专利名称：带有同轴热电偶管和加热元件的注射成型探针的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及注射成型，更具体地说，涉及一种改进的注射成型探针。
被加热的注射成型注嘴和探针被广泛用来在加压了的熔体流向一个浇口并导至型腔时，使之保持在一定的温度。注嘴和探针之间的区别在于所说的熔体对注嘴来说是穿越其中流过的，而对探针来说是在其周围流过的。先前，如在1989年4月11是颁发给盖勒特(Gellert)的美国专利号4，820，147中以及盖勒特于1990年12月19日递交的加拿大专利申请号2，032，728-6，名为“具有变化的热流分布状态的注射成型探针”中所见到的，所说的那些探针具有一个在探针外体内纵向穿行的电加热元件。虽然，这些探针已显示出了其加热元件在不同的区段以其自身弯曲折回来提供沿着探针长度变化的热量以补偿由于探针的结构而形成的各区段不同的热损失。1985年12月10日颁发给盖勒的美国专利号4，557，685显示了一个类似的用于注嘴的装置，其中的螺旋形加热元件是绕在注嘴体的外表面上，而其螺旋节距是变化着的。
将可拆卸的热电偶安装在探针内以监测邻近于探针前端的操作温度也是已知的。较早的例子可见于1986年9月16日颁发给盖勒特的美国专利号4，611，394，其中示出了一个热电偶通过一个在中心加热筒旁边的纵向延伸的套管延伸到探针的前端。最近，盖勒特于1991年2月27日递交的加拿大专利申请号2，037，186-2，名为“具有纵向热电偶孔和偏心加热元件的注射成型探针”中示出了为着不至于过分增加探针体的外径，将加热元件移向偏心的位置以适应一个纵向的热电偶孔。所有上述早先的装置具有一个纵向的热电偶孔和一个加热元件，但有一个缺点是，这两者或其中之一一定是偏心的。再者，为了具有足够的强度，探针的外径势将增加来补偿配备在热电偶孔和加热元件之间的距离。
于是，本发明的目的是至少部分地克服现有技术的缺点，这是由于提供了一种注射成型探针，该探针具有在其外体中心延伸着的电加热元件和纵向热电偶孔。
为此目的，本发明提供了一个整体的注射成型探针，该探针具有一个细长的带有后端和前端的外体，一个纵向的热电偶孔延伸在该外体中以容纳一个热电偶来监测邻近于该外体前端的温度，以及一个电绝缘的加热元件，该加热元件具有一个加热部分延伸到一个邻近于所述外体后端的接电端子处并在该外体中延伸向着该外体的前端，其改进之处在于，所说的热电偶孔延伸通过一个在所说的探针外体内纵向延伸的中心套管，而所说的加热元件的加热部分被同轴地卷绕在该套管的外围以形成一个螺旋形线圈。这就保证了围绕着所说的探针流动着的熔体的温度控制，并且也易于制造。
本发明的其他目的和优点将配合附图在以下的描述中加以说明。
附图简要说明1、
图1是一个多型腔注射成型系统的一部分剖视图，示出了根据本发明的一个最佳实施例的一个探针;
图2示出了探针是如何制成的剖视图;
图3示出了探针的后端的轴测图。
首先参阅图1，示出了一个热顶尖浇口的多型腔注射成型系统的一部分。一个熔体流道10从一个被加热了的熔体分配岐管部件14中的进口12处分支出来以运送加压的熔体到每个型腔16中去。该熔体分配岐管部件14有一个整体的被加热的进口部18和一个电加热元件20，如在标准模具有限公司于1991年6月13日递交的加拿大专利申请号2，044，293-1，名为“带有整体被加热的进口部的注射成型岐管部件”中所描述者。该岐管部件14配置在一个模腔板22和一个后板24之间，并由一个调节板26加以隔开。这些板由通过冷却管道28泵来的冷却水加以冷却。该岐管部件14被该圆柱形进口部18和一个中心定位环32准确地中心定位，该圆柱形进口部18延伸穿过在后板24中的一个与之相配合的开口30，而该中心定位环32则座落在岐管部件14和模腔板22之间。如图所示，这样就提供了一个绝热空气层34位于被加热的岐管部件14和其周围的被冷却的那些板之间。一个圆形的套圈36被螺栓38紧固在后板24中的一个座子内并将模具定位在成型机中。
根据本发明该系统具有若干个被加热的探针40，其制造方法将在下面加以描述。每个探针40延伸穿过一个密封套管42并进入一个在模腔板22中的穴座44内。每个密封套管42有一个带翅的外表面46，该外表面46提供了在密封套管42与其周围的模腔板22之间的绝热空气槽48。每个密封套管42还有一个较大直径的后部隔圈50，该隔圈50被在岐管部件14和模腔板22之间以防止加压熔体从熔体流道10泄漏进入空气层34中去。该密封套管42的内径与在岐管部件14中的相邻的孔52是同样大小的，这个直径是足够大的以形成熔体流道10延伸到被加热的探针40的周围的那一段。
每个探针40有一个细长的外体54，该外体54有一个后端56和一个前端58。在本发明的这个实施例中，前端58有一个顶尖，但在其他实施例中，该前端可以具有不同的形状以适合于其他型式的浇口，诸如斜顶尖或热的侧浇口。每个探针40的外体54有一个较大直径的后帽部60延伸在岐管部件14和后板24之间。该后板24被螺栓62紧固在位，该螺栓62延伸穿过调节板26进入到模腔板22中。这样，后板24就在那些探针40的后端56上施加了一个力，这就使得探针40，岐管部件14和密封套管42被牢固地定位在一起。每个探针40的外体54还有一个中间部64延伸在所说的较大直径的后帽部60和一个较小直径的前部66之间。中间部64的长度刚好足以使之延伸到熔体流道10，而它的直径大小正好足以与穿过岐管部件14的与之相配的孔52准确地配合以防止在其间加压的熔体发生泄漏。正如在上述本申请人的加拿大专利申请号2，037，186-2中所描述者，每个探针40的前部66有四个相等间隔开的翅片68，该翅片68向外突起以与密封套管42相接触来将探针40在操作温度时正确地定位。熔体在翅片68之间流过，这些翅片做成光滑形状以避免在流动的熔体中产生任何死点。每个探针40的后端56有一个夹持塞子70拧入到该探针40的外体54的后帽部60的螺纹座72内。
尽管该探针40的外体54类似于先前的探针，根据本发明的探针40有一个新的中心热电偶孔74和加热元件76的配备。热电偶孔74延伸穿过一根在探针40的外体54中纵向延伸着的中心不锈钢管78。电加热元件76有一个加热部分80同轴地绕在所述中心管78的外围以形成一个螺旋线圈。该加热元件76延伸到邻近于外体54的后端56处的一个接线端子82。该接线端子82通过连接通路84从外部来源接受电力。在本实施例中，该加热元件76有一个镍-铬电阻丝86延伸穿过在钢壳90中的耐火粉88，该耐火粉例如为氧化镁。该电接线端子82的制造方法如于1989年6月13日颁发给盖勒特的美国专利号4，837，925中所描述者。一个氧化镁的覆盖层92或其他合适的绝缘材料被配置在钢接线体94和钢保护帽96之间。该加热元件76的裸头98延伸进入该接线端子82以与接线体94成电连接。该加热元件76还有一个裸露的前端(图上未示出)用来接地，其时外体54中已钎焊充填以银100或者其他合适的围绕加热元件76以及下面将详细描述的热电偶管78的高导热性材料。该加热元件76的螺旋形加热部分80沿着它的长度有着变化着的节距以补偿不同的热损失。如图所示，靠近被加热的探针40和周围的岐管部件14或密封套管42之间直接接触的地方，所述的节距要小些。在本实施例中，该加热元件76的螺旋形加热部分80的外壳90做成长方形的截面以减少它的厚度。尽管为了易于说明，外壳90显示为长方形的，实际上它的角部已充分倒圆以使在线圈之间有一个空间来提供一个在钎焊充填银的时候向下的螺旋形流动。在其他实施例中，该外壳90可为圆形，在这种情况下减少体积成为不是重要的考虑。
所述热电偶孔74延伸穿过所述不锈钢管78向前伸出一个矩距离进入一个银接头101，该银接头是在探针40的外体54的前端邻近处形成的。一个热电偶线102可拆卸地镶嵌进所述孔74并通过探针40的外体的后帽部60内的螺纹座72的边沿部106上的槽104向外弯折出去。当带螺纹的塞子70拧入该螺纹座72时，保证了热电偶座落在孔74内，该孔74延伸进入银接头101并将热电偶线夹持在此位置上。这样就提供了在熔体围绕探针流入浇口108的地方用来监测探针在此区域内的温度。这将提供一个更为准确的熔体温度的指示，这是因为热电偶是位于探针40的中心而不是偏向一侧的。塞子70还紧固了一根接地线110，该接地线110通过一个在座子72的边沿部106上的径向孔111向内延伸着。带有螺纹的座子也能用来接纳一个带螺纹的工具以将探针40拉出岐管部件14的孔52，如果需要修理或更换的话。
现再参阅图2和3来描述探述40的制造方法。探针40的外体的三个组成部分，前部112，中心套管部114，和后帽部60加工到如图2所示的形状。该中空的前部112是用高速钢制成的，并带有一个纵向孔116延伸到一个密封的前端，该前端形成了探针40的顶尖式前端58。细长的中心套管部114是用耐热钢例如H13制成的，并有一个中心纵向孔118。后帽部60也是用耐热钢例如H13制成的，并有一个边沿部106围绕着圆柱形螺纹座72。该后帽部60也有一个中心孔120从螺纹座72处向前延伸。该中心套管部114和该后帽部60加工成一定的形状以容纳上述的电接线端子82，当其时它们被安装起来的话。
加热元件76的加热部80被锤打和卷绕成螺旋形线圈围绕着钢制的热电偶管78，该热电偶管有一个前端122被一个焊接在其上的塞子所封闭。如上所述，该加热元件76的螺旋形加热部80以一个预先规定的节距卷绕起来，该节距是沿着其长度变化的以补偿不同的热损失。如图2所示，装配起来的加热元件76和热电偶管78然后被装嵌进对准着的外体54的前部112和中心套管114的孔116和118的中心部。该后帽部60然后装成以所述的热电偶管的后端124穿过其中心孔120伸出一个相当大的长度。所述电接线端子然后安装起来覆盖着加热元件78的裸露端98并将那些组成部分点焊在一起以保持它们在位。一种合适的钎焊材料诸如镍合金制成的焊缝126被施加在沿着探针体54的三个组成部分112，114，60以及电接线端子82的连接处。一个填充物管128装在突出的热电偶管78上面并拧入探针体54的后帽部60中的螺纹座72内。该填充物管128有一个中空孔130并带有一个较小直径的方形部132邻近于后帽部60处，这个方形部将使得在完成钎焊充填后的充填物管128的拆卸易于进行。如图所示，热电偶管78的后端124伸出到所述充填物管128的开口134的上面，通过该开口134一个预先规定数量的银136装入到充填物管128的中空孔130中。
以上装配好的组件然后以其如图所示的直立状态被装进一个真空炉中并根据一个预先规定的周期首先加热到钎焊材料的熔点温度以上，然后加热到银的熔点温度以上。当炉子逐渐加热时，炉子被抽空到一个相对较高的真空以基本上排去所有氧气。在镍合金钎焊材料的熔点到达之前，真空度要降低一些，这时由于部分地回填了隋性气体诸如氩气或氮气所致。当镍合金熔化后，由于毛细管作用而流动着将各个组成部分之间的连接处密封起来。当银熔化时，它向下流动围绕着加热元件76和热电偶管78填满了对准着的探针体54的三部分112，114，60的那些孔116，118，120。这个在真空炉内进行的钎焊和充填的过程这里称之谓“钎焊充填”的提供了镍合金与钢的，以及银与加热元件76，热电偶管78，和周围的探针体54的冶金性的结合以形成一个冶金性的单块整体式的加热探针40。一个银接头101围绕着热电偶管78的前端122并邻近于探针体54的密封前端58处被形成了。
在探针40被冷却并从真空炉中取出后，所述充填物管128从所述螺纹座72处拧下来而移走。在充填物管128的孔130的方形部132处的凝固的银将干净利落地断开，而热电偶管78的突出部分将被扭断。该探针40将进一步加工以除去凸缘138并提供一个精确的预先规定的外形并抛光。围绕着探针体54的后帽部60中的螺纹座72的边沿部106被加工出一个径向热电偶槽104以及径向孔111以容纳接地线110。一个细钻头被送进去穿过所述中空的热电偶管78以钻开其密闭着的前端并使热电偶孔74伸出一个预先规定的距离进入邻近于探针体54的顶尖前端58的银接头101内。在安装期间，该热电偶丝102被塞进热电偶孔尽可能地远一些，然后通过边沿部106上的径向槽104向外弯折。当带螺纹的塞子70被拧入螺纹座72时，这将保证热电偶被尽量向前定位于银接头101中并被牢固地保持在那里。接地线110通过径向孔111被塞进去并当塞子70塞紧在螺纹座72内时，该接地线110也被夹持在位了。
在使用中，注射成型系统或装置如图1所示装配起来。将电源接通到岐管部件14内的加热元件20上以及每个探针40内的加热元件76上以对它们加热到一个预先规定的操作温度。从一个成型机(未图示)来的加压的熔体然后通过在岐管部件进口部18内的共同进口12以传统形式按照一个预先规定的周期进入到熔体流道10。加压的熔体沿着每个被加热了的探针40的周围流动并通过浇口108来将型腔16充填起来。在那些型腔16被填满后，注射压力保持短时间以压紧之然后松开。在一个短时冷却时期后，模型被打开以取出成型的产品。在取出产品后，模型被闭合起来而注射压力重新施加上去以重新充填所述那些型腔。这个周期周而复始地重复着，根据型腔的尺寸和形状以及成型材料的类别决定其频率。加热元件76的加热部分80以及在银接头101内的热电偶孔74的位于中心的位置保证了在探针40周围的熔体流向浇口108的温度控制。在注射期间，由于熔体的摩擦产生过量的热。虽然如此，这些过量的摩擦热被银带走以避免当模具打开时发生拉丝现象。同时，所述热电偶将显示出该过量的热量而并不需要再从加热元件处放出额外的热量来。但是，当模型被打开来取出产品时，可提供足够的热量以防止在浇口108的区域内熔体冻结到如此程度以致形成一个固体的塞子从而当注射压力在模型闭合后重新施加上去时妨碍注射的进行。这样，温度控制可达到更为迅速而周期时间则可缩短。
此外，将加热元件76的加热部分80同轴地卷绕在热电偶管78的周围这样一种安排的优点是避免了它们两者的任何一个在探针中的偏心放置。因此，可提供在探针外面周围的熔体以更为均匀的热量而熔体的温度则能更为准确地监测出来。再者，热电偶孔74以及加热元件76与探针体54的前端58间隔开的距离对于不同的应用可以做得不同。制造上大为简易而且当加热元件在它自身弯折时发生损伤的危险消除了。
尽管整体的被加热的探针40已以一个最佳实施例的描述给出如上，但明显的是对于本行业中熟练的专业人员来，在不背离他们所理解的本发明的范围以及权利要求书所限定的内容的情况下作出各种变型都是可能的。
权利要求
1.带有同轴热电偶管和加热元件的注射成型探针，具有一个细长的带有后端和前端的外体，一个纵向的热电偶孔延伸在该外体中以容纳一个热电偶来监测邻近于外体前端的温度，以及一个电绝缘的加热元件，该加热元件具有一个加热部分延伸到一个邻近于所述外体后端的接电端子并在该外体中延伸向着该外体的前端，其特征在于所说的热电偶孔延伸通过一个在的所说的探针外体内纵向延伸的中心套管，而所说的加热元件的加热部分被同轴地卷绕在该套管的外围以形成一个螺旋形线圈。
2.根据权利要求1的注射成型探针，其特征是，一种高导热性材料被钎焊充填在所说的套管以及加热元件的螺旋形加热部分的周围以对所说的探针提供一个冶金性质的整体结构。
3.根据权利要求2的注射成型探针，其特征是，所说的高导热性材料是银。
4.根据权利要求2的注射成型探针，其特征是，所说的加热元件的螺旋形加热部分具有一个预先规定的变化的节距。
5.根据权利要求4的注射成型探针，其特征是，所说的加热元件具有一个前端，该前端靠近所说的探针的外体的前端处。
6.根据权利要求5的注射成型探针，其特征是，所说的热电偶孔穿过所说的中心套管向前伸出一个预先规定的距离到邻近于所说的探针外体的前端处的高导热性材料中。
全文摘要
一种注射成型探针，具有一个细长的外体，该外体有一个电加热元件卷绕成螺旋形线圈围绕在一个中心的热电偶管的周围，该热电偶管及加热元件在所述外体中用钎焊充填入银来形成一个整体。一个热电偶孔延伸穿过所说的热电偶管进入到邻近于所说的外体的前端处的银中。这就保证了围绕着所说的探针流动着的熔体的温度控制，并且也易于制造。
文档编号B29C45/30GK1074646SQ9211180
公开日1993年7月28日 申请日期1992年12月28日 优先权日1992年1月20日
发明者亚历克斯·C·滕 申请人:标准模具有限公司