气助注入成形的阀门衬套 【技术领域】
本发明涉及气助注入成形系统中的模子衬套或喷嘴之类装置。
现有技术
当今有多种气助注入成形工艺和技术。气助注入成形工艺给塑料部件的设计和制造带来了新的可能性，它们能生产出局部空心的轻型刚性部件，其表面光洁，不易翘曲。这些工艺可节约材料、降低设备成本和产品生产周期，从而在许多场合优于现有注入成形工艺和技术。
气助注入成形系统一般使用氮之类高压液体或气体膨胀模子中的塑料而使塑料的形状与模腔相符。可通过若干途径把液体或气体引入模子中，例如通过一个或多个模腔中或在不止一个位置上的衬套、喷嘴或注塑机喷嘴。
在使用气助注入成形技术时必须确保模子的气体进口不被塑料堵塞，同时，引入模腔中的气体不流回衬套、浇口系统或注塑系统。
本发明概述
本发明的一个目的是提供一种用于气助注入成形工艺的改进喷嘴或衬套。本发明的一个目的还在于提供一种把塑料或气体在一个或多个位置上引入一个或多个模腔中的改进气助衬套或喷嘴。
本发明的另一个目地是提供一种用于气助注入成形工艺的改进的阀门衬套或喷嘴。本发明的又一个目的是提供一种具有一活动阀杆的喷嘴或衬套，该活动阀杆关闭时塑料无法流入模子，但气体可流入模子。
本发明的另一个目的是提供一种气助注入成形系统，包括不被塑料堵塞并能防止气体流回衬套、浇口系统或注塑系统的把气体喷入模腔中的喷口。
本发明克服现有阀门型衬套或喷嘴的问题、实现上述目的。本发明提供一种杆型阀门装置，它能有效切断流入模子的塑料、让气体流入模腔、防止塑料堵塞气体喷口、防止气体流回衬套和塑料供应源中。
特别是，该衬套最好包括一活动关闭杆机构，它选择性地让塑料流入模腔中，同时在该杆、衬套主体或部件中有一系列供气体或液体流过的小切口、孔隙或口，这些小切口、孔隙或口小到塑料无法流入。这些小切口或孔隙布置成气体可沿轴向、纵向轴线的横向和同时沿这两个方向流动。这些切口或孔可用机加工或用其间有一旦空隙的部件组合生成；其横截面可递增、递减或不变。在注入过程完成后还可用这些切口或孔排出塑料产品空腔中的气体或液体。
从结合附图对本发明的下述详细说明和后附权利要求中可清楚看出本发明的上述和其他目的和优点。
附图的简要说明
图1示出本发明一实施例的阀门衬套；
图1A为沿图1中1A-1A线剖取的图1所示阀杆件的头部的剖面图；
图2-6示出本发明阀杆件的各实施例；
图7和8示出本发明另两个实施例；
图9-13示出本发明模子衬套机构中把气体喷入模腔中的各种喷口；
图14、14A和15示出本发明的又一实施例，图14A为图14的局部放大图，图15为沿图14中15-15线剖取的剖面图；
图16和17示出本发明所使用的两种填圈；
图18A-18B和19A-19B示出本发明阀杆件的另两个实施例；
图20示出本发明当前优选实施例；以及
图21示出用于气助注入成形系统的一种新型衬套的又一实施例。
对优选实施例的说明
图1示出一用于典型注入成形环境中的本发明实施例。本发明特别可用于气助注入成形工艺或系统中。在这方面，在本说明书中所使用的＂气体＂一词不是限制性的。本发明可用于所有流体，不管处于气体状态还是处于液体状态。
此外，本发明可用于气助注入成形工艺的所有类型的衬套或喷嘴，包括浇注口衬套和注塑机喷嘴。
该阀门系统在各附图中总的用标号10表示。该系统10包括一衬套或喷嘴12、一集流腔16和一缸柱或壳体板18。通常也称为＂喷嘴＂的模子衬套12装在一模子14中，其中心有一活动阀杆件20。阀杆20受一装在缸柱18中的原动机24的操纵而可在箭头22所示方向上活动。原动机24可以是电动、气动或液动，该缸柱中有驱动原动机的气体、液体或电线的通道26和28。
集流腔16用盒式加热器(未示出)之类现有装置加热，其中有一供塑料从注塑机(未示出)流到衬套12的通道30。塑料的流动方向如箭头32所示。集流腔16与缸柱18之间设置有立柱或垫圈34。一般用夹具、机制螺栓之类合适装置把缸柱、集流腔和模子紧固在一起。在这里，用通道36中的销或螺栓35对齐缸柱18与集流腔16并把它们紧固在一起。
衬套或喷嘴12可按需要为整件或由若干部件构成。例如，如图1实施例所示，衬套12包括一用螺纹与一外壳件44连接的头部42。衬套12还包括其中有一细长形通道40的一内部主干件46。该主干件46与外壳件44之间的环形空间50中有一加热件48。最好为现有盘状或带状电阻型加热器的该加热器由与一合适电源(未示出)连接的电线52供电。
如上所述，该衬套可为整件，也可由若干部件构成。该加热件可位于主干件之外或之内。该衬套可呈任何方便或现有的形状或横截面，也可没有头部。衬套也可与模子或集流腔用螺纹连接。所有这些衬套和加热件都是公知的。
注塑机(未示出)的桶中的塑料熔化成熔融状态。然后把塑料压入衬套中，如使用集流腔，则经集流腔压入一个或多个衬套。此时，集流腔中的加热器使集流腔通道中的塑料保持熔融状态，而衬套中的加热件使衬套通道中的塑料保持熔融状态。这样，在注入周期把一定量的塑料注入模腔中后，剩留在衬套和集流腔中的塑料不会硬化或固化，而是保持液体或熔融状态，以便进行下一个注入周期。
模子14包括若干模板14a、14b和14c。模板14c中形成一部件空腔54。空腔54视由该注入成形工艺所生成的所需部件的大小和形状而定。
阀杆件20为空心，其中有一中心通道56。阀杆件20用合适的联轴节58与原动机24的轴25连接。气体或液体经阀杆件20中的通道56引入模腔54。气体从一现有压力源(未示出)用导管59引入联轴节58、从而系统10中。气体流入系统10的方向用箭头60表示。气体经联轴节58、阀杆件20流入模腔。
阀衬套的喷口或阀门用标号62表示。该阀门装置包括阀杆件20底端上的一扩大头件64和衬套12底端68上一与之相配的阀座66。尽管图1示出阀头件和阀座的一种大小和形状，但应看到，所示特殊结构是例示性的，只是用来说明本发明。实际上可使用任何大小和形状的阀头/阀座机构。
阀头件64的外周上最好均布有一个或多个通道或＂凹座＂65，从而塑料在该阀门打开时可流入模腔54。尽管图1A中示出三个通道65，但应看到，通道的数量、大小和形状可任意。
在使用图1所示系统10时，喷口或阀门62起先如图1所示打开。此时，集流腔16和衬套12中的塑料可流入模腔54。一旦合适数量的塑料流入模腔，原动机24开动、阀杆件20后退、阀杆件的头件64座落在阀座66上。此时喷口62关闭，塑料无法进一步流入模腔。此时或如果原先在该工艺中同时使用气体和塑料，高压气体经中心通道56流入模腔54。
按照现有气助注入成形工艺，气体或液体可在塑料流入模腔过程中、塑料沉积在模腔中后或其任意组合中引入模腔。例如，在初始量的塑料流入模腔后把第一压力的气体或液体单独或与其余塑料一起引入模腔，然后把同一压力或第二压力的同样或不同的气体或液体引入模腔。与塑料一起或在塑料以后引入模腔的气体或液体把塑料推入模子的所有部位，从而填满模腔。在这方面，本发明可用于任何现有气助注入成形工艺或系统。
此外，按照标准的气助注入成形技术，在合适数量的气体和塑料流入模子后，保持气体的压力，以便补偿塑料冷却、固化时的体积收缩。在这方面，一般用在合适管道(未示出)中循环的冷却剂冷却模板，以便固化塑料。模子中的塑料产品一旦固化，模制产品中的气体排出到大气中后从模腔中弹出该产品。按照本发明，气体最好经阀杆件20中的通道56排出。为此，气体进口导管59中有一阀67用来排出该回流气体。但是，也可使用其他现有方法排出模制产品中的气体，例如模子中的一排气销机构或使注塑机喷嘴退离模子。
本发明所使用的气体最好为氮气，但也可使用用于其他气助注入成形工艺的任何其他现有气体或液体。此外，需要时，模制周期后从模子排出的气体可收集、回收后再次使用。此时，最好在排气通道中用一过滤器或过滤机构除去任何外来粒子或塑料粒子。
还应在与阀杆件的气体或液体通道连通的进气通道或进口增加一任何现有类型的过滤器或过滤机构。例如，图1示出一过滤器69。这可防止该气体通道被堵塞。
阀杆件20中的通道56的大小或直径特别决定于该注入成形工艺中所使用塑料的粘性。该通道通入模腔的端部处的孔70的大小必须足够小，以防止流入模腔54中的塑料流入通道56而堵塞该通道。在这里，可使用直径为0.0025-0.003英寸和0.003-0.005英寸的孔，视应用场合和所使用的塑料而定。按照本发明，这些孔最好为0.0001-0.0100英寸。
阀杆件20中的孔70可用任何现有方法或任何特殊工艺制成。该孔可用钻孔之类机加工工艺、EDM或任何其他工艺制成。阀杆件20最好用金属材料烧结而成，也可用任何其他方法制成。此外，虽然图1示出一个孔70，但头件64中可有许多孔把气体/液体引入模腔54或从模腔54排出气体/液体。孔70的各壁或表面沿其长度可收敛、发散或平行。其具体形状视若干因素而定，例如气体或液体的引入速度、气体或液体的种类和所使用的注入周期或工艺。
尽管在本发明优选实施例中该独特的衬套插入在一模子中而控制塑料从一注塑机喷嘴或集流腔到一模腔的流动，但本发明也可用作一多衬套系统或一相叠衬套系统的一部分。例如，可在本发明衬套与模腔之间插入受热衬套之类的一现有衬套。
图2-6和18-19示出阀杆件20端部气体引入技术的另一些实施例。在图2和3中，一扩大端件74连接在阀杆件20的端部上。扩大端件74可用任何现有方法连接，例如焊接、钎焊、螺纹(如图所示)连接等等。通道56通入扩大端件74的一空腔或孔76。空腔76中有一板件或屏蔽件78，其上有多个小孔80。小孔80的大小使得气体或其他液体很容易通过，但塑料无法通过。
在图4中，端件82包括多个与一孔或空腔56连通的径向凹槽或切口84。切口84足够薄，从而防止塑料流入，它们沿阀杆件20的纵向伸展。作为图4所示端件82的一个变种，也可在端件82的顶端86上形成一系列小孔。这些小孔在图4中用虚线88表示。
图5和6示出阀杆件端部的另一些结构。在图5中，阀杆件20′装在一扩大端件90上。该阀杆件中的气体通道92与端件90中的气体通道94连通，而气体通道94又与环绕端件90外部的一系列横向环形切口96连通。为便于说明，图5所示切口96为放大图；这些切口实际上很薄，其厚度＂T＂约为0.0001-0.0100英寸。在图6中，阀杆件20″有一扩大端98、一环形内孔或空腔100和该空腔中其上有螺纹的一中心柱件102。其上有螺纹的一套筒件104紧固在该柱件102上，从而形成一供气体流入模腔的圆环形凹槽106。阀杆件20″中的气体通道108有一直角弯头110与套筒件104中的短通道112连通，从而气体可流到凹槽106中。构成图6所示阀杆结构的各部件的尺寸选择成使得环形凹槽106足够小，从而防止塑料从模腔流入该阀杆。
上述本发明任一实施例中的切口或凹槽的各壁可收敛、发散或平行或呈任何其他外形，不管是规则还是不规则、静止还是活动，这决定于若干因素，包括该系统所使用气体或液体的流速和种类。
图18A-18B和19A-19B示出供气体从一空心阀杆件流入一模腔的另两个实施例。在这两个实施例中，阀杆件20的中心气体通道56与该阀杆件的扩大端116中的一空腔或孔114连通。在图18A-18B中，空腔114中塞满许多细杆或细丝118。这些圆柱形细杆之间的纵向间隙供气体从通道56流入模腔，它们足够小而防止塑料流入。在图19A-19B中，用金属之类薄片紧卷成螺旋状后塞入空腔114中。该螺旋各圈之间的间隙供气体流入模腔。需要时，可在细杆118(图18A-18B)和螺旋120(图19A-19B)与空腔120的端部122之间留出一空间用作一集流腔，以使经这些间隙流入模腔的气体的分布更均匀。在这方面，图19A中用虚线例示出一集流腔124。
还可改变图18和19所示实施例。例如，图18A-18B的空腔114中可使用横截面大小不同的细杆或细丝，细杆/细丝之间的间隙大小也可不规则，此外，在图19A-19B中，螺旋120所使用材料可随温度而变，从而各圈之间的间隙可随该工艺所使用的塑料或热量的温度而变。
图7示出使用于本发明的另一种衬套结构。衬套130包括一扩大头132和一衬套体134。该衬套体的中心通道138中的一活动阀杆件136包括一位于该衬套体中的一空腔或孔141中的扩大端件140。该扩大端件140用作一打开和关闭阀口142的阀件，从而接通和切断塑料从通道138经该空腔或孔141、口144到模腔(未示出)的流动。衬套体上或衬套体中可有图1所示之类的现有加热器使衬套通道和空腔141中的塑料保持熔融状态。
一顶端件146用螺纹与衬套体134的顶端连接而形成一邻接空腔141的锥形空腔148。衬套体134中有一气体通道150通入空腔141与空腔148的相交部152。该相交部152最好为一很薄的环形凹槽或切口，图7示出其放大图，但实际上其厚度＂W＂约为0.0001-0.0100英寸。该环形凹槽或切口可机加工在衬套体134和顶端件146端部相配表面之一上或这两个相配表面上，也可在把这两个部件用螺纹紧固在一起时稍稍留出一空间用作该相交部。
图8示出本发明另一实施例。衬套160包括一头件162、一衬套体164、一用螺纹连接在该衬套体顶端168上的顶端件166和一把该衬套中的塑料保持在熔融状态的加热源(未示出)。衬套体中的一中心通道172中有一活动阀杆件170。该阀杆件顶端上的一扩大端件174与顶端件166中的一中心空腔176的一部分相配而用作一阀178，从而按需要打开和关闭，以便接通或切断塑料从通道172经空腔176向模腔(未示出)的流动。顶端件166有一可把气体引入模腔的环形空腔180。衬套体164中有一气体通道182与空腔180连通，以便供应一用于该气助注入成形工艺中的压力源(未示出)中的气体。顶端件166的端部186上有多个小切口或小孔184供气体从空腔180流入模腔。如上所述，在下文结合图9-13详述的切口或孔的大小或尺寸足够小，从而注入模子中的塑料无法堵塞它们。
顶端件166中供气体从空腔180流入模腔的切口或孔的设计有多种。举例来说，图9-13俯视图示出若干设计。图9示出一系列布置在径向上的凹槽或切口190。图10示出一系列圆弧形切口190。图11示出布置在径向上的一系列弧形切口194。图12和13示出许多孔196，图13所示实施例中的孔196的数量比图12所示实施例多得多。顶端件中的切口、凹槽或孔可用任何现有方法制成，例如钻孔、机加工、EDM等等。此外，顶端件端部上的孔或切口的数量及其分布决定于若干公知因素(例如塑料种类、塑料粘性、气体和塑料的压力、模制周期或步骤等等)。如上所述，孔或切口的各壁或表面可收敛、发散或平行。
图14-17示出本发明的另一些实施例。在图14中，衬套200的衬套体202的一端204与模子206的一壁、从而模腔齐平。该衬套体的中心通道208中有一活动阀杆件210。阀杆件210和衬套体202分别有相配的阀门表面212和214。阀杆件210由一原动机构(例如图1所示原动机24)造成的轴向运动打开和关闭通入模腔的口216，从而接通或切断流入模腔的塑料。为便于表示起见该阀杆件与该口离得很开；实际上，该阀杆件与该口靠得很近，阀杆件打开或关闭该阀的垂直运动距离约为0.10-0.20英寸。
衬套体202的端部有一空腔或螺纹孔218。一气体通道220供高压气体经衬套体流入空腔218。多个填圈件222(从其放大图图14A和横截面图图15中可看得最清楚)用螺纹紧固在空腔218中。
填圈222为最好用钢之类金属制成的圆形薄片，每一片填圈上有一个或多个孔224和一凹座226。填圈外周上有一凸缘228使气体可自由流入和流过凹座226。此外，如图14和14A所示，最外部填圈222′最好没有凹座或凸缘，其上可有孔224′，也可没有孔。工作时，气体从通道220流入室或集流区230后经一系列填圈224中的孔224和凹座226流入中心通道208。(如有孔224′，一部分气体直接流入模腔。)
凹座226最好制成为相叠各填圈222之间的薄切口或凹槽，并可制成在每一填圈正反两面之一上或正反两面上。这些凹槽或切口的厚度＂T＂与上述其他实施例相同。
模制产品中的气体或液体可经把它们引入模腔中的同一通道排出。也可在阀杆件210中用一可轴向运动或围绕其轴线转动的中心活动杆件211排出该气体。
图16和17示出可用于本发明的填圈240和242的其他实施例。在这些实施例中，中心凹槽或切口用支撑凸肋或凸脊244和246分成若干部分或区域。这些凸肋或凸脊用作相邻填圈之间的支撑结构，以便确保这些薄切口或凹槽保持预定尺寸。从而使所需数量的气体流过该标准填圈结构而有助于塑料制品在模腔中的注入成形。
可用任何现有方法在填圈上形成凸肋或凸脊。凸肋可冲压而成，也可机加工而成。也可磨去各凸肋之间的区域而形成凸肋。也可在填圈上刻槽或做成＂波浪形＂轮廓，这些刻槽或波浪可规则，也可不规则。
图20示出本发明当前优选实施例。一阀门衬套250包括一中心塑料通道252和一在衬套体256中的气体通道254。通道252中有一活动阀杆件258。衬套体的顶端260有一空腔或孔262。该空腔262中有两个或多个填圈264。这些填圈264与上述填圈222相同，其上有至少一个轴向孔224和一中心凹座226，但没有外螺纹。在把这些填圈266放置到空腔262中后用另一个有外螺纹的填圈266旋入空腔262的外端而固定填圈264。
可用定位销270之类现有对齐装置轴向对齐各填圈264中的孔224或使它们与通道254的端部对齐。从对本发明这些实施例的上述说明中可清楚看出，所使用填圈的数量、每一填圈中的孔的数量、凹槽或凸脊的类型、通道254与相叠填圈之间使用不使用集流腔，这些决定于操作者的判断力和经验。
与上述其他实施例一样，填圈中或填圈之间的切口或孔的各表面视所使用的气体和工艺可收敛、发散或平行，其尺寸为0.0001-0.0100英寸。
最好也在气体或液体进口和出口通道中设置过滤器，以便生成和/或获得尽可能干净或纯净的气体。这类过滤器比方说在图20中用标号253表示。此外，为了除去模腔中的气体，阀杆件258中可有一小直径第二活动杆件(与图14所示杆件211相同)。第二杆件可轴向运动或围绕其轴线转动，从而打开一排气通道。
图21示出本发明又一实施例。在该示意图中，一衬套280包括一具有一中心通道284的衬套体和一顶端件286。该衬套最好为一具有一活动阀杆件288和阀口290的阀门衬套。用于气助注入成形工艺的气体用管接头292引入该中心通道。该管接头连接到一气体主通道和高压气源(未示出)。
该管接头中有多个小孔294(图21中例示出两个)。孔294也可用管接头292中的一环形通道取代。孔或通道的端部的大小或尺寸与上述气体引入孔相同。在这里，管接头292可使用上述任何一种实施例和机构，以便气体流入塑料流或模腔中，同时防止塑料回流入孔中而堵塞孔。
以上说明了本发明例示性实施例。本领域普通技术人员从上述说明和附图以及权利要求中容易看出，在由后附权利要求所限定的本发明精神和范围内作出种种改变、修正和变动。