TWI445608B - Gate bushings and their manufacturing methods - Google Patents

Description

澆口襯套及其製造方法

本發明係有關用於將熔融樹脂注入到射出成形用模具的模穴內的澆口襯套及其製造方法。

將通過加熱而熔融的樹脂注射到模具的模穴(cavity)內，並通過使其凝固而將製品成形的射出成形法向來已廣泛使用。射出成形用模具除有形成製品部的模穴外，還具有用於將熔融樹脂注入該模穴的澆口襯套及連接澆口襯套前端的射出口和模穴的澆道(runner)。此種射出成形用模具在填充到模穴中的熔融樹脂充分固化後便被打開，並將成形品從其中取出。

一般就每單位面積的容積而言，澆口及澆道皆較模穴大。因此，作為流道的澆口和澆道與作為製品部的模穴相比，熔融樹脂直到固化所需要的時間加長。因此，即使模穴的樹脂已凝固，但至澆口和澆道的樹脂凝固之前都不能將模具打開，若打開模具的時刻過早，則會產生未凝固的樹脂拉絲、或者未凝固的部分發生變形而難以將成形品取出的問題。因此，有必要延遲打開模具的時間直到澆口和澆道內部的樹脂完全凝固，則成形週期相應加長。

於是，如專利文獻1所示，提出有具冷卻水道的澆口襯套。根據該澆口襯套，通過在注射熔融樹脂後冷卻澆口內部就可以縮短澆口內的樹脂凝固的時間。但是，由於在澆口襯套的內部難以利用機械加工方法來形成這樣複雜的冷卻水道，因而在專利文獻1中是透過利用雷射的粉末冶金法來製造具有冷卻水道的澆口襯套。

然而，用粉末冶金法難以製造鋼鐵之類具有強度的澆口襯套。另一方面，澆口襯套具有將其推到射出成形機的射出口部分使其與之接觸的面，當以粉末冶金法成形的澆口襯套反覆與射出成形機的射出口部分接觸時，該部分便逐漸磨損，隨之澆口襯套內部的冷卻水就有可能洩漏。如此，當洩漏到澆口襯套外面的冷卻水進入澆道及模穴的內部時，便會導致成形品的品質惡化。

【先前技術文獻】

【專利文獻1】PCT公告第WO2008-038694號

因此，本發明的目的即在於解決上述習知技術的問題，並提供一種通過有效冷卻填充到澆口內的熔融樹脂而能縮短成形週期、且與射出成形機的射出口部反覆接觸也難以產生磨損之強度優良的澆口襯套及其製造方法。

為解決上述課題而提出的本發明的澆口襯套的特徵在於具備：在位於澆口中心的周圍具有冷卻水道的澆口襯套主體；以及位於該澆口襯套主體的背面側的凸緣板，且此等構件係通過摩擦壓力焊接合為一體。

另外，可如申請專利範圍第2項，將具有射出口的噴嘴部通過摩擦壓力焊與澆口襯套主體的前端側接合為一體。另外，可如申請專利範圍第3項，作成在澆口襯套主體的背面側組裝有間壁的結構。還有，可如申請專利範圍第4項，作成在澆口襯套主體的背面與凸緣板的前面之間形成有用於容納因摩擦壓力焊而產生的餘料的空間的結構。

另外，為解決上述課題而提出的本發明之澆口襯套的製造方法的特徵在於，通過摩擦壓力焊使凸緣板與具有冷卻水道的澆口襯套主體的背面側接合。另外，可如申請專利範圍第6項，通過摩擦壓力焊使噴嘴部與澆口襯套主體的前端側接合。

根據本發明，由於通過摩擦壓力焊使凸緣板與澆口襯套主體的背面側接合，因而可以使用不鏽鋼、鋼鐵、銅合金等強度高的金屬材料來製造在澆口周圍具有冷卻水道的澆口襯套。本發明的澆口襯套藉由在熔融樹脂的注射結束後通入冷卻水而能迅速地冷卻填充到澆口內部的熔融樹脂，能夠避免拉絲或澆道部分的變形等不良情況，同時能縮短成形週期。

另外，由於本發明的澆口襯套能夠用不鏽鋼、鋼鐵、銅合金等強度高的金屬材料來製造，因而即使與射出成形機的射出口部反覆接觸也難以產 生磨損，也能夠使用於特殊的熔融樹脂的成形。而且，由於無內部的冷卻水洩漏到外部之虞，因而亦不會有因冷卻水進入澆道或模穴的內部而導致成形品的品質惡化之虞。

另外，若如申請專利範圍第2項作成使具有射出口的噴嘴部通過摩擦壓力焊與澆口襯套主體的前端側接合為一體的結構，則冷卻水道的形成更簡單。另外，若如申請專利範圍第3項作成在澆口襯套主體的背面側組裝有間壁的結構，則能更確實地防止冷卻水向外部洩漏。再有，若如申請專利範圍第4項作成在澆口襯套主體的背面與凸緣板的前面之間形成有用於容納因摩擦壓力焊而產生的餘料的空間的結構，則內側方向的餘料可保持容納在該空間內部的狀態，並只要對外表面進行後加工即可，因而可達製造成本的降低。

以下說明本發明的實施方式。

第1圖是表示本發明澆口襯套的實施方式的剖面圖，第2圖是其剖面圖，第3圖是其零件圖，第4圖是使用狀態的說明圖。在以下說明的實施方式中，各零件皆是用不鏽鋼、鋼鐵、銅合金等強度優良的金屬材料所製成。

首先利用第1圖說明實施方式的澆口襯套的結構，標號1是澆口襯套主體，標號2是在其背面通過摩擦壓力焊形成為一體的凸緣板。另外，在本實施方式中，在澆口襯套主體1的前端同樣是通過摩擦壓力焊一體地接合有噴嘴部3。標號4是形成於這些(澆口襯套主體1等)之中心位置的澆口，澆口4背面側的端部是將其推到射出成形機的射出口部使其與之接觸的注入口5，前端側是向模具內注射樹脂的射出口6。作為熔融樹脂的流道的澆口4係以對各零件進行摩擦壓力焊後再進行加工為佳。對於摩擦壓力焊法將於後述。在此，根據澆口襯套(注入之樹脂的通道)內的樹脂的流動方向，澆口襯套主體1的前端側係指樹脂流動方向的下游側(具有模穴的一側)，澆口襯套主體1的背面側則指樹脂流動方向的上游側。

如第1圖及第3圖所示，澆口襯套主體1在圓柱部7的基部具有圓形的凸緣部8，在圓柱部7的澆口4兩側的位置與澆口4平行地形成有冷卻水 道9、10。此等冷卻水道9、10的端部在凸緣部8側達到半徑方向的槽11、12，槽11、12的前端朝向凸緣部8的表面側呈直角狀彎曲而形成冷卻水注入孔13和冷卻水排出孔14。在澆口襯套的內部雖然難以通過機械加工來形成這種彎折的冷卻水流道，但本發明只要如第3圖所示在可分解的零件上，即在澆口襯套主體1上形成冷卻水道9、10和槽11、12即可，因而能夠容易地進行機械加工。

在澆口襯套主體1的凸緣部8的背面形成有圓柱狀突起15和環繞其周圍的環狀凹部16。另外，在凸緣板2的上面也形成有圓柱狀突起17和環繞其周圍的環狀凹部18。本發明雖然使此等澆口襯套主體1的凸緣部8和凸緣板2通過摩擦壓力焊進行接合而形成為一體，但在本實施方式中還組裝有第3圖所示的具有通孔的間壁19，以覆蓋槽11、12的背面。間壁19的外徑尺寸係預先作成嵌入到環狀凹部16中的大小。當此等環狀凹部16和環狀凹部18通過摩擦壓力焊進行接合而形成為一體時，便形成可容納因摩擦壓力焊而產生的餘料的空間21，間壁19則構成該空間的頂面。另外，熔融樹脂的注入口5係形成在凸緣板2的背面上。

另外，在本實施方式中，在澆口襯套主體1的前端側通過摩擦壓力焊接合有具有射出口6和冷卻水道20的噴嘴部3並形成為一體。冷卻水道20在噴嘴部3的端面形成有環狀凹部，其具有在前端部使冷卻水道9、10相互連通的作用。由於該冷卻水道20亦只需對噴嘴部3的端面進行加工即可，因而也能容易地進行機械加工。

如上所述，本發明通過摩擦壓力焊使各零件相互接合而形成為一體。摩擦壓力焊法是在利用摩擦熱使一零件的端面已軟化的狀態下，推壓作為接合物件的另一零件以使兩零件相互接合的加工方法，其本身是習知技術。通常係一面使其中一零件與另一零件接觸，一面使其旋轉而產生摩擦熱，並在材料組織軟化的狀態下停止旋轉並施加加壓增粗(upset，鍛粗)的壓力。因此，雖然能進行牢固且無漏水之虞的接合，但因施加增粗的壓力，已軟化的材料組織不可避免地會被擠出而產生餘料30，便需要對外周面在後步驟中通過切削而去除。

但是，在對內部有空間的零件進行摩擦壓力焊時，如第1圖所示，不能避免在內部也產生餘料30。但是，如果如本實施例般形成容納因摩擦壓 力焊而產生的餘料30的空間21則無問題。此外，在各零件上預先形成澆口4後進行摩擦壓力焊時，由於在接合面上不可避免地產生的餘料有可能封閉澆口4，因而如上所述，較佳在摩擦壓力焊後對澆口4進行加工。

第4圖是說明本發明澆口襯套的使用狀態的示意剖面圖。標號40是固定側模板(template)，標號41是可動側模板。澆口襯套主體1係插入至形成於固定側模板40上的貫通孔42中，在注入熔融樹脂時，澆口襯套主體1的凸緣部8的表面係強力擠壓固定側模板40的表面。在固定側模板40的內部形成有冷卻水供給通道43和冷卻水排出通道44並在表面開口，凸緣部8的表面的冷卻水注入孔13和冷卻水排出孔14係與其(通道43、44之表面開口)密合而形成連通通道。向冷卻水供給通道43供給冷卻水的時間係例如用電磁閥控制。

在第4圖的狀態下，熔融樹脂係由形成於澆口襯套的凸緣板2的背面的熔融樹脂的注入口5注入，再通過澆口4從前端的射出口6填充到模具的模穴內，而此與習知技術是相同的。惟，在熔融樹脂填充結束後從固定側模板40的冷卻水供給通道43向開口於凸緣部8的表面的冷卻水注入孔13供給冷卻水時，冷卻水經由半徑方向的槽11流過澆口襯套主體1的冷卻水道9，再經由噴嘴部3的冷卻水道20進入澆口襯套主體1的冷卻水道10中，從半徑方向的槽12通過冷卻水排出孔14而從固定側模板40的冷卻水排出通道44排出。此外，在本實施方式中通過設置間壁19，可以防止冷卻水滯留在空間21內。

如此一來，由於冷卻水在澆口4的周圍流動，填充在澆口4內部的熔融樹脂便迅速地固化。因此，即使注入樹脂後的冷卻時間比習知技術縮短，也不會產生拉絲或變形，成形品的品質也穩定。冷卻的時間及冷卻溫度等可根據成形條件適當設定。

若示出具體的例子，在利用聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂來射出成形兩個小型的外蓋零件的40噸射出成形機中採用本發明的澆口襯套，將模具設定溫度設定為70℃進行成形試驗。在使用習知模具的澆口襯套的情況下需要8秒的冷卻時間，但使用本發明的澆口襯套來冷卻澆口，則可將冷卻時間縮短到5秒，可縮短40%。

另外，顯然由於本發明的澆口襯套能夠用鋼鐵等高硬度材料來製作而 具有優良的耐久性，即使與射出口部分反覆接觸也難以產生磨損，因而，即使用於含有玻璃(纖維)的熔融樹脂的射出成形也不會磨損。

另外，將對鋼材實施摩擦壓力焊時之具體條件的一實例表示如下。

摩擦壓力：60MPa

加壓增粗壓力：120MPa

摩擦量：3mm

母材的減少量：5mm

轉速：3000rpm

加壓增粗時間：5秒

如上所述，根據本發明，通過對填充到澆口內的熔融樹脂進行有效冷卻，能夠縮短成形週期，而且能夠提供難以產生磨損、耐久性優良的澆口襯套。

1‧‧‧澆口襯套主體

2‧‧‧凸緣板

3‧‧‧噴嘴部

4‧‧‧澆口

5‧‧‧注入口

6‧‧‧射出口

7‧‧‧圓柱部

8‧‧‧凸緣部

9‧‧‧冷卻水道

10‧‧‧冷卻水道

15‧‧‧圓柱狀突起

16‧‧‧環狀凹部

17‧‧‧圓柱狀突起

18‧‧‧環狀凹部

19‧‧‧間壁

20‧‧‧冷卻水道

21‧‧‧容納餘料之空間

30‧‧‧餘料

40‧‧‧固定側模板

41‧‧‧可動側模板

11‧‧‧槽

12‧‧‧槽

13‧‧‧冷卻水注入孔

14‧‧‧冷卻水排出孔

42‧‧‧貫通孔

43‧‧‧冷卻水供給通道

44‧‧‧冷卻水排出通道

第1圖是表示本發明的澆口襯套的實施方式的剖面圖；第2圖是沿第1圖A-A線的剖面圖；第3圖是本發明的澆口襯套的零件說明圖；以及第4圖是本發明的澆口襯套的使用狀態的說明圖。

1‧‧‧澆口襯套主體

2‧‧‧凸緣板

3‧‧‧噴嘴部

4‧‧‧澆口

5‧‧‧注入口

6‧‧‧射出口

9‧‧‧冷卻水道

10‧‧‧冷卻水道

13‧‧‧冷卻水注入孔

14‧‧‧冷卻水排出孔

19‧‧‧間壁

20‧‧‧冷卻水道

21‧‧‧空間

30‧‧‧餘料

Claims (7)

1. 一種澆口襯套，其特徵在於，具備：在位於澆口中心的周圍具有冷卻水道的澆口襯套主體；以及位於該澆口襯套主體的背面側的凸緣板；其中此等構件係通過摩擦壓力焊接合為一體，且在該澆口襯套主體的背面與該凸緣板的前面之間形成有用於容納因摩擦壓力焊而產生的餘料的空間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的澆口襯套，其中，使一具有射出口的噴嘴部通過摩擦壓力焊與該澆口襯套主體的前端側接合為一體。
3. 如申請專利範圍第1項所述的澆口襯套，其中，在該澆口襯套主體的背面側組裝有間壁。
4. 如申請專利範圍第2項所述的澆口襯套，其中，該冷卻水道與該澆口平行地設有兩個，在該噴嘴部的端面形成有連通兩個冷卻水道的環狀凹部。
5. 如申請專利範圍第1項所述的澆口襯套，其中，該澆口襯套主體具備圓形的凸緣部，分別在該凸緣部及該凸緣板上形成環狀凹部，形成於該凸緣部上的環狀凹部和形成於該凸緣板上的環狀凹部係形成所述空間。
6. 一種澆口襯套的製造方法，其特徵在於，通過摩擦壓力焊使一凸緣板與一具有冷卻水道的澆口襯套主體的背面側接合。
7. 如申請專利範圍第6項所述之澆口襯套的製造方法，其中，通過摩擦壓力焊使一噴嘴部與該澆口襯套主體的前端側接合。