在注模中利用压力流体辅助注塑成型的方法和装置

摘要

本发明涉及一种利用压力流体注塑成型具有高表面质量的塑料制品的方法和装置。其中，压力流体是由一个密封的栓杆或阀而引入到以注模腔体或横浇道为边界的制品中的。所述的栓杆或阀具有一个孔口并且可在开启与闭合位置之间运动，以将气体注入到注模的副流道中。本发明的方法包括在注入树脂期间或之后，压力流体在孔口处进入流道并到达模腔，分配给模腔中的熔融塑料，在模腔内保持流体压力直至制品形成，然后将流体排出。

说明书

本发明涉及利用流体压力注塑成型的方法和装置，作为一个整体，它是对1991年3月28日的美国申请U.S.NO.07/674997（名称为“利用流体压力和机构注塑成型塑料制品的方法和装置”）的补充。

在注塑技术领域，使用压力流体来成型塑料制品这已是公知技术，这种压力流体典型的是氮气，它被引入具有熔融塑料的模腔中。这种应用的实例已在美国专利US4101617中公开。

所述的压力流体用于许多目的。首先，它使成型的制品具有中空的内部，以减轻重量和节省材料;其次，在模腔内的压力流体产生向外的压力，使塑料在制品固化时靠在注模的表面，这是最大限度地减少制品较厚截面区域（如结构助）的凹痕以提高表面质量所希望的。其它的优点包括：减小应力及色标的扭曲;接合线位置可得到较好的控制;用小吨位的压机生产大的部件;缩短厚截面件的固化时间;不用热流道;具有好的表面光洁度;管状截面得到加强。

然而，注入流体所需增加的设备和工艺控制参数大大增加了这种注塑成型的成本和复杂性。

另一个问题是，当气体和塑料由同一个注嘴注入注模时，气体被阻挡在注嘴区域内，从而在排气期间使该区域内的熔融树脂起泡，这种泡沫塑料再注入模中将会引起下一个制件的表面缺陷。

人们特别关心的是流体填充部件和流体回路，它们用于在为可重复地大量生产优质件所必需的可控的时间和压力条件下装填、注入和排放压力流体。现有的装置是通过使用复杂的阀和密封件解决上述问题的，这些阀和密封件昂贵、难以控制且需经常维护和更换，这个问题在密封件因作业而降低其使用寿命时会更加尖锐。

与塑料注入嘴分开来注入压力流体的实例已在美国专利US4935181、US4555225、US4740150和US4942006中给予了描述。通常，由于希望在距限定制品的模腔尽可能的近的地方引入压力流体，以缩短压力流体通过塑性树脂的路径，所以许多这种装置的一个问题就是，压力流体流经的孔可能会被熔融塑料堵塞;另一个问题是，当压力流体经过栓杆被引入注模中的制品内时，不受控制的压力流体沿栓杆的周围泄漏。

美国专利US4943407公开了一种利用压力流体（通常为氮气）注塑成型塑料制品的方法、装置和机构，其中，所述的机构用于在注嘴中防止气体污染熔融树脂。在该专利的一个实施例中，于上述机构中使用了一个旋转阀，它位于注模的直浇口区域内，在阀的一个位置，熔融塑料从中流过，而在阀的另一个位置，阀则阻挡住塑料的流动而使气体引入直浇口。

公开的法国专利文献NO.P.V.8912991（名称为“在压力下将气体注入到一个单件的塑料材料的加工注模中，使用这样一种注入器的注模和压机，以及所得到的塑料制品”）描述了一个固定的气体注入器，它伸入模腔中，气体经过位于注入器的一个套壳和其一个杆之间的一个直径非常小的间隙而注入到模腔中。

本发明的目的是提供一种注塑成型塑料制品的方法和装置，它使用一个与限定制品的模腔相邻或在模腔之中并且可在开启与闭合位置之间运动的密封阀，用以引入压力流体，同时防止污染在装置注嘴中的熔融树脂。

为实现本发明的上述目的和其它目的，本申请提供了一种在注塑成型装置中注塑成型塑料制品的方法。注塑成型装置包括一个树脂注入嘴和一个注模，注模具有一个位于上游用以接收来自注嘴的熔融树脂的注入孔、一个位于下游的模腔、一个位于上游和下游之间用以使流体在注入孔和模腔中流通的树脂流道和一个与树脂流道相连的副流道。本发明的方法包括：对填充的流体以预定的压力加压，然后由注嘴经注入孔和流道向模腔内以额定注入压力注入熔融塑料。该方法还包括：将压力流体引到通向副流道并通向在注模中位于上、下游位置之间的树脂流道的一个孔中，并将其由该孔引入流道，分配给模腔中的熔融塑料。本方法还进一步包括：阻止所引入的流体由流道经注入孔移入注嘴中，在制品中保持流体压力直到制品在模腔中形成，然后将流体排入大气。注模具有阀装置，该阀具有远离注嘴的孔口并且可在开启与闭合位置之间相对于注模的其余部分运动，该阀装置在开启位置允许所填充的流体穿过孔口传输，而在闭合位置阻止所填充的流体流过孔口进入流道。引入流体的步骤还包括移动所述的阀装置和孔口。所述流道不伸入到阀中。

为了实现本发明的上述目的和其它目的，在此还提供了一种用于注塑成型塑料制品的注塑成型装置。该装置包括一个注塑成型机和一个注模，注塑成型机具有一个用于引入熔融塑料的注嘴，注模具有一个在上游位置接收熔融塑料的树脂注入孔、一个在下游位置限定成型制品形状的模腔、一个在上、下游位置之间使注入孔和模腔中的流体连通的树脂流道和一个与该流道相连的副流道;该装置还包括以预定压力对流体加压的流体填充装置以及流体回路装置，流体回路装置于上游和下游位置之间在通向将流体引入流道的副流道的孔口处将流道和流体填充装置相到连接，以将填入的流体分配给模腔中的熔融塑料。流体回路装置进一步包括阀装置，它具有远离所述注嘴的孔口且可在开启与闭合位置之间相对于注模的其余部分运动。阀装置在开启位置将填充的流体经孔口引入流道，并在闭合位置阻止所填充的流体通入流道，并在闭合装置阻止所填充的流体通入流道中。流道不伸入阀装置中。

阀装置最好是可以旋转运动的。

阀装置最好还包括一个可在伸出位置与收回位置之间相对于阀装置的其余部分运动的顶杆。本发明的方法也最好进一步包括打开注模、然后移动顶杆至其伸出位置以从模腔中顶出制品的步骤。

流体入口或入点的位置在注嘴的下游、并且相邻于用以限定制品的模腔，或是处于模腔之中，在注模的该区域中注模相对较凉。在许多现有传统的结构中，流体的入点是处在经过注嘴的一个区域中的。在该处，塑料相当热且处于其成型温度。

本发明的上述目的和其它目的、特点和优点通过下面参照附图对实施发明的最佳形式的详细描述，将会更加明显。

图1是一个部分剖视图，它表示了本发明的方法和装置，其中，装置的注嘴包括一个截流阀;

图2是一个气栓或阀的剖视图，它具有一个位于图1注模的横浇道一侧的顶杆，并且用虚线表示了阀的开启和闭合位置;

图3是与图2类似的视图，只是气阀位于横浇道内且处于闭合位置;

图4是与图3类似的视图，其中的气阀处于其开启位置;

图5是一个部分剖视图，其中的气阀在开启位置;

图6是与图2相似的一个视图，进一步表示了在气栓中的孔口;

图7是一个部分剖视图，表示了气体被注入注模以及气阀从横浇道偏转后注模和塑料制品的状态;

图8是一个部分剖视图，表示了气体经气栓和一个副流道注入制品后注模和塑料制品的状态;

图9是沿图8中9-9线的部分剖视图，其中气体阀栓处于开启位置;

图10是与图9类似的视图，此时气阀处于闭合位置;

图11是与图8类似的视图，此时气体已被注入横浇道系统，且没有进入制品。

参见图1，本发明的方法用于成型具有中空截面的塑料制品，在制品成型过程中由注模12限定的模腔10中有压力流体。压力流体的存在产生一个向外的压力，它将凹痕减到最少，并降低材料用量和成型制品的重量。

首先，对填充的流体以一个预定的压力加压，该压力可以高于或低于额定注塑压力。对流体加压的最好的方法和装置已描述在上述共同未决的申请中。如果在注入树脂期间注入流体，注入流体的压力可以低于注塑压力，如果是在注入树脂之后引入流体，则流体压力可高于或低于注塑压力。

然后，将熔融塑料由普通注塑成型机的一个注嘴14经一个流道以额定的注塑压力注入模腔10中，熔融塑料的量（即塑料注料量）少于通常填充模腔所需的塑料量。

然后，将压力流体（最好是氮气）从一个腔室接通并经一个孔口16引入上述流道，孔16穿过一个气栓或阀18。

一旦注入塑料基本结束，就控制压力流体流过孔口16，然后流体进入流道并一直到达模腔。当塑料凝固而确定模制件的形状时在注模内保持压力流体，此时，压力流体产生向外的压力，这一压力迫使塑料与注模表面的细部结构相一致，使之具有优良的细部结构，并使凹痕或其它表面缺陷最少。

最后，在打开注模取出光滑的模制件之前，将流体从模腔中排出。

图1是用于实现本发明注塑成型方法的装置结构的总示意图。

利用一个改进的注模12来实现压力流体（典型的是氮气）的控制输入。注模12包括气栓或阀18，阀18可转动地安装在注模12下半部的一个横浇道20内，或与之相邻安装。

一个注模直浇口22与一个普通注塑成型机的注嘴14相配合，成型机的注嘴14与注模12表面上的凹面24相配合，从而为塑料从成型机经直浇口22流入模腔10提供了一个连续的通道26。

经过孔口16将压力流体引入流道中。

阀18借助一个衬套28可转动地安装在注模12中，衬套28具有一个通孔30，它与一个穿过注模12下半部而延伸的气道32对准。

参见图7，气道32中的气流由进气阀34和排气阀36控制，进气阀34本身又与一个向阀18填充和引入压力流体或气体的装置相通，这在上述的申请中已作了详细描述。

O形环38和40分别在阀18和注模12之间以及阀18和衬套28之间提供一种气体密封。

阀18的下部具有一个固定在其上的齿轨或转动齿轮42，以使一个旋转驱动器或其它驱动器能够转动齿轮42和整个阀18。

阀18还包括一个顶杆44，它可滑动地安装在阀18的托架中，在伸出位置和收回位置之间运动。在由收回位置至伸出位置运动期间，顶杆44可从打开的注模12中顶出塑料件。

在注塑行程期间或稍后于此期间，阀18旋转，从而使孔16由其阀合位置转至其开启位置，如图2～4所示，然后，一旦激发阀34（此时阀36闭合），就经流道32向流体注入孔口接通气体。在孔16处的流体压力具有预定值。在孔16处的流体压力值可以通过一些人工试验过程和对在试验过程中生产出的模制件表面质量的审查来确定。

在注入气体时，气体在模腔中沿阻力最小的路线运动。由于熔融塑料从其外表面向内冷却固化，所以气体将进入塑料的较热和较软的内部，通常这种塑料成型件具有较厚的截面（如结构肋），在该区域，塑料的内部产生一个空腔并将塑料向外膨胀以填充模腔。在成型过程的气体注入阶段，可以使气体压力保持一个有效的常数，或者在气体于塑料内膨胀时使压力衰减。

在操作中发现，所注入的流体一旦触到模腔中的塑料就会遇到一个初始阻力，并且一旦气体进入塑料，阻力就会明显下降。因此，应当使流体保持一个较高的初始突破压力，之后再逐步地或以其它形式使流体压力下降，以避免当塑料制品在模腔中形成时在制品内部产生不必在的高流体压力。在塑料冷却并固化之前在控制地降低压力，可以减小制品出现应力的可能，有应力的制品在注模外将产生变形。

当塑料制品充分冷却、在结构上可以自支撑时，在阀36的控制下（此进阀34关闭）将其中的气体经同一个孔16排入大气。气体的排放可以仅通过孔16来完成，或者与注嘴14离开注模12（即直浇口断开）的运动相结合而完成。

最好是计量或调节气体向大气中的排放，以减小将液态塑料带出、或污染流体、以及因此而产生的对流体通道的污染或堵塞等危险。然后，可以将注模打开并用顶杆44将制件顶出。

随着阀18从横浇道20偏转，气体将趋于向着直浇口22运动（如图7所示），所以，在注嘴14中使用了一个截流阀46，以阻止气体进入注口22，相反应地，气体将用于在注模12的直浇口22中填充熔融树脂。

当阀18实际上在模腔10或横浇道20中时，防止了压力气体污染注嘴14中的塑料，即使在没有截流阀、而在与图4所示的塑料流动方向相同的方向上注入气体的情况下也是如此。

显然，孔16从未在上游位置和下游位置之间沿着树脂流道直接通向塑料流动的方向，因而也就不同于以前的设计，在孔16中几乎不存在塑料凝固的问题。

参见图8到图10，在此给出了本发明的另一个实施例，其中，一个由18’表示的栓杆或阀可转动地安装在一个改进了的注模12’中，栓杆18’由一对隔开的环形密封件38’和40’密封。

压力气体经过孔16’、栓杆18’的低平部位50和在注模12’内形成的副流道52，注入注模12’内的用以限定制品的空腔10’中。孔16’通向隔开的密封件38’和40’之间的副流道52。密封件38’、40’和副流道52的应用阻止了压力气体沿栓杆18’侧面的泄漏，换句话说，副流道52和密封件38’、40’使栓杆18’“气密封”。栓杆18’的低平部50使得副流道52的孔不必精确地对准图9所示的栓杆18’开启位置的孔16’。图10示出了处于闭合位置的栓杆18’。

栓杆18’的顶面54在限定制品的模腔10’中至少部分地限定树脂流道，而栓杆18’的圆柱侧面56除了在副流道52的区域外不与树脂相接。

图11表示了在另一种改进的注模12”中的旋转栓杆18’，不同的是图11中的栓杆18’位于注模12”的横浇道系统中。压力气体注入模12”的一个副流道52”中但不进入注模12”的直浇口22”内，相反地，由副流道52”出来的气体流入限定制品的腔体中（未示出）。在注模12”中，栓杆18’的顶面54帮助构成注模12”的分型线60。

再看图8到图10，密封件38’和40’与副流道52”的应用一起防止了压力气体从栓杆18’的侧面泄漏（即，气体取阻力最小的路径-进入副流道52”中的树脂中）。

虽然每个栓杆18、18’均被描述为是可旋转的栓杆，但是使用一个可直线运动的栓杆和一个带孔的套管从而通过注模的副流道来注入气体，这也至少可以实现本发明的一个方面。

在详细描述了实施本发明的最佳方式之后，熟悉本发明领域的人员将能得出各种设计和结构来实现从属权利要求所限定的发明。