制造中空塑料件的方法和系统 【技术领域】
本发明涉及制造中空塑料件的方法和系统且尤其是涉及利用压缩气体制造中空塑料件的方法和系统。
背景技术
授予亨德利的美国专利US5098637披露了一种利用压缩气体的塑料件注射成型的方法和系统，所述压缩气体保证了气体使部分塑料从型腔中移入一个与料流相连通的溢流腔中。这种特征使得成功模塑出具有较大尺寸的塑料件成为可能并具有已建立的气体辅助式注射成型技术的优点。
也是授予亨德利的美国专利US5110533披露了一种提高中空塑料件表面质量的方法和系统，其方法是在主要的第一批量塑料已被注入塑料件定型模腔之后将一次压缩空气量与第二批量塑料一起喷入注射成型模中。在此专利中，压缩气体注入量首先防止了第一批量塑料流动被中断，其次它在完成注入第二批量塑料之后将工件定型腔中的所有熔融的塑性树脂散布开。此方法和系统防止了塑料件外表面上地缺陷。
授予Yamazaki等人的美国专利US4923666披露了一种注射成型方法，其中熔融的合成热塑性树脂被注入一个型腔中，这些树脂足以完全充满型腔。接着，将压缩气体喷入型腔中。在此专利中，螺杆必须完全进入压实状态，而这将使塑料变得不可能再被压缩。因而，在型腔中留给压缩气体的空间只在塑料收缩部份中。
授予莎尔等人的美国专利US5558824披露了将塑性材料气体辅助式注射成型为一个中空件的方法和装置，其特征在于首先将惰性气体充入形成于固定模具和活动模具之间的型腔中，以便产生-阻力来抵挡随后注入型腔中且带有辅助压缩气体的注量不足的塑性熔融材料的流动前端。同时，设有探头来探测注量不足的塑料中的压力和型腔中的压力。
发明概述
本发明的一个目的是提供这样一种改进的气体辅助式注射成型方法和系统，这种方法和系统通过在塑性树脂虚充满但没有实充满型腔的情况下，将塑性树脂注入制品型腔的以便在型腔中形成塑料件。同时消除流动暂停痕迹。
本发明的另一个目的是提供一种制造中空塑料件的方法和系统，它同时不需要溢流腔，并由此不需要切断浇口、磨削塑料或精确使这样的溢流腔定位。
另外，本发明的另一个目的是提供一种制造中空塑料件的改进方法和系统，它所制造的塑料件完全没有应力，并且因使用了该方法和系统而实现节能。
此外，本发明的另一个目的是提供一种制造中空塑料件的改进方法和系统，它所制造的塑料件没有下凹痕迹，并且该系统的模具未被过度充满，因而没有飞边。
本发明的另一个目的是提供一种制造中空塑料件的改进方法和系统，用这种方法和系统可消除各批充料量之间的差异。
为了实现本发明的上述目的和其它目的，提供了一种在一个注射成型系统中制造一个中空塑料件的方法，其中所述系统包括一个注射成型模和一个在其直线运动过程中将塑性树脂注入所述注射成型模中的螺杆柱塞。此方法包括以下步骤：将塑性树脂注入所述系统的注射成型模的一个工件定型腔；防止当塑性树脂虚充满而没有实充满所述型腔时进一步将塑性树脂注入所述型腔，从而在该型腔中形成所述塑料件；这方法还包括；将压缩气体喷入在虚充满型腔中的塑性树脂，以使型腔中的塑性树脂散布开并在散布开的塑料中形成了一个气孔；使散布开的塑性树脂冷却而形成所述塑料件；随后使压缩气体经所述塑料件中的气孔逸出；从注射成型模中取出所述塑料件。
上述防止进一步将塑性树脂注入所述型腔的步骤最好包括终止螺杆直线运动的步骤。
另外，紧接在所述的注入塑性树脂步骤之后，塑性树脂最好约占型腔容积的92％-99％。
另外，型腔中的塑性树脂在所述的注入塑性树脂步骤中且在所述的喷入压缩气体步骤之前最好具有一个波动表面，在所述的喷入压缩气体步骤之后使波动表面在这里就转变为一个由型腔限定的表面。
此方法最好还包括当虚充满而没有实充满型腔时在所述的注入塑性树脂步骤中探测型腔中的塑性树脂的步骤和产生信号的步骤。
另外，为了实现本发明的上述目的和其它目的，提供了一种制造一个中空塑料件的注射成型系统，此系统包括：一个注射成型模；一个在其直线运动过程中在工件定型腔中将塑性树脂注入该注射成型模的螺杆；一个控制螺杆的直线运动的液压控制系统；用于防止当塑性树脂虚充满而没有实充满所述型腔时，进一步将塑性树脂注入型腔，从而在型腔中形成了所述塑料件的装置；将压缩气体喷入在虚充满型腔中的塑性树脂以便散布开型腔中的塑性树脂并在散布开的塑料中形成一个气孔的装置，散布开的塑料在注射成型模中被冷却而形成所述塑料件；使压缩气体经所述塑料件中的气孔逸出的装置。
就在塑性树脂刚刚注入型腔中之后，塑性树脂最好约占型腔容积的92％-99％。
另外，所述的防止进一步注入塑性树脂的装置最好还包括一个设置在注射成型模中以便探测型腔中的塑性树脂且与液压控制系统相连，以便在虚充满而没有实充满型腔时产生一个液压控制系统用其终止螺杆的直线运动的信号的探测塑料的探头，从而防止了进一步注入塑性树脂。
本发明的方法和系统带来了许多优点。例如，消除了流动暂停痕迹。另外，还可以取消在注射成型模内的溢流腔。
由于塑性树脂未完全充满工件定型腔，所以可以制造出完全无应力的塑料件。当全充满塑性树脂时，一般出现应力痕迹并可能出现潜在的翘曲危险。此外还应提供高的气体喷射压力。
由于无需全充满工件定型腔，所以无需压实工件定型腔，这样就可以在本系统和方法中实现节能。
另外，可以消除下凹痕迹并带来比当完全充满工件定型腔时所允许的空间大得多的储气空间。
另外，由于没有过度压实注射成型模，所以此方法和系统不会产生飞边。
最后，本方法和系统可消除投料量之间的重量差异。
当结合附图时，可以很容易从以下对本发明的最佳实施方式的具体描述中看到本发明的上述的和其它的目的、特征和优点。
图1是表示一个可经过改进而获得本发明的方法和系统的注射成型系统的局部剖开的横截面示意图；
图2是包括本发明的新颖特征的图1所示注射成型系统的改进结构，在这种结构中可型将塑性树脂注入工件定型腔中直到该腔被虚充满而没有实充满，从而在型腔中形成一个塑料件；
图3是与图2相似的视图，它示出压缩气体被喷入工件定型腔中形成塑料件后的情况；
图4是局部剖开的横截面示意图，它示出了在现有技术的带开启的止回阀的螺杆螺筒中的螺杆和可积蓄于其中的塑料总体积；
图5是与图4相似的视图，其中画出了在止回阀关闭状态下螺杆的不同位置，以表示了工件定型腔低压填充。
图6a是局部剖开的横截面视图，它示出了工件定型腔的一部分，其中塑性树脂具有一个波动表面而且塑性树脂流用虚线表示；
图6b是一个与图6a相似的视图，其中它示出了压缩气体已被喷入塑性树脂，从而将波动表面转变为一个光滑表面后的情况；
图7是一个与图4相似的示意图，它示出了足以虚充满而没有实充满塑料定型型腔的塑料积累量；
图8是在注射压缩气体之前，虚充满而没有实充满工件定型腔的塑料件截面图，该型腔由虚线表示。
图9是一个示出了向内拖曳的塑料件的截面图；
图10示出了在本发明方法的各阶段内的压力与注入塑料的百分数的两条关系曲线，下曲线表示型腔中的塑料压力，上曲线表示在注射塑料的螺杆所受的液压。
实施本发明最佳模式
现在参见图1，其中示出了一个一般由10表示的注射成型系统，这个系统可经过改动以便实施本发明的方法。在经过改近后，所述系统可被用于实践本发明的系统和方法。系统10包括一个一般由12表示的注射装置，该机构包括一个一般由14表示的且设置在一个注射腔15内的螺杆，所述螺杆在装置12的螺筒内具有一个通过螺纹固定的螺杆头16。另外，通过传统方式将一个止回阀或环18设置在注射装置12内。注射装置12还包括一个具有一个用于启闭注射装置12的塑料流动通道的活动销22的喷嘴关闭件20。设有加热条24，以使了一个)固定在注射装置12上。另外，一个喷嘴30通过传统方式被拧紧到注射头26的支承台中心。
注射成型系统10还包括一个一般由32表示的注射成型模，该注射成型模包括一个固定半模34和一个活动半模36，这两个半模合起来构成了一个工件定型腔38。这两个半模34、36具有一个穿过其中的冷却水流动孔46。
注射头26设置在第一模板40的碗形部中。注射成型模32还具有一个位于半模34中的注口衬套42。一个定位环34相对于第一模板40将注口衬套42固定在半模34中。
注射成型模32还包括一个拉杆48，拉杆具有一个环绕其设置的拉杆衬套50，以便使第二模板58以传统方式相对第一模板40来回运动。
一个一般由52表示的顶料机构包括一个用于在塑料件注射成型后将塑料件顶出工件定型腔38的顶料销54。
最好是用在两个半模32上使用的模具夹持机构56以传统方式将半模固定在第二模板58上。
现在参见图2，其中示出了经过改动以便实施本发明方法的图1所示的系统10，由此它变成了本发明的注射成型系统。图2所示的系统10(以及图1所示的系统10)包括一个用于控制螺杆14的直线运动和转动的液压控制系统60。液压控制系统60最好包括一个快速反应电控伺服阀(未示出)如通常用于铝件铸造领域的那种伺服阀。
伺服阀受一个由探测塑料的传感器装置62发出的且沿与液压系统60相连的导线64传送的电控信号控制。在半模36中被拧紧的传感器装置62包括一个装在半模36中的光纤束或探针66。光纤探针66的表面协助限定工件定型腔38。当塑性树脂填充工件定型腔38时，光纤探针66将由所述熔融树脂散发出的红外线传递给传感器装置62的红外线探头68。探头68沿导线64将控制信号传给液压系统60。
在另一个实施例中，传感器装置62可能包括一个也有助于限定工件定型腔38的压力传感器。或者，传感器装置62可能具有一个超声波传感器或电磁传感器。
在图2中，销或喷嘴关闭阀22处于开启状态以便让塑性树脂从注射装置12流入注射成型模32。另外，挡圈18处于其关闭状态。
如图2所示，在工件定型腔38内的塑料量足够虚充满型腔38但不是实充满型腔，于是在注射成型模32中形成了一个塑料件70。
当探测塑料的传感器装置62感觉到了压力(在压力探头的情况下)或预定的红外线变化(在红外线探头的情况下)时，传感器装置62沿与液压系统60相连的导线64向位于系统中的快速反应电控伺服阀发出控制信号，从而使伺服阀瞬时降低由螺杆14产生的所有注射压力，从而即使在注射装置12的注射腔15内还留有少量塑料，塑性树脂也不再进入塑炼件定型型腔38中。
现在参见图3，其中示出了这样一个成型的中空塑料件70，该件是在将压缩气体喷入塑性树脂中以便在型腔38内使塑性树脂散布开并由此在散布塑料中形成了至少一个气孔如气孔72之后，在注射成型模32的型腔38内形成的。可以通过在浇注系统中的喷嘴30将压缩气体喷入塑性树脂中，或者当设置在其中一个半模34、36中的销22已经移动到其关闭位置之后，通过该销将压缩气体喷入塑性树脂中。
通常，本发明的液压控制系统60在螺杆14到达其在注射腔15中的最左端位置之前会终止螺杆14的运动，从而防止了塑性树脂在工件定型腔38中压实。如图2、3所示，螺杆14并不在其最左端位置上。
或者，注射成型系统10可以在不设置传感器装置62的情况下通过对该系统10作试验的方法进行工作，在这系统中液压控制系统60可探测螺杆14直线移动到虚充满型腔而尚未实充满工件定型腔38的时间或距离。
现在参见图4，其中通过双箭头76示出了现有技术的螺杆头16的最大移动距离，这里，由于压实的缘故会给所形成的注塑件引入高应力，这将造成翘曲或尺寸不准确的注塑件。
现在参见图5，其中也示出了现有技术的螺杆14和不同于图4所示的起始位置的螺杆位置。“从图4的位置出发到如实线所示的螺杆14在装置12中的位置代表了工件定型腔38的低压填充。”箭头78表示螺杆头16进一步运动或移动以便虚充满工件定型腔38。
箭头80表示螺杆头16离开图5的实线所示位置而到达一个高压压实工件定型腔的位置。这利用了一个塑料垫以便充填现有技术的型腔。螺杆14通常决不到达螺杆螺筒的前端。这个容积是注塑件所需塑料的总体积。箭头82表示在现有技术中液压控制系统60为了在出现收缩时消除收缩而施加在螺杆14上的很高的压力。
现在参见图6a并结合图6b，其中示出了如图6a的实线所示的塑性树脂84的流动和如图6a中的虚线86所示的随后的断续前端。如众所周知的那样，(根据Bernoulli原理)，由于塑料在型腔和芯壁上有表面阻力所以外部塑料比内部塑料流动慢。当塑料正移入工件定型腔38的终端部88时，这些断续前端86逐渐靠近并接近光纤束66，由此造成光纤束66向红外线探头68(未在图6a中示出)发出逐渐增强的热辐射量。
如图6a进一步示出的那样，当塑料在工件定型腔38的终端部88内流动时，在终端部88内形成了波纹，从而获得了塑性树脂的一个波动表面90。如图6a所示的断续前端86之一所示的那样，当塑性树脂已经到达一个由试验决定的位置时，所得到的由红外线探头产生的信号就达到了预定水平，从而向液压控制系统60内的伺服阀发出控制信号，这就使螺杆运动停止。通常希望在塑性树脂占据了工件定型腔38的整个容积的92％-99％时由探头向液压控制系统60发出信号，从而塑性树脂波动表面90存在于工件定型腔38中。这样一来，就可以制成完全无应力的注塑件。这样就防止进一步将塑性树脂注入工件定型腔38中。
接着，将压缩气体喷入在虚充满工件定型腔38中的塑性树脂以使塑性树脂在型腔38中散布开并由此在分散树脂中形成一个气孔92。这样一来，在喷射压缩气体的步骤之后，使早先的塑性树脂波动表面90转变成一个由工件定型腔38限定的典型光滑表面。
随后，通过众多的现有技术中的任何一种方法使散布开的塑性树脂冷却而形成一个塑料件并使从气孔92来的气体从塑料件中逸出。
最后，例如通过利用顶料销54就可从注射成型模32中取出塑料件，所述顶料销还可被用于将压缩气体输入工件定型腔38。
现在参见图7，其中通过箭头94示出了足以虚充满而不会实充满工件定型腔38的塑料畜积量。虚线表示螺杆头16的最左端位置。在螺杆14向前运动时，在箭头94之间的所有畜积塑料在低注射压力下被注入注射成型模32中。这就是说，所述低压只足以克服经过浇道、浇注系统和注射成型模32的浇口的压降。在型腔38被充满前，在工件定型腔38中没有或几乎没有压力。
现在参见图8，其中示出了一个在工件定型腔38中形成的塑料件70，其中塑性树脂虚充满而没有实充满工件定型腔38。可容易看见的，塑料件70包括一个凸起部96和一个肋部98。模塑件或塑料件70通常形成了终产品，但它仍具有波纹面或波动表面90以及与分模线的“偏离”。
图9示出了在脚部100的模塑件70的向内牵拉，收缩在这里发生偏离注射成型模32的分模线。
现在参见图10，其中分别沿垂直轴线和水平轴线，示出了注射压力和注入型腔38中的塑料量的百分数。上述特殊例子的材料为融指指数为8-10的聚丙烯，而且其壁厚为3mm～4mm。
线段102表示最初将塑料注入注射成型模32中作用在螺杆14上的液压是从大约3000psi起直到约为6000psi的点104为止。在塑料压实过程中达到了液压峰值。在线段106中，对塑料保持液压，直到浇口在注射成型模32中被凝固为止。在所示实施例中，线段106约为5500psi。在线段108中，在螺杆转动之前将液压降低以便为下一个注塑件积累塑料。
线段110表示在最初将塑料注入工件定型腔38的过程中在工件定型腔38内的塑料压力。线段102和线段110之间的压差是由在浇道、浇注系统、浇口等中的节流和在螺杆区的阻力造成的。
由于塑料作用在型腔和芯壁上的表面阻力以及与模具的冷表面接触的塑料开始凝固，所以无论如何轻微，在工件定型腔38内的塑料压力都随着塑料件定型每38中的塑料的体积的增大而逐渐增高。塑料压力从没有注入塑料时的工件定型腔38的0psi压力增加到注入90％塑料时的约150psi的压力。在注入塑料占型腔38的94％和压力约为200psi的点112处，如上所述，终止塑料流动并将压缩气体喷入工件定型腔38中。
线段114表示在塑料件凝固时气体保持压力约为300psi～1000psi。如上所述，接着在从注射成型模32中取出成品件之前使压缩气体逸到空气中。
尽管具体地描述了实施本发明的最佳实施方式，但是那些熟悉与本发明有关的领域的人员将都会认识到会有各种实施本发明的替换方案和实施例，而这些方案和实施例已被后述权利要求书所限定。