CN1802245A - 模制叠层中的浇口冷却通道 - Google Patents

Abstract

一种用于注射模塑机内的叠层组件的浇口嵌件(10，110)，其具有浇口(16，116)，熔融的热塑性材料通过浇口进入型腔(14，114)内。浇口嵌件具有冷却通道(18，118)，其中，所述冷却通道(18，118)环绕在所述浇口(16，116)周围，并与之间隔开大致均匀的距离。冷却通道具有内表面，所述内表面具有与浇口大致平行的轮廓。所述冷却通道还由结构嵌件或者凹槽(23)限定，其中，所述结构嵌件形式上为开口环(30)，所述凹槽(23)是由两部分组成的浇口嵌件，其具有互联表面(111a，111b)。

Description

模制叠层中的浇口冷却通道

发明领域

本发明涉及一种模制叠层(molding stack)，其特别但不专门用于叠层元件，所述叠层元件在一叠层注射模具内使用。特别地，本发明涉及一种浇口嵌件(gate insert)，其具有环绕在浇口周围的冷却通道，以提高热传递，从而冷却模具。

背景技术

众所周知，用于注射模具预成型件的模制叠层通常包括芯部、一颈环对、型腔和浇口嵌件。浇口嵌件通常具有窄的圆柱形通道，其称作浇口，熔融的热塑性材料通过浇口进入冷却的型腔中。在型腔已经充满并被压紧之后，将浇口内所含的熔融塑料冷却所需的时间常常表示模制周期的冷却阶段的持续时间，并且其直接结果是具有开始冷却的最后一部分；并由于浇口位于加热的热流道喷嘴(即，喷嘴尖端/绝缘体界面)附近这样一个事实，因此，其难以冷却。这特别是采用延伸的浇口的预成型件模具的实际情况。延伸的浇口制出带有延伸的结(nub)的预成型件，其目的是将任何缺陷封装在所述结内。一部分所述结可在模制后的过程中被修剪掉。

在PET预成型件的情况下，通常的制造缺陷是：

结晶度：由于芯部树脂的高温没有被足够迅速地冷却，造成树脂再结晶。晶体的白色外观削弱了最终产品的透明度，并在这样制成的吹塑产品中造成潜在弱化区域，特别是在浇口区域。

表面瑕疵：用散装材料/芯部材料来将喷射的预成型件(其起初具有固化表面)再加热，这就造成表面软化并可容易地留下痕迹。塑料的绝缘性能支持了热量转移至预成型件表面超过一段时间，从而造成表面再加热效应。有时，这个表面再加热效应可严重到足以使接触部件熔合在一起。

几何误差：处理部分冷却的预成型件或者试图将其在设备内进一步冷却都可造成预成型件的圆形直径变成椭圆形的，或者使光滑表面变得起皱或非线性，所述设备能保持预成型件的几何形状同时对它们的表面再次加热。因此，部件的均匀冷却是很重要的。

通过延长注射模制预成型件在其模具内的冷却时间，可以稍微减轻上述问题。然而，这就将造成注塑周期延长，并且这是不理想的，因为注塑周期增加，生产率下降。

克服上述问题的一个方法是引入冷却结构，从而提高热传递和模具的那部分部件(即，所述结)在浇口内的冷却。

这种方法已经以若干不同的方式进行，各个方法都采用环绕在浇口周围的冷却通道。

然而，一般来说，现有技术中的冷却通道结构可被认为是不能在浇口内的熔融物和冷却通道内的冷却剂之间使热传递达到最佳，这是由于其间过度的分隔距离，其反过来又要求更长的冷却/循环时间。由于必须提供带有负载支撑结构的浇口嵌件，负载支撑结构是用来承受高压缩模具夹紧力所必需的，所以经常采用所述过度的分隔距离，其中，所述夹紧力在整个过程中作用。两个最常见熟知的浇口嵌件结构包括冷却通道结构，其或者是圆周方向的凹槽或者是用金刚石钻孔钻出的图案。

周向凹槽冷却通道通常由邻接浇口的浇口嵌件的外表面形成。冷却通道的尺寸的非常受限之处在于，从流体动力学观点来看，理想的是使浇口周围的流道的累积横截面面积与源/吸收(source/sink)冷却剂供应通道(其设置穿过型腔板上)的横截面面积匹配。此外，凹槽的最大深度和整个轮廓通常由这样产生的壁板(web)(其位于凹槽和浇口之间)的结构来表示，所述壁板必须能够经受住所施加的模具夹紧力，而不发生永久变形。实际上，壁板的所需尺寸决定冷却通道和浇口间的相对较大的分隔距离，且同样不提供最佳的浇口冷却效率。

可替换地，用金刚石钻孔钻出的冷却通道提供了环绕在浇口周围的环形通道的粗略近似值，并且是相交的共面钻孔线路的阵列。这样产生的流道通常是六边的，其被认为是实际设计界限。而且，从流体动力学的角度考虑，选择冷却通道的尺寸，以使浇口周围的流道的累积横截面区域与源/吸收(source/sink)冷却供给通道的横截面区域匹配。此外，环形冷却通道的粗略形式表示：冷却通道和浇口间的分隔距离沿着流道变化，并因此仅仅在有限数目的点处发生最佳热传递，通常情况下为6个点。更具体地说，非均匀冷却可不利地影响到开口质量。

又一个可替换的示例在DE10024625中示出，其提出一种含有“用金刚石钻孔钻出的”冷却通道的铜合金嵌入环。所述多个冷却通道导致穿过浇口的非线性热传递，这是不利的。此外，通过选择嵌入环，由于不锈钢浇口和铜合金环之间的间隙而产生额外的热阻器，由此潜在地降低了总的热传递。在浇口于使用中受到高负载时，铜的选择也可严重影响到浇口的结构稳固性。

本发明及其优选实施例设法克服或至少减轻现有技术中的问题。

发明内容

本发明的一个方面是提供一种用于模具的叠层组件的浇口嵌件，所述浇口嵌件具有浇口，熔融材料在使用中通过浇口进入型腔内。浇口嵌件具有环绕浇口的冷却通道和冷却剂通路，其中，所述冷却剂通路在使用中将冷却通道连接到冷却剂供给部分。冷却通道的形状被设计为沿着浇口的至少一部分的轮廓成形，并与浇口表面分隔大致均匀的距离。

可选择地，冷却通道还沿着邻接浇口的型腔的上部的轮廓成形。优选地，冷却通道还沿着邻接浇口的喷嘴界面的轮廓成形。

在一些实施例中，冷却通道是环形的。冷却剂通路可由流入和流出通路提供，各个流入和流出通路连接到冷却通道。各个通路优选直径相等，以与流过冷却通路的冷却剂流量匹配。

在一种实施例中，浇口嵌件由两半部分形成：一喷嘴半部和一造型半部，这两半各具有一个表面，以与另一半互联。优选地，冷却通道和冷却剂通路由其中任一半或两半中的互联表面内的凹槽形成。

本发明的第二个方面是提供一种用于注射模塑机中的叠层组件的浇口嵌件，所述浇口嵌件具有浇口，材料的熔融物通过浇口进入型腔内。浇口嵌件具有冷却通道和结构嵌件，其中，所述冷却通道形成在浇口周围的凹槽内，所述结构嵌件位于凹槽内，以支撑浇口嵌件，并形成冷却剂通路，以将冷却通道连接到冷却剂供给部分。冷却通道具有内表面，其轮廓大致由邻接浇口的表面限定。所述冷却通道绕浇口大致均匀地间隔开。

在一些实施例中，冷却通道的外表面由结构嵌件的内表面限定。

优选地，结构嵌件由开口环提供，所述冷却剂通路可由开口环的相对配合表面限定。

本发明的第三个方面是在注射模塑机中提供一叠层组件，所述叠层组件具有浇口，热塑性材料的熔融物通过浇口进入邻接浇口的型腔。浇口被冷却通道环绕，所述冷却通道至少一部分由第一表面限定，所述第一表面大致平行于浇口的表面并与之间隔开，以在前述表面之间提供大致均匀地热传递。

依照本发明的第三方面的优选特征，冷却通道还由第二表面限定，所述第二表面大致平行于型腔的上部并与之间隔开。可选择地，冷却通道还可由第三表面限定，所述第三表面大致平行于形成喷嘴界面的表面并与之间隔开。冷却通道的第一表面和浇口的表面；第二表面和型腔上部的表面；和/或第三表面和喷嘴界面的表面之间的距离优选大于2mm。

附图说明

现将参考附图叙述本发明的示范性示例，其中：

图1是第一实施例的浇口嵌件结构的横截面视图；

图2是结构嵌件的俯视图，其与图1中的浇口嵌件一起使用；

图3是结构嵌件的端视图，其与图1中的浇口嵌件一起使用；

图4是第二实施例的浇口嵌件结构的横截面视图；以及

图5是沿着图4的线5-5所剖开的横截面视图，示出浇口嵌件的造型半部的俯视图。

具体实施例

如上所述，注射模塑机中的模制叠层包括浇口。所述浇口优选封装在浇口嵌件中。浇口嵌件是带有穿过它的开孔的元件，其包括三个部分：热流道喷嘴界面、型腔和浇口。浇口设在喷嘴界面和型腔之间并将其连接。在这个示例中，型腔用于形成预成型件的圆顶端部分。

现转向图1、2和3所示的浇口嵌件的第一实施例，其示出用于叠层组件的浇口嵌件10。所述浇口嵌件10是一个整体元件，尽管如下所述，在不偏离本发明的范围的情况下，其可由两部分或更多部分制造。所述浇口嵌件10具有穿过其的开孔，这个开孔由三部分组成：喷嘴界面12、型腔14的上部和浇口16，其中，浇口将喷嘴界面和型腔相连。所述浇口16可以是细长的，以组成延长的浇口。

冷却剂通道18靠近浇口16设置在喷嘴界面12、型腔14和结构嵌件30之间。特别地，冷却剂通道18围绕着浇口16，在该浇口16附近。可从图1看出，冷却剂通道18可大体沿着浇口16的轮廓成形。优选地，所述冷却剂通道18也沿着浇口附近的喷嘴界面12和型腔14的轮廓成形。因此，将从图1看出，冷却剂通道18由三个表面20、22和24部分限定。表面20基本平行于浇口16的表面27；表面22基本平行于表面26，所述表面26部分地限定了喷嘴界面12；以及表面24基本平行于型腔14的上表面28。

优选地，冷却剂通道表面20、22和24与相应的浇口嵌件表面27、26和28之间的距离基本上相同。在优选实施例中，这些表面间的最佳距离是大约2毫米，以避免由注射压力和轴向夹紧力所造成的机械故障。

可以认为，冷却剂通道18可以根据浇口所需的冷却速度被成形为任何设计距离，由此在平衡由降低循环时间所可能造成的表面缺陷或几何误差的同时，使得结晶度最小化。

在图1所示的第一实施例中，冷却剂通道18通过机加工或其他方式在浇口16的外部形成包含表面20、22和24在内的凹口23而制造。为了支撑浇口嵌件10，结构嵌件30被插入凹口内。结构嵌件30通过限定冷却剂通道18的外壁21来进一步限定该冷剂通道18。结构嵌件因此是环形结构。

在优选实施例中，结构嵌件30是开口环形式的，如图2和3所示，其内设有流入和流出冷却剂通路32，由此传送冷却流体通过冷却剂通道18的外表面21。图2示出开口环的分模线34。开口环30由与浇口嵌件类似的材料(如不锈钢)制成，并紧密配合在凹口23内，以在通过模塑叠层元件施加垂直力时对浇口嵌件10进行支撑。优选地，冷却剂通路32制作成一定的大小，以与型腔板内的流入和流出的冷却剂通道(其接收浇口嵌件10)匹配，由此优化通道体积并维持冷却剂介质的速率。优选地，流入和流出通路32与型腔板(未示出)内的冷却剂通道的标准位置匹配。为了便于加工，通路32沿着开口环30的分模线34定向，可替换地，其可以穿过开口环30形成。

在一类实施例中，浇口嵌件设有插口(spigot)36，其与型腔接合，并设置合适的O形环凹槽38、40，以接收O形环，以便提供“湿/干”表面，如图1所示。

图4和5示出第二实施例。第二实施例与第一实施例类似，相似的部件用相似的附图标记表示，但是在附图标记前加一前缀“1”。

在这个实施例中，浇口嵌件110由两个结合在一起的半部(也就是说喷嘴半部111a和造型半部111b)制成。所需的冷却剂通道118和冷却剂通路132从界面113上被铣削或者以其他方式成形为凹口，如图5所示。之后，喷嘴半部111a和造型半部111b通过适当的已知方法(如真空焊接)连接在一起，这在美国专利US5855983中有详细叙述，其全部内容结合在本申请中，以供参考。与图1-3的三部件结构相比，图4和5在降低了部件数量和使热/物理界面更少方面是有益的，这都得益于两部件设计。

另外，浇口嵌件110具有穿过其的开孔，其由三部分组成：喷嘴界面112、型腔114的上部和浇口116，其中，所述浇口116将喷嘴界面和型腔相互连接。

冷却剂通道118设在浇口116附近，位于喷嘴界面112和型腔114之间。与第一实施例相同，冷却剂通道118包围浇口116，并在其附近。可从图4看出，冷却剂通道118沿着浇口的轮廓成形。优选地，冷却剂通道118也沿着浇口附近的喷嘴界面112和型腔114的表面轮廓成形。因此，将从图4看出，冷却剂通道118由四个表面120、122和124限定形成。表面120基本平行于浇口116的表面127。表面122基本平行于表面126，其中，表面126部分限定了喷嘴界面112。表面124基本平行于型腔114的上表面128，表面121限定了与表面120径向向外(或外部)间隔的表面。与前述实施例相同，优选地，冷却剂通道表面120、122和124与相应的浇口嵌件表面127、126和128之间的距离也大致相同。

如上所述，冷却剂通道118例如是从浇口嵌件110的每个半部的连接表面上磨削出的凹口。因此，在这个实施例中不需任何结构嵌件。流入和流出冷却剂通路132也是从相同的表面上磨削成的凹口，由此提供了通过冷却剂通道118的外表面121的流体连通。优选地，冷却剂通路132的尺寸设计为与型腔板(其用来接收浇口嵌件10)内的流入和流出冷却剂通道匹配，以由此优化流道容积并维持冷却剂介质的速率。而且，流入和流出通路32可被定位成与型腔板内的冷却剂通道的标准位置相匹配。

与第一实施例相同，浇口嵌件110设有插口136，以与型腔接合，并且适当的O形环凹槽138、140设在浇口嵌件内，以接收O形环，从而提供“湿/干表面”。

因此，提供一种用于模具内的叠层组件的浇口嵌件10、110，所述模具具有浇口16、116，塑性材料的熔融物通过浇口进入型腔14、114，浇口嵌件具有冷却剂通道18、118，其环绕在浇口16、116周围，其中，所述冷却通道沿着所述浇口16、116的至少一部分轮廓成形，并与浇口的表面间隔开一大致恒定的距离。

有益地，这一概念为成型冷却通道提供了从冷却媒介距预成形模制表面、延伸的浇口结(如果其存在的话)和喷嘴端/绝缘体界面任何想要的距离的能力。此外，利用现在由结构形式所限定的浇口16、116，该结构形式本身恢复使用通常使用的金属或合金，即使通常使用的金属或合金的使用最大化，可以改进浇口嵌件内的结构稳定性。

此外，冷却介质与浇口进行紧密热接触，由此使得热传递最大化。而且，可通过调节冷却剂通道的位置，来在浇口结、预成型体和/或浇口喷嘴区域附近的位置进行成形，可以调节热传递。

本发明及其优选实施例可以加入现有设计，以应用于新的模制叠层或者应用于翻新的基础，因此，容许现存模具可以被进行改进冷却。

可以认为，在本发明的范围内可以作出各种变化，例如，冷却剂通道的大小和形状可被调节成浇口、型腔和/或喷嘴界面的形状。例如，本发明的浇口和冷却剂通道的结构形式可应用于采用除塑料之外的其他材料的技术中，如采用金属合金的触变系统中。

明显地，本发明的浇口冷却结构可用于浇口嵌件10的可替换的结构中，所述浇口嵌件10可不包含插口36。

Claims (18)

1.一种用于模具的叠层组件中的浇口嵌件，所述浇口嵌件具有浇口，熔融材料在使用中可通过浇口进入型腔，浇口嵌件具有环绕浇口的冷却通道和冷却剂通路，所述冷却剂通路在使用中将冷却通道连接到冷却剂供给部分，所述冷却通道沿着所述浇口的至少一部分轮廓成形，并与浇口表面间隔开大致均匀的距离。

2.如权利要求1所述的浇口嵌件，其特征在于，所述冷却通道还沿着邻接浇口的型腔的上部轮廓成形。

3.如权利要求1所述的浇口嵌件，其特征在于，所述冷却通道还沿着邻接浇口的喷嘴界面的轮廓成形。

4.如权利要求1所述的浇口嵌件，其特征在于，所述冷却剂通路包括流入通路和流出通路，各个通路连接到冷却通道。

5.如权利要求1所述的浇口嵌件，其特征在于，所述浇口嵌件包括一喷嘴半部和一造型半部，其各自都有互联表面。

6.如权利要求5所述的浇口嵌件，其特征在于，所述冷却通道和冷却剂通路由喷嘴半部和造型半部的互联表面上的凹口形成。

7.如权利要求6所述的浇口嵌件，其特征在于，所述凹槽的一部分设在喷嘴半部和造型半部的各互联表面上。

8.一种用于注射模塑机中的叠层组件的浇口嵌件，所述浇口嵌件具有浇口，熔融物可通过浇口进入型腔，浇口嵌件具有在环绕浇口的凹槽内形成的冷却通道和所述凹槽内的一个结构嵌件，所述结构嵌件用来支撑浇口嵌件并限定冷却剂通路，所述冷却剂通路在使用中将冷却通道连接到冷却剂供给部分，所述冷却通道具有内表面，其具有部分地由与浇口大致均匀地隔开的表面限定形成的轮廓。

9.如权利要求8所述的浇口嵌件，其特征在于，所述冷却通道的外表面由结构嵌件的内表面限定形成。

10.如权利要求9所述的浇口嵌件，其特征在于，所述结构嵌件是开口环。

11.如权利要求10所述的浇口嵌件，其特征在于，所述开口环和浇口嵌件都由相同的材料制成。

12.如权利要求10所述的浇口嵌件，其特征在于，所述冷却剂通路由开口环的相对匹配表面限定形成。

13.一种注射模具中的叠层组件，所述叠层组件包括浇口，塑性材料的熔融物可通过浇口进入该浇口附近的型腔，所述浇口被冷却通道环绕，所述冷却通道至少一部分由第一表面限定形成，该第一表面与浇口的表面基本平行，并与该浇口的表面间隔开，以提供前述表面间的大致均匀的热传递。

14.如权利要求13所述的组件，其特征在于，所述冷却通道还可由第二表面限定，所述第二表面基本平行于型腔的上部分，并与其间隔开。

15.如权利要求14所述的组件，还包括喷嘴界面部分，其与浇口邻接，其中，所述冷却通道还由第三表面限定，所述第三表面与形成喷嘴界面部分的表面基本平行，并与之间隔开。

16.如权利要求15所述的组件，其特征在于，所述距离是以下中的任何一个之间：

冷却通道的第一表面和浇口的表面；

第二表面和型腔的上部表面；以及

第三表面和喷嘴界面的表面；

其中，所述距离大于2mm。

17.如权利要求8所述的浇口嵌件，其特征在于，所述浇口嵌件是注射模具。

18.如权利要求8所述的浇口嵌件，其特征在于，所述模具是注射模塑机。

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