专利名称：应用可变容积溢流腔的注射模塑方法与系统及由此生产出的制品的制作方法
技术领域：
本发明涉及塑料的注射模塑工艺，具体涉及到包括有溢流腔的塑料注射模塑工艺。
背景技术：
在塑料的注射模塑工艺中，产品设计人员经常遇到的问题是，要求设计出的产品在应用中具有所需的强度，同时具有满意外观的均匀的表面质量，但须避免使产品重量、原料消耗和生产周期过多或过长。通常要在强度上塑料厚度之间作出设计上的折衷。产品是较厚的塑料部分，例如结构肋会造成较大的重量与原料消耗和较长的成形时间，还由于较厚部分区域中的热梯度将导致凹坑标记或其它表面缺陷。
在塑料模塑工艺中，众所周知在模制塑料制品时结合采用加压流体，例如Hendry在美国专利No.5098637中所示。这种加压的流体通常是氮气，它是在或接近塑料注射完成时引入到模腔中。此加压流体有几方面的作用。第一，它能使制品形成为具有空心的内部，这相当于减轻重量和节省原料。第二，模腔内的加压流体向外施加压力，迫使塑料在制品固化时贴抵住膜腔的表面。第三，减少了循环时间，这是因为所加的流体气体会通过塑料最易变动的内部体积迁移，并在这些不然将要求有很长冷却周期的区域中来置换塑料。第四，此气体的压力将塑料推向模具表面，从而能由模具获得最大的冷却效应。
但是，随着模制产品尺寸的加大，上述气体必须做较多的功来通过模腔的容积迁移，以有助于制品在模腔内固化。要是气体的压力在气体进入模腔内时太多，就会有可能使塑料在模腔内破裂或吹出模腔，这就是说，此气体并不包含在塑料之中。于是，这在实际上便限制了把气体注入用于塑料模制领域。
上述Hendry的美国专利解决了绝大多数上述问题。在这一已知的注射模塑装置中，连接模腔与辅助溢流腔的槽始终是敞开的，这一辅助溢流腔的容积可以通过将一螺丝形式的插件拧进或拧出其中的多少程度来调节其大小。
这样已知的装置与方法已证明其在多方面有实用价值，但是具体到在某些部段上有较厚区域的部件，例如较厚的边缘区域或腹或肋的情形，它们单独地设有腔，这样业已证明要造成困难，因为加压的气体在渗入已事先注入到膜腔内的塑性树脂中时，也能渗入并非空心的区域内，特别是在有较薄壁部的区域中时，会在此使部件发生非所希望的强度减弱。
此外还发现应用这种已知装置时存在这样的缺点，即辅助溢流腔不能对应于注射模塑循环过程中常有的瞬时状态来调节其容积，而至多是在最好的情形能在静态条件下由注射模塑装置来适应不同的部件几何结构或不同的塑性化合物。
如
图1-4所示，另一种方法是采用带有一阻挡销20与粗调棒26的固定容积的溢流腔24，来控制进入溢流腔24内的塑料体积。此方法描述于已转让给Ferromatic Milacron Maschinenbau GmbH的EP专利第3393315号中。
阻挡销20只是在模腔已先为塑性树脂完全充满之后，借助一加压的流体来取代塑料制品的仍然有流动性的芯料。此外，流仍然有流动性的塑料的取代是按下述方式进行，即使此被取代的流动性芯料的其余部分以类似插塞的形式封闭各个排料口，而不使塑料制品的壁部减薄。但由于取代流动性芯料时并未施加有相反的压力而是由一注射模塑机来实现各次注射的体积，同时注射模制的塑料制品在两次相邻的注射作业间会有波动，因而所述装置不能保证排料孔在每次注射中事实上常以类似插塞的形式封闭。一旦将阻挡销20再次闭合，也不能保证排料孔事实上总能以类似插塞的形式封闭。除此之外，要是在这种已知的装置中为注射模塑机注射料的体积例如大于模腔的容积时，当膜腔已充满而阻抗销20闭合上时，就会突然产生极高的压力，为此，注射模塑机必须要能表现出有相应高的夹紧本领，从而通过将一加压气体注入已事先注入模腔内的塑性树脂中的注射模塑工艺中的相关优点，即能以较低的夹紧力由注射模塑机制造大型塑料制品的优点，不再存在。
图1中，销20是在其上方位置，截止住塑料从制品定形腔12中经一流道23进入溢流腔24中。在图2-4中，销20处于其下部位置，允许塑料借助气体的压力进入溢流腔24中。
但是，注射模塑机并不能在注射后的注射中输出相同的塑料量。当进行直接的致密的注射模塑时，在模塑之后，螺杆前方的塑料衬料已满，然后开始高压填塞，此时要注意到螺杆柱塞在各次注射时对于输出相同塑料量的不精确性(这就是说，在模塑致密的注射模制品时，上述衬料甚易从10mm下降到5mm)。
但是，对于某些部分，则不希望去填塞模制件而要求充填模腔。要是打算填塞模制件，就将在模制件中形成应变分布，而空心化的部分也不会释除此模制件中业已存在的应变。
图2表明在溢流腔24中的放气会导致制品定型腔21中的制品在模制过程中损失气体压力，其结果之一是，由于在制品定形腔21中模制时损耗了气体压力而可能造成皱缩。此外，在模具的分模线处也可能发生气体漏泄。
图3表明当使用了过多的塑料时，会形成如标号26处所示的凹坑印记。
最后，图4中表明了增设粗调棒26的情形。但是，仍然可以发生分别由图3与图2所示的过量充塞与放气情形。
本发明概述本发明的一个目的在于提供利用一可变容积溢流腔的注射模塑方法与系统，其中(1)不再需要在固定容积截止位置处的一截止销；(2)消除了在气体通道中造成气体压力损失而导致气体通道的壁部塌缩的在溢出区中的一放气现象；(3)消除了螺杆柱塞在注射后再注射时于输出相同塑料量方面的不准确性；以及(4)能使塑料有效地移入溢流腔内，而确保不会有图2所示的放气或图3所示的凹坑印记(即不会发生过量充实)。
本发明的另一个目的在于改进其性质已于开始时叙及的注射模塑装置与方法，同时提供一种注射模塑装置和相应的方法，用于制造一种至少有部分是空心的塑料制品，而这些空心部分能够以严格规定的形式制造出，具有可重现性的均匀壁厚，不需用价格昂贵的计算机辅助将注射的体积量控制在很窄公差范围内。
在为实现本发明上述和其它的目的时，提供一种用来注射模制空心塑料产品的方法。此方法包括下述步骤将一定数量的流体塑料注入所具有的外形至少能限定制品的一部分的模腔内；通过将加压气体引入模腔中而从模腔中将一部分塑料从模腔位移到具有能与模腔耦合的容积流量的溢流腔中；让注入的塑料固化；从模腔中排出气体；最后从模腔中取出塑料制品。本方法的改进之处在于包括有这样的步骤，即在上述位移步骤之中允许增加溢流腔的容积来生产出基本上无应变的空心塑料制品。
上述溢流腔的容积最好由安装于一气缸中可往复运动的活塞的上表面限定。
在本发明的一个实施例中，上述方法还包括这样的步骤，即增加活塞的下表面上的压力而把活塞运动到一上部位置，同时前述的允许步骤还包括减少活塞的下表面上的压力而允许活塞运动到一下部位置的步骤。
此外，为了实现本发明的上述目的和其它目的，还提供有一个用来实施上述方法步骤的系统。
再有，为了实现本发明的上述目的和其它目的，还提供有另一种用来注射一模制塑料制品的方法。此方法包括下述步骤注射一定数量的流体塑料到一具有外形至少能限定制品的一部分的模腔；允许一部分塑料从模腔中流入一具有能与模腔耦合的容积流量的溢流腔中；让已注入的塑料固化；最后从模腔中取出塑料制品。此方法的改进之处在于包括有这样的步骤；即在注射步骤中允许加大溢流腔的容积来生产出一基本上无应变的塑料制品。
在一个实施例中，本发明的方法与系统利用压缩空气压力，使得当通过一螺杆柱塞注射的塑料的压力克服了气压活塞的下表面上的压力时，此活塞将向下运动以确保模制过程中不会出现高于充填压力的压力。于是，空心塑料部分实质上是无应变的。这样，螺杆柱塞在注射后的再次注射中输出相同数量的塑料的不准确性使得到补偿。
为了更进一步地实现本发明的上述目的和其它目的，在此辅助的可变容积的溢流腔中可设置一可动隔件，此隔件受到在模腔方向上的有可能减小此辅助溢流腔的容积的力的作用，这一力在增大辅助溢流腔的容积时能有控制地接收塑性树脂，它大于在模腔填充阶段由塑料压力作用到隔件上的力，并在最后随着塑性树脂开始位移到此辅助溢流腔中，而小于由注入到模腔中塑性树脂中气体的压力作用到隔件上的力。
上述隔件最好包括一密封到孔内的可滑动的活塞，此活塞在注射过程开始时与一限定辅助溢流腔的最小可能容积的止动件接触，其中最好是用一压力介质特别是用注入到塑性树脂中的加压气体来对上述活塞加压。
作用到此活塞上的力，即采用加压下气体的压力，它的大小经确定为，在充填模具的过程中，只要是塑料的注入进程仍在一预定的低压力下，也就是只要是在相邻于壁部处或是在模腔中有小的横剖面处的已注入的塑性树脂仍未开始固化时，即使是塑料已流入辅助溢流腔的槽中，此塑料也不能进到上述腔之中。
在充填模腔的过程中，在将加压气体注入事先已注入模腔内的塑性树脂的开始时，施加到上述活塞上的压力可以等于注入到塑性树脂中的气体的压力。在模腔已充填有很多的塑性树脂，且此塑性树脂已于模腔内壁邻边处冷却和固化而使得芯部处仍具流动性的塑性树脂可以开始移动的时刻，就必须减小作用于活塞上的压力，以使塑性树脂能回撤从而移动到辅助溢流腔中。
另一方面，要是由注射模塑机产生的注射量体积大于模腔的容积时，在塑性树脂注入到模腔内时，其中的一部分将直接被位移到辅助溢流腔中，而活塞在压力下将回撤且不会在注射压力上有任何显著增加，从而不必变更注射模塑机的夹紧压力。
由于在把加压气体注入事先已注射到模腔内的塑性树脂中时气体的压力一般大于流动性塑性树脂所用的注射压力，故最好要在与前述活塞的孔连通的压力介质管线上设置一压力调节阀和/或一流量控制阀。压力调节阀将作用于活塞上的加压气体的压力保持到一预定值，此值至少等于注射压力而小于注入到事先已注射到模腔内的塑性树脂内的气体的气体压力，这样就能有控制地接收辅助溢流腔中的塑性树脂，同时能借助流量控制阀在使塑性树脂接收到此溢流腔内时控制前述活塞转向。
当模具打开使塑料制品从模中脱出，而已然进入到辅助模腔中的塑料尚未完全减压到大气压力但最好已稳定在某个可细节的值上时，由于有气体压力作用到活塞之上，此活塞就能用作业已位移到辅助溢流腔中且已固化的塑性树脂的推出器。
为了使活塞能够不随气体压力的作用而从前述孔中脱出，可为此活塞配置一密封垫以及一从其背面延伸到为压力介质所作用的在此密封件之下的空间中的一减压孔。一旦此活塞推进到它的孔外足以使减压孔与环境空气连通的远处时，气体便能经由减压阀逸出而使活塞不再作进一步的移动。
也能够设置一机械式止动件将活塞保持于其极限位置上，此止动件最好包括通到活塞用孔之外的一密封活塞杆，此活塞的头部位于孔外，在活塞达到其极限位置时即与此止动件接触。注射模塑机上常可利用的液压流体可以用作为给此活塞加压的压力介质。
为了实现本发明开头所述的目的和其它的目的，提供另一种制造至少是部分为空心的塑料制品的制造方法，此方法包括下述步骤通过一流道将流动性塑性树脂注入模腔内；当此模腔最后已为塑性树脂充填时，将加压气体注入事先已注入到模腔内的塑性树脂中；将塑料制品中待空心化的这部分仍具有流动性的塑性树脂位移到经一通道与模腔连通的辅助可变容积的溢流腔中；反抗此辅助溢流腔内以力作用于隔件上使通过加大此溢流腔的容量来自控制地接收塑性树脂时此隔件上的力，此力大于充填模腔时由塑料作用于隔件上的压力，而在最后于塑性树脂开始进入辅助溢流腔时则小于由注入到模腔中塑性树脂内的气体所施加到此隔件上的压力；冷却并固化此塑性树脂；释除由注入气体而在空心部段中形成的压力；打开模具取出塑料制品和已位移到辅助溢流腔内的塑料。
作用到隔件上的力最好可由压力介质，特别是由注入到事先已注入于模腔中的塑性树脂内的加压气体来产生，此作用于隔件上的压力则是可以调节的。
要是作用于隔件上的气体的压力与体积经调节并将大小确定成，一旦有一预定体积的塑性树脂位移到辅助溢流腔内而隔件已适当后撤时，便在隔件的两侧确立压力平衡，这时便能确切地使为有控制地形成至少是部分空心的塑料制品所需体积的塑性树脂移入到辅助溢流腔中。此外，能把通过施加到隔件上的力的上述气体压力用在脱模中，将业已位移到辅助溢流模腔中并已固化的塑料推出。
图5-7概略示出本发明的方法与系统，其中已取消了图4中的销与粗调棒26并代之以一可变容积的溢流腔，此腔的容积由一活塞30控制，活塞的下表面32暴露于来自一控制回路(未示出)的气压下。
图5示明处于其上部位置的气压活塞30，模具在塑料注入制品的限定模腔21与一流道23中时是关闭的。
图6示明了塑料在注入制品限定模腔21中之后的位置，其中为螺杆注塞输出的注射重量的不准确性是由溢流腔24的以标号Z表明的一上部来调整。假定充填模具的塑料的注射压力例如为70bar(1000psi)，则Z将调整到70bar(1000psi)，而不允许螺杆柱塞在压力远大于70bar(1000psi)时进入一填实阶段。要是此压力到达高于70bar(1000psi)时，就会使制品限定模腔21中的模制件产生应变。
当把气体注入制品限定模腔21的模制件中来形成一孔隙34时，过剩的塑料便排送入溢流腔24并接纳于其中，此过剩的量由图7中的标号W指明。
本发明可以用来模制用于不同领域的较大尺寸构件的制品，例如汽车用的有一对端翼的缓冲器。
本发明的上述目的和其它目的及其特点与优点，可以根据下面结合附图对实施本发明的最佳模式所作的详细描述中迅速获得理解。
附图的简单说明图1是经局部剖切的示意性横剖图，表明利用一个销来防止塑料流入固定容积溢流腔内的先有技术的注射模塑方法；图2与图1类似，以一个销处于其下位，并表明了由于制品定型腔中缺乏足够量的塑料而在溢流腔中出现放气现象；图3与图2类似，只是应用了太多的塑料而造成了凹坑印记；图4与图2和图3类似，但于溢流腔的底部上另设有粗调棒；图5与图1-4类似，阐述了本发明的方法与系统，但没有采用销而是包括有气动控制的活塞；图6与图5类似，表明了塑料注射步骤之后的状态；图7与图6类似，表明了将加压气体引入到模腔中来形成空心部分之后的状态；图8是流程图，表明了在实施本发明的方法中的基本步骤；图9是经局部剖切的示意性横剖图，其中表明了图5-7中所示的活塞连接到一止动件上；图10与图9类似，活塞处于其上位；图11是使用活塞的气缸的横剖图，活塞与气缸共同限定出一可变容积的溢流腔；图12与图11类似，其包括一在气缸中的孔，用来向活塞的一下表面供应加压气体；图13与图12类似，其中形成一个通过一止动销的孔以向活塞的一下表面供应加压气体；图14是顶视平面图，示明一具有用来供应加压气体的偏心孔；图15是经局部剖切的侧视图，取剖面形式，示明了允许气体进出于气缸的气体通道与气体管道；图16是沿图15中16-16线截取的端视图，并在模具的切开部分中示明了气体管道；图17是用来控制气体相对于气缸流进与流出的气体控制回路的示意图；图18是经局部剖切的示意性横剖图，其中示明了用来将已固化的塑料从溢流腔中移出后的推顶销；图19是经局部剖切的示意性横剖图，其中将气扩建用于本发明的系统中；图20是用来制造至少有部分是空心的一塑料制品的注射模塑装置的另一实施例的剖面图，其中有模具的剖面图；以及图21是用于另一种至少是部分空心的塑料制品的模具的部分剖面图，其中改进了气体喷射方式且在模腔与辅助性溢流腔之间有另一通道。
实施本发明的最佳方式图8是实施本发明方法中所含步骤的流程图。
在步骤110中，将一定量的熔融塑料从注射模塑机注入制品限定模腔21中(参见图5-7)。这种塑料可以是最具热塑性的塑料，并特别适合同以玻璃或矿物质充填的热塑性聚酯配合工作，这类塑料以通用电气公司的商标Valox的商品著称。塑料量足以充填模腔和部分充填溢流腔24，如图5所示。在塑料注射之前，活塞30由于有气体压力作用于其下表面32上而处于其最上方位置，如图5所示。
图6表明在塑料注射过程中，活塞30向下运动来排除任何过剩的塑料(即“Z”)。
在步骤112(见图7)，将一定量的加压气体在一定量的熔融塑料注射已基本完成后引入到模具内。
在步骤114，进入模具内的气流保持压力的大小与时间的长短要足以将一定控制数量的塑料，从制品限定模腔中转移到经流道23与模腔21成流体偶合的溢流腔24中。这样就会使一附加的塑料量“W”流入溢流腔24中。上述气体总是使模腔中的那部分最热，最富流动性的塑料移动。结果，模制出的塑料制品便在粘性最小的塑料已位移开的地方有一空心内部，气体的出现减轻了重量和节省了原料。其它的优点包括由于气体施加的外向压力而提高的表面质量，以及由于从制品的中央部分移走了较热的塑料而缩短了生产周期。
在步骤116，允许在保持内部气压的同时，使制品在模腔21内固化。
在步骤118，加压气体从已模制的制品中排出，为打开模具作准备。存在有多种排气方法，例如Friederich在美国专利第4101617号中所述。
在步骤120，从模具中取出塑料制品。
在步骤122，从溢流腔24或贮存部中取出已释出或移出的塑料。用加压气体将活塞30于溢流腔24中上推。要是活塞30上安装有一止动件，此止动件就能防止活塞30自模具中脱出。在某些情形下，步骤120与122能够是将这样形成的模制件从制品限定模腔21和溢流腔24中取出的共同作业。
现在参看图9与10，其中示明了可往复运动地安装于一气缸132内的活塞130的第二实施形式，此活塞与气缸一起界定出一个经一流道138与制品限定模腔136成流体耦合的可变体积溢流腔134。活塞130于图9中示明处在其下部位置的情形，其中的溢流腔134可以按其于图9中所示的X尺寸充填以等待排出的塑料。
图10示明处于其上部位置的活塞130，其中示明了模具的分模线140，且其中在标号144处示明了一止动销的止动件142与其之间的一个约1mm(经放大了)的空隙此止动件以其相对端耦合到活塞130上。一般，活塞130在塑料进入模具时处于其在图10所示的上部位置中。
本发明的方法与系统则可以用或不用强制性的止动件进行。
下面参看图11，其中示明了活塞130未用强制性止动件时气体可能进入到气缸132′的一个位置134′。
如图12所示，另一个通过一气缸132″上的进气孔位置是在气缸132″的一弧形壁部中形成的位置134″。在模具的侧面可以形成一个孔136″，用以放置供气体进、出的气体导管138″。
图13示明了另一种实施例，其中在活塞130的下表面处形成有一个凹座135，以便使气体作用到下表面上。气体一般在144处流过止动销，沿其纵轴线到达与凹座135流体连通的一第二横向延伸孔134成流体连通的气孔137。在图13所示实施例中，需用一条挠性软管(未示明)将气体连通至止动销144″的止动件142处。
下面参看图14，其中示明了偏心的气缸孔150，以为在气缸152的壁部的厚边缘部分上机加工出气体管线留出空间。本实施例可用或可不用强制性止动销。
图15是模具154中的气缸152的侧视图，示明如何用插塞158和160分别堵塞流体连通的孔150与156。图15中还示明了于图16中作一步阐明的于模具中形成的一切口164内的气体管道162。
现来参看图17，其中例示出以标号166总体表明的，用于本发明的方法与系统的气体的或气动的模制回路。此控制回路166包括一与一气源170连接的方向阀168。方向阀168再连接于一减压阀172，后者经一止回阀174与由气缸132界定出的溢流腔134流体连通。此溢流腔134又与一排放阀176以及一方向阀178连通。方向阀178再连接于一第二减压阀180。
参看图9、10与7，起始时，在模具闭合之后与塑料注射开始之前，接通方向阀168。来自减压阀172的压力将气缸152内的活塞130上推至其最上端的极限位置。然后将塑料注入制品限定模腔136中。当塑料注射停止，接通阀178并使阀168断开。这就将压力调节到，使得溢流腔134能接收从制品限定模腔136的厚的部分止通过门138推出而进入其中的塑料。
当气体压力注入制品限定模腔136的模制件中时，它大于活塞130的下表面上的气体压力。于是活塞130将向下运动，直至活塞130的两面上的压力均衡。然后保持住活塞130的下表面上的气体压力。
当注入到上述模制体内的气体压力与活塞130的下表面上的压力相等时，就不会再有塑料进入溢流腔134中。
当于制品限定模腔136中已形成了制品之后，即可用任何周知的方法排出气体，例如断开流道或断开阀178同时接通通风阀176，使气体从活塞130的下表面排出。
当模具打开时，阀168与180分别断开与接通，并将阀180的压力调节到低于阀172的压力。阀180控制活塞130使其开始向上运动，由此而从溢流腔134排出已固化的溢流塑料。当活塞130到达溢流腔134的顶部，阀168与178都断开。这时的系统即可准备用于下一个周期。
活塞30、130、130″与130最好分别包括气体密封件31(图5-7)、131(图9-10)、131″(图12)与131(图13)。同时，气体密封件133(图9-10)、133′(图1 2)与133″(图13)则最好在其各自的气缸132、132″与132围绕各自的销止动件144、144″与144设置。
当注射单元的注射量大小改变时，活塞30、130、130″与130也改变以补偿注射量的变化。
此外，使制品限定模腔21内模制件中的气体压力与活塞30的下表面32上的气体压力之间平衡，乃是本发明的一个重要特征。当上述两压力相等时，活塞30就不会在溢流腔24中运动。同时，本系统也可以是封闭系统，其中不需增加和排出气体。
气缸132可以包括一插到模具内的增硬的钢壳，特别是可以包括一种标准的D.M.E肩销套，后者经硬化处理并经精密研磨。要是需用较大的气缸来另增容积去接收来自制品限定模腔136的塑料，则所用的多重衬套或钢管分隔件之间可以采用密封圈。
最好活塞130包括一种细粒式的气压活塞，后者可有一从活塞130的下表面延伸到活塞130的侧壁面的气体安全出口，用以在未设置有例如止动销144之类的止动销时，防止活塞130自模具中脱出。
可以利用不同的方法将加压气体引入制品限定模腔21中。例如图5-7所示，可在模具的厚壁部分相邻处设置一气销来注入气体。
可以利用油压代替气压来将流体压力施加到活塞30的下表面22上。但最好是使氮气对活塞30的下表面32加压，因为这种可控制的气体源已用来在制品限定模腔21的模制件内形成孔隙34。
要是人们不希望将模制件内的气体通过制品限定模腔21邻近处的一气销排出，则活塞30的运动与已固化塑料从溢流腔24内的排出就有可能破坏流道系统30而使模制件中的气体逸出。
现在参看图18，其中示明的一活塞130″″所在的气缸132″″具有一孔182″″，用以使加压气体能作用于活塞130″″的下表面。溢流腔134″″的可变容积内如图示已为固化的塑料充填。
在排出销182″″的一端上安装着溢流物推出器184″″，用来将固化的塑料自溢流腔134″″推出，并在此塑料从溢流腔134″″中推出后由排出销186″″将其拉出。
现在参看图19，其中示明了一种传统的气垫188，它可以用于活塞234已代替气控回路166。活塞234安装在例如一导套232之类的增硬套上。此导套232则安装在由一棒状气封238密封的一第二套236上。有一活塞下止动件240来防止活塞234的向下运动。一气封包括242则密封向下止动件240。一连接器244允许气体通过小孔246流到活塞234的孔248中。
下面的步骤是用来实施图19中所体现的方法与系统的1.在模具闭合时使活塞234处于上位；2.使活塞234上的压力等于塑料注射压力；3.在注射塑料时，超过充填模制件所需的过剩塑料只在注射压力下才进入由套232所限定的溢流区内。这就免除了(a)模制时的过分填实和(b)注射单元在各次注射中对输出相同数量的塑料的不精确性。气垫188上设定的气体压力将保持不变并不随塑料的进入而增大，因为它是与调节在注射压力下的一释放气阀(未示明)连接在一起的。
4.当气体注入到模制体内，活塞234上的压力便自动减少到例如约为气体注射压力的一半。
5.现在，随着活塞234上的压力被锁定，当塑料推入到溢流区中后，活塞234上的压力将相对于其下降运动成正比地增加。
6.当来自气体注射的压力等于活塞234上抑制的压力时，就不再有塑料移动进入溢流区内。要是没有足够的塑料进入溢流区内，则要么在活塞234上会减压，要末使气体注射压力增加。要是进入溢流区内的塑料太多，则情况与上述的正好相反(亦即在活塞234上施加较多的压力或是减小气体的进入压力)。
7.打开模具，通过对活塞234加压，由套232中排出溢流的材料。活塞234将不会脱离开套232，因为当活塞234的顶端表面与模具的脱模线平齐时，气垫188便会达到它的最大行程。这种设计还不需在制品限定模腔与溢流区之内设置截止销，且不会使模腔发生过分填实，并能解决螺杆在各个周期中不能输出精确一致注射重量的问题。
参看示明用来生产一种至少是部分空心的塑料制品337的注射模塑装置的图20，其中有两个半膜322、324，它们之间有一分型面323。将半膜322组合有另一溢流腔325中，后者取一柱形孔327的形式，它起自分型面323而终止于半模322之内。活塞329滑动地导入到孔327内，并由一密封圈331相对于孔327密封。
半模324内设有一模腔336，它可由一喷嘴通过一流道334与一套328中的孔330输出的流动性塑性树脂充填。加压气体管线339与套328上的孔332连通，使得加压气体能通过与孔330横交的孔332注入并进入到业已注入模腔336中的塑性树脂内。
模腔336通过位于分型面323区域的通道38与辅助性溢流腔325连通。加压气体通过一加压气体管线348施加到活塞335的一个面上。用于上述目的是一气压源340，它在一方面通过加压气体管线356经一截止阀或一压力控制阀341与加压气体管线339连通，而另一方面经一截止阀或压力控制阀347与加压气体管线348连通，随即继续与孔327和活塞335的受压背面连通。
加压气体能够从加压气体管线339通过一截止阀，以及在适当时通过一流量控制阀343进入一贮器345或大气中。同样，通过一截止阀349并在适当时通过一流量控制阀350，使加压气体从加压气体管线348进入贮器351或大气中。
由于加压气体通常是氮气，返回到贮器345、351中就能用来吸收排出的氮气，并将其返回到加压气体源340供再次使用。要是不需或不希望作这种再利用时，则可将氮气排放到大气中。
制造具有一空心部分344的塑料制品337时，是用图中未示明的一注射模制装置将流动性的塑性树脂通过喷嘴326、套328中的孔330以及流通334而注入模腔336中的。
在注射塑性树脂时，通过打开截止阀或压力控制阀347，对活塞329的一个面335加压，致活塞处于其如图中虚线所示的上位，这时活塞329的前向面便在分型面323的区域中与半模324接触。
一旦有一定量的流动性塑性树脂注入模腔336内后，截止阀341便打开，而加压的气体便通过加压气体管线339与孔332，进入事先已注入模腔336的塑性树脂中。
要是加压气体注入到塑性树脂中是在模腔336已完全为塑性树脂充填之前开始，则此塑料注射要继续到已产生有部分空心的制品337所需的量时。在此继续注射塑性树脂的过程中，加压气体业已注入到塑性树脂中，由此而形成一空心部分344并同时将塑性树脂压抵到模腔336的壁面346上。
不论加压气体是在模腔336已完全为塑性树脂充填之前注入到塑性树脂中，也在使加压气体只是在模腔336已完全为塑性树脂充满之后才开始注射，都表明在以上两种情形下模腔336中存在的压力仍然较低，导致流过使模腔336与辅助性溢流腔325连通的流道338的塑性树脂的领前区域便同加压的活塞329会合，而只当模腔336中的压力超过作用于活塞335的背面上的气体压力时才能使其移动。此气体压力可以由压力控制阀347或截止阀349与流量控制阀350调节，使得活塞329能以受控的方式偏转而能通过加大辅助性溢流腔325的容积来有控制地接收塑性树脂。
当塑性树脂已于模腔336和辅助性溢流腔325中冷却和固化后，加压的气体便从空心部344经流道334、孔330、孔口332、加压气体管线339、截止阀332与流量控制阀343，以受控的速率排出，直至空心部344和外部大气中的压力基本相等。此时可将两个半模322、324分开，而塑性制品337则可与辅助性溢流腔325中的塑料一起从模具中脱出。可以用通常的排出销将塑料制品337从模具中排出，而活塞329则用来排出辅助性溢流腔325中的塑料，作用于活塞335的背面上的压力则使此活塞起到类似于一排出销的作用。
如图20所示，虽然塑料制品337所具有的空心部分344的界限不是很明确，但从图21中可以看到，具有较薄的壁的一塑料制品352在与分型面323邻接的边缘区域的壁部较厚，其由注入加压气体吹成空心部分。当塑料制品342例如是汽车用的一细长缓冲件时，它的边部353需要增强。这时的模腔便要通过一流道(未示明)以塑性树脂完全充满。较厚边部353的一端由一通道354与溢流腔325连接。由于有可调的压力经由与加压气体管线348相通的一孔356作用于活塞335的后面，活塞329便处于其上位。加压气体可以通过一空心针管355经由与其相连的加压气管线339施加到增厚边缘部353的相对一端上。
要是在注射周期中，注射模塑机给模腔注入了超过它所能接受的塑性树脂时，则此过剩的塑性树脂部分便将通过通道354流入辅助性模腔325内，使活塞329反抗此加压气体的压力，经过一段与此过剩体积相当的一段行程，而不显著增加注射压力或是模腔中的压力。现在，在与增厚边缘部353相对的端部处，加压气体将通过中空针管355注入到此增厚边缘的中央区，将这部分仍具有流动性的塑料排移到辅助性溢流腔325中，同时在增厚边缘部353中形成空心部。
当图20所示的阀347、349关闭时，通过位移到溢流腔325内的塑性树脂移动的活塞329便形成使气体压力增加到活塞329的两个面上压力平衡。此增厚边缘部353的空心间隙中的气体压力一直保持到塑性制品352已冷却和固化到足以能从模具中取出为止。为了确保塑料制品352在脱模中不会由于模具内存在的气体压力而损坏，打开图20中所示的截止阀342让气体以受控的速率通过流量控制阀343，而让气体压力首先以受控的速率通过空心针管355。
随着压力与外部大气或与一贮器中的低压力相等，两个半模322、324被分开，而后塑料制品352可以从模具中撤出，且位于辅助性溢流腔325中的塑料即由受气体压力作用的活塞329排出。
空心针管355在适当时可取能回撤的设计结构，以便不影响塑性树脂的流动，同时防止为塑性树脂堵塞。
要是为加压气体源340所输出的加压气体的压力大于用来形成图20中空心部344或图21中所示的增厚边缘部353的空心间隙所需的压力，则截止阀341可取一压力控制阀的形式。要是由加压气体源340所输出的加压气体的压力等于注入塑性树脂内所要求的压力，则阀341可取一截止阀的形式。
要是在塑料制品337或352固化时的保持压力等于注入到业已注入模腔中的塑性树脂内的压力时，则阀342可取一截止阀的形式。要是上述保持压力较低，则阀342可设计成一压力控制阀的形式，使得在经过一定的时间后，可以用压力控制阀342达到此较低的保持压力。
要是在初始阶段施加到活塞335的背面上的气体压力可以等于由加压气体源340所输出的加压气体的压力，则阀347可以设计成一压力截止阀。这时施加到活塞335的背面的气体压力，在塑性树脂从模腔336开始移入辅助溢流腔内时，需设定到一较低的值。在此情形下，可由取一压力控制阀形式的一阀349来设定所需的反向压力，而要是合适的话，可由流量控制阀350依受控的速率降至大气压力或贮器351中的压力来减压。
要是从刚一开始时使把比加压气体源340所提供的压力要低的压力施加到活塞335的背面，则阀347可以设计成一压力控制阀。
要是将活塞329的背面335上的气体压力保持到塑料制品337或352脱模时，则活塞329如前所述起到一个在于辅助溢流腔325的固化塑料的排出器的作用；但在这时必须防止在半模322、324分开时，活塞329被该气体压力从其孔327中驱出。为此可以根据图20的实施例来加以防止，即借助一从活塞335的背面延伸到密封圈335之下方的空隙的减压孔333，后者当活塞329一旦推出它的孔327达到减压孔333的高度时，便立即释除活塞335的背面上的压力。
相反，按照图21的实施形式中的活塞329则具有一种机械式止动件，后者包括装附于活塞329上的一个活塞杆357、装附于活塞杆357上的一个头部358以及在半模324上的一个止动面360。活塞杆357由一密封圈359相对于外部密封，而当处于图21中所示位置时，头部358则尚未与止动面360接触，这是因为活塞329的先导表面已在分型面323处与半模322的一表面接触。要是此时的半模322、324平行于活塞329的轴线相互脱离以使塑料制品352和进入辅助模腔325中的塑料自模中脱出，则活塞329将响应作用到活塞335的背面上的气体压力，从其对应于位移到辅助溢流腔325内的塑性树脂体积的回撤位置，进入到图21所示位置并超过此位置，直至头部358触及到止动面360为止，而起到已移到辅助溢流腔325内并固化的塑料的排出器的作用，且不会使活塞329被此气体压力从其孔327中驱出并由该孔脱离下来。
上面业已详述了实施本发明的最佳方式，但熟悉与本发明有关工艺的人将可掌握用来实现后附的权利要求书所规定的本发明的其它设计与实施形式。
权利要求
1.一种注射模塑一空心塑料制品的方法，此方法包括下述步骤将一定数量的流体塑料注入一其外形能界定此制品至少一部分的模腔中；通过将加压气体引入到上述模腔中，从模腔中将一部分塑料位移到具有一可与模腔耦合的容积流量的溢流腔中；让注入的塑料固化；从模腔中排出气体；以及从模具中取出塑料制品，改进之处包括在上述位移步骤中加大溢流腔的容积，以生产出基本上无应变的空心塑料制品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溢流腔的容积至少是部分地由一活塞的上表面界定，此活塞可滑动地安装于一气缸内并具有一上部位置与一下部位置，同时此方法还包括提高活塞上的压力使活塞移至其上部位置的步骤，而前述允许步骤则包括减小活塞上的压力的步骤。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，此方法还包括在上述注入步骤之中允许溢流腔的容积啬以生产出一基本上无应变的空心塑料制品的步骤。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，它还包括有这样的步骤提高活塞的下表面上的压力，使活塞移至其上部位置，以在上述排出气体步骤之后从溢流腔撤出部分塑料。
5.如权利要求1所述的方法生产出的注射模塑的空心塑料制品。
6.一种用来注射模塑一空心塑料制品的系统，此系统包括用于将一定数量的流体塑料注入具有外形能界定出此制品至少一部分的模腔中的装置；用于将加压气体引入到模腔内以从其中把部分塑料位移到具有一可与模腔耦合的容积流量的溢流中的装置；用于将上述气体从模腔中排出的装置，改进之处在于包括有用来在将部分塑料从模腔中位移到溢流腔内的过程中允许加大溢流腔的容积。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，上述用来允许加大溢流腔容积的装置包括一气缸和一可往复运动地安装于此气缸内的活塞，它们一起界定出溢流腔；同时此系统还包括用来控制作用在活塞上的压力，以控制活塞在气缸内运动的装置。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，上述控制装置包括用来控制活塞上压力的气垫。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，上述控制装置包括用来控制活塞的下表面上的压缩空气压力的气动控制回路。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，此系统还包括止动器，它与活塞和气缸之一相组合，以防止活塞移出气缸。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，上述止动件包括与活塞连接并随其运动的止动销。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述止动销包括一个在其中形成的孔，以便活塞的下表面与气动控制回路流体连通。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述气缸包括一个在其中的孔，用于使活塞的下表面与气动控制回路液体通连。
14.如权利要求6所述的系统，其特征在于，它还包括用来从溢流腔排出部分塑料的装置。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，上述用于排出塑料的装置包括一排出销。
16.一种用于注射模塑一塑料制品的方法，此方法包括下述步骤将一定数量的塑料注入具有外形能界定至少所述制品一部分的模腔内；将加压气体引入到模腔以在上述注入步骤中允许部分塑料位移到具有一可与模腔耦合的容积流量的溢流腔中；让注入的塑料固化；以及从模具中取出塑料制品，改进之处包括允许在上述注入步骤中加大溢流腔的容积，以生产出一基本上无应变的塑料制品。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述溢流腔的容积至少是部分地由一可滑动地安装于气缸中且有一上部位置与一下部位置的活塞的上表面确定，同时此方法还包括提高活塞上的压力，使其运动到上部位置的步骤，是还包括允许减小活塞上的压力的步骤。
18.一种制造至少是部分空心的塑料制品(337，352)的注射模塑装置，此装置具有位于一模具(322，324)内的至少一个模腔(336)；用来在压力下注射流动性塑料的至少一个料道(330，334)；至少一个用于加压气体的孔(332，355)，用来将此气体注入事先已注入模腔(336)内的塑性树脂中；至少一个附设的可调容积的溢流腔(325)，它位于模具(322，324)之内和模腔(336)之外并经通道(338，354)与此模腔连通；在上述辅助溢流腔(325)内的一可动隔件(329)以及一个沿模腔(336)的方向对隔件(329)施加的力，来减小辅助溢流腔(325)的容积，此力大于由塑料在充填模腔(336)时作用于隔件(329)上的力，且最后是在塑性树脂开始移动到辅助模腔(325)内时，小于由注射到模腔(336)内塑性树脂中的气体压力施加到隔件(329)上的力。
19.如权利要求18所述的注射模塑装置，其特征在于，所述隔件包括密封于一孔(327)内的可滑动活塞(329)。
20.如权利要求19所述的注射模塑装置，其特征在于，上述对活塞(329)施加的力是由一加压流体进行。
21.如权利要求20所述的注射模塑装置，其特征在于，上述加压流体采用的是注入塑性树脂内的加压气体。
22.如权利要求20或21所述的注射模塑装置，其特征在于，在与用于活塞(329)的孔(327)连通的一加压流体管线(348)中设有一压力控制阀(347)和./或流量控制阀(350)。
23.如权利要求20至22中任一项所述的注射模塑装置，其特征在于，所述活塞(329)有一密封圈(331)以及一个从活塞(335)的背面延伸出的减压孔(333)，在此背面加压流体则作用于密封圈(331)下方的空隙。
24.如权利要求18至23中的一项或多项所述的注射模塑装置，其特征在于，所述可动隔件(329)起到移入于辅助溢流腔(325)后已固化的塑性树脂的一排出器的作用。
25.如权利要求18至24中的一项或多项所述的注射模塑装置，其特征在于，设有一机械止动件(358，360)将活塞(329)限制到其在孔(327)中的极限位置处。
26.如权利要求18至25中的一项或多项所述的注射模塑装置，其特征在于，所述辅助溢流腔(325)是位于通过施以加压气体而被空心化的塑料制品(337，352)的空心部(344，353)的端部处的半模(322)中，在分型面(323)的于两个半模(322，324)之间的区域中有一通道(328，354)用来连接模腔(336)与辅助溢流腔(325)，而用来将加压气体注入塑性树脂内的孔(332，355)，则位于将通过施加加压气体而被空心化的塑料制品(337，352)的部分(344，353)的起始处。
27.一种用来制造至少有部分是空心的塑料制品的方法，此方法包括以下步骤通过一流道将一流动性塑性树脂注入模腔内；当此模腔最后已为塑性树脂充填时，将加压气体注入事先已注入到模腔内的塑性树脂中；将塑料制品中待空心化的这部分仍具有流动性的塑性树脂位移出并经一通道流入一与模腔连通的辅助的可变容积的溢流腔中；克服在辅助溢流腔内以力作用于隔件上通过使该辅助溢流腔的容量加大来有控制地接收塑性树脂时此隔件上的力，此力大于在充填模腔时由塑料作用于隔件上的压力，而在最后于塑性树脂开始进入辅助溢流腔时则小于由注入到模腔中塑性树脂内的气体所施加到此隔件上的压力；冷却并固化此塑性树脂；释除由注入气体而在空心段中形成的压力；打开模具取出塑料制品和已位移到辅助溢流腔内的塑料。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述作用于隔件上的力是由一加压流体产生，后者的压力是可调的。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，注入塑性树脂内的加压流体同与用来给隔件加力的气体一样。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述作用于隔件上的气体的压力与体积经调节和设定成，在预定体积量的塑性树脂地到辅助溢流腔内且隔件已适当回撤后，可于隔件两侧实现压力平衡。
31.如权利要求21至30中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述作用于隔件上的力促使移入到辅助溢流腔内并已固化的塑料在脱模过程中由此隔件排出。
全文摘要
一种利用容积一可变溢流腔(325)来注射模制塑料制品的方法与系统。在一个实现形式时,溢流腔的容积是在将加压气体引入一与溢流腔流动偶合的模腔中时改变。在另一个实施形式中,溢流腔的容积则是在注射充填模腔的塑料时变化。一可往复运动地安装于一气缸(327)内的活塞(329)确定着溢流腔的可变容积。在某一实施形式中,一气动控制回路(166)控制活塞的下表面上的压力,从而控制活塞在气缸内的位置,从而控制溢流腔的容积。在又一实施形式中,利用一气垫(188)控制活塞上的压力,以抵消塑料在活塞上的压力。在又一实施形式中,一与活塞连接的止动销(144)防止开模和溢流腔中已固化塑料从其中排出时导致活塞从气缸中脱离。一排出销(186″″)在塑料自溢流腔拉出后将其排出。提供有将一定控制量的气体压力引入到活塞的下表面上的方法,包括通过上述止动销。
文档编号B29C45/56GK1194608SQ96195021
公开日1998年9月30日 申请日期1996年5月3日 优先权日1995年5月3日
发明者詹姆斯·沃森·亨德里 申请人:梅利亚有限公司, 詹姆斯·沃森·亨德里