注塑装置中的喷嘴和模具部件之间的间隙密封 【发明领域】
本发明涉及注塑装置，更具体地涉及注塑装置中的喷嘴和模具部件之间的密封。
【发明背景】
热流道注塑装置通常包括喷嘴，其被加热以将其中的熔体保持在受控制的温度下。喷嘴通常与形成了一个或多个模具型腔的模具部件相接触。模具部件中的模具型腔填充有最初流过喷嘴的熔体。然后模具部件通常被冷却，以便使模具型腔内的熔体固化，这样便形成了多个模制品，然后从模具型腔中顶出这些模制品。
由于喷嘴通常被加热，并且模具部件在至少一部分注塑循环中被冷却，因此希望有较少的热量从喷嘴传递到模具部件中。在过去已经提出了许多喷嘴结构来解决这一问题。
在授予Hume等人的美国专利No.5554395中显示了这种喷嘴结构的一个例子。该’395专利公开了一种多件式喷嘴嘴头组件，其包括嘴头件、嘴头环绕件和弹性件。弹性件设于嘴头件和模具部件之间，以阻止熔体从中泄漏。然而，热量可能会从嘴头件经由弹性件泄漏到模具部件中。特别是，热量损耗发生于嘴头件的下游端附近，在这里对熔体温度的控制非常重要。
因此，一直需要一种具有进一步提高的传热效率的新型喷嘴结构。
发明概要
在第一方面，本发明涉及一种用于注塑装置的喷嘴，该喷嘴包括喷嘴主体、加热器和第一间隙密封面。喷嘴主体形成了喷嘴主体熔体通道，其处于熔体源的下游并与之流体相通，并且处于通到模具部件的模具型腔中的浇口地上游并与之流体相通。加热器与喷嘴主体热连接，以便加热喷嘴主体熔体通道中的熔体。第一间隙密封面位于至少与喷嘴主体间接相连的结构上。第一间隙密封面通过间隙而相对于模具部件上的第二间隙密封面分隔开。间隙的大小制成能够阻止熔体在第一间隙密封面和第二间隙密封面之间流动。
在第二方面，本发明涉及一种结合有上述喷嘴的注塑装置。
附图简介
为了更好地理解本发明并更清楚地显示如何实施本发明，下面将借助示例并参考附图来进行介绍，在图中：
图1是根据本发明第一实施例的喷嘴的一部分的剖视图；
图2是图1所示喷嘴的密封部分的放大视图；
图3a是根据本发明第二实施例的喷嘴的一部分的剖视图；
图3b是图2所示喷嘴的密封部分的放大视图；
图3c是根据本发明第三实施例的喷嘴的一部分的剖视图；
图4是根据本发明第四实施例的喷嘴的一部分的剖视图；
图5是根据本发明第五实施例的喷嘴的一部分的剖视图；
图6是根据本发明第六实施例的喷嘴的一部分的剖视图；
图7是根据本发明第七实施例的喷嘴的一部分的剖视图；
图8是图7所示喷嘴的一部分的剖视图；
图9是根据本发明第八实施例的喷嘴的一部分的剖视图；
图10是根据本发明第九实施例的喷嘴的一部分的剖视图；
图11是根据本发明第十实施例的喷嘴的一部分的剖视图；和
图12是结合有根据本发明第十一实施例的喷嘴的注塑装置的剖视图。
优选实施例的描述
参见图1，图中显示了根据本发明第一实施例的喷嘴10。喷嘴10用于将熔体从热流道注塑装置的集料管中的流道传送到模具部件12的模具型腔11中。在模具部件12中还可包括模具型腔冷却通道13。
喷嘴10包括喷嘴主体14、嘴头16和加热器17，并可包括嘴头环绕件18、对齐件20和热电偶26。喷嘴主体14具有从中穿过的主体熔体通道28。
加热器17可以是任何适当类型的加热器，例如电阻丝加热器或套筒式加热器，只要它们能够与喷嘴主体14热连接，即加热器17连接成热量可从加热器17传递给喷嘴主体14就可以。例如，加热器17可卷绕在喷嘴主体14上的凹槽内，该凹槽形成于喷嘴主体14的外表面上。
嘴头16可拆卸地连接在喷嘴主体14上。嘴头16形成了从中穿过的嘴头熔体通道30，其处于主体熔体通道28的下游并与之流体相通。嘴头熔体通道30可从嘴头16中离开而进入到腔32中。浇口34将熔体从腔32传送到模具型腔11中。
熔体从熔体源中流出，穿过流道部件如集料管中的一个或多个流道、喷嘴主体熔体通道28、嘴头熔体通道30、腔32、浇口34，最终进入到模具型腔11中。浇口34的中心形成了通到模具型腔11中的轴线35，其平行于熔体流经浇口34的方向。
从嘴头熔体通道进入到腔32中的出口由标号36显示。出口36可与轴线35同心，如图1所示。
由于熔体流经嘴头16，因此采用嘴头16来将热量从加热器17中传递给熔体。为了促进传热，嘴头16优选由传热材料如铍铜制成。
由于熔体流经嘴头16，因此嘴头16将暴露在高磨损性的环境下，希望用耐磨性材料来制造嘴头16。这种可传热且耐磨的材料的一个例子为碳化钨。可按照美国专利No.5658604(Gellert等人)中的公开内容来制造嘴头16，该专利通过引用结合于本文中，并公开了使用碳化钨的喷嘴嘴头结构。
嘴头16可位于喷嘴主体14的内孔37中。取决于选择用于嘴头16的材料，在嘴头16上加工出螺纹部分是比较困难的。此外，取决于制造嘴头16所用的材料，这种螺纹部分较脆且会过早失效。因此，通过将嘴头16制成为不带有螺纹，其制造就可从大量的材料中选择。
此外，与带螺纹的嘴头相比，通过将嘴头16制成为不带有螺纹，就可节约一些嘴头16和喷嘴主体14的制造成本。
嘴头环绕件18可将嘴头16固定在喷嘴主体14内。嘴头环绕件18可包括压紧面38，其与嘴头16上的台肩39对接以将嘴头16固定住。压紧面38和台肩39可相互配合以形成机械式密封。
嘴头环绕件18可拆卸地连接在喷嘴主体14上。例如，嘴头环绕件18可包括嘴头环绕件螺纹部分40，其可与喷嘴主体14上的相应的喷嘴主体螺纹部分41相配。图1所示的螺纹部分40为外螺纹，然而，嘴头环绕件也可包括能够与喷嘴主体14上的外螺纹相配的内螺纹。
嘴头环绕件18还可包括工具接合部分42，其用于接受工具(未示出)，以将嘴头环绕件18安装在喷嘴主体14上和从中拆下来。
如图2所更清楚地显示，间隙密封48可由嘴头环绕件18与模具部件12相配合地形成。更具体地说，嘴头环绕件18上的嘴头环绕件密封面50可与模具部件12上的模具部件密封面52相互配合，从而形成了间隙密封48。嘴头环绕件密封面50可以是嘴头环绕件18上的外表面，而模具部件密封面52可以是喷嘴井(nozzle well)的壁53。嘴头环绕件密封面50和模具部件密封面52通过间隙G而相互间分开。嘴头环绕件密封面50称为第一间隙密封面50，而模具部件密封面52称为第二间隙密封面52。
由于腔32中的熔体具有一定的粘性，因此第一嘴头环绕件密封面50和模具部件密封面52的邻近阻止了熔体在第一嘴头环绕件密封面50和嘴头密封面52之间流动。因此，间隙G与熔体的粘性相结合而形成了密封。
如果仅存在这种密封而不与机械式密封相结合的话，间隙G可以小于约0.07毫米。如果间隙密封48与机械式密封相结合地使用，间隙G最好约为0.15毫米，或者小于约0.25毫米。应当注意的是，阻止熔体流动所需的间隙G取决于特定的注塑应用。熔体在注射温度下的流变性能如其粘度决定了可提供所需密封的最大间隙G。
包括有间隙密封48的一项优点在于，相对于典型的机械式密封部分来说，密封面50和52的制造公差不需要那么高。另一优点在于，熔体不会通过间隙密封48，因此在嘴头环绕件18和模具部件12之间保持有气隙54。该气隙54提供了绝缘层，以减少从嘴头环绕件18和整个喷嘴10传递到模具部件12中的热量。
为了进一步减少从嘴头环绕件18和整个喷嘴10传递到模具部件12中的热量，嘴头环绕件18可由热导率低于嘴头16材料的热导率的材料制成，这取决于注塑应用的具体要求。
或者，嘴头环绕件18可由热导率类似于喷嘴嘴头16的热导率的材料制成。由于嘴头环绕件18可位于加热器17的一部分和嘴头熔体通道30之间，如图1所示，因此最好使嘴头环绕件18由具有与嘴头16大致相等的热导率的材料来制成，以提高加热器17和嘴头熔体通道30之间的传热。
由于与嘴头环绕件18接触的熔体通常比流经嘴头16的熔体运动得更慢，因此嘴头环绕件18可由耐磨性比嘴头16材料更差的材料制成。这样，嘴头环绕件18就可由比较容易加工出的螺纹的材料制成。
参见图1，可包括有对齐件20以便在这种对齐是很重要的注塑应用中将喷嘴10相对于浇口34对齐。对齐件20可位于喷嘴主体14和模具部件12的内孔56之间。内孔56在其中包括了喷嘴井53。对齐件20也可位于模具部件12和喷嘴10的除喷嘴主体10以外的任何其它适当零件之间。
对齐件20可由热导率低于喷嘴上与对齐件20相接触的部分的材料制成，该部分在这里为喷嘴主体14。例如，对齐件20可由工具钢、钛、H13或任何其它的适当材料制成。或者，对齐件20可整体地形成于喷嘴主体14中，或整体地形成于喷嘴10的任何其它适当部分如嘴头环绕件18中。
参见图3a，图中显示了与模具部件61相结合的根据本发明第二实施例的喷嘴60。
喷嘴60类似于喷嘴10(图1)，并包括喷嘴主体14、嘴头16和加热器17，并包括嘴头环绕件62和热电偶26。嘴头环绕件62类似于嘴头环绕件18(图1)，并在其上具有压紧面63，该压紧面可与嘴头16上的台肩39相互配合，以将嘴头16固定在喷嘴主体14中。
嘴头环绕件62可包括可与喷嘴主体14上的螺纹部分41相配合的嘴头环绕件螺纹部分64，因此嘴头环绕件62可拆卸地连接在喷嘴主体14上。
嘴头环绕件62与模具部件61相互配合，从而在它们之间形成了一个多部分式密封65。该多部分式密封65包括间隙密封66，还包括与间隙密封66相邻的第二密封68，其例如可以是机械式密封。间隙密封66类似于间隙密封48(图1)，其由嘴头环绕件62上的第一嘴头环绕件密封面70和模具部件61上的第一模具部件密封面72相互配合而形成。如图3b中更清楚地显示，第一嘴头环绕件密封面70和第一模具部件密封面72通过间隙G而分隔开。第一嘴头环绕件密封面70和第一模具部件密封面72分别称为第一间隙密封面70和第二间隙密封面72。
由于存在第二密封68，因此在图3a所示的实施例中的间隙G最好为约0.15毫米，并且可以小于约0.25毫米。
第二密封68还可称为辅助密封68，其由嘴头环绕件62上的第二嘴头环绕件密封面74和模具部件61上的第二模具部件密封面76相互配合而形成。密封面74和76可以相互间接触，如图3a所示。第二嘴头环绕件密封面74和第二模具部件密封面76可分别称为第一辅助密封面74和第二辅助密封面76。
第二密封68可相对于腔32位于间隙密封66之后，因此熔体在暴露于第二密封68中之前先暴露在间隙密封66中。
由于间隙密封66的存在，嘴头环绕件62和模具部件61之间沿密封面74和76的接触表面积就小于如果仅是第二密封68单独地作用以密封熔体从中泄漏所需的表面积。因此，相应地减少了从嘴头环绕件62和从喷嘴60传递到模具部件61中的热量。
除了形成第二密封68之外，第二密封面74和76可配合操作以将喷嘴10相对于浇口78对齐。这尤其适用于如图3a所示的密封面74和76基本上为垂直表面的情况。然而，第二密封面74和76也可以是倾斜的而不是垂直的，其可用于将喷嘴60相对于浇口78对齐。
参见图3a，模具部件61类似于模具部件12(图1)，并形成有多个模具型腔80，各型腔均具有至少一个通到其中的浇口78。模具部件61可包括用于冷却模具型腔80中的熔体的冷却通道82。
参见图3c，图中显示了图3a所示实施例的一个变型60’。在喷嘴60’中，嘴头84代替了嘴头16(图3a)。嘴头84类似于嘴头16(图3a)，并形成有从中穿过的嘴头熔体通道86。然而，嘴头84包括鱼雷形部分87，嘴头熔体通道86具有与浇口78的轴线90偏开的出口88。
应当注意的是，嘴头84也可替代图1和2所示实施例中的嘴头16。
参见图4，图中显示了图3a所示实施例的另一个变型60”。在图4所示的变型中，嘴头84代替了嘴头16(图3a)。图4所示的各零件与图3a所示的类似，不同之处如下所述。间隙密封66”形成为类似于间隙密封66(图3a)，不同之处在于间隙密封66”形成于嘴头环绕件62”上的第一嘴头环绕件密封面70”和模具部件61”上的第一模具部件密封面72”之间。在如图4所示的实施例中，第一密封面70”和72”可以是完全倾斜的表面，而在图3a所示的实施例中，它们显示为包括倾斜部分和基本上垂直的部分。第一密封面70”和72”也可分别称为第一间隙密封面70”和第二间隙密封面72”。
参见图5，图中显示了图3a所示实施例的另一个变型60。在图5所示的变型中，-嘴头84代替了嘴头16(图3a)。图5所示的各零件与图3a所示的类似，不同之处如下所述。间隙密封66形成为类似于间隙密封66(图3a)，不同之处在于间隙密封66形成于嘴头环绕件62上的第一嘴头环绕件密封面70和模具部件61上的第一模具部件密封面72之间。在如图5所示的实施例中，第一密封面70和72可以是基本上垂直的表面，而在图3a所示的实施例中，它们显示为包括倾斜部分和基本上垂直的部分。第一密封面70和72也可分别称为第一间隙密封面70和第二间隙密封面72。
参见图6，图中显示了根据本发明另一实施例的喷嘴100。喷嘴100类似于喷嘴60(图3a)，并可包括位于嘴头环绕件102和模具部件103之间的一个多部分式密封101。
该多部分式密封101包括间隙密封104和第二密封105。间隙密封101可由嘴头环绕件102上的第一嘴头环绕件密封面106和模具部件103上的第一模具部件密封面107相互配合而形成。
在该实施例中，密封面106和107显示为基本上水平，并通过间隙G分开。密封面106和107可分别称为第一间隙密封面106和第二间隙密封面107。在该实施例中，如果需要的话还可以包括单独的对齐零件(未示出)。
应当注意的是，喷嘴100也可不包括第二密封105，仅具有与模具部件103所形成的间隙密封101。
参见图7和8，图中显示了喷嘴200。喷嘴200类似于喷嘴10，但它是边缘浇口式喷嘴。喷嘴200包括具有喷嘴熔体通道202的喷嘴主体201，该通道202分成多个熔体通道部分204(图8)。喷嘴200用于将熔体通过多个浇口205供应到模具部件208内的多个模具型腔206中。喷嘴200具有端部210，其位于模具部件208的内孔212中，以便将熔体传送到模具型腔206中。在端部210上安装了导向件214。导向件214安装在导向开口215内，以便使喷嘴200的端部210在内孔212中对齐。喷嘴200可包括加热器216和热电偶218(图7)。
参见图8，各喷嘴熔体通道部分204均具有喷嘴嘴头220和嘴头环绕件222。嘴头220和嘴头环绕件222可安装在喷嘴主体201上，其方式类似于嘴头16和嘴头环绕件18安装在喷嘴主体14上(图1)的方式。嘴头220包括与喷嘴熔体通道部分204相通且具有出口226的嘴头熔体通道224。嘴头环绕件222可包括嘴头环绕件密封面228，其围绕着出口226和浇口205，并位于离模具部件208上的模具部件密封面230为间隙G的位置处，从而形成了间隙密封232。在嘴头220和浇口205之间形成了腔234。嘴头环绕件密封面228和模具部件密封面230可分别称为第一间隙密封面228和第二间隙密封面230。
熔体流过喷嘴熔体通道202、熔体通道部分204和嘴头熔体通道224，从出口226中排出到腔234中，并通过浇口205进入到模具型腔206内。通过间隙密封232可防止熔体从腔234中逸出。
喷嘴200可包括另一种嘴头240和嘴头环绕件242以替代嘴头220和嘴头环绕件222，嘴头240和嘴头环绕件242整体式相连并形成了一个零件，或者，喷嘴200可包括一些各种类型的嘴头和嘴头环绕件。
参见图9，图中显示了与模具部件301相结合的根据本发明另一实施例的喷嘴300。喷嘴300类似于喷嘴10(图1)，并包括喷嘴主体302、加热器17和嘴头304，还可选择性地包括热电偶26。喷嘴主体302形成有从中穿过的喷嘴主体熔体通道306。加热器17可以任何适当的方式位于喷嘴主体302上，以便加热喷嘴主体熔体通道306中的熔体。
嘴头304类似于嘴头16(图1)，并形成有从中穿过的嘴头熔体通道308。嘴头304可以任何适当的方式可拆卸地连接在喷嘴主体302上，使得嘴头熔体通道308与喷嘴主体熔体通道306流体相通且位于其下游。嘴头304例如可具有嘴头螺纹部分310，其用于与喷嘴主体302上的喷嘴主体螺纹部分312相配。嘴头还可包括嘴头工具接合部分314，其用于接受工具(未示出)，以将嘴头304安装在喷嘴主体302上并从中拆下来。
模具部件301形成有多个熔体型腔316，各型腔均具有至少一个通到其中的浇口318。可在模具部件301中包括多个冷却通道320，以便冷却模具型腔316中的熔体。
间隙密封322可由间隔开间隙G的嘴头密封面324和模具部件密封面326相互配合而形成。嘴头密封面324和模具部件密封面326可分别称为第一间隙密封面324和第二间隙密封面326。
嘴头可由适用于嘴头16(图1)的任何材料制成，然而，由于嘴头304上存在有螺纹部分310，因此嘴头最好用除碳化钨以外的材料制成。
参见图10，图中显示了与模具部件301相结合的根据本发明另一实施例的喷嘴400。喷嘴400类似于喷嘴300，并包括喷嘴主体402、加热器17、嘴头404和嘴头环绕件406，还可选择性地包括热电偶26。喷嘴主体402类似于喷嘴主体302(图9)，并形成有从中穿过的喷嘴主体熔体通道408。喷嘴主体402还包括第一喷嘴主体螺纹部分410，其可与嘴头404上的嘴头螺纹部分412相配。喷嘴主体402还包括第二喷嘴主体螺纹部分414，其用于与嘴头环绕件406上的嘴头环绕件螺纹部分416相配。嘴头404类似于嘴头304，并形成有从中穿过的熔体通道418。嘴头404还包括嘴头工具接合部分420，其用于接受工具(未示出)。在图10所示的实施例中，嘴头404通过螺纹部分416和410的配合操作而可拆卸地连接在喷嘴主体402上。
嘴头环绕件406类似于嘴头环绕件18(图1)，不同之处在于，嘴头环绕件406上的螺纹部分414为内螺纹部分而不是外螺纹部分，并且嘴头环绕件406并不将嘴头404固定住。
嘴头环绕件406可包括嘴头环绕件工具接合部分422，其用于接受工具(未示出)。
嘴头环绕件406具有嘴头环绕件密封面424，其与模具部件密封面326相互配合而形成了间隙密封428。密封面424和326间隔开间隙G，其可防止熔体从它们之间泄漏出去。密封面424和326可分别称为第一间隙密封面424和第二间隙密封面326。
参见图11，图中显示了与模具部件61””相结合的喷嘴60””，它们是如图5所示的喷嘴60和模具部件61的一种变型。喷嘴60””类似于喷嘴60””，其不同之处在于喷嘴60””上的嘴头环绕件62””包括密封件450。密封件450可以是带状件，其围绕在嘴头环绕件62””的外表面上，并与模具部件61””形成了间隙密封452。密封件450具有位于可与模具部件密封面72””相配的表面之前的密封面以形成间隙密封452。密封面454和72””间隔开间隙G，其可阻止熔体从中泄漏出去。密封面454和72””可分别称为第一间隙密封面454和第二间隙密封面72””。
密封件450可由热导率低于嘴头环绕件62””的材料的制成。密封件450例如可由钛、H13、不锈钢、模具钢或铬钢制成。其它可选择的材料包括陶瓷和塑料。密封件450可以不是可连接在嘴头环绕件62””上的单独的零件，而是可施加到嘴头环绕件62””的一部分外表面上的涂料或涂层。
嘴头环绕件62””可至少部分地位于加热器和嘴头熔体通道86之间。在如图11所示的情况中，嘴头环绕件62””最好由传热性与嘴头84的材料大致相等的材料制成。通过由热导率低于嘴头环绕件62””的材料来制成，密封件450就可减少嘴头环绕件62””和模具部件61””之间的传热。
参见图12，图中显示了注塑装置500，其包括流道部件502、模具部件12和多个根据本发明的喷嘴504。
流道部件502包括多个流道506，其用于将熔体从主流道入口508传送到喷嘴504中。流道部件502可由加热器510来加热。
喷嘴504将熔体从流道部件502传送到模具部件12中。喷嘴504可以是如图1-11所示的上述喷嘴实施例及其变型中的任一种，并包括喷嘴密封面512，其与模具部件密封面514间隔开间隙G，从而与之一起形成了间隙密封516。喷嘴密封面512和模具部件密封面514可分别称为第一间隙密封面512和第二间隙密封面514。喷嘴密封面512可位于喷嘴504上的任何适当部分或部件上。
在图12中显示了注塑装置的一个具体示例。可以理解，结合有本发明的间隙密封的注塑装置可以是任何适当类型的注塑装置，并不限于所显示的示例。
可以理解，构成了本发明的间隙密封的第一和第二间隙密封面可以分别是喷嘴和模具部件中的任何部件上的表面，并不限于所述的示例。为了进一步明确，第一间隙密封面可位于作为喷嘴一部分的任何适当结构上，因此至少与喷嘴主体间接相连。
在上述喷嘴的构造期间必须考虑到注塑循环过程中的热膨胀和收缩，因此当喷嘴将熔体供应到浇口中时，间隙G处于上述给定的范围内。
可以理解，最好将间隙G的大小制成为可将从喷嘴中损耗的热量降低到所需的水平。
可以理解，可根据具体的注塑应用来选择间隙密封部分的特定结构，包括熔体的流变性能，例如其在注射温度下的粘度。可以设想，本发明能够应用于其熔体不同于这里具体公开的熔体类型的喷嘴中。
虽然上述描述构成了优选实施例，然而应当理解，在不脱离所附权利要求的合理意义的前提下，可对本发明进行修改和变化。