專利名稱：用于控制注射壓縮模制的器具和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模制裝備。更具體而言，本發(fā)明涉及用于注射模制塑料的裝備。本發(fā)明還能夠應(yīng)用于其它材料的注射，例如，以鋁或黃銅為例的金屬，從而本發(fā)明 并不一定限制為只是注射塑料。同樣地，本發(fā)明能夠應(yīng)用于模制裝備需要進(jìn)行修改的情況。
背景技術(shù)：
對于塑料的常規(guī)注射模制，熔化的塑料在相對較高的壓力下注射進(jìn)入夾持的閉合 模具腔。通過使用注射進(jìn)入閉合模具腔的這種系統(tǒng)，壓力在模具之內(nèi)建立起來，并且這種 壓力也取決于所使用的塑料材料的類型。通過這種常規(guī)技術(shù)及其導(dǎo)致的較高壓力，對于能夠?qū)崿F(xiàn)的最大流動路徑和材料壁 厚產(chǎn)生限制。反過來，這又導(dǎo)致在產(chǎn)品中產(chǎn)生內(nèi)在應(yīng)力以及質(zhì)量損失。另一方面，在已知的技術(shù)中，由于在材料的初始注射過程中模具本身并未完全閉 合，模具腔的尺寸會增大。然后，通過使用注射機(jī)器上的適應(yīng)模具閉合系統(tǒng)而使得模具閉
I=I O這樣的技術(shù)稱為(注射)壓縮模制，其具有的主要缺點(diǎn)在于，與上文參考的注射模 制的常規(guī)技術(shù)比較，這樣的技術(shù)是一種控制程度有限的工藝。壓縮模制的一種改進(jìn)變型也是廣泛公知的，其中稱為芯體(或滑塊)的可移動內(nèi) 部模具部件回縮至某一位置，從而在材料注射的起始點(diǎn)導(dǎo)致模具腔擴(kuò)大。材料注射之后，可移動芯體經(jīng)由機(jī)器中的分離機(jī)構(gòu)被向前推動，以充分壓縮模具 中的材料。從工藝控制的觀點(diǎn)來看，這的確是對常規(guī)壓縮模制的改進(jìn)。兩種工藝都提供了對于流動路徑與壁厚的比的改進(jìn)以及最終產(chǎn)品內(nèi)部部件應(yīng)力 的減小。后一種方法的已知缺點(diǎn)在于，材料以不受控的方式流動進(jìn)入模具，所述模具相對 而言是一個較大的開放空間。其結(jié)果是，在最終產(chǎn)品中產(chǎn)生流動鋒面線(front lines)的可能性較大。此外，塑料以不受控的方式在接觸區(qū)域冷卻，然后溫度較高的高速流動材料在所 述接觸區(qū)域之間被擠壓。當(dāng)產(chǎn)品的視覺外觀特別重要的時候，特別對于無定形材料而言，所導(dǎo)致的這種噴 射效果的形成是一種重大缺點(diǎn)。不受控的結(jié)晶作用也導(dǎo)致在材料中形成不需要的冷鋒(cold fronts)，其會在最 終產(chǎn)品中產(chǎn)生薄弱環(huán)節(jié)和質(zhì)量問題。無人能夠通過簡單的方式控制所需要的內(nèi)部壓力來對這些冷鋒之間流體塑料熔化物進(jìn)行壓縮以完全填充腔并且達(dá)到所需的壁厚。類似地在這個背景下，htercable SRL公司的專利EP 1208955公布了用于塑料 的注射系統(tǒng)，其特別地涉及包括一個或一個以上圓柱形受控腔的模具的使用，在所述圓柱 形受控腔中，模具腔的平坦側(cè)面借助于可移動芯體而閉合。在開始位置，芯體放置為抵靠圓柱形模具的相對平坦側(cè)面，或者放置為與圓柱形 模具的相對平坦側(cè)面有非常小的距離，從而產(chǎn)生不具有空間或者具有非常小的空間的腔。在熱塑性樹脂的注射過程中，通過適當(dāng)?shù)姆磯褐С志臀坏男倔w被緩慢地從其初始 位置向后推動，導(dǎo)致腔空間以受控且對稱的方式增大，直到最后實(shí)現(xiàn)腔的完全打開。這就能夠進(jìn)行具有光滑無應(yīng)力表面的厚壁圓柱形部件(例如，圓柱形酒瓶瓶塞類 型的形狀)的注射。已知的缺點(diǎn)在于模制的部件的壁相對較小較厚，并且在于部件設(shè)計僅限于非常簡 單的圓柱形部件。根據(jù)紐約General Electric Schenectady 的專利 NL 7906154 和 US 4185835，一 種用于塑料的注射的工藝同樣是已知的，其中模具包括具有陰半部和陽半部的固定單元， 其結(jié)合了可移動壓縮芯體。模具腔限定為陰模具半部和陽模具半部之間的空間。此外，該裝備包含將熱塑性樹脂注射進(jìn)入模具的裝置以及在注射周期的最后 20-25%的過程中控制壓縮芯體的裝置。壓縮芯體將會向前移動0. 25mm至0. 50mm,以在冷卻階段中使得部件保持在特定 壓縮之下。該工藝的眾所周知的缺點(diǎn)在于，其僅僅能夠用于生產(chǎn)基本上平坦或者稍微彎曲的 部件，例如，比方說用于太陽鏡、安全眼鏡等等的光學(xué)透鏡，其優(yōu)選地具有3. 6至3. 5mm的壁厚。此外，根據(jù)德國PeguformWerke GmbH的專利DE 4301320，一種塑料工藝是已知 的，其中模具具有兩個半部，在它們之間以閉合形式限定了腔，并且其中模具半部的至少一 個包含一個或一個以上可移動芯體?？梢苿有倔w能夠移動進(jìn)入腔，這種方式使其與模具的相對的半部接觸。其結(jié)果是，在特定的起始條件下，模具半部的至少一個的表面減小，從而導(dǎo)致模具 閉合力減小。在材料部分變硬之后，芯體從腔回縮，然后新形成的腔在第二步驟中在減小的注 射壓力下進(jìn)行填充。這種工藝的已知缺點(diǎn)在于，由于通過減小模具半部的表面面積，可移動芯體僅僅 能夠以垂直方式在相對的模型半部上閉合從而具有減小機(jī)器的閉合力的效果，從而只能夠 生產(chǎn)具有簡單幾何形狀的產(chǎn)品。該方法的進(jìn)一步的缺點(diǎn)在于，在可移動芯體回縮之后形成、并然后在第二注射步 驟中填充的腔中以及周圍產(chǎn)生流線和應(yīng)力。盡管進(jìn)行各種二次處理，例如熱退火，這些流線 和應(yīng)力線也不能去除?？偠灾梢哉f所有上述工藝更大程度上是機(jī)器工藝，言下之意是在不考慮材 料的性質(zhì)時不可能具有一種系統(tǒng)的閉環(huán)工藝控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種針對上述以及其它工藝的缺點(diǎn)的解決方案，由于本發(fā)明 的工藝能夠根據(jù)能夠進(jìn)行設(shè)置的特定參數(shù)而改變(這與不能根據(jù)特定參數(shù)改變的固定工 藝類型相反)，這就意味著應(yīng)用可能性要廣泛得多(薄壁和厚壁模制、不同材料等等)。本發(fā)明使用一種通過利用模具注射熔化的熱塑性塑料而生產(chǎn)塑料部件的機(jī)器作 為基礎(chǔ)，所述模具由至少兩個模具或部件半部組成，所述模具或部件半部在閉合時包括腔 和芯體，從而在所述模具或部件半部的至少一個中包括了至少一個可移動模具部件，從而 包括了設(shè)計裝置，用于通過對腔中的壓力進(jìn)行主動控制而對所述可移動模具部件的移動進(jìn) 行控制。其優(yōu)點(diǎn)在于，該設(shè)計使得熔化的材料能夠?qū)崿F(xiàn)更長的流動路徑并且能夠?qū)α鲃舆M(jìn) 行更好的控制。其結(jié)果是消除了內(nèi)部部件應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)了更好的部件質(zhì)量，以及更長的使用時間、更 好的化學(xué)和物理抗性，以及極佳的表面光潔度。進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于冷卻時間顯著縮短，其結(jié)果是周期時間大大縮短。然后這對于生產(chǎn)成本具有直接的影響，能夠以較低的成本以較大的容量生產(chǎn)部 件，除此之外能量成本也降低了，結(jié)果是所產(chǎn)生的溫室氣體也減少了。另一個優(yōu)點(diǎn)在于，機(jī)器夾持力的最小量能夠根據(jù)設(shè)計需要而使用，這就意味著避 免了特別沉重且昂貴的裝備構(gòu)造以及機(jī)器參數(shù)的頻繁重置。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選應(yīng)用，所述腔和/或所述芯體和/或二者將會是可移動的并且 封裝在模具構(gòu)造中。此外，機(jī)器將會裝備為通過阻力壓力使得移動模具部件保持就位，這種 阻力壓力將通過塑料材料的性質(zhì)(例如熔融粘度、熔融流動等等)以及施加至芯體的壓力 而確定。優(yōu)選地，機(jī)器將會裝備為對被腔壓力驅(qū)動的可移動模具部件的位移進(jìn)行控制，從 而在塑料材料注射過程中，腔由于模具部件的位移而擴(kuò)大，同時材料流動受到控制。在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)器裝備為使得可移動模具部件能夠以受控的速度并根據(jù)腔壓力 向后移動至其初始位置，從而在熱塑性塑料的注射之后，腔形式完全等同于產(chǎn)品形式。在最優(yōu)選的應(yīng)用中，機(jī)器裝備為通過液壓、氣動或機(jī)械裝置而對可移動模具部件的 移動進(jìn)行控制，例如比方說通過液壓缸或桿，或者通過這些裝置的一種或一種以上的組合。此外，根據(jù)更加優(yōu)選的應(yīng)用，所述可移動模具部件由不同部件組成，所述不同部件 能夠以受控速度根據(jù)內(nèi)腔壓力單獨(dú)或組合在一起進(jìn)行移動或定位。


為了更好地展示本發(fā)明的關(guān)鍵原理，參考所附的示意圖對裝備的優(yōu)選實(shí)施方案的 例子進(jìn)行了非限制性的描述，其中圖1示意性地表現(xiàn)了模具橫截面。
具體實(shí)施例方式圖1顯示了由模具2組成的裝備1的橫截面，該模具2又由兩個部件模型或模具半部3和4組成，它們通過由箭頭5和6表示的閉合力支持為閉合在一起。可移動模具部件7包容在模具半部4中。可移動模具部件7又由可移動芯體8和可調(diào)節(jié)定位設(shè)備組成，可移動芯體8能夠 進(jìn)入另一模具半部3，可調(diào)節(jié)定位設(shè)備在此由液壓缸9簡單示出，從而芯體8能夠來回移動 可變距離Xl或者只是保持就位。第二可調(diào)節(jié)定位設(shè)備(在這里由液壓缸10簡單地示出)能夠單獨(dú)運(yùn)行或與缸9 組合運(yùn)行，以將可移動芯體8通過受控移動距離X2而定位回其初始或起始位置。在可移動芯體8和模具半部3之間限定了腔11，其形式在每個周期的起點(diǎn)和終點(diǎn) 等同于最終產(chǎn)品的形式，熔化的熱塑性樹脂注射進(jìn)入該腔11，在冷卻之后最終產(chǎn)品從模具 2取出。為了清楚起見，系統(tǒng)的其余部分大都排除在圖之外，也就是說，排除的部分包括用 于注射熔化的熱塑性塑料的裝備、取出銷、定位引導(dǎo)器、升溫和冷卻電路、熱控制系統(tǒng)、液壓 缸和連接裝置、傳感器等等。模具1的機(jī)構(gòu)是非常簡單的，如下文所述。初始狀態(tài)下，通過彼此壓靠的模具半部3、4，模具2在一定的閉合壓力5、6的作用 下閉合。因此，內(nèi)部可移動部件7及其可移動芯體8來到使腔11中的腔尺寸等于最終產(chǎn)品 的尺寸的位置。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可移動模具部件7能夠通過可調(diào)節(jié)定位設(shè)備9、10的使用而沿著 距離Xl上下移動。這些可移動定位設(shè)備能夠通過液壓方式，和/或通過氣動方式和/或在氣體壓力 下，和/或通過機(jī)械方式(例如通過使用桿系統(tǒng))，單獨(dú)通過某種方式或者將一些方式組合 在一起而運(yùn)行。芯體8和模具半部3—起限定了腔11，該腔11通過特定的預(yù)定阻力壓力而支持就 位，例如通過使用可調(diào)節(jié)定位設(shè)備9。熔化的熱塑性塑料以常規(guī)方式注射進(jìn)入腔11，其中可移動模具部件8的位置通過 阻力壓力而支持就位并受到控制，所述阻力壓力除其它因素之外由注射的材料及其流動流 變的性質(zhì)確定。其結(jié)果是，腔11的尺寸臨時增大，這由腔壓力驅(qū)動和控制，所述腔壓力導(dǎo)致模具 腔11中更長的流動路徑以及最優(yōu)的特定熔融流動和材料分布。在流動速率下降的時刻，可移動模具部件8隨后返回至其初始位置，腔11的形式 再一次等同與最終產(chǎn)品的形式，從而使得方向和控制再次由模具腔11本身中的有效壓力 和工藝條件確定。在部件在受控冷卻條件下進(jìn)行充分固化之后，產(chǎn)品通過常規(guī)的方式在正確的時刻 從模具取出。本發(fā)明對于使用這種裝備設(shè)計的應(yīng)用而言也是有用的。在這里進(jìn)一步描述優(yōu)選實(shí)施方案的一個例子，以對本發(fā)明進(jìn)行非限制性的展示。從閉合的模具2開始，可移動模具部件7在周期結(jié)束時處于其適當(dāng)位置，從而腔11 中的腔形式完全等同于產(chǎn)品的形式?？梢苿幽＞卟考?通過從部件之后施加的預(yù)定壓力而鎖定就位。
這種壓力能夠為氣動形式、液壓形式或機(jī)械形式(即，具有桿)。
其結(jié)果是，可以對內(nèi)部腔壓力進(jìn)行準(zhǔn)確控制。因此在熔化的熱塑性塑料注射進(jìn)入腔11時，取決于材料性質(zhì)(例如熔融粘度和芯 體張力)，可移動模具部件7在一定壓力下支持就位。在材料注射時，熔融流動將會受到可移動模具部件7的控制，可移動模具部件7受 到腔壓力的控制并且被推回可變距離XI，導(dǎo)致腔11膨脹。其結(jié)果是，避免了噴射效果、流線和不需要的結(jié)晶作用?！┤廴诹鲃铀俾氏陆?，可移動模具部件7就根據(jù)腔壓力以受控的速率通過阻力 壓力的控制而移動回到起始位置。因此，通過這種技術(shù)，對于這種模具腔11中的熔化的塑料而言，實(shí)現(xiàn)了更長的流 動路徑以及改進(jìn)的流動控制。此外，最終產(chǎn)品中的內(nèi)部應(yīng)力得以消除。如此，熔化的熱塑性塑料熔融物在模具腔11中完美地分布和引導(dǎo)。除此之外，冷卻時間顯著縮短，從而導(dǎo)致周期時間縮短，產(chǎn)生上文描述過的優(yōu)點(diǎn)。通過這種技術(shù)，增大兩個模具半部3和4上的模具閉合力的需求絕對是不必要的。所有的壓力、模具腔容積改變和移動都建立起來了，并且完全受控。通過這種技術(shù)，工藝能夠建立起來并且具體受到機(jī)器和工藝設(shè)置的控制，這與簡 單運(yùn)行條件相反，這就擴(kuò)展了應(yīng)用潛力(以不同的材料生產(chǎn)厚壁和薄壁產(chǎn)品，等等)。本發(fā)明并不限于上文給出的例子，也不受到示意圖中例子的限制。事實(shí)上，裝備設(shè) 計和應(yīng)用能夠通過形式和尺寸的所有方式進(jìn)行改變，并且通過所有種類的應(yīng)用形式進(jìn)行實(shí) 施，而不超出本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種模制裝備，用于通過熔化的熱塑性樹脂的注射而生產(chǎn)塑料部件，該模制裝備主 要由模具( 組成，該模具O)由至少兩個模具半部(3、4)組成，所述模具半部在閉合時 一起產(chǎn)生腔(11)和芯體(8)，其中至少一個模具半部或模具部件(3和/或4)包含具有必 需系統(tǒng)的至少一個可移動模具部件(7)，以通過使用腔(11)壓力的主動控制而對模具部件 (7)的移動進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模制裝備，其中所述腔(11)和/或所述芯體(8)和/或兩者 都構(gòu)造在所述模具(2)之內(nèi)并且是能夠移動的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的任一項所述的模制裝備，其中該模制裝備包含一種系統(tǒng)，所述 系統(tǒng)在一定壓力下將所述可移動模具部件(7)保持就位，所述壓力取決于注射的樹脂的材 料性質(zhì)，例如比方說熔融粘度、熔融流動以及可移動芯體上所產(chǎn)生的壓力。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的模制裝備，其中該模制裝備包含一種系統(tǒng)，所述 系統(tǒng)允許所述可移動模具部件(7)在熔化的熱塑性樹脂注射時在腔壓力的控制下產(chǎn)生位 移，從而擴(kuò)大腔(11)的尺寸并且同時對熔化的熱塑性樹脂的流動進(jìn)行控制。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的模制裝備，其中該模制裝備包含一種系統(tǒng)，所述 系統(tǒng)使得所述可移動模具部件(7)能夠根據(jù)腔壓力在熔化的熱塑性樹脂注射時以受控的 速度返回至所述可移動模具部件(7)的初始位置，從而使得腔(11)的尺寸恢復(fù)為完全等同 于所生產(chǎn)的產(chǎn)品的尺寸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的模制裝備，其中用于所述可移動模具部件(7)的 移動的控制系統(tǒng)基于液壓裝置和/或氣動裝置和/或機(jī)械裝置，例如比方說液壓缸或桿機(jī) 構(gòu)，或者基于這些裝置的一種或一種以上的組合。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的模制裝備，其中所述可移動模具部件(7)本身由 具有控制系統(tǒng)的分離部件組成，所述控制系統(tǒng)能夠使得各個分離部件以受控的速度根據(jù)腔 壓力單獨(dú)或一起進(jìn)行移動或定位。
8.一種使用根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的模制裝備的方法，其中，在熔化的熱 塑性樹脂注射之前，所述腔(11)閉合，所述可移動模具部件(7)來到起始位置，其中腔(11) 的形式完全等同于待生產(chǎn)的產(chǎn)品的形式，并且腔(11)的形式通過施加在上述可移動模具 部件(7)的后側(cè)上的預(yù)定背壓而支持就位，并且其中在熔化的熱塑性樹脂注射進(jìn)入所述腔 之后，所述可移動模具部件(7)在腔壓力作用下移動，這種方式使得所述腔(11)增大并且 熔化的樹脂流動被控制為某種程度，在該程度下，在樹脂的流動速率下降的時刻，所述可移 動模具部件(7)以受控的方式返回至所述可移動模具部件(7)的初始起始位置并且承受腔 壓力，并且其中在該起始位置，模具腔(11)在尺寸上再次等同于正在生產(chǎn)的產(chǎn)品的形式。
全文摘要
模制裝備，用于通過熔化的熱塑性樹脂的注射而生產(chǎn)塑料部件，該模制裝備主要由模具(2)組成，該模具(2)由至少兩個模具半部(3、4)組成，所述模具半部在閉合時一起產(chǎn)生腔(11)和芯體(8)，其中至少一個模具半部或模具部件(3和/或4)包含具有必需系統(tǒng)的至少一個可移動模具部件(7)，以通過使用腔(11)壓力的主動控制而對模具部件(7)的移動進(jìn)行控制。
文檔編號B29C45/56GK102149530SQ200880131134
公開日2011年8月10日 申請日期2008年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月15日
發(fā)明者J·G·德容熱 申請人:莫梅克斯有限公司