具有包含被实心面板覆盖的带孔下游面的模板主体的模板的制作方法

本发明涉及水下造粒机的领域，更具体地说，涉及一种用于水下造粒机的具有模板主体的挤出模板，该模板主体具有带孔的下游面和实心面板。

背景技术：

已知的水下造粒机包括挤出模具或模板，该挤出模具或模板具有延伸穿过其中的挤出孔并且熔融聚合物被挤出通过该挤出孔。具有切割刀的切割轮毂被定向成与挤出模板的表面成可旋转面对的关系，以将多股聚合物切割成颗粒。具有进水口和出水口的水箱或切割室提供水的循环以冷却和固化挤出的多股聚合物，以使切割轮毂上的刀可以将多股聚合物切割成颗粒。循环通过水箱的水还将颗粒带入到通过水箱出口排出的水和颗粒的浆液中。

已知的做法是在挤出模板的模具表面上设置一凹部，并将绝热材料放置在该凹部中，以减少从挤出模板和正在被从挤出孔挤出的熔融聚合物到循环通过水箱的水的热传递。插入凹部中的绝热材料通常是通过合适的胶泥、胶水等在凹部中安装在适当位置并且被薄金属板覆盖的垫圈材料。薄板通过合适的紧固件被固定到模板，以将绝热材料保持在凹部中的适当位置。绝热材料由于在凹部中遇到的温度而遭受显著的劣化，并且在一些情况下不能有效地使模具表面的中心凹部区域绝热。无效的绝热可导致熔融聚合物被挤出通过挤出孔时遭受过度冷却，从而导致熔融聚合物在模具表面处的冻结。

这些问题的一个解决方案是提供一种圆板形式的绝热插头，该圆板基本上填充模具表面中的凹部，如美国专利no.6,824,371(“‘371专利”)所述，它是由本申请的受让人共同拥有的。‘371专利的全部公开内容通过引用整体明确地并入本文，如同在本文中完全阐述一样。

‘371专利的圆板(这里称为垫圈消除塞(gep))减少了从正被挤出通过挤出模板中的孔的熔融聚合物到循环通过水下造粒机的水箱的水的热传递，并且不会像常规绝热技术那样遭受劣化和恶化。然而，‘371专利或传统绝热材料的gep与模具表面之间的公差非常小。因此，在日常维护中安装或拆卸gep时，容易损坏模具表面。这是一个问题，这是因为gep制造成本相对较高，但是要正常工作，必须在模板内紧密配合。

美国专利8,512,021(““021专利”)中描述了熔融聚合物在挤出通过挤出孔时被过度冷却问题的另一个解决方案，该专利也由本申请的受让人共同拥有。‘021专利的全部公开内容通过引用明确地并入本文中，如同本文完全阐述一样。

‘021专利中描述的实心面模板的下游面具有实心的中心，该实心的中心消除了对gep的需要。当对聚乙烯，eva和pvc等聚合物造粒时，实心面模板非常适用。然而，当对诸如pet，尼龙6.6和聚碳酸酯等的高温材料进行造粒时，期望具有比由′021专利的实心面模板设计提供的热性能更好的热性能。

技术实现要素：

为了克服与现有技术的绝热技术相关的已知问题，并且为了提供改进的绝热性能，本发明提供了一种用于水下造粒机的模板，所述模板主体和实心面板，该模板主体具有带孔下游面。模板主体可以是一体的结构，但是优选地具有两部分式结构，包括模板基座构件和“021专利中公开的可拆卸模具插入体”。如本文所用，“模板主体”和“模具插入体”可互换使用。

模具插入体具有被实心面板覆盖的带孔的下游面，该实心面板由具有围绕挤出模孔的硬质耐磨元件(或多个元件)的托架或保持板构成。托架是由一片材料制成的平盘形状，并且优选地具有在其周边附近的大致环形狭槽或通道，该狭槽或通道用于保持优选为扁平的大致环形的硬质耐磨元件。一旦装配在狭槽或通道内，硬质耐磨环元件被托架保持、支撑并保护。硬质耐磨环元件可以通过焊接、钎焊(包括氮气气氛钎焊和真空钎焊)或其他类似技术而附接到托架并固定在通道内。

实心面板固定在模具插入体的下游带孔面上，以便与切割刀和流过切割室的水接触。因为面板是实心的，所以可防止流过切割室的水泄漏到模板后面。实心面板还确保模板后面的熔融聚合物不会泄漏到切割室中。

模板主体的带孔下游面设有多个开口孔或纵向延伸的绝热孔，所述多个开口孔或纵向延伸的绝热孔至少形成在该带孔下游面的中心部分中。除了形成在中心部分中之外，纵向延伸的绝热孔也可以在模板主体的外周附近形成在挤出孔之间。绝热孔不会一直延伸穿过模板主体，当被面板覆盖时保持中空或敞开，并且通过减小模板主体与实心面板接触的表面面积来限制到托架的热传递。

除了下游面中的多个敞开或中空的绝热孔之外，带孔面模板主体可以具有圆形沟槽，所述圆形沟槽在模板主体内在模板主体的形成有挤出孔的周边和模板主体的中心部分之间被切割。圆形沟槽将下游面分为包括挤出孔的外环和里面形成有绝热孔的中心凸台。圆形沟槽和绝热孔的组合显著地减小了带孔模板主体的下游面与实心面板的表面接触面积，从而再次限制了向托架的传热，以提供改进的绝热性能。

因此，本发明的目的是提供一种模板，其包括用于水下造粒机的模板主体和实心面板，其中模板主体的下游面具有至少钻入其中心部分中以用于改善对托架热传递的隔离的多个中空或敞开绝热孔。

本发明的另一个目的是提供一种根据前述目的的模板，其中多个中空或敞开的绝热孔也被钻入模板主体的外周中并且位于挤出孔之间，并且还被钻入模板主体的下游面的中心部分中。

本发明的另一个目的是提供一种根据前述目的或两个紧接着的前述目的的模板，其中模板主体下游面内被切割有圆形沟槽，以形成包括挤出孔的外环和里面具有多个绝热孔的中心凸台。

本发明的另一个目的是提供一种根据前述目的的模板，其中实心面板具有一体式盘状托架，且该托架内形成有环形沟槽或通道和硬质耐磨环状元件，所述硬质耐磨环状元件装配在沟槽或通道内以邻近托架的周边而对齐在托架的下游面内。

本发明的另一个目的是提供一种根据前述目的的模板，该模板包括具有带孔下游面的模具插入体和可以永久地或可移除地连接到模具插入体的带孔下游面的实心面板，其中可移除附件允许相同的模具插入体与多个实心面板组装。可拆卸附件也可以节省成本和时间，因为仅需要更换实心面板而不是整个模具插入体。

本发明的另一个目的是提供一种根据前述目的的模板，其减少了从熔融聚合物和水下造粒机的壳体到循环通过与切割轮毂、切割刀和模具面相关联的切割室的水的热传递。

本发明的另一个目的是提供一种根据前述目的的用于水下造粒机的模板，其符合常规制造方式，结构简单并且易于使用，从而提供经济上可行的、持久且相对无故障运行的装置。

这些以及随后将显而易见的其他目的和优点将存在于以下将更加全面详细描述和要求保护的结构和操作的细节中，参考附图来形成其一部分，其中类似的附图标记指代类似的部件

附图说明

图1是根据本发明的水下造粒机的局部剖视图，其示出了两部分式模板主体，该模板主体包括基部构件和具有带孔下游面的模具插入体，且实心面板安装在所述带孔下游面上；

图2是根据本发明的类似于如图1所示的水下造粒机的局部剖视图，但是示出了具有带孔下游面的一体式模板主体，且实心面板安装在所述带孔下游面上；

图3是根据本发明的具有如图1所示的两部分式构造的模板的第一实施例的模具插入体和面板的分解透视图，其中实心面板与模具插入体的带孔下游面和形成在该模具插入体的中心部分中的绝热孔分开；

图4是根据第二实施例的根据本发明的两部分式模板的模具插入体和面板的分解透视图，其示出了实心面板与模具插入体的带孔下游面间隔开，且绝热孔形成在下游面的外周以及中心部分中；

图5是图4所示的模具插入体和实心面板的正视图，与虚线所示的绝热孔组装在一起；

图6是沿着图5的线a-a截取的组装的模具插入体和面板的剖视图；

图7是根据第三实施例的本发明的模板的分解透视图，示出了实心面板与模具插入体的带孔下游面间隔开，其中该带孔下游面中形成有环形沟槽，所述环形沟槽产生具有在挤出孔之间的绝热孔的外环形环和具有绝热孔的中心凸台；

图8是根据第四实施例的本发明的模板的分解透视图，其示出了实心面板与模具插入体的带孔下游面间隔开，其中该带孔下游面中形成有环形沟槽，所述环形沟槽产生外环形环和中心凸台，且绝热孔仅形成在中心凸台中，而没有在外环中形成在挤出孔之间；

图9是图7所示的模具插入体和实心面板的正视图，与中心凸台和虚线所示的绝热孔组装在一起；

图10是沿着图9的线a-a截取的组装的模具插入体和面板的剖视图；以及

图11是根据第五实施例的本发明的模板的分解透视图，其示出了实心面板与模具插入体的下游面间隔开，且下游面具有支柱/立柱构造，外周支柱具有穿过其形成的孔以与实心面板中的挤出孔对准。

具体实施方式

在描述附图中所示的本发明的优选实施例时，为了清楚起见，将采用特定术语。然而，本发明不旨在限于所选择的具体术语，并且应当理解，每个具体术语包括以类似方式操作以实现类似目的的所有技术等同物。

附图中的图1和图2每一个分别示出了根据本发明的包括模板的水下造粒机，所述模板通常由附图标记100、100′表示。图1中的模板100具有两部分式结构，其包括模板基部构件21和装配在该模板基部构件21中的可移除模具插入体30。图2示出了与图1中的模板类似的模板100′，但其具有作为一体结构的主体121。为了便于本文的讨论，将参考“模具插入体”，其理解是该术语还旨在包括具有一体结构的模板主体。

模板100、100’被安装在挤出机的总体由附图标记12表示的壳体上。壳体12包括用于从上游设备接收熔融聚合物的入口通道14。熔融聚合物通过鼻锥体16被向外转向并穿过模板100中的多个挤出孔18。模板100优选地具有从其周边向内延伸的径向加热元件22和容纳螺栓26的多个孔24，该螺栓26被拧入到壳体12中的螺纹孔28中。

模板100、100’不管是一体式或两部分式结构都在其下游侧具有一附接表面32。安装在附接表面32上的是实心面板，其整体由附图标记34表示，该实心面板包括盘状托架36和大致环形硬质耐磨元件38，该耐磨元件38被插入在托架内的环形沟槽或通道内，如在′021专利中更充分地描述。实心面板的具有硬质耐磨元件的下游侧形成造粒机切割面。实心面板34的外周边具有多个孔或挤出孔延伸部分，通过这些孔或挤出孔延伸部分与模板主体中的挤出孔18对准。如本文所用，除非另有说明，术语“挤出孔”旨在包括模板主体中的孔18对准并在用于挤出聚合物的实心面板中形成出口19的挤出孔延伸部和孔18。

模板100、100’还包括孔40，以容纳用于将鼻锥16保持在模板上的适当位置的紧固元件42。在图1所示的实施例中，孔40位于两部分式模板100的模具插入体30部分中。

总体由附图标记50表示的水箱或切割室为中空壳体的形式，并包括凸缘52，该凸缘52通过螺栓26被固定到模板100、100’和壳体12。密封垫圈27确保在模板100、100’和托架36之间以及模板100、100’和切割室50之间的水密密封。

切割室50包括进水口54，水和颗粒浆料出口56以及与驱动单元(未示出)上的类似凸缘相关联的凸缘58。循环通过切割室的水冷却并固化挤出聚合物，并将颗粒带入水和颗粒浆料中以通过出口56排出。与切割室和造粒机相关联的其它标准部件(例如驱动轴、切割轮毂和切割刀，其用于将在造粒机切割表面处将通过孔18挤出的聚合物股线切割成颗粒)未示出，但是以众所周知的方式具有常规设计和功能，以通过模板100、100’中的挤出口或孔18挤出熔融聚合物，如由本领域普通技术人员所知。

包括装配在托架36内的硬质耐磨元件38的实心面板34与模具插入体30齐平并且可以通过焊接、钎焊或其它类似的技术附接到其上。一种优选的方法是氮气气氛钎焊，更优选的方法是真空钎焊。

可选地，实心面板34可以被螺栓固定就位。如果通过螺栓固定，则紧固元件(如内六角螺钉)被装配到设置在硬质耐磨元件的内表面中的反孔(未示出)中。利用这种结构，实心面板34是可更换的，并且可以与模具插入体分开更换，从而为用户节省成本。用户还可以使用具有多个实心面板的相同的模具插入体，这为产品改变之间的维护目的提供了益处。

考虑到硬质耐磨元件38在托架36内的嵌入位置，托架保护硬质耐磨元件38的边缘60(见图6和图10)，从而防止所述边缘被损坏。托架36的一体式结构也消除了如“’371专利”中描述的对绝热板或gep的需要。鉴于制造gep的成本，其消除也将为用户节省成本。此外，由于托架是实心的，即托架覆盖模板的包括由挤出孔包围的中心区域的整个下游面，因此托架有效地使模板的整个下游面与切割室内冷却液体的冷却效果绝热，从而减少热损失并提高运行效率。

实心面板34还可以设有指示硬质耐磨元件上剩余的磨损寿命的磨损极限指示器孔(未示出)。该孔可以被机械加工到托架中，以便在将固体模板磨损到最大化时被露出。

模具插入体30通常由碳钢制成，而硬质耐磨元件38由高耐磨材料制成，例如碳化钨、碳化钛合金、钴基硬质包层材料、镍基硬质包层材料等。在优选结构中，托架36由镍合金制成。硬质耐磨元件38可以形成为实心碳化钨环，或者可选地可以由本领域已知的多个碳化钨瓦片组成。通常，较小的模具用实心面环制成，而瓦片用在较大模板的构造中。

图3中示出了模板的两部分式构造(见图1)中的模具插入体和面板的第一实施例的分解图。总体由附图标记101表示的模板包括模具插入体130和实心面板34。模具插入体130的下游面132设有形成在表面132的中心部分136中的多个开口孔或中空纵向延伸的绝热孔134。当实心面板粘附到模具插入体的下游面时，开口孔或绝热孔提供在孔内夹带诸如氮气或惰性气体之类的非活性气氛，从而有效地产生填充有非活性或惰性气体的多个密封腔。非活性气氛气体提供良好的绝热性能，并且已被发现优于固体绝热材料。

可选地，在本文所述的每个实施例中，可以在绝热孔中形成真空或部分真空。根据一个优选实施例，绝热孔内具有真空或低真空/部分压力氮气气氛。当金属受到将托架层钎焊到模具表面所需的温度时，氮气气氛是期望的以防止在金属上形成氧化物，如在氧气存在时可能发生的。在惰性气氛的情况下，可以使用氩气或任何惰性气体。

图4中示出了根据本发明的两部分式模板的第二实施例的分解图，并且该模板总体上由附图标记102表示。两部分构造式模板102包括模具插入体131和实心面板34。模具插入体131的下游面133设有形成在表面133的中心部分136中的多个开口孔或中空纵向延伸的绝热孔134。除了形成在中心部分136中的孔之外，在与模具插入体131的下游面133的外边缘相邻的外环形周边区域138中，外绝热孔135还形成在挤出孔18之间。如在第一实施例中，纵向延伸的绝热孔134、135是敞开的，即，所述绝热孔没有被固体绝热材料填充。相反，孔含有非活性气氛气体，例如氮气或惰性气体，当下游面被实心面板覆盖时，形成充气腔。可选地，如前所述，孔可以包含真空或部分真空，在模具插入体的由实心面板覆盖的下游面中形成密封空腔。

在如图所示的第一和第二实施例中，带孔的表面模具插入体130、131被构造为两部分式模板结构，但是如已经提到的那样，模板的一体结构也是可能的，如图2所示。两部分式结构和一体结构都减小了模具插入体的与实心面板34接触的表面面积，从而减少了向托架36的热传递。

在图5中示出了实心面板34的主视图，其与模板102的第二实施例的模具插入体131联接，并具有多个挤出孔18的出口19。第二实施例的形成在外周区域138中的绝热孔135和形成在中心部分136中的绝热孔134被实心面板34覆盖，因此以虚线示出。

图6是沿着图5的a-a线截取的剖视图，该a-a线延伸穿过挤出孔并且穿过下游面133的周边区域138中的外绝热孔135。

如图6所示，绝热孔134、135不会一直延伸穿过模具插入体131。孔134、135优选在约0.050英寸至0.500英寸的深度之间，并且在相同的模具插入体内可以有多个不同的孔深度。类似地，孔可以具有相同或不同的直径，例如如图4所示的周边区域138中的较小直径外部孔135和中心部分136中的较大直径孔134。尽管孔的直径可以是更小或更大，优选的尺寸范围为约0.062英寸至约0.250英寸。孔之间的间隔通常取决于孔的直径，但优选在孔直径的约1.2倍至约2倍之间。孔之间的距离优选为不小于约0.020英寸，以确保表面132的完整性。

中心定位的绝热孔134的格子状布置可以产生如图3所示的60°三角形网格图案，或者形成正方形图案、圆形图案等。60°三角形网格图案是优选的，因为与其它替代的孔图案相比，该孔布置允许更多数量的孔134以装配在模具插入体130的中心部分内部中。此外，虽然绝热孔在下游侧表示为圆形，但是也可以制造其他孔形状，包括六边形，正方形，矩形，三角形，多边形和椭圆形。

在图7中示出了根据本发明的模板的第三实施例的分解图，该模板总体由附图标记300表示。

模板300的第三实施例具有模具插入体230，其具有总体由附图标记240表示的大致圆形沟槽，该沟槽在模具插入体230的总体由附图标记248表示的外周边(在该外周边处，形成挤出孔18和外绝热孔135)和模具插入体的总体由附图标记250表示的中心部分之间被切割。因此，沟槽240将下游面分成里面具有挤出孔18和外绝热孔135的外环242和中心凸台244，该中心凸台244内还形成有绝热孔134，并且中心凸台244通过沟槽240与环242间隔开。圆形沟槽240优选地切割成一些中心定位的绝热孔134，围绕中心凸台244的外周留下半圆形切口246。环242的内径优选地具有倒角上边缘236，以进一步减小下游面的与实心面板热接触的表面面积。

根据本发明的模板的第四实施例在图8中示出并且总体上由附图标记400表示。与第三实施例相同，模板的第四实施例具有模具插入体231，该模具插入体231具有圆形沟槽240，该沟槽240在模具插入体231的总体由附图标记249表示的外周边(在该外周边处，形成挤出孔18)和模具插入体231的中心部分250之间被切割。因此，沟槽240产生里面具有挤出孔18的外环243和中心凸台244，该中心凸台244内形成有绝热孔134，并且中心凸台244通过沟槽240与环243间隔开。如图所示，在第四实施例中，绝热孔134的形成限于中心凸台244；在环243中的挤出孔之间没有形成外绝热孔。如在第三实施例中，环243的内径优选地具有倒角上边缘235。

在第三和第四实施例中，圆形沟槽240和凸台244中的绝热孔134的组合显著地减小了模具插入体230，231的最终的“下游面”的表面面积，从而再次限制到托架的热传递。在每个带沟槽的实施例中，“下游”表面由环242、243的外表面237、238和凸台244的外表面239构成。在模板被组装时，外表面237、238、239与实心面板34的上游侧抵接。此外，如在第一和第二实施例中一样，在实心面板粘附到模具插入体的下游面时，敞开的孔或纵向延伸的绝热孔将诸如氮气或惰性气体的非活性环形留在孔内，从而有效地产生多个充气腔。除了被捕获在沟槽内的气体之外，所述沟槽还保持敞开或“未填充”。可选地，与绝热孔一样，可以在沟槽中形成真空或部分真空。

在图9中示出了与模板300的第三实施例的模具插入体230连接的实心面板34的主视图，该实心面板34具有多个挤出孔18的出口19。第三实施例的沟槽和形成在周边区域248中的外绝热孔135以及形成在中心部分250中的绝热孔134被实心面板34覆盖，因此以虚线示出。

图10是沿着图9的a-a线截取的剖视图，该a-a线延伸穿过挤出孔并且穿过下游面237的周边区域248中的外绝热孔135。

在所有实施例中，尽管可以使用其他制造方法，但是绝热孔优选地被钻入模具插入体中。在第三和第四实施例中发现的沟槽240被铣削以形成中心凸台244。中心凸台244的外表面239与环242、243的外表面237、238齐平。中心凸台为实心面板34提供结构支撑以减少托架36的偏转和弯曲。铣削沟槽240由于是大致圆形的并且与托架36和磨损表面38同心因此有助于均衡模具插入体230、231和托架36的温度以促进聚合物均匀地流过挤出孔18。

可以形成用于留下其他形状的凸台的沟槽。例如，沟槽可以是两个相交的线的形式，从而留下四个优选等距间隔开的凸台以支撑实心面板。也可以像图11所示的总体由附图标记500表示的模板的第五实施例一样，切掉中心部分的较大部分。在模板500的第五实施例中，切掉部分留下中心定位的支撑柱或支柱502和外部支撑柱或支柱504。利用这种结构，中心定位的支撑柱或支柱502不具有形成在其中的绝热孔。相反，期望的绝热特性由柱或支柱502之间的开口区域506提供。柱502可以以规则或不规则的间隔彼此间隔开，只要它们的数量足够，并且它们之间的间隔足够小以确保托架被充分地支撑以防止其弯曲或变形。外柱或支柱504具有穿过其形成的孔335，以与实心面板中的挤出孔出口19对齐，经过挤出孔18的聚合物被挤出通过该出口19。

模板主体的带孔下游面的用于在下游面和固定到该下游面的实心面板之间提供减小的表面接触面积的其它构造也是可能的，并且在本申请的范围内，考虑到减少模板主体的下游面的可用于传热的表面积和保持足够的表面积以支撑实心面板到下游面的良好钎焊附着之间的期望平衡。

如本文所述，本发明在具有或不具有环形沟槽的情况下仅使用在下游面中形成纵向延伸的绝热孔来为模板主体提供有效的绝热。不需要额外的部件或元件来获得非常好的绝热性能。相反，已经发现，与覆盖模板主体的整个下游面的实心面板相结合，仅仅孔(无论是填充有非活性气体还是惰性气体，或者在其中形成有真空)就能显著地减少热损失并且有效地防止在切割面处熔融聚合物的冻结。

上述描述和附图应被认为是仅仅说明本发明的原理。本发明可以被构造成各种形状和尺寸，并且不受优选实施例的尺寸的限制。本领域技术人员将容易想到本发明的许多应用。因此，不希望将本发明限制于所公开的具体实施例或所示和所述的确切构造和操作。相反，可以采用落在本发明范围内的所有合适的修改和等同物。