專利名稱：用于注射成型的開環(huán)壓力控制的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及注射成型，特別涉及一種用于平衡熱流道系統(tǒng)內(nèi)熔體流動的開環(huán)壓力控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
注射成型是一種常用制造工藝。注射成型是一種周期過程，在該周期過程中將熔融(塑化)塑料注射(強制)進入一個或多個型腔中，保壓直到塑料固化而移出，其基本復制型腔的形狀。各種有商業(yè)價值的制品，如塑料瓶、牙刷、汽車零件、醫(yī)療衛(wèi)生器材、兒童玩具等，都由眾所周知的注射成型技術(shù)制成。
注射成型的一種類型，即熱流道注射成型，通常涉及熔融材料，該材料通常為聚合材料或樹脂，然后在高溫高壓下熔體流流經(jīng)與一個或多個熱流道噴嘴連通的注射分流板。加熱的噴嘴進進一步將熔體流通過模具澆口引入一個或多個型腔中。熔融材料冷卻成型腔的形狀，型腔打開后將成品頂出。
一種控制進入型腔的熔體流動的方法是使用閥控澆口注射成型設備。通常閥針具有圓柱形或錐形的前端，且在縮回的開啟位置和伸展的關閉位置間往復運動，位于關閉位置時其前端支靠于澆口上。在一些應用中，閥針反方向運行，在縮回位置關閉。
但閥控澆口機構(gòu)通常設計為二位式開關澆口，即澆口要么開啟要么關閉，不允許具有部分打開狀態(tài)，而部分打開狀態(tài)可控制通過澆口的熔體流率或流量。
一些制造過程中，極其希望注射期間能夠控制熔體流(也就是熔體的溫度和壓力)。另一希望控制熔體流的例子是同時在彼此分離的型腔內(nèi)成型多個部分。通常，在該例中，供料系統(tǒng)將熔融塑料從注射單元移至彼此分離的型腔。在許多甚至大多數(shù)注射模具中，為了同時制成需要多個熔體流的多個或復雜制品，在供料系統(tǒng)中使用多個分支和出口運送熔體到分離的型腔中。公共熔體流通過一個或多個澆口供給每個型腔。該系統(tǒng)中，型腔不是必須所有尺寸相同；在同時成型連鎖組合的零件如手機外殼時，才需要具有相同的尺寸。因此，填充、充滿每個型腔的最佳壓力都是不同的。這是因為當型腔具有不同尺寸和形狀，和/或每個型腔的熔體流流動時間不同，熔體的性質(zhì)，如粘性，也受影響。因此，通?？刂谱⑸涑尚蜋C的總體壓力不可能達到每個型腔的最佳壓力。
多澆口系統(tǒng)中，通過多個熱流道噴嘴和模具澆口向單型腔供給熔體，一個公共分流板可供給所有澆口。在該系統(tǒng)中，來自一個澆口的熔體流與來自另一個澆口的熔體流相遇的界面會形成“匯流線”或“熔接線”。雖然正常給所有澆口供料，但單獨控制通過每個澆口流速的能力允許設計者出于結(jié)構(gòu)或美觀的目的控制熔接線的位置。同樣，成型周期的注射過程中的流速和壓力極大地影響了制品的質(zhì)量品質(zhì)。通常制品缺陷，如延遲、濺射、非平衡充模、匯流線、取向及軌跡線，受充模階段流速的影響。與充模階段動力學有關的典型制品缺陷是縮印、飛邊、收縮、翹曲及殘余應力。速度/壓力分布曲線上的變化同時影響所有型腔內(nèi)的流速和壓力。
本領域現(xiàn)有或提供各種方法以控制熔體流的流動。一種控制熔體流動的方法是為每個新產(chǎn)品重組流道，但該方法昂貴、費時。選擇性地，還具有包括傳感器，多個可調(diào)節(jié)閥針或熔體流動控制桿的閉環(huán)控制的動態(tài)系統(tǒng)。進一步選擇，也可使用被動系統(tǒng)。
一種使用具有壓力傳感器閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)系統(tǒng)中，每個閥針延伸穿過噴嘴體并對準各自的澆口，每個澆口可通過流體連接共同型腔或各自型腔。閥針暴露于流經(jīng)噴嘴體的高壓熔體中。在型腔的注射點或接近該注射點壓力，傳感器讀出壓力數(shù)據(jù)。計算機根據(jù)壓力傳感器測得的壓力數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)節(jié)該系統(tǒng)各個閥針。
其他動態(tài)供料系統(tǒng)利用位于澆口上游的熔體流動控制桿與熔熔體流道中的狹窄部分相互作用控制熔體流速。為了形成所需的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，該動態(tài)供料系統(tǒng)增加了額外的設備花費，如需要控制器、壓力變換器/傳感器等，也因為系統(tǒng)的復雜性增加了額外的操作費用。而且，通常大部分閥針或控制桿在操作期間是無支撐的并且易于產(chǎn)生可導致未對準和降低使用壽命的偏差。
在另一動態(tài)系統(tǒng)中，分流板包括“涌流罐”。一部分熔體流從分流板熔體流道中轉(zhuǎn)移到單獨的室或“池”中。促動擋板置于池內(nèi)且可封閉池的開口。閥控澆口噴嘴位于池的下游，以使促動閥針控制通過模具澆口的熔體流。熔體流引入分流板熔體流道時，位于模具澆口內(nèi)的閥針阻止熔體流進入型腔。池擋板位于回退位置，從而一部分來自于分流板的熔體流被引入池中并容納于池中。開始注射，位于池上游的閥門機構(gòu)關閉分流板熔體流道，從而阻止新熔體引入池內(nèi)。噴嘴閥針從模具澆口撤出，擋板以第一速度前進迫使熔體從池中進入噴嘴熔體流道，隨后進入型腔。壓力感應系統(tǒng)測量系統(tǒng)內(nèi)壓力，并將所測壓力與目標壓力線比較。如需更大壓力，增加擋板速度。選擇性地，如需更小壓力，減小擋板速度。當擋板到達其最低位置，型腔已滿，閥針前移關閉模具澆口。通過控制擋板速度，可控制熔體流流速。該熔體流動控制方法需要完全關閉一部分分流板熔體流道以操縱它其他部分的熔體流。除了增加控制擋板和閥針的額外費用，該系統(tǒng)增加了熔體流的二級中斷。此種二級中斷可能會產(chǎn)生成型制品其他的缺陷。
另一系統(tǒng)中，一滑芯閥包括至少一個凹部，該凹部用于控制熔體體積流量和單獨的澆口關閉部分。該閥設置為，流過閥的熔體對閥芯產(chǎn)生最小的軸向力，從而將促動閥芯所需的作用力減到最小。凹部這樣配置的目的主要是控制熔體的體積流量，因而減小了澆口關閉部分的尺寸。除小澆口的關閉部分之外，閥芯的上下端都暴露于空氣之中。可以在預定圖線模式下或動態(tài)模式操縱該閥。如預定圖線模式為開環(huán)或非環(huán)系統(tǒng)，其不具有反饋控制并運用預定操作圖線控制壓力。相反，動態(tài)操作模式為閉環(huán)操作模式，其具有反饋控制，并且運用基于實時感應條件的連續(xù)變化操作圖線控制壓力。在預定圖線模式中，在成型過程的沖模階段按照圖線設置閥芯的位置，從而提供了變化的體積流速。選擇性地，在動態(tài)模式中，根據(jù)熔體的壓力或施加在芯閥上的負荷，控制芯閥的位置或調(diào)節(jié)芯閥的位置。不論是操作模式，系統(tǒng)需要芯閥及機架具有復雜幾何形狀。另外，必須提供一部分芯閥的通氣裝置，該裝置位于模塊深處。而且，如果系統(tǒng)以動態(tài)方式運行，其具有以上描述的動態(tài)系統(tǒng)的缺點。
現(xiàn)今發(fā)展了各種被動系統(tǒng)。通常，被動系統(tǒng)通常使用彈簧負載活塞，當活塞位于退回位置時，活塞關閉噴嘴口，且活塞僅在開啟或關閉位置運行?；钊纳嫌味司哂斜┞队谌垠w的投影表面積，該投影表面積不等于活塞下游端的投影表面積。注射周期開始階段，活塞上游端的壓力通常高于熔體下游端的壓力，致使活塞伸展，從而打開澆口。隨著型腔內(nèi)活塞下游壓力增加，不同的表面積及彈簧力在活塞上產(chǎn)生了有差異的凈力，從而令活塞退回關閉位置。該系統(tǒng)中，活塞沿其長度上一般無支撐，活塞和/或彈簧暴露于熔體中。因此，被動系統(tǒng)容易降低使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種注射成型系統(tǒng)，其包括具有分流板熔體流道的分流板和具有噴嘴熔體流道的噴嘴，其中噴嘴熔體流道與分流板熔體流道的出口之間流體連通。注射成型系統(tǒng)還包括部分地位于噴嘴熔體流道上游的分流板熔體流道內(nèi)的自調(diào)節(jié)閥。該自調(diào)節(jié)閥包括閥盤和在閥盤縱向孔內(nèi)可滑動的控制桿。閥盤在其側(cè)壁具有帶有流口的控制桿支撐延伸部。閥盤控制桿支撐延伸部的流口與分流板熔體流道及控制桿下端的開口相連?？刂茥U還包括末端壓力表面。自調(diào)節(jié)閥設置為，調(diào)節(jié)流過控制桿開口從分流板熔體流道進入噴嘴熔體流道開口的熔體流。響應于外力裝置施加在控制桿頭部的反向作用力，以及熔體流施加在控制桿末端壓力表面的流體壓力，控制桿向上和/或下滑動以平衡注射周期中的熔體流。
參照附圖，以下部分將詳細描述本發(fā)明的實施例、特點、優(yōu)點，以及本發(fā)明各種實施例的結(jié)構(gòu)及操作。


在此引用并作為說明書的一部分附圖，與說明書一同解釋本發(fā)明的一個或多個實施例，還進一步解釋本發(fā)明的原理且令相關領域技術(shù)人員能制造及使用本發(fā)明。
圖1為使用本發(fā)明實施例的注射成型設備的剖視圖。
圖2為按照本發(fā)明一實施例的自調(diào)節(jié)閥的側(cè)視圖。
圖3為圖2所示自調(diào)節(jié)閥在開啟位置，沿圖2紙面的剖視圖。
圖4為圖2所示自調(diào)節(jié)閥沿線4-4的剖視圖。
圖5為圖2所示的自調(diào)節(jié)閥在關閉位置，沿圖2紙面的剖視圖。
圖6為按照本發(fā)明另一實施例的具有自調(diào)節(jié)閥的注射成型設備的局部剖視圖。
圖7和8顯示了按照本發(fā)明另一實施例的具有自調(diào)節(jié)閥注射成型設備的局部剖視圖。
圖9和10分別顯示了按照本發(fā)明一實施例的控制桿末端在開啟及關閉位置的放大圖。
圖11為按照本發(fā)明一實施例的控制系統(tǒng)的框圖。
圖12為按照本發(fā)明另一實施例具有自調(diào)節(jié)閥注射成型設備的部分剖視圖。
參考附圖解釋本發(fā)明的一個或多個實施例。附圖中，相同的附圖標記表示相同或功能相近的元件。另外，附圖標記最左邊的數(shù)字表示首次出現(xiàn)該附圖標記的附圖的圖號。
具體實施例方式
參考附圖描述本發(fā)明具體實施例，附圖中相同附圖標記表示相同或功能相近的元件。同樣附圖中，附圖標記最左邊的數(shù)字表示首次出現(xiàn)該附圖標記的附圖的圖號。當討論具體的構(gòu)造和布置，應該理解這僅供示例。相關領域技術(shù)人員而言，會認可不偏離本發(fā)明精髓及范圍可使用其他構(gòu)造和布置。
圖1所示為注射成型設備100。注射成型設備100包括成型機噴嘴102，其將熔體流在壓力下經(jīng)過位于成型機工作臺106內(nèi)的澆口襯套104引入注射成型系統(tǒng)。熔體從澆口襯套104進入熱流道型分流板110中的分流板熔體流道108。注射成型設備100中，分流板110允許對經(jīng)分流板熔體流道出口134進入各熱流道噴嘴116內(nèi)噴嘴熔體流道114的熔體流進行分配。熱流道116置于模板120的噴嘴孔或噴嘴腔118中，并且每個熱流道噴嘴116通過對準套130與澆口124對準。對本領域普通技術(shù)人員可以理解的是，模板120可以包括一個或多個模板和/或一個型腔板。型芯板138配合模板120組成型腔122。通過模具澆口124，每個熱流道116與相應型腔122流體連通，從而熔體流可通過噴嘴熔體流道114和噴嘴頭126注射進入型腔122。
圖1中顯示了熱流道116的剖視圖。熱流道116在噴嘴熔體流道114上端具有噴嘴熔體流道入口112，其對準分流板熔體流道108的出口134，以接受熔體流并將熔體流通過模具澆口124輸送到型腔122中。熱流道116包括噴嘴體128及噴嘴頭126。注射成型設備100可包括任意數(shù)量的熱流道噴嘴116，熱流道噴嘴116位于各噴嘴孔118內(nèi)，其用于將熔體從各自的噴嘴熔體流道入口112輸送至各模具澆口124。注射成型設備100使用每個噴嘴內(nèi)的加熱元件132及模板120中的冷卻通道136從而調(diào)節(jié)熔體溫度。如圖所示，熱流道噴嘴116是熱澆口型的，但是應該理解到熱流道噴嘴116可以選擇成如圖7、8詳述的閥控澆口。
圖2-5所示為按照本發(fā)明一個實施例的熔體流動調(diào)節(jié)組件或自調(diào)節(jié)閥240。熔體流動調(diào)節(jié)組件240平衡從分流板熔體通道108到相應熱流道噴嘴116再到相應型腔122的熔體流流速及流量。熔體流動調(diào)節(jié)組件240根據(jù)分流板、噴嘴和/或型腔內(nèi)的一個或多個注射壓力運行，在特定的實施例中，也根據(jù)外力裝置所施加的預定外力運行，如下詳述。因為熔體流動調(diào)節(jié)組件調(diào)節(jié)熔體流不需傳感器測量壓力，也不需來自處理器的反饋，所以熔體流動調(diào)節(jié)組件是一開環(huán)系統(tǒng)。作為替代，熔體流動調(diào)節(jié)組件240可隨其控制/壓力表面熔體壓力的變化，上下竄動從而增加或減少流量，以下將對此進行詳細描述。這樣，在不使用主動控制器或處理器的條件下，熔體流動調(diào)節(jié)組件240可以補償任何影響熔體流壓力變化的條件，舉例說明但不局限于以下所列，如熔體流速度和/或熔體流溫度的增加或降低，和/或型腔尺寸變化等。
通常熔體流動調(diào)節(jié)組件或自調(diào)節(jié)閥240大體上包括控制桿242和閥盤258?？刂茥U242包括控制桿體244，位于控制桿體244上游端的頭部分246，位于控制桿體244下游端的控制桿末端248，和位于控制桿末端248上游的開口、孔、針眼、洞250等。
通常，控制桿體244大致為細長的圓柱體。在替代性實施例中，控制桿體244可具有任意形狀的橫截面，而不是必須為圓柱形。而且控制桿體的橫截面積不是必須沿其整個長度恒定，并且當其置于流體壓力下，可利用橫截面積的變化在控制桿上產(chǎn)生凈力。
如圖所示，頭部分246可以是控制桿體244的擴大部分。頭部分246可用來連接控制桿242和外力裝置280，外力裝置可在控制桿242上施加恒定或可變化的軸向力。頭部分246和控制桿體244可選擇性地設置為，單以控制桿的重量就可提供所需軸向力。本領域普通技術(shù)人員可以理解，外力裝置280可以是任何可施加軸向力的裝置，如液壓或氣動、線性電機致動器、配重或彈簧。
控制桿末端248包括末端壓力表面252，操作期間其接受熔體壓力，從而產(chǎn)生如圖3箭頭F所示的沿朝向頭部分246的方向施加在控制桿242上的作用力。本領域普通技術(shù)人員可知，施加在元件表面的流體壓力會產(chǎn)生與表面投影面積成比例的作用力。因此，末端248及壓力表面252可特別設計成為針對設定流體壓力來提供給控制桿242預定軸向作用力。
參考圖3并繼續(xù)參考圖2，針眼250為一槽或通孔，其側(cè)向延伸穿過控制桿體244。針眼250包括上壓力表面354和下壓力表面356。當熔體流進入針眼250時，其在上壓力表面354和在下壓力表面356上均產(chǎn)生壓力。針眼250可設置為，上壓力表面354和下壓力表面356具有相同或不同的投影面積。兩個表面投影面積不同，加壓的熔體流進入針眼250且自調(diào)節(jié)閥240關閉時，在控制桿240上產(chǎn)生凈力。
針眼250也可為從控制桿體244外表面向控制桿體244徑向中心呈錐形(漸縮)，從而使控制桿體244在最接近針眼250的徑向中心處的橫截面積最小。應當理解，雖然針眼250所示為矩形錐槽，針眼250的橫截面和/或錐形并不只限于所示形狀，可以為改變調(diào)節(jié)自調(diào)節(jié)閥240的熔體流特征而改變其形狀。特別是，針眼250可以具有如圓形或正方形的任意截面形狀，并且在針眼250上端和/或一側(cè)的錐形可以不同于下端和/或相反側(cè)的錐形。
控制桿242可由任意合適的材料構(gòu)成，可包括對本領域技術(shù)人員可以理解的抗磨損涂料。例如，控制桿可由但不局限于鋼、鈦或陶瓷材料制成?？刂茥U242可由熱性質(zhì)相近于閥盤258的材料構(gòu)成，從而令熱膨脹不影響自調(diào)節(jié)閥240的運行。
閥盤258包括法蘭盤260，側(cè)壁262和控制桿支撐延伸部268。法蘭盤從孔370側(cè)向向外延伸，孔370縱向延伸穿過閥盤258。法蘭盤260中心具有更大的厚度，其限定了閥盤孔370的上部，法蘭盤朝向其位于側(cè)壁262側(cè)壁附近的外邊緣處的減薄部分逐漸變薄。法蘭盤260的下表面具有下安裝表面276。法蘭盤260還包括定位特征366。本實施例中的定位特征366是從下安裝表面276穿進法蘭盤260的孔，該孔被設計為可接納注射成型設備的配合件(未示出)上的銷釘。側(cè)壁262從法蘭盤260的外邊緣向上延伸到上安裝表面274。
控制桿支撐延伸部268從法蘭盤260向下延伸，限制了閥盤孔370的下部。流口272穿過控制桿支撐延伸部268向側(cè)邊延伸，并與閥盤孔370流體相通?？刂茥U支撐延伸部268可為任意截面形狀，如圓形、正方形或矩形。但是，通常控制桿支撐延伸部268位于分流板或配合件的通道內(nèi)，因此截面形狀設置為匹配該通道，如圖6和以下內(nèi)容所示。另外，閥盤孔370的截面通常設置為匹配控制桿242的截面。
閥盤258可由任意合適材料制成，可包括本領域技術(shù)人員可以理解的抗磨損涂料。閥盤258可由比分流板210更硬或更耐磨的材料制成，以提高其耐磨性。例如閥盤258可由但并不局限于以下材料制成，如鋼、鈦、陶瓷、硬化或處理過的鋼或碳化鎢。如圖6所示，閥盤258也可用作熱絕緣體。行使該項功能時，閥盤一般由比周圍分流板110/610導熱性差的材料制成，如鈦或陶瓷。不偏離本發(fā)明的保護范圍，任何具有支撐延伸部、且該支撐延伸部可改造成包括口272的閥套設計可以取代閥盤258。
控制桿242延伸穿過由法蘭盤260和支撐延伸部268限定的閥盤孔370，從而在閥盤258中可滑動地接受控制桿242。針眼250接近支撐延伸部268的流口272。如圖4所示，控制桿242設置為，其在閥盤370內(nèi)被側(cè)邊支撐，特別是由支撐延伸部268的壁支撐。支撐延伸部268提供的側(cè)邊支撐避免控制桿242的不對準和偏移，這延長了控制桿242的使用壽命。一些現(xiàn)有技術(shù)的閥針及控制桿設計僅能在分流板熔體通道中滑動，因此未受支撐的控制桿242易于過早和/或增加磨損，從而減少了使用壽命。如果閥盤258被塑料熔體流或控制桿242移動磨損或損壞，閥盤258易于更換，并且閥盤可由比分流板210更硬或更耐磨的材料制成，以進一步增強其自調(diào)節(jié)閥240的效果。
在閥盤孔370內(nèi)，響應于流體壓力或流體壓力及外力裝置的聯(lián)合作用，控制桿242易于在打開及關閉位置滑動，以獲得各種位于在打開和關閉位置間的中間位置，從而實現(xiàn)熔體流的變化流速。這樣，在注射周期內(nèi)，控制桿242可在閥盤孔370內(nèi)主要上下“竄動”，持續(xù)平衡熔體流速。
在一實施例中，針眼250用于減小控制桿242上的壓力，從而使其抵擋更大的壓力。例如，熔體可施加10,000到40,000PSI的壓力到控制桿242上。在一些例子中，不具有針眼的控制桿會被這樣的熔體壓力損壞。但是因為熔體流過針眼250并持續(xù)流動，控制桿242上的熔體壓力得到緩解，從而控制桿不必抵擋迎面而來的熔體流的全部作用力。
如圖2-4所示，自調(diào)節(jié)閥240位于開啟位置，針眼250暴露于閥盤孔370下游的熔體流道，從而在自調(diào)節(jié)閥240內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)流體通道。相反，如圖5所示自調(diào)節(jié)閥240位于關閉位置時，針眼250完全位于閥盤孔370內(nèi)，控制桿242的末端248封閉于支撐延伸部268的內(nèi)壁中，從而阻礙了熔體流經(jīng)閥盤孔370。
圖6表示位于注射成型設備600內(nèi)的自調(diào)節(jié)閥640，其包括外力裝置，該外力裝置具有位于護套692內(nèi)的彈簧680，該護套帶有螺紋式可調(diào)帽690?？刂茥U642的頭部分646被彈簧680軸向預加載預定量。彈簧680施加在控制桿642上的軸向負載可以通過相對于護套692旋入/旋出帽690而進行調(diào)節(jié)。
閥盤658位于分流板610和背板606之間，閥盤可作熱絕緣體。閥盤658的控制桿支撐延伸部668伸進分流板610，從而流口672與分流板熔體流道608的上游部分流體連通。自調(diào)節(jié)閥640處于分流板熔體流道包含朝向噴嘴616的90°轉(zhuǎn)角的位置。應當理解，分流板熔體流道的轉(zhuǎn)角的角度不重要，角度大于或小于90°皆可使用自調(diào)節(jié)閥。
熔體從分流板熔體流道608進入流口672，后流入閥盤孔670，后流入針眼650中。當自調(diào)節(jié)閥640位于所示的開啟位置時，針眼650的一部分暴露于閥盤孔670下游的熔體流道和分流板熔體流道608中的下游部分。結(jié)果，流入針眼650的熔體可流經(jīng)分流板熔體流道608下游并進入熱流道噴嘴616。當自調(diào)節(jié)閥640位于關閉位置時，針眼650沒有任何部分暴露于分流板熔體流道608下游部分，且熔體不會流經(jīng)閥640。
在注射成型設備600內(nèi)的成型周期的初始階段，高壓熔體從成型機噴嘴(未示出)注入自調(diào)節(jié)閥640上游的分流板熔體流道608中。熔體流過分流板熔體流管608，進入流口672及自調(diào)節(jié)閥640的針眼650中。如所示，針眼上壓力表面654的投影面積與下針眼壓力表面656的投影面積相等，因此利用彈簧在控制桿642上施加向下的作用力以將自調(diào)節(jié)閥640置于開啟位置。但如上所述，自調(diào)節(jié)閥640也可設置為，不用外力裝置或不聯(lián)合使用外力裝置，由熔體壓力在控制桿642上產(chǎn)生凈向下力。
在一實施例中，自調(diào)節(jié)閥640出口(如在噴嘴熔體流道614)的熔體壓力與控制桿642的位置成比例。控制桿642位于完全向下位置時，自調(diào)節(jié)法640出口的熔體壓力達到最大值?？刂茥U642位于完全向上位置時，自調(diào)節(jié)法640出口的熔體壓力達到最小值?？刂茥U642從完全向上位置到完全向下位置，自調(diào)節(jié)法640出口的熔體壓力隨之增加?？刂茥U642從完全向下位置到完全向上位置，自調(diào)節(jié)法640出口的熔體隨之減小。如前所述，控制桿642可以實現(xiàn)并保持不同的中間位置，在上下中間位置間有效地“竄動”，從而在注射周期內(nèi)持續(xù)平衡熔體流速。
隨著熔體流經(jīng)分流板流道608，自調(diào)節(jié)閥640及噴嘴616進入型腔622中，熔體壓力在末端壓力表面施加作用力。該熔體作用力趨于將控制桿642上推。外部控制力，如彈簧680的作用力，作用于控制桿642的頭部分646，其趨于將控制桿642向下推。通過調(diào)節(jié)帽690，彈簧680可設為預定軸向作用力。這兩種作用力控制控制桿642的位置。在一實施例中，自調(diào)節(jié)閥640設計為，閥元件上的其他所有作用力都可忽略不計。
如果作用于控制桿642頭部646的外部控制力克服了作用于末端壓力表面652的熔體力，控制桿642向下移動。隨著控制桿642向下移動，自調(diào)節(jié)閥640出口的熔體壓力增大。結(jié)果，作用于梢部壓力表面652的熔體作用力增加。當末端壓力表面652上的熔體作用力與在控制桿642的頭部646上的彈簧680外部控制力達到平衡時，如基本相等時，控制桿642停止向下移動。
如果作用于末端壓力表面652的熔體力克服了作用于控制桿642頭部646的外部控制力，控制桿642向上移動。隨著控制桿642向上移動，自調(diào)節(jié)閥640出口的熔體壓力減小。結(jié)果，作用于末端壓力表面652的熔體作用力減小。當末端壓力表面652上的熔體作用力與在控制桿642的頭部646上的彈簧680外部控制力達到平衡時，如基本相等時，控制桿642停止向上移動。
在如圖7、8所示的另一實施例中，自調(diào)節(jié)閥740置于閥控澆口噴嘴716內(nèi)。圖7所示為自調(diào)節(jié)閥740和閥控澆口噴嘴716處于關閉位置。圖8所示為自調(diào)節(jié)閥740和閥控澆口噴嘴716處于開啟位置。
自調(diào)節(jié)閥740至少部分地位于注射成型設備700的分流板710內(nèi)。閥盤758位于背板706和分流板710之間，閥盤可作熱絕緣體。流口772與分流板流道708的下游部分流體連通。自調(diào)節(jié)閥740位于分流板熔體流道包含向噴嘴716的90°轉(zhuǎn)角的位置?？芍至靼迦垠w流道內(nèi)的轉(zhuǎn)角的角度不重要，角度大于或小于90°皆可使用自調(diào)節(jié)閥。
在該實施例中，閥針782與控制桿742的末端壓力表面752連接，或從控制桿742的末端壓力表面752延伸。閥針782延伸穿過噴嘴體728的熔體流道714，并穿過噴嘴梢部726的熔體流道788。如圖7所示關閉狀態(tài)，當希望熔體流停止時，閥針782伸進模具澆口724中。選擇地，如圖8所示的打開狀態(tài)，閥針782并沒伸入模具澆口724中，允許熔體流從澆口724流入型腔720中。
控制桿致動器780及閥針致動器786分別用于致動自調(diào)節(jié)閥740及閥針782?？刂茥U致動器780提供調(diào)節(jié)熔體流壓力所需的控制壓力，且在需要時閥針致動器786用于打開及關閉模具澆口724。閥針致動器786通過連接裝置784連接控制桿致動器780，從而注射周期中當自調(diào)節(jié)閥740調(diào)節(jié)或變化熔體流速時，閥針782與控制桿742一同移動。
控制桿742精心設計為，沿控制桿周邊的剪切力及壓力降的作用被減到最小，在控制桿742上唯一顯著的作用力是由作用于控制桿742末端壓力表面752的熔體流壓力產(chǎn)生的，其方向與流速相反。但通過伸展具有閥針782的控制桿742，剪切力會作用于控制桿742及閥針782，其趨于沿流速方向牽拉引控制桿742。為了維持控制桿742的自調(diào)節(jié)，將這些剪切力減少到最小是必要的，相比于沿流速的反向作用于末端壓力表面752的投影面積的熔體力，這些剪切力可以忽略不計。在一實施例中，通過保持控制桿742的半徑與閥針782半徑的比率盡可能大，可將剪切力減到最小。例如，控制桿742的半徑可以為約5mm，閥針782的半徑為約2mm，則二者的比率為5∶2。決定比率時必須考慮控制桿742的致動力和機械力。所需致動力隨閥針782半徑的增大而增大，并且閥針782的強度隨閥針半徑的減小而減小。
參考圖8，熔體從分流板熔體流道708進入流口772，后流進閥盤孔770中，縱向穿過閥盤758，后進入自調(diào)節(jié)閥740的針眼750。如圖8所示，當自調(diào)節(jié)閥740位于開啟位置時，針眼750的一部分暴露于閥盤孔770的熔體流道下游部分及分流板熔體流道708的下游部分。結(jié)果，流經(jīng)針眼750的熔體流能夠流經(jīng)分流板熔體流道708的下游部分并進入噴嘴716。如圖7所示，當自調(diào)節(jié)閥740位于關閉位置時，針眼的任何部分都不暴露于分流板708的下游部分，熔體流不能流經(jīng)閥740。
在注射成型設備700內(nèi)的成型周期的初始階段中，高壓熔體從成型機噴嘴(未示出)進入自調(diào)節(jié)閥740上游的分流板熔體流管708中。熔體流經(jīng)分流板熔體流道708，進入流口772及自調(diào)節(jié)閥754的針眼750中。如圖所示，針眼上壓力表面754的投影面積與針眼下壓力表面756的投影面積相等，因此，控制桿致動器780用于在控制桿742施加向下力，令自調(diào)節(jié)閥740處于開啟位置。但是，如前所述，自調(diào)節(jié)閥740可設置為，僅由熔體壓力或熔體壓力和外力裝置聯(lián)合作用于控制桿742產(chǎn)生凈力。
熔體流經(jīng)分流板熔體流道708，自調(diào)節(jié)閥740，噴嘴716，最后進入型腔722；自調(diào)節(jié)閥740下游的熔體壓力逐漸增加，并施加在控制桿742的末端壓力表面752上，產(chǎn)生了作用于控制桿742向上的力。向上力最終增加到一個水平，其克服了作用于控制桿742的向下力，控制桿742上滑?？刂茥U742的向上運動將自調(diào)節(jié)閥740置于關閉位置或僅減小了通過自調(diào)節(jié)閥740的流量。熔體流容量降低可引起下游壓力減小到一個水平，即控制桿742向下的力超過向上的力，導致控制桿742向下移動?？刂茥U向下移動會增大流量，周期可以繼續(xù)，從而控制桿742竄動并維持熔體流量接近目標值。
圖9和10分別顯示了本發(fā)明一實施例中，在各自打開和關閉位置的自調(diào)節(jié)閥640/740的控制桿梢部248/278的放大圖?？刂茥U梢部248/278包括末端壓力表面652/752，上壓力表面654/754，下壓力表面656/756及開口650/750。閥控澆口型實施例700中，桿末端748與閥針782連接。
如上所述，當自調(diào)節(jié)閥640/740位于關閉位置(如圖10所示)熔體不能從分流板熔體流道608/708流到噴嘴熔體流道614/714，因為控制桿末端248/748堵住了熔體流。相反，如前所述，當自調(diào)節(jié)閥640/740在開啟位置(如圖9所示)，熔體流從分流板熔體流道608/708流入噴嘴熔體流道614/714，在分別作用在上、下壓力表面654/754和656/756上，并流經(jīng)開口650/750。根據(jù)末端壓力表面652/752上的熔體流壓力和在控制桿642/742頭部的外部壓力的差異，自調(diào)節(jié)閥640/740在開啟和關閉位置進行調(diào)節(jié)。
額外或選擇性地，閱讀本說明書的技術(shù)人員可以理解，也可使用其他各種形狀的表面和開口的自調(diào)節(jié)閥240，640，或740。
圖12表示了具有自調(diào)節(jié)閥1240的注射成型設備1200，其位于分流板1210的分流板熔體流道1208內(nèi)。自調(diào)節(jié)閥1240包括閥盤1258，該閥盤位于分流板1210及背板1206之間，可作熱絕緣體。在該實施例中，閥盤1258沒有支撐延伸部，從而閥盤1258沒有伸入分流板1210內(nèi)。雖然對于侵蝕性樹脂該設計不是最佳設計，但對其他樹脂該設計已經(jīng)足夠了，本實施例允許使用本領域技術(shù)人員使用其所知的各種閥盤，如U.S.專利號4,698,013及U.S.專利號為4,705,473所示，其公開的內(nèi)容以參考的方式被整體引入。自調(diào)節(jié)閥1240包括控制桿1242，其具有針眼1250，上、下針眼表面1254、1256，及末端壓力表面1252。
自調(diào)節(jié)閥1240的位置可使分流板熔體流道1208具有朝熱流道1216的90°轉(zhuǎn)角?？刂茥U1242可滑動地接受在分流板孔1270中，針眼1250與分流板熔體流道末端1272對準。從而，熔體流從分流板熔體流道1208流經(jīng)末端1272，流經(jīng)針眼1270，進入分流板孔1270內(nèi)。
如圖所示，自調(diào)節(jié)閥1240位于開啟位置時，針眼1250的一部分暴露于分流板1210下游表面中的配對孔1209，分流板1210的下游表面與噴嘴熔體流道1214流體連通。結(jié)果，流進針眼1250的流體可以流經(jīng)分流板熔體流道1208的下游部分，流進噴嘴1216的熔體流道1214。自調(diào)節(jié)閥1240位于關閉位置時，針眼1250不暴露于配對孔1209，即分流板熔體流道1208下游部分，從而熔體流無法流經(jīng)自調(diào)節(jié)閥1240。
在注射成型設備1200內(nèi)的成型周期初始階段中，高壓熔體從成型機噴嘴(未示出)注入自調(diào)節(jié)閥1240上游的分流板熔體流道1208中。熔體流經(jīng)分流板熔體流道1208及出口1272，進入自調(diào)節(jié)閥1240的針眼1250中。如圖所示，針眼上壓力表面1254的投影面積與針眼下壓力表面1256的投影面積相等，從而外力裝置1280，如活塞、柱體、壓力閥、彈簧、致動器，都可向控制桿1242施加向下的力以將調(diào)節(jié)閥1240置于開啟位置。
熔體流經(jīng)分流板熔體流道1208、自調(diào)節(jié)閥1240及噴嘴1216進入型腔1222，熔體壓力在末端壓力表面1252施加作用力。該熔體作用力趨于上推控制桿1242，而同時外力裝置1280在控制桿1242的頭部分1246施加向下推控制桿1242作用力。如前所述，根據(jù)預定的壓力分布圖確定外部控制力。以上兩種相反的作用力基本決定了控制桿1242的縱向位置。
注射周期內(nèi)，如果作用于控制桿1242頭部1246的外部控制力克服了作用在末端壓力表面1252的熔體力，控制桿1242下移。自調(diào)節(jié)閥1240上的熔體流壓力隨控制桿1242下移而增大，末端壓力表面1252熔體流力增大。當末端壓力表面1252上的熔體流力與控制桿頭部1246的外控制力達到平衡時，如基本相等時，控制桿1242停止下移。
相反，如果作用在末端壓力表面1252的熔體流力克服了作用在控制桿1242頭部1246的外控制力，控制桿1242上移，末端壓力表面1252的熔體流力減小。當末端壓力表面1252上的熔體流力與控制桿頭部1246的外控制力達到平衡時，如基本相等時，控制桿1242停止上移。
圖11所示為本發(fā)明一實施例的開環(huán)壓力控制系統(tǒng)1190的框圖。開環(huán)壓力控制系統(tǒng)1190包括用戶界面1191，控制器1192，壓力供應器1193，外力裝置1180，如電磁閥，及自調(diào)節(jié)閥1140。在各實施例中，外力裝置1180與以上所述的彈簧680或控制桿致動器780相似。額外或選擇性地，外力裝置1180可使用液壓或氣體比例壓力閥。另外，自調(diào)節(jié)閥1140與以上所述的自調(diào)節(jié)閥240、640、1240相似。雖然這里僅顯示了外力裝置1180和自調(diào)節(jié)閥1140，本領域技術(shù)人員可以理解，在注射成型設備的每個注射噴嘴中可使用多個外力裝置1180和相應的調(diào)節(jié)閥1140。
在各種實施例中，用戶界面1191可以是任意輸入/輸出(I/O)裝置，其可向操作者和控制器1192輸入和/或輸出數(shù)據(jù)。例如，用戶界面1191可以是，但不局限為，鍵盤、觸摸屏、聲控I/O裝置、視網(wǎng)膜跟蹤裝置、虛擬鍵盤或類似物。操作者使用用戶界面1191輸入預定壓力分布圖或?qū)Ｓ脡毫υO定1198到控制器中，以隨后應用外力控制1180。各種實施例中，控制器1192可以是，但不局限為，處理器、微處理器、電腦系統(tǒng)或類似物，其連接基礎軟件及外部裝置以接受、儲存、處理、產(chǎn)生和/或傳送數(shù)據(jù)。
成型周期初始階段，控制器1192從成型機(未示出)接收啟動信號1194，指示啟動成型周期。一接到啟動信號1194，控制器1192送出預定壓力分布圖或壓力設置的輸入信號1195到外力裝置1180，如果注射成型周期壓力分布圖變化，輸入信號1195不斷的輸入到外力裝置1180，但是如果壓力不改變，單次輸入信號1195在周期初始階段被輸送并設定外力裝置1180。系統(tǒng)1190是開環(huán)系統(tǒng)，其沒有反饋或感應條件反饋到控制器1192中，因此注射周期內(nèi)，外力裝置1180不接受其他來源的額外信號。
在一實施例中，輸入信號1195可能包括涉及單獨壓力分布圖，其為現(xiàn)行成型周期設定接受輸入信號1195的外力裝置1180。另一實施例中，單獨壓力分布圖是一定范圍的不同電子電壓幅值，控制器1192經(jīng)內(nèi)部(內(nèi)網(wǎng))或外部(互聯(lián))有線或無線網(wǎng)絡下載、儲存、和/或接受以上電子電壓幅值。因此，使用多噴嘴，每個噴嘴具有外力裝置1180和自調(diào)節(jié)閥1140，每個噴嘴單獨產(chǎn)生或設定相應的多個壓力值或分布圖輸入信號1195，且各自的自調(diào)節(jié)閥1140調(diào)節(jié)每個噴嘴。視不同型腔尺寸的需要，每個壓力分布圖可以相同或不同。
如果外力裝置1180是氣壓或液壓致動器、電磁閥或其他流體驅(qū)動裝置，外力裝置1180使用輸入信號1195控制壓力供應器1193應釋放多少流體材料1196，以在自調(diào)節(jié)閥1140(或多個閥1140)上施加希望得到的作用力1197，如上文實施例中施加在控制桿242、642、742或1142上的軸向力。接下來，熔體流上的壓力與施加在自調(diào)節(jié)閥1140上的外力裝置1180的輸出力成比例。當根據(jù)來自控制器1192的預定分布圖而要求外力裝置1180施加的作用力減小或增大時，外力裝置1180釋放流體1196或吸入流體1196回送至到壓力供應器1193。用這樣的方式，外力裝置1180保持設定的預定壓力分布圖或壓力設置。
應當理解，外力裝置可用于選擇性的打開、選擇性的關閉，或提供施加在自調(diào)節(jié)閥控制桿上額外的向上或向下作用力。另外，因為壓力表面被加工在控制桿內(nèi)，可從各種上、下熔體壓力計算控制桿凈力。從而通過改變外力裝置的輸出，在一定壓力下易于打開或關閉調(diào)節(jié)閥。
額外或選擇性地，在一實施例中初始數(shù)據(jù)進入用戶界面1191，即可從系統(tǒng)1190中刪除用戶界面1191。因此，對于持續(xù)操作，不總是需要用戶界面1191。
以上描述了根據(jù)本發(fā)明的各種實施例，應當理解他們僅供舉例說明，但不局限于此。相關領域技術(shù)人員可以理解，不偏離本發(fā)明的精髓和范圍，可作出各種形式和細節(jié)的變化。因此，本發(fā)明的外延和范圍不應由以上任何示例實施例來限定，而應根據(jù)所附權(quán)利要求及其等效體界定。也應理解，這里討論的實施例及引用參考的各個特征都可與其他實施例中的特征聯(lián)合使用。這里所討論的所有專利和公開文本以參考的形式全文并入本申請。
權(quán)利要求
1.一種注射成型設備，包括分流板，其限定了分流板熔體流道，所述分流板設置為從熔體源接受熔體；連接于分流板的噴嘴，其中噴嘴限定了噴嘴熔體通道，該噴嘴熔體通道與分流板熔體通道流體連通；自調(diào)節(jié)閥，其在噴嘴上游部分地位于分流板熔體流道內(nèi)，該自調(diào)節(jié)閥包括閥盤，其包括支撐延伸部，延伸穿過閥盤的閥盤孔，及延伸穿過支撐延伸部的側(cè)壁并與閥盤孔連通的流口，其中流口與分流板熔體流道流體連通；以及控制桿，其包括控制桿體，延伸穿過控制桿體的開口，及末端壓力表面，其中控制桿在閥盤孔內(nèi)可滑動地延伸，從而控制桿開口與閥盤流口流體連通；其中，控制桿可在第一位置和第二位置之間縱向滑動；在第一位置，控制桿開口定位成提供穿過自調(diào)節(jié)閥的連續(xù)流體通道；在第二位置，控制桿開口位于閥盤孔內(nèi)，從而自調(diào)節(jié)閥關閉。
2.權(quán)利要求1所述的注射成型設備，其中所述開口包括矩形截面。
3.權(quán)利要求1所述的注射成型設備，其中所述開口為錐形，以使得開口截面沿著朝向控制桿外表面的方向加大。
4.權(quán)利要求1所述的注射成型設備，還包括連接于控制桿頭部分的外力裝置。
5.權(quán)利要求4所述的注射成型設備，其中外力裝置是液壓致動器、氣壓致動器、配重和彈簧中的一種。
6.權(quán)利要求4所述的注射成型設備，其中自調(diào)節(jié)閥設置成，響應于外力裝置施加于控制桿頭部分的軸向力和熔體施加于控制桿末端壓力表面的流體壓力，而調(diào)節(jié)從分流板熔體流道流經(jīng)控制桿開口的熔體。
7.權(quán)利要求6所述的注射成型設備，其中當控制桿末端壓力表面的流體壓力大于外力裝置施加的軸向力時，控制桿朝減少流經(jīng)控制桿開口的熔體流量的方向滑動。
8.權(quán)利要求7所述的注射成型設備，其中當控制桿末端壓力表面的流體壓力小于外力裝置施加的軸向力時，控制桿朝增加流經(jīng)控制桿開口的熔體流量的方向滑動。
9.權(quán)利要求1所述的注射成型設備，其中支撐延伸部沿著伸進分流板熔體流道中的控制桿的一部分抵接于控制桿。
10.權(quán)利要求1所述的注射成型設備，其中控制桿開口包括位于開口上表面的上壓力表面和位于開口下表面的下壓力表面，其中上壓力表面的投影面積與下壓力表面投影面積相等。
11.權(quán)利要求1所述的注射成型設備，其中控制桿開口包括位于開口上表面的上壓力表面和位于開口下表面的下壓力表面，其中上壓力表面的投影面積與下壓力表面的投影面積不相等。
12.權(quán)利要求1所述的注射成型設備，其中控制桿包括從其下游端延伸的閥針，以使閥針支靠于或不支靠于模具澆口內(nèi)，以開啟和關閉模具澆口。
13.權(quán)利要求12所述的注射成型設備，其中控制桿的半徑大于閥針的半徑。
14.權(quán)利要求13所述的注射成型設備，其中控制桿的半徑與閥針的半徑之比約為5∶2。
15.一種用于注射成型設備的自調(diào)節(jié)閥，包括閥盤，其具有支撐延伸部，延伸穿過閥盤的閥盤孔，及延伸穿過支撐延伸部側(cè)壁并與閥盤孔連通的流口；以及控制桿，其具有控制桿體，延伸穿過控制桿體的開口，及末端壓力表面；其中，控制桿可在閥盤孔內(nèi)滑動，從而控制桿開口與閥盤流口流體連通；其中，控制桿可在開啟位置和關閉位置之間縱向滑動；在開啟位置，控制桿開口定位成允許成型材料熔體流流經(jīng)自調(diào)節(jié)閥，在關閉位置，控制桿開口位于閥盤孔內(nèi)以阻止或限制熔體流流過自調(diào)節(jié)閥。
16.權(quán)利要求15所述的自調(diào)節(jié)閥，其中控制桿開口包括矩形截面。
17.權(quán)利要求15所述的自調(diào)節(jié)閥，其中控制桿開口為錐形，以使得開口截面沿著朝向控制桿外表面的方向加大。
18.權(quán)利要求15所述的自調(diào)節(jié)閥，還包括連接于控制桿的外力裝置。
19.權(quán)利要求18所述的自調(diào)節(jié)閥，其中外力裝置是液壓致動器、氣壓致動器、配重和彈簧中的一種。
20.權(quán)利要求15所述的自調(diào)節(jié)閥，閥盤支撐延伸部沿著延伸入分流板熔體流道中的控制桿的一部分抵接于控制桿。
21.權(quán)利要求15所述的自調(diào)節(jié)閥，其中控制桿開口包括位于開口上端的上壓力表面和位于開口下端的下壓力表面，其中上壓力表面的投影面積與下壓力表面投影面積相等。
22.權(quán)利要求15所述的自調(diào)節(jié)閥，其中控制桿開口包括位于開口上端的上壓力表面和位于開口下端的下壓力表面，其中上壓力表面的投影面積與下壓力表面的投影面積不相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種注射成型系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有用于平衡熔體流的自調(diào)節(jié)閥。自調(diào)節(jié)閥包括可平衡流經(jīng)熱流道的熔體流速的控制桿。自調(diào)節(jié)閥響應于熱流道系統(tǒng)中的注射或熔體壓力和外力裝置提供的預定力。因為自調(diào)節(jié)閥控制熔體流不需傳感器測量壓力也不需處理器的反饋，所以自調(diào)節(jié)閥為開環(huán)系統(tǒng)。通過上/下竄動減小/增大熔體流量，自調(diào)節(jié)閥機械地響應于控制表面熔體流壓力的變化。自調(diào)節(jié)閥不需使用處理裝置而補償影響熔體流壓力的條件，如熔體流速度的增大/減小，熔體流溫度的變化，和/或型腔尺寸。
文檔編號B29C45/77GK101088738SQ20071013882
公開日2007年12月19日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月16日
發(fā)明者N·迪尤爾, V·庫德查德卡爾, P·克洛布查爾 申請人:標準模具有限公司