一次性注射成型制品的制作方法

相关申请的交叉参考

本申请要求对2017年3月30日提交的申请号为15/474540的美国专利申请享有优选权，并且作为参考全文引用于此。

背景技术：

本发明涉及挡板及其制造方法。特别是，本发明涉及一种挡板，例如散热器挡板，能通过一次性注射成型工艺制成，并且在其密封边缘处具有较高的柔韧性，从而避免在使用时出现碰撞情况。

在许多机械器械中，包括车辆的散热器，空气循环的控制有助于部件的正常运行。挡板具有使气流转向的作用，使气流被引导进入特定区域或被挡在特定区域之外。此外，在机械结构中，零件以一定间隔排列而不会发生碰撞，但仍然需要气流管理和间隙填充；在这种情况下，挡板可用于填充空隙并满足制造公差的要求。

通常，具有柔韧性边缘的挡板是通过拼接具有不同柔韧性的材料制成。这两个部件在两次注射的过程中拼接在一起以形成挡板；例如，在某些情况下通过声波焊接等技术将相对柔性的材料拼接到相对刚性的材料上。然而，这种挡板由于柔韧性较低而可能不具有良好的密封功能。此外，这种工艺需要多个步骤，属于劳动密集型工艺；并且由于额外的劳动力和昂贵的工具，导致成本相对较高。

因此，开发一种有效而经济的工艺，以制造具有良好密封性和柔性的挡板，颇具挑战性。

本发明简介绍

本发明涉及一种用于调节物体周围气流的挡板。该挡板可以是一体化结构，并且可以通过一次性注射成型工艺制成。

在本发明的一个实施例中，该挡板包括一个基部和一个用于接触该物体的表面的边缘部。基部和边缘部可以是一个整体结构。基部具有一基部厚度，边缘部具有一边缘部厚度，边缘部厚度小于基部厚度。边缘部呈锥形，边缘部具有一个靠近基部的第一个边缘部厚度，并且以及基部的远端逐渐变细成为第二个边缘部厚度，且其厚度小于第一个边缘部。

在本发明的另一个实施例中，该挡板可包括一个基部和一个边缘部，二者在一接合部连接。基部和边缘部可以是一个整体结构。基部在接合部具有第一厚度，而且边缘部在接合部具有第二厚度，其中第二厚度小于第一厚度。

在本发明的另一个实施例中，该挡板包括一个基部和一个用于接触该物体的表面的边缘部。基部和边缘部可以是一个整体结构。边缘部比基部更柔韧。例如，基部可具有第一弯曲模量，边缘部可具有第二弯曲模量，第一弯曲模量大于第二弯曲模量。

在本发明的某些实施例中，当挡板的边缘部与物体的表面接触时使其能灵活转动，挡板的边缘部必须在设定的方向上变形。

在本发明的另一个实施例中，本发明还提供了一种方法，用于制造调节物体周围气流的挡板。该方法可包括一个一次性注射成型的步骤，该步骤包括将熔融状态的某一材料注射到一模具中，使其凝固形成一种具有基部和一个边缘部的挡板，其中基部具有一基部厚，边缘具有一边缘部厚度，并且边缘部厚度小于基部厚度。所述材料可以是聚合物，例如聚丙烯。

参考以下描述、所附权利要求书以及附图，将更好地理解本发明的特征、方面和优点。

附图简介

图1是根据本发明的原理构造的整体式挡板的透视图；

图2是图1中挡板的剖视图；

图3是根据本发明原理构造的挡板的侧视图，示出了带有配件的名义工况；

图4是图3的挡板和配件的侧视图，示出了一种实验设置；

图5是挡板的另一个实施例的剖视图，示出了密封处的厚度逐渐变小；

图6是挡板的另一个实施例的剖视图，示出了厚度逐渐变小并且没有弯曲部；

图7是挡板的另一个实施例的剖视图，示出了厚度逐渐变小并且没有弯曲部；

图8-10示出了对各种挡板进行压缩/挠曲试验的结果。

本发明的详细说明

下文详细描述本发明的若干实施例。这些描述不是为了限制本发明，而是使熟悉本领域的技术人员能够制造和使用本发明。

本发明涉及一种用于调节物体周围气流的挡板，该挡板包括一个基部和一个用于接触该物体的表面的边缘部，所述基部和所述边缘部为一个整体结构，其中边缘部的厚度小于基部的厚度，使得边缘部能够变形，使其与所述物体的表面配合，同时基部保持基本刚性。

本发明还涉及一种用于调节物体周围气流的挡板，该挡板包括一个基部和一个用于接触该物体的表面的边缘部，基部和边缘部为一个整体结构，其中边缘部比基部更柔韧，使得边缘部能够变形，使其能与所述物体的表面配合，同时基部保持基本刚性。在本发明的某些实施例中，基部具有第一弯曲模量，并且边缘部具有小于第一弯曲模量的第二弯曲模量。在本发明的某些实施例中，第二弯曲模量约为第一弯曲模量的10％～95％，或第一弯曲模量的20％～75％，或第一弯曲模量的25％～50％，或第一弯曲模量的30％。

在本说明书中，“整体性结构”指的是由单一、同质的材料体组成的物体，没有接缝或接合部。

在本说明书中，“边缘部厚度”指的是所述挡板的边缘部的厚度。当挡板边缘部厚度不均匀时，挡板将被理解为具有多个边缘部厚度。如果边缘部的平均厚度小于基部的厚度，挡板的边缘部厚度将被理解为小于基部厚度。同样，当边缘部厚度表示为基部厚度的百分比时，该百分比指的是边缘部的平均厚度。

在本说明书中，“基部厚度”指的是该挡板的基部的平均厚度。

图1显示了根据本发明原理构造的挡板10。该挡板10可包括一个大致平整的基部20，构成挡板10的最大部分。该挡板可包括第一连接部分12和第二连接部分14，用于将挡板10固定在其操作位置(例如散热器的一侧或底部)。该挡板可包括至少一个突耳16，替代挡板10，使其在和与其连接的组件之间提供额外的接触点来增加挡板10放置稳定性。

该挡板10还包括一边缘部22，其可用于与另一物体形成密封。在图示的实施例中，边缘部22沿着远离基部20的方向延伸，以形成该挡板10的密封部分。边缘部能够变形，与该物体的表面配合，同时所述基部保持基本刚性。

图2显示出了挡板10沿2-2方向的剖视图，并进一步展示出了图1所示实施例的特征。基部20从第一端24延伸到一接合部38。应当理解的是，在挡板10是一个整体性结构的情况下，接合部38即为基部20结束和边缘部22开始的位置。基部20具有一基部厚度d1。尽管在本实施例中基部20被示出为具有大致均匀的厚度，但是应当理解，基部20可以根据需要被设置为具有不均匀的厚度。该挡板10的边缘部22从接合部38延伸到第二端26。图2所示的挡板10具有第一主表面11a和第二主表面11b。这些主表面在所述接合部38上具有连贯性。

在本发明的某些实施例中，边缘部呈锥形，使得边缘部厚度包括一个靠近基部的第一边缘部厚度以及一个远离基部的第二边缘部厚度，并且第二边缘部厚度小于第一边缘部厚度。在图2所示的实施例中，边缘部22包括一锥形部分30，其中边缘部22的厚度在接合部38和沿着其长度方向的点33之间减小。在本发明的某些实施例中，锥形部分30可一直延续到第二端26。在本发明的其他实施例中，锥形部分30可以仅沿着边缘部22的长度延伸一部分，使得存在朝向边缘部22的第二端26的厚度大致均匀。

所述锥形部分30导致边缘部22的厚度从接合部38开始沿着离开基部20的方向减小。在离开基部20的某个特定点，边缘部22可以具有小于基部厚度d1的边缘部厚度d2。总体而言，包含锥形部分30的边缘部22的厚度可以在第二端26开始从第一边缘部厚度减小到第二边缘部厚度，其中第二边缘部厚度小于第一边缘部厚度。

在本发明的一个实施例中，锥形部分30的厚度可以大致恒定的比率减小，使得所述边缘部22以大致线性的构造呈锥形。根据挡板10的需要，边缘部厚度可约为基部厚度的20％～75％，或约为基部厚度的25％～60％，或约为基部厚度的30％～50％。在本发明的一个实施例中，边缘部厚度约为基部厚度的30％。在本发明的另一个实施例中，边缘部厚度可约为基部厚度的50％。在挡板10是汽车散热器挡板的一个实施例中，d2(测于在挡板10的第二端26)可约为0.5毫米，d1(测于基部20)可约为2毫米，其中d2代表挡板10的最薄部分。应当理解的是，本发明中的d1和d2的值只是举例而已，不同尺寸和用于不同目的的挡板可以具有许多不同的厚度，并且仍属于本发明的范围内。

应当理解的是，在本发明的某些实施例中，所列举的d2的值可能不代表边缘部22的最薄部位。

在本发明的某些实施例中，当所述边缘部与所述物体的表面接触使其能在灵活转动，挡板的边缘部必须在限定方向上变形。可通过选择边缘部的厚度和形状来控制变形的量和方向。通常，边缘部中具有最小厚度的部分最容易变形。例如，在边缘部呈锥形的情况下，边缘部离所述基部最远(并且具有最小厚度)的部分通常最容易变形。

在图2所示的实施例中，边缘部22包括限定一曲线的一弯曲部25。该弯曲部25增加了边缘部22的柔韧性，尤其是回应大致上平行于挡板平面施加的压力，以确保在组件的某些区域中更好的配合，并使挡板10在名义工况下具有更好的密封性能。在边缘部22包括弯曲部25的一些实施例中，边缘部22的表面36的至少一部分占据了一平面，该平面大致垂直于所述基部20的平面。可以设置弯曲部25的曲率半径，使挡板10更容易适配于相应的组件中。

边缘部22的柔韧性取决于施加到该边缘部的压力的方向。当压力f以大致平行于挡板10的平面的方向施加到边缘部22时，边缘部22首先沿着该曲线的方向弯曲，而边缘部22没有扭曲或反转或者扭曲或反转的程度最小，使得边缘部22仍然能够如预期的那样起到调节气流的作用。当f1压力沿与曲线相反的方向施加时，边缘部22的柔性小于当压力以大致平行于挡板10的平面的方向施加时的柔韧性。当f2压力沿曲线方向施加时，边缘部22的柔韧性大于当压力以大致平行于挡板10的平面的方向施加时的柔韧性。

边缘部首先沿着该曲线的方向变形。例如，在图2所示的实施例中，弯曲部25在a方向上限定一曲线。当物体被放置成与边缘部22接触时，并且f压力以大致平行于基部20的方向施加到边缘部22时，边缘部22优选沿着该曲线的方向变形，如箭头d所示。变形的程度以及边缘部22对物体施加的压力随着该物体和接合部38之间的距离减小而增加。

如图1和2所示，由于边缘部变薄，导致密封边缘的柔性增加，从而挡板10可以产生更好的密封性能。如图3所示，边缘部22从第二端26并沿着其长度接触一配件40，以形成一标称界面32。标称结合界面的长度以d3表示，如果组件的部件移动使得挡板10被迫更靠近配合部件40，则这种移动可能导致补偿工况的出现。在补偿工况下，边缘部22的较大部分与配合部件40接触，从而产生补偿界面34，界面长度d4大于标称界面长度d3。密封边缘部22的弯曲部25使得挡板10仍然能够密封而不会导致碰撞以及挡板10的气流调节中断的状况。

根据图1和图2所示的实施例构造的挡板10，可用于增加配件在单个方向的密封程度。所述弯曲部25偏置，即使被施加的压力增加时，由于边缘部22的柔韧性和形状，挡板10仍会保持配件的密封。锥形部分30可降低接合部38和第二端26之间的挡板10的弯曲模量。这种结构有助于改善初始挠曲，并且由于锥形和曲线的偏置，边缘部22的推力越大，其沿着被推动的方向上弯曲得越多，这与采用相对较薄的边缘部反转或扭曲的故障状态相反，从而导致气流无法正确调节的情况。

图5-7示出了根据本发明原理构造的挡板的替代实施例。在图5所示的实施例中，挡板110包括一基部120和一边缘部122，其中该边缘部从台阶150开始的厚度逐渐变小。因此，在图5所示的实施例中，第一主表面111a是大致上连贯的，但第二主表面111b不是。边缘部120可沿着远离台阶150的方向延伸到第二端126，并且在这样做时，所述边缘部可包括一锥形部分130，使得边缘部122的最厚部分最靠近台阶150、最薄部分最靠近第二端126。在本发明的另一个实施例中，边缘部122沿着其整个长度可具有大致恒定的厚度。该实施例中的挡板110在边缘部122中具有一弯曲部125以用作密封件，并且是一个整体结构。类似于图2所示的实施例，边缘部122的柔韧性取决于被施加到该边缘部的压力方向。当压力沿大致平行于挡板110的平面的方向施加到边缘部122时，边缘部122首先沿曲线方向弯曲，而边缘部122没有扭曲或反转或者扭曲或反转的程度最小，使得边缘部122仍然可以如预期的那样起到调节气流的作用。当以与曲线相反的方向施加压力时，边缘部122的柔韧性小于当以大致平行于挡板110平面的方向施加力时的柔韧性。当沿着该曲线的方向施加压力时，边缘部122的柔韧性大于当以大致平行于挡板110平面的方向施加压力时的柔韧性。

图6所示的挡板210在其边缘部222没有曲面；相反，基部220和边缘部222结合在一起形成一个从第一端224延伸到第二端226的大致上连贯的顶面260。密封边缘268大致上垂直于顶面260。在此实施例中，边缘部222比基部220薄，并且该接合处是一台阶250。边缘部222可以是锥形，也可以不是锥形。边缘部222的柔韧性取决于被施加到边缘部的压力的方向。当压力以大致平行于挡板210的平面的方向施加到边缘部时，边缘部222的柔韧性小于当压力以与挡板210的平面成一定角度施加时的柔韧性。

图7的挡板310类似于图6的挡板210，但在该实施例中，接合部不是一台阶；相反，边缘部322从接合处338到第二端326逐渐变细。这种设计在许多气流调节或间隙填充应用中可能是理想的，包括发动机罩密封件、侧密封件、美容密封件等。类似于图6所示的实施例，边缘部322的柔韧性取决于被施加到边缘部的力的方向。当压力以大致平行于挡板310的平面的方向施加到边缘部时，边缘部322的柔韧性小于当压力以与挡板310的平面成一定角度施加时的柔韧性。

在上述设计中，挡板10/110/210/310的基部20/120/220/320分别为相对刚性或不可弯曲，而边缘部22/122/222/322则有较好的柔韧性。在本发明的某些实施例中，当与基部相比时，边缘部的柔韧性可源自其较低的总厚度。因此，基部20/120/220/320可具有第一弯曲模量，边缘部22/122/222/322可具有小于第一弯曲模量的第二弯曲模量。具有锥形边缘部的挡板可以沿其长度逐渐减小弯曲模量，从接合部向挡板的第二端延伸。这种结构的挡板可能有利于符合公差，例如许多汽车制造商密封件所需的3-5毫米公差。

通过直边压缩/挠曲测试的结果，进一步说明根据本发明原理构造的挡板的物理特性。在图8-10所示的测试中，以平行于挡板平面的方向将压力施加到2英寸长的挡板样品上，以引起材料的偏转，幅度高达约10毫米。一偏转板被放置成与该挡板的边缘接触，而不引起该挡板的偏转，并且以平行于该挡板的基部平面的方向朝着该挡板移动，以引起该挡板的偏转。图8-10中的曲线图描绘了施加该到挡板上的压力，表示作为该挡板从其原始位置位移的函数。

在图8中，一个具有均匀厚度和直边的部件也进行这样的测试，从而产生一弯曲轮廓，显示承受与0.50干牛顿(kn)偏转相关的最大压力。如图8所示，偏转所需的力在板位移约0.06英寸时增加到最大值，然后在板进一步位移时减小，表明当边缘施加每英尺113磅能量时，材料失效。

相比之下，图9中测试的样品是类似于图7的挡板的一锥形元件。其锥形减小了产生大约0.22干牛偏转的最大压力，当板从其初始位置位移0.4英寸时，需要大约每英尺50磅的压力。

最后，对曲面锥形(类似于图1-4的挡板结构)进行相同的测试。如图10所示，结果表明，用这种形状使该挡板偏转所需的压力要小得多，导致在试验过程中施加的最大压力为0.02kn，当板从其原始位置位移0.40英寸时，施加的能量约为每英尺4.5磅。压力随着板块从其原始位置的位移增加而增加。综上所述，可以看出挡板边缘部中的锥形部分赋予部件较高的柔韧性和弯曲度，能避免故障，并且当锥形部分包括一弯曲部时，可以观察到柔韧性的进一步增加。

本熟悉领域的技术人员明白，这种结构的挡板可以有许多不同的用途。挡板可用于调节进入散热器的空气，例如通过汽车的仪表板开口。该挡板也可以用作侧挡板。其他用途包括前灯周围的防护罩、再循环挡板、挡风雨条、美容密封(罩下)等。根据车辆或其它组件的尺寸，可定制挡板的尺寸比例，包括基部的长度、宽度和厚度，边缘部的长度、宽度和厚度，锥度角，以及其它尺寸，以填充空隙并满足各种不同组件的公差。

图1所示的挡板10不是由连接到相对柔软的部件上的相对刚性的部件制成，而是由于部件厚度的变化而具有一个柔性边缘部22和一个相对刚性的基部20；即使是由单一材料制成，厚度的变化也是由例如图2所示的锥体30形成。边缘部22可以是一种活动铰链，还可以是用于形成密封的软唇。边缘部22的相对柔韧性可通过设置该密封边缘与形成密封的部件相一致来进一步改善密封性能，从而补偿配合表面中的任何结构缺陷。

本发明还涉及一种方法，用于制造一种用于调节物体周围气流的挡板。该方法包括将熔融状态的单一材料注射到一模具中，并让该材料凝固以形成挡板。这种工艺被称为“一次性注射成型”。这种方法可用于制造本说明书说明的挡板。

与目前市场上的传统挡板不同，所示挡板10/110/210/310可以通过一次性注射成型的工艺制成，并且具有整体性结构。因此，挡板10/110/210/310可由单一材料制成。此外，该部件的构造不需要挤压步骤，并且可以不涉及耗时且昂贵的后处理步骤，例如弯曲或声波焊接。

注射成型挡板10/110/210/310可由多种不同的材料构成。可使用注射成型的柔韧聚合物制造这种挡板。这些聚合物包括聚丙烯。在本发明的一个实施例中，该挡板可以由基于聚丙烯的材料构成，例如由gdc公司销售的热塑性弹性体enduraprene。根据本发明的挡板也可以由热塑性弹性体、热塑性硫化橡胶或任何其它适合注射成型的材料制成。

在构造挡板10/110/210/310时，材料被选择并以熔融状态注射到一模具中。然后让材料凝固，从而形成所述挡板。该模具包括空腔，用于制作挡板的基部和边缘部。如上所述，该基部具有一个厚度，并且该边缘部的厚度小于该基部的厚度。在此描述的设计有利地实施一次性工作流程，避免了费力、耗时和昂贵的步骤。

虽然已经根据优选实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于这些实施例，因为本熟悉领域的技术人员可根据前述说明书对本发明进行各种改动。