用于注入模制装置的铸造热流道总管 【技术领域】
本发明涉及一种用于注入模制装置的铸造热流道总管。
背景技术
注入模制过程使熔融的的热塑性材料或者熔料保持熔融状态，因此熔料可以注入模腔内，从而形成各种产品。在整个注入模制过程中，必须保持熔料的热分布，这是为了让熔料保持其合乎需要的性质，从而生产出合格产品。一般而言，熔料经过衬套进入注入模制总管或热流道总管，并从总管输送到一个或多个注入模制喷嘴或热流道喷嘴，随后被注入冷的模腔内。
用在热流道系统内的总管必须有可靠的性质。例如，必须有良好的传热特性，且能经受住高温和高压。因此，典型的总管由传热系数高的金属块制成。
如果总管由金属块制成，但是难于在总管内形成拥有合适几何形状的熔料通道，用于高效且有效地输送通过其中的熔料。典型的熔料通道是从金属块的外部向其内部钻孔而形成地，通常使用深钻技术。由于渴望有多个与单总管相连的热流道喷嘴，因此穿过总管形成熔料通道的钻孔必须包括至少一个弯曲部分。另外，该弯曲部分必须达到流变平衡(rheologically balanced)，而这用标准的深钻技术事实上又不可能实现。总管熔料通道内达到流变平衡的弯曲部分是合乎需要的，或者说熔料沿所述弯曲部分不能平稳流动，这要么会造成熔料湍动，使流动受阻，要么是凝固的熔料积累在总管熔料通道的壁上。这种湍动会在注入模制系统内造成不受欢迎的压力变化，并且在熔料和总管之间造成不受欢迎的热交换，这会破坏熔料以及随后形成的产品。另外，在深钻过程中产生的死角造成了总管熔料通道内熔料可以深入的空间，而这又造成了另一个不受欢迎的结果。例如，总管熔料通道流道之间的部分会难于清洁，且/或者死角内硬化的熔料会产生中断并出现在随后的模制品中。
在块状总管内形成流变平衡的弯曲部分的一种方法是让从块的侧面钻入的钻孔和从块的底部钻入的钻孔相交，产生一个基本上成90°的角。然后，通过所述的侧钻孔插入一个带有曲面的塞子，并将其放在总管内，这样塞子的曲面就在总管通道内形成一个渐进的曲面。但是，这样的塞子价格昂贵且生产和组装都很耗时。
制作流变平衡的总管熔料通道的另一种方法是将总管分割成上、下两部分，这样可以在每个部分的配合表面上形成半个熔料通道。一般而言，总管形成上、下两部分，其中每一部分有半个形成在其配合表面上的熔料通道。然后，将总管的上、下部分紧固并密封在一起，从而形成流变平衡的熔料通道。但是，这一系统需要使用非常精密的设备。
制作热流道总管时使用金属块的另一项挑战在于均匀地加热金属块内的总管熔料通道可能很困难。典型的做法是将加热器附在金属块的外部，并且在某些情况下，可以用铜焊将其焊在或者将其压在加热器槽内。这是一个耗时的过程，因为它需要加工轮廓复杂的加热器槽。
利用安置在分块总管(例如上述的分块总管)内的内加热器可以实现总管的均匀加热。假若这样的话，加热器就沿熔料通道放在总管的上、下两部分之间的特殊的钻孔内。
制作具有流变平衡的熔料通道的总管且均匀加热熔料通道的另一种方法包括使用具有流变曲线的预成形的管子。但是，如果不将这些管子放在导热介质中就难于有效地将其加热。已经尝试用油或气体介质来有效加热熔料通道。但是这一方法的安全性和有效性还有问题，尤其是用油做导热介质，这是由于油易燃。
其他的实施例使用整体成形的或者切割后再焊接在一起的的管子来制作光滑通道。但是，两根管子之间的接缝可能不牢固，在高温、高压下可能会断裂，并且可能会引起总管故障。
因此，渴望能有一种解决了上述问题且具有总管熔料通道和整体加热系统的注入模制热流道总管。
【发明内容】
本发明涉及一种热流道装置，它包括注口衬套、热流道总管和喷嘴。热流道总管包括固定在一个块(例如铸件块)内的至少一根管子和连接件。该连接件一般有一个具有第一端和第二端的轴向钻孔。该连接件也有至少一个径向钻孔，该径向钻孔具有至少一个通到连接件外部的开口，且它与轴向钻孔的第二端相交。轴向钻孔的第一端与注口衬套配合。该连接件的径向钻孔的开口流体地连接到所述管子的第一端。一个喷嘴连接在所述管子的第二端。所述管子有至少一个弯曲部。根据这一设计，所述管子被连接在所述连接件上，从而使熔料在其中平稳地流动。
在另一个实施例中，总管包括一根固定在总管块内且有第一和第二端的径向管，以及一根固定在总管块内且有第一和第二端的喷嘴管。径向管的第一端与所述连接件内的径向钻孔的一个开口配合，且其第二端与喷嘴管的第一端配合，这样，喷嘴管的第一端或径向管的第二端中的一个就可以在另一个内可伸缩地滑动。喷嘴管的第二端与热流道喷嘴的熔料通道流体连通。因此，径向管和喷嘴管之间可以滑动的结构允许调节所述连接件和热流道喷嘴之间的距离，例如在铸造所述总管块之前。
在另一个实施例中，所述总管也包括一个穿过一个热流道喷嘴延伸的阀销。所述阀销穿过固定在所述总管块内的至少一根支承柱延伸，该支承柱在所述总管块的整个高度上延伸，其中，所述阀销由所述支承柱支承。所述阀销被连接到安置在所述总管块的外部用于控制所述阀销运动的一个驱动单元上。
在另一个实施例中，所述总管还包括固定在所述总管块内的一个加热元件。该加热元件可以是环绕所述径向管或喷嘴管、所述连接件和/或所述支承柱中的至少一个的线圈。作为另外一种选择，所述加热元件可以是在所述径向管和/或喷嘴管上缠绕至少一整圈(one full time)的线圈。
在本发明中，用于形成总管熔料通道的管子由能够经受高温高压的金属或合金(例如不锈钢)制成。在本发明中，所述总管块由导热的软金属(例如青铜、黄铜或其组合物)制成。在本发明中，所述连接件和所述支承柱由高熔点的工具钢(例如H13工具钢)制成。
根据本发明的加热装置包括可以绕所述连接件、支承柱、和/或所述径向管或所述喷嘴管中的至少一个缠绕至少一次的铜丝。作为另外一种选择，所述铜丝绕所述径向管和所述喷嘴管缠绕至少一次。
在另一个实施例中，多根管子被连接到所述连接件上，用于引导熔料从注口衬套经过所述总管流到多个热流道喷嘴。
在又一个实施例中，所述支承柱与所述喷嘴管结合，在此附近，所述热流道喷嘴被流体地连接到所述总管上。
在又一个实施例中，连接到所述连接件上的管子通向带有与其配合的分支管的分支连接件，从而形成一个多级总管块。
下面将参照附图详细说明本发明的其他特点和优点以及本发明各种实施例的结构和操作。需要指出的是，本发明不局限于这里所述的特定实施例。这里提出的这些实施例仅仅是出于解释目的。对相关领域的普通技术人员来说，以这里所包含的教导为基础的其他实施例是显而易见的。
下面将参照附图说明本发明。
【附图说明】
图1是根据本发明实施例的热流道装置示意性的侧视图。
图2是图1中的热流道总管示意性的平面图。
图3是根据本发明的另一个实施例的热流道总管示意性的平面图。
图4是根据本发明的另一个实施例的热流道总管示意性的平面图。
图5是根据本发明的另一个实施例的热流道装置示意性的侧视图。
图6是根据本发明的另一个实施例的热流道装置的一个总管的示意性的剖面图。
图7是根据本发明的另一个实施例的热流道装置的一个总管的示意性的剖面图。
图8是根据本发明的另一个实施例的热流道装置的一个总管的示意性的剖面图。
【具体实施方式】
图1是根据本发明的一个实施例的热流道装置100示意性的侧视图。该装置包括注口衬套106、热流道总管101和喷嘴108。总管101一般是一个其中铸造有各种元件的总管块104。总管块104由金属导体——例如铜或铜合金(例如黄铜或青铜)、铝或铝合金、某些钢或钢合金、及其它们的组合物或对本领域普通技术人员来说可能是显而易见的其他材料——制成。总管101靠压铸、熔模铸造和允许固体成形的其他合适的铸造方法制造。铸造在总管101的一个元件是连接件215。连接件215由工具钢(最好是H13钢)、或在铸造过程中可以保持其形状而不熔化、弯曲或变形的其他材料制造而成。
在本发明的一个实施例中，连接件215由带有一个轴向钻孔216和至少一个径向钻孔218的固体材料块形成。轴向钻孔216和径向钻孔218在其被铸造在总管101内之前就形成在连接件215内。这些钻孔可以依靠深钻技术或本领域已知的其他技术(例如被用来在传统的总管中钻沟槽的那些技术)形成。
连接件215的轴向钻孔216有一个朝向连接件215外表面的第一端220。轴向钻孔的第一端220与安置在总管101的外表面上或邻近总管101的外表面安置的注口衬套106流体连通。轴向钻孔216也有一个延伸进连接件215内部的第二端222。径向钻孔218在连接件215的另一个外表面处有一个开口224。
径向钻孔218一般贯穿连接件215的一段径向长度，且与轴向钻孔216的第二端222相交。在如图1所示的具有两个热流道喷嘴的实施例中，径向钻孔218贯穿连接件215的整个径向长度，因此它在连接件215相对的外表面上有两个开口224。
径向钻孔218的开口224与一根导管或管子102的第一端103配合。管子102有一个第二端105，且包括一个位于其第一端103和其第二端105之间的弯曲部分114。弯曲部分114最好是流变平衡弯曲部分，流变平衡弯曲部分是允许低湍流穿过所述沟槽的弯曲部分。流变平衡弯曲部分提供了一个从总管内的一个水平到另一个水平的精确、快捷且最佳的转向。
管子102优选用坚固且光滑的不锈钢制成，但也可以用在铸造过程中可以保持其形状而不熔化、弯曲或变形的任何金属制成。
连接件215构造成这样的结构：也包含在总管块104内的管子102不需要第二个弯曲部分就流体地连接到注口衬套106。另外如图1的实施例所示，连接件215为两根管子102提供支承连接。正如相关领域的普通技术人员所清楚的那样，具有稳定支承连接件215的总管是对具有多个形成所述总管熔料通道的无支承管子的总管的改进，其中为了使熔料穿过所述总管流到所述喷嘴，每根管子必须包括至少两个弯曲部分。
在本发明的一个实施例中，管子102插入到形成在连接件215中的管子钻孔235内。管子钻孔235的直径比径向钻孔218的直径大管子102的厚度，因此管子102的内表面与径向钻孔218的内表面齐平。管子102固定到连接件215上，例如可通过铜焊或相关领域普通技术人员已知的其他机械方法。因此，在铸造过程之前、期间或之后，连接件215为管子102提供了一种稳定的支承平台。
如图1所示的本发明的实施例包括阀门型的热流道喷嘴108，每个喷嘴有一个阀销340。每个阀销340由支承柱339支承在总管101的内部内。支承柱339也由工具钢(最好是H13钢)或在铸造过程中可以保持其形状而不会熔化、弯曲或变形的其他材料制成。支承柱339包括沿其纵轴延伸的轴向钻孔344，该轴向钻孔344对阀销340起通道和支承表面的作用。阀销340贯穿总管101，经过轴向钻孔344到达致动单元342。为了启闭热流道喷嘴108，致动单元342使阀销340上、下移动，从而控制熔料流入模腔(未示出)。
对阀门式注入模制应用而言，在浇注总管101中使用支承柱339确保了阀销340连续的合适同轴度，从而确保阀门式喷嘴108的合适功能。尽管穿过浇注总管的简单的钻孔可能足以容纳一个阀销，但注入模制过程中阀销的重复移动可能会造成较软的铸件材料(例如铜或铝)的过度磨损，从而破坏所述阀销的合适同轴度以及所述阀门式喷嘴的功能。另外，支承柱339保护所述阀销免受在总管的操作过程中产生的压力和弯曲力。支承柱339不局限于图1所示的形状和尺寸，而是适于各种合适的形状。
如图1所示的本发明的实施例包括总管加热器238。在该实施例中，总管加热器238是由外罩保护的螺旋线，它环绕支承柱339、连接件215和管子102。总管加热器238在总管101内的位置在整个总管101内提供了均匀的热量分布，然后，热量被传递到管子102内的热塑性熔料。其他类型的总管加热器例如筒形加热器、薄膜加热器、热管以及对相关领域的普通技术人员而言显而易见的其他加热器也可以用在本发明中。在另一个实施例中，加热器238可以缠绕在一个或多个单独的管子102上，以直接加热在其中流动的熔料。在本发明的另一个实施例中，可以将多于一个的加热器铸造在总管101中。
在本发明的某些实施例中，支承柱339和连接件215在铸造前和铸造过程中也起支承加热器238的作用。在这样的一个实施例中，连接件215包括定位槽346，定位槽346将加热器238保持在合适的位置。支承柱339可能包括相似的定位槽或代之以图1所示的突出部348，加热器238支承在突出部348上。
正如本发明的图1所示的那样，管子102的第二端105插入支承柱339内的第二钻孔350的第一端362中。第二钻孔350有一个朝向总管101的一个外表面的第二端364，热流道喷嘴108在此流体地连接到总管101上。这样，支承柱339在总管铸造之前或在铸造过程中以及在注入模制过程中总管的操作期间也为管子102提供支承和稳定性。
图2是图1中的总管101的示意性的平面图。如图所示，总管101包括两个喷嘴滴(nozzle drop)366。这样就仅需两根管子102。图3和图4是如本发明的其他实施例所述的总管101的示意性的平面图，图中给出了四个喷嘴滴366，这需要四根管子102。理想地，来自注口衬套106的熔料在连接件轴向钻孔216处进入总管到在喷嘴108处排出总管之间的距离严格等于每一条熔料通道的距离。这样，连接件215提供总管的中心轴线，并为整个总管提供定向兼对齐中心。也可以有多个喷嘴滴用在本发明中，只要连接件215有足够数目的径向钻孔218来容纳每根附加的管子102。
图3中的总管有四个等距的喷嘴滴366，且总管101是X形的。图4中的总管101呈矩形(例如，一般有长、宽、高)，且有四个不等距的喷嘴滴366。图4所示的每个喷嘴滴366与一个邻近的喷嘴滴366比与其他的喷嘴滴366靠得更近。另外，除了总管101高度方向上的弯曲部分114，图4的实施例中的管子102也有总管宽度方向上的弯曲部分369。该实施例允许喷嘴被定位在矩形总管的角部，这节省空间。正如由图2-4所示的各种总管设计所证实的那样，根据本发明而构造的总管可能适于宽范围的注入模制用途，且预期它们也落在本发明的范围之内。
图5是根据本发明的另一个实施例的热流道装置500的示意性的侧视图。在该实施例中，总管501的连接件215连接到径向管226的第一端230。径向管226优选图5所示的直管，但它可以有可能适于某种用途的弯曲部分。径向管226的第二端232可滑动地连接到喷嘴管228的第一端234上。如图5所示，喷嘴管228可能包括至少一个弯曲部分514。图5给出了几乎成90°的弯曲部分514，而图1中的弯曲部分是更不主动的(aggressive)的弯曲部分114。这样，如本发明所述的弯曲部分可以是任何角度或形状，只要它能使熔料流平稳地从一个水平过渡到另一个水平。
在如图5所示的本发明的实施例中，喷嘴管228的第一端234插入到径向管226的第二端232内。作为另外一种选择，径向管226的第二端232也可以形成为插入喷嘴管228的第一端234中的形式。径向管226和喷嘴管228可以有不同的横截面直径，且可以由不同的材料制成。如图1所示的单管在制造和组装时必须有更高的精度。
径向管和喷嘴管之间可以滑动的关系允许两个喷嘴之间的节距在铸造总管501之前被调节到适于特殊的用途。另外，一旦管子间的相对位置被确定，这些管子可以通过铜焊、焊接或相关领域普通技术人员已知的其他机械连接形式锁定在合适的位置。然而，可以预见在总管501铸造完成之后，径向管226和喷嘴管228之间也可以最小地保持相互移动。径向管226和喷嘴管228之间的相互移动允许由管子226、228形成的熔料通道经受由潜在的横向移动引起的变形，整个总管在热膨胀过程中会经受这种横向移动。
在另一个实施例中(未示出)，单径向管可以穿过连接件贯穿整个路径。接着，喷嘴管被滑动地连接到单径向管的每一端。在该实施例中，在所述连接件中制造轴向钻孔之前，径向管可以插入所述连接件的径向钻孔中。因此，当所述轴向钻孔形成在所述连接件中时，所述径向管也会被钻到。然而，所述径向管在插入所述连接件之前，就可以在其上制造钻孔，以在所述轴向钻孔和所述单径向管之间提供流体连接，随后需要将这些元件仔细地对齐。
如图5所示的本发明的实施例不包括用于支承和对齐所述喷嘴管的支承柱。相反，喷嘴管228的第二端236插入到一个连接盘368中。连接盘368用来在铸造总管501之前、期间或之后支承喷嘴管228的第二端236。另外，连接盘368可以用来将喷嘴508连接到总管501上。连接盘368有接触总管501的第一表面374和与喷嘴508滑动接触的第二表面376。
连接盘368有一个中心钻孔370，喷嘴管228插入其中。在铸造总管501之前，优选将喷嘴管228固定到连接盘368上，例如通过铜焊、焊接或相关领域普通技术人员已知的其他机械连接形式。然而，可以使喷嘴管228的外径与连接盘的中心钻孔370摩擦配合，因此，在铸造期间无需连接即可将其保持在合适的位置。
连接盘可以用于如图1所示的本发明的实施例中的固定管102。另外，如图1中的实施例所示的支承柱339在铸造总管101之前可以连接到一个连接盘上。连接盘368可以由工具钢(最好是H13钢)或另外的此类材料制成，这些材料在铸造过程中可以保持其形状，不熔化、弯曲或变形。连接盘368可以制成各种形状。
本发明的另一个实施例是具有分支模制通道的多级总管，这些模制通道由一般如6-8所示的多根管子和多个连接件形成。另外，如图6-8所示的管子和连接件可以排列成各种形式以制造定制的总管。
尤其是图6给出了一个总管601，这是一如上所述的铸件。然而，总管601包括多层管子和多个连接件。总管601包括一个中心连接件615，它有轴向钻孔620和径向钻孔618。在如图6所示的实施例中，径向钻孔618有两个与管子602的第一端配合的开口624，这与图1所示的相似。然而，这些管子602也有与分支连接件665的轴向钻孔663配合的第二端605。另外，每个分支连接件665都有一个贯穿其中的径向钻孔667。径向钻孔667中的开口681与分支管682的第一端680配合。开口681钻得比径向钻孔667大，从而形成一个肩部，这使分支管682的第一端680与管子602的第二端605对齐，从而允许熔料从管子602经分支连接件665平稳地流入分支管682中。管子682的第二端673插入连接盘668(例如如图5所示的喷嘴管228)中，用于在铸造总管601前、铸造期间和之后支承分支管682。
图6也给出了包括加热器638的总管601。如图6所示，加热器638是完全缠绕在所述管子和连接装置上的线圈。图7给出了另一个铸造总管701，具有图6相同的管子和连接件，但有一个缠绕每根管子而不是整个管子和连接装置的加热器738。加热器738缠绕在每根管子上从而将热量导向所述的管子，以更好地控制其中的熔料的温度。加热器738可以是单线圈，使导线(未示出)延伸到总管701的外部；在另外一种方案中，可以包括多个线圈，例如每根管子上一个，每个线圈包括延伸到总管外部的单独导线(未示出)。
图8给出了本发明的注入模制装置的总管801的另一个实施例。在这种情况下，为了在铸造前、期间和之后为管子802提供支承，中心连接件815沿总管801的整个高度延伸。另外，分支连接件865延伸到总管801的下游表面890，从而在铸造到分支管882上之前、期间和之后提供相似的支承。
另外，如图6-8所示延伸到总管外表面的每个连接件615、715和815也可以起注口衬套的作用，类似于图1和5中的注口衬套106的作用。
用于形成如本发明所述的总管的熔料通道的元件的模块特性使得总管的设计、改进和制造简单而灵活。例如，可以方便地储存应用范围广泛的预制造元件，只需改变喷嘴滴的数目、喷嘴滴之间的距离和总管的整体尺寸，后者通常取决于喷嘴滴的间距和数目。
所想要的元件一旦从库存中去除、购进或制造，就可以根据下述方法制造所述总管。根据总管所想要的最终尺寸制造注压模。注压模也是铸造件，它定位在熔融金属源附近。然后将各种元件结合在一起。例如，分别对于如图1和5所示的总管101和501，支承柱339和/或连接盘368被定位。然后，管子102或喷嘴管228的第二端被紧固到支承柱339和/或连接盘368上。管子102或径向管226的第一端靠压入、螺栓紧固、铜焊或焊接的方式被紧固连接到连接件215上。在另一个实施例中，径向管226和喷嘴管228滑动配合。对于图6-8所示的多级总管，在被放进注压模之前，所述管子和连接件按类似的方法配置。
然后将组装起来的个总管元件放进注压模内，这样各元件的位置补足了喷嘴108/508的所想要的最终位置。然后根据需要将一个或多个加热器放在各总管元件的周围。一旦各总管元件和所述加热器被组装在所述的注压模内，就预热所述模。然后在一定的压力下注入熔融金属以充填所述模，并提供本发明的总管101或501。在制造所述铸造总管的一种方法中，总管的熔融金属被倾入所述注压模内，并且使用液压来施加高压力直到铸造材料固化。例如，当用黄铜做总管金属，黄铜可以在1400°F到1800°F之间最好是约1650°F添加到所述模内，并且可以施加约为13-25吨/平方英寸的压力，最好在16-20吨/平方英寸之间。然而，各种材料可能需要不同的铸造条件。
另外，如上所述，可能用于铸造本发明的总管的其他方法(例如熔模铸造)对本领域普通技术人员来说是显而易见的。
根据本发明的另一个方面，熔料通道管的内部被涂以保护性涂层。例如，对玻璃充填树脂或其他研磨材料而言，尤其需要减少熔料在管子上的腐蚀作用的涂料。可以用其他涂料例如低摩擦涂料来减少由熔料和熔料通道管的管壁之间的摩擦所产生的热。例如，对某些树脂可以使用溶胶凝胶和石墨层。在深钻的熔料通道中，很难或几乎不可能提供这类涂料。
其他元件也可以被铸造进根据本发明制造的总管中，例如连接器、导向衬套、压力传感器、支承和热电偶，这对相关领域普通技术人员来说是显而易见的。
尽管上面已经说明了本发明的各种实施例，但应该理解它们仅仅是作为例子而非限制被提出的。这样，本发明的宽度和范围不应该由任何一个上述的优选实施例限制，而应该仅根据下述的权利要求及其等同物来限制。