專利名稱：用于擠出注射成型的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于擠出注射成型的方法和設(shè)備，并且具體地但并非排他 地涉及這樣的用于成型陶瓷制品的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
室溫單/雙螺桿擠出是用于制造陶瓷管和其它較大的中空部件的連續(xù) 的、商業(yè)化制造工藝。起始原料是陶瓷粉末和水基粘合劑的混合物。該混 合物隨后通過擠出被形成為所需的形狀。然后，擠出的部件被烘箱或者空
氣干燥，之后在90(TC到IOO(TC下熱去粘合劑。然后，經(jīng)去粘合劑的部件 在140(TC到170(TC的高溫下燒結(jié)。
室溫柱塞擠出僅僅用于批量的陶瓷管和其它較大的部件。該工藝除了 成型過程之外與單/雙螺桿擠出相同。在此工藝中，混合物首先被添加到擠 出腔，然后排空空氣。在排空之后，柱塞將材料從口模推擠出，以形成所 需的形狀。
但是，對(duì)于高精度、較大的并且復(fù)雜的構(gòu)件，成品收率總是很低。因 此，需要復(fù)雜和昂貴的二次加工。所有這些使得該工藝成為昂貴的制造工 藝，盡管擠出被認(rèn)為是就"生"(在干燥之前)部件成型而言是最廉價(jià)的 制造工藝之一。
還沒有商業(yè)化的使用粉末和聚合物粘合劑的混合物的高溫陶瓷擠出工藝。
最新的商業(yè)化的高溫陶瓷擠出是使用半固體高溫陶瓷擠出工藝。在此 工藝中，起始原料是低熔點(diǎn)玻璃與陶瓷粉末的混合物，并且擠出在高于 60(TC的溫度下進(jìn)行。
高溫?cái)D出可用于鋁和其它金屬以及合金。該方法是間歇方法，并且擠 出力來自液壓柱塞。溫度高于50(TC。
粉末注射成型利用給料的流動(dòng)經(jīng)由注射成型形成復(fù)雜形狀。然后，將 生部件去粘合劑，并且在高溫下通過粒子擴(kuò)散工藝燒結(jié)。
該工藝適于制造大量的具有復(fù)雜幾何形狀的小的金屬、陶瓷和碳化物 材料。
但是，對(duì)于諸如細(xì)陶瓷管之類的產(chǎn)品，該制造工藝既不能以低成本高 成品率生產(chǎn)，也不能生產(chǎn)該特定的陶瓷管產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選方面，提供了一種用于利用材料在模具的腔中
擠出注射成型制品的設(shè)備，所述設(shè)備包括能夠有效連接到所述模具的擠出
頭，所述擠出頭包括入口、有效連接到所述入口的出口通道和出口開口，
所述出口開口處于所述出口通道的端部并且遠(yuǎn)離所述入口 ，所述出口通道
的長度和橫截面積使得所述材料在所述材料流動(dòng)是單向的情況下沿其流
過，并且使得所述材料在所述橫截面積上具有基本均勻的壓力的情況下通
過所述出口開口流出。
所述出口開口的橫截面積、尺寸和形狀與所述腔的橫截面積、尺寸和 形狀基本一致。
根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選方面，提供了一種用于利用材料在模具的腔中 擠出注射成型制品的設(shè)備，所述設(shè)備包括能夠有效連接到所述模具的擠出 頭，所述擠出頭包括入口、有效連接到所述入口的出口通道和出口開口， 所述出口通道用于所述材料沿其通過的通道，所述出口開口的橫截面積、 尺寸和形狀與所述腔的橫截面積、尺寸和形狀基本一致。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第三方面，提供了一種用于利用材料在模具的腔中 擠出注射成型制品的方法，所述方法包括
(a) 將所述材料供料到有效連接到所述模具的擠出頭，所述擠出頭 包括入口、有效連接到所述入口的出口通道和出口開口，所述出口開口處 于所述出口通道的端部并且遠(yuǎn)離所述入口 ；
(b) 利用致動(dòng)器將所述材料推擠到所述出口通道中，以使得所述材 料在所述材料流動(dòng)是單向的情況下沿其流過，并且使得所述材料在所述出
口通道的所述橫截面積上具有基本均勻的壓力的情況下通過所述出口開口 流出。
對(duì)于上述所有方面，所述出口通道的橫截面積、尺寸和形狀可以與所 述出口開口的相同。所述擠出頭可以還包括中空內(nèi)部，所述中空內(nèi)部包括 在所述材料進(jìn)入所述出口通道之前用于所述材料的壓力存儲(chǔ)器。所述擠出 頭可以用于將所述材料注射到所述模腔中，以成型所述制品。在所述出口 開口處可以沒有噴嘴。所述制品的厚長比在l: 500的范圍內(nèi)，優(yōu)選在l: 300 (厚度比長度)的范圍內(nèi)。所述制品可以是陶瓷材料，所述材料包括 至少一種聚合物粘合劑以及用于形成陶瓷材料的粉末，從而形成粘度范圍
在50-100 Pa* s的糊料。所述擠出頭可以還包括致動(dòng)器，所述致動(dòng)器是選 自由螺桿致動(dòng)器和凸輪構(gòu)成的組的至少之一。所述模具可以利用夾板夾 緊。所述夾板與所述模具可以是獨(dú)立的，或者所述夾板與所述模具可以是
一體的。所述夾板能夠沿選自如下的方向的移動(dòng)平行于所述腔的縱軸，
垂直于所述腔的縱軸，以及平行于所述腔的縱軸和垂直于所述腔的縱軸兩 者。


為了使本發(fā)明可以得到充分的理解并易于實(shí)施，現(xiàn)在將以非示例性示 例的方式僅僅描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，描述是參照附圖來進(jìn)行的。
在附圖中
圖1是第一優(yōu)選實(shí)施例的透視圖2是沿圖l上的線和箭頭2-2的方向的垂直剖視圖3是對(duì)應(yīng)于圖2的但是是第二優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖4是對(duì)應(yīng)于圖2的但是是第二優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖5是第四優(yōu)選實(shí)施例的透視圖6是圖5的第四優(yōu)選實(shí)施例的垂直剖視圖7是能夠利用圖l-6的實(shí)施例制造的產(chǎn)品的透視圖8是能夠利用圖1-6，或者圖9和IO的實(shí)施例制造的管產(chǎn)品的透視
圖9是用于成型圖8的產(chǎn)品的模具系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的透視圖；以及 圖10是示出了利用擠出注射成型裝置的脫模工藝的圖9的模具的一 系列表示圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1和2，示出了用于制品(沒有示出)的擠出注射成型的設(shè)備 10。設(shè)備IO包括模具12，模具型芯14、擠出頭16和由18籠統(tǒng)表示的材 料源。
模具12具有壁20和腔22，其尺寸和形狀適于形成將被形成的制品的 外部形狀和壁。為了形成制品的內(nèi)部形狀，模具型芯14以常規(guī)方式被置 于腔22內(nèi)。模具型芯14具有主體24，其具有所需的長度、尺寸和形 狀；頭26，其位于主體24的外端，用于在模具型芯14被正確地布置在腔 22中時(shí)抵靠模具12的端壁28。
圖3示出了其中致動(dòng)器38是螺桿致動(dòng)器46和凸輪48的組合的第二實(shí) 施例。如所示出的，入口 36和出口通道42沿軸向?qū)R。因此，出口通道 42和部分40基本是一體的。此外，部分40的橫截面積大于腔22的橫截 面積。
圖4示出了其中致動(dòng)器是既執(zhí)行計(jì)量功能又執(zhí)行注射功能的螺桿致動(dòng) 器46的第三實(shí)施例。材料通過常規(guī)的注射成型料斗供應(yīng)。材料自此由計(jì) 量和注射致動(dòng)器螺桿46沿軸向推擠到出口通道42中。可以使用夾板50來 固定模具12。或者，如圖所示，夾板50和模具12被一體化，于是它們成 為同一部件。夾板50中的一個(gè)或者兩個(gè)可以相對(duì)于模具12 (如果它們是 獨(dú)立的部件的話)和成型筒16移動(dòng)。移動(dòng)可以是豎直的(垂直于腔22的 縱軸)和/或水平的(平行于腔22的縱軸)。如果板50和模具12是同一 部件，則可以通過兩個(gè)板50A2來進(jìn)行夾緊。板50可以沿垂直于模具型芯 14/模腔22的縱軸和/或平行于模具型芯14/模腔22的縱軸的方向移動(dòng)。本 實(shí)施例適于制造具有500 mtn或者更大的長度的管。
圖5和圖6示出了擠出頭16的優(yōu)選形式。擠出頭16與圖1-圖4中的 相似，不同之處在于出口通道42更長。這樣，獲得用于產(chǎn)生單向的非紊
流流動(dòng)的更長長度的出口通道，同時(shí)在出口通道42的橫截面積上獲得均
勻的壓力分布。同樣，出口開口44的橫截面積、尺寸和形狀與腔22和出 口通道42的相同。
圖7示出了利用圖1-5的實(shí)施例制造的產(chǎn)品52的示例，并且是可以用 于例如氣體分離、微濾和納濾的陶瓷管。
圖8示出了其它的產(chǎn)品54，并且圖9和10是用于其成型的模具系統(tǒng) 56。產(chǎn)品54利用參照?qǐng)D5和6所述的擠出頭16的稍微改進(jìn)的形式來制 造。其類似于圖5和6的實(shí)施例，但是不同之處在于尺寸和所使用的成型 裝置。模具系統(tǒng)56 (圖中沒有示出)具有模具12和模具型芯14。還設(shè)置 有頂出器58和固定模60。頂出器58具有突起部分62，突起部分62的形 狀和尺寸與產(chǎn)品54的高度、厚度和形狀相對(duì)應(yīng)。當(dāng)成型結(jié)束時(shí)，模具型 芯14被取出(圖10a)，并且模具被打開(圖10b)。頂出器58朝向模具 12移動(dòng)，并且突起部分62通過開口 64進(jìn)入模具12，并且將產(chǎn)品54從模 具12頂出(圖10c)。
擠出頭16可以被修改為其它形狀，如圖8所示。注入口相當(dāng)于圖6中 的中空內(nèi)部34，澆道相當(dāng)于圖6中的材料存儲(chǔ)部分42，門口相當(dāng)于出口 44。門口尺寸可以是相同尺寸，或者可以稍小，以提高腔的壽命。
當(dāng)用于陶瓷產(chǎn)品時(shí)，材料將包括陶瓷材料(包括金屬)，粘合劑(諸 如聚合物粘合劑)以及根據(jù)需要的液體的預(yù)混合材料的糊料。粉末和粘合 劑的混合比與標(biāo)準(zhǔn)的粉末注射成型(PIM)給料一致，但是優(yōu)選的是，粘 度處于50-120Pa s的常規(guī)范圍的較低側(cè)。
此外，給料優(yōu)選被預(yù)熱到約1S(TC，實(shí)際溫度依賴于所使用的聚合物 粘合劑。模具12也優(yōu)選地被加熱到例如約16(TC到17(TC，同時(shí)模具12 被作為一個(gè)區(qū)域加熱。當(dāng)成型完成時(shí)，模具12可以被冷卻例如約120-160 。C，以便取出成型產(chǎn)品。
產(chǎn)品52， 54可以具有1-500,優(yōu)選1-300的厚長比(管的壁厚比長 度)。對(duì)于管或產(chǎn)品的寬度沒有限制，其上限取決于所使用的裝置的能 力。
盡管已經(jīng)在前述描述中已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域
技術(shù)人員將理解到在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以對(duì)設(shè)計(jì)或者構(gòu)造的 細(xì)節(jié)進(jìn)行許多變化或者修改。
權(quán)利要求
1.一種用于利用材料在模具的腔中擠出注射成型制品的設(shè)備，所述設(shè)備包括能夠有效連接到所述模具的擠出頭，所述擠出頭包括入口、有效連接到所述入口的出口通道和出口開口，所述出口開口處于所述出口通道的端部并且遠(yuǎn)離所述入口，所述出口通道的長度和橫截面積使得所述材料在所述材料流動(dòng)是單向的情況下沿其流過，并且使得所述材料在所述橫截面積上具有基本均勻的壓力的情況下通過所述出口開口流出。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述出口開口的橫截面積、尺寸和形狀與所述腔的橫截面積、尺寸和形狀基本一致。
3. —種用于利用材料在模具的腔中擠出注射成型制品的設(shè)備，所述設(shè) 備包括能夠有效連接到所述模具的擠出頭，所述擠出頭包括入口、有效連 接到所述入口的出口通道和出口開口 ，所述出口通道用于所述材料沿其通 過的通道，所述出口開口的橫截面積、尺寸和形狀與所述腔的橫截面積、 尺寸和形狀基本一致。
4. 如權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述出口通道的橫截 面積、尺寸和形狀與所述出口開口的相同。
5. 如權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述擠出頭還包括中 空內(nèi)部，所述中空內(nèi)部包括在所述材料進(jìn)入所述出口通道之前用于所述材 料的壓力存儲(chǔ)器。
6. 如權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述擠出頭用于將所 述材料注射到所述模腔中，以成型所述制品。
7. 如權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述制品的厚長比 (管的壁厚比長度)在l: 500的范圍內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述制品的厚長比 (管的壁厚比長度)在l: 300的范圍內(nèi)。
9. 如權(quán)利要求1-8中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述制品是陶瓷材 料，所述材料包括至少一種聚合物粘合劑以及用于形成陶瓷材料的粉末， 從而形成粘度范圍在50-100 Pa s的糊料。
10. 如權(quán)利要求l-9中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述擠出頭還包括致 動(dòng)器，所述致動(dòng)器是選自由螺桿致動(dòng)器和凸輪構(gòu)成的組的至少之一。
11. 如權(quán)利要求10中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述致動(dòng)器用于執(zhí)行 計(jì)量功能和注射功能。
12. 如權(quán)利要求1-11中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述模具利用夾板 夾緊。
13. 如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述夾板與所述模具是獨(dú)立的。
14. 如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述夾板與所述模具是一體的。
15. 如權(quán)利要求12-14中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述夾板能夠沿選 自平行于所述腔的縱軸和垂直于所述腔的縱軸的方向的移動(dòng)。
16. —種用于利用材料在模具的腔中擠出注射成型制品的方法，所述 方法包括(a) 將所述材料供料到有效連接到所述模具的擠出頭，所述擠出頭 包括入口、有效連接到所述入口的出口通道和出口開口，所述出口開口處于所述出口通道的端部并且遠(yuǎn)離所述入口 ；(b) 利用致動(dòng)器將所述材料推擠到所述出口通道中，以使得所述材 料在所述材料流動(dòng)是單向的情況下沿其流過，并且使得所述材料在所述出 口通道的所述橫截面積上具有基本均勻的壓力的情況下通過所述出口開口 流出。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述出口開口的橫截面積、尺寸 和形狀與所述腔的橫截面積、尺寸和形狀基本一致。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述出口通道的橫截面積、尺寸 和形狀與所述出口開口的相同。
19. 如權(quán)利要求16-18中任何一項(xiàng)所述的方法，還包括在所述擠出頭中 設(shè)置在所述材料進(jìn)入所述出口通道之前用于所述材料的壓力存儲(chǔ)器。
20. 如權(quán)利要求16-19中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述材料通過所述 擠出頭注射到所述模腔中。
21. 如權(quán)利要求16-20中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述模具利用夾板 夾緊。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述夾板與所述模具是獨(dú)立的。
23. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述夾板與所述模具是一體的。
24. 如權(quán)利要求21-23中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述夾板能夠沿選自如下的方向的移動(dòng)平行于所述腔的縱軸，垂直于所述腔的縱軸，以及平行于所述腔的縱軸和垂直于所述腔的縱軸兩者。
全文摘要
一種用于利用材料在模具的腔(22)中擠出注射成型制品的設(shè)備(10)，所述設(shè)備(10)包括能夠有效連接到所述模具(12)的擠出頭(16)，所述擠出頭(16)包括入口(36)、有效連接到所述入口(36)的出口通道(42)和出口開口(44)，所述出口開口(44)處于所述出口通道(42)的端部并且遠(yuǎn)離所述入口(36)，所述出口通道(42)的長度和橫截面積使得所述材料在所述材料流動(dòng)是單向的情況下沿其流過，并且使得所述材料在所述橫截面積上具有基本均勻的壓力的情況下通過所述出口開口(42)流出。
文檔編號(hào)B28B3/20GK101356044SQ200580052314
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者明憲·約翰·楊, 李慶法 申請(qǐng)人:新加坡科技研究局