用于冷却预成型件颈环的冷却回路.pdf

本发明提供一种用于一预成型件的一颈环的冷却回路，其通过以两部分提供一颈环来与所述颈环的表面相配。第一部分支撑所述颈环并向所述颈环插入件提供强度和耐用性。第二部分由经高导热金属灌注的多孔钢形成，并包括一冷却通道，所述冷却通道在所述预成型件的颈环周围提供大体上均匀的冷却。

1.  一种用于附接到一颈环半壳的冷却装置，所述冷却装置包含一具有一分路冷却通道的结构，所述分路冷却通道围绕所述冷却装置的一内部圆周在相反方向上延伸。

2.  一种用于附接到一颈环半壳的冷却装置，所述冷却装置包含一由高导热金属灌注的多孔钢上部结构和一分路冷却剂通道，所述分路冷却剂通道邻近所述冷却装置的一内部圆周在相反方向上延伸。

3.  根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中所述多孔钢上部结构是使用一三维印刷工艺或一熔模铸造工艺形成的。

4.  一种用于冷却一模制装置的一选定部分的冷却插入件，所述插入件包含：
一壳，其具有一与所述选定部分的一第一外表面相配的内表面和一第二外表面；
一冷却附件，其具有一与所述第二外表面相配的内表面；和
一位于所述冷却附件内的冷却回路，所述冷却回路具有一入口部分以用于将冷却剂提供到所述附件的所述相配内表面附近的一分路通道，所述分路通道形成两个通道，所述两个通道在与所述附件的所述相配内表面平行的相反方向上延伸。

5.  一种用于冷却一模制预成型件的颈环的改进型颈环冷却插入件，所述插入件包含：
一颈环半壳，其具有一与所述预成型件的一颈环表面相配的内表面和一外表面；
一冷却附件，其具有一与所述外表面相配并可牢牢紧固到所述外表面的内表面；和
一位于所述冷却附件内的冷却回路，所述冷却回路具有一入口部分以用于将冷却剂提供到所述附件的所述相配内表面附近的一分路通道，所述分路通道分开形成两个通道，所述两个通道在与所述相配内表面平行的相反方向上延伸，每个分路通道通向一各自的返回通道，每个所述返回通道朝向所述入口部分附近的一位置延伸以使所述冷却剂返回到一位于所述入口部分附近的出口部分。

6.  根据权利要求5所述的插入件，其中所述冷却回路中的所述通道大体上为矩形截面，其一较长边邻近所述附件的所述相配内表面。

7.  根据权利要求5所述的插入件，其中所述入口部分在所述分路通道中的一大体上中心点处接合所述分路通道，以使得所述分路通道的独立部分具有大体上相等的长度。

8.  根据权利要求6所述的插入件，其中所述入口部分在所述分路通道中的一大体上中心点处接合所述分路通道，以使得所述分路通道的独立部分具有大体上相等的长度。

9.  根据权利要求5、6、7或8中任一权利要求所述的插入件，其中所述分路通道的每个部分在其靠近所述半壳的一边缘时在方向上反转180度，且在平行于所述分路通道的一起始部分并在所述起始部分后方的一路径上返回到所述出口部分。

10.  根据权利要求5、6、7或8中任一权利要求所述的插入件，其中若干挡板位于所述冷却通道中。

11.  一种用于紧固并冷却一预成型件的颈环插入件，其包含一对颈环冷却插入件，每个插入件包含：
一颈环半壳，其具有一与所述预成型件的一颈环表面相配的内表面和一外表面；
一冷却附件，其具有一与所述外表面相配并可牢牢紧固到所述外表面的内表面；和
一位于所述冷却附件内的冷却回路，所述冷却回路具有一入口部分以用于将冷却剂提供到所述附件的所述相配内表面附近的一分路通道，所述分路通道分开形成两个通道，所述两个通道在与所述相配内表面平行的相反方向上延伸，每个分路通道通向一各自的返回通道，每个所述返回通道朝向所述入口部分附近的一位置延伸以使所述冷却剂返回到一位于所述入口部分附近的出口部分。

12.  根据权利要求11所述的插入件，其中所述冷却回路中的所述通道大体上为矩形截面，其一较长边邻近所述附件的所述相配内表面。

13.  根据权利要求11所述的插入件，其中所述入口部分在所述分路通道中的一大体上中心点处接合所述分路通道，以使得所述分路通道的独立部分具有大体上相等的长度。

14.  根据权利要求12所述的插入件，其中所述入口部分在所述分路通道中的一大体上中心点处接合所述分路通道，以使得所述分路通道的独立部分具有大体上相等的长度。

15.  根据权利要求11、12、13或14中任一权利要求所述的插入件，其中所述分路通道的每个部分在其靠近所述半壳的一边缘时在方向上反转180度，且在平行于所述分路通道的一起始部分并在所述起始部分后方的一路径上返回到所述出口部分。

16.  根据权利要求11、12、13或14中任一权利要求所述的插入件，其中若干挡板位于所述冷却通道中。

17.  一种用于冷却一预成型件的设备，其包含：
一注射模具，其中具有一模具腔；
用于将熔化塑料注射到所述模具中以形成一预成型件的构件；
与所述模具腔具有热交换关系的构件，其用于将所述塑料从一熔化状态冷却到一固体状态；所述热交换构件包括：一对颈环半壳，每个半壳具有一与所述预成型件的一颈环表面相配的内表面和一外表面；一冷却附件，其具有一与所述外表面相配并可牢牢紧固到所述外表面的内表面；和一位于所述冷却附件内的冷却回路，每个所述冷却回路具有一入口部分以用于将冷却剂提供到所述附件的所述相配内表面附近的一分路通道，每个所述分路通道分开形成两个通道，所述两个通道在与所述相配内表面平行的相反方向上延伸，每个分路通道通向一各自的返回通道，每个所述返回通道朝向所述入口部分附近的一位置延伸以使所述冷却剂返回到一位于所述入口部分附近的出口部分。

18.  一种用于向一预成型件提供冷却的冷却附件，所述附件可紧固到一颈环半部插入件，所述插入件支撑并保留所述预成型件的一螺纹部分，所述冷却附件包括：
一内表面，其与所述外表面相配并可牢牢紧固到所述外表面；和
一位于所述冷却附件内的冷却回路，所述冷却回路具有一入口部分以用于将冷却剂提供到所述附件的所述相配内表面附近的一分路通道，所述分路通道分开形成两个通道，所述两个通道在与所述相配内表面平行的相反方向上延伸，每个分路通道通向一各自的返回通道，每个所述返回通道朝向所述入口部分附近的一位置延伸以使所述冷却剂返回到一位于所述入口部分附近的出口部分。

19.  一种用于冷却复数个预成型件的设备，其包含：
一注射模具，其中具有复数个模具腔；
用于将熔化塑料注射到每个所述模具腔中以形成一预成型件的构件；
与每个所述模具腔具有热交换关系的构件，其用于将所述塑料从一熔化状态冷却到一固体状态；
每个所述热交换构件包括：一对颈环半壳，每个颈环半壳具有一与一预成型件的一颈环表面相配的内表面和一外表面；一冷却附件，其具有一与所述外表面相配并牢牢紧固到所述外表面的内表面；和一在所述冷却附件内的冷却回路，每个所述冷却回路具有一入口部分以用于将冷却剂提供到所述附件的所述相配内表面附近的一分路通道，每个所述分路通道形成两个通道，所述两个通道在与所述相配内表面平行的相反方向上延伸且通向一各自的返回通道，每个所述返回通道朝向所述入口部分附近的一位置延伸以使所述冷却剂返回到一位于所述入口部分附近的出口部分。

20.  根据权利要求19所述的冷却设备，其中所述冷却回路中的所述通道大体上为矩形截面，所述通道的一较长边邻近所述附件的所述相配内表面。

21.  根据权利要求19所述的冷却设备，其中每个所述入口部分在所述分路通道中的一大体上中心点处接合一各自的分路通道，以使得所述分路通道的独立部分具有大体上相等的长度。

22.  根据权利要求20所述的冷却设备，其中每个所述入口部分在所述分路通道中的一大体上中心点处接合一各自的分路通道，以使得所述分路通道的独立部分具有大体上相等的长度。

23.  根据权利要求19、20、21或22中任一权利要求所述的冷却设备，其中每个所述分路通道的每个部分在其靠近一各自半壳的一边缘时在方向上反转180度，且在平行于所述分路通道的一起始部分并在所述起始部分后方的一路径上返回到所述出口部分。

24.  根据权利要求19、20、21或22中任一权利要求所述的冷却设备，其中若干挡板位于所述冷却通道的每一者中。

25.  根据权利要求4、5、6、7、8、11、12、13或14中任一权利要求所述的插入件，其中所述冷却附件包含一由高导热金属灌注的多孔钢上部结构。

26.  根据权利要求4、5、6、7、8、11、12、13或14中任一权利要求所述的插入件，其中所述冷却附件包含一由高导热金属灌注的多孔钢上部结构，并使用一三维印刷工艺或一熔模铸造工艺形成所述冷却附件。

27.  根据权利要求19、20、21或22中任一权利要求所述的设备，其中所述冷却附件包含一由高导热金属灌注的多孔钢上部结构。

28.  根据权利要求19、20、21或22中任一权利要求所述的设备，其中所述冷却附件包含一由高导热金属灌注的多孔钢上部结构，并使用一三维印刷工艺或一熔模铸造工艺形成所述冷却附件。

用于冷却预成型件颈环的冷却回路
技术领域
本发明一般来说涉及预成型件的注射成型，且更具体地说(但不仅限于此)，本发明涉及一种用于形成在预成型件上的颈环的模具插入件和一种用于制造一模具插入件的方法。
背景技术
Gellert的美国专利第5,599,567号描述了一种用于预成型件模具的颈环插入件，所述预成型件模具在所述插入件中具有一顺形冷却通道。Gellert中描述的冷却同路在一外部通道中垂直移动冷却剂，且接着将其水平移动到一形成一内部冷却回路的内部通道。所述冷却回路具有水平部分和垂直部分两者，且最终连接到一外部排放通道。此通道结构导致颈环靠近冷却通道起始端的部分冷却较快。颈环的不均匀冷却是不理想的。
Gellert的美国再颁专利第38,396号描述了一种制造用于预成型件模具的颈环插入件的方法。颈环的第一部分通过熔模铸造进行制造，且使得冷却回路的一部分形成在铸件的外表面上。一外部部分被硬焊到所述铸件以形成颈环，且包括连接到所述第一部分上的冷却通道的若干冷却通道。如此形成的冷却通道为一连续通道，其提供如前文所参考的Gellert的美国专利第5,599,567号中提供的相同不均匀冷却。
需要一种制造简单方便且均匀冷却的颈环插入件。
发明内容
本发明提供一种两部分颈环插入件，其具有向预成型件颈部提供大体上均匀冷却的冷却回路。
本发明还提供所述颈环插入件的模块化结构，所述结构使得其能够将强度和制造简单的特征与易于改变冷却通道的能力相组合以向每个不同类型的颈环提供最理想的冷却。
本发明还提供一种冷却模块，其并非预成型件专用而是可与具有不同颈环形状和尺寸的预成型件一起使用。
本发明还提供一种颈环插入件，其可主要由不损害颈环插入件的强度和磨耗特征的高导热材料组成。
本发明还提供一种颈环插入件，其允许预成型件颈环的受控冷却，且更明确地说，允许整个预成型件颈环上的更均匀冷却。
更明确地说，本发明提供一种用于附接到颈环半壳的冷却装置。所述冷却装置包含：一多孔钢上部结构，其优选由高导热金属灌注；和一分路冷却剂通道，其邻近冷却装置的内部圆周在相反方向上延伸。
另外，本发明提供一种用于冷却模制装置的选定部分的冷却插入件。所述插入件包含：一壳，其具有一与选定部分的第一外表面相配的内表面和一第二外表面；一冷却附件，其具有一与所述第二外表面相配的内表面；和一位于所述冷却附件内的冷却回路。所述冷却回路具有一入口部分，其用于将冷却剂提供到附件的相配内表面附近的分路通道。所述分路通道形成两个通道，所述两个通道在与附件的相配内表面平行的相反方向上延伸。
另外，本发明提供一种用于冷却预成型件的设备，其包含：一注射模具，其中具有一模具腔；用于将熔化塑料注射到模具中以形成一预成型件的构件；和用于将所述塑料从熔化状态冷却到固体状态的构件，其与所述模具腔具有热交换关系。所述热交换构件包括颈环半壳，每个颈环半壳具有一与预成型件的颈环表面相配的内表面和一外表面。一具有与所述外表面相配的内表面的冷却附件可牢牢紧固到每个颈环半部的外表面。所述冷却附件内的冷却回路具有一入口部分，其用于将冷却剂提供到附件的相配内表面附近的分路通道。所述分路通道形成两个通道，所述两个通道在与所述相配内表面平行的相反方向上延伸。每个分路通道通向各自返回通道。每个返回通道朝向入口部分附近的位置延伸以将冷却剂送回到位于所述入口部分附近的出口部分。
附图说明
现将参考附图来描述本发明的示范性实施例，在附图中：
图1为现有技术预成型件模具堆叠的横截面图。
图2为经修改以包括本发明的颈环插入件的预成型件模具堆叠的一部分的横截面视图。
图3为根据本发明的颈环半部插入件的等角视图。
图4为从与图3所示的角度不同的角度观看的颈环半部插入件的另一等角视图。
图5为图3所示的颈环半部插入件的等角分解视图。
图6为冷却组合附件的等角视图，其概括展示了本发明的冷却回路。
图7为本发明的冷却回路的等角视图。
图8为本发明的颈环半部插入件的等角视图。
图9为本发明的冷却回路的一替代实施例的等角视图。
具体实施方式
预成型件模具通常包含一模具插入件堆叠。每个插入件形成被模制的预成型件的一部分。所述插入件堆叠由支撑在一模具垫座(mold shoe)中的两个或两个以上模具板承载。一热流道歧管将从一中央进料浇口注射的塑料熔料分配到若干热流道喷嘴，所述热流道喷嘴连接到形成在每个插入件堆叠中的模制腔。模具的冷半部包括模具插入件堆叠和上面安装所述模具插入件堆叠的模具垫座的那部分。模具的热半部包括热流道组合件和邻近歧管的模具板，所述热流道组合件包括浇口套和若干喷嘴。
图1展示现有技术预成型件模具堆叠10的一部分，所述堆叠包括芯冷却通道12、芯冷却管14、颈环冷却通道16、颈环18、芯20、锁环101、模具腔22、腔插入件58和围绕腔沿圆周延伸的模具冷却通道24。图1还展示PET预成型件26、模具铸口插入件100和注射喷嘴28。芯冷却通道12包括冷却入口32和冷却出口34。所述模具堆叠10位于一芯板50、一脱模板52、一颈环导轨或滑杆54、一腔板56和一腔插入件58上。预成型件模制设备的结构和操作的全面描述可在转让给本受让人的美国专利第6,413,075号中找到。
所述颈环18由两个颈环半部形成。每个半部形成为单一部件，且由坚硬耐用材料(例如工具钢或不锈钢)制成。所述冷却通道通过钻孔而形成于所述颈环中。这将冷却剂通道限制为大体上笔直的圆柱形孔，其不提供用于冷却预成型件颈部的理想冷却路径。颈环必须由此高强度材料制成以经受高注射压力和夹紧力。
可通过将每个半部形成为两个部件来改进每个颈环半部18。如图1所示，第一部件由工具钢或不锈钢制成。然而，此第一部件不包括任何冷却通道。第二部件由三维印刷工艺或其它粉末形成技术(例如熔模铸造)来形成。所述三维印刷工艺或其它粉末形成技术允许在所述结构内形成理想的冷却通道。这提供了具有由第一部件提供的高强度和由第二部件提供的高导热性的颈环半部。
在图2所示的预成型件模具堆叠中，颈环18已被根据本发明形成的新颈环代替。每个颈环半部由一颈环半壳6和一冷却组合附件11组成。所述颈环半壳6由强工具钢制成，如同现有技术的半环壳18一样。所述冷却组合附件11通过熔模铸造、三维印刷或将在下文进一步描述的类似方法进行制造。芯插入件20A的形状与图1中的芯插入件20相似，并在所述模具中以众所周知的方式来成形预成型件。锁环42与腔锁环4组合将半壳6和附件11夹持到模具腔44，如所属领域技术中众所周知。模具铸口插入件100A为注射喷嘴28A提供支撑。
每个颈环半壳6具有一入口端口46和一出口端口48。图2中展示并指定为(46、48)的端口可为所述入口端口或所述出口端口。每个冷却组合附件11包括一入口通道21和一出口通道29。在图2所示的截面图中，指定为(21、29)的通道可为入口通道21或出口通道29。附件11还包括返回通道27和37以及冷却路径23和33。将参考图3到图来更全面地描述所述通道27和37以及路径23和33。
如图3到9更具体地展示，本发明的每个颈环插入件包含一颈环半壳6和一冷却组合附件11。所述壳6和附件11独立形成并通过硬焊或焊接或任何其它使得所述两个部件紧密结合的适当方法接合在一起。
半壳6由工具钢或不锈钢或其它适当高强度材料以模制技术中众所理解的方式制成。因为工具钢为相对较差的热导体，所以制造壳6使得其壁尽可能薄但保持足够强度以经受多个注射周期的应力。
附件11被单独形成且优选通过使用三维印刷方法来形成。此方法全面描述于颁予Sachs等人的美国专利第5,204,055号和第5,387,380号中。通过使用所述方法，第一层金属粉末颗粒(例如不锈钢或H-13钢)被沉积在一底板上。所述颗粒以一将最终提供一高达40％的优选孔隙率的密度均匀沉积。当沉积每个层之后，在所述金属层上需要形成附件11的结构的实心部分的地方形成一层粘合材料。沉积若干连续金属粉末颗粒层和结合层直到达到附件11的完整尺寸。在烤箱中加热所述部件以将被粘合的金属粉末固化成一多孔性基材，且同时粘合材料蒸发。此为多孔附件留下所要的冷却通道。
此多孔结构可由某种材料灌注以改进所述结构的热冷却特征。举例来说，为了改进颈环的冷却性质，所述多孔结构可由具有高导热性的材料灌注。理想上，多孔结构最靠近预成型件颈环的部分应为高导热的。多孔结构的其余部分不需要为高导热的，且实际上可由绝热材料灌注以限制正被冷却的预成型件颈环的冷却损耗。
一种灌注多孔附件的方法为将其放置在具有高导热性的金属块附近或放置在含有此类金属的浴槽中，并使其通电以使所述高导热性金属灌注所述多孔附件并从而改进其导热性。此产生一附件11，其保留工具钢的强度，具有相对高的导热性和若干理想地适合于可控制地冷却待冷却的模制装置的冷却通道。
所述颈环壳6包括部分模制表面细节几何形状13，其适合模制所生产的部分。如图5所示，表面15被加工成与附件11上的相应加工表面17紧密配合。冷却附件11可批量制造并保留作为库存项以附接到定制的颈环壳6，所述定制颈环壳6可被设计用于多种不同颈环设计。因此，向多种类型的颈环提供了高效的均匀冷却回路。
图5展示颈环6和附件11的图，其中与附件11分离地展示冷却回路8。实际冷却回路8通过上述三维印刷工艺或熔模铸造工艺而形成在附件11中。其在这里单独地展示以更好地说明其独特形状和特征。
图6概括地说明形成在附件11中的优选冷却回路8。
图7详细展示优选冷却回路8的形状。入口21接收冷却剂(例如水)并将其直接输送到冷却通道的前端(在31处)。所述冷却剂流在31处被分成两个独立冷却路径23和33，所述冷却路径位于颈环半壳6外围邻近处并紧随壳6的轮廓。在颈环半壳的末端处，冷却通道在25和35处发生180度反转并在返回通道27和37中返回到在颈环壳6中心附近的出口通道29。
所述冷却回路8与先前所设计的用于预成型件颈环的冷却回路相比具有许多优点。首先，所述冷却回路为对称的，以使得以大体上相似的速率来冷却颈部的所有区域。将流动路径一分为二将每个冷却路径的长度减小一半，以使得在冷却剂变得很热而不能有效冷却颈环之前将其从冷却回路中排放出。更重要的是，所述冷却回路可制成任何所要形状。在用于冷却颈环的本实例中，冷却回路8为矩形截面的，其中矩形的长边平行于预成型件的长度方向，且通道的狭窄宽度垂直于预成型件的长度。此确保更多冷却剂紧靠待冷却的表面流动。
图8展示在颈环半壳6上安装冷却组件11。
图9说明冷却回路的另一实施例，其中在冷却剂流动路径中具有若干挡板40。所述挡板40在流动路径中造成涡流并改进从颈环到冷却回路中冷却剂的热传递。显而易见，通过三维印刷工艺或熔模铸造工艺，有可能将具有任何所要形状的挡板40定位在冷却组合附件11中的冷却回路中的任何位置。
当然，应了解仅以实例方式给出以上描述，且可在本发明范围内进行细节修改。