带有故障保险压力机构的注塑模具的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于注塑的设备，并且更具体地，涉及具有故障保险过压机构的注塑 模具。
【背景技术】
[0002] 注塑是一种通常用于大批量制造由可熔性材料制成的部件（最常见的是由热塑 性聚合物制成的部件）的技术。在重复性注塑过程中，将塑性树脂（最常见的以小珠或粒 料形式）引入注塑机中，注塑机在热、压力和剪切下使所述树脂珠熔融。将此时熔融的树脂 强力地注入具有特定腔体形状的模具腔体中。注入的塑料在模具腔体中保持在压力下、冷 却、然后作为固化部件取出，所述固化部件具有基本上复制了模具的腔体形状的形状。模 具自身可具有单一腔体或多个腔体。每个腔体均可通过浇口连接至流动通道，所述浇口将 熔融树脂流引导至腔体中。因此，典型的注塑规程包括四个基本操作：（1)将塑料在注塑机 中加热，以使其在压力下流动；(2)将熔融塑料注入到被限定在已闭合的两个或更多个模 具部件之间的一个或多个模具腔体中；(3)使塑料在一个或多个腔体中在压力下冷却并硬 化；以及（4)打开模具部件以使部件从模具中被顶出。
[0003] 将熔融塑性树脂注入模具腔体中并且通过注塑机迫使塑性树脂挤过腔体，直至塑 性树脂到达腔体中的最远离浇口的位置。所得的该部件的长度和壁厚取决于模具腔体的形 状。
[0004] 一般来讲，在常规注塑方法中，当液体塑性树脂被引入到注塑模具中时，邻近腔体 壁的材料会立即开始"冻结"或硬化和/或固化。当材料流过模具时，材料的边界层抵靠模 具的侧面而形成。随着模具的继续填充，边界层继续增厚，最终会封闭住材料流动的路径并 且阻止附加材料流入模具中。当模具冷却时，塑性树脂在模具壁上冻结加剧，使用某种技术 来缩短每个部件的循环时间并增加机器的通过量。
[0005] 为了克服冻结问题，增大液体塑性树脂在其被引入到模具中时的注入压力，通常 增大至103. 421MPa(15, OOOpsi)或更大。通过增加压力，模塑机能够在流动路径被封闭之 前继续迫使液体材料进入模具中。当用以模塑所述部件所需的压力增大时，模塑设备必须 具有足够的强度以耐受附加压力。
[0006] 许多常规注塑操作使用剪切致稀塑性材料以改善塑性材料进入模具腔体中的流 动。在将剪切致稀塑性材料注入模具腔体中时，在塑性材料和模具腔体壁之间产生剪切力 并且模具腔体壁趋于减小塑性材料的粘度，由此使塑性材料更自由且容易地流入模具腔体 中。因此，可足够快地填充薄壁部件以避免材料在模具被完全填充之前冻结。
[0007] 粘度的减少与塑性材料和进料系统之间、以及塑性材料和模具腔体壁之间产 生的剪切力的量级直接相关。因此，这些剪切致稀材料的制造商和注塑系统的操作 者已努力驱使模塑压力更高以提高剪切，从而降低粘度。如上所述，注塑系统通常以 103. 421MPa(15, OOOpsi)或更大的熔体压力将塑性材料注入到模具腔体中。
[0008] 用于注塑机的模具必须能够承受这些高熔体压力。此外，形成模具的材料还必须 具有能够耐受对于模具在其使用寿命中被预期运行的总循环数而言的最大循环应力的疲 劳极限。因此，模具制造商通常用具有高硬度，通常大于30Rc，且更通常大于50Rc的材料来 形成模具部件。这些高硬度材料是耐久的并被装备成耐受注塑加工期间使模具组件保持相 对于彼此压紧所需的高夹紧压力。这些高硬度材料也能够更好地抵抗来自模塑表面和聚合 物流之间重复接触的磨损。
[0009] 近来，已经开发出使用较低注入压力的注塑技术。这些较低压力技术允许模具部 件由具有高平均热导率（例如，大于51.9W/m°C (30BTU/HR FT°F))的材料制成，从而改 善冷却时间并因此缩短循环时间。然而，这些高平均热导率材料一般比用于典型的高压注 塑机中的模具部件的高硬度材料软（例如，具有小于30Rc的平均洛氏硬度）。这些模具 部件可用于高生产能力的注塑机（即，具有下列中的一者或多者的注塑机：薄壁模具腔体 (L/T>100)、四个或更多个模具腔体、以及受导向的顶出系统）。这些模具部件可由更易于 机加工的材料制成，诸如具有大于100%的铣削加工指数、大于100%的钻削加工指数、和/ 或大于100%的电火花线切割加工指数的材料，如国际专利申请？(：17^512/38744和？(：1'/ US12/38846所述，这些专利申请各自以引用的方式并入本文。
[0010] 由于低压模具部件可具有类似于高压力模具部件的物理尺度，因此存在低压模具 部件可能被意外地放置在高压力设备中或换句话讲经受高注入压力或高夹紧吨位的危险， 这由于导致瞬间故障或随时间推移的疲劳故障而毁坏或变形低压模具，因此减小模具部件 的使用寿命。
【附图说明】
[0011] 附图所示的实施例在性质上为例证性和示例性的，而并不旨在限制由权利要求所 限定的主题。当结合以下附图阅读时，能够理解对以下例证性实施例的详细描述，其中用类 似的附图标号表示类似的结构，并且其中：
[0012] 图1示出了根据本公开构造的注塑机的示意图；
[0013] 图2示出了注塑机的第二实施例的示意图；
[0014] 图3为可并入到低压模具中的压力闭锁装置的示意图；
[0015] 图4为可并入到压力模具中的压力闭锁装置的一个另选实施例的剖面图；
[0016] 图5A至为可设置在注塑机的圆筒内的减压装置的剖面图；
[0017] 图6A为包括锁-键机构的一个模具侧面和模具支撑板的顶部平面图；
[0018] 图6B为设置在喷嘴和注口上的锁-键机构的一个另选实施例的剖面图；
[0019] 图7A至7C为机械夹紧吨位限制器的三个实施例的侧视图；
[0020] 图8A为包括弹簧加载的喷嘴的减压装置的一个实施例的透视图；
[0021] 图8B为图8A的减压装置的透明透视图；
[0022] 图8C为图8A的减压装置的剖面图；
[0023] 图9A为包括弹簧加载的喷嘴的减压装置的一个另选实施例的透视图；
[0024] 图9B为图9A的减压装置的透明透视图；
[0025] 图9C为图9A的减压装置的剖面图；并且
[0026] 图9D为处于过量压力状况的图9A的减压装置的纵向剖面图，所述减压装置在进 入模具之前排放过量流体压力。
【具体实施方式】
[0027] 本发明的实施例一般涉及通过注塑制备产品的系统、机器、产品和方法。更具体 地，本发明的实施例涉及系统、产品、以及防止低压注塑模具暴露于过量注入压力或过量夹 紧吨位的方法，所述过量注入压力或过量夹紧吨位可能损坏低压注塑模具或模具部件或减 少低压注塑模具或模具部件的可用使用寿命。
[0028] 如本文所用，相对于热塑性材料或热固性材料的熔体压力的术语"低压"，是指约 41. 38MPa(6000psi)和更低的注塑机的喷嘴附近的熔体压力。
[0029] 如本文所用，术语"故障保险装置"是指直接或间接防止模具腔体过压化的任何装 置。故障保险装置可为电气装置、机械装置、气动式装置、或它们的任何组合。当检测到过 压化状况时，故障保险装置可提供电子信号、机械信号、流体信号、气动式信号、或它们的任 何组合以停止注塑过程。故障保险装置的一个或多个部件可位于圆筒、喷嘴、浇口、或模具 中，或换句话讲附接到圆筒、喷嘴、浇口和模具中的任一者。一般来讲，故障保险装置可仅由 操作者所做的有意动作来超控。
[0030] 虽然本文所述的模具可由具有相对高热导率的较软的材料（例如，Rc小于30)(诸 如铝）制成，但当模具（或第一模具部件和第二模具部件）被限定为具有小于30的Rc时， 模具（或模具部件）具有小于30的平均Rc。在一些情况下，较硬材料（诸如钢）的浇口可 用来减少浇口溶蚀，而不增大30Rc以上的模具（或模具部件）的平均热导率。
[0031] 详细地参见各图，图1示出了用于以高产量制备薄壁部件的示例性注塑设备10。 示例性注塑设备10包括一个或多个故障保险特征部，所述特征部防止低压模具经受过量 的流体压力（即，超过约68. 95MPa(10, OOOpsi))。注塑设备10 -般包括注射系统12和夹 紧系统14。可将呈热塑性球剂或热固性球剂16形式的热塑性材料或热固性材料引入到注 入系统12中。热塑性球剂或热固性球剂16可被放置到料斗18中，所述料斗将热塑性球剂 或热固性球剂16喂入到注入系统12的压注缸或受热圆筒20中。在被喂入到受热圆筒20 中之后，热塑性球剂或热固性球剂16可由往复式螺杆22驱动至受热圆筒20的端部。对受 热圆筒20进行的加热以及往复式螺杆22对热塑性球剂或热固性球剂16进行的压缩导致 热塑性球剂或热固性球剂16熔融，从而形成熔融热塑性材料或热固性材料24。熔融热塑性 材料或热固性材料24通常在约130°C (266 °F )至约410°C (770 °F )的温度下被加工。
[0032] 往复式螺杆22迫使熔融热塑性材料或热固性材料24朝喷嘴26移动以形成热塑 性材料或热固性材料的射流，所述射流将被注入到模具28的模具腔体32中。熔融热塑性 材料