CN1891433B - 使用直接型芯热控制用于注射模制的方法与设备 - Google Patents

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Abstract

使用在位于型芯内部的封闭通道中循环热控制流体的眼镜片直接注射模制的设备构造与相关方法。该通道由一个无泄漏阀封闭。调节基体设置一个配对的无泄漏阀。在打开阀以允许热循环流体进入型芯之前该阀密封整个工作距离L。该型芯能容易地改变或用垫片调整而不泄漏同时不须改变型芯的结构。

Description

使用直接型芯热控制用于注射模制的方法与设备
技术领域
本发明涉及用于快速更换设置有内加热/冷却通道的不同形状型芯的的方法与设备。
背景技术
已知用于塑料注射模制的多种直接和间接的温度控制系统，该注射模制本质上是一种热动力循环过程。当使用与玻璃相反的金属型芯时，通常需要由在型芯一部分内循环的流体的直接温度控制。典型地，这些循环通道与位于型芯以下或侧面的附加通道沟通。密封这些通道是很重要的，因为任何进入模腔中的流体渗入物将妨碍合格镜片的生产。
美国专利6290882表示图1中的部分构成的型芯内的流体循环通道27的上部。这些通道终止于敞开端接孔中，这些孔可能用O型圈对各型芯支承板中对应的孔密封，如图5所示。由于本专利涉及热动力控制，就没有如何将型芯固定在适当位置，或者如何能使个别的型芯用到不同厚度的模具零件的指南。
美国专利4664854表示图1中的对模具5的优选电加热元件50及对模具3的水循环加热器30。为了保持通道对准，将可动的框架部分B夹紧在模具3的肩部的上面。这样一种构形使之难以交换模具型芯因为在拆开之前设备必需冷却。此外，由于型芯依赖于分模线、冷却通道与锁紧肩部之间的固定距离，一个型芯不可能是调节到模压不同厚度的镜片的高度。
以下三项参考资料，美国专利5783233、美国专利5792392和美国专利6156242均表示单圈循环通道，该通道使用输入和输出侧上的0型圈密封到型芯支承板中的对应开口上。
以下两项参考资料，美国专利5783233与美国专利5792492二者表示螺旋圈循环通道，它具有最里圈的O型圈里面和最外圈的另一O型圈外面。
因而它将有可能提供直接热控制同时保持模具的洁净度以及便于型芯交换的能力。
发明内容
本发明涉及使用一种设备构造及相关方法，其利用对型芯温度的直接热控制实施眼镜片注射模制工序。
本发明的一个目的是简化具有经过其流动的热控制流体的型芯的交换。
本发明的另一个目的是在型芯安装与拆卸过程中保持模具洁净度。
还是本发明的另一目的是使直接热控制系统中的型芯高度的调整流线化。
本发明的另一目的是使用金属型芯并改进将开放的通道密封到位于下面的支承表面。
本发明的另一目的是在注射模制过程中通过提供较好的热控制在镜片制造中提供较高的效率和提高的生产率。
通过初始在型芯提供一个阀以进入位于型芯内的通道，在首先为保持部分形成的型芯的表面免受在型芯内流动的热控制流体的影响的方法实现根据本发明的这些与其它有关的目的。然后将型芯安装到设置热流体源的注射模塑机中。在安装过程，阀是打开的以使该源能与通道沟通。
该型芯包括对着分开形成的表面的支承表面，同时阀安装在该支承表面中。一个短销在轴向从支承表面向外延伸。该阀，平行于短销，从支承表面轴向向外延伸。注射模塑机包括一个支撑插入体并接纳短销与阀的调节基体。垫片可以有选择地置于支承表面与有支座的柱之间。该垫片包括孔以容纳短销和阀。
安装步骤包括将型芯轴向滑动到注射模塑机的一个接受器中。安装步骤还包括将型芯滑动一轴向距离以使短销与抓取装置进入结合区域。该抓取装置是一个径向向内延伸以结合短销的直线致动的抓取装置。打开步骤出现在大于垫片厚度的轴向位移的整个范围上。
该方法还包括将型芯抽出注射模塑机，以及在抽出过程中关闭阀的步骤。该阀通常偏置在关闭位置。注射模塑机包括一个无泄漏配时阀。同时所述打开步骤包括使阀与无泄漏配对阀接触。该打开步骤包括仅在阀与无泄漏配对阀之间形成密封连接之后能使源与通道沟通。
提供步骤包括在型芯上半部内形成一通道，在型芯的底半部安装一个阀并将两个半部结合在一起以产生型芯。该型芯的两个半部由金属制成并由电子束焊接在一起。另一选择是，型芯设置两个阀。这导致在安装过程中打开该两个阀，因此仅在两个阀与其注射模塑机上各自的配对阀之间形成密封连接后源与通道沟通。
根据本发明的第二实施例，有一个调节型芯的分开形成的表面相对于注射模制分模线的位置的方法，它包括初始提供型芯组件的步骤，该型芯组件包括具有经过其为循环热控制流体的内通道以及一个在整个距离L上可以被打开的无泄漏阀。然后通过用垫片调节型芯相对于注射模塑机支承表面的位置调节型芯的位置。这样，小于L的距离调节可以不改变阀来实施，因此一个型芯组件可以在相对于注射模塑机分模线的多个位置使用。
型芯设置一个被注射模塑机上的抓取装置结合的短销。调节步骤包括选择具有足以对准抓取装置的长度L的短销。短销到其结合部分的长度是垫片高度X与从支承表面到抓取装置的距离Y的和。短销长度被增加一个等于添加的垫片高度X的量。
调节步骤包括将型芯轴向地移入接纳器，不使用螺纹螺栓将型芯引入到位。距离L包括平行于接纳器中心轴线延伸的距离。这就允许用单的型芯组件模制类似曲率与不同厚度的镜片。该镜片包括具有变化的厚度的成品和半成品镜片。
此处描述的改进允许使用具有金属分开形成的表面的单一型芯组件以及其中要使用的热控制流体循环以模制类似曲率和不同厚度的镜片。该型芯组件具有当轴向抽出型芯组件超过阀的工作距离L时由无泄漏阀密封的通道。
在本发明的一个设备实施例中，提供了一种注射模塑机，它具有为在分开形成的型芯内循环热流体的热流体源，该型芯包括设置内通道的型芯，一个具有为型芯的支承表面的调节基体，以及一个在通道与独立于支承表面形成的热流体源之间的密封件。
型芯包括一个位于通道口的通常关闭的阀。一个阀可以位于通道的入口而第二阀位于通道的出口，也就是在该点处内通道进入和引出型芯。相应数目的配对阀置于调节基体内。在打开之前该阀配对并密封。在型芯接触支承表面之前阀密封。当型芯接触支承表面之前阀密封。当型芯趋近于支承表面时阀密封。阀密封作为型芯向着调节基体轴向行进的函数。不同厚度的一个或多个垫片置于型芯与支承表面之间。由于阀可以配对，在整个工作范围L上密封并打开，所以它们能够容易地起到就像垫片的功能，即将型芯与调节基体分开并防止其间的接触。
金属分开形成的型芯由一个型芯上半部构成，该上半部具有其在底表面上机械加工的暂时打开的通道。该型芯上半部设置孔以放置无泄漏阀(在某些例子中是两个无泄漏阀)、短销和热电偶。调节基体构造成以提供相应的装置，即，配对的无泄漏阀(在某些例子中是两个配对的无泄漏阀)、短销抓取装置和连接到过程控制器的热电偶。
注射模塑机设置通过调节基体连接到配对无泄漏阀的热流体控制贮存箱。在两个阀的情况中，还设置通过调节本体的返回通路。过程控制器监腔流体贮存箱的温度和输送泵以保持型芯表面处于基于由输入单元58提供的过程参数的特定温定。尽管短销的长度可以要求调节到以用垫片调节型芯的高度，但是调节基体、阀和型芯可以用于不同的垫片调节高度无需附加的调节。此轴向容差是有助于保持在多吨夹紧的变化的轴向力下热流体密封的相同特征。
附图说明
当考虑现在将结合附图详细描述的说明性实施例时本发明的优点、本质和各种附加的特征将充份显现。在附图中，贯穿各图相同的标号表示类似的元件：
图1是说明穿过可拆卸的用于其模压表面热控制的型芯的循环回路实施例的示意视图。
图2是当转换到不同定位的型芯时比较说明建立回路的工作范围的示意视图。
具体实施方式
本发明涉及由热塑性塑料注射模制眼镜片的制造。作为一个非限制性例子，可以使用聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。通常，与注射挤压注射模制相比这些改进涉及到直接注射模制。本发明可以用于制造“成品的”镜片，其中前和后两侧均为最终的曲率。可以制成凸和凹的两种镜片。典型地，最终的镜片具有1.15毫米的最小中心厚度。
此处公开的改进也可用于制造“半成品”镜片，其中前侧具有最终的曲率而背面尚未完成。随后磨光背表面以达到要求的镜片厚度。为了包容镜片厚度变化的宽的范围，半成品的镜片被制成不同厚度，从8毫米中心厚度变化到11毫米。然后实验室将选择最薄的镜片，从该最薄的镜片可以变成要求的厚度。此选择过程，有助于限制需要磨去的，即去除的，镜片材料的量。当注射模制一系列这种“半成品”镜片时，可能希望使用相同的型芯以模压具有同样曲率但具有不同厚度的许多镜片。
使用要求间接或直接热控制的玻璃型芯或金属型芯模压这些镜片。玻璃型芯会断裂并磨损。间接热控制包括经过在接纳器，或模压机械的其它部分，中形成的通道循环热流体，尽可能靠近型芯。直接热控制包括经过在型芯中形成的通道循环热流体。所有的热控制系统本质上具有流体泄漏或渗漏的危险。当使用油作为热控制流体时要出现模具洁净度的特殊问题。当间接通道移得更靠近型芯时就恶化该问题。当循环油经过型芯时使用O型圈或其它密封件以产生在型芯转换时要断裂的暂时密封。这些密封件通常位于受到注射模塑机的多吨夹紧与松开力的界面处。此外，这些界面不允许型芯位置的高度调节，由于它们必须保持达到适当的密封。
下面参图1描述申请人的直接热控制系统。如上所述，直接热控制包括分开形成的型芯内的循环流体。直接热控制允许使用具有机加工的内通道22的金属型芯20。更具体地，型芯20由两个分开的部分形成，型芯上半部20a和型芯底半部20c，在两个半部的加工完成之后沿结合面20b将它们合在一起。型芯上半部20a具有在其一侧的光学的、分开形成的表面20d，同时在其相对的一侧上形成(暂时的)开放通道20e  。形成型芯底半部20c以接纳一或二个阀及短销。例如，可以用不锈钢制造型芯的两个半部，然后通过电子束焊接将它们结合。可选择地，分开形成的表面20d可以是有涂层的以增加耐久性和润滑性，例如，可以通过真空镀膜施加氮化钛。改善的润滑性允许在腔内的塑料的更好的流动并有助于减少结合线的出现。
型芯20装入塑料注射模塑机的接纳器14中并支撑在调节基体12上。为清楚起见虽然未表示，但调节基体12是一个由增强的螺纹连接件结合到一起的两件的组件，该螺纹连接件能够耐受注射模塑机的数吨的夹紧力。调节基体的下部可以转动以便在接纳器内轴向地移动上部。根据本发明，调节基体12已经被修改以提供为接纳一或几个阀30、短销24和热电偶54的开口。重要的是，型芯直接座落在调节本体12上，同时夹紧力接受平面接触区域完全与流体通道连接件和密封件隔离。这样，就可能有选择地在型芯20与调节基体12之间增加薄垫片28。薄垫片的添加不影响流体通道连接件密封件的隔离。
型芯装有将延伸到安装在注射模塑机上的抓取装置26的结合范围中的合适的短销。在安装过程中，型芯阀30被与配对的无泄漏阀40的相互作用打开。如图中示意表示的，各个阀的每一个包含偏置到关闭位置的门。阀体配对成阴--阳构形，该构形可以包括一个在其间的柔性密封件32，诸如O型圈。由于两个阀初始被彼此推在一起，因此在门保持关闭时阀体构成一密封件。彼此相向进一步行进，导致两个门打开，通过相互接触它均匀地克服作用在每个门上的偏置(关闭)力。一旦门被打开，来自贮存箱50的热控制流体可以经过一个固定的或可变化的输送泵52流动，经特别修改的调节基体12，经过配对阀进入通道22。型芯的完全相反的一侧可包括类似的阀装置以允许热控制流体返回到贮存箱50。
可以用一个热电偶54监控热流体的循环，设置该热电偶以测量刚好在分开形成的表面20d以下的温度。过程控制器56对比测量的温度与来自输入装置58的设定温度。输入可以包括存储在数据库中的设定值，同时操作者根据因素如：特别是，要使用的聚合物类型、要制造的镜片形状与厚度、特殊的温度分布，从矩阵变换电路(或真值表)选择参数的一组。在简化的概况中，控制器56控制贮存箱50的温度监测器/加热器60以及泵速度50以保持表面温度20d处于预设定水平。
图2表示在左侧的型芯装置构形A，其中型芯直接座落在调节基体12上。在图的中央表示的模具分模线、调节基体12和抓取装置26作为对图的左和右的两边的公开参照点。在右边的另一型芯装置的构形B表示放置在薄垫片28的顶面的型芯，该垫片转而直接座落在调节基体12上。薄垫片28具有可能在几毫米范围的厚度X。左边的短销具有长度Y。考虑到添加的薄垫片的厚度右边短销具有长度Y+X同时延伸到相同的点以结合抓取装置26。图的远左侧和远右侧表示阀30的公共“工作区域”此工作区域限定一个轴向范围，在整个该范围上阀可以被密封和打开。工作区域的轴向范围大于所示薄垫片的几倍。因此，型芯可以通过薄垫片调节高度，而不影响阀的密封与打开的操作。
型芯高度的调节对在目标厚度模压镜片以及能够在不同厚度模压相同形状的镜片是重要的。因而，快速更换型芯的能力，或拆除型芯以用垫片调节对于最小化设备的停机时间是关键的。另一方面，一旦设备正确地构造，对于，例如，在减少循环时间中提供生产效率是关键。此外，热控制允许使用低维修的金属型芯。当拆除型芯时先前技术的热控制系统导致开放的流体通道。在重新开始模压操作之前必须完全清除滴入接纳器中的油。
根据本发明，通过首先从短销松开抓取装置可以容易且洁净地拆除型芯。然后可使用一个真空工具以吸附在分开形成的表面20d上，并简单地将型芯组件20抽出接纳器14。此抽出的动作将沿轴线方向16发生。在抽拉初始阶段的过程中，门将彼此移离进入关闭位置，同时阀体保持彼此密封。当抽拉继续时，该阀体将变成脱开的，但仅仅在热控制流体在每个阀后面安全地密封之后。可以预热(和用薄垫片预调节)新的型芯准备安装。当轴向插入阀体密封件时，门打开同时型芯置于与(薄垫片和)调节基体接触。一旦抓取该短销，模压可以重新开始。
功能上，本发明的热控制系统不妨碍型芯用垫片调节或转换程序，例如SMED系统。上述抓取装置根据存在垫片和厚度在不同高度将型芯有效地夹紧到调节基体上。图1表示沿线16通过调节基体12存在型芯的直接轴向支撑。在使用薄垫片的例子中也设置相同的支承。于是由夹紧板沿线16支撑调节基体。注射模塑机的数吨夹紧力指向轴线方向16。所以根据本发明的设备就像不具有热流体控制系统的机械一样对型芯提供相同的支承。此外，阀30对配对阀40的密封将在阳与阴阀体之间形成一个同心的环。例如，在阴阀体内，在本例中，可能提供一个O型环或其它适合的密封装置。一旦将阳阀体插入在O型环32以上，将保持密封，不考虑型芯的，例如在多吨夹紧力加载与卸载过程中可能出现的，任何轴向运动。
导致本发明的特定装置部件的一个实施例如下。在分开形成的型芯内具有为循环热流体的热流体源的注射模塑机包括设置内通道的一个型芯、一个具有插件的支撑表面的一个调节基体，以及一个独立于支撑表面形成通道与热流体源之间的密封件。阳阀与配对的阴阀的位置是示例性的。不偏离本发明的精神可以使用无泄漏阀的其它型式与结构。该阀可以在其它平面中密封，用不是O型环的，和用其它装置。例如，可以设置其中包括两个并排着或同心通路的一组阀，起通道入口与出口二者的作用。关键特征是该密封件在整个范围上起作用同时该密封独立于支承表面，即型芯的底和调节基体的顶面，而形成。
型芯包括处在通道口的通常关闭的阀。一个阀可能位于通道入口而第二个阀则位于通道出口，即在该处内通道进入并引出型芯的点。将对应数目的配对阀置入调节基体内。在打开之前阀配对并密封。在型芯接触支承表面之前该阀密封。该阀在型芯接近支承表面时密封。阀密封是型芯向调节基体轴向行进的函数。不同厚度的一或多块薄垫片可以置于型芯的支承表面之间。由于阀在整个工作范围可以配对、密封和打开，它们就像薄垫片一样容易地起作用将型芯与调节基体分开并防止其间的接触。
金属分开形成的型芯由一型芯上半部构成，该上半部具有加工在其底表面上的暂时开放的通道。该型芯上半部设置孔用以放置一个无泄漏阀(在某些例子中是两个无泄漏阀)、短销和热电偶。调节基体构成为设置相应的装置，即，一个配对的无泄漏(在某些例子中是两个配对的阀)、一个短销抓取装置，和一个连接到过程控制器的热电偶，薄垫片在其中形成的多个孔以容纳阀、短销和热电偶。该孔不影响薄垫片的支撑功能。
注射模塑机设置通过调节基体连接到无泄漏阀热流体控制贮存箱。在两个阀的例子中，还设置通过调节基体的返回通路。过程控制器监控流体贮存箱的温度和输送泵以便根据由输入单元58提供的过程参数保持型芯表面在一个特定的温度。尽管短销长度可以需要调节以用垫片调节型芯的高度，但是调节基体、阀和型芯可用于不同的垫片调节高度而没有附加的调节。此轴向容差是有助于保持在多吨夹紧的变化的轴向力下热流体密封的相同特征。
此处描述的方法与设备对于用边缘加门的模具模压眼镜片是有用的。热控制系统可以用于加热或冷却型芯。冷却的一个例子是所谓的隔热模压工艺，在该工艺中使用循环冷却剂以保持分开形成的表面在热塑性模压材料的玻璃态转变温度Tg以下。通常使用隔热模压工艺以降低循环时间并改善设备的生产效率。
另外，根据所谓的非绝热模压工艺，热控制系统可以用于在单一模压循环中加热和冷却。模具型芯首先被加热以便通过过早冻结减少对流动的熔化阻力，改善腔的充填和减少结线的出现。一旦基本上填充腔，该热控制系统转换到冷却模具以便快速固化零件。
已经描述了用于分开形成的型芯(该型芯试图说明并不限于)的直接热控制的方法与设备的优选实施例，但要注意根据上述指南技术人员可以进行修改和变化。因此应该理解在公开的本发明的特殊实施例中可以进行改变，这些均处于由所附权利要求概括的本发明的范围与精神以内。因此已经详细描述了本发明以及由专利法要求的特殊性，在所附权利要求陈述由许可证专利提出的权利要求与希望的保护。

Claims (28)

1.一种保护可交换的光学型芯(20)的分开形成的表面(20d)不受在型芯内流动的热控制流体影响的方法，包括以下步骤；
在型芯(20)上提供一个通常关闭的阀(30)以进入光学型芯(20)内的密封内通道(22)；
将型芯(20)安装到设置热流体源(50)的注射模塑机中；
在安装过程中，打开阀(30)以使该源(50)与通道(22)沟通，其中阀适合于在抽出过程中关闭以保护分开形成的表面不受热控制流体的影响。
2.权利要求1的方法，其中型芯(20)包括对着分开形成的表面(20d)的支承表面，所述阀(30)被安装在该支承表面中。
3.权利要求2的方法，还包括在轴向从支承表面向外延伸的短销(24)。
4.权利要求3的方法，其中阀(30)平行于短销(24)从支承表面轴向地向外延伸。
5.权利要求4的方法，其中注射模塑机包括一个调节基体(12)，用以支撑型芯并接纳短销(24)和阀(30)。
6.权利要求3的方法，还包括有支座柱和置于支承表面与有支座柱之间的薄垫片(28)。
7.权利要求6的方法，其中薄垫片(28)包括孔以容纳短销(24)与阀(30)。
8.权利要求6的方法，其中所述安装步骤包括将型芯(20)轴向滑动进入注射模塑机的接受器(14)中。
9.权利要求8的方法，其中所述安装步骤还包括将型芯(20)滑动一轴向距离以使短销(24)进入与抓取装置(26)的结合范围中。
10.权利要求9的方法，其中抓取装置(26)是一个直线致动抓取装置，它径向地向内延伸以结合短销(24)。
11.权利要求6的方法，其中打开步骤出现在大于薄垫片厚度的整个轴向位移的范围上。
12.权利要求1的方法，其中注射模塑机包括一个无泄漏的配对阀(40)，同时所述打开步骤包括将阀(30)与无泄漏配对阀(40)接触。
13.权利要求12的方法，其中所述打开步骤包括，仅在密封连接在阀(30)与无泄漏配对阀(40)之间形成之后允许源(50)与通道(22)沟通。
14.权利要求1的方法，其中所述提供阀步骤包括：
在型芯的上半部(20a)形成一通道(22)；
在型芯的底半部(20c)安装阀(30)；以及
将两个半部(20a，20c)结合在一起以产生一个型芯。
15.权利要求14的方法，其中型芯的半部(20a，20c)由金属制成，并用电子束焊接在一起。
16.权利要求1的方法，其中所述提供步骤包括：
在型芯上提供两个阀(30)。
17.权利要求16的方法，其中注射模塑机包括配对阀(40)，其中所述打开步骤包括：
在安装过程中打开两个阀(30)，因此源(50)仅在两个阀(30)与注射模塑机上各个配对阀(40)之间形成密封连接之后与通道(22)沟通。
18.一种相对于注射模具分模线调节可交换的光学型芯(20)的分开形成表面(20d)的位置的方法，其包括下述步骤：
提供包括一个型芯的型芯组件，该型芯具有为经过其中循环热控制流体的密封内通道以及一个在距离L上打开的通常关闭的无泄漏阀；以及
通过用垫片相对于注射模塑机的支承表面调节型芯以调节型芯的位置；
因而，不变化阀实施小于L的距离调节，由此将一个型芯组件使用到相对于注射模塑机的分型线的多个位置处。
19.权利要求18的方法，还包括以下步骤：
在被注射模塑机上的抓取装置结合的型芯提供一个短销。
20.权利要求18的方法，其中所述调节步骤包括选择具有足以对准抓取装置的长度的短销。
21.权利要求20的方法，其中短销到其结合部分的长度是薄垫片高度与从支承表面到抓取装置的距离之和。
22.权利要求21的方法，其中短销的长度增加一个等于添加的薄垫片高度的量。
23.权利要求18的方法，其中所述调节步骤包括轴向位移型芯到接纳器中，不使用螺纹螺栓将插入件引入到位。
24.权利要求18的方法，其中距离L包括平行接纳器中心轴线延伸的距离。
25.权利要求18的方法，还包括使用单一的型芯组件模制类似曲率和不同厚度的镜片的步骤。
26.权利要求25的方法，其中镜片包括具有变化厚度的成品和半成品镜片。
27.权利要求18的方法，其中具有金属分开形成的表面和在型芯内热控流体循环的单一插入组件用于模制类似曲率和不同厚度的镜片。
28.权利要求18的方法，其中型芯具有当在阀的工作距离L上面轴向抽出型芯组件时由一个无泄漏阀密封的通道。
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