专利名称：带同心销元件的辅助流体阀门—注口衬套的制作方法
本申请是申请号为97181786.3、申请日为1997年12月11日、名称为“带同心销元件的辅助流体阀门-注口衬套”的专利申请的分案申请。
本发明涉及用于流体辅助注射成型系统的销式阀门-注口衬套设备。
现在有很多流体辅助(气体或液体)注射成型的加工工艺和技术。对于塑料零件的设计和制造，流体辅助注射成型工艺通过制造部分空心、质量轻、刚度好及具有极少收缩痕迹、不易翘曲的零件，带来了很大的灵活性。这些成型工艺能够减少需要的材料，及设备花费和生产周期，这样在很多应用上比传统的注射成型工艺具有优越性。
一般来说，流体辅助注射成型系统利用另外一种材料，或处于液态或处于气态，在压力下使塑料材料在模具中膨胀扩展，并使它符合模腔的具体细节形状。可以通过几种方法将液态或气态流体引入到模具中。传统的塑料注射成型工艺中，熔化的塑料材料通过注口衬套或喷嘴(被加热或未被加热)进入到空心模具的腔体中。经常使用两个或多个注口衬套连接成一个普通的歧管。在此实例中，通过流道来自注射成型机的熔化塑料通过一个被加热的分配器区段(即众所周知的一个歧管)被分配到各自的注口衬套中。一个控制熔化流体的传统方法是利用一个或多个销或针阀，也就是众所周知的阀门-注口衬套。
在这些系统中，将一个针阀通过歧管插入注口衬套之中，并通过液力、电或气压控制设备或机构控制其轴向运动。针阀具有一个由控制机构控制在轴向运动的伸长的销，并且与在注口衬套末端的开口相适应配合，以开闭熔化塑料从注口衬套到模具腔体的通道。举例来说，这些系统之一便是美国专利No.4,279,582。
另一种塑料注射成型方法和系统采用了联合注射成型的设备。这种设备喷射两种不同的塑料材料到一个单独的模具腔体内，通常是内芯材料和外壳材料。联合注射歧管接受来自两个不同的注射机的材料，并将两种材料结合为一个流进一个模具的流注。
联合注射成型工艺可生产低成本的产品。量少价贵的外部塑料材料用于最终的成品，因为它用于产品的外表面或外壳中。联合喷射的第二种材料通常是价低的塑料材料以形成产品内部看不见的芯。举例来说，美国专利No.4,376,625中所示的便是一个联合喷射歧管和工艺。
本发明的一个目的是提供一个用于流体辅助注射成型工艺的改进的阀门-注口衬套。本发明的一个目的是提供可交替用于联合喷射的设备和系统的一个改进的阀门-注口衬套。
本发明的再一个目的是提供带有一个可移动闸门销的改进的阀门-注口衬套或喷嘴，上述可移动闸门销能够关闭塑料材料进入到模具中，同时允许那里的带有压力的流体(气态或液态)进入。本发明的进一步目的是提供带有双销机构的改进的阀门-注口衬套，通过操作上述双销机构能够允许或关闭塑料材料进入到模具中，并且相似地允许或关闭辅助流体进入到模具中。
本发明克服了以前在流体辅助系统中应用阀门-流道式衬套或喷嘴的困难，完成了以上所述的目的和用途。本发明提供了销式阀门-注口设备，可以按需要方便有效地打开和关闭流入模具中的塑料材料流动，并且同样方便有效地打开和关闭辅助流体(气态或液态)流入模具之中。
特别是，衬套具有一个可移动的关闭机构，其可以操作一个双销机构以选择性地打开或关闭衬套孔及形成在销元件末端的孔。第一可移动伸长销元件位于第二可移动伸长销元件的内部。一个活塞式控制机构，通过液压、电、气动或其它类似方法控制，可以选择性地沿纵向移动销元件，或一起移动或相对移动，以选择性地打开或关闭两个销元件(孔)。外部销元件的末端与衬套或喷嘴元件的末端的孔相配合，以形成一个阀或“闸门”使塑料材料进入到模具之中。内部销元件的末端与外部销元件的末端内侧形成第二阀机构。这个阀机构用于控制第二流体材料例如液体或气体的进入模具之中的流动。
在优选实施例中，每个销元件都固定在可分离的叠加的可移动活塞元件上，这些活塞元件位于一个控制机构之中。两个活塞可以一起或单独移动，以导致所需的两个销元件相对对方或相对于注口衬套的运动。
在第二实施例中，一个活塞元件位于另一个活塞元件之中，并且两个活塞元件又适合于在相同方向或相反方向移动，这样控制位于两个销元件末端的阀机构，及位于注口衬套中的闸门上的阀机构。
通过以下结合附图和权利要求对本发明所作的描述，本发明的这些或其它的目的、特点和优点就会更加清楚明显。
图1-3和3A说明本发明的一个优选实施例并且描述其操作；和图4-6描述了本发明的另一实施例，及对其操作的描述。
图1-3和3A说明本发明的一个优选实施例并且表示它在一个流体辅助注射成型系统中的应用。在这点上，本发明特别适于应用在气体辅助注射成型工艺或系统中。然而，本发明也可适用于除气体以外的流体诸如液体状态的气体(如液氮)或其它在压力下的液体。此外，本发明还可能用于一个注射两种不同塑料材料进入一个单个模腔的联合注射成型系统，一种材料用于形成内芯，另一种用于形成外壳。
因为本发明的优选应用涉及气体辅助注射成型系统，所以在这里将涉及到这种方式。然而，由于以上的理由，都会理解这里所使用的术语“气体”并不意味着对本发明的限制。
本发明优选使用注口衬套或喷嘴。在这点上，在本申请中所示的发明使用一种注口衬套12。当然，其它大小、形状和型号的注口衬套，机械喷嘴，和与之类似的构造均可以在本发明中使用并且在其精神与范围之内。此外，本发明也可以不使用注口衬套。
图中的参考数字10通常是指阀门-注口系统。该系统10包括一个衬套或喷嘴12，一个歧管14和一个缸元件即缸体元件16。模具衬套12，即通常所指的“喷嘴”，被安装在模具20的模腔18之中。模具可能是任一常规类型并具有第一板元件22，其内部包含着衬套12，及第二板元件，其内部具有模腔26。模腔26按生产的成品零件的尺寸和形状形成或加工出来，如本领域所周知的。
注口衬套或喷嘴12可以是任一普通的型号，例如从位于密执安州TROYO的INCOE公司获得。在这点上，注口衬套12具有一个金属体或筒元件30，一个内部伸长的通道32，一个带螺纹的顶端元件34，和一个环状的电阻加热元件36。顶端元件34具有前末端40，以适合与凹壁18的末端相配合。顶端元件具有一个开口的末端42，塑料材料通过它选择性地被允许流进模具模腔26之中。
一个可移动的中央销结构50位于注口衬套12的内部。销机构50具有一个空心的外部销元件52和一个中央销元件54，中央销元件最好是实心的，也可以是空心管的。销元件54可移动地位于外部销元件内的伸长通道内。如以下更加详细的解释，两个销元件52和54可沿纵向(轴向)以单独、共同或相对于对方进行移动。图中销元件沿箭头55所示的方向移动。
外部销52被安装在第一活塞元件60上，同时内部销元件54被连接在第二活塞元件62上。尽管销元件也可以被固定安装到活塞元件上，优选的是，销元件被以螺纹可释放的方式连接到活塞元件上以在需要时对其加以调整。
活塞元件60和62位于缸体元件16之中，并由盖板17保持位置。两个活塞元件60和62也可以在缸体元件16之中，沿箭头55所示的方向，单独或共同移动。活塞元件60和62可通过普通的方式在缸体元件16中驱动，优选的是通过液力或气动。另外，根据本发明，也可以由电力系统以所需的方式按次序移动两个活塞元件60和62。例如，活塞元件可以被安装在梯形螺纹上，并且由一个电动机带动活塞或周围壳体旋转。
熔化塑料材料通过歧管14中的通道64引入系统。通过一个普通的注射成型机(由方框IM示意地表示)将塑料材料引入通道之中。可采取诸如筒形或管形加热器的普通方法来加热歧管14。来自注射成型机的塑料材料流经通道64引入到衬套中通道32之中然后进入模腔26。在这点上，箭头65指示了塑料材料的流动方向。支柱或隔板66(也就是众所周知的一个立式管道)位于歧管14和缸体元件16之间。缸体元件、歧管和模具通过任一适宜的工具诸如夹具、机械螺栓或类似的在本技术领域周知的方法连接或固定在一起。
衬套或喷嘴12可以按需要由一个或多个部件制成。例如，在图1-3所示的实施例中，衬套12可以具有一个一体制造的头部31，或具有通过螺纹连接到衬套体或筒元件30的头部31。加热元件36位于筒元件30的外表面上。加热元件通过导线38与一个适宜电源的连通，加热元件优选是诸如线圈加热器或带加热器的任一普通的电阻式加热器。加热器也可以是任一普通类型的加热器。在一些情况下，衬套可以不带加热器。
如上所指，衬套可以是一个或多个部件组成的设备。加热器也可以位于相对于衬套体或筒元件的内部或外部。衬套可以是任一常用的或具有普通的形状或截面，并且可以不带头部。进一步地说，衬套可以是一个通过螺纹连接到歧管或模具的类型。所有这些类型的衬套和加热元件在本领域是众所周知的。
塑料材料被加热并首先在注射成型机IM的桶内变成熔化状态。塑料材料被压迫进入衬套，或，如果使用在图1-3中所示的歧管，流经并通过衬套然后进入一个或多个衬套之中。在这点上，在歧管之中的加热器将在歧管通道64之中的塑料材料保持在熔化状态，并且在衬套上的加热元件将在衬套通道32之中的塑料材料保持在熔化状态。在注射循环将一定量的塑料材料注射到模腔之后，以这样的方式保持在衬套或歧管之中的塑料材料不变硬或凝固，而且一直保持在液态或熔化状态直到开始下一个注射循环。
通过在销机构50之中的通道53，流体(气体)被引入模腔26之中。来自一个普通压力气源的气体通过连接器72被引入系统10。一个适宜的管道73被用于将气体从气源输送到连接器72。箭头75表示气体进入系统10的流动方向。气体被引入连接器72，然后进入销机构50，再进入模腔26。
如图1和图2对比所示，内部销元件54可以相对于外部销元件52沿纵向既轴向移动。内部销元件54的下末端与外部销元件52中的通道53的下末端内侧相配合，末端56和58组成了控制流体从通道53流入模腔26的流动的阀或闸门。
内部销元件54牢固地连接在活塞元件26上。在这点上，销元件54优选通过一个带螺纹的连接件或接头结构68以螺纹连接到活塞元件62上。类似地，外部销元件52通过一个适宜的连接件70连接到活塞元件60上。
活塞元件60和62可滑动地位于缸元件16中的腔室80之中。诸如液体或气体的流体按需要通过流道82、84和86引入到腔室80之中，并且使活塞元件60和62产生运动。
在活塞元件60和62及缸元件之间装有多个密封件以分开并隔绝通过流道82、84和86引入到腔室80之中流体。这些密封件可以是诸如橡胶或弹性O形圈的任一普通类型。在这点上，活塞元件62被密封件88和89密封。密封件88位于盖板17上，而密封件89位于活塞元件62上的环形腔90中。活塞元件60被密封件92和93密封。密封件92位于缸体元件16上，而密封件89位于活塞元件60上的环形腔90中。
来自一个或多个普通的液力或气动源“FPS”的液力或气动的流体或气体流过管道83、85和87被各自输送到流道82、84和86之中。流道可以全部被连接到相同的压力源上，并被一个适宜的阀控制结构有选择地利用。管道通过任一适宜的接头或紧固件连接到缸体元件16和盖板17上。在图1-3所示的缸体和盖板上的位置，加工或提供流道82、84和86，尽管很清楚在本领域技术人员的技能下，它们能够位于其它位置。
外部销元件52的下末端57与衬套12的开孔末端42相适应地配合，并组成一个阀机构。元件57和42配合一起组成一个能够控制塑料材料从流道32进入模腔26流动的阀。
当如图1-3所示的系统10使用时，由元件57和42组成的阀或闸门首先被打开，如图1所示。在此状态下，存在于歧管14和衬套12之中的塑料材料被允许进入模腔26之中。在过程的这个阶段期间，两个销元件位于图1所示的位置以防止塑料被引入通道53之中。在过程的这个部分，由于将压力流体或气体通过流道86进入到腔室80之中，两个活塞元件被压迫进入腔室80的上部。这样将两个活塞元件压在一起并位于图1所示的位置。
一旦要求数量的塑料材料100被引入到模腔26之中，腔室80之中来自流道86的压力气体被排出或释放，在压力作用下液体或流体通过流道84进入腔室80之中。当压力流体通过流道84被引入腔室80的时候，活塞元件60和62被分开并且压向图2所示的在腔室中的位置。这将使外部销元件52的末端57坐在末端42的开孔之中，并由此关闭塑料材料从衬套12进入模腔26的流动。与此同时，在这个过程中将打开在末端56和销元件52的下末端58之间的闸门或阀，以使压力下的气体通过接头72引入环形通道53，然后依次进入模腔26。引入到模腔26之中的流体或气体将塑料材料100压向模腔的所有区域，将其完全填充，如图2所不。
气体辅助注射成型过程中所利用的特定的压力和过程步骤在本技术领域是众所周知的，可以利用任一普通的工艺过程。本发明适应被用于任一类型的普通气体辅助注射成型过程。在这点上，在塑料材料100已经沉积在模腔之内或在任一其中的结合体内之后，在塑料流入模腔的期间，气体或流体被引入模腔之中。例如，如图1和2所示，一个初始数量的塑料材料被引入模腔，然后在第一压力下的流体或气体被引入模腔，并且，如果需要，可引入在相同或不同压力下的相同或不同的气体或流体-也通过接头72。与引入塑料材料连同一起或紧接其后，气体或流体被引入模腔之内，将塑料材料压向模腔的所有区域，完全填充模腔。
尽管参考如图1和2所示的特殊系统对本发明进行了描述，其中，所有塑料材料首先被引入模腔，然后再引入气体或流体，可以理解的是通过对活塞60和62的操作的调整，可以在部分塑料材料被引入模腔的同时，引入气体或流体。图3A表示了本发明以这种方式的操作中的一个步骤。为了这个目的，可设计一个控制系统用于调节活塞元件60和62的位置以取得那些满意的操作参数。
一旦所需要数量的塑料材料和气体被引入模腔26，两个阀元件关闭进入模腔的入口，如图3所示。对这个步骤，压力流体或气体通过流道84被从腔室80之中排出或释放，并且压力流体或气体通过流道82被引入腔室80。这将移动活塞元件62与活塞元件60接触，同时将销元件54的末端移动到与销元件52的末端内侧58结合，关闭气体阀或闸门。
根据标准的气体辅助注射成型技术，在所需要数量的塑料材料和气体被引入模腔26之后，依然保持气体压力，以补偿由于塑料变冷并凝固所引起的任何体积收缩。如图3所示，可利用系统10中的元件位置以完成这个步骤。另外，对冷却来说，通过冷却液在适宜的流道或通道(未表示出)的循环对模具元件22和24进行通常的冷却，以帮助塑料固化。
一旦模腔26中的塑料部分已经充分固化，在成型部分内部的气体以任一普通方式向大气排出，并且成型部分被顶出模具。根据本发明，气体可以通过颠倒图2中所示的处理步骤，打开元件56和58之间的阀，从成型部分排出气体。然而，其它的常用方法也可以用来排出在成型部分中的气体，例如在模具上的排气销机构。
本发明使用的气体优选是氮气，但它也可以是在普通气体辅助注射成型过程中使用的任一种其它的气体。另外，如果需要，在成型循环之后从成型部分排出气体，能够被收集，回收并再利用。在这点上，优选在气体回收或排出通道上安装滤清器机构，以取除任何异物和塑料颗粒。
事实上，系统10的所有元件，除密封件以外，都用诸如钢的金属材料制成。当然，只要符合本发明的要求，其它任何一种用于注射成型系统或气体辅助注射成型系统的普通材料都可以被利用。
尽管参考图1、2和3描述了以上的处理步骤的一个特定顺序，可以理解本发明所使用的处理和方法的步骤可具有不同的顺序。在一个优选过程之中，系统10按上述讨论的方式操作，即按图1、2和3的顺序进行。可是在另一个优选实施例中，系统10可以按以下的步骤进行操作如图1、图3、图2、然后再到图3所示的操作。此外，当使用一个系统时，其中，当引入部分塑料材料的同时，允许气体被引入，以下可以是一个适宜的处理步骤顺序图1、图2、图3A、然后图3。另一个可选的顺序是图1、图2、图3、图3A、图2、然后又是图3。
图4-6中所示的是本发明系统和设备的一个可选实施例10′。图4-6所示的实施例10′与图1-3所示的实施例10的主要不同在于操作销元件的活塞构造。控制塑料和气体材料进入模腔的销元件的操作，及衬套、歧管模具和液力和/或气动各系统所有其它的特点对于所有的实施例都相同，并且被相同的参考数字表示。另外，在实施例之间具有较小差异的特点常常通过在相同的参考数字后跟随一个“撇号”来表示。例如图4-6之中所示缸元件16′和盖板17′。
在图4-6所示的实施例中，外部销元件52通过一个普通的(优选螺纹)接头机构110连接到活塞元件112上。在活塞元件112上具有一个空腔120。活塞元件112被密封地可滑动地放置在缸体16′的腔室80′之中。密封元件113和114被用以密封地放置在腔室中的活塞元件及缸体元件的开槽之中。活塞元件112具有一个盖元件，其通过一个诸如紧固器116的普通方式与活塞元件连接在一起，这样构成一个具有两个组件的活塞总成。密封件118密封地连接板115和活塞元件112。
内部的实心销元件54与活塞元件130成为一体或牢固地连接在其上。活塞元件130被密封地可滑动地放置在活塞元件112的空腔120之中。为了这个目的，在活塞元件130中安装有密封件132。
在活塞元件112和盖板115上具有通道140。按需要，通道140被用来将空腔120中压力平衡在腔室80′中压力。
通道142和144是用来将来自单独的或共同的压力流体源(FPS)的压力流体输送到缸体16′的腔室80′之中。流体各自通过管道143和145输送到流道142和144之中。
当压力通过通道144引入腔室80′的时候，活塞元件112被推向腔室80′的最上部分。如图4所示。此外，在同一时刻，压力流体通过通道140被引入到空腔120之中，这样将活塞元件130压向空腔120的最下部分。图4所示的这种情况导致在末端42的阀的打开，而在末端58和内表面58之间所形成的阀或闸门依然关闭。此后，当通道144中的压力流体被释放或排出，并且压力通过通道142引入到腔室80′之中的时候，活塞元件112被移动到腔室80′的最下部分以关闭末端42的开口，如图5所示。与此同时，当压力通过通道144被释放或排出时，空腔120中的压力也被解除以使活塞130移动到它在空腔120中的最高位置。这样将打开位于销52和54之间的通道53并且使引入的气体进入到模腔26之中。通过接头72引入到伸长通道53中的气体也会迫使气体经过通道125进入空腔120之中。这样将帮助活塞130向空腔120顶部方向的移动，如图5所示。
当需要将销54移动到关闭位置即其末端56与阀座58相配合时，就通过接头72减小或解除压力，同时，压力通过通道144再通过通道140被引入到空腔120中。这样将活塞130移动到如图6中所示的位置。与此同时，在通道142和腔室80′之中保持一个充足的压力以将活塞112保持在其最低的位置。
在图4-6中所示的带气体辅助系统的系统10的操作与图1-3和3A中所示的系统10的操作类似。可以以相同的方式改变处理步骤的顺序以符合优选应用的特定气体辅助注射成型系统的要求和规范。在这点上，通过在通道142和144上压力流体的控制，结合对通过通道53塑料材料的引入和通过接头72的辅助气体流体或材料的流动之间的协调和控制以满足所需的要求。
尽管以上描述了本发明的优选实施例，在本领域的普通技术人员将会认识到可以在不脱离本发明的精神和范围下进行改变和变更。本发明想要将所有这样在本发明的精神和范围下的改变和变更进行保护，如以下权利要求所定义和覆盖的。
权利要求
1．一个用于气体辅助注射成型过程的阀门-注口机构，该机构包括一个衬套元件，其具有一个第一通道和一个第一阀座；一个在上述第一通道内可移动的空心销元件，其具有一个第一阀元件，该第一阀元件和上述第一阀座配合形成一个第一阀装置以关闭通过上述第一通道的塑料材料流道；上述空心销元件具有一个第二通道和一个位于上述第二通道内的第二阀座；一个在上述第二通道内可移动的内部销元件，其具有一个第二阀元件，该第二阀元件和上述的第二阀座配合成形一个第二阀装置以关闭通过上述第二通道的流体流道；上述空心销元件和上述内部销元件都可以被沿纵向调节；一个与上述空心销元件连接的第一活塞元件；一个与上述内部销元件连接的第二活塞元件；其中，上述第一和第二活塞元件能够完全与另一个分离开并且适于被相互一起或独立移动以选择性地打开和关闭上述第一和第二销机构。
2．如权利要求1所述的阀门-注口机构，其特征在于，还包括一个将气体供应进入上述第二通道的接头机构。
3．如权利要求1所述的阀门-注口机构，其特征在于，其中，上述衬套元件是一个加热的注口衬套。
4．一个气体辅助注射成型的系统，上述系统包括一个具有一个模腔的模具；一个供应熔化的塑料材料到模腔之中的供应源；一个位于上述模具中的衬套元件，其具有第一通道和第一阀座以将上述塑料材料供应入上述模腔之中；一个缸体元件，其中具有一个流体空腔、多个将上述流体空腔与一个第一压力流体源连通的通道、和第一压力流体源；一个在上述第一通道内可移动的第一销元件，其具有一个第一阀元件，该第一阀元件和上述的第一阀座配合形成一个第一阀装置，上述第一销元件在其内部具有一个第二伸长的通道，并且其上具有一个第二阀座；一个在上述第二通道内可移动的第二销元件，其具有一个第二阀元件，该第二阀元件和上述的第二阀座配合形成一个第二阀装置；第一活塞元件，其连接到上述第一销元件并在上述缸体元件的上述空腔之中可移动位置；第二活塞元件，其连接到上述第二销元件并在上述缸体元件的上述空腔之中可移动位置；在上述系统操作期间，上述第一和第二活塞元件能够在上述流体空腔内完全与另一个活塞分离开；一个压力气体源，其将压力气体供应到上述第一销元件中的上述第二通道中，和；一个位于上述衬套元件和上述缸体元件之间的歧管元件，上述歧管元件具有一个第三通道以将塑料材料引入上述衬套，并且上述歧管元件与上述缸体元件本身结构是分开的；其中，上述第一和第二活塞元件适于将压力流体通过上述第一压力流体源移动到上述流体空腔，和依次移动第一和第二销元件以控制在上述第二通道中进入上述模腔之中的压力流体流动和从上述第一通道进入上述模腔的上述塑料材料的流动。
5．如权利要求4所述的气体辅助注射成型系统，其特征在于，还包括一个密封元件，其单独密封位于上述流体空腔之中的第一和第二活塞。
全文摘要
用于流体辅助注射成型系统或联合注射成型系统的设备和方法。一对同心的可移动销元件位于模具衬套之中并且有选择地控制以打开或断开熔化的塑料材料和流体进入模腔的通道。一个内部的销元件位于一个空心销元件之中并且两个销元件被活塞元件控制,活塞元件通过有选择地从一个液力或气动源引入压力以在缸体元件中有选择地移动。活塞元件有选择地运动控制着销元件的操作并且这样控制着流体辅助注射成型系统的操作。
文档编号B29C45/28GK1314237SQ0110366
公开日2001年9月26日 申请日期2001年2月7日 优先权日1996年12月31日
发明者乔治·西尔科威斯基, 斯科特·格雷布 申请人:英科公司