注射成型系统以及制造部件的方法与流程

相关专利申请的交叉引用

该专利申请要求于2014年12月4日提交的题为“extrude-to-fillinjectionmoldingandextrusionscrew”的美国临时专利申请no.62/087,414、于2014年12月4日提交的题为“nozzleshut-offforextrude-to-fillinjectionmoldingsystem”的美国临时专利申请案no.62/087,449以及于2014年12月4日提交的题为“controlsystemforextrude-to-fillinjectionmolding”的美国临时专利申请no.62/087,480根据35u.s.c.119(e)法案的权益，这些临时专利申请的每一个都以其整体通过引用并入本文。

本公开一般涉及注射成型系统。更具体地，本公开涉及注射成型系统和制造部件的方法。

背景技术：

传统注射成型系统主要通过由挤出螺旋件的旋转而动态产生的剪切热而熔化诸如塑料的材料。在传统注射成型系统中动态产生的剪切热取决于使用高纯度和稠度的石油基塑料树脂。图1是传统注射成型系统100的示意图。注射区域112位于挤出螺旋件102的前面，以在注射之前保持熔融材料。止回环104或止回阀用于在介于喷射之间的回收挤出阶段期间允许向前熔体流动并阻止熔融材料回流到挤出螺旋件102中。当向熔体施加注射压力时，可能会发生回流。材料可以通过主要使用剪切热而熔化。例如，熔融状态可以由带状加热器114生成的约75％的剪切热和约25％的传导热产生。

传统挤出螺旋件102设计有大间距132以促进剪切发热并混合冷热塑料。如图1所示，螺旋件102的根部直径134靠近料斗106时较窄，该料斗106通过料桶110的入口进给原料。根直径沿挤出螺旋件朝向喷嘴108的长度而增加以产生压缩区域来促进剪切发热。螺旋件102的螺纹高度136朝向喷嘴108减小，这减小了螺旋件102和料桶110之间的空间。

在回收挤出阶段期间，通过使用马达150旋转挤出螺旋件来沿螺旋件102的长度输送熔融材料到料桶110中的注射区域112中。注射区域112介于喷嘴108与挤出螺旋件102的端部处的止回环104之间。熔融材料通过冷塞(coldslug)而被捕获在注射区域中，该冷塞在注射周期之后密封喷嘴108并且在回收挤出阶段期间阻止塑料通过浇口146和流道142流入模具140。

在注射周期期间，由气缸138在非常高的注射压力下不旋转地向前驱动螺旋件102。螺旋件102和止回环104可以一起用作柱塞以将熔融材料注入到模具中。回收挤出阶段可能仅占整个成型时间的10-25％，使得当挤出螺旋件除了在回收挤出阶段期间之外不旋转时，也可能损失剪切热。

传统注射成型系统100依赖于在每次喷射之间冷塞在喷嘴108中的形成。塑料的冷塞是导致传统注射成型系统100的最大低效率之一。冷塞需要非常高的压力从喷嘴108移除，以允许熔融材料流入模具空腔中。需要高注射压力以通过流道142将熔融材料推入模具空腔中。通常需要介于20,000和30,000psi之间的注射压力来在模具空腔中获得500psi至1,500psi的压力。由于该高注射压力，传统注射成型系统100需要厚壁的料桶110，这降低了从围绕料桶110的带状加热器114向材料的热传导。

传统注射成型系统100可以使用液压系统或电动马达128来为夹紧系统120提供动力，夹紧系统120可以包括固定压板122a-b、可移动压板124和拉杆126。夹紧气缸130必须施加足够的压力以在注射期间保持模具关闭。传统注射成型系统需要用于注射系统118和夹紧系统120的大而昂贵的能源。这些能源必须由庞大的机器结构支撑，这增加了设备基础设施成本，这些设备基础设施包括采购、运行和维护成本高昂的供电设施、厚混凝土地基或地板以及超大型hvac系统。

传统注射成型系统产生的剪切热限制了其对某些材料(如生物基塑料)成型的能力。生物基塑料被施加在传统注射成型系统中的压力降解，从而对在注射成型石油基塑料的工艺中用于产生剪切热的机器产生的压力产生负面反应。公开在被授予r.fitzpatrick的题为“injectionmoldingmethodandapparatus”的美国专利8,163,208中的最近开发的注射成型系统，使用静态热传导代替剪切热来熔化塑料。所公开的系统可以将生物基塑料成型成小零件。具体地说，所公开的系统包括定位在管状螺旋件内并且穿过管状螺旋件中心的柱塞。通常，在注射周期期间将整个螺旋件向前移动将需要大型注射气缸。在所公开的系统中，直径较大的整个螺旋件不移动。只有柱塞被推进，这需要很小的注射气缸来将力施加在柱塞上。所公开的系统在每次喷射或喷射周期之间回收并输送在柱塞前面的熔融材料，并且通过柱塞将熔融材料注入到模具中。零件尺寸由柱塞的面积乘以柱塞行程的长度来确定，因为它限定了注射期间的体积，但零件尺寸限于柱塞的小排量体积，通常约为3-5克塑料，这是小喷射量。需要成型具有不限喷射量的零件。

此外，传统注射成型系统100在启动时需要经验丰富的操作者手动清洗操作。例如，操作者可以首先启动料桶加热器114并等待直到嵌入塑料或树脂的螺旋件102松动以允许螺旋件马达150被启动。产生初始剪切热需要清洗过程。当操作者旋转螺旋件102以使树脂向前移动时清洗过程开始，并且螺旋件102被向后驱动到其注射位置。然后，操作者激活注射力以向前驱动螺旋件102，从而允许将树脂从喷嘴108排出到机床上。重复循环过程以产生初始剪切热，直到树脂从喷嘴108排出，这表明材料可能足够热，使得操作者可以开始成型。手动操作非常主观并且需要熟练的操作者启动机器并调整成型过程。后续成型操作必须毫不中断地一致满足剪切发热要求。

可能涉及本公开的包括各种注射成型系统的文献，包括美国专利no.7,906,048、美国专利no.7,172,333、美国专利no.2,734,226、美国专利no.4,154,536、美国专利no.6,059,556和美国专利no.7,291,297。然而，这些建议可能会被改进。

仍然存在开发可以为各种应用提供额外的灵活性的自动化和更有效的系统来解决现有注射成型系统的问题的需要。

技术实现要素：

本公开总体上提供一种注射成型系统，其在本文中可以称为挤出-填充(etf)式注射成型装置、机器或系统。在一个实施例中，该注射成型装置可以包括料桶，该料桶包括：第一部段，其具有通过喷嘴或浇口插入件联接到模具的端部；第二部段，其联接到料斗，该料斗被构造成将材料填充到料桶中；以及温度过渡部段，其介于第一部段和第二部段之间。该装置还可以包括在料桶内部的挤出螺旋件。该装置还可以包括一个或多个加热器，其被放置在料桶的第一部段外部以加热料桶内部的材料，其中料斗被构造成循环冷却流体。

在一个实施例中，挤出-填充式注射成型装置可以包括中空内部的挤出螺旋件，其被构造成在挤出螺旋件内部容纳加热器。该装置还可以在挤出螺旋件外部包括料桶。具有一端的料桶通过喷嘴或浇口插入件联接到模具。该装置还可以包括联接到料桶的相对端并被构造成将材料进给到料桶中的料斗，该料斗被构造成循环冷却流体。该装置还可以包括一个或多个加热器，其被放置在料桶外部离料斗一定距离处以加热材料，使得挤出螺旋件通过喷嘴的开口将熔融材料泵送到模具中。

在一个实施例中，提供了一种用于制造部件的方法。该方法可以包括启动一个或多个加热器以熔化料桶内部的材料。该方法还可以包括旋转挤出螺旋件以将熔融材料泵送到模具中，直到模具被充满。该方法还可以包括反转挤出螺旋件的旋转以对料桶进行减压并破坏对材料的非牛顿作用。

在一个实施例中，注射成型装置可以包括料桶，该料桶包括：第一部段，其具有通过喷嘴或浇口插入件与模具相关联的端部；第二部段，其联接到被构造成将材料填充到料桶中的料斗；以及温度过渡部段，其介于第一部段和第二部段之间。该装置还可以包括被放置在料桶内部并相对于料桶旋转的挤出螺旋件。该装置还可以包括与料桶的第一部段相关联以加热料桶内部的材料的一个或多个加热器，其中挤出螺旋件相对于料桶的旋转将材料持续地挤出到模具中。

在一个实施例中，注射成型装置可以包括：挤出螺旋件，其被构造成顺时针和逆时针旋转；料斗，其与挤出螺旋件外部的料桶联接，该料斗被构造成将材料填充到料桶中并循环冷却流体；以及一个或多个加热器，其在离料斗一定距离处与料斗相关联以加热材料，使得挤出螺旋件的旋转将熔融材料通过喷嘴泵送到模具中。

另外的实施例和特征部分地在下面的描述中阐述，并且对于本领域技术人员来说，通过检查说明书将变得显而易见，或者可以通过所公开的主题的实践来学习。可以通过参考形成本公开的一部分的说明书和附图的其余部分来实现对本公开的性质和优点的进一步理解。

提供本公开以帮助理解，并且本领域技术人员将理解，本公开的各个方面和特征中的每一个在一些实例下可以优选单独使用，而在其他实例中也可以优选与本公开的其他方面和特征组合起来使用。因此，虽然根据实施例呈现本公开，但是应当理解，任何实施例的各个方面可以单独要求保护，以可以与该实施例或任何其他实施例的方面和特征组合起来要求保护。

附图说明

将参考以下附图和数据曲线图更全面地理解该描述，这些附图和数据曲线图被表示为本公开的各种实施例并且不应被解释为对本公开的范围的完整叙述，其这些附图和数据曲线图中：

图1是传统注射成型系统的示意图；

图2a是根据本公开的实施例的具有挤出螺旋件的注射成型系统；

图2b是根据本公开的实施例的图2a的注射成型系统的截面图；

图3是根据本公开的实施例的在组装之前的图2a的注射成型系统的透视图；

图4a是根据本公开的实施例的具有阶梯式挤出螺旋件的注射成型系统；

图4b是根据本公开的实施例的图4a的注射成型系统的截面图；

图5是根据本公开的实施例的在组装之前的图4a的注射成型系统的透视图；

图6a图示了根据本公开的实施例的具有尖锐几何形状的挤出螺旋件；

图6b图示了根据本公开的实施例的具有较不尖锐几何形状的挤出螺旋件；

图7是图示根据本公开的实施例的用于成型零件的步骤的流程图；以及

图8是图示根据本公开的实施例的具有多个注射成型系统的注射成型机的简化图。

具体实施方式

可以参考结合下面描述的附图的以下详细描述理解本公开。注意，为了说明清楚的目的，各种附图中的某些要素可能不会按比例绘制。

本公开总体上提供一种注射成型系统，其在本文中可以被称为挤出-填充(etf)式注射成型装置、机器或系统。该注射成型系统通常提供挤出螺旋件，其按需要挤出以将熔融材料转移或注入到具有不受限或变化的喷射量或排量体积的模具中，而不需要在空闲时间段之后的清洗过程。喷射量是在注射周期期间可以被排放或转移到模具中的、足以填充单个模具空腔或多个模具空腔的材料体积。这种变化的喷射量不同于传统系统的情况，在传统系统中，喷射量是固定的，其通过螺旋件直径和注射冲程长度预先确定，该注射冲程是在注射周期期间由传统螺旋件102(参见图1)行进的轴向距离。传统注射成型系统100(参见图1)执行固定的顺序过程，其中喷射量改变需要改变控制设置。etf系统可以将塑料挤出一段特定时间段(直到达到特定模具空腔压力，直到达到特定螺旋件背压，直到达到特定螺旋件扭矩负载)或预先选定数量的螺旋件旋转，以便成型具有用以提供任何期望的喷射量的各种尺寸的零件。

本etf注射系统使用热传导来产生具有显着降低了的剪切发热的均匀熔体。可以加热熔体以获得所期望的粘度。通过在静态下达到所期望的粘度，用以填充模具空腔的挤出或注射需要很少的压力。此外，关闭和保持模具需要较低的夹紧力。

etf螺旋件被设计成促进对料桶内部的材料的热传导，并且用作用于在足够高的压力下挤出材料以填充模具空腔的输送泵。螺旋件可以沿两个相反的方向旋转并沿轴向方向往复运动。反转旋转的好处之一是帮助搅拌和混合树脂。当挤出螺旋件沿一个方向旋转以泵送树脂时，可以建立流动和压力的模式。挤出或旋转的反转可能会破坏流动模式并破坏滞后现象，从而在允许更精确的控制的成型零件喷射之间使系统减压。螺旋件的反转混合树脂来增强热传导，以获得更一致的熔体粘度并确保更均匀的挤出物。螺旋件可以在螺旋件内部包括内部加热器以进一步辅助热传导，并且可以使用诸如黄铜之类的更好的导热体来传导来自内部加热器的热量。

图2a是根据本公开的实施例的具有挤出螺旋件的挤出-填充(etf)式注射系统。图2b是图2a的etf注射系统的截面图。图3是图2a的部件在组装之前的透视图。

总体地参考图2a-3，提供了注射成型装置或系统200。注射成型装置200包括定位在料桶210内的挤出螺旋件202(参见图2b)。料斗模块开口216可以与用于将通常为颗粒形式的材料从料斗模块206转移到料桶210的料桶入口226相关联，而喷嘴208可以与料桶210的用于将熔融材料从料桶210转移到模具的另一部分相关联。一个或多个加热器214可以将料桶210内的材料加热到熔融状态，并且挤出螺旋件202可以在料桶210内旋转，以沿料桶210的长度泵送材料并进入模具。可以使用马达来旋转挤出螺旋件202。可以将气缸联接到挤出螺旋件202或料桶210，以相对于螺旋件202或料桶210中的一个沿轴向方向移动螺旋件202或料桶210中的另一个来打开或关闭喷嘴208。

注射成型系统200可以使用用于向夹紧系统提供动力的气缸或电动马达。夹紧系统可以包括一个或多个固定压板、可移动压板和一个或多个拉杆。夹紧料桶可以向可移动压板施加压力，以在将熔融材料注入模具期间将模具保持在关闭状态。注射成型装置200主要使用静态热传导而不是剪切发热来熔化料桶210内的材料。通过主要使用静态热传导实现期望的粘度，将材料挤出到模具中需要较低的压力，因此需要较低的夹紧力来将模具保持在关闭位置。因此，包括用于向夹紧系统提供动力的气缸或电动马达的注射系统和夹紧系统，与通常需要用于注射系统118和夹紧系统120(参见图1)两者的大而昂贵的能源的传统注射成型系统相比，尺寸可以更小并且需要更少的动力来操作。传统注射成型系统的能源必须由大型机器结构支撑，这增加了设备基础设施成本，这些设备基础设施包括采购、运行和维护成本高昂的供电设施、厚混凝土地基或地板以及超大型hvac系统。

仍然参考图2a-3，注射成型装置200的料桶210可以包围挤出螺旋件202。关于挤出螺旋件的更多细节被示出在图3中。挤出螺旋件202和料桶210之间的间隙足够大以避免剪切发热并且足以允许挤出螺旋件202在料桶210内旋转。料桶210可以足够大以允许挤出螺旋件202在料桶210内部的轴向移动。

etf注射成型装置200以比传统注射成型系统低的压力下操作。较低的操作压力允许料桶210具有薄壁，该薄壁比传统料桶110(见图1)的厚壁向料桶210(见图2a-3)内的材料提供更好的热传导。例如，与传统注射成型系统100(参见图1)上的0.750英寸至2.00英寸的料桶110的壁厚相比，料桶210的壁厚可以是0.125英寸至0.250英寸厚。与传统注射成型系统相比，静态热传导以及下面讨论的截止喷嘴和螺旋件尖端通常减小了内部料桶压力。

作为低挤出或注射压力的结果，用于形成料桶210的材料可以基于多于压力容纳量的热传导来选择。例如，料桶210可以包括用于感应加热的磁性材料或诸如黄铜或铜合金或铝之类的高传导材料。在一些实施例中，料桶210可以由钢形成。

图2a-3的etf注射成型装置200的料斗模块206可以包括开口216，该开口216联接到料桶210的入口226。料斗模块206可以包括被构造成滑动到料桶210上的中空部分217。料斗模块206和料桶210可以被组装成使得将料斗模块206中的材料通过料斗模块开口216和料桶入口226吸入或进给到料桶210中。料斗模块206可以包括用于循环冷却流体(例如水、水基化合物或其它冷却化合物)的一个或多个冷却通道218，使得靠近料斗模块206的挤出螺旋件202和料桶210例如可以保持冷却在室温下。

本etf注射成型装置200可以包括多个带状加热器(例如加热器214a-c)，其被放置在料桶210的外部并与料桶210接触。最靠近料斗模块206的带状加热器214c可以被放置在离料桶套环220一定距离处。料桶套环220可以在料斗模块206的前端包括两个部分220a和220b。

参考图2b所示，带状加热器214c可以被放置在离料斗模块206一定距离处，使得料桶210中的温度过渡区域222可以存在于料斗模块206和加热器214a-c所在的加热区域224之间。在温度过渡区域222中，材料可以保持相对较冷并且可以像螺旋件202的外径和料桶210的内径之间的密封件一样起作用，以驱动加热区域224中的熔融材料朝向模具持续地输送材料来流入模具中。温度过渡区域222可以被设计成超过最小长度，使得过渡区域222中的材料具有足够的体积以像密封件一样起作用，以将加热区域224中的熔融材料驱动到模具中。温度过渡区域222的最小长度可以根据注射成型装置200的应用而变化，并且可以根据具体情况而确定。

重要的是，在冷材料和过渡材料与螺旋件推运器202一起工作来提供挤出力以泵送在加热区域224中的熔融材料时，在从料斗模块206进入料桶210的冷材料和加热区域224中的熔融材料之间保持适当的温度过渡区域222。当熔融材料太靠近料斗206时，挤出力可能会损失。在温度过渡带或区域222中的足够量的冷材料的存在，对于确保冷材料沿螺旋件几何形状滑动以将熔融材料沿加热区域224朝向模具移动来说，是很重要的。如果冷材料不沿过渡区域222中的螺旋件滑动，则熔融材料可能粘附到加热区域224中的螺旋件202，并且可能随螺旋件202在料桶210内部旋转。

加热器214a-c可以是带状加热器，其可以在组装时被放置在料桶210外部。加热器214a-c可以是电加热器，其包围并接触料桶210以加热料桶210内部的材料。

在一些实施例中，通过使用磁性料桶或磁性螺旋件，使感应热传导成为可能。可以使用感应发热器来促进比电加热器更快的响应时间。例如，etf注射系统200可以使用感应发热器以及磁性料桶部段和/或磁性螺旋件来立即加热料桶和挤出螺旋件。在一些实施例中，料桶和/或挤出螺旋件可以包括至少一个磁性部分或部段，以进一步促进更快的响应时间。

在一些实施例中，电阻式加热器225可以与滑环一起用于挤出螺旋件202内，以提供电力并为更有效地传导热到树脂而提供热电偶读数，如图2b所示。可以添加热电偶来提供反馈以控制加热器225。

参考图2a-3，本eft注射系统200可以包括位于料桶210的端部处的截止喷嘴208。系统200可以包括与喷嘴208匹配以在喷射之间密封喷嘴208的螺旋件尖端212。因为没有形成冷塞进而不需要像传统注射成型系统100(参见图1)一样被移开，所以截止喷嘴208允许低压挤出。螺旋件尖端212被抵靠喷嘴208放置以密封或关闭连接到料桶210的端部的喷嘴208。挤出螺旋件202可以包括中空部分，使得电阻式加热器或其他加热器件和热电偶可以被放置在挤出螺旋件202内部。螺旋件尖端设计的细节被公开在题为“nozzleshut-offforextrude-to-fillinjectionmoldingsystem”相关的美国临时专利申请62/087,449(代理人案卷号是p249081.us.01)中，该美国临时专利申请全部内容通过引用并入本文。

注射成型装置200可以包括用于旋转挤出螺旋件202的驱动系统。例如，本etf注射系统200可以包括旋转螺旋件202的挤出马达并且可以通过用于驱动螺旋件旋转的电流来控制。该马达可以使用驱动带或链来驱动螺旋件202。本etf系统200可以包括与挤出螺旋件202轴向对准的挤出马达作为直接驱动器，使得etf组装便于在单个机器上使用多个etf挤出机的谨慎单元(例如参见图8)。装置200可以包括将螺旋件尖端212移动到与喷嘴208或模具浇口的内部接触的气缸。该气缸可以使挤出螺旋件202相对于料桶210向前移动来使螺旋件尖端212与喷嘴208接触以关闭或截止喷嘴208，或者相对于螺旋件202向后移动料桶210来使喷嘴208与螺旋件尖端212接触以关闭或截止喷嘴208。

如图3所示，挤出螺旋件202可以具有恒定的根直径230，而不同于传统挤出螺旋件102(参见图1)的变化的根直径。如图1所示，本挤出螺旋件202可以使用比较小的间距234，而不是传统挤出螺旋件102的大间距132。小间距234被设计成帮助将材料泵送到模具中，而传统挤出螺旋件102的大间距132更适于促进剪切发热。

仍然参考图3，螺旋件尺寸(包括螺旋件长度、螺旋件根直径和螺旋件螺纹高度232)可能会影响喷射量或零件尺寸或精度。例如，可以通过挤出长螺旋件长度、大根直径或高螺旋件螺纹高度232来成型大零件。当挤出螺旋件的直径变小时，可能会减少有效地挤出的塑料的体积，但挤出体积的控制可能更准确，这有助于控制每个成型周期的喷射量一致。

挤出螺旋件202可以由具有比在传统注射成型系统中通常使用的钢更高的热传导能力的黄铜或其他黄铜合金制成。黄铜螺旋件可以比钢更好地将热量传导到材料，原因是塑料沿其表面更自由移动，从而促进塑料混合。黄铜具有低摩擦系数，这有助于提高特别用于成型粘性材料(诸如混合/污染型再生树脂或淀粉基树脂)的泵送效率。泵送效率是每单位时间内注入到模具的体积的度量。

继续参考图3，料桶210可以包括介于主体部段210a和进口部段210c之间的过渡部段210b。过渡部段210b可以具有较小的外径，被构造成配合包括两部分220a-b的料桶套环220。进口部段210c包括联接到料斗模块206的开口216的入口226。参考图2a、2b和3，当组装注射成型装置200时，加热器214a-c可以围绕料桶210的主要部段210a，并且套环220可以位于料桶210的过渡部段210b中。套环220的两个部分220a-b可以定位在料桶210的过渡部段210b上并且例如可以用拧入形成在套环部分220a-b中的孔228a-b中的紧固件彼此附接。当固定在一起时，套环部分220a-b可以阻止套环220相对于料桶210的旋转，并且料桶210的凹陷过渡部段210b可以抑制套环220沿料桶210的长度的轴向移动。套环220可以附接到料斗模块206以将料斗模块206轴向并旋转地固定到料桶210。料桶套环220例如可以通过使用插入形成在套环部分220a-b中的贯通孔227a-b并拧入形成在料斗模块206中的孔219中的紧固件，而附接到料斗模块206，如图3所示。料斗模块206可以包括被构造成滑动到料桶部段210c上的中空部分217。料斗模块206可以被安装到料桶210的进口部段210c上，使得料斗模块206的开口216与料桶210的进口部段210c的入口226对准，以提供材料从料斗模块206进入料桶210的通路。螺旋件202可以被放置在料桶210的内部，并且螺旋件螺纹可以从料桶210的进口部段210c延伸到料桶210的主要部段210a，以便于将材料从料桶210的入口226泵送到喷嘴208。

静态热传导可以便于本etf注射系统的自动化机器启动。传统注射成型机在启动时需要清洗过程，以产生足以在成型前实现塑性粘度的剪切热。更多细节被公开在题为“controlsystemforextrude-to-fillinjectionmolding”的有关美国专利申请no.62/087,480(代理人案卷号p249082.us.01)中，其全部内容通过引用并入本文。

大多数塑料原料以直径和长度为约1/8英寸至3/16英寸的颗粒形式提供，并且形状和尺寸的不规则是常见的。为了接受颗粒，传统注射成型系统具有拥有一定尺寸的咽喉部以接受颗粒的料斗，并且挤出螺旋件具有某种最小尺寸的直径和螺距，以能够接受来自咽喉部的颗粒并高效地将颗粒拉入挤出料桶。接受颗粒的需要确定了传统注射成型系统的螺旋件和料桶的最小尺寸。这种最小尺寸确定了整个传统系统的恒定螺旋件和料桶尺寸。

可以设计阶梯式挤出螺旋件以在需要更快的填充速度时加速进入模具中的材料流动。图4a是根据本公开的实施例的具有阶梯式挤出螺旋件的挤出-填充(etf)式注射系统。图4b是图4a的etf注射系统的截面图。图5是在组装之前的图4a的部件的透视图。

参考图4a-5所示，注射成型装置400可以包括阶梯式挤出螺旋件402。阶梯式挤出螺旋件402的入口端可以具有足够的尺寸以接受来自料斗406的颗粒，并且螺旋件402的外径沿螺旋件402朝向螺旋件402出口端的长度逐步降低，从而导致料桶410的内径和外径的相应减小。阶梯式挤出螺旋件402和料桶410可以使装置400的出口或热端配合在更紧密或更小的区域中，这可以便于在某些成型零件的内部定位浇口以便零件的外表面可以整体上是装饰性的，该浇口从视图上隐藏在零件的表面内部。换句话说，通过随着料桶410中的材料的温度被升高以使材料熔化而逐渐降低螺旋件402的外径和料桶410的内径和外径，螺旋件402和料桶410的降低了的直径允许减小装置400的出口端的尺寸，使得能够将装置400用于其他装置禁用的小区域。

继续参考图4a-5，阶梯式挤出螺旋件402和料桶410可以导致熔融材料加速离开装置400的出口或热端，原因是材料被迫进入更小的横截面区域，其加速了材料的流速。加速的材料流速可以辅助填充小而复杂的模具结构，而不会明显减小喷嘴开口或模具浇口几何形状，并且可以减少在材料上引起的应力并使零件变形最小化。

继续参考图4a-5，阶梯式挤出螺旋件402可以被放置在料桶410内部。料桶410可以包括第一部段410a和具有比第一部段410a更大的直径的第二部段410b。喷嘴408可以联接到第一部段410a的用于将熔融材料输送到模具中的端部。料桶410可以包括具有开口426的端部部段410c，以接受来自料斗模块406的原料。料桶410可以包括当料斗模块406与料桶410组装在一起时用作止动件的料桶套环410d。

料斗模块406可以联接到料桶410的端部部段410c。料斗模块406可以包括具有倾斜侧壁的顶部开口416，用于将材料通过限定在端部部段410c中的入口426进给到料桶410中。料斗模块406可以包括中空圆柱形部分420以滑动到端部料桶部段410c上，并且料斗模块406可以抵靠料桶套环410d放置，而该料桶套环410d可以例如使用插入形成在料斗模块406中的孔419中的紧固件而附接到料斗模块406。料斗模块406可以通过循环通过通道418的冷却流体(例如循环水或其它冷却化合物)来冷却。

如图5所示，阶梯式挤出螺旋件502可以具有恒定的根直径506，但是可以包括具有第一螺纹高度502a的第一部段508a和具有第二螺纹高度502b的第二部段508b。例如，阶梯式挤出螺旋件502可以包括进一步沿加热和熔融原料的螺旋件502的长度的较小螺纹高度502a的第一螺旋件部段508a。从较大螺纹高度到较小螺纹高度的变化可能会增加流入模具的材料，使得泵送效率提高。阶梯式挤出螺旋件502还可以包括靠近将原料吸入料桶中的料斗的较大螺纹高度502b的第二部段508b。螺旋件的较大螺纹高度502b高效地将材料从料斗进给到料桶中，使得材料更容易进给到料桶中。

泵送效率也可以随着螺旋件形状或几何形状而变化。例如，具有如图6a所示的较小角度602的尖锐螺旋件可能更容易从料斗将材料(诸如薄片状样品)进给到料桶中。具有比如图6b所示的角度602更大的角度604的较不尖锐螺旋件可以提供对冷热材料的良好混合。螺旋件可以包括靠近喷嘴的如图6b所示的较不尖锐几何形状的第一部分以及靠近料斗(图未示)的如图6a所示的尖锐几何形状的第二部分。在一些实施例中，定位成靠近料斗的螺旋件螺纹可以比定位成靠近喷嘴的螺旋件螺纹更垂直(例如相对于根直径更垂直)。例如，挤出螺旋件可以具有：靠近料斗的更垂直的螺纹几何形状，用以接受来自料斗的颗粒化材料并高效地将颗粒拉入挤出料桶；在温度过渡区域中的倾斜较浅螺纹，用以将冷热材料混合在一起；以及其他螺纹变化，用以混合材料并将该材料沿螺旋件的最终长度泵送到喷嘴。

螺旋件可以沿其长度包括改变的间距(例如，多个不同的间距)，以沿其长度提供不同的泵送和混合特性。例如，根据成型应用，螺旋件可以设计成具有相对较小的间距、相对较大的间距或各种间距的组合。间距沿螺旋件长度的变化可以是逐渐或渐进的，也可以是突然的。例如，螺旋件螺纹的间距可以沿螺旋件从料斗到喷嘴的长度逐渐变化(例如增加)。另外或作为替代，螺旋件可以包括沿其长度限定的多个部段，并且各个部段可以具有相对于彼此而不同的间距。

图7是图示根据本公开的实施例的用于成型零件的步骤的流程图。在操作702中，方法700开始于启动一个或多个加热器来熔化料桶内部的材料。在操作706中，可以通过施加压力而夹紧模具。

方法700可以包括从螺旋件后面移除支撑件。挤出开始于挤出螺旋件的初始旋转，其导致螺旋件相对于料桶轴向移动或料桶相对于螺旋件的初始轴向移动以打开喷嘴。在操作710中，挤出以螺旋件旋转而继续以将熔融材料泵送到模具中，直到模具充满。在将材料泵入模具期间，挤出螺旋件不具有轴向移动。在充满模具空腔之后，可能有一个保持时间来保持模具中的材料的挤出压力。

在操作714中，方法700还可以包括挤出螺旋件的反向旋转以解压料桶并破坏材料的非牛顿作用。反转减压周期可能破坏料桶中的压力积聚。减压周期可以消除任何滞后现象，并在挤出开始时将etf注射系统复位到低马达扭矩要求。减压周期还可以减轻机架的任何部件中的应变。材料的非牛顿作用是吸收直接力并向外推靠在料桶壁上，这可能增加将材料在其预期路径上移动所需要的力。非牛顿作用可以通过挤出螺旋件的反向旋转来破坏，这允许材料在可以是500psi至1,500psi的低注射压力下连续挤出。

在操作718中，方法700还可以包括释放压力来松开模具。然后，可以将成型零件从模具中移除。对于每个成型周期，挤出螺旋件可以旋转以相对于料桶向后移动或者料桶可以相对于螺旋件向前移动，以打开喷嘴并向前移动塑料以填充模具。然后，螺旋件可以反转旋转以相对于料桶向前移动或者料桶可以相对于螺旋件向后移动，以关闭喷嘴。

上述etf操作与传统注射成型系统100(参见图1)的操作非常不同。本etf注射系统不包括像传统注射成型系统那样的回收挤出阶段和注射周期。再参考图1，传统成型过程开始于旋转挤出螺旋件102以搅动塑料以产生剪切热，同时将塑料转移到螺旋件102的前端。在回收挤出阶段期间，塑料向前移动，并且允许挤出螺旋件102向后移动一预选距离，其除了影响螺旋件直径之外还影响喷射量。在回收挤出阶段之后开始注射周期。由注射料气缸138将非常大的力施加到挤出螺旋件102的后部以推进挤出螺旋件102，该挤出螺旋件102移除冷塞并排出注射区112中的塑料。

低压成型操作

本etf注射系统比传统注射成型系统要求更低的注射力。例如，本etf注射系统可以产生与模具空腔中的压力相同的压力或稍高的注射压力，例如高5-10％的注射压力，而模具空腔中的压力可以在500至1,500psi的范围内。相比之下，传统注射成型系统可能需要20,000psi至30,000psi的注射压力来向模具空腔提供500至1,500psi的相同压力。这允许etf系统需要的总功率为0.5至3千瓦小时的110伏特或208伏单相电源。传统注射成型系统需要6至12千瓦小时的220伏或440伏三相电源。

低注射压力可能会降低模具所需的夹紧压力。例如，夹紧压力可以比模具空腔中所需的压力高大约10％。作为低夹紧压力的结果，模具可以由较低成本的材料(例如铝)而不是用于传统模具的钢来形成。低注射和夹紧压力也可能降低机器尺寸，这可能降低机器成本和操作成本。etf注射系统比传统注射成型系统要小得多。此外，在较低压力下的挤出可以产生具有一致密度的更均匀的成型零件，这可以减少零件翘曲并提高产品质量。

本etf注射系统可以包括用于模具的低压夹紧系统，这可以减少由于传统注射成型系统的高夹紧压力引起的对模具的损坏。

在一些实施例中，本etf注射系统可以包括前面接近台，以便于插入成型和包覆成型。前面接近台允许操作者以更高的可见度接近模具。

高程度的注射力控制、模具设计灵活性和机器设计灵活性允许注射成型生产谨慎塑料零件和插入成型零件的更广泛可能性，其中将谨慎部件或组件放置在注射模具中以在成型过程中添加塑料给它们。

在一些实施例中，单个注射成型系统可以包括多个etf注射系统，其可以从多个浇口填充多个空腔的模具或大模具空腔的模具。图8是图示根据本公开的实施例的具有多个etf注射系统的注射成型机的简化图。可能包含在单个注射成型系统中的etf注射系统的数量不受限制。在该特定示例中，系统800可以包括四个etf注射系统802，每个etf注射系统802可以包括连接到一个或多个料斗以接受来自料斗的材料的子组件804和对应的入口806。注射系统802可以通过重力、真空、螺旋件推运器或其他装置进给到各个进料管或入口806。在一些实施例中，入口806可以连接到单个公共料斗。例如，单个料斗可以接受诸如塑料颗粒之类的材料，并且可以使用一系列进料管或入口将塑料颗粒输送到各个注射系统802，以允许其在系统800内的独立功能。每个etf注射系统802可以独立地操作，但协调来确保高效的成型。

参考图8所示，单个注射系统800可以包括多个etf注射系统以填充具有单个腔的模具。各个etf注射系统802都联接到具有多个浇口(未示出)的单个模具以填充模具的一部分。该组合可能是期望的，因为注射系统中的树脂被制备成用于机器在静态下成型。每个注射系统802可以独立地控制。每个注射系统802可以向其相应的控制器提供单独的反馈。每个注射系统802可以具有从直接压力传感器感测到的压力、联接到相应注射系统的马达上的扭矩负载、由相应马达所消耗的电量或其他压力感测参数。每个注射系统802可以被布置为闭环系统并且可以单独控制。中央或主要微处理器可以处理从注射系统802接收到的数据，并且一旦达到目标压力就控制每个注射系统单独或共同停止材料流动。挤出注射系统800是闭环系统，其特征在于传感器限定的基于输出的过程，其允许使用注射系统802的任何组合。该组合系统可以允许成型具有一致零件密度的大型零件，这导致注射成型零件的精确和一致尺寸，并且该组合系统还可以减少翘曲的塑料零件。该组合系统比总是输送通过多个流道分支(每个分支导致需要高得多的初始注射力的压力损失)来自单个喷嘴的塑料的传统注射成型系统更有效率。高注射力需要更多动力和具有更高的运行成本同时提供不均匀的塑料温度和粘度的更大规模的机器。

参考图8，单个注射系统800可以利用分别对准模具内的每个独立空腔的两个或更多个独立操作的挤出注射系统802而从两个或更多个模具空腔产生单个成型零件。每个注射系统802可以独立地控制。每个注射系统802可以向其相应的控制器提供单独的反馈，以确保模具的每个空腔中的均匀性。每个注射系统802可以具有从直接压力传感器感测到的压力、联接到相应注射系统的马达上的扭矩负载、由相应马达所消耗的电量或其他压力感测参数。每个注射系统802可以被布置为用于每个相应模具空腔的闭环系统，并且可以单独控制。中央或主微处理器可以处理从注射系统802接收到的数据，并且可以基于从各个注射系统802接收到的数据单独地停止材料流动并且共同打开和关闭模具。挤出注射系统800是高效、紧凑且独立的组件，其配合到小占用空间，从而允许各个注射系统802彼此紧邻地使用。挤出注射系统800是闭环系统，其特征在于传感器限定的基于输出的过程，该过程允许使用注射系统802的任何组合。该组合系统可以允许成型具有一致零件密度和均匀重量的单独零件，这导致单独但通用的成型零件的精确和一致尺寸，并且可以在高度自动化的组装操作中使用时提高性能。该组合系统比总是输送通过多个流道分支(每个分支导致需要高得多的初始注射力的压力损失)来自单个喷嘴的塑料的传统注射成型系统更有效率。高注射力需要更多动力和具有更高的运行成本同时提供导致不一致的独立零件均匀性的不均匀的塑料温度和粘度的更大规模的机器。

系统800还可以框架，该框架包括垂直压板808a-c和在每个压板的四个角上的水平杆810a-d。各压板通过穿过压板中的孔的水平杆连接。垂直压板基本上彼此平行并且沿水平杆间隔开，而这些水平杆基本上彼此平行。将模具放置在压板808a和808b之间。压板808b的位置可以沿杆810a-d可调节，以适应特定尺寸的模具。可以通过将杆紧固在杆810a-d的两个相对端上的压板808a和808c上来组装框架。

成型材料

本etf注射系统中使用的静态发热和传导对树脂材料或性能(包括但不限于树脂级别、纯度、均匀性和熔体流动指数等)不敏感。

例如，本etf注射系统能够成型任何热塑性材料，诸如共混/混合型消费后再生塑料、来自不同塑料分类或化学族并具有不同熔体流动指数的树脂的混合物、每一种都难以使用传统注射成型系统成型的生物材料。在另一个实例中，可以混合包含两种或更多种不同树脂颗粒的混合物以成型零件。多种塑料可能具有不同的加工特性，例如熔体流动指数、熔融温度或玻璃化过渡温度，但是这些材料的共混对于etf系统来说不存在任何问题。

再生塑料可以包括但不限于聚乙烯(pe)、高密度聚乙烯(hdpe)、低密度聚乙烯(ldpe)、聚丙烯(pp)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、尼龙(pa)、聚碳酸酯(pc)、聚乳酸(pla)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、聚砜(ps)、聚苯硫醚(pps)、聚苯氧化物(ppo)、聚醚酰亚胺(pei)、丙烯酸(pmma)等。

本etf注射成型系统能够成型具有比传统注射成型机可加工的更高的纤维含量或矿物填料的增强型塑料。一般来说，由于依靠基于体积占70％或以上的石油基化合物的树脂的剪切发热，所以难以用传统注射成型系统成型具有占体积50％或以上的玻璃纤维的增强型塑料。通过在本etf注射系统中使用静态发热，熔体不依赖于任何石油基树脂含量。例如，增强型塑料可以含有超过占体积50％的玻璃纤维、纤维素纤维、矿物骨料或碳纤维。

由于静态热传导，本etf注射系统不像传统注射成型系统那样容易受到剪切降解的影响。静态发热提供精确的温度控制，这有助于避免材料过热。也可以通过改变螺旋件长度和螺旋件根直径来改变挤出螺旋件的尺寸以控制停留时间来避免热降解。

本etf注射系统可用于成型对剪切降解敏感的温度和压力敏感型生物基树脂或塑料。生物基树脂包括纤维素材料、植物淀粉树脂和糖基树脂，其可以用于诸如医疗植入物之类的产品，包括但不限于接骨螺旋件、骨替代物、支架等。

本etf注射系统也可用于温度和压力/剪切敏感型金属注射成型(mim)。如生物基树脂一样，mim原料也可能对温度、停留时间和剪切压力敏感。本etf注射系统可以成型具有体积填充高达80％的不锈钢或其他金属的聚合物。

本etf注射系统也可以用于注射食物糊料，其可以被挤出到被加热到烘烤温度的模具中以形成所需形状的食品。

成型材料可以包括但不限于非晶态热塑性塑料、结晶和半结晶热塑性塑料、原生树脂、纤维增强型塑料、再生热塑性塑料、后工业再生树脂、消费后再生树脂、混合与共混型热塑性树脂、有机树脂、有机食品化合物、碳水化合物基树脂、糖基化合物、明胶/丙二醇化合物、淀粉基化合物和金属注射成型(mim)原料。

虽然已经描述了几个实施例，但本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神的情况下，可以使用各种改进、替代结构和等同物。另外，为了避免不必要地模糊本发明，没有描述许多众所周知的过程和元件。因此，上述描述不应该被认为是限制本发明的范围。所公开的所有特征可以单独使用或以各种组合使用。

本领域技术人员将理解，目前公开的实施例以示例而非限制的方式进行教导。因此，上述描述中所包含或附图中所示的内容应被解释为说明性的而不是限制性的。以下权利要求旨在涵盖本文所述的所有通用和特定特征以及本方法和系统的范围的所有陈述，其作为语言可能被称为落入在其间。