专利名称：制造热浇道部件的方法和热浇道部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及注模成型，更具体而言，涉及热浇道部件。
背景技术：
热浇道部件被用在注模成型中，以将模制材料(例如塑料熔体、熔融金属等)从模 制成型机传递到一个模腔或多个模腔中。这样，热浇道部件常常遭受侵害，例如模制材料的 磨损、侵蚀和腐蚀；与相邻部件的机械接触导致的磨损；和工作条件的温度周期变化和疲 劳。这些和其它问题会减少热浇道的寿命，并且减少模制产品的质量。
发明内容
根据本发明一方面，提供一种热浇道部件，其包括由金属材料制成的主体和沉积 在所述主体上且被冶金地结合到所述主体上的特性增强材料。该特性增强材料包括固化激 光包覆材料。根据一个示例性实施例，提供一种制造热浇道部件的方法，包括提供激光组件； 提供金属材料的热浇道部件部分；将特性增强材料引入到所述热浇道部件部分；使用从所 述激光组件发射的激光束将所述特性增强材料熔化到所述热浇道部件部分；和将熔融的特 性增强材料固化到所述热浇道部件部分上。根据另一示例性实施例，提供一种热浇道喷嘴尖口，包括具有上游端和下游端的 主体，该主体由导热材料制成；连接所述上游端和所述下游端的通道；沉积在所述主体的 一部分上且被冶金地结合到所述主体的所述部分上的特性增强材料，所述特性增强材料包 括固化激光包覆材料。根据另一示例性实施例，提供一种热浇道阀销，包括圆柱形主体，其由金属材料 制成，且具有与阀销套管密封的上游区段和用于接触模具浇口的下游区段；和沉积在所述 圆柱形主体的表面上且被冶金地结合到所述圆柱形主体的所述表面上的特性增强材料，该 特性增强材料包括固化激光包覆材料。
现在将参照附图更全面地描述本发明的实施例，在附图中图1为根据本发明实施例的热浇道部件制造系统的示意图；图2为根据本发明实施例的在制造期间喷嘴尖口的位置和运动的示意图；图3a_b为根据本发明实施例的喷嘴尖口的示意图；图4a_b为根据本发明实施例的喷嘴尖口的示意图；图5a_b为根据本发明实施例的阀销的示意图；图6为根据本发明实施例的阀销套管的示意图；图7为根据本发明实施例的歧管的示意图；和图8为根据本发明实施例的喷嘴的示意图。
具体实施例方式图1示出根据本发明示例性实施例的热浇道部件制造系统100。热浇道部件制造系统100包括激光组件102、材料进给器104、致动的保持器106 和装载有可执行程序110的计算机108。热浇道部件制造系统100能够处理热浇道部件部 分 114。激光组件102发射激光束112。激光束112是能够通过已知的激光包覆或激光焊 接将特性增强材料熔合到基底材料上的任何高能激光束。参见美国专利No. 6089683，该专 利通过引用包括在此。本领域技术人员将认识到，待沉积的特性增强材料可通过在激光束 路径中预先放置微粒或者通过将粉末流注射到激光束112和/或熔体池中而被引入。激光 组件102被参数控制，例如激光束112的功率密度、激光镜头、激光扫描频率和扫描频率幅 值，从而达到特性增强材料与热浇道部件的基底材料之间的适当的冶金结合，并且达到沉 积的特性增强材料的适当厚度。材料进给器104提供特性增强材料。在该实施例中，特性增强材料作为粉末流116 被引入激光束112遇见热浇道部件部分114的附近，使得特性增强材料熔化在热浇道部件 部分114上。激光束112冶金地将特性增强材料结合到热浇道部件部分114的基底材料， 以形成热浇道部件。(术语“部分”指代不完全的部件。)特性增强材料被定义为具有用于热浇道部件的一部分所期望的特性但由于机加 工性、实用性或其它原因而不适于用于整个部件的任何材料。热浇道部件的基底材料具有 用于热浇道部件的一些其它部分所期望的特性。通常，基底材料被选择作为热浇道部件的 较大部份，而特性增强材料为较小部分或层。对于任何给定的热浇道部件，可使用一个以上 的基底材料和一个以上的特性增强材料。特性增强材料的示例为抗磨损材料，例如镍、铬、碳化物、钨和这些材料的合金，还 可包括其它材料。特性增强材料的另一示例为润滑材料，例如某些铜合金(例如青铜和黄铜)。用于热浇道部件的基底材料可为金属材料，例如钢、铜合金(例如铍铜)、钛锌钼 合金(TZM)，还可包括其它材料。这些材料能够导热或隔热，这依赖于热浇道部件在热浇道 中的位置和目的。致动的保持器106保持热浇道部件部分114，并且能够相对于激光束112移动热浇 道部件部分114。致动的保持器106可为车削中心、机床、机器人、输送机或能够相对于激光 组件102旋转和/或平移热浇道部件部分114的类似装置。在激光组件102移动的另一实 施例中，可替代地使用固定保持器。计算机108可为个人计算机、专用控制单元、车削中心的车载计算机或类似设备。 计算机108运行可执行程序110，其可包括计算机辅助制造(CAM)程序。在该实施例中，程 序110控制热浇道部件部分114相对于激光束112的位置和/或运动，控制激光组件102 的参数，并且控制从材料进给器104对特性增强材料的引入(例如粉末流116的流速)。热浇道部件制造系统100可被用在制造诸如喷嘴尖口、阀销、阀销套管、歧管或喷 嘴的热浇道部件的方法中。根据本发明实施例的制造热浇道部件的方法包括制造热浇道部件部分114，将特性增强材料引入到热浇道部件部分，使用激光束112将特性增强材料熔化到热浇道部件 部分114上，和将特性增强材料固化到热浇道部件部分114上。可以传统的方式完成热浇道部件部分114的制造，例如通过机加工、铸造、车削、 成型或从金属材料制成热浇道部件部分114的其它方式。可通过如上所述那样将特性增强材料引入到热浇道部件部分114。例如，微粒或粉 末材料可作为流116被引入。将特性增强材料熔化到热浇道部件部分114上可通过适合的大功率激光达到，例 如激光组件102提供的光束112。激光束112加热特性增强材料和/或热浇道部件部分114 的基底材料，以熔化特性增强材料。将特性增强材料固化到热浇道部件部分114上可通过相对于激光束112移动热浇 道部件部分114而实现，使得熔化的材料经历较少的热输入。这可通过使用例如致动的保 持器106平移和/或旋转热浇道部件部分114而完成。当熔化的特性增强材料从被激光束 112加热的区域移除时，特性增强材料冷却，因此固化。在该实施例中，固化的特性增强材料被沉积的厚度等于或大于0. 1mm。并且，上述 方法可沉积特性增强材料的甚至更厚的层，例如0. 5mm或更厚，如果要求这种厚度的话。根 据要求的特性增强材料的厚度，可进行传递一次以上。如果通过激光束112不能达到净尺寸或容限，该方法可进一步包括将固化的特性 增强材料研磨到流变光洁度或密封光洁度。可向与流动的模制材料接触的热浇道部件提供 流变光洁度，从而达到适合的模制材料流动条件。可向与另一热浇道部件形成密封的热浇 道部件提供密封光洁度，以防止模制材料、气体等的泄露。图2示出由上述的方法和制造系统100制成的喷嘴尖口 200的特写图，特别关注 喷嘴尖口 200的位置和运动。喷嘴尖口 200包括被平移和/或绕中心轴线204旋转的主体202。在该实施例中， 主体202沿与激光束112基本垂直的路径平移，和绕中心轴线204旋转，使得激光束112接 触基本上垂直于激光束112的表面206。在该平面206处，特性增强材料通过流116被提 供。表面206的垂直减少了可从主体202剥落或由于重力而被不适当地在主体202上固化 的熔融特性增强材料的量。在该实施例中，主体202具有上游端(靠近204)和下游端(靠近206)，并且由导 热材料(例如铍铜)制成。通道208接触上游端和下游端，用于模制材料的流动。特性增 强材料被沉积在主体的一部分(靠近206)上，并且被冶金地结合到主体202的该部分上。对于其它形状的热浇道部件或具有其它形状的沉积特性增强材料，可使用不同的 旋转和/或平移模式。图3a_b和图4a_b为根据本发明实施例的喷嘴尖口的示意图。该喷嘴尖口可使用 这里描述的热浇道部件制造系统100及方法被制造。为了清楚，仅示出喷嘴尖口的下游端。在图3a_b中，尖口 302是沉积在喷嘴尖口的主体(喷嘴尖口部分)304下游部分 上的建立特性增强材料的锥形件。图3a示出被激光沉积的锥形尖口 302。图3b示出被研 磨到流变光洁度的锥形尖口 302。如果仅激光即可达到流变光洁度，则不应用图3a。在图4a_b中，尖口 402具有建立的特性增强材料的锥形件402a和沉积在喷嘴尖 口的主体(喷嘴尖口部分)404的下游部分的特性增强材料的相邻层402b。图4a示出被激光沉积的锥形尖口 402a和层402b。图4b示出被研磨到流变光洁度的锥形尖口 402a和层 402b。如果仅激光即可达到流变光洁度，则不应用图4a。对于上述方法，图3a_b的结构可通过以下达到将特性增强材料引入喷嘴尖口部 分(主体)304、404的下游端，在喷嘴尖口部分304、404上建立特性增强材料的锥形尖口 (件)302、402，和如果必要的话，将固化的特性增强材料研磨到流变光洁度。图4a-b的结 构进一步要求沉积与建立的锥形尖口 302、402相邻的特性增强材料层402a、402b。如果预见到喷嘴尖口会遭受由于模制材料(例如具有研磨剂填充器的树脂)的流 动导致的磨损，特性增强材料可包括抗磨损材料。如果模制材料的流动条件改善，特性增强 材料可包括润滑材料。可通过选择合适的特性增强材料实现相同特征或其它特征。图5a_b示出根据本发明实施例的阀销502的示意图。阀销502可使用这里描述 的热浇道部件制造系统100及方法被制造。阀销502为由金属材料制成的圆柱形主体，并且具有上游区段504和下游区段 506。当在热浇道中操作时，上游区段504可能需要与阀销套管密封，下游区段506可被暴 露于流动的模制材料并且可重复接触或冲击模具浇口。这样，抗磨损和/或润滑特性增强 材料可被沉积在阀销502上，并且可具有流变光洁度和/或密封光洁度。图5b示出沉积在 阀销502的圆柱形主体的表面上的特性增强材料层508的示例。图6示出根据本发明实施例的阀销套管602的示意图。该阀销套管602可使用这 里描述的热浇道部件制造系统100及方法被制造。阀销套管602具有由金属材料制成被附接到盘部分606的主体(阀销套管部 分)604。阀销孔608延伸通过主体604。特性增强材料沉积在阀销孔的表面610上，阀销 向该阀销孔滑动。图7示出根据本发明实施例的歧管702的示意图。歧管702可使用这里描述的热 浇道部件制造系统100及方法被制造。歧管702具有歧管主体(歧管部分)704，例如由金属材料制成的板。歧管702具 有入口通道706、出口通道(未示出)和在歧管主体704中延伸的浇道通道708。这些通道 中的一些在被安装到热浇道中之前被歧管塞阻塞或变向。特性增强材料沉积在一个或多个 通道的内表面上。为了利于此，歧管主体704可被制造成由与一个或多个通道对齐的分割 线710限定的两件。因此，歧管主体704的每件可作为热浇道部件部分处理，其用于使用 激光将其上的特性增强材料与暴露的通道的两半冶金地结合，从而使激光束便于容易地通 过。歧管主体704的各件可通过铜焊或类似的结合方法被接合。图8示出根据本发明实施例的喷嘴802的示意图。喷嘴802可使用这里描述的热 浇道部件制造系统100及方法被制造。喷嘴802包括由金属材料制成的喷嘴主体(喷嘴部分)804。通道806延伸通过喷 嘴主体804。特性增强材料被沉积在通道806的内表面808上。为了便于此，喷嘴主体804 可被制造成由与通道806对齐的分割线810限定的两件。因此，喷嘴主体804的每件可作 为热浇道部件部分处理，其用于通过激光将其上的特性增强材料与暴露的通道的两半冶金 地结合，从而使激光束便于容易地通过。喷嘴主体804的各件可通过铜焊或类似的结合方 法被接合。对于将特性增强材料沉积到诸如歧管、喷嘴和喷嘴尖口等热浇道部件的封闭通道
8内，如果避免分割部件，则可采用美国专利No. 6486432的方法和/装置，该专利通过引用包 括在此。这里描述的制造热浇道部件的方法还包括重新磨光磨损的热浇道部件。待被重新磨光的热浇道部件可具有特性增强材料的磨损下部。例如，图3b、4b的 尖锐的建立的锥形尖口 302、402可在注射循环期间在与流动模制材料扩展接触之后变圆。 在另一示例中，沉积在图5的阀销502的圆柱形主体的表面上的层508可具有由于接触表 面磨损而导致的较薄部分。这样，这里描述的制造方法可被用于将特性增强材料直接应用到磨损部件上，而 不需要预先进行清洁之外的其它处理。可替代地，可期望在引入新的特性增强材料之前从 热浇道部件部分移除之前沉积的特性增强材料。尽管已经描述了本发明很多实施例，但本领域技术人员将认识到，在不脱离由所 附权利要求限定的本发明精神和范围的情况下可进行其它变形和修改。这里讨论的所有专 利和公开文件通过引用整个合并于此。
权利要求
一种制造热浇道部件的方法，包括提供激光组件；提供金属材料的热浇道部件部分；将特性增强材料引入到所述热浇道部件部分；使用从所述激光组件发射的激光束将所述特性增强材料熔化到所述热浇道部件部分；和将熔融的特性增强材料固化到所述热浇道部件部分上。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述固化的特性增强材料研磨到流变光洁度。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述固化的特性增强材料研磨到密封光洁度。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述固化的特性增强材料的厚度等于或大于0.Imm0
5.如权利要求4所述的方法，其中所述固化的特性增强材料的厚度等于或大于0.5mm。
6.如权利要求1所述的方法，其中熔融特性增强材料的固化通过将所述热浇道部件部 分相对于所述激光束移动而进行。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述热浇道部件部分相对于所述激光束旋转。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述热浇道部件部分相对于所述激光束平移。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括提供致动的保持器用于保持和移动所述热 浇道部件部分，和提供计算机和可执行程序，其控制所述激光组件，控制所述特性增强材料 的引入，和控制所述热浇道部件部分相对于所述激光束的位置。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述特性增强材料包括微粒。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述特性增强材料作为粉末流被引入。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述特性增强材料为抗磨损材料。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述特性增强材料为润滑材料。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述热浇道部件部分为喷嘴尖口部分。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括在所述喷嘴尖口部分上建立特性增强材料 的锥形尖口。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括在所述喷嘴尖口部分的建立的锥形尖口附 近沉积所述特性增强材料的层。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述热浇道部件部分为阀销部分。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述热浇道部件部分为阀销套管部分。
19.如权利要求1所述的方法，其中所述热浇道部件部分为歧管部分。
20.如权利要求1所述的方法，其中所述热浇道部件部分为喷嘴部分。
21.如权利要求1所述的方法，其中所述特性增强材料包括选自由镍、铬、碳化物、钨和 铜组成的组中的材料。
22.如权利要求1所述的方法，其中所述热浇道部件部分由从钢、铜合金和钛锌钼合金 组成的组中选择的材料制成。
23.如权利要求1所述的方法，在将所述特性增强材料引入到所述热浇道部件部分之 前，进一步包括清洁所述热浇道部件部分。
24.如权利要求1所述的方法，在将所述特性增强材料引入到所述热浇道部件部分之 前，进一步包括从所述热浇道部件部分移除之前固化的特性增强材料。
25.一种热浇道部件，包括由金属材料制成的主体；沉积在所述主体上且被冶金地结合到所述主体的特性增强材料，所述特性增强材料包 括固化激光包覆材料。
26.如权利要求25所述的热浇道部件，其中所述特性增强材料的厚度等于或大于 0. Imm0
27.如权利要求26所述的热浇道部件，其中所述特性增强材料的厚度等于或大于 0. 5mmο
28.如权利要求25所述的热浇道部件，其中所述特性增强材料为抗磨损材料或润滑材料。
29.如权利要求25所述的热浇道部件，进一步包括建立特性增强材料。
30.如权利要求25所述的热浇道部件，其中所述主体为喷嘴尖口部分、阀销部分、阀销 套管部分、歧管部分或喷嘴部分。
31.一种热浇道喷嘴尖口，包括具有上游端和下游端的主体，所述主体由导热材料制成；连接所述上游端和所述下游端的通道；沉积在所述主体的一部分上且被冶金地结合到所述主体的所述部分上的特性增强材 料，所述特性增强材料包括固化激光包覆材料。
32.如权利要求30所述的热浇道喷嘴尖口，其中所述特性增强材料的厚度等于或大于 0. Imm0
33.如权利要求32所述的热浇道喷嘴尖口，其中所述特性增强材料的厚度等于或大于 0. 5mmο
34.如权利要求31所述的热浇道喷嘴尖口，其中所述特性增强材料为抗磨损材料。
35.如权利要求31所述的热浇道喷嘴尖口，其中所述特性增强材料为润滑材料。
36.如权利要求31所述的热浇道喷嘴尖口，其中所述主体的所述部分为所述喷嘴尖口 的所述下游端。
37.如权利要求36所述的热浇道喷嘴尖口，进一步包括建立的特性增强材料的锥形尖
38.如权利要求37所述的热浇道喷嘴尖口，进一步包括在建立的锥形尖口附近沉积的 特性增强材料层。
39.一种热浇道阀销，包括圆柱形主体，其由金属材料制成，且具有与阀销套管密封的上游区段和用于接触模具 浇口的下游区段；和沉积在所述圆柱形主体的表面上且被冶金地结合到所述圆柱形主体的所述表面上的 特性增强材料，所述特性增强材料包括固化激光包覆材料。
40.如权利要求39所述的热浇道阀销，其中所述特性增强材料的厚度等于或大于 0. Imm0
41.如权利要求40所述的热浇道阀销，其中所述特性增强材料的厚度等于或大于 0. 5mmο
42.如权利要求39所述的热浇道阀销，其中所述特性增强材料为抗磨损材料。
43.如权利要求39所述的热浇道阀销，其中所述特性增强材料为润滑材料。
44.如权利要求39所述的热浇道阀销，其中所述特性增强材料被沉积在所述上游区段 或所述下游区段上。
全文摘要
一种制造热浇道部件的方法，包括提供激光组件；制造金属材料的热浇道部件部分；将特性增强材料引入到所述热浇道部件部分；使用从所述激光组件发射的激光束将所述特性增强材料熔化到所述热浇道部件部分；和将所述特性增强材料固化到所述热浇道部件部分上。
文档编号B29C45/18GK101952098SQ200880127287
公开日2011年1月19日 申请日期2008年12月19日 优先权日2007年12月21日
发明者M·费克 申请人:马斯特模具(2007)有限公司