专利名称：改进的热流道密封装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的密封装置和方法。更具体地，本发明涉及一种装置和方法，用于对在一注塑模型中位于相互联通的两个槽道之间的界面进行密封，从而在没有泄漏的循环操作中将高压的热熔树脂向模槽输送。
背景技术：
当设计注模机或注塑模型时，避免热和加压的熔融树脂材料泄漏面临很大的挑战。例如，注模机中一个重要的泄漏区域位于浇注机的注模喷嘴与模型的浇注口套之间。泄漏通常出现在注模机中歧管与模型喷嘴之间或者位于模型喷嘴与模槽之间的界面处。
注模歧管通常由与位置靠近模槽的注模喷嘴联接的大量流道块制成。熔融树脂材料例如在流道块与注模喷嘴之间的界面处的泄漏，由于加热的流动熔融树脂的高压，以及导致流道块相对于注模喷嘴侧向滑动的材料的压差热膨胀而引起大问题。因此对位于流道块或歧管以及注模喷嘴中的内部槽道之间的液体界面的密封出现了一个相当大的设计问题，特别是考虑到如果发生泄漏必须停止注模过程。
现有技术教导了若干个已经开发的密封方法和元件，但它们都不能令人满意地解决泄漏问题，特别是在歧管与模型喷嘴之间的界面处。此外，现有技术还允许在注模歧管中产生大的压缩力，需要使用厚钢板和大量结构紧固件。
注模模型中已知的设计概念在寒冷条件下在歧管与喷嘴之间使用小的预载荷。该小的预载荷伴随着歧管的固有热膨胀，在部件之间提供足够的压力，从而在操作过程中在歧管与喷嘴之间或者系统中其它槽道之间保持密封。但由于非常小的压缩会产生塑料泄漏，极大的压缩会导致歧管钢的永久设定或者喷嘴壳体的损坏。在操作过程中，歧管与喷嘴之间的力对于每个喷嘴会超过10000-14000磅。这些较大的力需要在注模机中使用大量钢块和大量高强度紧固件。除此之外，延长的和循环的注模操作将降低预载荷的有效性，因而增加泄漏的可能性。
已经开发了若干个改进，使用不同的方法和装置来防止塑料树脂泄漏。
授权给Bielfeldt的美国专利No.3849048(此处作为参考引入)描述了一种采取冷时间隙来防止泄漏的液压致动支承板。该活塞作用类似于弹簧。壳体内部是驱动阀杆的第二液压活塞。喷嘴本体旋入歧管插塞中并因而在歧管膨胀时侧向热膨胀。易燃液压油与加热歧管的接近意味着这种结构在密封件磨损后有很大的起火的危险。
授权给Erik的美国专利No.3716318(此处作为参考引入)描述了一种从底侧插入歧管并由一带螺纹支承板保持的组合喷嘴/歧管衬套件。这种结构也具有以下的缺点，即喷嘴组件在热膨胀时必须与歧管一起侧向移动。
授权给Ninneman的美国专利No.3252184(此处作为参考引入)描述了一种插入歧管中并压靠在喷嘴本体的套接端上的歧管衬套件。由于喷嘴本体套接到歧管上，当歧管热膨胀时它必须侧向移动。
授权给Seymour的美国专利No.3023458(此处作为参考引入)描述了一种单件歧管衬套和插入管中的喷嘴本体。阀杆用弹簧关闭并借助于注模压力打开。衬套的喷嘴端位于模槽板的凹槽中，很明显不能容纳歧管板相对于空腔板的侧向热膨胀。实际上，弯曲会使阀杆粘合。
授权给Lazinski等人的美国专利No.5896640(此处作为参考引入)描述了一种在歧管与喷嘴本体之间的界面处提供改进密封的环形热膨胀元件。该环形元件包括一有角度的类弹簧径向表面，该径向表面与喷嘴本体台肩的底侧交界，从而加强了配合表面处的密封压力分布。尽管为靠近槽道的密封提供了改进的压力分布，但仍产生了大的压力，需要使用大歧管结构。
授权给Schad的美国专利No.4588367(此处作为参考引入)教导了一种用于对通过歧管槽道与注模喷嘴之间的界面的树脂流进行密封的热膨胀元件，或者一种具有一底切而使其具有额外的弹性密封性质的热膨胀元件，或者一种具有一弹簧元件而通过增加弹性特征增强密封性能的热膨胀元件。该热膨胀元件允许在歧管、热膨胀元件及喷嘴之间相对移动。
授权给Gessner的美国专利No.5374182(此处作为参考引入)使用一种弹簧，当喷嘴本体和空气支承板由于温度的上升而膨胀时，该弹簧弯曲。密封装置使用装配于一绝缘套上的膜型盘簧。当歧管热起来后，盘簧组件吸收热膨胀并防止喷嘴壳体或歧管板钢底架受应力过大。这种设计提供了一种在多种情况下的高级的防泄漏解决方案，而压力保持相对较小。’182专利的盘簧系统在垂直于喷嘴与歧管板之间界面的纯轴向方向装载喷嘴壳体的凸缘。通过提供轴向密封力，密封应力的分布显示相对于在弹簧与喷嘴之间的触点获得的峰值朝熔融槽道显著下降。在注模压力到达更高阀值时，这种改进的设计不能有效地防止熔化的塑料树脂泄漏到槽道外面。
授权给Schad等人的美国专利No.5507637(此处作为参考引入)教导了一种连接到歧管上并环绕喷嘴壳体的密封夹持环，可防止在歧管与喷嘴之间的界面处泄漏树脂。夹持环与喷嘴之间的一定的侧向间隙允许歧管和夹持环侧向滑动，而不影响喷嘴末端相对于模型门的对准。
所引用专利的设计概念代表了一个显著进步，并使用歧管与喷嘴壳体之间的滑动界面。当歧管加热和膨胀时，它还跨保持在空腔板沉孔中的喷嘴壳体滑动。这使得喷嘴开端位置保持与模型门正确对准，而不依赖于歧管的温度。但在喷嘴与歧管之间的滑动界面处，很难用这些参考文件中公开的密封装置完全密封两部件的槽道之间的界面，不能容易地获得其峰值靠近槽道的密封应力分布。此外，所有这些现有技术例子都依赖于使用由它们的弹簧或弹簧状结构产生的较高的力，以确保界面密封在很宽的温度范围内有效，从而消除了在界面泄漏的危险。这些较大的力意味着模型和歧管结构必须设计成处理每个喷嘴10000-14000磅的载荷。
因此本发明的一个基本目的是提供一种改进的方法和装置，用于密封注模装置中两槽道之间，特别是注模喷嘴槽道与热流道歧管槽道之间的界面。
本发明的另一个目的是提供一种前述的改进的方法和装置，能够获得其峰值靠近槽道或通道的密封应力分布。
本发明的另一个目的是提供一种前述的改进的方法和装置，能够减小喷嘴本体与歧管之间的力，从而减小歧管的结构要求，减小制造注模机所需的紧固件的尺寸和数量。
本发明的另一个目的是提供一种前述的改进的方法和装置，提供一种更可靠的密封，能够承受注模的周期性，从而减小机器维修停机时间，并提高整体机器效率。
本发明的另一个目的是提供一种前述的改进的方法和装置，提供一种更有成本效率的密封喷嘴本体与歧管之间界面的装置，从而减小机器摩擦和维修成本。
本发明的其它目的和优点将在下面显示出来。
发明概述根据本发明，很容易实现前述目的和优点。
本发明的装置对注模装置中两个槽道之间的界面进行密封，包括两个邻接的用于在压力下输送熔融塑料的槽道，在邻接槽道之间具有一界面区域，以及用于有效密封两邻接槽道从而在上述界面区域上形成一环形密封力的装置。该装置特别包括一其中具有一槽道的注射喷嘴，其中上述注射喷嘴槽道是上述邻接槽道中的第一个，及一与上述喷嘴邻接的其中具有一槽道的热流道歧管，其中该歧管槽道是上述邻接槽道中的第二个。特别地，密封应力分布的峰值位置靠近槽道和界面。
本发明的方法对注模装置中两槽道之间的通道进行密封，包括两个邻接的用于在压力下输送熔融塑料的槽道，在邻接槽道之间具有一界面区域，对两邻接槽道进行密封从而在上述界面区域上形成一环形密封力。优选地，上述邻接槽道中的第一个是一注射喷嘴槽道，是上述邻接槽道中的第二个是一热流道歧管槽道，包括下列步骤用一密封装置密封上述槽道之间的界面，在上述槽道之间的界面上形成一环形密封力。期望密封力分布的峰值靠近槽道和界面。
本发明的其它特征将在下面清楚看出。
附图简介从下面的示意性附图中，将更容易理解本发明，其中
图1示出本发明的一优选实施例的剖视图；图2示出在密封界面区域优选实施例的放大简化剖视图；图3示出该优选实施例的无阀门型式的剖视图；图4示出用现有技术密封压力分布的现有技术失效方式剖视图；图5示出带有锥形表面及改进的密封压力分布的该优选实施例的剖视图。
优选实施例的详细描述现在参照图1，示出一用于将塑料材料100注入模型或类似物中的热流道阀门系统。该系统包括一垫板102和一歧管板104。该系统还包括一喷嘴组件108，用于将熔融塑料材料引入模型(未图示)中，一歧管/衬套结构110，用于使来自于一供给源(未图示)的塑料材料与喷嘴组件108联通。所示的歧管加热器139插入一歧管138中，从而加热岐管138，进而加热熔化槽道142以及衬套槽道144中的流动塑料。
如图1中所示，喷嘴组件108包括一喷嘴本体112，一末端114，一喷嘴加热器116，一弹簧装置118和一喷嘴绝缘体113。下面将说明弹簧装置118的用途。喷嘴本体112一般由钢制造，而末端114可由现有技术中已知的任何高导热材料制成，如铍/铜。喷嘴本体112具有一熔化塑料材料从中流过的轴向槽道120。末端114环绕轴向槽道120的端部。如果需要，喷嘴末端114可包括一用于对喷嘴末端114的下游端进行隔热的外套122。外套122可由预制的树脂材料制成。可替换地，外套122可由在第一操作循环或多个循环中溢出的注模树脂制成。喷嘴绝缘体113安装在歧管板104的空腔内，用于减小喷嘴本体112与歧管板104之间的热联通，从而当熔融塑料材料流过轴向槽道120时保持其高温。喷嘴绝缘体113可由任何适当的绝缘材料制成，本领域中一般公知的是钛。
喷嘴加热器116可以是任何适当的电加热器，电流通过一电缆124进入其中。如图1中所示，喷嘴加热器116环绕一部分喷嘴本体112。
设有一阀杆126，用于打开和关闭喷嘴本体112中的门128。阀杆126可由延伸穿过衬套130中的通道129进入喷嘴本体112中的钢棒制成。如可从图1中看到的，通道129与衬套130中的熔化槽道144配合。阀杆126与门128相对的端部通过一组螺栓132联接到活塞头131上。
活塞头131装在分别由第一和第二端壁133和134形成的缸壳135中。活塞头131的下行冲程使阀杆126移动到它封闭和减小门128的截面积的一位置，从而限制熔融树脂材料的流动。活塞头131的上行冲程使阀杆126移动而提高熔融材料穿过门128的流动。
如前所述，本发明的阀门系统还包括一由歧管138和衬套130组成的歧管/衬套结构110。歧管138由装在板102和104之间的一分布板形成，但以一气隙140与之隔开。垫板102由多个必须承受在循环模塑过程中产生的大拉伸力的高强度螺栓107刚性固定到歧管板104上。歧管包括形成一部分热流道系统的熔化槽道142，该热流道系统用于将熔融的塑料材料从一源(未图示)输送到与相应的一个或多个模型联接的门128。歧管还包括一个衬套130插入其中的孔143。歧管138可由本领域中公知的任何适当金属或导热材料制成。歧管加热器139是本领域中公知的，一般包括一装入歧管138的沟槽中的具有圆柱形截面的金属丝/陶瓷电阻型加热器。
衬套130环绕一部分阀杆126。衬套130由本领域中公知的任何适当材料制成，并设计成从底侧插入歧管138中。如图1中所示，衬套130中的衬套槽道144与歧管138中的熔化槽道142和喷嘴组件108中的轴向槽道120配合。设有一个或多个销钉146以利于歧管138与衬套130的对准，使槽道142和144彼此轴向对准。
衬套130具有一位于歧管138底侧与喷嘴本体112上侧150之间的底部148。如图1和2中所示，上表面150不平，一般具有锥形或球形轮廓，从而产生一不平的密封界面151。这种独特设计提供了一个压力分布，将密封压力集中在衬套槽道144和轴向槽道120附近。这种改进的压力分布可在喷嘴本体112与衬套130的界面处可靠地进行塑料密封。此外，更加集中的密封力能够减小其中的压力，从而提供一个可靠的塑料密封。减小的压力转变成垫板102和歧管板104的尺寸的减小以及螺栓107的尺寸和数量的减小。
衬套130还具有一中心部分152，其外径基本上等于歧管138中孔143的直径。另外，衬套具有一上部154，该上部154至少沿其部分延伸部有螺纹。
如图1中所示，衬套130的上部154延伸穿过支承板136中的孔156。设有一螺母158，用于将衬套130机械联接到支承板136上。支承板136用于减少垫板102与歧管138之间的热联通，从而将熔化的树脂保持在升高的温度下。设有一密封件159，用于进一步减少塑料材料从孔143上方泄漏的可能性。密封件159一般由耐热材料如钢制成。
当喷嘴本体112和支承板136由于温度上升而膨胀时，弹簧装置118挠曲。根据本发明，弹簧装置118在喷嘴组件108中产生一弹簧动作。但应当注意，由弹簧118在喷嘴本体112上产生的任何动作都与歧管衬套130与歧管138之间以及歧管衬套130与支承板136之间的任何密封动作完全无关。
现在参照图2，示出衬套130与歧管138之间的不平的密封界面151的放大剖视图。该实施例中，去除了歧管/衬套结构110，喷嘴本体112直接装在歧管138上。
现在参照图3，示出一用于将塑料材料注入模型或类似物中的非阀门热流道系统。该系统基本上类似于图1中所示的系统操作，不同之处在于去除了用于打开和关闭末端114处的门128的机构。
读者还将注意到，在图3的非阀门系统中，同样去除了图1中所示的歧管/衬套结构110。该结构中，喷嘴本体112的上表面150直接装在歧管138上。
根据本发明，上表面150具有一不平的表面，因而喷嘴本体112与歧管138之间的界面的位置紧靠熔化槽道142和轴向槽道120。不平的表面可以是锥形、球形等。这种独特的结构布局产生了一种集中的密封压力，其峰值最靠近可能的泄漏点，同时减小了在整个系统中用于防止泄漏所需的压力。
参照图4，示出现有技术的典型失效模式。当平的上表面150压在基本上平的歧管138表面上时，产生了现有技术密封压力分布160。该密封压力分布160在靠近熔化槽道142和轴向槽道120处最低。在槽道142和120中流动的熔化塑料的高压在界面处的密封压力减小时使如图4中所示的密封界面变形，熔化塑料发生泄漏。
现在参照图5，其中大致示出带有一锥形上表面150的喷嘴本体112。这种结构通过提供一个其峰值密封压力靠近熔化槽道142和轴向槽道120的改进的密封压力分布162而克服了如图4中所示的失效模式。该区域中紧密的表面接触密封了配合表面之间小的缺陷，从而减小了如图4中所示的密封失效的可能性。
设置球形上表面150来代替锥形表面具有的附加益处在于，在施加力时更渐进地分配载荷，但这样的生产成本会更高。计算机模拟和分析预测，可以规定一个紧密接近理想球半径的锥形表面。已经确定，与水平面成小于1°，最好是0.2°到0.4°之间的锥角对于直径为5-12毫米、注入压力为20000-最大280000磅每平方英寸的熔化槽道是理想的。当注入压力减小时该最佳角度增大，当注入压力增大时该角度减小。如果需要球形形状，可以在350-4000毫米半径的可比尺寸范围内。
如前所述，由于本发明的集中密封压力，注模机中的压力载荷将减小。结果当各部件相对于彼此移动时与注模过程相关的磨擦力显著减小。这种减小的压力会降低当这些表面相互滑动时定位板变弯以及擦伤和腐蚀的可能性。本领域技术人员很容易设计一种带有不平的界面的喷嘴壳体凸缘或底座，该不平界面还通过改变会导致在壳体凸缘自身中挠曲的锥角和壳体凸缘厚度而用作压力调节器。参照图5，可使用一环形台阶161向歧管弯曲，并假定载荷超过一规定的计算值，以确保在靠近熔化槽道界面处不产生多余的力。
本发明的系统自然可以有效地用于注模装置中的其它槽道联接中，其中熔化树脂的泄漏例如在其它歧管联接中可能是一个问题。
很明显，已经根据本发明提供了一种完全满足前述的目的、手段和优点的改进的热流道密封装置。尽管本发明是结合其具体实施例进行描述的，但很明显，在前面说明的教导下，本领域技术人员可作多种替换、修改和变化。因此期望所有这些替换、修改和变化都落入附属权利要求的精神和宽广范围内。
权利要求
1.一种用于注射塑料材料的装置，上述装置包括a)一安装在一歧管板中的喷嘴，上述喷嘴具有一轴向槽道；b)一具有一熔化槽道的歧管，上述熔化槽道与上述轴向槽道对准，从而在其中流通材料流；c)一位于上述喷嘴与上述歧管之间的不平的密封界面，从而消除材料泄漏。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括a)一安装到上述歧管中的衬套，上述衬套具有一与上述熔化槽道和上述槽道对准的衬套槽道；b)上述不平的密封界面位于上述衬套与上述喷嘴之间，从而消除材料的泄漏。
3.如权利要求1所述的装置，还包括a)一在上述不平的密封界面处有效保持正压力的弹簧装置。
4.如权利要求3所述的装置，其中上述弹簧装置是盘簧。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括a)一具有第一和第二端的阀杆，该阀杆滑动插入上述轴向槽道中，以控制材料流；b)一刚性固定到上述第一端上的活塞，上述活塞选择性地定位上述第二端，以起动和停止材料流。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括a)一阀杆，该阀杆滑动插入上述轴向槽道中，用于选择性地控制上述轴向槽道中的材料流。
7.如权利要求1所述的装置，其中上述喷嘴包括一具有锥形轮廓的上表面。
8.如权利要求7所述的装置，其中当上述轴向槽道与上述熔化槽道之间的压力为20000-28000磅/每平方英寸时，上述锥形轮廓由与水平面之间的0.2到0.4°的角度限定。
9.如权利要求1所述的装置，其中上述喷嘴包括具有球形轮廓的上表面。
10.如权利要求1所述的装置，其中上述喷嘴包括一环形台阶，用于以一规定的密封压力与上述歧管对接。
11.一种用于注射塑料材料的方法，包括a)提供一安装在一歧管板中的喷嘴，上述喷嘴具有一轴向槽道；b)提供一具有一熔化槽道的歧管，上述熔化槽道与上述轴向槽道对准，从而在其中流通材料流；c)在上述喷嘴与上述歧管之间提供一不平的密封界面，从而消除材料泄漏。
12.如权利要求9所述的方法，包括a)提供一安装到上述歧管中的衬套，上述衬套具有一与上述熔化槽道和上述槽道对准的衬套槽道；b)将上述不平的密封界面定位在上述衬套与上述喷嘴之间，从而消除材料的泄漏。
13.如权利要求9所述的方法，包括a)提供一在上述不平的密封界面处有效保持正压力的弹簧装置。
14.如权利要求9所述的方法，包括a)提供一具有第一和第二端的阀杆，该阀杆滑动插入上述轴向槽道中，以控制其中的材料流；b)提供一刚性固定到上述第一端上的活塞，上述活塞选择性地定位上述第二端，以起动和停止材料流。
15.如权利要求9所述的方法，还包括a)提供一阀杆，该阀杆滑动插入上述轴向槽道中，用于选择性地控制上述轴向槽道中的材料流。
全文摘要
本发明涉及一种用于注射熔融塑料的装置和方法。该装置和方法中包括一新颖的不平的密封界面，用于防止熔融塑料的过早泄漏。一具有不平的密封表面的喷嘴与一歧管或衬套紧密接触。该歧管中，衬套和喷嘴是用于将熔融塑料联通到模型的熔化槽道。在不平的界面处的热膨胀以及初始的预载荷产生了一个集中的密封压力，防止熔融塑料从熔化槽道泄漏。在本发明的一个实施例中，衬套具有一通道，衬套插入该通道中，用于关闭喷嘴中的出口。
文档编号B29C45/26GK1429146SQ01809703
公开日2003年7月9日 申请日期2001年2月28日 优先权日2000年5月19日
发明者爱德华·J·詹科 申请人:赫斯基注射器成型系统有限公司