中空制品的注射成型的制作方法
【专利摘要】一种中空制品的注射成型。描述的是中空物体(比如机动车垫)的接缝设计、加工工具、和成型方法。方法和结构提供促进模具对准、部件对准、材料强度、设计灵活性、高效的处理、减少的劳动力、增加的生产率、每个部件减少的能量消耗、美观的表面，并且减少或消除对焊接的需要的过程和系统。
【专利说明】
中空制品的注射成型
【背景技术】
[0001]本发明总体上涉及注射成型方法、设计、和结构，并且更具体地涉及用于生产注射成型的中空制品的包覆成型方法。成型制品的示例性用途包括在车辆碰撞中用来减轻伤害的可充气垫。描述的是在垫生产中的垫设计和成型方法和加工工具。
[0002]主动垫是一种车辆乘员保护装置，该装置具有可充气囊以在碰撞过程中吸收撞击并且减少对乘员的伤害。主动垫在车辆碰撞中展开以缓冲乘员对车辆的内部面板的撞击力。相对于一充气就从各种开口的后面显露出来的气囊垫，主动垫一经感测碰撞事件就使用内饰表面本身来膨胀，以吸收乘员撞击并且通过排放充气气体消散能量。
[0003]垫具有通常由注射成型车辆朝内前饰壁部和后气囊部形成的可膨胀的中空腔。前部和后部可以围绕周边附接以连接形成腔的两个部。这种制造过程提供注射成型的优点，该优点包括:提供比吹塑成型更高的强度和坚固性的材料、生产具有良好配合和光洁度的部件、和分别形成每个部以使不同的材料和不同厚度的材料可以在制造每个部中使用。
[0004]然而，这种制造过程也具有缺点。部件的单独形成和随后对准以及连接增加制造垫所需的时间和劳动力。两个部之间的焊缝造成在充气过程中增加焊缝分离的可能性或在生产过程中增加垫单元的废品率的弱点。热板焊接的过程通常涉及在平面上形成焊缝，以使充气力的方向垂直于焊缝，这可以在垫充气时导致剥离分开和焊缝分离。
[0005]充气过程中的各种应力可以导致在单独成型结构之间的附接接缝处焊缝分离的可能性。由于用于使褶状气囊壁可充气的附接结构，在膨胀过程中一些焊缝设计中经历显著的剥离应力。与剥离强度相比，塑料接缝总体表现出更大的剪切强度。令人期望的是，利用更大的剪切强度以便降低接缝分离的可能性。
[0006]因此，需要有一种提供注射成型的优点同时降低低效和接缝分离的垫设计和制造过程。同样地，这样的设计和制造过程将对其它坚固的中空制品(比如压力容器)是有益的。
【发明内容】
[0007]在本发明的一个方面中，提供一种用于通过模内包覆成型来注射成型中空制品的方法。示例性方法包含:提供三件式模具;将第一注的第一成型材料注射到第一模具和第二模具之间的空腔中以形成第一部件;将第二注的第二成型材料注射到第二模具和第三模具之间的空腔中以形成的第二部件;重新定位至少一个模具以将第一模具和第三模具对准，其中第一部件被保持在第一模具中且第二部件被保持在第三模具中；将第三注的第三成型材料注射到第一部件和第二部件之间的空腔中，其中，第三成型材料将第一部件粘合到第二部件，从而形成中空制品。
[0008]在本发明的实施例中的又一特征是通过由将第一部件装配到第二部件形成的压缩区域限制第三注的流动。
[0009]本发明的另一个方面是提供用于模内包覆成型的加工工具。
[0010]一个实施例支持三件式模具进行模内包覆成型而不必在将部件粘合之前将部件从成型模具中移除。
[0011]三件式模具设计的一个实施例允许在两个注射成型机之间的同步处理和中心模具转移。
[0012]另一个实施例支持四件式模具进行模内包覆成型而不必在将部件粘合之前将部件从成型模具中的至少一个内移除。
[0013]另一个实施例支持至少一个单独的粘合模具将一个或多个部件转移到粘合模具。同样地，模具，而不是部件，可以在注射成型机之间转移。
[0014]本发明的另一个方面是提供制造上具有成本效益且美观的中空物体。在一些实施例中，中空制品是车辆垫。
[0015]在本发明的实施例中，中空物体的部件之间的接缝是牢固的且抵抗分离。
[0016]根据本发明的前述方面，提供示例性方法、系统、设计、和工具。
【附图说明】
[0017]图1是具有三个模具部的垫模具的剖视图；
[0018]图2是具有移除的中心模具部和对准的外部模具部的图1的垫模具的剖视图；
[0019]图3是成形的垫的详细的剖视图；
[0020]图4是使用具有共享的中心模具的双机过程形成垫的顺序的描述；
[0021]图5是使用具有部件转移的双机过程形成垫的顺序的描述；
[0022]图6是使用具有两个旋转中心模具的四件式模具形成垫的顺序的描述；
[0023]图7是垫接缝的详细的剖视图，其中饰板和气囊部件从成形模具移除到用于粘合的连接模具；
[0024]图8是在垫总成中的脱离连接片的详细的剖视图；
[0025]图9是示出了凸缘的成形的垫的详细的剖视图。
【具体实施方式】
[0026]本文描述的是使用以包覆成型来产生坚固结构的注射成型制造中空制品的结构和方法。示例性实施例包括适用于在主动垫安全系统中使用的可膨胀的中空制品。
[0027]主动垫结构通常包括外壁或饰板，该外壁或饰板面对车辆乘员，沿密封周边附接到内壁、柔性板、或气囊。一个或两个壁是可变形的，以便提供可充气垫。内气囊壁可以具有在充气过程中打开的褶状(即，手风琴状)区域。
[0028]垫设计包括:授权公告日期为2012年6月26日、通过引用并入本文的美国专利8，205，909，其公开了一种集成到重量轻且在视觉上有吸引力的手套箱门中的主动垫。授权公告日期为2013年7月2日、也通过引用并入本文的美国专利8，474，868，公开了另一种结构，其中主动垫包括面对车辆乘员沿密封的周边附接到内壁或面板的外壁或饰板。
[0029]为了帮助保护车辆乘客的腿部，主动膝垫系统可以位于邻近车辆的腿部空间区域。系统可以具有形成垫的支撑结构或基座的基板部件。基部可以是通过铰接由存储腔或手套箱附接到车辆的手套箱门的一部分。可选择地，主动垫可以安装到另一个支撑结构，例如，转向柱下方的仪表板支撑件。这些位置接合乘坐在车辆内的对应的就座位置的个人的膝盖。垫也可以被放置用于保护其它身体区域，比如用于内部撞击的躯干保护的安装在乘客门的垫。充气气体源，或者充气机，可以被机械地或电子地控制，从而在碰撞过程中激活以释放给垫充气的气体。
[0030]注射成型用在垫生产中。在现有过程中，垫的部件独立地使用针对每件、部件、或部的不同工具分别成型。每件与垫的其它部件非同步地形成且在注射成型过程完成之后装配。
[0031]相比之下，本发明的实施例描述了具有垫的气囊壁和饰壁的模内装配的注射成型。实施例描述了用来形成部件之间的粘合的共成型材料的注射。实施例描述了用来限制共成型材料流动的褶和模具结构。实施例描述了三件式模具、使用双机同步生产线的三件式模具、滑动模具系统、和四件式模具。实施例也描述了使用共享中心模具工具的并列式成型机。实施例描述了使用模具之间的部件转移形成部件之间的机械锁定。
[0032]现在转向附图，图1-3示出了通过模内包覆成型粘合的三件式工具。多个部件成形并粘合在一起，而不从模具、工具、或模一一在其中成形部件一一移除部件。总成的两个非对称的半部或侧通过第一注和第二注的注射成型材料使用三个模具或工具同时成形，并且然后在移除中心模具之后通过第三注的注射成型材料连接。
[0033]图1示出了用于膝垫总成的模具的剖视图。面向乘客的饰板101在第一模具103和第二模具104之间成形。可膨胀褶状气囊片102在第二模具104和第三模具105之间成形。第二模具104被移除且图2示出了邻近第三模具105中的气囊片102的第一模具103中的饰板101。饰板101被定位为邻近气囊片102，粘合材料106连接两个部。形成粘合部106、饰板101、和气囊片102的材料可以是相同的注射成型材料，或者可以由不同的材料构成。
[0034]如图2中所示，第三模具105具有压缩区域107，该压缩区域107在第一模具103和第三模具105对准形成粘合部106时防止注射粘合材料流过第一褶且进入中心腔108中。
[0035]在气囊片102和饰板101之间的模内包覆成型帮助对准，从而增强用于高质量装配和光洁度的尺寸精度。应用包覆成型连接材料同时气囊片102和饰板101保持在来自成形步骤的至少一个模具中也增强粘合，因为保持在模具中的部件中的剩余热促进了大多数注射成型材料的粘合。过程也降低能量消耗，因为模具不需要在粘合步骤之前完成冷却且加热和冷却循环使用注射成型过程中的大部分能量。减少模具转移的数量也使来自使用模具脱模销的表观缺陷最小化。
[0036]图3示出了在未展开位置成形的膝垫总成100的一部分的详细剖视图。它示出了饰板101、粘合部106、和气囊片102。饰板101和气囊片102之间的中心区域形成膨胀腔108。在未展开位置的气囊片102具有褶，或手风琴状折叠，其在腔108充满充气气体时打开以膨胀到展开位置。饰板101具有面对车辆舱室空间的外表面109和面对气囊片102的内表面110。
[0037]内表面110示出了靠近内表面110的周边的沟槽111和脊112。气囊片102边缘插入到脊112之间的沟槽、通道、或凹槽111中。在脊112之间的沟槽111，粘合部106使气囊边缘粘附到饰板101。在脊112之间的凹槽111处的粘合部106位置的一个益处是气囊充气的力在气囊片102和饰板101之间的接缝施加剪切力，而不是剥离力。在一些实施例中，受剪切力加载的粘合部106比气囊片102的拉伸强度更强。
[0038]除了增强的强度，处在大体上垂直的凹槽中的、在靠近面板的周边和外周处密封的粘合位置和结构的另一个益处是，相比于具有平面抵靠饰壁的内侧焊接的气囊的垫，更大的区域可用于充气腔108。因为注射成型接缝可以比焊接接缝更窄，所以相比于在相等大小空间中的标准焊接垫设计，更大的袋或充气腔可以被提供给成型垫设计。
[0039]注射成型设计超出焊接垫设计的进一步的优点包括:连接部件中增强的尺寸精度导致提高的配合和光洁度;通过从过程中消除焊接台来在空间、设备、和劳动力上节约成本;和由于消除焊接变化的减少的浪费和降低的部件废品率。
[0040]脊112可以用角撑板113加强。角撑板113，或鳍状支撑件，提供刚性、强度和支撑，而没有饰板101中的过多的体积或厚度。饰板外表面109中的凹痕通过使用支撑的角撑板113避免，使脊区域能够增强强度同时保持与平均壁厚成比例的厚度。
[0041]垫的尺寸可以相对于选择的材料和期望的功能参数被调整并设计。在车辆舱室设计中，美观的材料一一通常被称为A类材料一一通常被选择用于舱室中可见的表面。与此相反，主要为功能选择的且并非设计用于视觉吸引力的材料一一通常被称为B类材料一一可以被选择用于隐藏表面。例如，饰板101可以使用A类的材料成形，而气囊片102可以使用B类材料成形。
[0042]一个或多个模具可以设置有多个浇口。在单一模具中使用多个浇口提供用于注射成型材料和注射粘合材料的单独入口。也可以为单一材料提供多个入口。在一些实施例中浇口沿着合模线均匀地隔开。在一些实施例中，浇口大体上均匀地间隔开。在一些实施例中浇口配置为引导注射材料的流动。在一些实施例中浇口配置为引导注射粘合材料围绕接缝在大体上一个方向上流动。
[0043]中空物体可以使用模具滑动加工来成形。在模具滑动加工中，中空物体的区段在第一组模具中成形且那些模具然后在机器内移动对准用于连接区段。
[0044]图4是用于使用具有共享中心工具的双机过程形成垫的顺序的描述。步骤在偏移平行同步操作中进行。每台机器或注射台循环进行通过注塑成型步骤。每台机器具有饰板工具116和气囊工具117。还有在两台机器之间移动的中心工具118。中心工具118可以被手动地移动，或者更优选地，通过自动过程移动。
[0045]如图4中所示，步骤是:A)形成饰板101和气囊片102，B)移除中心模具118，C)在粘合部106连接饰板101和气囊片102，和D)排出成形的垫总成100，然后重复。在第二机器中的步骤相对于第一机器是交错排列的，但以相同的顺序进行。中心模具118在不被第二机器使用时在第一机器中被使用。因此，当第一机器循环进行通过A到B到C到D并且回到A时，第二台机器循环进行通过C ’到D ’到A ’到B ’且回到C ’。两台机器以同步循环操作。
[0046]图5示出了使用部件转移的两台机器并行过程。在第一机器中的步骤是:1)形成饰板101和气囊片102，Π )分离模具，ΙΠ)将饰板101和气囊片102移动到第二机器，并且重复。在第二机器中的步骤是:i)将饰板101和气囊片102置于第一连接模具114和第二连接模具115中，? )将第一连接模具114和第二连接模具115对准并注射粘合材料以形成连接饰板101和气囊片102的粘合部106，和iii)分离第一连接模具114和第二连接模具115且排出成形的垫总成100，然后重复。在第二机器中的步骤相对于第一机器是交错排列的，但以相同的顺序进tx。
[0047]图5中所示的过程的结果也可以通过单独地且非同步地成型饰板101和/或气囊片102来实现。使用部件转移的方法，饰板101和气囊片102可以各自在两件式模具中各自单独地成型。随后，将成形的饰板101和气囊片102部件置于第一连接模具114和第二连接模件115中并且注射粘合材料以形成粘合部106。
[0048]图6是使用具有两个旋转中心模具的四件式模具成形垫的顺序的描述。如图6中所示，具有两个旋转中心工具的四件式工具可以配置为产生垫总成100。第一外部模具是凸形饰壁工具119。第一中心工具是凹形饰壁工具120。凸形和凹形饰壁工具形成饰板101的模具。第二外部模具是凸形气囊壁工具122。第二中心工具是凹形气囊壁工具121。凸形和凹形气囊壁工具形成气囊片102的模具。第一和第二中心工具通过旋转来定位饰板101和气囊片102，用于形成两个半部之间的接缝粘合部106。
[0049]用于使用四件式工具成形垫气囊和饰件总成的示例性循环顺序如下。步骤1)S1模具完全闭合。饰板101和气囊片102连接以在中心工具——即凹形饰壁工具120和凹形气囊壁工具121——之间形成粘合部106。饰板101在中心凹形饰壁工具120和第一外部模具上的凸形饰壁工具119之间成形。气囊片102在中心凹形气囊壁工具121和第二外部模具上的凸形气囊壁工具122之间成形。步骤2)S2外部模具打开。成形的气囊片102和饰板101保持在它们各自的凹形中心模具中。步骤3)S3中心模具分离。连接的气囊和饰件垫总成从中心腔排出来。步骤4)S4中心模具旋转。成形的气囊片102和饰板101在其各自的中心工具中被定位成彼此相对。步骤5)S5中心工具汇合，闭合中心腔且定位气囊片102和饰板101以进行粘合。步骤6)S6循环重复。中心工具相对于一些步骤之前的位置旋转，然而，由于它们的形状，所以循环可以从一开始重复并且步骤6S6相当于步骤ISl。
[0050]在这样的交迭、循环的生产过程中，每个中心工具的形状被设计为与在开始和旋转位置中的模具配对。在所示的实施例中，每个中心工具具有第一侧和第二侧且工具在第一侧和第二侧之间是对称的。
[0051]这个生产过程是有利的，因为一个饰件和气囊垫总成可以被连接，而同时另一个饰板101和气囊片102被成形。这种交迭生产增加成型速度且降低处理成本。另一个益处是，垫部件保持在模具和机器中，从而在粘合步骤帮助部件之间的对准。过程可以降低处理时间，因为部件不需要在粘合之前完全冷却和从模具移除。注射成型机可以调整为对饰板101、气囊片102、和接缝粘合部中的每个使用不同的材料。
[0052]图7是垫接缝的详细的剖视图，其中饰板和气囊部件从成形模具移到用于粘合的连接模具。在设计以注射成型过程制造的部件中，重要的是确保部件可以在没有模锁的情况下成形。模锁是妨碍模具在不会损坏成型部件或模具的情况下滑动打开时的结构。各种方法可以用来制造如果在标准一步成型过程中成形则导致模具锁的形状。这些方法例如包括多级成型和具有在多于一个平面上移开的部件模具。图7示出了部件的接缝设计，该部件被移动到第二模具以用于与第二模具中的部件进行粘合步骤。这个过程提供一方法，通过该方法使粘合材料形成气囊壁区段的突出部123。还示出的是饰板1I的区段，其中粘合部106延伸并穿过饰板101变宽，以形成机械锁定接缝124。机械锁定可以提供额外的坚固性和超过材料粘合的防止接缝分离的额外机制。
[0053]注射粘合材料的浇口或铸口可以在第一连接模具114或第二连接模具115中被提供。多个浇口可以在模具中被提供以用于一种或多种材料的注射。压缩区域107防止粘合部106挤出超过第一褶并进入膨胀腔108中。饰板101的面对舱室的表面上的难看区域一一比如在铸口或锁定接缝124的位置的浇口残痕一一可以通过饰面或表面处理来补救。
[0054]如图8中所示，饰件101可以进一步包括一个或多个热铆接分离连接片125。这些连接片125可以从饰件101像立柱一样突出，穿过膨胀腔108，且到达或穿过气囊片102。连接片125可拆卸地固定到气囊片102或安装结构(未示出)。当注射粘合材料时，连接片125可以在连接片与气囊片102的接缝处通过包覆成型粘合材料固定，以形成锚固部126。在正常使用过程中，连接片将起到如下作用，加强配合度和外观、减少振动、稳定饰件、和/或减少对饰板撞击时的“中空”声音。在充气事件的过程中，锚固部126或连接片125将破裂或脱落。在一些实施例中，每个连接片125将由于充气压力在锚固部126处从气囊片102分离。
[0055]如图9中所示，气囊片102可以与凸缘127—起成型。为了增加饰板101和气囊片102之间的接缝强度，可以增加粘合部106的表面积。表面积可以通过在箭头A所示的方向上增加尺寸——增加凹槽或沟槽111的深度和脊112的突出高度——来增加。通过加入凸缘127，表面积也可以在箭头B所示的方向上一一从气囊片102向外或平行于饰板101的面一一增加。
[0056]凸缘127可以配置为与外部脊112重叠。凸缘127可以可选择地配置为与粘合部106的所有或仅一部分重叠，而不与外部脊112重叠。除了提供额外的表面积之外，凸缘通过提供在A和B的方向上的粘合表面而增强接缝对多个方向上力的抵抗力。
[0057]主动垫的内部气囊、接缝粘合部、和外饰壁可以由成型塑料(比如聚乙烯、聚烯烃或PVC(聚氯乙烯))制成。在主动垫生产中有用的其它材料包括，例如:丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、尼龙、聚苯并咪唑(PBI)、聚丙烯、聚氨酯、和本领域中已知的其它材料。
[0058]在特定装置和实施例中，注射成型总成具有可以由聚合物、纤维增强复合材料、金属合金、塑料、复合材料、树脂、聚环氧化物、或其它材料制成的附加结构。总成可以通过本领域已知的手段来进行调整，比如使用支架、支柱、框架、夹子、凹口、定位凹槽、杆、垫圈、垫片、定位机构等等。总成可以用垫料、加强件、通气口、纹理、饰面、和附加特征来进行调整。
[0059]方法和系统已经参照安全垫的生产和设计进行了描述。然而，该方法和系统在其它中空成型制品(比如压力容器、洗涤液容器、和燃料箱)中也是有用的。
[0060]已采用的术语和表达被用作描述而不是限制的术语。每当说明书中给定范围，包括在给定范围中的所有中间范围和子范围，以及所有个别值旨在被包括在本公开中。应该理解的是，尽管本发明已通过特定实施例和示例具体地公开，但是本领域技术人员可以使用在此公开的概念的可选的特征、修改和变化，并且这样的修改和变化被认为是在如所附权利要求限定的本发明的范围内。
【主权项】
1.一种使用具有三件式模具的注射成型机来注射成型中空制品的方法，包含: 将第一注的第一成型材料注射到第一模具和第二模具之间的空腔中以形成第一部件；将第二注的第二成型材料注射到所述第二模具和第三模具之间的空腔中以形成第二部件； 重新定位至少一个模具以将所述第一模具和第三模具对准，其中所述第一部件被保持在所述第一模具中且所述第二部件被保持在所述第三模具中； 将第三注的第三成型材料注射到所述第一部件和所述第二部件之间的空腔中，其中所述第三成型材料将所述第一部件粘合到所述第二部件，从而形成所述中空制品。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述中空制品是车辆垫总成。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包含:通过由将所述第一部件装配到所述第二部件形成的压缩区域来限制所述第三注的流动。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二模具是非对称的。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述中空制品包含: 注射成型面板，所述注射成型面板具有邻近所述面板的周边的脊和沟槽； 注射成型片，所述注射成型片具有在所述片的外周边的粘合区段，其中所述粘合区段处在所述沟槽内；以及 注射成型粘合部，所述注射成型粘合部处在所述片的所述粘合区段和所述面板的所述沟槽之间。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一成型材料与所述第二成型材料相同。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一成型材料与所述第二成型材料不相同。8.根据权利要求1所述的方法，进一步包含:在注射所述第二成型材料同时注射所述第一成型材料。9.根据权利要求1所述的方法，进一步包含: 在与第一注射成型机的偏移同步操作中操作第二注射成型机，其中两个机器中都使用所述第二模具； 在所述第一机器注射所述第二注的所述第二成型材料之后且在所述第一机器注射所述第三注的所述第三成型材料之前，将所述第二模具从所述第一机器移除； 将所述第二模具从所述第一机器转移到所述第二机器；以及 在所述第二机器注射所述第二注的所述第二成型材料之后且在所述第二机器注射所述第三注的所述第三成型材料之前，将所述第二模具从所述第二机器返回到所述第一机器。10.—种中空制品，包含: 注射成型面板，所述注射成型面板具有邻近所述面板的周边的脊和沟槽； 注射成型片，所述注射成型片具有在所述片的外周边的粘合区段，其中所述粘合区段处在所述沟槽内；以及 注射成型粘合部，所述注射成型粘合部处在所述片的所述粘合区段和所述面板的所述沟槽之间。11.根据权利要求10所述的中空制品，其中所述面板和所述片之间的压缩区域将所述粘合部限制到所述沟槽。12.根据权利要求10所述的中空制品，其中所述制品是垫总成。13.根据权利要求12所述的中空制品，其中所述面板是车辆饰板且所述片是褶状气囊。14.根据权利要求13所述的中空制品，进一步包含多个可拆卸附着的连接片，所述多个可拆卸附着的连接片从所述面板延伸穿过所述气囊，其中注射成型锚固部将所述连接片附接到所述片。15.根据权利要求10所述的中空制品，其中所述片进一步包含凸缘，所述凸缘在所述粘合区段周边向外延伸且其中所述凸缘形成用于所述注射成型粘合部的附接表面。16.根据权利要求10所述的中空制品，其中所述面板和所述片在单个注射成型机中大体上同时地成形。17.根据权利要求10所述的中空制品，其中 所述面板和所述片是在三件式成形模具中共成型的，并且 其中在所述粘合部的注射成型过程中，所述面板保持在所述成形模具的第一模具中且所述片保持在所述成形模具的第二模具中。18.根据权利要求10所述的中空制品，其中 所述面板和所述片是在三件式成形模具中共成型的， 其中在所述粘合部的注射成型过程中，所述面板保持在所述成形模具的第一模具中且所述片保持在所述成形模具的第二模具中，并且 其中所述面板和所述片之间的压缩区域将所述粘合部限制到所述沟槽。19.根据权利要求10所述的中空制品，其中 所述面板和所述片是在四件式成形模具中共成型的，并且 其中在所述粘合部的注射成型过程中，所述面板保持在所述成形模具的中心面板工具中且所述片保持在所述成形模具的中心片工具中。20.一种注射成型工具，包含:具有旋转对称中心工具的四件式工具。
【文档编号】B29C45/26GK105835310SQ201610051998
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】拉杰·S·罗伊乔杜里
【申请人】福特全球技术公司