专利名称：模制后的冷却方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一个方法和设备，用于模制和冷却塑料模制件，如由单种或多种塑料树脂之类的材料制成的塑坯。特别是，本发明说明了一个快速喷射模制过程，其中如PET塑坯的模制件在完成冷却步骤之前从模具出坯。由于利用了新的模制后的冷却过程，这是可能的，其中在从模具取出和保持在模具区域之外后，由对流换热方式在内部冷却模制件。本发明也说明了通过对流或传导换热方式进行的附加外部冷却，它至少部分地与内部冷却同时发生。
背景技术：
模制件的适当冷却代表了喷射模制过程的一个非常关键方面，因为它影响模制件的质量和总喷射周期。在采用半结晶树脂的应用中，如PET塑坯的喷射模制中，这变得更加重要。在喷射之后，PET树脂留在模腔空间中冷却足够的时间来防止形成结晶区和容许塑坯在出坯之前固化。
如果为了缩短喷射过程的周期，从模具快速排出塑坯，则通常会发生两件事。第一是塑坯被不均匀冷却。在大多数情形中，对着模具入口的底部被结晶。在喷射过程中塑坯壁中积累的热量还高到足以引起模制后的结晶，特别是在塑坯的入口区域。入口区域是一个非常关键点，因为在这个区域中模具的冷却不很有效，还因为在模腔空间中的树脂还与热浇口喷嘴的热心柱接触。如果这个塑坯区域保留了一定尺寸和深度以上的结晶，则将会减弱模制件的质量。第二是塑坯将太软，因而在以后操作步骤中会变形。塑坯的另一个关键区域是结束颈部，在许多情形中它的壁较厚，因此比其他部分保持更多热量。这个颈部需要急剧的模制后冷却，以防止它结晶。另外急剧的冷却可以使颈部固化到足以承受进一步的操作。
过去已经作了许多努力来改进PET喷射模制系统的冷却效率，但它们没有造成模制塑坯质量的明显改进或周期的大幅度减少。对此可以参考Valyi的美国专利4,382,905，它公布一个喷射模制方法，其中模制塑坯被转移到第一回火模具作第一次冷却步骤，然后移到一个第二回火模具作最后的冷却步骤。两个回火模具均相似于喷射模具，并且具有内部装置来冷却它们的壁，壁在冷却过程中与塑坯接触。Valyi的专利没有说明从模制区域转移塑坯的装置上的冷却装置构造，或者在模制塑坯内循环流体冷却剂的附加冷却装置构造。
Bellehache的美国专利4,592,719公开了一个制造PET塑坯的喷射模制方法，其中用一个第一可动装置把模制塑坯从喷射模芯取出，装置包括了保持塑坯的真空吸气装置，还包括了塑坯外表面的吸入空气(对流)冷却。Bellehache的专利采用一个第二冷却装置与一个第二可动装置结合，依靠吸入空气进一步冷却塑坯的内部，参见这里的图22。Bellehache的专利没有说明在塑坯内部吹的冷空气相对于吸入常温空气具有明显较高的冷却效果，也没有说明与塑坯密切接触的传导换热的冷却装置和引到塑坯圆顶部分的吹空气装置。Bellehache的专利具有许多缺点，包括较低的冷却效率、较低的均匀性、较长的冷却时间、较高的塑坯变形可能性。
美国专利5,176,871和5,232,715说明了一个塑坯冷却方法和设备。模制塑坯用喷射模芯保持在模具区域之外。采用不与模制塑坯接触的冷却剂冷却模芯。围绕塑坯放置了一个比塑坯大的冷却管，在塑坯周围吹入冷却空气。在这些专利中所示设备和方法的主要问题是塑坯保持在模芯上，这明显增加了周期。另外，冷却剂和塑坯之间的直接接触没有达到内部冷却。
另外参考美国专利5,114,327，5,232,641，5,338,172和5,514,309，它们说明了一个采用液体冷却剂的塑坯内部冷却方法。从模具排出的塑坯转移到一个塑坯运送板，它具有真空装置来保持塑坯定位，而不与塑坯的外壁接触。但是塑坯运送板不具有任何冷却装置。另外引入冷却芯到由运送板保持的塑坯内，把冷却流体吹入塑坯内来冷却它们。采用保持塑坯的同一真空装置从塑坯周围的室中进一步去除冷却剂。这些专利没有说明在塑坯内吹入冷却空气，其中在冷却后空气自由地离开塑坯。这些专利也没有说明同时内外冷却塑坯，或者具有冷却装置的塑坯运送板。参见这里所示的图21。
另外参考日本专利Discl.7-171888，它说明了一个塑坯冷却设备和方法。采用一个塑坯自动操纵运送板来转移塑坯到一个冷却工位。自动操纵运送板包括了采用水冷却的传导换热的塑坯壁外部冷却。冷却工位包括一个第一可动的自动操纵转移板，转移板具有一个设有保持塑坯的真空装置的手转动部分，还包括依靠传导换热的外部冷却。模制塑坯从自动操纵板转移到手动部分。手动部分从位置A移动到位置B，其中它转了90°，以便把塑坯(至此仅外部被冷却)转移到一个冷却工具上。冷却工具具有保持塑坯的装置，依靠吹入空气冷却塑坯内部的装置和依靠吹入空气或水冷却来冷却塑坯外部的装置。采用的内部冷却如这里的
图19和20所示。这个专利没有说明冷却方法，其中从塑坯排出模具和进入运送板时刻起，尽可能快地完成内部和外部冷却。也没有说明当塑坯被可动的自动操纵运送板保持时，同时内外冷却塑坯。因此，这个冷却方法不够快，并且不能防止在模具之外形成结晶。
图19和20表示了内部冷却塑坯的已知方法，其中一个冷却装置位于塑坯之外，并且用于把冷空气吹入塑坯内。因为空气喷嘴位于塑坯之外，进入的冷空气流必然干涉和至少部分地与出来的暖流混合。这将显著减小冷却效率。如果冷却装置与塑坯位于相同轴线上，图19的方法是低效率的，因为在塑坯中没有空气循环。如果如图20沿横向偏移冷却装置，则达到了内部空气循环，但这还是效率低，因为塑坯的一侧比另一侧冷却较好和较快。冷却剂具有不对称的准发散流动形状。这个流动形状的效率非常低，并且不容许集中冷却液体/气体朝着入口或圆顶部分。
发明内容
本发明的一个目的是提供一个改进的冷却销，用于模制后的冷却操作。
本发明的另一个目的是提供一个方法和设备，用于生产具有改进冷却效率的模制件。
本发明的又一个目的是提供上述方法和设备，生产具有改进质量的模制件。
本发明的又一个目的是提供上述方法和设备，缩短整个周期。
本发明达到了以上的目的。
按照本发明，提出了一个冷却模制件的创新的冷却销。冷却销包括一个在头部终止的中心销结构、一条通过中心销结构和在头部出口终止的流体通道、以及沿中心销结构定位的多个肋片。每个肋片最好由柔性材料形成，并且最好是环绕中心销结构外部的环形结构。肋片最好被隔块分开。肋片可以具有不同的长度或直径，以适应模制件的内部形状。柔性肋片用于考虑到小的不对准性，并且迫使引入模制件内部的冷却流体通过流体通道靠近模制件的内表面流动，由此改进模制件的内部冷却。
冷却由一个模具形成的多个模制件的系统包括一个移走板或运送板，它具有多个插座，用于从模具的半模之间取出模制件，并且把它们转移到冷却位置，以及一个装有多个上述冷却销的框架。操作中，当运送板达到冷却位置时，把冷却销插入新模制件的内部。相对于运送板移动带有冷却销的框架，使冷却销插入模制件。最好是，把每个冷却销深深插入模制件内，使得从冷却销中流体通道流出的冷却流体直接射到模制件的圆顶或入口部分。这样，可以显著避免在圆顶或入口部分中的结晶。如上所述，每个冷却销的肋片用于保持冷却流体与模制件内表面的密切接近。
这里也描述了冷却模制件的方法。方法大致包括提供一个冷却销，它具有一个带中心流体通道(它在中心销结构头部具有一个出口)和多个外部肋片的中心销结构，把冷却销插入模制件内部，使得头部密切接近模制件的圆顶部分和每个肋片外边密切接近模制件的内表面，使冷却流体流动通过内部流体通道和把流体从出口排出到模制件的圆顶部分，以及用肋片迫使冷却流体与模制件内表面密切接近。
如这里所用，名称“移送板”、“移走板”和“端臂工具”被交换使用，并且指相同的结构。
在以下详细描述和附图中提出了本发明冷却销、系统和方法的其他细节，以及相关的其他目的和优点，其中相同的编号表示相同的部分。
附图简述图1是一个曲线图，表示了在喷射步骤期间和之后，模制件温度与时间的关系；图2是在模具中的模制件示意图；图3(a)和3(b)表示了冷却时横过模制件壁的温度梯度；图3(c)表示了沿模制件壁的温度曲线；图4是一个剖视图，表示了先有技术的喷射模具；图5是一个剖视图，表示了一个可动的自动操纵板，包括设在不动和可动模具板之间模制区域中的一个端臂工具(EOAT)装置；图6(a)和6(b)是侧视图，表示了本发明的一个实施例，包括一个自动操纵的移送板(或端臂工具，EOAT)和一个保持冷却销的框架；图6(c)和6(d)是图6(a)和6(b)实施例的正视图；图7(a)-7(d)表示了本发明第一实施例的框架和冷却销；图8(a)-8(h)表示了本发明几种冷却销设计；图9(a)和9(b)说明了本发明两个实施例的冷却销的更详细视图；图9(c)-9(e)说明了用于冷却模制塑坯的一个创新的冷却销；图10(a)表示了一个模制件，具有在先前技术方法中产生的结晶区；
图10(b)表示了一个模制件，由于采用本发明方法而没有结晶区；图11(a)-11(l)表示了本发明框架和冷却销的另一个实施例；图12是一个系统的剖视图，其中空气冷却通道结合在半模中；图13(a)和13(b)是本发明冷却系统的另一个实施例的侧视图；图14是一个喷射模制系统的顶视图，具有本发明冷却系统的另一个实施例；图15是本发明冷却系统的另一个实施例的剖视图，表示了装在移送板上的冷却模制件内部的机构；图16说明了本发明的一个实施例，其中采用无冷却装置的移送板来从模制区域取出模制件；图17说明了本发明一个供替代的冷却销构造；图18(a)和(b)说明了本发明另一个供替代的冷却销构造；图19和20说明了冷却塑坯内部的先有技术方法；图21说明了冷却塑坯内部和外部的另一个先有技术系统；图22说明了采用吸入周围空气来冷却塑坯的一个先有技术系统；以及图23说明了一个供替代的框架结构，在框架的多个表面上具有冷却销。
优选实施例详述现在参照附图，图1是一个曲线图，表示了在喷射步骤期间和之后，模制件温度与时间关系的演变。图2是在模具中的模制件示意图。从这个图可以看到，通常由分别位于模腔16和模芯部分18内的冷却管12和14来实现模具内的冷却。结果是，从模制件11的两侧实现冷却。另外，如图2所示，模腔板16通常具有一个入口区20，在其上面形成了模制件11的底部或圆顶部分22。模制件具有一个结束颈部13，它有时具有厚的壁，难以冷却来防止结晶。
图3(a)和3(b)表示了冷却时横过模制件壁的温度梯度。图3(a)表示了在模具内的温度梯度，而图3(b)表示了在模具外的温度梯度。图3(c)表示了沿着模制件壁的温度曲线。温度尖峰代表了在模制件圆顶或入口部分的温度。
现在参照图4，提供了一个喷射模具，它包括了一个具有一组模腔34的不动半模或板32，以及一个具有一组模芯38的可动半模或板36。模腔板32与一个管路板(图中未示)在流体上连通，它从一个喷射模制机的喷射装置(图中未示)接受融化材料。模腔34通过模腔入口40从热浇口喷嘴(图中未示)，例如阀门入口喷嘴(图中未示)接受融化材料。每个模腔被冷却装置42包围，以便当模具板32和36在模具闭合位置时，冷却由模芯38和模腔34形成的腔空间中的融化材料。冷却装置42最好由嵌在模具板32内引导冷却流体的冷却通道形成。如上所述，模芯38和模腔34在模具闭合位置中形成了多个模具的腔空间(图中未示)，在喷射步骤中通过模具入口40充填融化材料。模芯38还包括冷却腔空间中融化材料的装置44。冷却装置44最好包括一个在每个模芯内的冷却管。模芯板36还包括一个出坯板46，用于从模芯38取出模制件48。出坯板46的操作在先前技术中已熟知，不作为本发明的一部分。事实上，出坯板46可以包括现有技术中已知的任何适合的出坯板。
按照本发明，任何融化塑料、金属或陶瓷材料均可以喷射到模腔空间中，并且采用图4的模具系统冷却成所希望的模制件。在本发明的一个实施例中，融化材料是PET以及模制件是一个塑坯。但是，按照本发明，模制件也可以是一个由一种以上材料制成的塑坯，例如新生PET、再生PET、以及如EVOH的适当绝缘材料。
如现有技术所示，一个如塑坯的模制件用闭合模具来模制，把融化材料喷射到腔空间中，起动腔空间的冷却，充填模腔空间，保持在压力下的融化材料，完成最后的模具内冷却，打开模具，从模芯排出已固化的模制件，以及把模制件转移到一块移送板上。
按照本发明，为了缩短整个周期，模制件在模具中的驻留时间应该最小，使得模具能够尽可能快地生产成批模制件。减少模具中驻留时间的问题是要减少冷却时间，但在这种状态下模制件要固化到足以承受所有后继操作步骤而无变形。减少冷却时间是一个有问题的方案，因为冷却装置42和44不能充分和均匀地冷却模制件。在以减少的时间在模具中冷却之后和在刚打开模具之后模制件保持的热量是非常显著的，并且与模制件的厚度有关。这个内部热量有可能在模制件的入口区域或圆顶部分，在模制件的结束颈部，或者在整个模制件上产生结晶区。为了防止模制件的结晶，要采用非常急剧的冷却方法。在冷却中，必须注意到控制模制件的收缩，它可能对其最终的尺寸有不利影响。
图5说明了一个自动操纵的移送板60的实施例，它可用于本发明的冷却方法。移送板60包括多个空心支座或插座62，它们可以是水冷却的管。可用作移送板60的典型移送板表示在Gessner等的美国专利5,447,426和Delfer III的美国Reissue专利RE 33,237中，引入这里作为参考。在操作中，多个支座62的口与模芯38和模具板36对准。操作出坯板46来实现模制件48到支座62的转移。按照本发明，移送板60上可以设有数目等于模芯38的支座62，或者为模芯数目几倍的更多数目的支座62，例如为模芯数目的三或四倍。具有比模芯38数目多的支座62，可以保持某些模制件的时间比单个模制周期长，由此增加了冷却时间，而同时保持模制件的高生产率。可以进行本发明的方法而不管支座62保持的模制件相对数目。尽管如此，在本发明的优选实施例中，自动操纵的移送板60具有的支座62数目为模芯38数目的三倍。这意味着移送板60不总是运送与支座62数目相等的模制件数目。这也意味着可以把单批模制件移回到模芯和模腔之间的模具区域一次以上来拾取其他批的模制件，同时被移送板内空心管64(管载有如水的冷却流体)和模制件的外壁之间的密切接触所冷却，更详细地在上述美国专利5,447,426中所示。通过传导完成管64和从模具释放的热模制件之间的传热。尤其是，可以采用结合任何冷却装置的任何固体材料，并且与模制件的外壁密切接触来冷却模制件。采用根据模制件和冷却装置之间密切接触的传导换热的冷却系统，保持了模制件形状而不被操作造成变形或擦痕。
如果希望，在移送板中采用的传导冷却装置64可以由对流换热装置替代。现有技术中已知的任何适当对流换热装置可以用于移送板60，来实现由移送板60运送的模制件外表面的冷却。
现在参照图6(a)和6(b)，采用一个附加的冷却装置70与自动操纵的移送板60结合，由于容许用对流换热来同时冷却模制件的内外表面而提高了模制后的冷却效率，因此缩短了周期和改进了模制件质量。附加的冷却装置70包括一组细长的冷却销74，其作用是在移送板60保持的模制件内提供冷却流体。在本发明的一个优选实施例中，冷却流体大部分直接引导和送入模制件的圆顶(入口)部分22，由于缩短了在模具中的冷却时间，这部分最有可能结晶。引入冷却流体，从而建立一个环形流动模型。按照本发明，冷却流体可以是任何适当的冷却剂，例如液体或气体。在本发明的一个优选实施例中，冷却流体是通过位于冷却销74内的一条通道90送出的压缩空气。在图9(a)中更详细地表示了本发明的这方面特性。
图9(a)说明了一个按照本发明的冷却销74，它位于被冷却的模制件48内。为了建立冷却剂的最佳流动，把冷却销深深引入模制件48内，使得冷却剂可以达到圆顶或入口部分22。不仅如此，冷却销74作为一个附加的冷却芯。冷却销74也提供来建立一个环形流动模式，它比其他流动模式具有更高的冷却能力。另外依靠采用新颖的冷却销74，吹入的冷空气和出去的暖空气完全隔开，因此防止了两者的混合。
如图9(a)所示，冷却销74位于模制件的中心，最好是使得冷却销74的中心轴线220对准模制件的中心轴线222。从这个图可以看出，冷却销74的外壁224在上区UP与模制件的内壁226隔开一个距离D。此外，冷却销74的出口喷嘴92与圆顶部分22的内壁228隔开一个距离d。为了建立所希望的冷却流体的环形流动模式，最好是d∶D的比值在约1∶1到约10∶1范围内。也非常希望冷却销的出口喷嘴92由一个发散的喷嘴构造形成。尽管对出口92最好采用发散喷嘴，但可以由直壁喷嘴构造来形成出口92。
因为冷却销74深入模制件内，并且也起到冷却芯的作用，从模制件自由逸出的暖空气模式具有环形。
现在参照图9(c)-9(e)，说明冷却销74的一个特别创新和优选的构造。如这里所示，冷却销74具有单个中心销结构400，它终止在头部402。一条冷却流体通道404通过中心销结构400，并且终止在出口喷嘴406。出口喷嘴406可以具有如图9(c)-9(e)所示的直边，或者可以是一个发散的出口喷嘴。流体通道404可以通过在现有技术中已知的任何适当装置与一个流体源连通，如空气源或某些其他冷却流体源。
为了使引入模制件的流体通过通道404和喷嘴406与模制件410的内表面408密切接近，沿着中心销结构400的长度定位了多个肋片412，肋片412的第一个密切接近地定位在冷却销头部402的切口表面411。如图9(c)-9(e)所示，用一个隔块414隔开相邻的肋片412。每个隔块414可以由薄壁衬垫形成，定位在中心销结构的一部分外表面416上。
肋片412可以由现有技术中任何适当的柔性金属或非金属材料形成。例如，每个肋片412可以是由TEFLON或其他塑料形成。每个肋片412可以包括一个具有中心孔418的柔性材料环，孔直径容许肋片412沿着中心销结构400的外表面416滑动，直到达到所希望的位置为止。如图9(c)-(e)所示，某些肋片412可以具有大于其他肋片412的直径。这容许在冷却销74上的肋片组件符合模制件的内部形状。
在操作中，如图9(e)所示，把冷却销74深深插入被冷却的模制件410内，使得从出口406排出的冷却流体直接射在模制件410的圆顶部分上。最好把冷却销74引入模制件410，使得冷却销74的中心轴线与模制件410的中心轴线对准。以这种方式把冷却销74引入模制件410，在模制件410中可以建立冷却流体的环形流动。当冷却流体沿模制件410的内表面408流动时，柔性肋片412迫使冷却流体以及保持冷却流体与内表面408密切接触。冷却流体通过出口420从模制件内部排出，最好流入周围大气中。
采用带柔性肋片412的冷却销74具有许多优点。首先，也是最重要的，冷却销74上的柔性肋片412有助于保持冷却流体流经模制件410，与模制件410的内表面408密切接近，由此改进了模制件的冷却。这是因为柔性肋片412封闭了模制件410的内表面408和冷却销74之间的间隙，迫使冷却流体流动靠近模制件的内表面408。结果是，冷却流体流动将在模制件410和冷却销74之间建立一个气垫，更有效地从内表面408去除热量。其次，柔性肋片412考虑了冷却销74和模制件410之间的少量的不对准性。第三，它容许采用具有不变长度和不变直径的中心销结构的冷却销来冷却多种多样的模制件。采用肋片412，对不同模制件仅需改变肋片412的尺寸。第四，增加或减少需要的肋片412数目，就可以改变模制件特定区域中的冷却效果。
如果需要，在中心销结构400表面中可以提供切口或缺口(图中未示)来容纳肋片412的内部，由此在某些固定位置中提供对肋片412的支持。
如果需要，可以取消隔块414。例如，可以定位一个O形环(图中未示)靠近每个柔性肋片412的每一侧来保持肋片定位。每个O形环可以由现有技术中已知的任何适当材料，如橡胶材料形成。
尽管已经描述肋片412为环形结构，但对于某些模制件形状，如果需要，肋片412可以由非环形结构形成。例如，如果被模制的模制件具有矩形或非圆形的内截面形状，可以采用一个矩形肋片构造。
如果需要，肋片412可以与中心销结构400整体形成。在这种情形中，把附加肋片设在固定肋片412之间的冷却销74外表面周围，可以按希望建立补充的冷却效果。
尽管在图9(c)-9(e)中已经表示了冷却销的一个优选构造，但如图8(a)到8(h)，17和18所示，冷却销74可以具有不同的尺寸和形状，以达到各种冷却效果。例如，如图8(a)所示，冷却销下部LP可以具有直径D2，它与销上部UP的直径D1不同。如图8(a)到8(c)所示，销上部UP可以具有不同的形状。参照图8(d)，冷却销74可以具有横向出口82，用于排出冷却流体到可能产生结晶的模制件侧壁上。如图8(e)所示，冷却销74可以具有螺旋槽84，以得到特殊的冷却效果。相似地，在图8(f)和8(g)中，冷却销74可以具有绕其周边隔开的多个肋86或多个接触元件88。现在参照图8(h)，冷却销74可以具有沿其外表面形成的多个切口398。
图18a和18b说明了一个冷却销74，它具有多个径向管路230，用于把冷却剂送到圆顶部分22以外的模制件区域，如结束颈部或本体部分。径向管路230可以沿冷却销的长度隔开，从而对着模制件48的特定区域引导冷却剂。
冷却销74可以由任何适当的导热或绝热材料制成。如果希望，如图17所示，冷却销74可以由多孔材料232如多孔铝制成，使得附加的冷却剂可以以非常均匀方式分布在圆顶或入口部分22以外的模制件区域上。
在本发明的一个优选方面，设想冷却销74的设计集中最大的冷却在模制件48的入口或圆顶部分22，因此急剧地集中冷却流体来冷却这个区域。这样，可以形成在入口或圆顶部分22中没有结晶区域的如塑坯的模制件。
图9(b)中说明了一个具有吹冷空气系统的供替代的销构造，它可用于本发明的设备中。如图所示，销74具有一个吹冷空气的通道90，它具有一个出口92，用于对着模制件48的内表面，最好是对着模制件圆顶或入口部分22引导冷空气。通道90通过入口94与冷空气源(图中未示)连通。冷却销74上还设有一个真空通道96，用于从模制件48内部去除冷却空气。真空通道96可以与任何希望的真空源(图中未示)连接。如图9(b)所示，依靠用于销自动对准的滑动垫100和如螺母102的固定装置，把冷却销74装在一个框架98的一部分上。螺母102可以固定到具有外螺纹部分(图中未示)的元件104上。
现在参照图6和7，一组冷却销74装在冷却框架98上，框架可以由如铝的轻质材料制成。冷却销74可以具有以上讨论的任何构型。例如，冷却销74可以是具有图9(c)-9(e)所示的带柔性肋片412的冷却销74。按照本发明，冷却框架98可以沿垂直或水平位置操作。在两者情形中，当移送板60达到其最后的模具之外位置时，框架98可朝着移送板60移动。现有技术中已知的任何适当装置可以用于移动框架98，从而高速地推它前进，使得可以立即把冷却销74引入模制件内。在本发明的一个优选实施例中，采用液压缸110移动框架98。按照本发明，冷却销74的数目可以相同于或小于移送板60中的插座62数目。按照本发明，移送板60上设有保持插座62内模制件48的装置，如吸气装置(图中未示)，以及设有从移送板排出模制件的装置。保持装置和排出装置可以是在上述美国专利5,447,426中公布的装置，它们已经结合这里作为参考。如图6(c)和6(d)所示，冷却框架98上可设有多个空间112。空间112可用于容许把最后冷却的模制件从移送板60排出，落在一个传送装置114上，以便从系统运出。相对于保持要从移送板60排出的模制件的插座62，横向偏移冷却销74，完全冷却的模制件48可以通过空间112落在传送装置114上。当冷却框架位于水平位置时就是这样。当冷却框架位于垂直位置时，它不与由移送板落下的模制件干涉。
现在参照图7(a)和7(b)，说明了第一组冷却销74。冷却销可以是如图9(c)-9(e)所示的类型。如图7(b)中可以看出，冷却空气通路90或通道404通过通路122与一个冷却空气源或其他冷却流体源(图中未示)连通。许多空气阀124结合在通路122中，可用于调节冷却空气或流体的流动。这样，可以供应各种冷却空气或流体量到冷却销74。
现在参照图7(c)，它也可以通过一条简单的通路126，从一个冷却流体源(图中未示)把冷却流体直接提供给每个冷却销74。还有，如图7(d)所示，如果希望，通路126可以通过一条柔性管路128与每个冷却销中的流体管路120连接。
按照本发明的一个实施例，冷却销74以几个步骤进入由移送板60保持的模制件，在每个步骤上，不同时间上模制的模制件处于不同温度。为了优化整个冷却步骤和避免冷却剂的浪费，在冷却的第一步骤中，模制件非常热，因此由冷却销送出最大量的冷却空气。在第二步骤和后续的步骤中，由与第一模制件接合的冷却销引导的冷却流体量明显少于朝着新模制和较热模制件引导的量。为了进一步优化冷却过程，任何已知的适当温度传感器，如热电偶，可以在冷却模制件之前和之后用于测量它们的温度，使得可以进行冷却率的调节而不中断模制周期。在一个优选实施例中，与某些冷却控制装置(图中未示)连接的热电偶(图中未示)位于靠近每个模制件的移送板60中。监测每个模制件的温度，对送到所有冷却销74或某些冷却销74的冷却流体量作出某些调节。这也补偿了位于移送板中传导冷却装置的任何冷却低效率或不均匀性。
现在参照图10(a)和10(b)，图10(a)以剖视图表示了一个由先前技术系统模制的模制件48。如图所示，模制件48可以在四个不同部位具有结晶区，包括圆顶部分22和颈部13。另一方面，图10(b)以剖视图表示了一个模制件，它采用本发明系统制造，没有结晶区域。
图11(a)到11(l)中表示了本发明另一个实施例，其中移送板60′在整个模制周期中总是保持在垂直位置。这消除了一个复杂的马达，并且使它更轻和更快地进出两个半模之间或模具板32和36之间形成的模具空间。用于这个系统的冷却框架98′具有一个附加功能和一个附加运动。首先，冷却销74′采用吹空气来冷却模制件和吸空气来从移送板60′提取模制件。由真空保持模制件在冷却销74′上，并且在后退运动中从移送板60′内的管62′中取出模制件。冷却框架98′具有一个运动来接近移送板60′和从移送板后退，还具有一个转动来从垂直位置到平行于传送装置114′的水平位置，以容许模制件由于停止真空而从冷却销74′排出。按照本发明，任何现有技术中已知的适当装置可以用于转动带销74′的冷却框架98′。按照图11(a)到11(l)所示的本发明优选实施例，采用一个不动的凸轮130作为一个非常简单的装置来把框架的移动转变为转动，使得由冷却框架保持的模制件可以落在传送装置114′上。如图11(h)所示，冷却销74′可以依靠真空与模制件接合，并且从移送板60′取出它们。接着模制件从销74′落在传送装置上。
从图6(a)到6(d)可以理解本发明的创新冷却设备的操作。在模具中的冷却过程(它被缩短到模制件达到一个可防止变形的固化阶段时就为止)之后，打开模具，把移送板60移入模芯板36和模腔板32之间的模制区域。可以采用现有技术中已知的任何适当装置(图中未示)以现有技术中任何方式完成模芯和模腔板之间的相对运动。在移送板60达到模具位置之外后，冷却销74与模制件接合来冷却，特别是冷却每个模制件的圆顶区域22。
尽管移送板60已经描述为具有水冷却装置来传导冷却支座62′内的模制件外表面，但有时当模制件先放在移送板内时，可以不开始冷却外表面。为此，可以设置一个装置来控制移送板内的冷却，使得这种冷却直到模制件内部冷却已经开始和/或结束之后才开始。例如，可以把适当的阀门装置(图中未示)结合在移送板中，以阻止冷却流体的流动，直到希望的时刻为止。这样，可以同时，至少部分地同时，或者顺序地完成模制件的内外冷却。
图16说明了另一个实施例，其中采用一个没有冷却装置的移送板60″来从模制区域取出模制件。移送板60″可以具有数量足够的模制件支座62″，以容纳单批或多批模制件。用真空装置(图中未示)保持模制件，它通过开口240吸住模制件48的入口或圆顶部分22。模制件也由支座62″保持，支座具有任何希望的构形，容许模制件采用冷却气体/空气直接冷却。支座62″最好刚硬到足以保持模制件，并且具有穿孔或其他开口242和244，在那里支座与模制件没有任何直接接触。具有仅部分覆盖模制件外表面的这类支座，模制件可以在其外表面上被冷却，同时它们被冷却销74补充内部冷却。在这个情形中，冷却步骤包括把模制件从模具转移到移送板60″，把移送板60″移动到模制区域之外，到达模制区域附近的冷却区域。在冷却区域，采用框架98和至少部分进入模制件内的冷却销74，在内部冷却模制件48。同时，被移送板60″保持的模制件48使它们的外表面被一个附加冷却工位250对流冷却，附加工位把冷却流体吹向模制件支座。如图16所示，附加的冷却工位250具有多个喷嘴252，254和256，用于把冷却剂吹向模制件的外表面。喷嘴252，254和256通过移送板60″中的窗口258吹送冷却流体，并且通过在模制件支座中的窗口或开口242和244吹到模制件的外表面上。喷嘴252，254和256通过模制件支座62″中的开口242和244吹送冷却流体，并且吹到模制件的外表面上。尽管附加的冷却工位250已经表示为具有冷却两个模制件的喷嘴，但应该认识到，实际上冷却工位250可以具有冷却任何所希望模制件数量所需的喷嘴数量。
采用附加的冷却工位250容许采用与移送板60″独立的冷却装置内外同时冷却模制件48。这个方式使得移送板60″非常轻，非常快和易于使用。如果希望，模制件支座62″可以环绕颈部单独夹住模制件，因此留出更敞开的窗口来把冷却流体吹到模制件的外部。
按照本发明的另一个实施例，移送板可以包括采用吹空气的外部冷却装置，或者可以不包括冷却装置。在两者情形中，采用本发明的新颖冷却方法和设备来达到内部冷却。
本发明的创新冷却方法和设备对冷却在高腔模具中模制的模制件非常有利。已经熟知，流经一个模具的融化树脂温度由于各种原因变化非常显著，包括(a)热浇口管路的不均匀加热；(b)管路融化通道内形成边界层；(c)不均匀的模腔冷却；(d)在模具入口区域的不充分冷却。横过模具有温度变化的一个后果是要在局部水平上调节冷却时间，使得在最后模制件中产生任何结晶之前冷却最热的模制件。为了防止形成结晶区，本发明的冷却系统能够提供不同的冷却模式，它可以按照每个模具的温度特征来调整。可以设置在移送板60中的传感器来调节从每个冷却销74的冷却量。模具内不均匀温度的另一个后果是在大多数情形下，位于模制件圆顶部分22的入口区域是模制件的最热部分。因为这个入口部分在模具闭合位置中冷却较慢，如果在模具内冷却太长，或者如果在模具外没有补充的冷却，则这个部分将有可能严重结晶。按照本发明，紧靠入口区域把冷空气吹入模制件内的冷却销74是一种新颖的操作，它以非常有效的方式防止了模制件中结晶区的形成。
本发明的创新冷却方法和设备对于补偿移送板的低冷却效率也是有利的。由于热模制件和冷却管之间的不完善接触，移送板保持的模制件温度可能沿着板变化。按照本发明，位于移送板或冷却框架中的温度传感器可用于对冷却控制装置提供信息，由冷却控制装置改变对每个模制件引导的冷却流体量。
至此提到的适应性冷却方式也是有利的，因为它可以考虑到由于所采用具体树脂的作用，由于机器设置的作用，或者由于在热浇口喷嘴中不适当的阀心柱起动或由于模腔中不均匀的模芯偏移造成的模制件厚度的局部变化，模制件的温度模式可能在一天中变化。这些情况既不能预计，也不易确定；但是，本发明提供了根据每个模制件温度调整每个模腔模制后的冷却步骤的机理。
简化移送板和冷却框架的设计和运动，可以达到为了增加模制后的冷却时间而明显缩短了周期。这要考虑到非常关键的装配、使用和操作的约束条件，如刚性、运动精度、冷却销和移送板上模制件之间的对准，以及振动。另外，要确定带冷却销的冷却框架位置，使得可减少整个机器的“脚印”。
关于这一点可参照图13(a)和13(b)，它表示了本发明的另一个实施例，其中移送板60在附加空气冷却步骤中保持在垂直位置，即平行于模具板32，36。冷却框架98朝移送板60移动，冷却销74进入模制件48。在所有模制件冷却之后，退出冷却框架98，移送板60转动90°和平行于传送装置114，然后从移送板60取出冷却的模制件。这种方式简化了冷却框架的设计，它不需要转动装置和防止与从移送板排出的模制件干涉的装置。
另外参照图14，它表示了本发明的另一个实施例，其中自动操纵的移送板60包括了附加的移动装置150，沿着平行于其转动轴的轴线移动模制件48。这个模制件48的附加运动简化了冷却框架98，它在冷却过程中基本上保持不动。如图14所示，保持模制件的移送板60或其他装置朝着不动的冷却框架98沿轴线X移动。在冷却步骤之后，移送板转动90°，使得它面向传送装置114，由此排出已冷却的模制件。
另外参照图15，它表示了装在移送板60上的新颖空气冷却装置。图中所示的方式消除了需要一个单独的框架来保持冷却销，由此减少了冷却系统的尺寸，因而减少了喷射模制机的尺寸。新的冷却销174近似为U形，可以一起平行于模制件48移动，使得采用由活塞BB或任何其他已知装置起动的薄条176，可以把它们引入模制件和从模制件移出。销174还可以绕着平行于模制件的轴线“A”转动，使得可以把它们带入或离开与模制件对准的轴线。采用任何现有技术中已知的适当装置，可以达到所有销174的同时转动。按照本发明，U形冷却销174具有一个进入模制件的臂“A”，一个用于移动臂“A”的平行于臂“A”的臂“C”，以及一个把臂“A”连接到臂“C”的臂“B”。可以按各种方式进行冷却销绕臂“C”的轴线A的转动。如图15所示，这可以采用一个由活塞AA操作的细长齿条178来进行，齿条与装在每个冷却销的臂“C”上的小齿轮180啮合。采用摩擦装置可以进行同样的转动，一个移动和另一个转动。在把模制件48从模芯38转移到移送板60的冷却管62中时，U形冷却销174可以“停靠”在邻近每个冷却管62的规定位置，使得它们不与运动的模制件干涉，并且需要较少的空间打开模具。在模制件48刚保持在移送板60中之后，由活塞BB和薄条176向前移动装在板60上的冷却销174，当它们达到容许臂“A”在模制件顶上的一定高度时，转动它们沿轴线对准模制件，最后通过活塞BB的后退引入模制件内。一个对着肩部181作用的螺旋弹簧182或其他任何适当的装置提供了条176和每个臂“C”之间的永久接触。采用一个柔性管184通过臂“C”来供应吹入空气到每个冷却销。这个装在移送板上的冷却销设计带来以下优点简化和减少了冷却系统的尺寸，改进了冷却率，因为在模制件在移送板中之后立即开始内部冷却，在移送板运动时可以进行内部冷却，只要模制件还由移送板冷却，实际上是连续地进行内部冷却。在已冷却模制件排出时，冷却销必须再转到朝着其初始位置，使得它们不再与模制件对准。
另外参照表示了空气冷却装置的图12，包括了结合在半模32，36中的冷却通道210，容许在打开模具时和刚打开模具之后，以及在移送板进入模制区域之前，冷却由模芯保持的模制件。这个附加的冷却步骤将在移送板移入模具区域之前和模制件转移到移送板之前，进一步固化了模制件。
按照本发明的另一个实施例，可以从本申请的其他附图中易于理解它，自动操纵板和移送板仅保持一个单批模制件。在喷射步骤之后，移送板停留在模具区域之外，把冷却空气或冷冻空气从冷却销吹入每个模制件内。已冷却的模制件从移送板排出，移送板返回到模制区域而不带任何模制件。
图23说明了用于保持冷却销74的框架98的一个供替代构造。如图所示，框架98可以在两个对着的表面上具有冷却销74。另外，框架可以绕第一轴线300和垂直于第一轴线300的第二轴线302转动。可以采用现有技术中已知的任何适当装置(图中未示)来使框架98绕轴线300和302转动。
由于提供了这类构造，可以使第一组冷却销74与移送板60中的模制件48接合，并且开始模制件的内部冷却。然后模制件48可以转移出移送板60中的支座62而到销74上。然后框架98可以绕一个或两个轴线300和302转动，同时由销74进行模制件48的内部冷却。在第一组模制件已经达到图23所示的左边位置之后，第二组模制件74可以与保持在移送板60中的第二组模制件48接合。如果希望，左边一组模制件48可以使它们的外表面对流冷却，采用一个具有多个喷嘴(图中未示)的冷却工位304，用于把冷空气吹到外表面上。如果希望，框架98可以装有一个模制件保持板308。
显然，这里按照本发明已经提供了一个模制后的冷却方法和设备，它完全满足以上提出的方式、目的和优点。当然，对于熟悉按照以上描述的技术的人员来说，许多替代、修改和变化是显而易见的。因此，打算把所有这些替代、修改和变化包含在所附权利要求的精神和范围之内。
权利要求
1.一个用于冷却一个模制件的冷却销，该冷却销包括一个在头部终止的中心销结构；一个在上述中心销结构中的流体通道，终止在上述头部中的一个出口喷嘴，使冷却流体引入模制件的内部；以及多个沿上述中心销结构定位的肋片，保持冷却流体流入上述模制件，密切接近模制件的内表面。
2.按照权利要求1的一个冷却销，其中每个上述销由柔性材料形成。
3.按照权利要求1的一个冷却销，其中每个上述销由柔性塑料形成。
4.按照权利要求1的一个冷却销，其中每个上述销由一个圆环形成。
5.按照权利要求4的一个冷却销，其中上述圆环具有一个中心孔，容许相关的肋片沿着上述中心销结构的外表面滑动。
6.按照权利要求1的一个冷却销，还包括一个在上述相邻肋片之间定位的隔块。
7.按照权利要求1的一个冷却销，其中上述多个肋片包括具有第一直径的第一组肋片和具有比上述第一直径大的第二直径的第二组肋片。
8.按照权利要求1的一个冷却销，其中上述流体通道具有一个出口，与一个冷却流体源连通。
9.按照权利要求1的一个冷却销，其中上述头部具有一个切口表面，至少一个上述肋片基本上位于上述切口表面附近。
10.一个冷却模制件的系统，包括一个运送板，从一个模具取出至少一个模制件，以及运送至少一个上述模制件到冷却位置以及至少一个冷却销，插入上述至少一个模制件的内部，上述至少一个冷却销具有一个中心销结构和多个定位在上述中心销结构外表面上的肋片。
11.权利要求10的一个系统，还包括上述至少一个装在一个框架上的冷却销，以及上述相对于上述运送板移动的框架，把上述至少一个冷却销插入上述至少一个模制件内。
12.按照权利要求11的一个系统，其中上述运送板具有多个插座，从上述模具取出多个模制件，以及其中框架装有多个上述冷却销。
13.按照权利要求10的一个系统，其中上述中心销结构具有一个中心通道，把冷却流体导入至少一个模制件的内部，以及其中上述肋片由柔性件形成，迫使和保持上述冷却流体密切接近上述至少一个模制件的内表面。
14.按照权利要求13的一个系统，其中上述通道具有一个与一个冷却流体源连通的入口，以及一个密切接近至少一个模制件圆顶部分的出口，使上述冷却流体直接射在上述圆顶部分上。
15.按照权利要求13的一个系统，其中由一个隔块分隔相邻的上述肋片。
16.按照权利要求10的一个系统，其中上述肋片由柔性塑料形成。
17.按照权利要求10的一个系统，其中上述肋片由环形件形成。
18.按照权利要求10的一个系统，其中上述肋片具有不同的外部尺寸，以符合上述至少一个模制件的内部构形。
19.按照权利要求10的一个系统，还包括一个形成上述至少一个模制件的模具。
20.按照权利要求10的一个系统，其中上述至少一个冷却销具有一条中心轴线，基本上与上述至少一个模制件的中心轴线对准。
21.按照权利要求10的一个系统，还包括冷却上述至少一个模制件外表面的装置。
22.按照权利要求21的一个系统，其中上述外表面冷却装置结合在上述运送板中。
23.按照权利要求22的一个系统，其中上述外表面冷却装置包括一个在上述运送板内的水冷却管。
24.一个冷却模制件的方法，包括把上述模制件定位在一个插座内；提供一个带中心销结构的冷却销，一个具有在上述中心销结构中的出口的冷却流体通道，以及多个沿上述中心销结构定位的肋片；引入上述冷却销到上述模制件内部；以及通过上述冷却流体通道和上述出口，引入冷却流体到上述模制件内部，依靠上述肋片迫使和保持上述冷却流体密切接近上述模制件的内表面。
25.按照权利要求24的一个方法，其中上述冷却销引入步骤包括把上述冷却销深深引入上述模制件内，使得从上述出口排出的上述冷却流体射到上述模制件的圆顶部分上。
26.按照权利要求24的一个方法，其中上述每个肋片由柔性材料形成，并且当上述冷却流体沿上述模制件的上述内表面通过时容许挠曲。
27.按照权利要求24的一个方法，还包括上述定位步骤包括用一个具有上述插座的运送板从一个模具取出上述模制件，并且把上述模制件运送到一个冷却位置；上述冷却销提供步骤包括在一个可动框架上提供上述冷却销；以及上述冷却销引入步骤包括相对于上述运送板移动上述框架，把上述冷却销深深引入上述模制件内部。
28.按照权利要求24的一个方法，还包括冷却上述模制件的外表面。
29.按照权利要求28的一个方法，其中上述外表面冷却与上述冷却流体引入步骤同时完成。
30.按照权利要求28的一个方法，其中上述外表面冷却与上述冷却流体引入步骤顺序地完成。
31.按照权利要求28的一个方法，其中上述外表面冷却采用热对流方式完成。
32.按照权利要求28的一个方法，其中上述外表面冷却采用热传导方式完成。
33.按照权利要求24的一个方法，其中在把上述冷却流体引入上述模制件时，上述模制件的内表面与上述肋片和上述出口隔开。
34.一个冷却多个模制件的方法，包括采用一个运送板从一个模具取出多个模制件，并且把上述模制件运送到一个冷却位置；提供一个装有多个冷却销的框架，上述每个冷却销具有一个中心销结构，一条具有上述中心销结构中的出口的冷却流体通道，以及多个沿中心销结构定位的柔性肋片；相对于上述运送板移动上述框架，把上述冷却销引入上述模制件内部；以及通过一个相关冷却销的冷却流体通道和出口，把冷却流体引入每个模制件内部，以及依靠上述柔性肋片迫使和保持冷却流体密切接近模制件内表面，由此冷却上述模制件的内部。
35.按照权利要求34的一个方法，其中上述引入步骤包括把上述冷却销深深引入上述模制件内部，使得冷却流体直接射到每个模制件的圆顶部分上。
36.按照权利要求35的一个方法，其中上述冷却流体引入步骤基本上防止了上述圆顶部分中的结晶。
37.按照权利要求34的一个方法，还包括冷却上述模制件的外表面。
全文摘要
本发明涉及了一个用于冷却模制件(410)的创新的冷却销(74)，一个引入冷却销的系统，以及一个利用冷却销冷却模制件的方法。本发明的冷却销(74)具有一个带一个头部(402)的中心销结构(400)，一条在中心销结构内和终止在头部中出口(406)的冷却流体通道(404)，以及多个沿中心销结构定位的肋片(412)。相邻肋片最好由一个隔块(414)分隔。每个肋片最好由柔性材料，如柔性塑料形成。肋片迫使和保持引入模制件内部的冷却流体密切接近模制件(410)的内表面。
文档编号B29C35/16GK1592678SQ01820897
公开日2005年3月9日 申请日期2001年11月21日 优先权日2000年12月19日
发明者维托尔德·内特 申请人:赫斯基注射器成型系统有限公司