专利名称：用于控制注射压缩模制的器具和方法
技术领域：
本发明涉及一种模制装备。更具体而言，本发明涉及用于注射模制塑料的装备。本发明还能够应用于其它材料的注射，例如，以铝或黄铜为例的金属，从而本发明 并不一定限制为只是注射塑料。同样地，本发明能够应用于模制装备需要进行修改的情况。
背景技术：
对于塑料的常规注射模制，熔化的塑料在相对较高的压力下注射进入夹持的闭合 模具腔。通过使用注射进入闭合模具腔的这种系统，压力在模具之内建立起来，并且这种 压力也取决于所使用的塑料材料的类型。通过这种常规技术及其导致的较高压力，对于能够实现的最大流动路径和材料壁 厚产生限制。反过来，这又导致在产品中产生内在应力以及质量损失。另一方面，在已知的技术中，由于在材料的初始注射过程中模具本身并未完全闭 合，模具腔的尺寸会增大。然后，通过使用注射机器上的适应模具闭合系统而使得模具闭
I=I O这样的技术称为(注射)压缩模制，其具有的主要缺点在于，与上文参考的注射模 制的常规技术比较，这样的技术是一种控制程度有限的工艺。压缩模制的一种改进变型也是广泛公知的，其中称为芯体(或滑块)的可移动内 部模具部件回缩至某一位置，从而在材料注射的起始点导致模具腔扩大。材料注射之后，可移动芯体经由机器中的分离机构被向前推动，以充分压缩模具 中的材料。从工艺控制的观点来看，这的确是对常规压缩模制的改进。两种工艺都提供了对于流动路径与壁厚的比的改进以及最终产品内部部件应力 的减小。后一种方法的已知缺点在于，材料以不受控的方式流动进入模具，所述模具相对 而言是一个较大的开放空间。其结果是，在最终产品中产生流动锋面线(front lines)的可能性较大。此外，塑料以不受控的方式在接触区域冷却，然后温度较高的高速流动材料在所 述接触区域之间被挤压。当产品的视觉外观特别重要的时候，特别对于无定形材料而言，所导致的这种喷 射效果的形成是一种重大缺点。不受控的结晶作用也导致在材料中形成不需要的冷锋(cold fronts)，其会在最 终产品中产生薄弱环节和质量问题。无人能够通过简单的方式控制所需要的内部压力来对这些冷锋之间流体塑料熔化物进行压缩以完全填充腔并且达到所需的壁厚。类似地在这个背景下，htercable SRL公司的专利EP 1208955公布了用于塑料 的注射系统，其特别地涉及包括一个或一个以上圆柱形受控腔的模具的使用，在所述圆柱 形受控腔中，模具腔的平坦侧面借助于可移动芯体而闭合。在开始位置，芯体放置为抵靠圆柱形模具的相对平坦侧面，或者放置为与圆柱形 模具的相对平坦侧面有非常小的距离，从而产生不具有空间或者具有非常小的空间的腔。在热塑性树脂的注射过程中，通过适当的反压支持就位的芯体被缓慢地从其初始 位置向后推动，导致腔空间以受控且对称的方式增大，直到最后实现腔的完全打开。这就能够进行具有光滑无应力表面的厚壁圆柱形部件(例如，圆柱形酒瓶瓶塞类 型的形状)的注射。已知的缺点在于模制的部件的壁相对较小较厚，并且在于部件设计仅限于非常简 单的圆柱形部件。根据纽约General Electric Schenectady 的专利 NL 7906154 和 US 4185835，一 种用于塑料的注射的工艺同样是已知的，其中模具包括具有阴半部和阳半部的固定单元， 其结合了可移动压缩芯体。模具腔限定为阴模具半部和阳模具半部之间的空间。此外，该装备包含将热塑性树脂注射进入模具的装置以及在注射周期的最后 20-25%的过程中控制压缩芯体的装置。压缩芯体将会向前移动0. 25mm至0. 50mm,以在冷却阶段中使得部件保持在特定 压缩之下。该工艺的众所周知的缺点在于，其仅仅能够用于生产基本上平坦或者稍微弯曲的 部件，例如，比方说用于太阳镜、安全眼镜等等的光学透镜，其优选地具有3. 6至3. 5mm的壁厚。此外，根据德国PeguformWerke GmbH的专利DE 4301320，一种塑料工艺是已知 的，其中模具具有两个半部，在它们之间以闭合形式限定了腔，并且其中模具半部的至少一 个包含一个或一个以上可移动芯体。可移动芯体能够移动进入腔，这种方式使其与模具的相对的半部接触。其结果是，在特定的起始条件下，模具半部的至少一个的表面减小，从而导致模具 闭合力减小。在材料部分变硬之后，芯体从腔回缩，然后新形成的腔在第二步骤中在减小的注 射压力下进行填充。这种工艺的已知缺点在于，由于通过减小模具半部的表面面积，可移动芯体仅仅 能够以垂直方式在相对的模型半部上闭合从而具有减小机器的闭合力的效果，从而只能够 生产具有简单几何形状的产品。该方法的进一步的缺点在于，在可移动芯体回缩之后形成、并然后在第二注射步 骤中填充的腔中以及周围产生流线和应力。尽管进行各种二次处理，例如热退火，这些流线 和应力线也不能去除。总而言之，可以说所有上述工艺更大程度上是机器工艺，言下之意是在不考虑材 料的性质时不可能具有一种系统的闭环工艺控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对上述以及其它工艺的缺点的解决方案，由于本发明 的工艺能够根据能够进行设置的特定参数而改变(这与不能根据特定参数改变的固定工 艺类型相反)，这就意味着应用可能性要广泛得多(薄壁和厚壁模制、不同材料等等)。本发明使用一种通过利用模具注射熔化的热塑性塑料而生产塑料部件的机器作 为基础，所述模具由至少两个模具或部件半部组成，所述模具或部件半部在闭合时包括腔 和芯体，从而在所述模具或部件半部的至少一个中包括了至少一个可移动模具部件，从而 包括了设计装置，用于通过对腔中的压力进行主动控制而对所述可移动模具部件的移动进 行控制。其优点在于，该设计使得熔化的材料能够实现更长的流动路径并且能够对流动进 行更好的控制。其结果是消除了内部部件应力，实现了更好的部件质量，以及更长的使用时间、更 好的化学和物理抗性，以及极佳的表面光洁度。进一步的优点在于冷却时间显著缩短，其结果是周期时间大大缩短。然后这对于生产成本具有直接的影响，能够以较低的成本以较大的容量生产部 件，除此之外能量成本也降低了，结果是所产生的温室气体也减少了。另一个优点在于，机器夹持力的最小量能够根据设计需要而使用，这就意味着避 免了特别沉重且昂贵的装备构造以及机器参数的频繁重置。根据本发明的优选应用，所述腔和/或所述芯体和/或二者将会是可移动的并且 封装在模具构造中。此外，机器将会装备为通过阻力压力使得移动模具部件保持就位，这种 阻力压力将通过塑料材料的性质(例如熔融粘度、熔融流动等等)以及施加至芯体的压力 而确定。优选地，机器将会装备为对被腔压力驱动的可移动模具部件的位移进行控制，从 而在塑料材料注射过程中，腔由于模具部件的位移而扩大，同时材料流动受到控制。在实际应用中，机器装备为使得可移动模具部件能够以受控的速度并根据腔压力 向后移动至其初始位置，从而在热塑性塑料的注射之后，腔形式完全等同于产品形式。在最优选的应用中，机器装备为通过液压、气动或机械装置而对可移动模具部件的 移动进行控制，例如比方说通过液压缸或杆，或者通过这些装置的一种或一种以上的组合。此外，根据更加优选的应用，所述可移动模具部件由不同部件组成，所述不同部件 能够以受控速度根据内腔压力单独或组合在一起进行移动或定位。
为了更好地展示本发明的关键原理，参考所附的示意图对装备的优选实施方案的 例子进行了非限制性的描述，其中图1示意性地表现了模具横截面。
具体实施例方式图1显示了由模具2组成的装备1的横截面，该模具2又由两个部件模型或模具半部3和4组成，它们通过由箭头5和6表示的闭合力支持为闭合在一起。可移动模具部件7包容在模具半部4中。可移动模具部件7又由可移动芯体8和可调节定位设备组成，可移动芯体8能够 进入另一模具半部3，可调节定位设备在此由液压缸9简单示出，从而芯体8能够来回移动 可变距离Xl或者只是保持就位。第二可调节定位设备(在这里由液压缸10简单地示出)能够单独运行或与缸9 组合运行，以将可移动芯体8通过受控移动距离X2而定位回其初始或起始位置。在可移动芯体8和模具半部3之间限定了腔11，其形式在每个周期的起点和终点 等同于最终产品的形式，熔化的热塑性树脂注射进入该腔11，在冷却之后最终产品从模具 2取出。为了清楚起见，系统的其余部分大都排除在图之外，也就是说，排除的部分包括用 于注射熔化的热塑性塑料的装备、取出销、定位引导器、升温和冷却电路、热控制系统、液压 缸和连接装置、传感器等等。模具1的机构是非常简单的，如下文所述。初始状态下，通过彼此压靠的模具半部3、4，模具2在一定的闭合压力5、6的作用 下闭合。因此，内部可移动部件7及其可移动芯体8来到使腔11中的腔尺寸等于最终产品 的尺寸的位置。为了实现这一点，可移动模具部件7能够通过可调节定位设备9、10的使用而沿着 距离Xl上下移动。这些可移动定位设备能够通过液压方式，和/或通过气动方式和/或在气体压力 下，和/或通过机械方式(例如通过使用杆系统)，单独通过某种方式或者将一些方式组合 在一起而运行。芯体8和模具半部3—起限定了腔11，该腔11通过特定的预定阻力压力而支持就 位，例如通过使用可调节定位设备9。熔化的热塑性塑料以常规方式注射进入腔11，其中可移动模具部件8的位置通过 阻力压力而支持就位并受到控制，所述阻力压力除其它因素之外由注射的材料及其流动流 变的性质确定。其结果是，腔11的尺寸临时增大，这由腔压力驱动和控制，所述腔压力导致模具 腔11中更长的流动路径以及最优的特定熔融流动和材料分布。在流动速率下降的时刻，可移动模具部件8随后返回至其初始位置，腔11的形式 再一次等同与最终产品的形式，从而使得方向和控制再次由模具腔11本身中的有效压力 和工艺条件确定。在部件在受控冷却条件下进行充分固化之后，产品通过常规的方式在正确的时刻 从模具取出。本发明对于使用这种装备设计的应用而言也是有用的。在这里进一步描述优选实施方案的一个例子，以对本发明进行非限制性的展示。从闭合的模具2开始，可移动模具部件7在周期结束时处于其适当位置，从而腔11 中的腔形式完全等同于产品的形式。可移动模具部件7通过从部件之后施加的预定压力而锁定就位。
这种压力能够为气动形式、液压形式或机械形式(即，具有杆)。
其结果是，可以对内部腔压力进行准确控制。因此在熔化的热塑性塑料注射进入腔11时，取决于材料性质(例如熔融粘度和芯 体张力)，可移动模具部件7在一定压力下支持就位。在材料注射时，熔融流动将会受到可移动模具部件7的控制，可移动模具部件7受 到腔压力的控制并且被推回可变距离XI，导致腔11膨胀。其结果是，避免了喷射效果、流线和不需要的结晶作用。—旦熔融流动速率下降，可移动模具部件7就根据腔压力以受控的速率通过阻力 压力的控制而移动回到起始位置。因此，通过这种技术，对于这种模具腔11中的熔化的塑料而言，实现了更长的流 动路径以及改进的流动控制。此外，最终产品中的内部应力得以消除。如此，熔化的热塑性塑料熔融物在模具腔11中完美地分布和引导。除此之外，冷却时间显著缩短，从而导致周期时间缩短，产生上文描述过的优点。通过这种技术，增大两个模具半部3和4上的模具闭合力的需求绝对是不必要的。所有的压力、模具腔容积改变和移动都建立起来了，并且完全受控。通过这种技术，工艺能够建立起来并且具体受到机器和工艺设置的控制，这与简 单运行条件相反，这就扩展了应用潜力(以不同的材料生产厚壁和薄壁产品，等等)。本发明并不限于上文给出的例子，也不受到示意图中例子的限制。事实上，装备设 计和应用能够通过形式和尺寸的所有方式进行改变，并且通过所有种类的应用形式进行实 施，而不超出本发明的限制。
权利要求
1.一种模制装备，用于通过熔化的热塑性树脂的注射而生产塑料部件，该模制装备主 要由模具( 组成，该模具O)由至少两个模具半部(3、4)组成，所述模具半部在闭合时 一起产生腔(11)和芯体(8)，其中至少一个模具半部或模具部件(3和/或4)包含具有必 需系统的至少一个可移动模具部件(7)，以通过使用腔(11)压力的主动控制而对模具部件 (7)的移动进行控制。
2.根据权利要求1所述的模制装备，其中所述腔(11)和/或所述芯体(8)和/或两者 都构造在所述模具(2)之内并且是能够移动的。
3.根据权利要求1或2的任一项所述的模制装备，其中该模制装备包含一种系统，所述 系统在一定压力下将所述可移动模具部件(7)保持就位，所述压力取决于注射的树脂的材 料性质，例如比方说熔融粘度、熔融流动以及可移动芯体上所产生的压力。
4.根据前述权利要求中任一项所述的模制装备，其中该模制装备包含一种系统，所述 系统允许所述可移动模具部件(7)在熔化的热塑性树脂注射时在腔压力的控制下产生位 移，从而扩大腔(11)的尺寸并且同时对熔化的热塑性树脂的流动进行控制。
5.根据前述权利要求中任一项所述的模制装备，其中该模制装备包含一种系统，所述 系统使得所述可移动模具部件(7)能够根据腔压力在熔化的热塑性树脂注射时以受控的 速度返回至所述可移动模具部件(7)的初始位置，从而使得腔(11)的尺寸恢复为完全等同 于所生产的产品的尺寸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的模制装备，其中用于所述可移动模具部件(7)的 移动的控制系统基于液压装置和/或气动装置和/或机械装置，例如比方说液压缸或杆机 构，或者基于这些装置的一种或一种以上的组合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的模制装备，其中所述可移动模具部件(7)本身由 具有控制系统的分离部件组成，所述控制系统能够使得各个分离部件以受控的速度根据腔 压力单独或一起进行移动或定位。
8.一种使用根据权利要求1至7中任一项所述的模制装备的方法，其中，在熔化的热 塑性树脂注射之前，所述腔(11)闭合，所述可移动模具部件(7)来到起始位置，其中腔(11) 的形式完全等同于待生产的产品的形式，并且腔(11)的形式通过施加在上述可移动模具 部件(7)的后侧上的预定背压而支持就位，并且其中在熔化的热塑性树脂注射进入所述腔 之后，所述可移动模具部件(7)在腔压力作用下移动，这种方式使得所述腔(11)增大并且 熔化的树脂流动被控制为某种程度，在该程度下，在树脂的流动速率下降的时刻，所述可移 动模具部件(7)以受控的方式返回至所述可移动模具部件(7)的初始起始位置并且承受腔 压力，并且其中在该起始位置，模具腔(11)在尺寸上再次等同于正在生产的产品的形式。
全文摘要
模制装备，用于通过熔化的热塑性树脂的注射而生产塑料部件，该模制装备主要由模具(2)组成，该模具(2)由至少两个模具半部(3、4)组成，所述模具半部在闭合时一起产生腔(11)和芯体(8)，其中至少一个模具半部或模具部件(3和/或4)包含具有必需系统的至少一个可移动模具部件(7)，以通过使用腔(11)压力的主动控制而对模具部件(7)的移动进行控制。
文档编号B29C45/56GK102149530SQ200880131134
公开日2011年8月10日 申请日期2008年9月15日 优先权日2008年9月15日
发明者J·G·德容热 申请人:莫梅克斯有限公司