TWI294803B - Check valve lip seal for an injection molding machine - Google Patents

Description

1294803 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於金屬射出成形機或模鑄機之止回 閥’且更特定言之，本發明係關於此種閥之密封， 此種閥之唇部密封，但不以此為限。 八” 【先前技術】 此技藝之現狀包括許多用於塑膠與金屬射出成形機之止 回閥。儘管許多此等止回闕適用於塑膠環境，但絕大多數 不適用於金屬射出環境。塑膠黏性相當強且不易於流過小 間隙。溶融之金屬更熱且黏性更低，因此容許其通過之任 何間隙要比塑膠成形容許之間隙小得多。此要求金屬成带 之公差更爲嚴格。直至現在，仍未研製出合乎要求的、用 形之止回闕密封。目前使用之該等止回閱無法令 人滿思地既滿足非常低之旁路渗漏，又能經受在機械 極端惡劣、化學反應性劇烈及高溫之環境中運轉之能力之 雙重需求。當前所使用之該等止回間使用壽命非常短且需 要經常更換，而更換經常會導致成形或禱造過程之實 斷’且導致産品合袼率降低。 下面之專利參考爲目前可使用之具有代表性之密封 方案。 /' 、 1999年2月2日頒予^㈣之美國專利第填$，化號描 述成形於-活塞體之一側上之活塞密封。該活塞體有— 接收該密封之—後面部分之錐形表面。該前面部分有— 唇。該密封藉由該錐形表面與該唇部分上之油塵所施加之 101925.doc 1294803 合成力作用而擠壓緊靠該缸體壁。 。1956年4月17日頒予Tayl〇r等人之美國專利第2,7仏如 射田述-成形進入-活塞上之一凹槽之塑膠密封。該密封 有一藉由-安置於該活塞上之〇形圈之作用而施加壓力後 與該缸體之一鑽孔緊緊密封接觸之唇部分。 年li月4日頒予Traub之美國專利第4,231，578號描述 一用於密封1之密封總成1密封包含—難面構形爲 Y形之第-密封環與-橫截面構形大體紅形之第二密封 環二該兩環沿該L形部分接觸。該丫形密封由橡膠製成， 而該L形環由聚四氟乙烯製成。 1988年5月10日頒佈之美國專利第4,743,〇33號描述一用 於地下井之密封總成。一第一非彈性體密封元件有―固定 至該活塞之軸轂部分，及__與該紅體鑽孔密封唾合、向外 口 Up。一第一彈性金屬密封元件被固定至該活 塞，且界定-整齊㈣合該第—^件之㈣之截頭圓雜唇 部分。 舰年4月16日頒予⑽等人之美國專利第5,5〇7,5〇5號 為述:唇形密封’該密封有一系列同心凹槽，該等同心凹 槽形成於與一聚合物體之壁接觸之該唇表面上。 «每-此等參考文獻皆講授在—特殊環境中使用唇形 但其中沒有一個能經受成形金屬零部件中之熱、遷 甚至值得懷疑的是，其f任何-個是否能於 乂射出成形機環境中令人滿意地運作。 有必要發明-種金屬射出成形與模鑄之止回閥，其耐用 101925.doc !2948〇3 射 '又间’皿射出壓力與腐蝕環境’且能有效地密封該 徂认通道’以防止於該射出行程期間該熔融金屬回流至該 仏a紅體中。上述參考專 1寻才」無描述一止回閥密封，亦未 ^述―可在改進制以在金屬射出進人—模㈣有效地密 封如此一止回閥之密封裝置。 【發明内容】 本發明提供一用於一射出成形或模鑄機之改良密封’且 寺疋口之I供用於—金屬射出機之一止回闕之一止動 環之唇形密封。 特疋吕之’本發明提供—用於—成形機之—止回闕之密 封:該成形機包含一環，該環有一可與該闕之一表面响合 之月面’用以阻止射出材料流進入一炼體通道及該環圓周 表面之-凹槽内部。該凹槽自該閥之一前面向後延伸。

本發明亦提供-料-成形機之止回閥。該止回闕有一 桿部分與-環部分，該環部分可沿㈣部分於—熔體通道 ㈣位置與-熔體通道關閉位置間移動。-凹槽形成於該 %部分之前表面中。在操作中，該凹槽揍收熔體，以徑向 施壓於該環之-外圓周部分，用以在該環部分與該機器中 之一壁間提供一密封。 【實施方式】 現參照附圖描述本發明之示例性具體實施例。 下文將說明本發明之結構與操作，内容係一止回閥功能 與耐用性之改良，該止回閥被配置用於成形一處於半固體 狀恶（即搖，谷狀恶）下之金屬合金（諸如鎂）之射出成形系統 101925.doc 1294803 H筒總成中。若干此種射出成形系統之結構與操作之 ::說：可參照美國專利第5,040,589號與 有引述内谷，本發明並無意限定該止回閥之一般用途 或適用於其他金屬合金（即舉例言之，紹、鋅等）。

考圖1A』TF A别技藝射出成形系、统之該機筒總成。 j示之該機筒總成138包括—細長圓柱形機筒14G，穿過 2安置一軸向圓柱形鑽孔148A。圖示之該機筒總成連接至 一夾緊構件（未另外顯示）之一固定台16。該鑽孔148A被配 置成與安置於其中之該螺桿i56協作，用於加工與傳送金 屬原料，並於其射出期間作爲一積聚並隨後引導成形材料 线體之構件。該螺桿156包括一環繞一細長圓柱形體部 9周圍佈置之螺旋形螺紋1 5 8。該螺桿之後部部分（圖 中未顯示）被配置成用於與一驅動總成（圖中未顯示）耦合， 而該螺桿156之一前部部分被配置成用於接收一止回閥 160。該止回閥160之一操作部分安置於該螺桿156之一向 别之配合表面或肩32之前。該機筒總成138包括一機筒頂 2，其位於該機器噴嘴144與該機筒14〇之一前端中間。該 機筒頂2包括一被配置成貫穿其間之熔體通道1〇，該熔體 通道將該機筒鑽孔148A與一穿過該機器喷嘴！44安置之输 助熔體通道14 8C連接起來。穿過該機筒頂2之該熔體通道 1 〇包括一向内逐漸變細之部分，用以將該熔體通道之直徑 逐漸過渡成該機器喷嘴144之更爲狹窄之熔體通道14 8C。 該機筒140之該中心鑽孔148A包括一由一抗腐蝕材料，諸 如鎢鉻鈷合金（StelliteTM)製成之襯套η，用以保護該機筒 101925.doc 1294803 ^ * 概底材料免受該高溫金屬溶體腐餘性之影響，該機筒概底 材料通吊由諸如因科鎳合金加⑶⑻頂)之錄基合金製成。 J、成升y材料之5亥溶體接觸之該機筒總成丨3 8之其他部分亦 可包括類似之保護襯套或塗層。該機筒140被進一步配置 成用於牙過一進料喉（圖中未顯示）與被研細之一金屬原料 源相連，該進料喉穿過該機筒140之一上後部部分（圖中未 顯不）定位。該進料喉引導該原料進入該機筒140之該鑽孔 48A中^後藉由其中之機械加工、該螺桿156與該機筒 *鑽孔H8A之協同作用及其中之控制加熱，該原料然後被加 工成成形材料。藉由一系列圖中未顯示之加熱器提供熱， 忒等加熱器沿該機筒總成138之該長度之實質部分佈置， 且加熱器150沿機器噴嘴ι44佈置。 ”亥射出模包括至少一圖中未顯示之模腔，該模腔藉由輔 力成开y t件間之洽、切配合而形成，該等輔助喪件由圖中未 顯示之一模之低溫半部分與一模之高溫半部分125共用。 φ 邊模之低溫半部分包括一其中佈置有至少一模核成形嵌件 之中心板總成。該模之高溫半部分125包括一被固定至一 澆注系統126之一表面之腔板總成127，該腔板總成127中 佈置有至少一辅助腔成形嵌件。該澆注系統126提供一構 件’該構件將該機器喷嘴144之該熔體通道148C與至少一 用於其中之填料之成形腔連接起來。如吾人所共知，該洗 注系統126可爲一偏置或多點熱流道、一冷流道、一冷洗 口 ’或其他任何吾人所共知之熔體分配構件。在操作中， 在一模關閉與夾緊位置，該中心與腔成形嵌件共同作用， 101925.doc 1294803 用1^成至少_模腔’其用於接收並成形來自該涛 统 之成形材料之該溶體。 糸、、先 在操作中，在該熔體被射出進入該模時，該機筒總成 138之，機器噴嘴14㈣合於該射出模之一洗口襯㈣中 (即’糟由射出該熔體所産生之反作用力而實現)。 該成形過程大體包括如下步驟： 〇使金屬原料流入該機筒140之該後端部分；

U)精由如下步驟加工（即剪切）與加熱該金屬原料使其 成爲成形材料之一搖溶熔體·· a.藉由該螺桿之螺紋158與該軸向鑽孔148a之共同 作用，操作（即旋轉與退回）該螺桿156，使其沿該 為疴140之長度方向傳送該原料/炼體，經過該止 回閥160，並進入界定於該正回閥160前面之一積 聚區域中； *咏原料材料 時將其加熱； ill)封閉與夹緊該射出模之該等半部分； iv)猎由5亥螺桿1S6之向前平移，經過該機器喷嘴⑷射 出該被積聚之熔體，並進入該射出模中； V)視需要可藉由運用持續不變之射出塵力（即签縮）填 充4至少成形腔中之所有剩餘空間； vi) 一旦經由冷卻該射出模而固化該被模製之零件後， 則打開該射出模； VII)自該射出模移走該被模製之零件；及 101925.doc 1294803 * * viii)視需要爲隨後之成形週期調節該射出模（舉例言 之，應用脫模劑）。 爲隨後之射出準備大量熔體之該等步驟（即步驟i)與ii》 通常稱爲"復原’’，然而填充與壓縮該至少一模腔之該等步 驟（即步驟iv)與v))通常稱爲"射出”。 孩止回閥160之功用在於允許向前傳送熔體進入該機筒 MO前面之該積聚區域中’ ‘然而另外在射出該熔體期間防 止其回流。該止回閥16〇之正常運行依賴於其任一侧上之 熔體間之壓力差(即，在復原期間該閥之後面壓力較高， 而在射出期間該閥之前面Μ力較高）…用於金屬射出成 形之-般止回閥之結構與操作描述於美國專利第5,68〇,894 號中。 麥考圖i與圖2,顯示-根據本發明之一較佳具體實施例 2用於-金屬成形機之-射以形總叙—機筒總成之一 1分。圖1顯示該機筒總成之—端視圖，而圖2顯示包括本 务明之該改良密封之該總成之一橫截面。 播如圖2所示’―機筒頂2藉由延伸穿過螺栓通道6之螺栓 構:而連接至機筒4。一機器噴嘴(圖中未顯示)，諸如圖 之機器喷嘴144,係藉由延伸進入螺检孔8中之螺检而 至錢筒頂2。該止_之該㈣藉由敎Μ被連接 以此Γ圖1A中所示之螺桿156之射出螺桿。藉由該螺桿 炫體=藝中吾^所熟知之方式於該通道中旋轉所提供之 幻2^，止動裱22朝其開啓位置施壓。該熔體流經肩Η ” 該通道，並沿該環22與㈣間之該等表面流動， 101925.doc 1294803 以填充該桿20前面之一熔體通道1〇。當填充足夠之熔體進 ^該熔體通道10内後’停止旋轉該螺#，且該熔體藉由向 前平移書亥螺桿而被射出進入該模中。該螺桿之向前移動導 致該熔體施加壓力於該環22之該等前表面上，用以向後推 動》亥％，使其封鎖該等肩3〗與32處之該熔體流動通道，如 圖3所示。該熔體亦於該凹槽34中産生一壓力，以促使該 凹槽34之外側延長部緊靠該機筒4之該襯套匕之内壁，藉 此防止熔體茂漏進入該襯套12之内壁與該環22之外壁間^ 该區域。 在圖3中，該止回閥之該桿2〇有螺紋24，該等螺紋以嚙 合一諸如螺桿156之塑化螺桿上之螺紋，以在必要時可將 6亥止回閥自該螺桿移走。該止動環22有一第一肩31，當該 止回閥處於圖示之關閉位置時，該第_肩31喊合該止動環 座33上之肩32。該等肩31與32稍微傾斜，用以提供一較長 之密封表面、一較光滑之流動通道，且當熔體被射出進入

職中時防止熔體之回流進人該射出機之機筒内。該止動 衣22 °亥杯20與该機筒襯套12較佳地由在高溫與高壓下強 度高且無腐純之鋼製成。舉例言之，當成形鎂時，此等 元件所含之鎳成分必須爲零，可經受高達6〇〇攝氏度之溫 度’及高達129 Mpa之壓力。 該環22之該前面部分包括1槽或切斷部分34。該_ 34形成-圓周環部分36，當該螺桿向前移動以使炫體射= 進入-模巾_ ’其在祕體通道中之溶體所施加之壓力作 用下彎曲。凹槽34中之該熔體擠壓緊靠該凹槽之該等表 101925.doc -12- 1294803 面’且該熔體之壓力推動該環部分36向該機筒概套η之表 面移動，從而形成-密封，以防止該炼體流沿機筒概套^ 之壁回流。 藉由提供微具撓性之環部分36，可提供—更爲有效^ 止非常易變之溶㈣漏之密封，而不必像先前用於金屬射 出成形與模鑄中之㈣裝置那樣必須具有非常精密之公 差。利用此設計，該溶體之壓力有助於在射出期間維持密 封，然而，利用前面所使用之圓柱形密封，該炫體之屋力 有迫使該圓柱形密封與該機筒之壁分開之趨勢。此塵力使 得該機狀内徑與該止動環之外徑間之高精度公差成爲必 要。此同精度公差使得該機筒與該止動環間産生磨損與摩 擦損失之問題，原因在於該機筒與該止動環之表面太接 近。此等問題大體上可藉由該新穎止動環22避丨，因爲該 止動環22於該止動環22之外側與該機筒之壁中之該概套二 間可有-微小間隙，而在該溶體之遷力作用下該環部分^ 之彎曲變形將維持該微小間隙上之一密封。 用於金屬成形之現有止回閥設計在其結構中包括若干裂 口與接縫。此等裂口與接縫允許該低黏度金屬溶體沿該機 同與β亥流徑中之其他縱向表面轴向渗漏。此渗漏會破壞該 射出過程’導致射出容積不可預知之變化，I亦可能導致 該閥之某些早期機械失效模式，最爲顯著的是高速腐姓各 種表面。吾人之一簡單唇密封設計可消除使用一裂口或一 接縫之需求，且尤其可消除滲漏以及當亦提供一長期高重 複射出容積時實質上可延長該閥之合意工作壽命。 101925.doc -13- 1294803 如圖4所示，該桿2〇之端部分叉成四個指狀物4〇，其産 個區域’當該螺桿（圖中未顯示）向後平移且該止回閥 處於開啓位置時，該熔體穿過該四個區域進入該模腔中。 專札狀物40亦爲該止動環22提供一限制器，以確保其與 *回閥同移動。該桿20之分叉端部之外圓周42可自該 機筒之内表面稍微隔開，以確保該等指狀物40與該機筒襯 套12間無拖動接觸。 •。圖5、5A與5B詳細圖示該止動環22。該内壁38提供一前 ϋ動表面，當该止回閥處於開啓位置時其接觸該等指狀 物4〇 °該外圓周42爲該環部分36提供一前向限制器。 圖6圖不說明本發明之一第二具體實施例。在此具體實 施例中，马· μ & μ 動衣由兩部分形成。該主要部分50提供穿過 該閥之一熔體流動通道之該外表面，及一支撐該密封部分 之肩’該密封部分52或藉由銅焊或焊接而固定至該主要 部分5〇,或固定至其他合適之構件，或可允許自由移動。 φ與忒止動％ 22之部分類似之該止動環22a之部分由相同之 參考數字另加一後綴a表示。 ° 應瞭解上面之描述僅以示例之形式給出，在本發 月之耗圍内可進行詳細之更改。舉例言之，儘管以該止動 tt? λ». ^ 衣一通常V形凹槽描述了本發明，但該凹槽可爲任何 /、他形狀，諸如橢圓形，或甚至矩形。重要之方面在於， ^凹槽提供一接收徑向上分力之表面，用以移動該可彎曲 口P刀使其與忒機筒表面密封接觸。 【圖式簡單說明】 101925.doc -14- 1294803 * ( 圖1爲·金屬射出成形機之 _ , A ^ 町出铖同之端視圖。 圖1A爲一射出成形機之弈浩 則技藝機筒總成之横剖面視 圓。 圖2爲一止回閥處於開啓位置時沿圖1中之截面I?所得 之橫剖面視圖。 圖3爲沿圖4中之截面3_3所得之一詳細橫剖面視圖，其 顯示處於關閉位置時之該改良止回閥。 • 圖4爲圖3所示之該止回閥之一端視圖。 圖5爲用於密封該止回閥之該止動環之/軸測圖。 圖5A爲該止動環之一橫剖面視圖。 圖5B爲該止動環之一端視圖。 圖6爲該改良止回閥之另一具體實施例之一詳細橫剖面 視圖。 【主要元件符號說明】 2 機筒頂 4 機筒 6 螺栓通道 8 螺栓孔 10 熔體通道 12 襯套 16 固定台 20 桿 22 止動環 22a 止動環 101925.doc -15- 24 1294803

31 31a

32 33 34 34a 36 36a 38 38a 40 42 5 0 52 55 125 126 127 138 140 144 148A 148C 螺紋 肩 肩 肩 止動環座 凹槽 凹槽 圓周環部分 圓周環部分 内壁 内壁 指狀物 外圓周 主要部分 密封部分 槪套 南溫半部分 澆注系統 腔板總成 機筒總成 機筒 機器喷嘴 鑽孔 熔體通道 101925.doc -16- 1294803 150 加熱器 156 螺桿 158 螺紋 159 圓柱形體 160 止回閥

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Claims (1)

1. 丄294803 、申請專利範圍： 用於一成形機之止回閥之宓 有-可與該閥之一表面心背：密：包含-環， 材料流進入，通道及該m圓周=用=射出 且該環自兮夕此 η表面之一凹槽内部， 自5玄閥之一則面向該背面延伸。 2·如請求項丨之密封，其 較淺。 ㈣槽相對於該環之長度而言 3. 如請求们之密封，其中該 薄之環形唇，其用以自該繞_形成一相對較 分，在操作中該延長部分由於射車乂薄之撓性延長部 環與-射出通、首之辟 '射出材料而彎曲’以於該 出通道之一壁間形成一密封。 4. 如請求項3之密封，其中 5 槽爲—㈣凹槽。 月八工貝3之密封，其中 槽之一伽紐见< 、μ槽爲一 V形凹槽，該V形凹 唇。 、^ 1之方向延伸，用以形成該環形 6· —種用於_点 俨邦八 y 止回閥，該止回閥有一桿部分與一 傲 忒％邛分可沿該桿部分於一熔體通道開啓位置 I胃ϋ _ _ &置間移動’ _凹槽形成於該環部分 t 一刖表面中，古接^ .^ 在#作中該凹槽接收熔體，以於徑向上 方也Μ於該产 _ .^ 衣 外圓周部分，用以在該環部分與該機器 中之一壁間提供_密_。 7 ·如請求項6夕L ^ 、6之止回閥，其中該凹槽爲一 V形凹槽。 8 ·如請求項6之， 、 回閥，其中該凹槽爲一 V形凹槽，該V形 凹槽— 則朝平行於該壁之方向延伸，用以形成該外圓 101925.doc 1294803 周部分。 9 · 士口言主卡 明米項6之止回閥，其中該凹槽相對於該環 言較淺。 '"度而 ι〇· 一種用认 ⑺於一成形機之止回閥，該止回閥有一桿部八 環部八 人一 刀’該環部分可沿該桿部分於一熔體通道開敌 與一炫挪、、 ϋ位置 體通道關閉位置間移動，一凹槽形成於該環呷八 之一前表面中，該凹槽環繞該環形成一相對較薄之枣形 °用以自該環形成一較薄之撓性延長部分，在操作中 5亥延長部分由於射出材料而彎曲，以 道之啟 π硌蜋興一射出通 逼之一壁間形成一密封。 U·如明求項10之止回閥，*中該凹槽爲一 ν形凹槽。 12·如凊求項10之止回閥，其中該凹槽爲_ 凹槽夕 7 I ▲ u僧’该ν形 一側朝平行於該壁之方向延伸， 唇。 用u形成該環形 仏如叫求項10之止回閥，其中該凹槽相 言較淺。 τ於該裱之長度而 101925.doc