TWI246456B - A gate cooling structure in a molding stack - Google Patents

Description

1246456 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大致係關於一種模造堆疊，且特定而非專有言 之’可適用於注射模具堆疊中使用之一堆疊組件。特定而 言’本發明係關於一種澆口插入物，該插入物具有環繞澆 口以改良作用於冷卻模具之熱傳遞的冷卻通道。 【先前技術】 衆所周知，用於注射模造一預成型物之模造堆疊通常包 括一核心、頸環對、模穴和澆口插入物。澆口插入物通常 具有一稱為澆口的狹窄圓柱型過道，熱塑性塑膠之熔融物 穿過此過道進入冷卻之模穴中。在模穴被填滿後用以冷卻 澆口中含有的塑膠熔融物所需之時間通常指示模造循環之 冷卻相的持續時間並且是已開始之冷卻持續之直接結果； 而且，由於澆口鄰近於一受熱之熱流道噴嘴（h〇t n〇Zzle)(意即喷嘴頂端/絕緣體界面），因此很難冷卻。具有 延伸澆口的預成型模具尤其如此。一延伸澆口產生一帶有 延伸結塊的預成型物目的是為了將任何瑕疲封入結塊 中。結塊的一部分會在後模造過程中加以整掉。 在PET預成型物之狀況下，通常的生產缺陷是： 結晶度：樹脂由於核心樹脂的升高溫度冷卻得不夠快 重結晶。晶體的白色外觀降低了最終產物的透明度並且 最終的吹製產物(bl〇Wn pr〇duct)中產生具有潛在缺點的 域’尤其是在 >堯口區域中。 表面缺陷：最初具有固化表 面之’主射預成型物由主體/核 93110.doc 1246456 部分嫁接在一起。 心材料重新加熱’此會導致表面軟化並易於標[塑膠的 絕緣特性隨時間切熱量至預成型物表㈣遷移而導致表 面重加熱效應。有時候此表面重加討以嚴㈣導致接觸 幾何不準確度：加卫部分冷卻的預成型物或者試圖在當 表面重受熱時不維持其幾何形狀之裝置中進—步冷卻該等 預成型物可能導致預成型物自圓形變成橢圓形或自平滑表 面變成褶皺或非線性的。因此部件的均勾冷卻是重要的。 可精由延長注射模造預成型物在其模具内之冷卻時間來 ^上述問題得到部分緩解。然而，此將導致注射模造循環 變長，其並不令人滿意因為循環時間增加同時生產率減少。 —種克服前述問題之方法在於引人—冷卻結構來改良熱 傳遞和模具在澆口中之部分（意即結塊）的冷卻。 該方法已以若干不同方式進行說明，每—種方式均使用 一環繞澆口的冷卻通道。 W而，大體言之，由於相互之間過大的間隔距離，而指 不更長的冷卻/循環時間，所以冷卻通道組態之先前技術被 認為比澆口中之熔融物與冷卻通道中之冷卻劑之間的最優 熱傳遞有所不足。過大的間隔距離通常是如下原因導致 的·必須為澆口插入物提供適應作用其間的高壓縮模具夾 寺力（high compressive mold clamping force)所必要的承載 、、Ό構。最為人熟知的兩種澆口插入物組態包含圓周槽或金 剛石鑽孔圖案之冷卻通道組態。 圓周槽冷卻通道通常自鄰近於澆口之澆口插入物外表面 93110.doc 1246456 形成。冷卻通道之尺寸非常受限，因為從流體動力學角度 而言，需要使洗口周圍之流徑之累積橫截面積與穿過一模 穴板提供之源/散熱冷卻劑供給通道的累積橫截面積相匹 配。此外’槽的最大深度和總輪廓通常由位於槽與洗口之 間的最終腹板之組態指示，該腹板必須能夠經受得起所施 加模具夹持力的而不會發生永久變形。實務上，腹板所要 求之尺寸指示冷卻通道錢口之間—個相對較大的間隔距 離，而這樣並不能提供最佳的澆口冷卻效率。 或者，金剛石鑽孔冷卻通道提供環繞洗口之環形通道的 大致近似’且料卻通道是相交的共面鑽孔線陣列之合 成。合成的流體通道通常具有六個侧面，這被認為是實際 設計的極限。此外，從流體動力學角度而t，選擇冷卻通 道的尺寸以使洗口周圍之流徑之累積橫截面積與源/散熱 冷卻劑供給通道之累積橫截面積相匹配。另外，環形冷卻 通道之粗㈣態指示冷卻通道錢口之間的間隔距離會沿 著机仏艾化’因此最佳熱傳遞僅在有限數目（通常為六個） 的點上發生。更特定而言之’非均句冷卻可以反作用璋品 質。 另一替代物在DE 10024625中說明，其提出使用一包含經 ，，金剛石鑽孔”之冷卻通道的銅合金插入環。t亥等冷卻通道 將引（非所要的在洗口上的非線性熱傳遞。此外，由於不 銹鋼澆口與銅合金環之間的間隙，所以藉由選擇一插入環 來引入-超熱電阻器(extraheatresist〇r)，進而潛在地降低 總熱傳遞。銅的選擇可能也會重要地影響達π在使用中受 93110.doc 1246456 到高負載時的結構堅固性。 寸找克服或至少減輕先前技 本發明及其較佳實施例旨在 術中的問題。 【發明内容】 本發明的一個態樣提供一模且 供/、堆$總成之澆口插入物， 該插入物具有一澆口，在僅 便用中熔融材料可穿過該澆口進 入模穴H堯口插人物具有—環繞細之冷卻通道和在 使用時將該冷卻通道連接至冷卻劑供給的冷卻劑流道。冷 部通道之形狀與洗π的至少部分輪康相—致，而且與繞: 表面之距離大體一致。 疋 視情況’進-步㈣冷料道以與鄰料口的模穴之上 部分的輪廓相一致。較佳進一步定形冷卻通道以與鄰近洗 口的喷嘴界面的輪廓相一致。 在-些實施例中’冷卻通道之形狀為環形。冷卻劑流道 可由均連接至冷卻通道的流人過道和^過道提供。每一 個過道較佳具有相同的直徑Μ配穿過冷卻過道的冷卻劑 流量。 在-類實施例中，漶口插入物由兩個半體組成：喷嘴半 體（nozzle half)和模造半體，每個半體均具有一和互連至另 一半體之表Φ。冷料道和冷卻劑流道較佳由兩個半體或 任一半體之互連表面中的凹區形成。 本發明之第二態樣提供一用於注射模造機器堆疊總成的 澆口插入物，該澆口插入物具有一澆口，材料熔融物可穿 過該澆口進入模穴。在位於環繞澆口的凹區内，該澆口插 93110.doc 1246456 入物具有一形成於環繞在 中之一構插入物 中的冷卻通道與該凹區 。構插入物’從而支撑逢口插入物並界定一 μ通道連接至冷卻劑供給的冷卻職道。冷卻通道且有 一輪廓大體由鄰近於洗口. 、 之表面界疋的内表面。冷卻通道 與澆口的距離大體一致。 、 在—些實施例中，冷卻通道的外表面由結構插入物的内 表面界定。 結構插入物較佳由—關夢 1田開口 ％棱供，且冷卻劑流道可在該 開口環之相對匹配表面中加以界定。 本發明之第三態樣提供-注射模具機器中之堆疊總成， 該機器具有一澆口，熱塑性塑膠熔融物穿過該澆口而進入 與鄰近澆口之模穴中。該洗口由冷卻通道所環繞，該冷通 道至少部分地由一大體平行於澆口表面並與其相隔一定距 離之第一表面界定，從而提供前述表面之間大體—致的熱 傳遞。 根據本發明之第三態樣之一較佳特徵，冷卻通道進一步 由一大體平行於模穴上部分並與其相隔一定距離的第二表 面界定。視情況，冷卻通道進一步由一一大體平行於形成 喷嘴界面之表面並與其相隔一定距離的第三表面界定。冷 卻通道的第一表面與澆口表面之間的距離、第二表面與模 穴上部分表面之間的距離及/或第三表面與喷嘴界面之表 面之間的距離較佳大於2 mm。 【實施方式】 如上所述，注射模造機器的模具堆疊包含一繞口。該洗 93ll0.doc -9- 1246456 較么封裝在一澆口插入物中。澆口插入物係一具有一孔 八之組件，存在三個部分穿過該孔穴··一熱流道喷嘴界面、 一個模穴和一淹口。澆口配置在喷嘴界面與模穴之間並連 接此一者。在此實例中，模穴用於形成一預成型物的圓頂 端部分。 轉向圖1、2和3所展示之澆口插入物的第一實施例，其中 展不堆疊總成的澆口插入物1〇。該澆口插入物1〇是一整體 構件，儘管如下文所描述，在不脫離本發明之範疇下亦可 由兩個或兩個以上部分製成。該澆口插入物10具有一孔 八’穿過該孔穴由三個部分組成：一喷嘴界面丨2、一模穴 14的上部分和一互連噴嘴界面與模穴的澆口 16。該澆口 16 可被拉長以構成一延伸之澆口。 在澆口 16附近，於喷嘴界面12、模穴14與結構插入物3〇 之間提供冷卻劑通道18。詳言之，冷卻通道18環繞澆口16 於其附近。由圖1中可見，冷卻劑通道18之形狀大體與澆口 16的輪廓相一致。冷卻劑通道18之形狀較佳亦與鄰近澆口 的喷鳴界面12和模穴14之表面的輪廓相一致。因此，由圖} 可見’冷卻劑通道1 8由三個表面20、22和24部分界定。表 面20大體平行於澆口 16的表面27 ;表面22大體平行於部分 地界定噴嘴界面12的表面26;且表面24大體平行於模穴“ 的上表面28。 冷卻劑通道表面20、22和24與各自的澆口插入物表面 27、26和28之間的距離較佳是大體一致的。在較佳實施例 中，該等表面間的最優距離大約是2毫米，從而避免由注射 93110.doc -10- 1246456 壓力和轴向夾持力造成的機械故障。 °又想冷部劑通道18之輪廓可根據所需之澆口冷卻速率 符合任何設計距離，推而n 卩逮率而 進而平衡由於縮短循環時間而 表面瑕症和幾何不準破疮 ^勺 旱確度的可能性的同時最小化結曰 在圖1所示之第_每# 丄 曰又 弟…貝知例中，冷卻劑通道18藉由機械加工 〆 此口夕形成一包括表面20、22和24的凹區23 成。為了支樓堯口插入物1〇，將一結構插入物3〇插入凹區 内。石亥結構插入物30藉由界定冷卻劑通道18之外壁^來進 一步界U冷卻劑通道18。因此結構插人物是環形組能。 在㈣實施例中，結構插入物3〇呈圖2、3所示為開口環 的形恶’其中提供流人和流出冷卻劑流道32，$而藉由冷 部d通道18之外表面21連通冷卻液體。圖2說明開口環的分 離線34。開口環3〇由與洗口插入物類似的材料（例如不銹鋼 ，成，且緊密配合於凹區23内以在施加垂直力穿過模造堆 且、、且件日守提供對澆口插入物丨〇之支撐。冷卻劑流道Μ的尺 寸車乂乜與谷納澆口插入物丨〇的模穴板中之流入和流出冷卻 劑通道相匹配，進而優化通道容積並保持冷卻劑媒體速 度。流入和流出流道32較佳與模穴板（未圖示）中的冷卻劑通 道的標準位置相匹配。流道32出於便於製造之原因而沿著 開口 ％30的分離線34定向，或者其可穿過開口環3〇而形成。 在一類實施例中，如圖1所示，澆口插入物配備有一與模 穴嗜合之套管36且提供合適的Ο型環槽38、40以用於容納〇 型環以提供”濕/乾”表面。 在圖4和5中說明第二實施例。其與第一個實施例類似， 93110.doc 1246456 其中類似部分標識有類似參考數字，不同的是具有字首 fflff 〇 在此實施例中，澆口插入物110由結合之半體製成，意即 噴嘴半體11U和模造半體lllb。如圖5所示，所要之冷卻通 道118和冷卻劑流道i 32銑磨或成形成分界表面（interfacing surface)113上之凹區。其後喷嘴半體丨丨^和模造半體mb 以合適的已知方式（例如真空銅焊）結合，，此將在第5855983 號美國專利中更詳細地描述，其内容以引用地方式倂入本 文中。與圖1至3中的3部分結構不同，圖4和5受益於由一種 ® 2部分設計而引起的減少的埠計數和更少的熱/實體界面。 此外，澆口插入物11〇具有一孔穴，通過該孔穴存在三個 部分：一喷嘴界面112、一模穴114的上部分和一互連喷嘴 界面與模穴的洗口 116。 在澆口 116附近’於喷嘴界面112與模穴114之間提供冷卻 劑通道11 8。與第一實施例類似，冷卻通道丨丨8環繞澆口丨i 6 於其附近。由圖4可見冷卻劑通道^8之形狀與澆口的輪麼 φ 相一致。冷卻劑通道118之形狀較佳亦與鄰近澆口之噴嘴界 面112和模穴114之表面的輪廓相一致。因此，由圖4可見， 冷卻劑通道118由四個表面120、122和124界定。表面120大 體平行於澆口 116之表面127。表面122大體平行於部分界定 噴嘴界面112的表面126。表面124大體平行於模穴114上表 面128，且表面121界定一自表面120放射狀向外（或者外部） 隔開的表面。如先前之實施例，冷卻劑通道表面丨2〇、丨22 及124和各自的澆口插入物表面127、126及128之間的距離 93110.doc -12- I246456 較佳亦大體一致。 如先前所述，冷卻劑通道118銑磨於澆口插入物no每一 半體之互連表面上之凹區處。因此，在此實施例中不需要 結構插入物。流入和流出冷卻劑流道132同樣銑磨成相同表 面上的凹區，進而藉由冷卻劑通道i 8之外表面12 i提供流體 連通。冷卻劑流道132之尺寸較佳與容納洗口插入物1〇之模 穴板内的流入和流出冷卻劑通道相匹配，進而優化通道容 積並且維持冷卻劑媒體速度。此外，流入和流出流道3 2可 定位成與模穴板内冷卻劑通道的標準位置相匹配。 與第一實施例類似，澆口插入物11 〇配備有一與模穴唾合 之套管136,並且在澆口插入物中提供適合的〇型環槽138、 140以用於容納〇型環以提供，，濕/乾”表面。 因此提供一用於模具中之堆疊總成的澆口插入物1〇、 110，其具有一澆口 16、116，塑膠材料熔融物穿過該澆口 進入模穴14、114，該澆口插入物具有一環繞澆口 16、116 之冷卻通道1 8、11 8，此冷卻通道之形狀與該澆口丨6、1 j 6 的至少一部分之輪廓相匹配並且與澆口表面之距離大體一 致。 有利地，本概念提供如下能力：使冷卻通道之輪廓符合 自冷卻媒體至預成型模具表面、延伸之澆口結塊（若存在） 及噴嘴頂端/絕緣體界面表面的距離。進而隨著液口 16、116 由一本質上回復（意即最大化）通用金屬或合金之用途的結 構組態加以界定，來實現澆口插入物中改良的結構穩定性。 另外；♦卻劑媒體與洗口親岔熱接觸從而最大化熱傳 93110.doc -13- 1246456 遞。同樣，可藉由調整冷卻劑通道的位置而構型相鄰的澆 口結塊、預成型體及/或澆口喷嘴區域之位置，來調整熱傳 遞。 本發明及其較佳實施例可倂入供應至新型模造堆疊或基 於改型而供應的現有設計中，進而允許在現有的模具中得 到冷卻改良。 设想可在本發明之範疇内作出各種改變，例如，可調整 冷部劑通道之尺寸和形狀以與澆口、模穴及/或喷嘴界面之 七狀相一致。例如，本發明之澆口和冷卻劑流道之結構組 怨可以在使用與塑膠不同之材料的技術（例如使用金屬合 金的系統）中得到應用。 顯然’本發明之澆口冷卻結構也可應用至可能不含套管 36的澆口插入物10之替代組態中。 【圖式簡單說明】 圖1說明澆口插入物結構之第一實施例之橫截面圖； 圖2係與圖1之澆口插入物一起使用之結構插入物的俯視 圖； 圖3係與圖1之澆口插入物一起使用之結構插入物的側視 圖； 圖4說明澆口插入物結構之第二實施例的橫截面圖； 圖5係沿著圖4中之線5_5之橫截面圖並說明澆口插入物 之模造半體的俯視圖。 【主要元件符號說明】 10 5 110 澆口插入物 93110.doc 1246456 12， 112 喷嘴界面 14， 114 模穴 16， 116 澆口 18， 118 冷卻通道 20， 22， 24， 120， 122， 124 表面 21， 121 外表面 23 凹區 26， 27， 28， 126， 127， 128 洗口插入物表面 30 結構插入物/開口環 32， 132 冷卻劑流道 34 分離線 36， 136 套管 38， 40， 138 ，140 0型環槽 111a 喷嘴半體 111b 模造半體 113 分界表面 93110.doc 15-

Claims (1)

1246456 十、申請專利範圍： 1.—種用於一模具之堆疊總成的澆口插入物，該澆口插入 物/、有澆口，在使用時，熔融材料可穿過該澆口而進 人-模穴’該洗口插人物具有—環繞該洗口的冷卻通道 及—在使用時可將該冷卻通道連接至一冷卻劑供給源的 冷卻劑流道，該冷卻通道之形狀與該澆口之至少部分之 輪廓相符合並與該洗口之—表面的距離大體—致。 2·如請求項！之洗口插入物，其中該冷卻通道之形狀進一步 與鄰近該澆口之該模穴之—上部分之輪廓相符合。 3·如請求項1之洗口插入物，其中該冷卻通道之形狀進一步 與鄰近該澆口之一喷嘴界面之輪廓相符合。 4·如請求項丨之澆口插入物，其中該冷卻劑流道包含一流入 流道和一流出流道，每個流道均連接至該冷卻通道。 5.如請求項丨之澆口插入物，其中該澆口插入物包含一喷嘴 半體和一模造半體，每個半體均具有互連表面。、 6·如請求項5之澆口插入物，其中該冷卻通道和該冷卻劑流 道由該喷嘴半體和該模造半體之該等互連表面處的一凹 區形成。 7.如請求項6之澆口插入物，其中該凹區的一部分提供於該 喷嘴半體和該模造半體的每個互連表面上。 8· —種用於一注射模造機器中之一堆疊總成的澆口插入 物，該澆口插入物具有一澆口，熔融物穿過該澆口進入 一模穴，該澆口插入物具有一在環繞該澆口的一凹區内 形成的冷卻通道和在該凹區内用以支撐該澆口插入物並 93110.doc 1246456 I疋在使用中將該冷卻通道連接至一冷卻劑供給的冷 部剡机道的結構插入物，該冷卻通道具有一輪廓部分地 由一與該澆口之距離大體一致之表面界定的内表面。 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 如明求項8之澆口插入物，其中該冷卻通道的一外表面由 δ亥結構插入物的一内表面界定。 如明求項9之澆口插入物，其中該結構插入物是一開口 環。 如凊求項10之澆口插入物，其中該開口環和該澆口插入 物均由相同材料製成。 如凊求項10之澆口插入物，其中該冷卻劑流道界定於該 開口環之相對匹配表面中。 種注射模具中的堆疊總成，該堆疊總成包含一澆口， 塑膠材料熔融物穿過該澆口進入一鄰近該澆口的模穴， 该澆口由一冷卻通道環繞，該冷卻通道至少部分地由大 體平行於該澆口之一表面且與該表面隔開一定距離之一 第一表面界定，藉此在前述的表面之間提供大體均勻的 熱傳遞。 如請求項13之總成，其中該冷卻通道進一步由大體平行 於該模穴之一上部分且與其隔開一定距離的一第二表面 所界定。 如請求項14之總成，進一步包括鄰近該澆口的一噴嘴界 面部分，其中該冷卻通道進一步由大體平行於形成該嘴 嘴界面部分之一表面且與其隔開一定距離的一第三表面 所界定。 93110.doc -2- 1246456 16. 17. 18. ^二求項15之總成，其中以下任何表面間之距離皆大於2 毫米 · 該冷卻通道之第一表面與該洗口之表面； 該第二表面與該模穴之上部分的表面；及 該第三表面與該噴嘴界面的表面。 如請求項8之澆口插入物，其中該澆口插入物位在一注射 模具中。 如請求項8之澆口插入物，其中該模具位在一注射模造機 器中。 93ll〇.doc