射针12相接触但与之分开的压力盒113，该喷射针112将注塑工件挤出该腔室113。通过在金属注塑模中切削特殊的孔或套筒安装上述压力盒111和113。
在图6所示的注塑工具中，若不对金属注塑模进行机加工就无法安装大的压力盒111和113。一些金属注塑模由于无法进行机加工而无法安装。进一步说，由于注塑模机加工费用、机加工劳动力和压力盒自身的费用十分昂贵，使得该结构难以被接受并得到广泛应用。
为了解决上述问题，本申请提出了一种具有新颖的压力传感器的喷射针，其中喷射针和压力传感器组成一体，而不是用一个喷射针和压力盒来检测空腔的压力。在图7所示的具有一个压力传感器的喷射针200中，在喷射针200的底端牢固地安装有具有U形断面的应变形成部分201。在应变形成部分201的底表面上附着有一个压力传感器(未示出)。应变形成部分201容纳在壳体202中。
当将金属注塑模的型腔中的压力加到喷射针200的端部时，在喷射针200上产生对应于端部压力接收面积的载荷。传感器检测到由于上述载荷导致的应变形成部分201的变形。参照预先准备的反映传感器输出与型腔内压力之间关系的数据，在传感器输出值的基础上检测型腔中的压力。
在上述具有压力传感器的喷射针中，压力传感器与喷射针的后端连为一体，从而有望省略为了安装压力传感器而对金属注塑模进行机加工的步骤。
为了使用喷射针，要根据具体情况恰当地设置喷射针的数量和粗细，这些情况包括金属注塑模的结构、喷射针推顶注塑注塑工件的位置。通常，当要安装较多数量的喷射针时，其直径相对就小。当要安装较少数量的喷射针时，其直径相对就大。此外，当由于喷射针推顶注塑工件的位置不同而导致需要较大的力才能从金属注塑模中剥离出来时，需要粗的喷射针。当需要较小的力剥离时使用细的喷射针。
然而，本发明提出的具有压力传感器的喷射针利用该喷射针的整个端部表面充当了压力接收表面。即使金属注塑模的压力相同，但压力接收面积取决于喷射针的直径，这就影响了施加在喷射针上的载荷。即使型腔中的压力相同，由于在上述各种条件下对喷射针粗细的改变，上述压力传感器的输出也发生变化。因此，必须对传感器的输出进行修正以使其与反映型腔中压力与传感器输出之间关系的数据相一致。表1表示了喷射针的喷射针直径(直径)，型腔中的压力(型腔中的树脂压力)和施加在喷射针上的载荷之间的对应关系。表1
                                腔内压力(kgf/cm2)
针杆直径 面积cm2     500     600     700     800     900     1000
    1φ 0.0079     3.93     4.71     5.50     6.28     7.07     7.85
    2φ 0.0314     15.70     18.84     21.98     26.12     28.26     31.40
    3φ 0.0707     35.33     42.39     49.46     56.52     63.59     70.65
    4φ 0.1256     62.80     75.36     87.92     100.48     113.04     125.60
    5φ 0.1962     98.10     117.72     137.34     156.96     176.58     196.20
    6φ 0.2826     141.30     169.56     197.82     226.08     254.34     282.60
例如，如表1所示，当金属注塑模中的压力为500kgf/cm2时，在1mmf喷射针上的载荷是3.93kgf，而在6mmf喷射针上的载荷是141.30kgf。由于即使在同样的模具压力下传感器输出也会随喷射针的直径变化，所以需要对其进行修正。如上所述，本发明提出的上述具有压力传感器的喷射针可以解决上述存在已久的问题。然而，这种类型的喷射针需要在对应于喷射针直径的系数的基础上对上述传感器输出进行数学处理。考虑到由于喷射针直径(不同的压力接收区域)不同导致的载荷的差异，所以对每一直径的喷射针，要设计其应变形成部分。然而，这样的处理导致了制造成本的增加。当大直径的喷射针产生大的载荷，应变形成部分变大，这就超出了适当设计的允许范围。结果，这样的喷射针就不够实用。
为克服各种释放阻力而不对注塑的工件施加压力，有必要使用大直径的喷射针。对上述具有压力传感器的喷射针来说，具有一个大的直径是很困难的。因而，具有压力传感器的喷射针仅仅安置在另一个不需要喷射针的地方当缓释针用而仅起到压力传感器的作用。
本发明旨在解决上述问题。本发明的目的是提供一个具有压力传感器的喷射针，即使在其直径不同时，它也具有固定的压力接收面积(或载荷)，从而该传感器输出不经过任何改变就可以被使用，同时不需要根据压力接收面积作设计改变。
根据本发明，在具有压力传感器的喷射针中，将树脂注入到形成在阴模和阳模之间的型腔中，阴模和阳模构成一个注塑模，对注塑工件进行注塑，当阳模和阴模相对分开时用喷射针的底部推顶该注塑工件，该喷射针包括一个针杆，注入的树脂的压力就施加在其上；固定在该针杆基部的压力传感装置，用于检测施加在该针杆上的压力，以及一个容纳上述针杆和上述压力传感部分的套筒部分。
在本发明的喷射针中，该压力传感部分包括固定在该针杆基部并且由于施加在该针杆的载荷而产生弹性变形的应变形成部分以及用于检测发生在该应变形成部分的变形的传感器。
此外，在本发明的喷射针中，套筒部分包括一个引导部分，用于轴向平滑地引导上述顶部，上述针杆的端部具有一个面对上述腔体的开口，以及一个用于容纳上述应变形成部分的容纳室。
在本发明的喷射针中，针杆的端部与套筒中的引导部分的端部齐平。
通过下面以实例方式结合描述本发明最佳实施例的附图进行的说明，将使本发明上述的及其它目的、特征和优点变得更加明显。
图1是根据本发明第一实施例的注塑模的剖视图；
图2是根据本发明第一实施例的喷射针的剖视图；
图3是根据本发明第一实施例的喷射针基部的放大剖视图；
图4是根据本发明第一实施例中移去底盖的喷射针的基部顶视图；
图5是根据本发明第一实施例的不同外径的喷射针的剖视图；
图6是普通注塑模的剖视图；
图7是前面提出的具有压力传感器的喷射针的剖视图和平面图。
现在结合附图1至5具体介绍本发明的一个实施例。图1是描述注塑模B的剖视图。上述注塑模B包括一个与注塑模的固定端夹具相连的固定端安装板10和一个与上述注塑模具有可动端夹具相连的可动端安装板11。带有阴模腔12a的固定端模板12与固定端安装板10相连。带有阳模型芯的可动端模板13通过接收板14和垫片填块15与可动端安装板相连。
注塑模B可以分成固定端模板12和可动端模板13。随着注塑工具夹具的移动，可动端模板13相对于固定端模板12运动。通过这样的操作打开和关闭上述的固定端模板12和可动端模板13。在固定端模板12上装有一个导筒19。在可动端模板上装有一个导柱18。在打开和关闭操作中，通过导筒19和导柱18引导固定端模板12和可动端模板13。当固定端模板12和可动端模板13关闭时，型腔12a与型芯13恰好吻合。
在固定端安装板10上装有注口16和定位环17，注口16用作将熔化的树脂通过模具的圆柱形注口注入到注塑模B内的通道，当注塑模B与其圆柱形注口相连时定位环17用作定位装置。
在可动端安装板11的侧面装有顶板21。用于在注塑模B的打开位置将注塑工件顶离型芯13的具有压力传感器的喷射针24(以下称喷射针)装在顶板21上。回复针22装在顶板21上，以便当注塑模B关闭顶回喷射针24时将顶板21顶回到预定的位置。
如图2所示，喷射针24包括用末端将注塑工件顶出的断面为圆形的针杆25以及平滑地包住针杆25的套筒26。套筒26的外径基本一致。在套筒部分26中，其上半部分的内径与下半部分的内径不同。套筒26的上半部分与针杆的引导部分27相对应。在引导部分27中，其内径与针杆的外径基本相等。上述引导部分27在轴向上平滑地引导上述针杆25。针杆25的端部透过引导部分27端部的开口28与腔体12a相对。针杆25的底表面与引导部分27的底表面齐平。套筒部分26的下半部分内径大于针杆25的外径。如图3和4所示，在孔腔30的后端部形成一个台阶29。孔腔30的内径大于套筒部分26的下半部分内径。一个圆盖将孔腔30的底表面盖住。固定在针杆25基部的压力检测装置32安装在孔腔30中。压力检测装置32对施加在针杆25的端部的压力进行检测。如图3和4所示，上述压力检测装置32包括一个固定在针杆25基部的应变形成部分33和一个附着在该应变形成部分33上的作压力传感器用的应变传感器34。具有近似U形断面的应变形成部分33具有一对支脚35和35以及一个连接一对支脚35和35的横梁36。应变形成部分33和与盖子31的内表面和孔腔30的垂直表面直接触而与横梁36分开。针杆25的基部紧紧固定在横梁36的上表面的中心上。上述应变形成部分33的横梁36由于施加在针杆25上的载荷而发生形变。上述支脚35和35承受上述载荷。上述应变形成部分33完全由其强度具有必要安全系数的材料制成。
如图3和4所示，应变传感器34装在横梁36下表面的中央。应变传感器34最好为一个用于检测横梁弹性形变的传感器。例如，可以使用丝电阻应变片作为上述应变传感器，它在电压变化时发生电阻丝的弹性形变。通过形成在台阶29或盖子31上的孔将导线(未示出)从应变传感器34中引出。在模具的外面装有信号处理装置(未示出)。该信号处理装置具有反映应变传感器34的输出与腔体内的压力之间关系的数据。该信号处理装置接收来自应变传感器34的信号，并输出腔体的压力。这里，以实例形式给出上述结构的各种位置的尺寸。针杆25的外径是1.5mm到2mm，如果必要还可以更大。应变形成部分33的纵向尺寸为3mm到4mm。
套筒部分26的引导部分27的外径是4mm到20mm。台阶29的外径大于7mm或是上述引导部分27的外径的1.5倍。
下面，介绍上述结构的功能。在将树脂注入到注塑模B内的步骤中，当将熔化的树脂注入到型腔12a内时，树脂的压力施加到喷射针24的端部。在喷射针24中，只有在喷射针24区域内的针杆25的端部表面才能作为用于压力检测的压力接收区域。就是说，套筒部分26的端部圆周表面对压力检测并不起作用。当树脂压力施加到针杆25的端部，同时一个较低的载荷施加给针杆25，针杆25压下应变形成部分25的横梁36。当载荷加到由支脚35和35支撑的横梁36的上表面中部附近的时候，横梁36发生弯曲，应变传感器34产生与应变大小相对应的信号。信号处理装置接收来自应变传感器34的输出，并根据弯曲力矩的公式确定载荷，于是计算出腔体内的压力。
在完成了模制步骤后，经过一段冷却时间，将注塑工件从金属模具中挤出。在这种情况下，喷射针24的这个端部表面的区域都用于推动注塑工件。就是说，推动针杆25和套筒部分26齐平接触到注塑工件，从而提供必要的挤压力。
如上所述，在该实施例的喷射针24中，针杆25装在套筒26的内部，而压力检测装置32仅检测施加在针杆25上的载荷。因而，喷射针24的挤压力由套筒26的端部面积和针杆25的端部面积之和确定。这样，通过使用粗细均匀的针杆25可以在固定条件下进行压力检测。
通过分别配备多种不同外径的套筒26，并选择具有包括针杆25粗细在内均匀内部结构的喷射针，不管其外观的差别，可以在考虑模具结构、喷射针推动注塑工件的位置以及注塑工件的结构和尺寸要求的基础上任意设定喷射针的粗细。例如，如图5所示的喷射针40的套筒46比图2所示的喷射针24粗。外径大于图2所示喷射针24的喷射针40的整个外径产生较大的推动力。但是，如果型腔中的压力相同，则施加到针杆25的载荷与施加到图2所示喷射针24上的载荷相同。和图2所示喷射针方式相似，可以无需任何修正处理所得的信号。
如上所述，根据上述实施例，即使通过选择不同外径的套筒使得喷射针的整个外径发生变化，压力接收面积也是恒定的。不需要进行修正就可以使用传感器的输出。不需要根据接收压力面积(载荷)改变压力检测装置的结构。
此外，在根据本发明的具有压力传感器的喷射针24中，由于喷射针24的主体与应变传感器34是一体的，所以不需要对金属模具进行特殊的机加工。使用喷射针24取代传统的喷射针可以简便地增加测量的数目。这种特征使得可以准确测出金属模具中的压力周期的波形图。
根据本发明，可以将压电传感器用作上述传感器。压电传感器通常具有如下结构，它由两层钼硫化物形成用作半导体材料，上层电极和下层电极夹入上述两层中，用绝缘材料，如聚酰亚胺，封装上述两层和两个电极，将端子引出两个电极。在这种情况下，针杆的底端接收载荷的上述压力检测装置推动装在孔腔30中的压电传感器从而产生信号。套筒部分26的端部和导入套筒26的针杆25的端部与上述实例中的相同。
根据本发明的具有压力传感器的喷射针，它包括针杆，腔体内的压力就施加在其上，与针杆的后端装在一起的压力检测装置，用于检测施加在针杆上的压力，以及套住该针杆和压力检测装置的套筒部分。于是，可以得到下面的效果：
即使由于改变套筒的外径而改变了喷射针的直径，但压力接收面积是保持不变的，这样，不需要修正就可以使用传感器的输出。这种结构省略了根据压力接收面积(载荷)而进行的设计改变，因而，可以显著减少过去因增加不同直径的喷射针所耗费的工时。
不需要进行机加工就可以安装压力传感器，这节约了成本。
由于作为金属模具一部分的喷射针本身具有压力传感器的功能，所以安装简便且减少了零件数目。
通过检测型腔内的压力，可以设定适合的注塑条件。
通过显示测量到的腔内压力，可以得到压力波形曲线。通过对波形曲线的分析可以检查门封时间是否适当，通过检查压力曲线可以设置注塑条件。
通过在型腔中布置多个本发明的喷射针，可以进行流体分析。
由于喷射针本身用作一个压力传感器，所以在注塑过程中可以方便地检测到喷射针的失效。
由于能够在未经机加工的金属模具中装入压力传感器，使金属的强度得以保持。
由于可以检测到型腔内的压力，通过适当控制注塑压力可以避免模具的破裂。
由于可以将压力传感器安装在型腔中的许多位置，在腔体压力的基础上可以检查注入到型腔中的树脂。
上面是对本发明的原理进行的示例性描述。此外，由于对本领域普通技术人员来说，还可以有多种修改和变化形式，本发明并不局限于本文具体描述和表示的结构，因而所有本发明的适当的变形和等同物都将被认为是落入了所提出的权利要求及其等同物所限定的本发明的范围之内。

Claims (4)

1．一种具有压力传感器的喷射针，其特征在于，将树脂注入到形成在阴模和阳模之间的型腔中，所述阴模和所述阳模构成一个注塑模，用于对注塑工件进行注塑，当所述阴模和所述阳模彼此分开时用所述喷射针的端部将所述注塑工件挤出；所述喷射针包括：
针杆，注入的树脂的压力施加在其上；
固定在所述针杆基部的压力传感装置，用于检测施加在所述针杆上的压力；以及
套住所述针杆和所述压力传感装置的套筒部分。
2．如权利要求1所述的喷射针，其特征在于，所述压力传感装置包括一个固定在所述针杆基部并由于施加在所述针杆上的载荷而产生弹性形变的应变形成部分，和一个用于检测发生在所述应变形成部分的形变的传感器。
3．如权利要求2所述的喷射针，其特征在于，所述套筒部分包括一个引导部分，以及一个用于容纳所述应变形成部分的腔室，所说引导部分用于沿轴向平滑地引导所述针杆，所述针杆的端部具有一个面对所述型腔的开口。
4．如权利要求3所述的喷射针，其特征在于，所述针杆的端部与所述套筒部分内的所述引导部分的端部基本齐平。
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