模制物件、用于制造模制物件的模具嵌件以及制造模具嵌件的方法 【技术领域】
本发明大体上涉及但并不限于模制系统，且更具体来说，本发明涉及但并不限于模制物件、用于制造模制物件的模具嵌件和制造模具嵌件的方法。
背景技术
模制是可借以使用模制系统自模制材料形成模制物件的工艺。可使用例如注射模制工艺的模制工艺来形成各种模制物件。可自(例如)聚对苯二甲酸乙二酯(PET)形成的模制物件的一个实例为饮料容器，例如用于软饮料、汽水、果汁及其类似物的瓶子。一般来说，用于制造饮料容器和物件的模制系统可大体分为两个一般类别：(a)一阶段吹塑模制系统，和(b)二阶段吹塑模制系统。
当利用二阶段吹塑模制系统时，首先制造能够随后被吹塑模制为最终形状模制物件的预成形件。可使用例如注射模制系统的模制系统来制造预成形件。典型模制系统包括注射单元、模制机和模具组合件。注射单元可为往复式螺杆型或二级型。模制机尤其包括框架、可移动压板、固定压板和用于移动可移动压板并且向配置于压板之间的模具组合件施加吨位的致动器。模具组合件尤其包括冷半部分和热半部分。热半部分通常与一个或一个以上阴模相关联(且因此有时也被所属领域的技术人员称作“阴模半部分”)，而冷半部分通常与一个或一个以上模芯相关联(且因此有时也被所属领域的技术人员称作“模芯半部分”)。一个或一个以上阴模与一个或一个以上模芯在使用中一起界定一个或一个以上模制阴模。热半部分也可与用于熔融物分配的熔融物分配系统(有时也被所属领域的技术人员称作“热浇道”)相关联。模具组合件可与例如颈环、颈环滑动件、排出器结构、耐磨垫等的许多额外组件相关联。
作为说明，PET材料的注射模制涉及将PET材料(例如，PET丸粒、PEN粉末、PLA等)加热至均匀熔融状态，以及在压力下将如此熔融的PET材料注射到至少部分由分别安装于模具组合件的阴模板和模芯板上的前述一个或一个以上阴模和一个或一个以上模芯所界定的一个或一个以上模制阴模中。将阴模板和模芯板推动到一起并通过夹紧力使其保持在一起，所述夹紧力足以对抗注射PET材料的压力而将阴模与模芯保持在一起。模制阴模具有实质上对应于待模制的模制物件的最终冷态形状的形状。如此注射的PET材料接着冷却至足以使得如此形成的模制物件能够自模具排出的温度。在冷却时，模制物件在模制阴模内部收缩，且因此当迫使阴模板与模芯板分开时，模制物件倾向于保持与模芯相关联。因此，通过迫使模芯板远离阴模板，模制物件可脱模，即自模芯件排出。已知排出结构帮助自模芯半部分移除模制物件。排出结构的实例包括脱模板、排出杆等。
一旦模制物件(例如，一个或一个以上预成形件)冷却至可运输状态，即可将其转移至同一设施的另一部分或转移至不同的设施。在随后一时刻，将预成形件吹塑模制为最终形状模制物件。在吹塑模制设备中执行所述工艺。在典型吹塑模制系统中，首先在加热部分中将预成形件加热至所要状态，且接着在拉伸吹塑模制部分中使其形成为最终形状模制物件。通常，加热部分包含用于发射红外线能量的一个或一个以上红外线发射器。通常，同样在加热部分中提供一个或一个以上吹风机以提供空气运动。空气运动希望用于两个目的。第一，其自预成形件的外表面(也称为“表层”)移除一些热量以避免燃烧。第二，空气运动用以至少部分使红外线发射器通风且至少部分冷却红外线发射器以防止其归因于高温而过早损坏。通常，通过以下步骤来实现成形：(i)将如此再加热的预成形件定位于吹塑模制阴模中；(b)对如此再加热的预成形件的内表面吹风；以及(c)任选地，(例如)通过使用拉伸棒及其类似物轴向拉伸预成形件。
当利用单级吹塑模制系统时，实质上相继地执行制造型坯的过程以及随后的吹塑操作。单级吹塑模制系统的实例揭示于2004年5月4日颁发给瓦丁(Vardin)等人的美国专利第6,730,260号中。然而，所属领域的技术人员将已知许多其他实例。
1994年5月17日颁发给霍尔伟格(Horwege)的美国专利第5,312,572号揭示了热塑性材料(尤其是在吹塑成形期间可定向的材料)的预成形件，其具有开口区、闭合的底部以及连接底部与开口区的壁。在对预成形件定界的表面的至少一部分的区中提供使表面扩大的纹理化，其具有相对于预成形件的壁厚度来说较低的轮廓深度。同样揭示了用于对热塑性材料的预成形件加热的工艺，其包括使预成形件的表面的一部分纹理化以扩大其表面积，借此减少将预成形件加热至适于吹塑模制的所要温度所需地时间。预成形件也在其移动通过加热装置时旋转，且加热装置受到控制使得加热装置与纹理化的组合提供使预成形件适于吹塑模制的所要温度分布。
【发明内容】
根据本发明的第一广泛方面，提供一种模具组合件。所述模具组合件包含：模芯嵌件，其界定第一模制接触表面，第一模制接触表面包含第一冲击图案；阴模嵌件，其界定第二模制接触表面，第二模制接触表面包含第二冲击图案；第一冲击图案比第二冲击图案粗糙。
根据本发明的第二广泛方面，提供一种模制物件。所述模制物件包含：内表层，其界定第一受冲击图案；外表层，其界定第二受冲击图案；第一受冲击图案比第二受冲击图案粗糙。
根据本发明的第三广泛方面，提供一种制造模具嵌件的方法。所述方法包含形成：第一模具嵌件上的第一冲击图案，第一模具嵌件为模芯嵌件、阴模嵌件和浇口嵌件中的一者；以及第二模具嵌件上的第二冲击图案，第二模具嵌件为模芯嵌件、阴模嵌件和浇口嵌件中的其他者中的至少一者，其中选择第一冲击图案的形状和第二冲击图案的形状以使得如果第一模具嵌件在使用中对模制物件的内表层定形且第二模具嵌件在使用中对模制物件的外表层定形，则第一冲击图案的形状比第二冲击图案的形状粗糙。
根据本发明的第四广泛方面，提供一种制造模具嵌件的方法。所述方法包含使用滚花工具形成模芯嵌件、阴模嵌件和浇口嵌件中的至少一者上的冲击图案。
根据本发明的第五广泛方面，提供一种模制模制物件的方法。所述方法包含将熔融物注射至界定于以下两者之间的模制阴模中：模芯嵌件，其界定第一模制接触表面，第一模制接触表面包含第一冲击图案；阴模嵌件，其界定第二模制接触表面，第二模制接触表面包含第二冲击图案；第一冲击图案比第二冲击图案粗糙。
根据本发明的另一广泛方面，提供一种第一模具嵌件，所述第一模具嵌件与第二模具嵌件互补以使得第一模具嵌件和第二模具嵌件在使用中至少部分地界定模制阴模；第一模具嵌件包含：模制接触表面，其用于形成模制物件的内表层和外表层中的一者；模制接触表面界定第一冲击图案，所述第一冲击图案相对于界定于第二模具嵌件上的第二冲击图案而选择，使得如果第一模具嵌件在使用中对模制物件的内表层定形且第二模具嵌件在使用中对模制物件的外表层定形，则第一冲击图案的形状比第二冲击图案的形状粗糙。
根据本发明的另一广泛方面，提供一种模制物件。所述模制物件包含：内表层，其界定具有第一粗糙度的第一受冲击图案；外表层，其界定具有第二粗糙度的第二受冲击图案；第一粗糙度和第二粗糙度经选择以减小在吹塑模制操作中的再加热期间内表层与外表层之间的温差。
【附图说明】
可参考对示范性实施例的详细描述连同以下图式来获得对本发明的实施例(包括其替代物和/或变化)的更好理解，其中：
图1为模制系统100的一部分的横截面图。
图2为根据本发明的非限制性实施例的图1的模制系统100的模芯嵌件102的模芯基座114的横截面图。
图3为根据本发明的非限制性实施例的图1的模制系统100的阴模嵌件104的横截面图。
图4为根据本发明的非限制性实施例的可使用图1的模制系统100制造的预成形件410的横截面图。
图式未必按比例绘制，且可通过假想线、概略图表示和片段视图来说明。在某些例子中，可能已省略对于理解示范性实施例并非必要或使其他细节难以领会的细节。
【具体实施方式】
发明者已了解到例如PET的模制材料具有标准热吸收率，其与所述模制材料的化学组成相联系。热吸收在吹塑模制工艺中，且更具体来说，在吹塑模制系统中在前述加热阶段期间起作用。热吸收越高，预成形件可越快被加热至其可成形为最终形状模制物件的状态。发明者也已了解到可能需要使预成形件的外表层与内表层之间的温差保持为尽可能低的。
参看图1，描绘可用以实施本发明的实施例的模制系统100的一部分的横截面。更具体来说，模制系统100包含模芯嵌件102、阴模嵌件104和浇口嵌件106。模芯嵌件102、阴模嵌件104和浇口嵌件106在使用中协作以一同界定模制阴模108。模制阴模108的形状对应于模制物件110的形状，模制物件110在本发明的一些实施例中可包含能够在随后被吹塑模制为容器及其类似物的预成形件。
图1中同样描绘许多额外组件，例如颈环112、冷却通道(未单独编号)等。所有这些额外组件对于所属领域的技术人员均为已知的，且因此在此处将不加以详细描述。
模芯嵌件102包含模芯基座114和保持部件116。保持部件116经配置以在操作配置中将模芯基座114锁定至模制系统100的模芯板(未描绘)。模芯基座114包含第一模制接触表面118。第一模制接触表面118是在使用中界定模制物件110的一部分的模芯基座114的一部分。换句话说，第一模制接触表面118是在使用中使模制物件110的一部分定形的模芯基座114的一部分。
阴模嵌件104包含第二模制接触表面120。第二模制接触表面120是在使用中界定模制物件110的一部分的阴模嵌件104的一部分。换句话说，第二模制接触表面120是在使用中使模制物件110的一部分定形的阴模嵌件104的一部分。
浇口嵌件106包含第三模制接触表面122。第三模制接触表面122是在使用中界定模制物件110的一部分的浇口嵌件106的一部分。换句话说，第三模制接触表面122是在使用中使模制物件110的一部分定形的浇口嵌件106的一部分。
如将了解，模制物件100的一部分可由界定于例如前述颈环的一个或一个以上其他模具嵌件(未单独编号)上的模制接触表面定形。
应注意，图1仅描绘可用以实施本发明的实施例的模制系统100的一个非限制性实例。应注意，在本发明的替代非限制性实施例中，模制系统100可具有其他配置。举例来说，可省略浇口嵌件106，且阴模嵌件104和模芯嵌件102可界定模制物件110的主体的实质上整个部分。在本发明的其他非限制性实施例中，模芯嵌件102和/或阴模嵌件104和/或浇口嵌件106自身无需为嵌件。换句话说，模芯嵌件102和/或阴模嵌件104和/或浇口嵌件106可实施为模芯板(未描绘)和阴模板(未描绘)的一体式部件。当然，其他替代实施方案同样是可能的。
在本发明的一些实施例中，第一模制接触表面118、第二模制接触表面120和第三模制接触表面122中的至少一者包含冲击图案。一般来说，冲击图案的目的是在使用中在模制物件110的至少一部分上冲击出受冲击图案。在本发明的一些实施例中，位于模制物件110的给定区中的受冲击图案经配置以增加模制物件110的给定区的热吸收。在本发明的其他实施例中，受冲击图案也可用于额外的功能，例如改善在脱模期间释放模制物件110的容易性。如下文中将进一步详细论述，在本发明的一些实施例中，一些受冲击图案可用以改善在脱模期间释放模制物件110的容易性，而其他受冲击图案可用于改善热吸收的功能和改善在脱模期间释放模制物件110的容易性的功能两者。
参看图2，其描绘根据本发明的非限制性实施例的图1的模芯基座114的横截面。模芯基座114的第一模制接触表面118包含冲击图案202。冲击图案202包含多个尖峰204和多个凹谷206。一般描绘于“HP1”处的任何两个给定尖峰204之间的距离将在下文中被称作冲击图案202的“水平间距”。水平间距“HP1”可在任两个和/或所有给定尖峰204之间为恒定的，或其可为不同的。冲击图案202也可以说与在图2中描绘于“VP1”处的垂直间距相关联。垂直间距“VP1”为与多个尖峰204相关联的高度。垂直间距“VP1”可在任何两个和/或所有给定尖峰204之间为实质上恒定的，或其可为不同的。
在本发明的一些实施例中，冲击图案202可实质上涵盖模芯基座114的第一模制接触表面118的整个长度。在本发明的替代非限制性实施例中，冲击图案202可涵盖模芯基座114的第一模制接触表面118的一部分。
在本发明的一些实施例中，可使用已知喷砂或等效工具产生冲击图案202。在本发明的其他实施例中，可使用滚花工具产生冲击图案202。可适于实施本发明的非限制性实施例的合适滚花工具的非限制性实例为可购自德国宙斯加工工具公司(Zeus Toolingof Germany)(http://www.zeus-tooling.de/)的滚花轮DIN 403。然而，应当理解，也可使用其他合适工具。在本发明的其他非限制性实施例中，可使用已知激光处理工具产生冲击图案202。在本发明的其他非限制性实施例中，可使用已知腐蚀技术(例如通过化学方法或通过放电机械加工工具)产生冲击图案202。或者，可使用电化学工具。当然，用于产生冲击图案202的其他替代手段同样是可能的。
参看图3，描绘根据本发明的非限制性实施例的图1的阴模嵌件104的横截面。第二模制接触表面120包含冲击图案302。冲击图案302包含多个尖峰304和多个凹谷306。一般描绘于“HP2”处的任两个给定尖峰304之间的距离将在下文中被称作冲击图案302的“水平间距”。水平间距“HP2”可在任两个和/或所有给定尖峰304之间为恒定的，或其可为不同的(例如，具有随机的水平间距的冲击图案302)。冲击图案302也可以说与在图3中描绘于“VP2”处的垂直间距相关联。垂直间距“VP2”为与多个尖峰304相关联的高度。垂直间距“VP2”可在任两个和/或所有给定尖峰304之间为实质上恒定的，或其可为不同的。
在本发明的一些实施例中，冲击图案302可涵盖阴模嵌件104的第二模制接触表面120的实质上整个长度。在本发明的替代非限制性实施例中，冲击图案302可涵盖阴模嵌件104的第二模制接触表面120的一部分。
在本发明的一些实施例中，可使用已知喷砂或其他等效工具产生冲击图案302。在本发明的其他实施例中，可使用类似于可用于冲击图案202的滚花工具的滚花工具来产生冲击图案302。在本发明的其他非限制性实施例中，可使用已知激光处理工具产生冲击图案302。在本发明的其他非限制性实施例中，可使用已知腐蚀技术(例如通过化学方法或通过放电机械加工工具)产生冲击图案302。或者，可使用电化学工具。当然，用于产生冲击图案302的其他替代手段同样是可能的。
在一些实施例中，第三模制接触表面122也可包含类似于冲击图案302的冲击图案。在本发明的这些实施例内，界定于第三模制接触表面122上的冲击图案可具有类似于冲击图案302的水平间距“HP2”的水平间距和类似于冲击图案302的垂直间距“VP2”的垂直间距。然而，在本发明的替代非限制性实施例中，第三模制接触表面122无需包含冲击表面。
一般来说，选择冲击图案202和冲击图案302的形状，使得冲击图案202比冲击图案302粗糙。将在下文更详细论述如何选择冲击图案202和冲击图案302的粗糙度。值得注意的是，发明者相信对水平间距(例如水平间距“HP1”和水平间距“HP2”)的选择对模制物件110的由具有给定水平间距的冲击图案产生受冲击图案的选定区域的热吸收有影响，而对垂直间距(例如垂直间距“VP1”和垂直间距“VP2”)的选择对最终形状物件(即，在其已吹塑模制之后)上的受冲击图案的可视性有影响。
应注意并未特别限制水平间距“HP1”和水平间距“HP2”的确切尺寸。选择水平间距“HP1”和水平间距“HP2”的尺寸使得水平间距“HP1”大于水平间距“HP2”。在本发明的一些实施例中，可选择水平间距“HP2”以产生将改善在脱模期间进行释放的容易性的受冲击图案而未必增加模制物件110的一部分的热吸收。在本发明的其他实施例中，第二模制接触表面120可通过使用已知抛光技术产生，且因此可比较平滑。举例来说，阴模嵌件104的第二模制接触表面120可通过抛光而获得，且因此水平间距“HP2”可实质上接近为零。
在本发明的其他实施例中，可选择水平间距“HP2”以产生将改善在脱模期间进行释放的容易性的受冲击图案且增加模制物件110的一部分的热吸收，但与通过水平间距“HP1”所产生的受冲击图案程度不同。
在本发明的一些实施例中，可将水平间距“HP1”选择为实质上至少等于用于在吹塑模制阶段中预加热的红外线发射器的半波长。在本发明的其他实施例中且作为非限制性实例，可用于选择水平间距“HP1”和水平间距“HP2”的范围包括0.6μm至600μm。在选择特定尺寸过程中紧记表面越粗糙(例如，由水平间距“HP1”、“HP2”或垂直间距“VP1”、“VP2”表示)，热吸收率越高。因此可以说，进行选择使得模芯基座114的冲击图案202产生一受冲击图案，其具有高于由阴模嵌件104的冲击图案302所产生的受冲击图案的热吸收的热吸收。
如所属领域的技术人员所已知，RA值表示由尖峰(例如尖峰204、304)覆盖的给定长度上的尖峰(例如尖峰204、304)的高度平均值。在本发明的一些实施例中，选择冲击图案202的粗糙度和冲击图案302的粗糙度使得与冲击图案202相关联的RA值大于冲击图案302的RA值。在具体非限制性实施例中，已选择冲击图案202使得冲击图案202的RA值为3μm，且已选择冲击图案302使得冲击图案302的RA值为1μm。应明确理解此仅为一个实例，且其他可能RA值处于本发明的实施例的范围内。应注意，RA值仅为可用于选择冲击图案202和冲击图案302的粗糙度的值的许多实例之一。其他实例包括(但不限于)RY值(最小高度与最大高度之间的差)、RZ值(任五个给定水平间距上的高度的平均值)及其类似者。
在当不考虑最终形状物件上的受冲击图案的可视性时尤为适用的本发明的替代非限制性实施例中，可无关于相应RA值来选择冲击图案202和冲击图案302的粗糙度。
在第三模制接触表面122也界定冲击图案的本发明的实施例中，选择模芯基座114的冲击图案202使得其也比浇口嵌件106的冲击图案粗糙。
参看图4，描绘根据本发明的非限制性实施例的图1的模制物件110的横截面。在图4中描绘的具体非限制性实施例中，模制物件110包含能够在随后被吹塑模制为饮料容器的预成形件。然而，无需在本发明的每一实施例中均为此情况。模制物件110可具有适于随后吹塑模制为最终形状产品的任何类型和/或形状。
模制物件110包含内表层404和外表层406。已至少部分通过熔融物与前述的模芯基座114的第一模制接触表面118之间的接触产生内表层404。已至少部分通过熔融物与前述的阴模嵌件104的第二模制接触表面120以及浇口嵌件106的第三模制接触表面122之间的接触产生外表层406。
内表层404包含受冲击图案408，受冲击图案408的形状对应于冲击图案202的形状。外表层406包含受冲击图案410，受冲击图案410的形状(至少部分)对应于冲击图案302的形状。考虑到选择冲击图案202和冲击图案302的形状使得冲击图案202比冲击图案302粗糙，受冲击图案408具有比受冲击图案410粗糙的纹理化，或简单来说比受冲击图案410粗糙。
应注意，上文提供的描述仅描述了本发明的几个非限制性实施例。众多替代实施例是可能的。举例来说，冲击图案202和冲击图案302的形状对于许多替代实施来说可变化。举例来说，可将冲击图案202和/或冲击图案302实施为圆形或圆锥形突起等。此外，冲击图案202和/或冲击图案302的形状不必在其相应长度上为恒定的。
当随后将模制物件110吹塑模制为最终定形物件时，且更特定来说，当模制物件110在加热阶段期间经受红外线能量时，内表层404吸收比外表层406多的能量，这至少部分是归因于受冲击图案408比受冲击图案410粗糙。因为外表层406的一些温度归因于吹塑模制系统的加热部分内存在对流而损失，且因为内表层404的温度归因于其较粗糙表面而高于常规预成形件的温度，所以本发明的一些实施例的技术效应在于内表层404与外表层406之间相对较低的温差。本发明的一些实施例的另一技术效应可包括减小的时间周期，因为可比常规预成形件更快地制造根据本发明的实施例所制造的预成形件。本发明的方面的另一技术效应可包括在吹塑再加热阶段期间的能量节省，这至少部分可归因于根据本发明的实施例所制造的预成形件的高热吸收。应明确理解，并不需要在本发明的每一实施例中完全实现所有所述技术效应。
尽管之前的描述已描述了模芯嵌件102界定具有第一冲击图案202的第一模制接触表面118且阴模嵌件104界定具有第二冲击图案302的第二模制接触表面120，第一冲击图案202比第二冲击表面302粗糙，但应理解，上文描述的滚花工具可用于制造具有实质上类似的粗糙度的第一冲击图案202和第二冲击表面302，或甚至存在第二冲击表面302比第一冲击表面202粗糙的情况。与滚花工具的使用相关联的一些技术效应包括简化或移除的手动步骤、工艺的自动化(即，将滚花工具安装至用于机械加工(例如)模芯嵌件(102)的车削加工中心上的可能性)。
对本发明的实施例的描述提供本发明的实例，且这些实例并不限制本发明的范围。应明确理解，本发明的范围仅受权利要求书限制。以上描述的概念可适用于具体条件和/或功能，且可进一步扩展至处于本发明的范围内的多种其他应用。在如此描述本发明的实施例之后，将显而易见的是，在不脱离如所描述的概念的情况下，修改和增强是可能的。因此，待由专利证书保护的内容仅受所附权利要求书的范围的限制。