专利名称：注射成型塑料材料的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于注射成型塑料材料以制造具有薄壁部和厚壁部的制品的方法和装置。
为了消除缩痕，已知可以在塑料冷却时通过填充入额外的塑料材料来过量填充铸型腔。但是，这只能部分起作用，因为厚壁部中在冷却时需要填充另外的塑料材料，但是只要薄壁部内塑料一冷却，就会阻止塑料流入薄壁部以外的该厚壁部。
当塑料流入流道凝固时，发生同样的问题，由此阻止任何其他的塑料材料流入铸型腔。因此，在塑料材料随后的冷却中会产生缩痕。
欧洲专利EP0495614中公开了一种具有厚壁部和薄壁部的塑料制品的注射成型方法，其中至少为所述或每个厚壁部提供至少一个空隙形成件。该空隙形成件的一端具有设置在铸型腔内的锐角尖端。用熔融塑料材料填充铸型腔后，将压缩气体如空气沿空隙形成件的周围输送到锐角尖端，在此使气体射向并穿透塑料材料，从而在熔融塑料中形成空隙核(voidnucleus)。冷却或固化塑料材料会使空隙核响应周围塑料材料的收缩而进行膨胀。
最好在为取出制品将模子打开之前，从所述或每个空隙中排出所述流体。
最好在保持所述或每个空隙中的流体压力的步骤中，所述相应空隙内的受压流体保持在最初的注入压力状态。
最好受压流体是气体，如压缩空气。
最好流体压力不超过55巴。
本发明还提供一种注射成型塑料制品的设备，所述制品具有薄壁部和厚壁部，该设备包括模子，具有对应制品形状的铸型腔；至少一个流体喷射件，所述流体喷射件伸入一部分铸型腔内，所述一部分铸型腔在要形成厚壁部的区域或靠近所述区域，所述流体喷射件内端位于铸型腔内要求的位置；用于将熔融塑料材料注入铸型腔内的装置，以便充满铸型腔并充满其中形成薄壁部的至少所述一部分或多部分铸型腔，使得所述薄壁部或每个薄壁部呈自撑状态；以及通过所述或每个流体喷射件来注入受压流体的装置，所述注入件穿透围绕流体喷射件的塑料材料，以在靠近所述流体喷射件内端的塑料材料内形成充有流体的空隙，并且在冷却时响应周围塑料材料的收缩而保持空隙内的流体压力，直到塑料材料呈自撑状态为止。
最好提供一种装置，在打开并取出所述制品前，该装置使所述或每个充有流体的空隙得以排空。
最好流体喷射件具有安装在模壁内的外套筒和内部元件，使流体得以通过内部元件和外套筒之间的间隙注入模腔内。
最好内部元件的内端具有尖端，受压流体流过所述尖端以助于流体穿透周围塑料材料的表层。最好所述内部元件的尖端形成不大于40°的锐角。
流体喷嘴可以与中心销和/或起模杆组合。
图1是采用流体喷嘴第一实施例以形成物品厚壁部内空隙的注射成型塑料制品系统；图2是注射塑料和形成空隙时的塑料压力坐标图；图3是图1中流体喷嘴的纵剖面视图，它也是中心销，该喷嘴延伸到要形成厚壁部的铸型腔内；
图4是图3中流体喷嘴的喷喷嘴销IV部分的放大视图；图5是图1中位于铸型腔部分内的流体喷嘴，该铸型腔靠近要形成的厚壁部所处的区域内；图6是喷嘴的第二实施例，它包括喷喷嘴销和外套筒；图7是流体喷嘴的第三实施例，它具有安装在起模杆内的喷喷嘴销；图8是流体喷嘴的第四实施例，它将图3中的喷喷嘴销和套结合在套筒顶推器内；图9是流体喷嘴的第五实施例，它具有直接安装在模型刀具内的喷喷嘴销；以及图10是流体喷嘴的第六实施例，它包括组合的喷喷嘴销和起模杆以及沿喷嘴周围延伸的流体流道。
为此，在该厚壁部内或每个后壁部内要求的位置形成空隙，使空隙扩大，以便使空隙的总容积对应冷却时注射塑料材料的体积收缩量。
如下所述，该方法适用于造型，其中由造型机将熔融塑料材料注入和预充填铸型腔，该铸型腔具有至少一个薄壁部和至少一个厚壁部，使得该薄壁部呈自撑状态。一般，受压流体如本实施例中不大于55巴的压缩空气在所述或每个厚壁部附近注入厚壁部或直接注入厚壁部，厚壁部会产生很明显的收缩。流体形成小空隙或气泡，由此在气泡上充填或另外充填塑料材料，并消除潜在的缩痕。该空隙还最大程度地减小了合成应力，由此防止制品的变形。当流体喷嘴处的熔融塑料压力下降到所施加的流体压力以下时，首先形成空隙。空隙的大小取决于流体压力、预填充范围和塑料材料体积收缩之间的关系。流体喷射装置内设有合适的定时器，该定时器关于造型机循环以合适的顺序触发。在该实施例中，在打开模子以取出制品之前，使所述空隙或每个空隙中的流体压力接着泄压而流回大气或回收腔。另外，对于有些制品，由于空气压力很低，空隙的体积很小，并且厚壁部中壁的厚度相对较厚，因此可以取消排泄步骤，避免了当打开模子时制品有破裂的危险。
下面说明注入压缩空气作为加压流体。但是，系统可能注入其他加压气体，如氮，而不是压缩空气。还可以在压力下注入液体，如水或液体起泡剂，而不是加压气体。
图1是示出了模具10，它具有形成铸型腔13的上模部11和下模部12。铸型腔形成制品的形状，该制品具有多个薄壁部和至少一厚壁部15。在上模部11内有树脂流道，其包括上注口16、横流道17和流道18，以便熔融塑料材料19由造型机的喷嘴20流入铸型腔13。
在该厚壁部或每个厚壁部15内要求形成充有流体的空隙21，此处设有流体喷射件或喷嘴22的内端，在该实施例中，流体喷射件或喷嘴22连接喷气装置23。如上所述，喷气装置可适于提供受压力作用的流体如氮或水或液体起泡剂，而不提供压缩空气。
喷气嘴22安装在模具下部12内，并通过接头24和导管25连接喷气装置23。装置23包括具有大直径活塞的普通空气增压器26，向该大直径活塞提供推进气以驱动小直径活塞。从进气口30，通过在增压器26的气源一侧上的空气调节器或过滤器29，提供小活塞的推进空气27和空气供给28。
在空气增压器26的压力侧是压力调节器31，设定该压力调节器以便限制通过喷气阀32送入导管25的空气压力。阀32下游的支管33具有与大气或回收腔36连通的排气阀34，用于在需要时以受控的方式从空隙21中排气。阀32、34由控制系统35控制，控制系统35接收来自造型机或模具10的信号。可以通过安装在造型机或模具上的开关38获得该信号。开关38可以是接近开关(proximity switch)或其它开关，如果该开关设在模具上，当模具10关闭时启动该开关，或者如果开关设在造型机上，当注入塑料材料19时启动该开关。
参照图1和2，适量的熔融塑料材料19由造型机喷嘴20沿树脂流道注入，以便填充铸型腔13(注入阶段1)，其中如图所示塑料压力升高。接着沿树脂流道注入另外适量的熔融塑料材料(注入阶段2)，以便充填至少薄壁部14，直到薄壁部呈自撑状态，并且最好部分充填铸型腔13的该薄壁部或每个薄壁部15。在该第二注入阶段中，塑料压力开始降低。在经过由定时器T1设定的延迟时间后，完成铸型腔的充填。使排气阀34关闭，喷气阀32打开，喷气装置23在由压力调节器31确定的压力下通过该流体喷嘴或每个流体喷嘴22向铸型腔13相应厚壁部15中的要求位置输送压缩空气，由定时器T2设定该周期。当流体喷嘴22内端的塑料压力低于所施加空气压力时，开始在塑料材料中形成充有流体的空隙21。当厚壁部中塑料材料冷却时，充有流体的空隙21容积增大，直到塑料材料呈自撑状态，通过空气增压器26，将气压保持在由压力调节器31确定的压力。在铸型腔内塑料材料的固化过程中，内应力或残余应力被空隙吸收。喷气阀32接着关闭，如果需要的话，将进气阀34打开，以便以可控方式将空隙21内的空气通过流体喷嘴排回到大气中去，直到空隙内的气压降低到大气压为止。将模子打开，使用起模杆取出制品。接着重新设置该装置以备下一个造型循环。
在图2的曲线图中，由在形成空隙时表示本实施例中塑料压力的上线来限定阴影区域，显示了塑料压力在排气前一直保持在0以上。需要该正压力来支撑空隙21并在塑料材料表面上出现下陷。阴影区域的下线表示普通注射成型中的塑料压力，其中在冷却阶段压力会下降到0，即低于要求防止下陷的压力。
图2还显示了由于采用的流体压力很低因此排气阶段不是必须的，空隙的容积很小，而厚壁部的壁厚相对较厚。
如果采用一个以上的流体喷嘴22，则可以通过歧管连接各嘴，该歧管位于来自喷气装置23的供气导管25和每个嘴的接头24之间。类似地，如果注入的流体是气体而不是空气，或是流体如水或液体起泡剂，将设置合适的供应部件以便向该喷嘴或每个喷嘴22供送在压力作用下的气体或液体，如果需要的话随后排出流体。
在另一实施例中，喷气阀32可以早于上述时间打开，即在用塑料材料覆盖喷嘴22后的任何时间。喷嘴内端附近的压力一降低到流体的外加压力，流体就可接着进入塑料材料以形成空隙21。
如图1、3和4所述，模具下部12中的流体喷嘴22具有与嘴体41组合的喷嘴销40，在该实施例中，它还是中心销。嘴体41伸入铸型腔13的厚壁部15内并具有通孔42，在其内端设有沉孔。在嘴体的外端是头部44，嘴体通过管塞固定在模具内，在该实施例中，是通过螺纹旋入模具内的。流体供应接头24安装在管塞45内，管塞45具有与嘴体41内通孔42成直线排列的孔54。头部44还具有横槽46以使流体得以横向输送，如果需要的话，穿过贯穿模具钻出的直线孔到嘴体的下面，而不穿过接头24。密封件47设置在嘴体头部和模具之间。在该实施例中，密封件47是平垫圈，但是该密封件可以是O形环或其它密封件。沉孔43具有内螺纹以容置喷嘴销40的螺纹套筒48。喷嘴销的内端具有头部49，通过该头部49将喷嘴销40固定在套48内。头部49内一个或多个槽50连接中心销内的通孔42，使喷嘴销40的杆体和套48之间形成环形通道51。喷嘴销40的外端部55与套筒48之间是间隙配合，并具有伸出端52，它的作用是产生空隙。间隙配合形成间隙53，该间隙使空气排出并在端部52的所有圆周面或部分圆周面上以一股或多股气流流动，也就是在围绕端部的塑料材料19下面，但是该间隙足够窄以便防止消除塑料材料的回流，在铸型腔的充填中塑料材料会阻当该间隙。在该实施例中，销40的端部52是尖的，形成不超过40°的锐角，端部用于聚集气流，以便气流进入塑料材料内，从而形成空隙，当周围的塑料材料由于冷却而进行收缩时该空隙增大。如果端部的角度较大，空气则趋于在制品外侧上流动，而不能充入塑料材料以形成空隙。
在图5中，流体喷嘴22位于铸型腔13的部分37内，靠近形成空隙21的厚壁部15。在该实施例中，部分37形成壁部，该壁部的厚度介于薄壁部14附近区域和厚壁部15附近区域之间。另外，流体喷嘴22以与图1、3和4中的嘴相同的方式构成和工作。空隙21由中间壁部37内的嘴22端部52向着厚壁部15内要求的位置延伸。
图6示出了流体喷嘴59的另一实施例，包括起中心销作用的外套筒60和内喷嘴销61，它们之间形成环形通道62。如上所述，喷嘴59通过螺纹管塞63固定在下模部12内。销61头部65和套筒60头部67内分别设置互联槽64、66以便空气从空气源接头24或通过在模具下部12中钻出的孔流向通道62。
平垫圈70作为密封件设置在外套筒60的头部67和模具之间。
图7示出了流体喷嘴的另一实施例，包括组合起模杆72和喷嘴销73。喷嘴的内端相当于图4的喷嘴，但是喷嘴销73和安装套筒74延伸超过起模杆72的末端而进入铸型腔13中的塑料材料19内。喷嘴销73和套筒74的长度依赖于厚壁部15中的塑料材料厚度。密封件为设置在起模杆72头部和起模板76之间的平垫圈75或O形环。螺纹管塞或密封管塞71设置在起模板76和盖板77之间。空气通过安装在盖板中的接头或通过在起模板76中钻出的横向孔79流入起模杆72中的通孔78。起模杆72头部81内的槽80使空气流过孔79而流向喷嘴销73。
图8是组合了图6的嘴59和套筒起模器83的流体喷嘴实施例。空气通过底板84中的接头和槽64、66流入喷嘴销61和套筒60之间的通道62。空气接着流过间隙68和伸出端69的圆周面上面。套筒60和套筒起模器83之间的环形通道84使起模套筒关于嘴59向上移动，以便在打开模具时顶出制品。
作为代替喷嘴与中心销或起模杆的组合，喷嘴销85和螺纹套筒86可以直接旋入模具10的下部11内的攻丝孔87，如图9所示。压缩空气或其它流体，如氮或水，在压力作用下通过在模具10下部12中钻出的横向孔88供给喷嘴销85和套筒86。如图3所示的实施例，在喷嘴销85头部90内设置的平台部89使空气在销和套筒之间流动并通过间隙91流出，以及在伸出端93的外圆周面92之上流动。喷嘴销85和套筒86的最优长度取决于铸型腔厚壁部内塑料材料的厚度。
图10示出了流体喷射件的另一实施例，其中空气流入厚壁部底部而不是厚壁部尖端的铸型腔厚壁部15。
在所示的实施例中，提供了与起模杆101组合的喷嘴销100。机加工出喷嘴销以便提供尖端102。起模杆101延伸穿过模具下部12内的孔103而到达厚壁部底部。孔103在起模杆和模具之间形成环形通道104，它在厚壁部附近只是间隙105，由此防止塑料材料的回流。起模盖106用螺栓固定模具下部，它形成连通结构，使压缩空气由喷气装置通过导管25流向环形通道104。空气接着流过间隙105而进入厚壁部，并向上经过喷嘴销周围流向嘴尖端，该空气由此在塑料材料19中形成空隙21。塑料材料在厚壁部中的预充填有阻止空气沿远离嘴尖端的方向绕厚壁部表面流动的趋势。
第一O形环107在起模盖106和模具下侧之间形成密封。第二O形环108设置在起模盖和起模销之间，它使起模杆关于起模盖上下滑动。
本发明不限于上述实施例的特别细节。例如，在图3至9所示每个流体喷嘴实施例中，环形通道和/或间隙可以分别由喷嘴销40、61、73、85和/或套筒48、60、74、86中的一个或多个纵向槽取代，以便使空气或其它流体在其间流动，由此在喷嘴销伸出端的周围表面上流动。在图10的实施例中，同样采用了喷嘴销和模具之间的环形通道和间隙。
在每个实施例中，参照图1和2，以上述方式应用本发明的方法来生产塑料制品，并且在表面中不会出现显著下陷，而且不会有变形。
权利要求
1.一种通过采用具有铸型腔注射成型塑料制品的方法，所述制品具有薄壁部和厚壁部，所述铸型腔对应制品的形状，所述模子具有至少一个流体喷射件，所述流体喷射件在要形成厚壁部的区域内或靠近所述区域，且伸入一部分铸型腔内，所述方法包括注入足以填充所述铸型腔的一定量熔融塑料材料；注入另外一定量熔融塑料材料，以充满至少形成薄壁部的铸型腔部分，使得所述薄壁部或每个薄壁部呈自撑状态；通过所述流体喷射件或每个流体喷射件注入受压流体，以便穿透围绕流体喷射件内端的塑料材料，由此在靠近流体喷射件的塑料材料内部形成充有流体的空隙；以及保持所述或每个空隙内的流体压力，使得在冷却时所述空隙响应周围塑料材料的收缩而进行膨胀，直到塑料材料呈自撑状态为止。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在为取出制品将模子打开之前，从所述空隙或每个空隙中排出所述流体。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在保持所述或每个空隙中的流体压力时，所述相应空隙内的受压流体保持在最初的注入压力状态。
4.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，受压流体是气体，如压缩空气。
5.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，流体压力不超过55巴。
6.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，受压流体是由空气增压器输出的压缩空气。
7.一种注射成型塑料制品的设备，所述制品具有薄壁部和厚壁部，包括模子，具有对应制品形状的铸型腔；至少一个流体喷射件，所述流体喷射件在要形成厚壁部的区域或靠近所述区域伸入一部分铸型腔内，其内端位于铸型腔内要求的位置；用于将熔融塑料材料注入铸型腔内的装置，以便充满铸型腔并充满其中形成薄壁部的至少所述一部分或多部分铸型腔，使得所述薄壁部或每个薄壁部呈自撑状态；以及通过所述或每个流体喷射件来注入受压流体的装置，所述受压流体穿透围绕流体喷射件的塑料材料，从而在靠近所述流体喷射件内端的塑料材料内形成充有流体的空隙，并且在冷却时响应周围塑料材料的收缩而保持空隙内的流体压力，直到塑料材料呈自撑状态为止。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括在为取出制品将模子打开前使所述或每个充有流体的空隙得以排空的装置。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，流体喷射件具有安装在模壁内的外套筒和内部元件，使流体得以通过内部元件和外套筒之间的间隙注入铸型腔。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述间隙足够窄，以便防止塑料材料的回流。
11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述内部元件的内端具有尖端，受压流体流过所述尖端以助于流体穿透周围塑料材料的表层。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述内部元件的尖端形成不大于40°的锐角。
13.如权利要求7至12任一所述的装置，其特征在于，所述流体喷嘴与中心销组合。
14.如权利要求7至12任一所述的装置，其特征在于，包括用于打开模子的起模杆。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述至少一个流体喷射件与一个起模杆组合，所述流体喷射件的外套筒以滑动方式支承在相应起模杆内。
全文摘要
本发明提供一种用于注射成型一具有薄壁部和厚壁部(14、15)的塑料制品的方法和装置。注入足以填充铸型腔的一定量熔融塑料材料(19)，接着注入另外一定量熔融塑料材料使其足以充满形成薄壁部(14)的至少部分铸型腔。通过所述或每个流体喷射件注入受压流体，以便穿透塑料材料，由此在靠近流体喷射件的塑料材料内形成充有流体的空隙(20)，保持所述或每个空隙中的流体压力，使得在冷却时所述空隙响应周围塑料材料的收缩而进行膨胀，直到塑料材料呈自撑状态为止。
文档编号G02F1/15GK1424959SQ0180836
公开日2003年6月18日 申请日期2001年4月25日 优先权日2000年5月3日
发明者马修·埃米特·塞耶, 肯尼思·理查德·克罗 申请人:辛普瑞斯注气有限公司