专利名称：造型材料处理装置以及制造该装置的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种熔料处理装置，该装置具有一个如独立权利要求1前序部分所述的细长热元件。本发明还涉及一种用于制造上述熔料处理装置的方法和设备。
从美国专利US5,051,086中可以得知这种熔料处理装置。
诸如电热元件等的热元件被用于熔料处理装置中，用于提供所需的热量，以便将处理装置内的温度提高到一个处理温度并保持该温度。
因为在如今的注射成型装置中要实现短的循环周期，所以处理装置具有良好的温度-时间响应是很重要的。电热元件因此必须迅速且均匀地将热量传递到处理装置主体中去。另外，电热元件和处理装置之间的连接必须足够充分的牢靠以抵抗在成型过程中作用在处理装置和电热元件上的机械力。这一点同样适用于诸如热电偶、传感器或加热/冷却管等热元件，而不管热量是传递至热元件，还是从热元件传来。
上面所提到的美国专利US5,051,086揭示了一种注射成型喷嘴形式的熔料处理装置。所述装置具有一个诸如电热元件的细长热元件，该电热元件直接包围着喷嘴体。电热元件的线圈在真空炉内通过一个钎接步骤而整体浇注在一个镍合金中。该钎接步骤使得镍合金流入围绕线圈的所有空间中，从而将线圈冶金结合在喷嘴体上。为了使面对喷嘴外侧的电热元件线圈的外部绝缘，将线圈覆盖上不锈钢和陶瓷绝缘材料的等离子喷镀的交替层。
美国专利US4,557,685揭示了一种注射成型喷嘴，在其圆柱形表面上围绕着一个螺旋槽。一个螺旋状的电热元件被整体钎接在该槽中，其中钎接步骤在真空炉内完成。在这里是镍膏的钎料熔化并通过毛细管作用而流入围绕电热元件的槽中，从而将电热元件与槽连接起来，并形成一个整体结构。
以上所引用的两个美国专利均在真空炉内通过钎接电热元件和喷嘴体而将两者连接起来，但是，这种应用真空炉的技术是昂贵的且生产率低的。
发明人是Okamura的美国专利US5,226,596揭示了一种加热喷嘴，在其外周上设有一个螺旋状的凹槽以安置一个电热元件。该凹槽和电热元件被一个金属带覆盖住，该金属带包围着加热喷嘴主体的外周表面。这种金属带被焊接到喷嘴体上。然而，以上构造会在金属带与电热元件之间产生充满空气的空间，使得电热元件的表面被局部绝缘。所以电热元件的温度将不适宜地在所述绝缘处升高，这将损坏电热元件。
本发明的目的是提供一种可靠的熔料处理装置，其具有一个可以被快速、低价地制造出来的细长热元件。本发明的另一个目的是提供一种方法，其能够容易地实现自动化，并提供一种实施所述方法的设备。
通过独立权利要求1的处理装置能够实现本发明目的中的装置。通过独立权利要求15和22的主题能够分别实现本发明的目的中的制造所述装置的方法和设备。
本发明的装置的优点是在生产过程中不需要真空炉。因此生产率提高了，而生产成本降低了。另外，由电热元件传递到处理装置主体上的热量被进一步增加，这是因为两个部件彼此直接接触，从而达到最优效果。因此本发明装置的温度-时间响应被进一步提高，从而可以缩短循环周期。
本发明的方法能够容易地实现自动化，这就有利地降低了生产成本。本发明的方法进一步使得使用若干具有不同熔点的材料进行热喷射成为可能。最后，在连接过程中，电热元件和处理装置在电热元件附近仅被加热至很小的程度，从而没有变形发生，而变形会影响两者的接触，进而影响电热元件和处理装置之间的热交换。
这种处理装置可以是喷嘴、成型歧管、浇口嵌件、阀杆、喷管端、鱼雷形部件、加热器主体或浇口衬瓦。位于处理装置表面上的凹腔优选为沟槽。
所述凹腔的第一部分为V型开口。这种构造能够促进并改善热元件与处理装置表面之间的净空间的填充。在一个优选实施例中，所述第一部分的开口角度为30°-120°。
在另一个优选实施例中，第二部分的截面为弓形，并适于安置一个诸如电热元件或加热/冷却管等管状热元件。第二部分围绕热元件的角度在一个优选实施例中为180°，从而热元件与处理装置直接接触的面积最大。当然以上角度也可以小于180°。
优选的是，平行于所述沟槽的底部在沟槽的至少一个壁上形成一个槽状凹口，当将热元件压入沟槽内时，该槽状凹口可以有利地如弹簧一样作用。槽状凹口可以形成在沟槽的第一部分上。另外，槽状凹口可以对称地形成于沟槽的相对壁上。
优选的是，所述热喷射材料为热导性材料，该材料可以是铝、青铜、黄铜、镍或它们的合金。
根据本发明方法的一个优选实施例，热喷射是一种等离子喷射。有利的是，因为等离子束能够充分地熔化熔点高的初始材料，所以它能够处理这种材料。在另一个方法实施例中，热喷射是一种电弧喷射。该实施例的优点是能够容易地获得线状初始材料。最后热喷射可以是火焰喷射。
优选的是，热元件所嵌入的表面被加工成平面状。这可以通过铣削、车削和/或磨削而完成。在一个优选实施例中，通过向热元件热喷射交替层而使净空间中填满材料。因此可获得一个均匀填充的净空间。通过在填充之前清洁上述表面，可以改善热喷射材料与电热元件表面及凹腔表面的粘结。
下面将参考附图对本发明的实施例进行详细描述，其中
图1为根据本发明的处理装置的一个实施例的局部剖视图；图2是当电热元件插入凹腔后上述实施例中的装置的局部剖视图；图3是当净空间被部分填充热喷射材料时上述实施例中的装置的局部剖视图；图4是当所述表面与电热元件之间的净空间被完全填充热喷射材料后上述实施例中的装置的局部剖视图5是当所述表面被磨削为平面后上述实施例中的装置的局部剖视图；图6是根据本发明的处理装置的另一个实施例的局部放大剖视图；图7是根据本发明的处理装置的另一个实施例的剖视图；图8是根据本发明的处理装置的另一个实施例的剖视图；图9是根据本发明的处理装置的另一个实施例的剖视图；图10是在插入热元件之前根据本发明的另一个实施例的剖视图；图11是根据本发明的处理装置的另一个实施例的剖视图；图12示意性地示出了一种用于制造本发明的处理装置的设备；图13是图12所示设备的一个实施例；图14是一种注射成型机的示意性侧视图，其中局部剖开；图15是带有一个喷嘴装置的注射歧管的剖视上视图。
图1示出了处理装置1的一个实施例的一部分，该处理装置1可以是喷嘴、成型歧管、浇口嵌件、喷管端、鱼雷形部件、浇口衬瓦、阀杆和加热器主体，可以用于塑性树脂、金属和粉末等各种材料的成型加工中。
图1特别示出了处理装置1的凹腔3的区域部分，该凹腔3形成于处理装置1的至少一个表面6上。所述凹腔3沿着表面6延伸至处理装置1中以被加热。电热丝可以被用作例如热元件2，它沿着表面6而与凹腔3相匹配。虽然在图1中仅示出了形成于一个表面6中的一个凹腔3，但是在处理装置1的其它表面上也可以形成凹腔。
在该实施例中，凹腔3为一个沟槽，它尤其适于安置电热丝状的加热管、冷却管或电热元件等管状热元件。凹腔3可以具有其它适于安置非管状热元件的形状。如图1所示，凹腔3的横截面大于图2所示的热元件2的横截面。该凹腔包括第一部分4和第二部分5。在本实施例中第一部分4为一个V型开口，它有利于材料8被热喷射至热元件2上。另外，所述V型开口还有利于热元件2被插入凹腔3中。第二部分5的截面为弓型，它与热元件2的截面相匹配。在此情况下，第二部分5以最大可能的角度即180°围绕着热元件。任何小于180°的角度也是可以的。
此外，从图1可以看出，在凹腔3的壁上形成两个沟槽状的凹口9。所述沟槽状凹口9平行于凹腔3的底部延伸，并在元件2的安装过程中，在热元件2压入凹腔3时像弹簧般作用。在该实施例中，所述沟槽状凹口9对称地分布在凹腔3的第一部分的相对壁上。其它布置可以例如是仅有一个沟槽状凹口9。
如图2所示，热元件2被插入凹腔3中。可以看出，通过将热元件2插入凹腔3中，可以在处理装置1的表面6和热元件2之间形成一个净空间7。借助于凹腔3的V型开口，净空间7朝着表面6扩展，从而可以容易地接触热元件2。因此可以促进材料8被喷射到热元件2上。
如图3所示，通过热喷射使得净空间7部分地填充有材料8。材料8的高温粒子朝着净空间7加速，该粒子以高速作用在自由表面上，即热元件2的面向净空间7的表面。因此，材料8被喷射到热元件2上直至净空间7被填满。图3中未示出高温粒子。有利的是，材料8被一层一层地喷射到热元件2上，从而净空间7被均匀地填充。因此材料8固化以形成一个完全覆盖热元件2的层，在该层上还喷射有其它各层，直至净空间7被完全填满。凹腔3的V型开口使得更多的材料8到达净空间7中以便沉积在电热元件上。
图4示出了一个填满热喷射材料8的净空间7。喷射至热元件2上的固化层粘附在热元件2的自由表面上以及凹腔3的V型开口7的壁上。热元件2因而固定在凹腔3中，从而保证所需数量的固态化合物以及处理装置1和热元件2之间的良好的热交换。为了改善固态热喷射材料8在热元件2上以及在凹腔3的壁上的粘附，在喷射之前将热元件2的表面和接触材料8的壁进行清洁，例如通过喷砂处理。
虽然如图所示净空间7的层状填充带来了良好的效果，但是其它填充方式也是可行的。在填充完净空间7之后，处理装置1的表面6被加工成平面，并具有图5所示的形状。
电热丝可以被用作电热元件，其心线由热导体形成。所述加热过程中的载流热导体被一个绝缘层环绕着，该绝缘层又被一个管状电热元件包围。所述管状电热元件为热元件2的上表面，高温粒子被高速喷射到该上表面上。管状电热元件可以由例如钢制造。
其它可以用作细长热元件2的元件例如为传感器、热电偶、加热管和冷却管等。
图6所示的实施例为一个注射成型喷嘴，该喷嘴具有一个用作处理装置1的加热嵌件。所述加热嵌件的外表面上包括一个凹腔3，凹腔3具有一个第一部分4和一个第二部分6。所述凹腔3中安置一个电热元件2。在电热元件和表面6之间的净空间7中填充热喷射材料8。对于该实施例，表面6被加工成平面是重要的，这使得处理装置1可以被插入喷嘴中。图7示出了一个作为处理装置1的加热套管，它可以被安装在如图8所示的注射成型喷嘴中。在图9中，处理装置为一个具有上板11的成型歧管，上板11包括嵌入的电热元件2。在下板12中设置一个熔料槽10。上板11上的凹腔以及电热元件2的走向与下板12中的熔料槽10的走向相对应。图10示出了一个注射成型喷嘴，其外表面6上具有一个作为凹腔3的螺旋状沟槽。该喷嘴被示出，而此时电热元件2没有被插入沟槽中。图11示出了一个具有电热元件2的注射喷嘴1，该电热元件2沿着喷嘴1的纵向延伸。
从上面可以得知，本发明可以在各种类型的处理装置1中实现。而且，本发明允许嵌入细长的热元件，而不管所述细长热元件2的纵向形式。
图1-5示出了制造熔融金属处理装置1的步骤，该装置1具有一个细长的热元件2。在熔料处理装置1的表面6上具有一个凹腔3，如图1所示。所述凹腔3具有一个大于热元件2的截面的截面。而且所述凹腔3包括一个第一部分4和一个第二部分5，所述第二部分的形状部分对应于热元件2的截面。凹腔3可以通过铣削而形成。图2示出了将热元件2插入并压入所述第二部分5中的步骤，以便在热元件2与处理装置1的表面6之间形成一个净空间7，该空间7由第一部分4和热元件2限定出。通过在插入过程中将热元件2压入凹腔3中，可以在凹腔3的壁与热元件2之间获得所希望的均匀接触。图3和图4示出了所述净空间7是如何通过热喷射而填充材料8，从而将热元件2嵌入处理装置1中的。
所述净空间7的填充是通过热喷射而实现的。可以为金属的初始材料以粒子形式被熔化、雾化、加速并喷射到电热元件上，直到净空间7被填满。该处理步骤的优点尤其在于当填充净空间时，高温粒子粘附在凹腔的壁上，从而当由覆盖电热元件的粒子组成的层固化时，所述电热元件被牢固地固定在凹腔中。
上述热喷射可以通过等离子喷射、火焰喷射或电弧喷射而实现。
在等离子喷射的情况下，初始材料以粉末形式被导入等离子束中，该等离子熔化所述粉末并将它朝着净空间7加速。如此形成的高温高速粒子被喷射到热元件2上，直至净空间7被填满。为了生成等离子束，在两个非熔化电极之间点燃一个电弧，所述电弧中添加有一种稳定气体。所添加的稳定气体诸如N2、N2+≤10％H2、Ar、He或Ar+N2等，该气体被雾化以形成等离子，等离子以高速离子束形式从喷嘴中射出。通过一种载流气体，粉末被喷射至所述等离子束中，然后熔化并浇注至热元件2的自由表面上。以这种方式电热元件被喷射直到净空间7被完全填满。为了使填充尽可能得均匀，粒子被一层一层地喷射到电热元件上。由于等离子束的高温，所以适用于大多数的金属粉末，但是也适用于其他合适的粉末。
在电弧喷射的情况下，初始材料是导线状的。为了产生高温高速粒子，由初始材料形成的两个电极接触。当点燃以后，在所述两个导线之间形成一个电弧，藉此两个导线连续地熔化。所述熔化物质通过压缩空气流而被雾化、加速并喷射到电热元件的自由表面上。通过这种方式，电热元件被喷射，直到净空间7被完全填充。为了获得尽可能均匀的填充，这里粒子同样被一层一层地喷射到热元件2上。
如图5所示，热元件所嵌入的表面6可以被加工成平面，例如通过铣削、车削和/或磨削。
铝、青铜、黄铜或者镍已经被证明可以用作初始材料。
图12示出了用于制造具有细长热元件2的熔料处理装置1的设备。该设备包括一个由例如等离子枪组成的热喷射装置100。该装置100被可移动地设置。该设备还包括一个用于支承处理装置1的支撑装置110以及一个图12中未示出的压入装置。该压入装置将热元件2挤压进入凹腔3中以便在热喷射过程中在热元件2与处理装置1之间保持紧密的接触。控制装置130控制着支撑装置110以及用于移动热喷射装置100的驱动机构140。
图13示出了上述设备的另一种实施例，其中包括两个等离子枪，它们均能够向热元件2喷射另一种材料。第一材料可以例如用来改善第二热导性材料在热元件2上的粘附。
图14示意性地示出了一种注射成型机，它包括如上所述的处理装置。
注射成型机包括一个注射成型挤压机20，它将成型树脂提供给静止半模具21以及相对于静止半模具21可移动的移动半模具22。所述静止半模型21与移动半模型22被支承在一个支架上。注射成型挤压机20由一个挤压控制器23控制。可被构造成上述处理装置1的热流道喷嘴24被设置在静止半模具21中。通向型腔26的浇口25位于热流道喷嘴24的一端。
移动半模具22具有型芯27，它可以被插入型腔26中。
尤其为了控制静止半模具21中的热流道装置的热量，设置了一个热流道控制器28，它通过一个导管29而与静止半模具21连接。
图15详细示出了带有喷嘴装置的注射歧管。
浇口衬瓦30被设置以便将成型树脂从挤压机20喷射至成型歧管31。嵌在成型歧管31中的是歧管加热器32，它用于将歧管31内的温度保持在合适的范围。一端设置在浇口衬瓦30中的沟槽被分成两个歧管熔料槽33。该熔料槽33通向热流道喷嘴34并延伸至浇口35中。在型腔36中设置一个型芯37。
阀销38延伸通过熔料槽33的一部分，并由一个位于成型歧管31后侧的阀销驱动器39驱动。
热流道喷嘴34包括一个喷嘴端以及用于将熔料槽33相对于浇口35密封起来的密封组件40。围绕浇口区域设置一个浇口冷却槽41。
热流道喷嘴34由围绕喷嘴34周边设置的喷嘴加热器42加热。
综上所述，图14所示的注射成型机及图15所示的带有喷嘴的成型歧管可以包括一个处理装置，该处理装置可以为喷嘴、成型歧管、浇口嵌件、阀杆、喷管端、鱼雷形部件、加热器主体或浇口衬瓦等等，它们的结构可以如以上实施例所描述的那样，并可以由上述方法制造。
权利要求
1.一种具有至少一个诸如电热元件、热电偶、传感器、加热管和冷却管等细长热元件(2)的熔料处理装置(1)，其特征在于-所述细长热元件(2)被设置在一个位于所述熔料处理装置(1)的表面上的凹腔(3)内；-由一个第一部分(4)和一个第二部分(5)组成的所述凹腔(3)的截面比所述热元件(2)的截面大，以便在热元件(2)与处理装置(1)的表面(6)之间提供一个净空间(7)；-由所述第一部分(4)和热元件(2)所限定的所述净空间(7)中填充有热喷射材料(8)；-与所述热元件(2)的截面相适应的所述第二部分(5)部分围绕着并直接接触着所述热元件(2)。
2.如权利要求1所述的熔料处理装置(1)，其特征在于所述装置(1)为喷嘴、成型歧管、浇口嵌件、阀杆、喷管端、鱼雷形部件、浇口衬瓦或加热器主体。
3.如权利要求1所述的熔料处理装置(1)，其特征在于所述凹腔(3)为沟槽。
4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的熔料处理装置(1)，其特征在于所述第一部分(4)为一个V型开口。
5.如权利要求4所述的熔料处理装置(1)，其特征在于所述第一部分(4)的开口角为30°-120°。
6.如权利要求2-5中任一权利要求所述的熔料处理装置(1)，其特征在于所述第一部分(4)具有两个彼此对置的直立的壁。
7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的熔料处理装置(1)，其特征在于所述第二部分(5)的截面为弓型。
8.如权利要求1-7中任一权利要求所述的熔料处理装置(1)，其特征在于所述第二部分(5)以小于180°的角度围绕着所述热元件(2)。
9.如权利要求2-8中任一权利要求所述的熔料处理装置(1)，其特征在于在所述沟槽的至少一个壁上具有平行于所述沟槽的底部而形成的槽状凹口。
10.如权利要求9所述的熔料处理装置(1)，其特征在于所述槽状凹口(9)设置在所述沟槽的第一部分(4)上。
11.如权利要求9或10所述的熔料处理装置(1)，其特征在于所述槽状凹口(9)对称地设置在所述沟槽的对置壁上。
12.如权利要求1-11中任一权利要求所述的熔料处理装置(1)，其特征在于所述热喷射材料(8)是被等离子喷射、火焰喷射或电弧喷射的。
13.如权利要求1-12中任一权利要求所述的熔料处理装置(1)，其特征在于所述材料(8)是热导性材料(8)。
14.如权利要求1-13中任一权利要求所述的熔料处理装置(1)，其特征在于所述材料(8)可以是铝、青铜、黄铜、镍或它们的合金。
15.一种用于制造具有细长热元件(2)的熔料处理装置(1)的方法，该热元件例如为电热元件、热电偶、传感器、加热管和冷却管，所述方法包括以下步骤-提供一个熔料处理装置(1)，在该装置(1)的一个表面(6)上具有一个凹腔(3)，所述凹腔(3)的横截面大于所述热元件(2)的横截面，所述凹腔(3)包括一个第一部分(4)和一个第二部分(5)，所述第二部分的形状部分对应于所述热元件(2)的截面；-将所述热元件(2)插入并压进所述第二部分(5)中以便在所述热元件(2)和所述处理装置(1)的表面(6)之间形成一个净空间(7)，该空间(7)由所述第一部分(4)及所述热元件(2)所限定；-通过热喷射将材料(8)填充进所述净空间(7)中，从而将所述热元件(2)嵌入所述处理装置(1)中。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于嵌入所述热元件(2)的所述表面(6)被加工成平面。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述加工方法为铣削、车削和/或磨削。
18.如权利要求15至17中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述热喷射为等离子喷射、火焰喷射和电弧喷射。
19.如权利要求15至18中任一权利要求所述的方法，其特征在于通过将交替的层喷射在热元件(2)上而将材料(8)填充在净空间(7)中。
20.如权利要求15至19中任一权利要求所述的方法，其特征在于在插入所述热元件(2)之前，将所述凹腔(3)进行清洁。
21.如权利要求15至20中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述槽状凹口(9)形成在所述凹腔(3)的至少一个壁上。
22.一种用于制造具有细长热元件(2)的熔料处理装置(1)的设备，该热元件诸如为电热元件、热电偶、传感器、加热管和冷却管，所述设备包括-热喷射装置(100)；-用于支承模型的支撑装置(110)；-用于将热元件(2)压入凹腔(3)中的压入装置(120)；以及-控制装置(130)；-其中所述热喷射装置(100)和支撑装置(110)被可移动地设置并由所述控制装置(130)所控制，以便彼此配合。
23.一种包括如权利要求1-14中任一权利要求所述的熔料处理装置的注射成型机。
24.一种包括喷嘴装置以及如权利要求1-14中任一权利要求所述的熔料处理装置的成型歧管。
全文摘要
本发明揭示了一种具有一个诸如电热元件、热电偶、传感器、加热管和冷却管等细长热元件的熔料处理装置，其特征在于所述细长热元件(2)被设置在一个位于所述熔料处理装置(1)的表面上的凹腔(3)内，由第一部分(4)和第二部分(5)组成的所述凹腔(3)的截面比所述热元件(2)的截面大，以便在热元件(2)与处理装置(1)的表面(6)之间提供一个净空间(7)，由所述第一部分(4)和热元件(2)所限定的所述净空间(7)中填充有热喷射材料(8)，与所述热元件(2)的截面相配合的所述第二部分(5)部分围绕并直接接触着所述热元件(2)。
文档编号B23P15/00GK1430549SQ01809943
公开日2003年7月16日 申请日期2001年5月25日 优先权日2000年5月24日
发明者乔纳索恩·菲舍尔, 丹·泽罗 申请人:标准模具有限公司