具有簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)的注塑模具的制作方法
【專利摘要】本文公開(kāi)了一種用于高輸出消費(fèi)產(chǎn)品注塑機(jī)的注塑模具組件，該注塑模具組件具有簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)。該簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)具有小于3，優(yōu)選地小于2，更優(yōu)選地小于1的冷卻復(fù)雜度系數(shù)。
【專利說(shuō)明】具有簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)的注塑模具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及注塑模具，更具體地，本發(fā)明涉及具有簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)的注塑模具。

【背景技術(shù)】
[0002]注塑是一種通常用于大批量制造由可熔性材料制成的部件(最常見(jiàn)的是由熱塑性聚合物制成的部件)的技術(shù)。在重復(fù)性注塑加工期間，將塑性樹(shù)脂(最常見(jiàn)的為小珠或球劑形式)引入注塑機(jī)中，注塑機(jī)在熱、壓力和剪切下使所述樹(shù)脂珠熔融。此類樹(shù)脂可包括母料材料，連同一種或多種著色劑、添加劑、填料等?，F(xiàn)在熔融樹(shù)脂被有力地注入到具有特定腔體形狀的模具腔體中。注入的塑料在模具腔體中保持在壓力下、冷卻、然后作為固化部件取出，所述固化部件具有基本上復(fù)制了模具的腔體形狀的形狀。模具自身可具有單個(gè)腔體或多個(gè)腔體。每個(gè)腔體均可通過(guò)澆口連接至流動(dòng)通道，所述澆口將熔融樹(shù)脂流引導(dǎo)至腔體中。模塑部件可具有一個(gè)或多個(gè)澆口。常見(jiàn)的是大部件具有兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)澆口以縮短聚合物為填充模塑部件而必須行進(jìn)的流動(dòng)距離。每個(gè)腔體的一個(gè)或多個(gè)澆口可位于部件幾何形狀上的任何位置，并具有任何橫截面形狀如基本上圓形或以1.1或更大的縱橫比成型。因此，典型的注塑規(guī)程包括四個(gè)基本操作:(I)將塑料在注塑機(jī)中加熱，以使其在壓力下流動(dòng)；(2)將熔融塑料注入被限定在已閉合的兩個(gè)模具半塊之間的一個(gè)或多個(gè)模具腔體中；(3)使塑料在一個(gè)或多個(gè)腔體中在壓力下冷卻并硬化；以及(4)打開(kāi)模具半塊以允許部件從模具中被頂出。
[0003]將熔融塑性樹(shù)脂注入模具腔體中并且通過(guò)注塑機(jī)迫使塑性樹(shù)脂擠過(guò)腔體，直至塑性樹(shù)脂到達(dá)腔體中的最遠(yuǎn)離澆口的位置。該部件的所得的長(zhǎng)度和壁厚取決于模具腔體的形狀。
[0004]用于注塑機(jī)的模具必須能夠承受這些高熔體壓力。此外，形成模具的材料必須具有能夠耐受對(duì)于模具在其壽命過(guò)程中被預(yù)期運(yùn)行的總循環(huán)數(shù)而言的最大循環(huán)應(yīng)力的疲勞極限。因此，模具制造商通常用具有高硬度的材料，諸如具有大于30Rc，且更通常大于50Rc的工具鋼來(lái)形成模具。這些高硬度材料是耐久的并被裝備成耐受注塑加工期間使模具組件保持相對(duì)于彼此壓緊所需的高夾緊壓力。另外，這些高硬度材料還能夠更好地抵抗來(lái)自模塑表面和聚合物流之間的重復(fù)接觸的磨損。
[0005]生產(chǎn)薄壁消費(fèi)產(chǎn)品的高產(chǎn)注塑機(jī)(即，101類和102類模塑機(jī))僅使用模具中的大部分由高硬度材料制成的模具。高產(chǎn)注塑機(jī)通常生產(chǎn)出500，000個(gè)部件或更多部件。工業(yè)品質(zhì)產(chǎn)量的模具必須被設(shè)計(jì)成生產(chǎn)出至少500，000個(gè)部件，優(yōu)選地超過(guò)1，000, 000個(gè)部件，更優(yōu)選地超過(guò)5，000, 000個(gè)部件，且甚至更優(yōu)選地超過(guò)10，000, 000個(gè)部件。這些高產(chǎn)注塑機(jī)具有多腔體模具和復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)以提高生產(chǎn)率。上述高硬度材料與較低硬度材料相比更能夠承受夾緊和注入操作中的重復(fù)的高壓力。然而，高硬度材料(諸如大多數(shù)工具鋼)具有相對(duì)低的熱導(dǎo)率，一般小于20BTU/HR FT °F，這導(dǎo)致較長(zhǎng)的冷卻時(shí)間，因?yàn)闊釓娜廴谒苄圆牧蟼鬟f通過(guò)高硬度材料而到達(dá)冷卻流體。
[0006]為了減少循環(huán)時(shí)間，典型的具有由高硬度材料制成的高產(chǎn)注塑機(jī)包括使冷卻流體在模具內(nèi)循環(huán)的相對(duì)復(fù)雜的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)。這些冷卻系統(tǒng)加速模塑部件的冷卻，由此允許機(jī)器在給定量的時(shí)間內(nèi)完成更多循環(huán)，這增加了生產(chǎn)率并由此增加了生產(chǎn)的模塑部件的總量。然而，這些冷卻系統(tǒng)增加了注塑模具的復(fù)雜度和成本。在一些101類模具中，可生產(chǎn)出超過(guò)I或2百萬(wàn)個(gè)部件，有時(shí)將這些模具稱為“超高產(chǎn)模具”。在行業(yè)內(nèi)，有時(shí)將在400噸或更大的壓機(jī)中運(yùn)行的101類模具稱為“400類”模具。
[0007]高硬度材料一般非常難以進(jìn)行機(jī)加工。因此，已知的高生產(chǎn)量注射模具要求大量機(jī)加工時(shí)間和昂貴的機(jī)加工設(shè)備來(lái)形成，以及昂貴和費(fèi)時(shí)的后機(jī)加工步驟來(lái)釋放應(yīng)力并優(yōu)化材料硬度。在這些復(fù)雜的模具內(nèi)銑削和/或形成冷卻通道為典型的高通過(guò)量注塑模具的制造增加了甚至更多的時(shí)間和成本。
[0008]在傳統(tǒng)高硬度模具中，存在機(jī)加工復(fù)雜度和冷卻效率之間的權(quán)衡。理想的是，冷卻通道應(yīng)當(dāng)被機(jī)加工成盡可能地靠近模具腔體表面。另外，共形冷卻也是所期望的且最為有效。然而，對(duì)靠近模塑表面的共形冷卻通道進(jìn)行機(jī)加工較為困難、費(fèi)時(shí)且昂貴。一般來(lái)講，對(duì)處在模具表面的約5mm內(nèi)的冷卻通道進(jìn)行機(jī)加工被認(rèn)為是實(shí)際上的極限。所述實(shí)際上的極限由于冷卻流體和具有低熱導(dǎo)率的熱塑料之間的材料而降低了冷卻效率。常規(guī)機(jī)加工技術(shù)連同常規(guī)模具材料(即，高硬度和低熱導(dǎo)率)為給定模具給定了循環(huán)時(shí)間和冷卻效率的下限。
[0009]此外，將冷卻管路定位成靠近模具表面還需要對(duì)模具中的冷卻管路進(jìn)行精密的機(jī)加工。由于當(dāng)設(shè)置在注塑機(jī)的夾緊裝置中時(shí)模具是附接到支撐板的，因此流體密封件必須定位在其中冷卻管路從支撐板過(guò)渡至模具的位置(因?yàn)榱黧w循環(huán)系統(tǒng)(例如，泵)必須定位在模具的外部)。這些流體密封件可失效，從而導(dǎo)致冷卻流體逸出。因此，部件可不完全冷卻，這生產(chǎn)質(zhì)量較差的部件；或模具中的塑料可受到冷卻流體的污染，這也是不可取的。
[0010]此外，對(duì)機(jī)加工冷卻通道的實(shí)際限制還導(dǎo)致模具內(nèi)不相等的冷卻。因此，在模具腔體內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度。模具腔體表面的溫度常?？勺兓?dāng)z氏度或更多。模具內(nèi)溫度的這種寬幅變化可能導(dǎo)致模塑的部件產(chǎn)生缺陷。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]附圖所示的實(shí)施例在性質(zhì)上為例證性和示例性的，而并不旨在限制由權(quán)利要求所限定的主題。當(dāng)結(jié)合以下附圖閱讀時(shí)，能夠理解對(duì)以下例證性實(shí)施例的詳細(xì)描述，其中用類似的附圖標(biāo)號(hào)表示類似的結(jié)構(gòu)，并且其中:
[0012]圖1示出了根據(jù)本公開(kāi)構(gòu)造的注塑機(jī)的示意圖；
[0013]圖2示出了形成于圖1的注塑機(jī)中的薄壁部件的一個(gè)實(shí)施例；
[0014]圖3為圖1的注塑機(jī)中的模具中的模具腔體的腔體壓力對(duì)時(shí)間圖；
[0015]圖4為圖1的注塑機(jī)的模具組件的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；
[0016]圖5A-5E示出了具有被機(jī)加工的在支撐板中多個(gè)冷卻管路的各種模具組件的不同視圖；
[0017]圖6示出了模具組件的剖面圖，所述模具組件具有被機(jī)加工在支撐板中的延伸到模具側(cè)面中的多個(gè)冷卻管路；
[0018]圖7示出了包括導(dǎo)流板的冷卻管路的近距離剖面圖；
[0019]圖8示出了模具組件的透視剖面圖，所述模具組件包括沿至少兩條不同的軸線被機(jī)加工的多個(gè)冷卻管路；
[0020]圖9示出了模具組件的透視剖面圖，所述模具組件具有沿至少兩條不同的機(jī)加工軸線被機(jī)加工的多個(gè)末端冷卻管路和多個(gè)通孔冷卻管路；
[0021]圖10示出了具有多個(gè)冷卻管路的模具組件的部分透明的透視圖，這些冷卻管路中的至少一者由兩條末端冷卻管路形成，所述末端冷卻管路在終端彼此接合以形成非末端冷卻管路，每個(gè)末端冷卻管路均沿不同的機(jī)加工軸線被機(jī)加工；
[0022]圖11示出了具有主動(dòng)冷卻的動(dòng)態(tài)部件的模具組件的透視圖；
[0023]圖12示出了具有至少一條冷卻管路的模具組件的透視圖，所述冷卻管路包括非線性、非共軸或非平面的冷卻通道；并且
[0024]圖13示出了立方體模具的一個(gè)實(shí)施例，其包含具有簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)的模具。

【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及通過(guò)注塑制備產(chǎn)品的系統(tǒng)、機(jī)器、產(chǎn)品、以及方法，并且更具體地涉及通過(guò)低恒壓注塑制備產(chǎn)品的系統(tǒng)、產(chǎn)品、以及方法。
[0026]如本文所用，相對(duì)于熱塑性材料的熔體壓力的術(shù)語(yǔ)“低壓”，是指6000psi且更低的注塑機(jī)的噴嘴附近的熔體壓力。
[0027]如本文所用，相對(duì)于熱塑性材料的熔體壓力的術(shù)語(yǔ)“基本上恒定的壓力”，是指與基線熔體壓力的偏差不產(chǎn)生熱塑性材料物理特性方面的有意義的變化。例如，“基本上恒定的壓力”包括但不限于熔融熱塑性材料的粘度不為此發(fā)生有意義變化的壓力變化。在這方面，術(shù)語(yǔ)“基本上恒定”包括與基線熔體壓力大約30%的偏差。例如，術(shù)語(yǔ)“大約4600psi的基本上恒定的壓力”包括在約6000psi(30%高于4600psi)至約3200psi (30 %低于4600psi)范圍內(nèi)的壓力波動(dòng)。熔體壓力被視為基本上恒定的，只要熔體壓力波動(dòng)不超過(guò)所列舉壓力的30 。
[0028]詳細(xì)地參見(jiàn)圖，圖1示出用于大批量生產(chǎn)薄壁部件的示例性低恒壓注塑設(shè)備10(例如101類或102類注射模具，或“超高產(chǎn)量模具”)。注塑設(shè)備10 —般包括注射系統(tǒng)12和夾緊系統(tǒng)14?？梢詿崴苄郧騽?6的形式將熱塑性材料引入注射系統(tǒng)12中?？蓪崴苄郧騽?6置于料斗18中，所述料斗將熱塑性球劑16喂送到注射系統(tǒng)12的加熱圓筒20中。熱塑性球劑16在被喂送到加熱圓筒20中之后可通過(guò)往復(fù)式螺桿22驅(qū)動(dòng)至加熱圓筒20的端部。加熱所述加熱圓筒20以及通過(guò)往復(fù)式螺桿22壓縮熱塑性球劑16會(huì)導(dǎo)致熱塑性球劑16熔融，從而形成熔融熱塑性材料24。通常在約130°C至約410°C的溫度下對(duì)所述熔融熱塑性材料進(jìn)行加工。
[0029]往復(fù)式螺桿22迫使熔融熱塑性材料24壓向噴嘴26以形成熱塑性材料的射流，所述射流將被注入模具28的模塑腔體32中。熔融熱塑性材料24可通過(guò)澆口 30注射，所述澆口將熔融熱塑性材料24的流體引導(dǎo)至模具腔體32。模具腔體32形成于模具28的第一模具部件25與第二模具部件27之間，并且第一模具部件25和第二模具部件27通過(guò)壓機(jī)或夾緊單元34在壓力下保持在一起。壓機(jī)或夾緊單元34施加必須大于由用于分離兩個(gè)模具半塊的注射壓力所施加的力的夾緊力，以在將熔融熱塑性材料24注入模具腔體32中的同時(shí)將第一模具部件25和第二模具部件27保持在一起。為支持這些夾緊力，夾緊系統(tǒng)14可包括模具架和模具基座，所述模具架和模具基座由表面硬度大于約165BHN且優(yōu)選地小于260BHN的材料形成，但是可使用表面硬度BHN值大于260的材料，只要所述材料是容易機(jī)械加工的即可，如下文進(jìn)一步討論。
[0030]—旦將熔融熱塑性材料24的射流注入模具腔體32中，往復(fù)式螺桿22就停止向前行進(jìn)。熔融熱塑性材料24采用模具腔體32的形式，并且熔融熱塑性材料24在模具28內(nèi)部冷卻直至熱塑性材料24固化。一旦熱塑性材料24固化，壓機(jī)34就釋放第一模具部件25和第二模具部件27，所述第一模具部件25和第二模具部件27彼此分離，并且成品部件可從模具28中被頂出。模具28可包括多個(gè)模具腔體32以增加總體生產(chǎn)率。所述多個(gè)模具腔體的腔體形狀可以彼此相同、相似或不同。(可認(rèn)為后者是一套模具腔體)。
[0031]控制器50與傳感器52和螺桿控制件36以通信方式連接?？刂破?0可包括微處理器、存儲(chǔ)器、以及一個(gè)或多個(gè)通信鏈路?？刂破?0可分別經(jīng)由有線連接54、56而連接至傳感器52和螺桿控制件36。在其它實(shí)施例中，控制器50可經(jīng)由無(wú)線連接、機(jī)械連接、液壓式連接、氣動(dòng)式連接、或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的將允許控制器50與傳感器52和螺桿控制件36兩者進(jìn)行通信的任何其它類型的通信連接而連接至傳感器52和螺桿控制件56。
[0032]在圖1的實(shí)施例中，傳感器52是測(cè)量(直接或間接地)噴嘴26中的熔融熱塑性材料24的熔體壓力的壓力傳感器。傳感器52產(chǎn)生傳輸?shù)娇刂破?0的電信號(hào)。然后控制器50命令螺桿控制件36以保持噴嘴26中熔融熱塑性材料24的基本上恒定的熔體壓力的速率來(lái)推進(jìn)螺桿22。雖然傳感器52可直接測(cè)量熔體壓力，但是傳感器52可測(cè)量熔融熱塑性材料24的其它特性，諸如指示熔體壓力的溫度、粘度、流量等。同樣,傳感器52不需要直接位于噴嘴26中，而是傳感器52可位于與噴嘴26流體連接的注射系統(tǒng)12或模具28內(nèi)的任何位置處。傳感器52不需要與注射流體直接接觸，并可供選擇地與流體動(dòng)態(tài)連通，并能夠感測(cè)流體壓力和/或其它流體特性。如果傳感器52不位于噴嘴26內(nèi)，則可對(duì)所測(cè)量的特性施用適當(dāng)?shù)男Ｕ蜃右杂?jì)算噴嘴26中的熔體壓力。在其它實(shí)施例中，傳感器52不需要設(shè)置在與噴嘴流體連接的位置處。相反，傳感器可測(cè)量由夾緊系統(tǒng)14在介于第一模具部件25與第二模具部件27之間的模具分模線處產(chǎn)生的夾緊力。在一個(gè)方面，控制器50可根據(jù)來(lái)自傳感器52的輸入而保持壓力。
[0033]雖然圖1示出了有源閉環(huán)控制器50，但是可使用其它壓力調(diào)節(jié)裝置代替所述閉環(huán)控制器50。例如，壓力調(diào)節(jié)閥(未示出)或減壓閥(未示出)可代替控制器50以調(diào)節(jié)熔融熱塑性材料24的熔體壓力。更具體地，壓力調(diào)節(jié)閥和減壓閥可防止模具28的過(guò)壓。用于防止模具28過(guò)壓的另一種可供選擇的機(jī)制為當(dāng)檢測(cè)到過(guò)壓條件時(shí)激活警報(bào)。
[0034]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2，示出了模塑部件100的例子。模塑部件100為薄壁部件。當(dāng)流動(dòng)通道的長(zhǎng)度L除以流動(dòng)通道的厚度T大于100 (即L/T>100)時(shí)，一般認(rèn)為模塑的部件為薄壁的。所述低恒定壓力注塑系統(tǒng)和本文所述的具有簡(jiǎn)化的冷卻的模具變得對(duì)于部件的模塑越來(lái)越有利，這是由于L/T比率增加了，具體地講對(duì)于具有L/T>200或L/T>250的部件是這樣，因?yàn)槿廴跓崴苄圆牧习ㄍ七M(jìn)穿過(guò)模具腔體的連續(xù)的流動(dòng)前沿，其比高可變壓力的注塑系統(tǒng)更一致地用熱塑性材料填充模具腔體。流動(dòng)通道L的長(zhǎng)度從澆口 102到流動(dòng)通道的端部104被測(cè)量。薄壁部件在消費(fèi)產(chǎn)品行業(yè)和保健或醫(yī)療用品行業(yè)中是尤其普及的。
[0035]對(duì)于具有更復(fù)雜的幾何形狀的模具腔體，所述L/T比率可通過(guò)從澆口 102到模具腔體32端部將T尺寸對(duì)模具腔體32的長(zhǎng)度積分，并且測(cè)定從澆口 102到模具腔體32的端部的最長(zhǎng)流動(dòng)長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算。然后，L/T比率可通過(guò)將最長(zhǎng)流動(dòng)長(zhǎng)度除以平均部件厚度來(lái)測(cè)定。在模具腔體32具有多于一個(gè)澆口 30的情況下，L/T比率通過(guò)對(duì)由各獨(dú)立澆口填充的模具腔體32的部分的L和T積分來(lái)測(cè)定，并且給定模具腔體的總體L/T比率為對(duì)于澆口中任一個(gè)計(jì)算的最高L/T比率。
[0036]薄壁部件存在某些注塑障礙。例如，流動(dòng)通道的薄度趨于在材料到達(dá)流動(dòng)通道端部104之前冷卻熔融熱塑性材料。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，熱塑性材料凍結(jié)并不再流動(dòng)，這導(dǎo)致不完整的部件。為克服這個(gè)問(wèn)題，傳統(tǒng)的注塑機(jī)在非常高的壓力(通常大于15，OOOpsi)下將熔融熱塑性材料注入到模具中，使得熔融熱塑性材料在有機(jī)會(huì)冷卻并凍結(jié)之前快速地填充模具腔體。這是熱塑性材料的制造商教導(dǎo)在非常高的壓力下注射的一個(gè)原因。傳統(tǒng)注塑機(jī)在高壓下將熔融塑料注入到模具中的另一個(gè)原因是增加的剪切，其增加如上所述的流動(dòng)特性。這些非常高的注射壓力需要使用非常硬的材料以形成模具28和進(jìn)料系統(tǒng)。
[0037]傳統(tǒng)注塑機(jī)使用由工具鋼或其它硬質(zhì)材料制成的模具來(lái)制備所述模具。雖然這些工具鋼足夠穩(wěn)固以耐受非常高的注射壓力，但是工具鋼是相對(duì)差的熱導(dǎo)體。因此，可將非常復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)機(jī)加工成模具以在填充模具時(shí)提高冷卻時(shí)間，這減少了循環(huán)時(shí)間并提高了模具的產(chǎn)量。然而，這些非常復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)極大地增加了模具制造加工的時(shí)間和費(fèi)用。
[0038]本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)剪切致稀熱塑性塑料(甚至是最低程度的剪切致稀熱塑性塑料)可在基本上恒定的低壓下注入模具28中而沒(méi)有任何顯著的不利影響。這些材料的例子包括但不限于聚合物和由聚烯烴(例如，聚丙烯、聚乙烯)構(gòu)成的共聚物、熱塑性彈性體、聚酯(例如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯)、聚苯乙烯、聚乙烯呋喃(PEF)、聚碳酸酯、聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、聚(latic acid)、多羥基鏈烷酸酯、聚酰胺、聚縮醛、乙烯-α烯烴橡膠、和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。事實(shí)上，在基本上恒定的低壓下模塑的部件與在常規(guī)高壓下模塑的相同部件相比表現(xiàn)出一些優(yōu)異的性能。該發(fā)現(xiàn)直接違背了教導(dǎo)越高的注射壓力越好的行業(yè)內(nèi)的常規(guī)觀點(diǎn)。不受理論的約束，據(jù)信在基本上恒定的低壓下將熔融熱塑性材料注入模具28中產(chǎn)生熱塑性材料的連續(xù)流動(dòng)前沿，其從澆口到模具腔體的最遠(yuǎn)部分前進(jìn)通過(guò)模具。通過(guò)保持低水平的剪切，所述熱塑性材料在相當(dāng)?shù)偷臏囟群蛪毫ο卤３终J(rèn)為在常規(guī)高壓注塑系統(tǒng)中才可能的液態(tài)和可流動(dòng)性。
[0039]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，由虛線200示出了常規(guī)的高壓注塑加工的典型壓力-時(shí)間曲線。相反，由實(shí)線210示出了本發(fā)明所公開(kāi)的低恒壓注塑機(jī)的壓力-時(shí)間曲線。
[0040]在常規(guī)的情況下，使熔體壓力快速增加至遠(yuǎn)超過(guò)15，000psi，然后在大于15，OOOpsi的相對(duì)高的壓力下保持第一時(shí)間段220。第一時(shí)間段220是其中熔融塑性材料流入模具腔體的填充時(shí)間。此后，熔體壓力降低并在10，OOOpsi或更大的較低、但是仍然相對(duì)高的壓力下保持第二時(shí)間段230。第二時(shí)間段230是其中保持熔體壓力以確保模具腔體中的所有間隙都被回填的填料時(shí)間。常規(guī)高壓注塑系統(tǒng)中的模具腔體從流動(dòng)通道的端部向澆口回填。因此，如上所述，各固化階段中的塑料在彼此之上壓實(shí)，這可導(dǎo)致成品的不一致。此外，塑料在各固化階段中的常規(guī)填料導(dǎo)致一些不理想的材料性能，例如，模塑在內(nèi)的應(yīng)力、下沉、以及非最佳光學(xué)特性。
[0041]另一方面，低恒壓注塑系統(tǒng)在基本上恒定的低壓力經(jīng)過(guò)單個(gè)時(shí)間段240將熔融塑性材料注入模具腔體中。注射壓力小于6，000psi。通過(guò)使用基本上恒定的低壓，熔融熱塑性材料保持連續(xù)的熔體前沿，所述熔體前沿從澆口向流動(dòng)通道的端部前進(jìn)通過(guò)流動(dòng)通道。因此，塑性材料在沿流動(dòng)通道的任意點(diǎn)處保持相對(duì)均勻，這得到更均勻和一致的成品。通過(guò)用相對(duì)均勻的塑性材料填充模具，成品模塑的部件可形成比常規(guī)模塑的部件具有更好的機(jī)械特性和/或更好的光學(xué)特性的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。非晶態(tài)聚合物也可形成具有優(yōu)異的機(jī)械特性和/或光學(xué)特性的結(jié)構(gòu)。此外，在低恒定壓力下模塑的部件的表層表現(xiàn)出與常規(guī)模塑部件的表層不同的特性。因此，在低恒定壓力下模塑的部件的表層可具有比常規(guī)模塑部件的表層更好的光學(xué)特性。
[0042]通過(guò)保持噴嘴內(nèi)基本上恒定的低熔體壓力(例如小于6000psi)，可將更易機(jī)加工的材料用于形成模具28。例如，圖1所示的模具28可由具有如下指數(shù)的材料形成:銑削機(jī)加工指數(shù)大于 100 % (諸如 100-1000 %，100-900 %，100-800 %，100-700 %，100-600 %，100-500 %, 100-400 %, 100-300 %, 100-250 %, 100-225 %, 100-200 %, 100-180 %,100-160 %, 100-150 %, 100-140 %, 100-130 %, 100-120 %, 100-110 %, 120-250 %,120-225 %, 120-200 %, 120-180 %, 120-160 %, 120-150 %, 120-140 %, 120-130 %,140-400 %，150-300 %，160-250 %，或180-225 %，或由這些百分比值中的任一個(gè)所形成的任何其它范圍)；鉆削機(jī)加工指數(shù)大于100%，(諸如100-1000%，100-900%，100-800%，100-700 %, 100-600 %, 100-500 %, 100-400 %, 100-300 %, 100-250 %, 100-225 %,100-200 %, 100-180 %, 100-160 %, 100-150 %, 100-140 %, 100-130 %, 100-120 %,100-110 %, 120-250 %, 120-225 %, 120-200 %, 120-180 %, 120-160 %, 120-150 %,120-140 %，120-130 %，140-400 %，150-300 %，160-250 %，或 180-225 %，或由這些百分比值中的任一個(gè)所形成的任何其它范圍)；鉆削機(jī)加工指數(shù)大于100% (諸如100-1000%，100-900 %, 100-800 %, 100-700 %, 100-600 %, 100-500 %, 100-400 %, 100-300 %,100-250 %, 100-225 %, 100-200 %, 100-180 %, 100-160 %, 100-150 %, 100-140 %,100-130 %, 100-120 %, 100-110 %, 120-250 %, 120-225 %, 120-200 %, 120-180 %,120-160 %, 120-150 %, 120-140 %, 120-130 %, 140-400 %, 150-300 %, 160-250 %,或180-225%，或由任何這些百分比值所形成的任何其它范圍)；電火花線切割機(jī)加工指數(shù)大T 100 % (諸如 100-1000 %，100-900 %，100-800 %，100-700 %，100-600 %，100-500 %，100-400 %, 100-300 %, 100-250 %, 100-225 %, 100-200 %, 100-180 %, 100-160 %,100-150 %, 100-140 %, 100-130 %, 100-120 %, 100-110 %, 120-250 %, 120-225 %,120-200 %, 120-180 %, 120-160 %, 120-150 %, 120-140 %, 120-130 %, 140-400 %,150-300 %，160-250 %，或180-225 %，或由這些百分比值中的任一個(gè)所形成的任何其它范圍)；石墨電火花成型加工機(jī)加工指數(shù)大于200% % (諸如200-1000%，200-900%，200-800 %, 200-700 %, 200-600 %, 200-500 %, 200-400 %, 200-300 %, 200-250 %,300-900 %, 300-800 %, 300-700 %, 300-600 %, 300-500 %,400-800 %,400-700 %,400-600%，400-500%，或由這些百分比值中的任一個(gè)所形成的任何其它范圍)；或銅電火花成型加工機(jī)加工指數(shù)大于150% (諸如150-1000%，150-900%，150-800%，150-700%，150-600 %, 150-500 %, 150-400 %, 150-300 %, 150-250 %, 150-225 %, 150-200 %,150-175 %，250-800 %，250-700 %，250-600 %，250-500 %，250-400 %，250-300 %，或由這些百分比值中的任一個(gè)所形成的任何其它范圍)。機(jī)加工指數(shù)基于各種材料的銑削、鉆削、電火花線切割、以及電火花成型加工測(cè)試。在下文中更詳細(xì)地解釋了測(cè)定機(jī)加工指數(shù)的測(cè)試方法。材料樣品的機(jī)加工指數(shù)的例子匯集在下表I中。
[0043]I,?Ζ?.1
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7<)巧 0.55 131% 0.24 133% 4:48 199% 0:05:20 278% 0:12:27193%
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關(guān)于所公布的*據(jù)，1117最接近組成和機(jī)加_4銅電極磨艦:
I工指數(shù)W分比(91%).1 ~3%I
[0044]表I
[0045]使用易于機(jī)加工的材料形成模具28會(huì)導(dǎo)致極大地減少制造時(shí)間并由此降低制造成本。此外，這些可機(jī)加工的材料一般具有比工具鋼更好的熱導(dǎo)率，這提高了冷卻效率并減少了對(duì)復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)的需要。
[0046]當(dāng)由這些易于機(jī)加工的材料形成模具28時(shí)，還有利地是選擇具有良好熱導(dǎo)率特性的易于機(jī)加工的材料。具有大于30BTU/HR FT °F的熱導(dǎo)率的材料是特別有利的。具體地，這些材料可具有(以BTU/HR FT T測(cè)量的)如下熱導(dǎo)率:200,18030-200，30-180，30-160，30-140，30-120，30-100，30-80，30-60，30-40，40-200，60-200，80-200，100-200，120-200，140-200，160—200,40-200,40-180,40-160,40-140,40-120,40-100,40-80,40-60,50-140，60-140，70-140，80-140，90-140，100-140，110-140，120-140，50-130，50-120，50-110,50-100,50-90,50-80,50-70,50-60,60-130,70-130,80-130,90-130,100-130，110-130，120-130,60-120,60-110，60-100，60-90，60-80，60-70，70-130,70-120,70-110，70-100，70-90，70-80，70-110，70-100，70-90，70-80，80-120，80-110，80-100，或 80-90，或由這些熱導(dǎo)率值中的任一個(gè)所形成的任何其它范圍。例如，具有良好熱導(dǎo)率的易于機(jī)加工的材料包括但不限于QC-10 (購(gòu)自Alco)、Alumold500 (購(gòu)自Alcan)、DuramoId-5 (購(gòu)自Vista Metals7Corp.)和Hokotol (購(gòu)自Aleris)。具有良好熱導(dǎo)率的材料更有效地將熱從熱塑性材料傳遞出模具。因此，可使用更簡(jiǎn)單的冷卻系統(tǒng)。
[0047]多腔體模具組件28的一個(gè)例子示出于圖4中。多腔體模具一般包括將熔融熱塑性材料從噴嘴26引導(dǎo)至各個(gè)模具腔體32的進(jìn)料歧管60。進(jìn)料歧管60包括將熔融熱塑性材料引導(dǎo)至一個(gè)或多個(gè)流道或進(jìn)料通道64中的注入口 62。每個(gè)流道64可進(jìn)料給多個(gè)模具腔體32。高產(chǎn)模具可包括四個(gè)或更多個(gè)模具腔體32，有時(shí)候多達(dá)三百八十四個(gè)模具腔體32，并且常常也可包括受熱流道64。恒定低壓力注塑機(jī)的一些實(shí)施例可包括非天然平衡的進(jìn)料系統(tǒng)，諸如人工平衡的進(jìn)料系統(tǒng)或非平衡的進(jìn)料系統(tǒng)。
[0048]鉆削和銑削機(jī)加工件指數(shù)測(cè)試方法
[0049]上文所列表I中的鉆削和銑削機(jī)加工性指數(shù)通過(guò)以如下所述小心控制的測(cè)試方法測(cè)試代表性材料來(lái)測(cè)定。
[0050]每種材料的機(jī)加工性指數(shù)通過(guò)測(cè)量鉆削或銑削材料試件所需的錠子負(fù)荷來(lái)測(cè)定，其中保持所述各種材料之間的所有其它機(jī)器條件恒定(例如，機(jī)器臺(tái)面進(jìn)料速率、錠子轉(zhuǎn)速等)。錠子負(fù)荷報(bào)告為測(cè)量的錠子負(fù)荷與鉆削或銑削裝置在HOOrpm下的最大錠子扭矩負(fù)荷75ft-lb的比率。作為1117鋼的錠子負(fù)荷與測(cè)試材料的錠子負(fù)荷之間的比率來(lái)計(jì)算指數(shù)百分比。
[0051]測(cè)試銑削或鉆削機(jī)為Haas VF-3機(jī)加工中心。
[0052]鉆削條件
[0053]
[--8度0.5"直徑，鉆削至0.0693"深度? 15/32"直徑未涂布的高速鋼的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度鉆頭~
錠子速度1200rpm
鉆削深度0.5"
鉆削速率3in/min
S 不使用常規(guī)的斷屑鉆
[0054]
[0055]表 2
[0056]銑削備件
[0057]
銑刀I 0,5”復(fù)徑4槽式硬質(zhì)合金平底銑刀，未涂布的
_ (SGS 部件# 36432 www.sgstooLcom)_
錠子速度 I 1200rpm—
切割深度0,5-
[0058]表3
[0059]對(duì)于所有測(cè)試都使用“沖擊噴射”冷卻。冷卻劑為Koolrite2290。
[0060]電火花機(jī)加工件指數(shù)測(cè)試方法
[0061]上文所列表I中的石墨和銅電火花成型加工的機(jī)加工性指數(shù)通過(guò)以下文所述小心控制的測(cè)試方法測(cè)試代表性材料來(lái)測(cè)定。
[0062]各種材料的電火花機(jī)加工性指數(shù)通過(guò)測(cè)量將區(qū)域(下文詳述)刻進(jìn)各種測(cè)試金屬中的時(shí)間來(lái)測(cè)定。以刻進(jìn)1117鋼所需的時(shí)間與將相同區(qū)域刻進(jìn)其它測(cè)試材料中所需的時(shí)間的比率來(lái)計(jì)算機(jī)加工性指數(shù)百分比。
[0063]電火花線切割
[0064]

設(shè)備 Fanuc OB
線 0.25mm直徑硬質(zhì)黃銅切口 I"厚度X I"長(zhǎng)度(Isq.")
參數(shù)在板式人工智能上使用Fanuc，覆蓋100%
[0065]表4
[0066]電火花成型加工-石墨
[0067]
設(shè)備具有 Mitsubishi EX 控制器的 Ingersoll Gantry800
S 系統(tǒng)3R預(yù)安裝25mm直徑Poco EDM3石墨切口 0.1"Z軸橫向進(jìn)給
參數(shù)用FAP EX系列技術(shù)控制所用Mitsubishi CNC
[0068]
[0069]表5
[0070]電火花成型加工-銅
[0071]
設(shè)備具有 Mitsubishi EX 控制器的 Ingersoll Gantry800
S 系統(tǒng)3R預(yù)安裝25mm直徑碲銅切口 0.1"Z軸橫向進(jìn)給
參數(shù)用FAP EX系列技術(shù)控制所用Mitsubishi CNC
[0072]表6
[0073]本發(fā)明所公開(kāi)的低恒壓注塑機(jī)有利地使用由易于機(jī)加工的材料構(gòu)造的模具。因此，本發(fā)明所公開(kāi)的低恒定壓力注塑模具(以及因此本發(fā)明所公開(kāi)的低恒定壓力注塑機(jī))不太昂貴且生產(chǎn)起來(lái)更快速。另外，本發(fā)明所公開(kāi)的低恒壓注塑機(jī)能夠使用更具撓性的支撐結(jié)構(gòu)和適應(yīng)性更強(qiáng)的遞送結(jié)構(gòu)，諸如更寬的臺(tái)板寬度，增加的拉桿間距，消除拉桿、有利于更快移動(dòng)的較輕重量的構(gòu)造，以及非自然平衡的進(jìn)料系統(tǒng)。從而，可改進(jìn)本發(fā)明所公開(kāi)的低恒壓注塑機(jī)以適合遞送需要并且更容易定制特定的模塑部件。
[0074]此外，本發(fā)明所公開(kāi)的低恒定壓力注塑模具(例如，包括一個(gè)或多個(gè)模具側(cè)面和一個(gè)或多個(gè)支撐板的模具組件)可包括相對(duì)于常規(guī)高壓力注塑模具中所存在的冷卻系統(tǒng)來(lái)講簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)。所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)比常規(guī)冷卻系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樗龊?jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)生產(chǎn)起來(lái)更快速且更容易。另外，所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)還使用較少的冷卻劑，這進(jìn)一步減少了模塑操作期間的冷卻成本。在一些情況下，所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)可僅僅定位在模具支撐板中，這允許更換模具而無(wú)需更換冷卻系統(tǒng)。概括地說(shuō)，本發(fā)明所公開(kāi)的低恒定壓力注塑模具的簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)比存在于常規(guī)高壓力注塑模具中的常規(guī)復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)。
[0075]所有種類的冷卻系統(tǒng)均可按冷卻復(fù)雜度級(jí)別體系來(lái)分類，其中冷卻復(fù)雜度級(jí)別零表示最簡(jiǎn)單的冷卻系統(tǒng)，并且較高的冷卻復(fù)雜度級(jí)別表示漸進(jìn)地更復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)。下文更詳細(xì)地討論該冷卻系統(tǒng)分類體系。然而，常規(guī)高產(chǎn)消費(fèi)產(chǎn)品注塑機(jī)(例如，101類和102類模塑機(jī))采用復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)以減少循環(huán)時(shí)間并提高生產(chǎn)能力。一般來(lái)講，高產(chǎn)消費(fèi)產(chǎn)品注塑機(jī)包括復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)(即，冷卻系統(tǒng)具有第四級(jí)或更高級(jí)別的冷卻系統(tǒng)復(fù)雜度)。零級(jí)至三級(jí)冷卻復(fù)雜度級(jí)別的系統(tǒng)一般不產(chǎn)生足以用于常規(guī)高產(chǎn)注塑模具的冷卻容量，所述常規(guī)高產(chǎn)注塑模具包括由高硬度、低熱導(dǎo)率材料制成的模具。
[0076]有利地，本發(fā)明所公開(kāi)的低恒定壓力注塑模具包括冷卻復(fù)雜度級(jí)別為三級(jí)或更小的，優(yōu)選地三級(jí)，二級(jí)，或一級(jí)冷卻復(fù)雜度的冷卻系統(tǒng)，其相對(duì)于常規(guī)高壓力注塑機(jī)來(lái)講降低了生產(chǎn)成本并提高了效率。
[0077]如本文所用，冷卻復(fù)雜度為零級(jí)的模具組件被定義為不包括主動(dòng)冷卻系統(tǒng)的模具組件。換句話講，冷卻復(fù)雜度為零級(jí)的模具組件僅是通過(guò)如下方法被動(dòng)地冷卻的:熱傳導(dǎo)穿過(guò)模具側(cè)面和支撐板，并且最終到達(dá)圍繞模具組件的大氣環(huán)境。冷卻復(fù)雜度為零級(jí)的模具組件通常具有相對(duì)長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間(由于冷卻速率較慢，模具內(nèi)的塑料需要顯著量的時(shí)間來(lái)凍結(jié))。因此，高產(chǎn)消費(fèi)產(chǎn)品模具組件(例如，用于101-102類模塑機(jī)的模具組件)不使用冷卻復(fù)雜度為零級(jí)的模具組件。
[0078]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5A-5E，它們示出了冷卻復(fù)雜度為一級(jí)的模具組件328的不同的實(shí)施例(和/或模具組件中支撐板的不同的實(shí)施例)。模具組件328可包括具有第一側(cè)面372和第二側(cè)面374的模具370。第一側(cè)面372和第二側(cè)面374形成兩者間的模具腔體376。第一側(cè)面372可由第一支撐板378支撐，并且第二側(cè)面374可由第二支撐板380支撐。第一支撐板和第二支撐板378、380可附接到壓機(jī)(未示出)，所述壓機(jī)在模塑加工期間開(kāi)動(dòng)以移動(dòng)第一側(cè)面和第二側(cè)面372、374。一條或多個(gè)冷卻管路382可形成于支撐板378、380的一個(gè)或多個(gè)中。由于第一側(cè)面和第二側(cè)面372、374是由高度導(dǎo)熱的材料制成的，因此熱按足以在可接受的時(shí)間量?jī)?nèi)冷卻模具腔體376中的塑料的速率流過(guò)第一側(cè)面和第二側(cè)面372、374而到達(dá)支撐板378、380。
[0079]支撐板378、380可包括遠(yuǎn)離支撐板378、380朝模具370向外延伸的柱子或其它突出部381。冷卻管路382可延伸到柱子381中，所述柱子可形成用于模具380的芯。柱子381可被構(gòu)造成與模具370中的凹陷部適配在一起，從而形成模具腔體。例如，圖7的實(shí)施例的突出部能夠與冷卻管路382 —起使用，并且該突出部能夠被構(gòu)造成延伸到圖5B的實(shí)施例的柱子381中的任一個(gè)的內(nèi)部。柱子381中的任一個(gè)能夠被構(gòu)造成圓柱形的(如圖5B所示)，或漸縮的，或任何其它可行的形狀，其具有任何方便的尺寸以便適配為模具芯或模具腔體。柱子381中的任一個(gè)可被構(gòu)造成部分地或完全地抵靠模具380或模具接收板的外表面，或延伸到模具380或模具接收板的外表面內(nèi)的凹陷部或孔中。
[0080]圖5B中的冷卻管路的突出部、柱子381、和模具370可按任何可行的組合被構(gòu)造成在一起以作為一體式結(jié)構(gòu)，或作為永久性地連接元件的結(jié)構(gòu)，或作為可互換元件的結(jié)構(gòu)。例如，出自圖7的突出的冷卻管路和柱子381能夠共同形成可互換的轂，所述轂?zāi)軌蚩刹鹦兜剡B接到模具和/或模具接收板中，并因此連接到所述模具或板中的冷卻管路中。又如，源自圖7的突出的冷卻管路可被構(gòu)造成可與用于不同模具的具有各種尺寸和形狀的柱子互換；并且當(dāng)突出的冷卻管路能夠可拆卸地與這種柱子連接時(shí)，這在模塑加工中提供附加程度的柔韌性，能夠快速地從一種模具至另一種模具更換模塑機(jī)，而無(wú)需在更換期間移除冷卻管路和接收板。
[0081]作為一個(gè)特定例子，模具370中的柱子381和腔體的尺寸可被設(shè)定成并被定位成使得模塑的部件的整個(gè)幾何形狀能夠保持在由柱子381所形成的模具腔體中。這樣，腔體的模塑表面可為連續(xù)的，因而無(wú)證示線應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)在模塑的部件上，這提供了審美和設(shè)計(jì)上的有益效果。任選地，模具腔體的尺寸可被設(shè)定成和/或被定位成具有可疊堆的板以產(chǎn)生用于模塑表面的必要的高度，和/或模具可被構(gòu)造成具有安裝在腔體和芯之間的可移動(dòng)的滑板(有時(shí)候稱為脫模板)，所述滑板可具有機(jī)械啟動(dòng)或液壓式啟動(dòng)。另外，該特定例子也可與如上所述的可互換部件一起使用。
[0082]模具370可包括互補(bǔ)特征結(jié)構(gòu)使得模具可圍繞柱子381貼合(圖5B)，貼合在該柱子內(nèi)(圖5C)，或貼合在該柱子上(圖和5E)。這樣，冷卻管路382可被定位成更靠近模具腔體而不將冷卻管路382延伸到模具370中或延伸到第一模具側(cè)面和第二模具側(cè)面372、374中。因此，支撐板378、380可接收具有多種不同模具腔體形狀的模具。因此可形成模具而無(wú)需將冷卻管路整合進(jìn)第一側(cè)面和/或第二側(cè)面372、374中，這減少了模具370的制造成本。
[0083]常規(guī)高輸出消費(fèi)產(chǎn)品注塑模具組件不使用冷卻復(fù)雜度為一級(jí)的模具組件，因?yàn)榇祟惸＞呓M件不能足夠地冷卻由兩種高硬度、低熱導(dǎo)率材料所形成的模具腔體內(nèi)的塑料。冷卻復(fù)雜度為一級(jí)的模具組件被定義為包含支撐板378、380內(nèi)的所有主動(dòng)冷卻管路382，即使需要超過(guò)一條機(jī)加工軸線來(lái)形成冷卻管路382。在圖5A-5E的例子中，模具可為疊堆模具、立方體模具、梭子模具、直升機(jī)模具、具有旋轉(zhuǎn)臺(tái)板的模具或其它多腔體模具，從而提高生產(chǎn)能力(如果需要)。
[0084]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖6，示出了冷卻復(fù)雜度為二級(jí)的模具組件328。冷卻復(fù)雜度為二級(jí)的模具組件328與圖5的冷卻復(fù)雜度為一級(jí)的模具組件328相同，不同之處在于圖6的實(shí)施例中的冷卻管路382延伸穿過(guò)至少一個(gè)支撐板378、380并延伸到至少一個(gè)模具側(cè)面372、374中(即，與僅延伸穿過(guò)支撐板378、380的冷卻管路382相對(duì))。冷卻管路382具有終端384。然而，每個(gè)冷卻管路382沿平行于單個(gè)機(jī)加工軸線的軸線被機(jī)加工。
[0085]冷卻管路382可向外延伸以形成突出部，所述突出部包括導(dǎo)流板386，如圖7更詳細(xì)地所示，從而有利于冷卻流體流過(guò)冷卻管路382。在圖7的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，導(dǎo)流板386能夠被替換為螺旋腔體，所述螺旋腔體向外延伸穿過(guò)并進(jìn)入到突出部中，因此冷卻流體能夠在突出部基座的一個(gè)側(cè)面中流動(dòng)，穿過(guò)螺旋腔體，并從基座的另一個(gè)側(cè)面流出。在圖7的另一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，導(dǎo)流板386能夠被替換為起泡器腔體，所述起泡器腔體向外延伸穿過(guò)并進(jìn)入到突出部中，因此冷卻流體能夠圍繞突出部的內(nèi)部流動(dòng)。
[0086]冷卻復(fù)雜度為二級(jí)的模具組件未用于高輸出消費(fèi)產(chǎn)品注塑機(jī)(即，101-102類注塑機(jī))，因?yàn)槔鋮s復(fù)雜度為二級(jí)的模具組件不具有足夠的柔韌性以機(jī)加工靠近模具腔體的模具表面的冷卻管路，因此冷卻復(fù)雜度為二級(jí)的模具組件不為具有高硬度、低熱導(dǎo)率模具的常規(guī)高輸出模具組件提供足夠的冷卻。
[0087]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖8，示出了冷卻復(fù)雜度為三級(jí)的模具組件328的一個(gè)實(shí)施例。冷卻復(fù)雜度為三級(jí)的模具組件328由具有至少兩條不同機(jī)加工軸線的冷卻通道382限定。至少一條冷卻管路382可包括兩條不同的機(jī)加工軸線和一個(gè)終端。更具體地，冷卻管路382可具有彎曲部或彎折部。例如，冷卻管路382可包括基本上平行于模具組件328的打開(kāi)-閉合行程S的第一機(jī)加工軸線和相對(duì)于第一機(jī)加工軸線成角度的第二機(jī)加工軸線。如同冷卻復(fù)雜度為二級(jí)的模具組件一樣，冷卻復(fù)雜度為三級(jí)的模具組件也未用于高輸出消費(fèi)產(chǎn)品注塑機(jī)(例如，101-102類注塑機(jī))，因?yàn)槿?jí)冷卻復(fù)雜度不具有足夠的柔韌性來(lái)機(jī)加工靠近模具腔體的模具表面的冷卻管路，因此冷卻復(fù)雜度為三級(jí)的模具組件不為具有高硬度、低熱導(dǎo)率模具的常規(guī)高輸出模具組件提供足夠的冷卻。
[0088]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖9，示出了冷卻復(fù)雜度為四級(jí)的模具組件328。冷卻復(fù)雜度為四級(jí)的模具組件328包括多個(gè)冷卻管路382、具有終端384的第一冷卻管路382a和作為通孔面無(wú)終端的第二冷卻管路382b。第一冷卻管路382a從支撐板378延伸到第一模具側(cè)面372中，并且第二冷卻管路382b延伸穿過(guò)第一模具側(cè)面372。第一冷卻管路382a的機(jī)加工軸線不同于第二冷卻管路382b的機(jī)加工軸線。換句話講，冷卻管路382具有用于成形的至少兩個(gè)不同的機(jī)加工軸線。冷卻復(fù)雜度為四級(jí)的模具組件已用于一些高輸出消費(fèi)產(chǎn)品注塑機(jī)(例如，101-102類注塑機(jī))所述注塑機(jī)具有包括非常簡(jiǎn)單的模具腔體幾何形狀的模具組件。
[0089]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖10，示出了冷卻復(fù)雜度為五級(jí)的模具組件328。冷卻復(fù)雜度為五級(jí)的模具組件328包括第一冷卻管路382，所述第一冷卻管路為具有兩條不同機(jī)加工軸線的通孔。如圖10所示，第一冷卻管路382包括第一區(qū)段390和第二區(qū)段392，它們相對(duì)于彼此成角度并在接合部或彎折部394處交會(huì)。用必須在模具部件中的內(nèi)部位置交會(huì)的兩條不同的軸線對(duì)第一冷卻管路382進(jìn)行機(jī)加工需要極大的精密度并因此需要更昂貴的設(shè)備，連同更多的制造時(shí)間。然而，冷卻復(fù)雜度為五級(jí)的模具組件328已用于高輸出消費(fèi)產(chǎn)品注塑機(jī)(例如，101-102類注塑機(jī))，因?yàn)槔鋮s復(fù)雜度為五級(jí)的模具組件允許在更大程度上定制冷卻管路的布置方式。因此，冷卻管路能夠設(shè)置成與在較低復(fù)雜度的冷卻復(fù)雜度模具組件中相比更靠近模具腔體。因此，所述更復(fù)雜的冷卻復(fù)雜度模具組件能夠至少部分地抵消存在于由高硬度、低熱導(dǎo)率材料制成的常規(guī)注塑模具中的較低熱導(dǎo)率缺點(diǎn)。
[0090]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖11，示出了冷卻復(fù)雜度為六級(jí)的模具組件328。冷卻復(fù)雜度為六級(jí)的模具組件328為一種冷卻復(fù)雜度為一級(jí)至五級(jí)的模具組件，其也包括至少一個(gè)主動(dòng)冷卻的動(dòng)態(tài)模塑部件398。在動(dòng)態(tài)模塑部件398中形成冷卻通道需要極大的精密度。此外，主動(dòng)冷卻的動(dòng)態(tài)模塑部件398還需要在模具組件328的操作期間與動(dòng)態(tài)模塑部件398 —起移動(dòng)的復(fù)雜的流動(dòng)機(jī)構(gòu)。冷卻復(fù)雜度為六級(jí)的模具組件已用于高輸出消費(fèi)產(chǎn)品注塑機(jī)(例如，101-102類注塑機(jī))。
[0091]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖12，示出了冷卻復(fù)雜度為七級(jí)的模具組件328。冷卻復(fù)雜度為七級(jí)的模具組件328為一種冷卻復(fù)雜度為二級(jí)至六級(jí)的模具組件，其包括至少一個(gè)共形冷卻腔體399。共形冷卻腔體399至少部分地互補(bǔ)模具腔體的輪廓以提供最大主動(dòng)冷卻。共形冷卻腔體399為非線性、非共軸、和/或非平面的。共形冷卻腔體399需要復(fù)雜的機(jī)器系統(tǒng)來(lái)形成。另外，共形冷卻腔體399的形成還需要顯著量的時(shí)間。因此，冷卻復(fù)雜度為七級(jí)的模具組件極為昂貴并且一般專用于具有極為復(fù)雜的部件幾何形狀的高輸出消費(fèi)產(chǎn)品注塑機(jī)。
[0092]本文所述的簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)可并入到實(shí)際上任何類型的常規(guī)注塑模具中，諸如具有立方體模具組件428的注塑機(jī)，如圖13所示。
[0093]一般來(lái)講，本公開(kāi)的低恒定壓力注塑機(jī)包括由具有高熱導(dǎo)率的材料制成的模具和/或模具組件，如上所述。這種高熱導(dǎo)率允許本發(fā)明所公開(kāi)的低恒定壓力注塑機(jī)、模具、和模具組件使用冷卻復(fù)雜度為三級(jí)或更低級(jí)別的模具組件或針對(duì)實(shí)際上任何部件幾何形狀來(lái)冷卻模塑的部件。優(yōu)選地，將使用冷卻復(fù)雜度為二級(jí)的模具組件來(lái)冷卻模塑的部件。更優(yōu)選地，將使用冷卻復(fù)雜度為一級(jí)的模具組件來(lái)冷卻模塑的部件。對(duì)于一些部件幾何形狀，甚至可使用冷卻復(fù)雜度為零級(jí)的模具組件。冷卻復(fù)雜度為三級(jí)或更低級(jí)別的模具組件甚至可用于超高輸出消費(fèi)產(chǎn)品注塑機(jī)(例如，101-102類注塑機(jī))，而由高硬度、低熱導(dǎo)率材料制成的常規(guī)注塑模具使用更復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)。因此，本發(fā)明所公開(kāi)的低恒定壓力注塑模具和模具組件(以及因此注塑機(jī))的制造成本不太高，同時(shí)至少部分地由于不太復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)的可用性而減少了模具循環(huán)時(shí)間并提高了模具生產(chǎn)能力。
[0094]由高熱導(dǎo)率材料制成的模具的一種附加有益效果是，在注塑加工中，模具的溫度特征圖比常規(guī)模具中的更均勻。換句話講，在所述模具內(nèi)存在較小的從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的溫度變化。因此，與在常規(guī)模具中制造的部件相比，在具有高熱導(dǎo)率的模具中制造的部件具有較小的內(nèi)部應(yīng)力(和更均勻的結(jié)晶結(jié)構(gòu))。這種較低的內(nèi)部應(yīng)力和更均勻的結(jié)晶度導(dǎo)致較低的部件翹曲率。在常規(guī)模具中，模具腔體常常被設(shè)計(jì)成抵消由不均勻的溫度梯度所引起的部件翹曲，所述部件翹曲的發(fā)生增加了常規(guī)模具組件的成本和復(fù)雜度。最終確定特定的抵消通常需要重復(fù)且費(fèi)時(shí)的試驗(yàn)加工。在高熱導(dǎo)率模具中，模具腔體無(wú)需被設(shè)計(jì)成抵消翹曲，因?yàn)槟Ｋ艿牟考话l(fā)生顯著量的翹曲，這是由于內(nèi)部應(yīng)力因更均勻的冷卻而變得更均勻。因此，可避免常規(guī)模具的設(shè)計(jì)中所用的重復(fù)的抵消過(guò)程，從而進(jìn)一步減少了制造成本和時(shí)間。
[0095]測(cè)試數(shù)據(jù)
[0096]對(duì)若干不同的模具構(gòu)型進(jìn)行了計(jì)算機(jī)分析以示出常規(guī)高硬度、低熱導(dǎo)率模具中的標(biāo)準(zhǔn)冷卻系統(tǒng)和高熱導(dǎo)率模具中的簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)之間的溫度差值和熱通量差值。所用的計(jì)算機(jī)程序?yàn)橛蒑agma Corporat1ns制作的SigmaSoft版本4.8。用來(lái)對(duì)用于每次測(cè)試的常規(guī)冷卻系統(tǒng)和理想化冷卻系統(tǒng)建模的高硬度、低熱導(dǎo)率材料為P20鋼。用來(lái)對(duì)所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)建模的高熱導(dǎo)率材料為QClO鋁、銅、和模具M(jìn)ax?
[0097]實(shí)例 #1
[0098]在對(duì)第一實(shí)例模具的測(cè)試中，使用了矩形模具的計(jì)算機(jī)模型。矩形模具是在五種不同的條件下建模的。首先，對(duì)“理想”條件建模。理想條件包括定位在與模塑表面相距5mm處的完全共形的冷卻通道。理想條件被認(rèn)為好于現(xiàn)有的任何實(shí)際冷卻系統(tǒng)，并且可被認(rèn)為對(duì)于給定模具腔體產(chǎn)生理論上最大冷卻量。
[0099]在第二條件中，將理想冷卻通道在計(jì)算機(jī)模型中移動(dòng)至與模具表面相距7.5mm,同時(shí)仍然保持完全共形。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，對(duì)于任何形狀(甚至極為簡(jiǎn)單的形狀)，完全共形冷卻通道實(shí)際上是不可能的，因?yàn)槿绻耆残卫鋮s通道在所有方面均是連續(xù)的，則模具表面將被冷卻通道與模具的其余部分完全分開(kāi)。
[0100]在第三條件中，將理想冷卻通道在計(jì)算機(jī)模型中移動(dòng)至與模具表面相距10mm，同時(shí)仍然保持完全共形。第三條件可被認(rèn)為是逼近最好的實(shí)際冷卻構(gòu)型，因?yàn)閷?shí)際冷卻通道可被機(jī)加工成比1mm更靠近，但不是完全共形的。
[0101]在第四條件下，將理想冷卻通道在計(jì)算機(jī)模型中移動(dòng)至與模具表面相距12.7mm,同時(shí)仍然保持完全共形。
[0102]在第五條件下，將常規(guī)冷卻通道定位在計(jì)算機(jī)模型中與模塑表面相距5mm的距離處。常規(guī)冷卻通道逼近用于常規(guī)模具的實(shí)際最佳情況的冷卻系統(tǒng)。5_被公認(rèn)為是實(shí)際上可能的冷卻通道與模具腔體表面的接近程度。比5_更靠近將在塑料注入期間在冷卻通道區(qū)域中冒模具變形的風(fēng)險(xiǎn)。
[0103]最后，以5mm、10mm和15mm的距離用高熱導(dǎo)率材料對(duì)簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)諸如上述冷卻復(fù)雜度為零級(jí)至三級(jí)的模具組件之一建模，所述高熱導(dǎo)率材料諸如將用來(lái)制造本文所述的低恒定壓力注塑機(jī)中的模具和模具組件的材料。
[0104]測(cè)試結(jié)果匯總于下表I中，其中X軸表示與模具表面相距的距離，并且y軸表示熱通量。
[0105]熱通量
[0106]
M0 丨II
___5mm [ 7?5mm1mm__12.7mm__15mm
2g 1322.64ΙΟΙ15JI
理想的BTU/mm2 BTU/mm2 BTU/mm2 BTU/mm2

19J5
常規(guī)的__BTU/mm2 ____
__ 27.52 26.12簡(jiǎn)化的BTU/mm2__| BTU/mm2 _ BTU/mm2
[0107]表I
[0108]表I所匯總的數(shù)據(jù)以圖表的形式示出于以下圖表I中。
[0109] I 35 ————————————?dú)v一一一一I
I 30 ^1.?_L _?4[
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[0110]表I
[0111]如所期望的那樣，熱通量隨著冷卻通道被移動(dòng)得更遠(yuǎn)離模具表面而下降。然而，如圖表I所示，所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)在5_處超過(guò)了甚至常規(guī)模具中的理想冷卻系統(tǒng)的熱通量。換句話講，所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)提供了甚至比常規(guī)模具中的該理論最佳冷卻更好的冷卻。此外，穿過(guò)具有該簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)的模具的熱通量的下降速率慢于與模具表面的距離的增加。與在常規(guī)模具中相比，所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)的該特征結(jié)構(gòu)還允許冷卻通道被定位得與模具腔體表面相距更遠(yuǎn)，這導(dǎo)致模具內(nèi)更均勻的溫度和更少的熱點(diǎn)。模具內(nèi)更均勻的溫度分布導(dǎo)致更一致的模塑的部件。
[0112]針對(duì)各種部件幾何形狀，包括圓形、正方形、矩形和長(zhǎng)圓形除臭劑頂蓋，進(jìn)行了類似的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果不出于下表2-4和圖表2-4中。
[0113]熱通量
[0114]
___5mm7,5mm1mm12.7mni__15mm
2LQ3 ιο? BJ5 ΓΙ66理想的__BTU/mm2 BTU/mm2 BTU/mm2 BTU/nim2__
常規(guī)的BTU/mm2__—
^^20.63?^4?
I 簡(jiǎn)化的_ BTU/mm2 [_[ BTU/mm2 |_ BTU/mm2
[0115]表2
[0116] 2。1.........................................................................1,
I \*
5 , 1 \、: -5 15 丨-......*_______I
I II ■理想#1
_ ιη丨《*~常規(guī)的
?I 1U I ' '________............____
?；丨.α?簡(jiǎn)化的
51:Q 1..............................................................................................1:5 mm 7,5mm 1mm 12 Jmm 15mm
[0117]表2
[0118]熱通量
[0119]........................................................................................................................................................................................................................................?........................................................................................................................................................................................................................................................................?.....................................................................................................................................?..........................................................................................................................................................................................................................................................................1
j 5 mmISmm 1....................................................................................................................................................................................................? 20.56 ' 16.5.........................................................................................—13.68................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................1..1:5^'\
理想的 BTU/mm2BTU/mm2 I BTli/mm2 | BTU/mm2 I
? 14.55
常規(guī)的BTU/mm2[_I
23 63^j ^223 ^21.08^
簡(jiǎn)化的__BTU/mm2 _[ ΒΤυ,ητη?__BTU/mm2
[0120]表3
[0121]
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Smm 75 mm 1mm 12 Jmm 15mm!
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[0122]表3
[0123]熱通量
[0124]
ι?Im項(xiàng)I [III
___5 mm 7.5mm 1mm12.7mm 15mm
—^^407
理想的_ BTU/mm2 j BTU/mm2 BTU/mm2 BTU/mm2__
常規(guī)的__BTU/mm2 ____
—_ _gjg9H簡(jiǎn)化的_ BTU/mm2 |_[ BTU/mm2 [_ BTU/mm2
[0125]表4
[0126]
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Smm 75mm 1mm 12.7mm 15mm|
[0127]表4
[0128]雖然上文所示的矩形、正方形和圓形形狀是相對(duì)簡(jiǎn)單的形狀，但這些形狀不具有任何真正的實(shí)際用途。所述除臭劑頂蓋數(shù)據(jù)為出自現(xiàn)有注塑的部件即用于除臭劑容器的頂蓋的數(shù)據(jù)。這些除臭劑頂蓋測(cè)試對(duì)用于制造Sard 5除臭劑頂蓋的模具組件進(jìn)行了建模，所述頂蓋由The Procter&Gamble Company制造(在2007年)。該除臭劑頂蓋代表了相對(duì)簡(jiǎn)單的模塑的部件幾何形狀的一個(gè)實(shí)例。該除臭劑頂蓋雖然仍然是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的形狀，但比上述矩形、正方形或圓形實(shí)例更復(fù)雜。當(dāng)比較這些數(shù)據(jù)時(shí)，顯而易見(jiàn)本文所述的簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)相比于常規(guī)冷卻系統(tǒng)變得更有效，因?yàn)椴考缀涡螤钭兊酶鼜?fù)雜了。例如，在與模具腔體表面相距相同距離處，所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)在熱通量方面的有效性為用于除臭劑頂蓋的實(shí)際最佳常規(guī)冷卻的大約兩倍。此外，在15mm處所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)比常規(guī)冷卻系統(tǒng)在5mm處好大約80%。相似地，在5mm處，所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)具有比理想化冷卻系統(tǒng)在5mm處高大約47%的熱通量。換句話講，當(dāng)所述簡(jiǎn)化的冷卻管路和理想化冷卻管路形成于與模具腔體相距相同距離處時(shí)，穿過(guò)簡(jiǎn)化的冷卻模具中的第一模具側(cè)面和第二模具側(cè)面的熱通量大于穿過(guò)理想化冷卻模具的第一模具側(cè)面和第二模具側(cè)面的熱通量。因此，與常規(guī)冷卻系統(tǒng)相比，所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)可更容易地制造，同時(shí)提供更有效的冷卻。
[0129]由本文所述的簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)提供的所述更有效的冷卻也導(dǎo)致模具腔體內(nèi)更均勻的溫度分布。通過(guò)使用上述相同的計(jì)算機(jī)程序(即，Sigma Soft版本4.8)，對(duì)除臭劑頂蓋進(jìn)行了測(cè)試以確定模具腔體內(nèi)的溫度分布。該分析中所包括的組分包括移動(dòng)模具側(cè)面和固定模具側(cè)面。考慮了多個(gè)瞬態(tài)熱循環(huán)以捕獲穩(wěn)態(tài)模具溫度特征圖。在每個(gè)循環(huán)中，程序計(jì)入模具閉合時(shí)間、冷卻階段、和模具打開(kāi)時(shí)間以產(chǎn)生對(duì)正常的模塑循環(huán)期間的瞬態(tài)熱條件的精確表示。在模具閉合時(shí)，假定模具腔體填充上了在218°C的均勻熔體溫度下熔融的聚合物。冷卻管路被保持在20°C的恒定且均勻的溫度下。在第一循環(huán)開(kāi)始時(shí)，給定模具側(cè)面30°C的初始溫度。所述分析以總共16次循環(huán)來(lái)完成以確保結(jié)果達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。以下列出了各種模具組分之間的熱傳遞系數(shù)。
[0130]
組分II組分2I熱傳遞系數(shù)
_I_ Wmi2K_
模具固定部件I模具移動(dòng)部件I 10,000
模具固定部件和移動(dòng)部件I熔融的聚合物[800
--固定部件和移動(dòng)部件I冷卻流體I 10,000
[0131]用來(lái)描述每個(gè)組分的熱特性的材料特性包括密度、恒定壓力(cp)下的熱容量和熱導(dǎo)率。下文總結(jié)了對(duì)于每種組分材料的熱特性。
[0132]^17熱容量I熱導(dǎo)率
分(g,/CmA3)J/kgKj W./mK.....Ρ20.網(wǎng)............................................................................................................7:72...............................................................................................................—Iii^........................................................................................................................1.....26......................................................................................................................................0ClOls2M913.9|l60
Itm— O^^396^I390.....?#"Max8......XL—8:86........................................................................393^9..........................................................................| 68J.....................................................................................35""|VIF["PP^ 0.748................................................................................................................................_____2039..............................................................................................................................................._____0J6................................................................................................................................................................FPT350WV3I
[0133]在第16次循環(huán)結(jié)束時(shí)評(píng)價(jià)了所述分析的結(jié)果。記錄了模具組件的移動(dòng)側(cè)面和固定側(cè)面兩者的腔體表面上的最小溫度和最大溫度。移動(dòng)側(cè)面或固定側(cè)面上的最大溫度梯度被定義為最大溫度減去最小溫度，其提供了用于每個(gè)模具部件的熱均勻度尺度。橫跨模具壁的熱梯度被定義為固定側(cè)面上任何部位的最大溫度減去移動(dòng)側(cè)面上任何部位的最小溫度和移動(dòng)側(cè)面上任何部位的最大溫度減去固定側(cè)面上任何部位的最小溫度，其提供了對(duì)熱均勻度的附加量度。
[0134]所述模擬的結(jié)果匯總于下表5中。
[0135]
理想化的j理想化的^理想化的常規(guī)的常規(guī)的i常規(guī)的固定側(cè)面 5mm1mm 15mm 5mm | 10mm ? 15mm
最大溫度 °C............28.733.337.4 — 35.4 38.9 41.7 —......蕞.小 He...................................................................24.226.5———....28.8^27.7................................30.7..................................36.2.................最大 AaCι 4.56.8 _ 8.6 — 7.7 8.2 5.5 —
移動(dòng)側(cè)面:
^L-k'^Jt'C48.346785.4 58.1 58.5 58.6
______248^ j.............32.4^^37J31 ^30^^3L7^......MkAuC21.54^ 346 ^4X5 27J^^28:5..................................................26.9^
橫跨璧的梯度uC 24.14 ] 40.5 j 56.6 30.4 27.8 | 22.4 —
[0136]
^^簡(jiǎn)化的j簡(jiǎn)化的^簡(jiǎn)化的簡(jiǎn)化的I簡(jiǎn)化的I簡(jiǎn)化的
5mmI 5mm5mm1mmI OmmI I Omm
因定側(cè)面__QC 10I Cu橾具M(jìn)axQC 10Cu|糢具M(jìn)ax
最大溫/1:'C 23.7] 22.527.4^24.122.9| 29.5
最小溫度 22.1j 21.5—24.1^22.321.7 25.3 —
最大 AC 1.6j I3.31.81.24.2
移動(dòng)倒面:__I__I
最大溫 H 37.6 30J— 53.338.431.7 57.9
最小溫度 uC 26.1 24.128.526.924.4] 29.6
最大 ΔΧ: 11.5 624.8—11.57.3 28.3
橫跨壁的梯度aC 15.5I 8.629.216.1| 10| 32.6
[0137]

簡(jiǎn)...1t FWiti^ j 簡(jiǎn)..|匕品..................................15mm 15mm ? 15mm
固定側(cè)雨QC 10 CuI模具M(jìn)ax...........................................................................................24；8..................................................................................22J......................................]....................29.9.................................^hIjTC2?92L626
*^Δ:?1.9 I LI3.9
移動(dòng)側(cè)面:
最大溫度141.634.360.9.....政,j;.溫............................................——....27:3—MJ.........................................30:5
最大 At14.310 — 30.4 一.....麗.壁.的.梯..既......................................一IgJ—[—12:7——349—
[0138]表5
[0139]如上所示，被機(jī)加工至模具腔體的5mm內(nèi)的模擬的常規(guī)冷卻系統(tǒng)導(dǎo)致了模具的固定側(cè)面中的7.7°C的溫度Λ和模具的移動(dòng)側(cè)面中的30.4°C的溫度Λ。相似地，被機(jī)加工至模具腔體的5mm內(nèi)的理想化的常規(guī)冷卻系統(tǒng)(如上所定義)導(dǎo)致了固定側(cè)面中4.5°C的溫度Λ和移動(dòng)側(cè)面中的24.14°C的溫度Λ。
[0140]相反地，被機(jī)加工至模具腔體的5mm內(nèi)的模擬的簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)(如本文所述)導(dǎo)致了固定側(cè)面中僅1.6°C的溫度Λ和移動(dòng)側(cè)面中僅15.5°C的溫度Λ。當(dāng)被機(jī)加工成位于與模具腔體相距1mm處時(shí)，所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)導(dǎo)致了固定側(cè)面中1.8°C的Λ和移動(dòng)側(cè)面中16.1°C的Λ。最后，當(dāng)被機(jī)加工成位于與模具腔體相距15mm處時(shí)，所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)導(dǎo)致了固定側(cè)面中1.9°C的Λ和移動(dòng)側(cè)面中18.7°C的Λ。
[0141 ] 據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)相比于被機(jī)加工成位于與模具腔體表面相距5mm處的理想化冷卻系統(tǒng)中的相應(yīng)的模具側(cè)面時(shí)，被機(jī)加工成位于與模具腔體表面相距5mm, 10mm,或15mm處的所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)表現(xiàn)出了固定側(cè)面中的7%較小至78%較小的溫度Λ、以及移動(dòng)側(cè)面中的介于75%較小至大約41%較小(就QClO而言)之間的溫度Δ。
[0142]概括地講，本文所述的在與模具腔體相距5mm處銑削的簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)相比于在5mm處的理想化的常規(guī)冷卻減小了模具腔體中的溫度Λ多達(dá)78% (因此，簡(jiǎn)化的冷卻與理想化的常規(guī)冷卻的溫度梯度的比率小于1，并且相比于模具的固定側(cè)面中的在5mm處的常規(guī)冷卻減小了多達(dá)87%。在模具的移動(dòng)側(cè)面中，在5mm處的所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)相比于在5mm處的理想化的常規(guī)冷卻減小了溫度Λ多達(dá)75% (同樣，簡(jiǎn)化的冷卻與理想化的常規(guī)冷卻的溫度梯度的比率小于1，并且相比于在5mm處的常規(guī)冷卻減小了多達(dá)78%。甚至當(dāng)在與模具腔體相距更大的距離(例如，15mm)處銑削時(shí)，所述簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)相比于固定側(cè)面中5mm處的常規(guī)冷卻減小了溫度Λ多達(dá)85%，并且相比于移動(dòng)側(cè)面中5mm處的常規(guī)冷卻減小了多達(dá)63%。因此，本文所述的簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)可被機(jī)加工成位于與模具腔體相距的更大的距離處，這通過(guò)更容易地機(jī)加工冷卻通道而減少了模具的制造成本，同時(shí)相對(duì)于常規(guī)冷卻系統(tǒng)來(lái)講仍然提供優(yōu)異的冷卻能力。這種優(yōu)異的冷卻能力和更均勻的溫度分布提高了模具生產(chǎn)能力，同時(shí)提升了部件品質(zhì)。
[0143]值得注意的是，除非另外指明，本文可使用術(shù)語(yǔ)“基本上”、“約”和“大約”來(lái)表示可屬于任何定量比較、值、量度或其它表示的不確定性的內(nèi)在程度。本文也使用這些術(shù)語(yǔ)來(lái)表示定量表示可不同于所述參考值而不造成在討論中受試主體的基本功能有變化的程度。除非本文另有定義，術(shù)語(yǔ)“基本上”、“約”、和“大約”是指定量比較、值、量度或其它表示可在所述基準(zhǔn)的20%范圍內(nèi)。
[0144]現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)顯而易見(jiàn)的是，本文所舉例說(shuō)明和所描述的產(chǎn)品的各種實(shí)施例均可通過(guò)低恒壓注塑工藝來(lái)生產(chǎn)。盡管本文具體地提到了用于包含消費(fèi)品或消費(fèi)品產(chǎn)品自身的產(chǎn)品，但應(yīng)當(dāng)顯而易見(jiàn)的是，本文所述的低恒壓注塑方法可適于結(jié)合用于以下行業(yè)中的產(chǎn)品來(lái)使用:消費(fèi)品行業(yè)、食品服務(wù)行業(yè)、運(yùn)輸行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、玩具行業(yè)等。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本文所公開(kāi)的教導(dǎo)內(nèi)容可用于構(gòu)造疊堆模具、包括旋轉(zhuǎn)模具和芯后模具的多重材料模具、與模內(nèi)裝飾的組合、嵌入件注塑、模具組件等。
[0145]本文所公開(kāi)的實(shí)施例中的任一個(gè)的一部分、多部分或全部能夠與本領(lǐng)域已知的其它實(shí)施例中的一部分、多部分或全部(包括下述的那些)組合。
[0146]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于在低恒定壓力下進(jìn)行注塑的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于 2012 年 5 月 21 日提交的名稱為 “Apparatus and Method for Inject1n Moldingat Low Constant Pressure” ( 申請(qǐng)人:案卷號(hào) 12127)并公布為 US2012-0294963A1 的美國(guó)專利申請(qǐng)13/476，045，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。
[0147]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于壓力控制的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于2012年5月 21 日提交的名稱為 “Alternative Pressure Control for a Low Constant PressureInject1n Molding Apparatus’^ 申請(qǐng)人:案卷號(hào) 12128)并公布為 US2012-0291885A1 的美國(guó)專利申請(qǐng)13/476，047，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。
[0148]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于非天然平衡的進(jìn)料系統(tǒng)的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于 2012 年 5 月 21 日提交的名稱為 “Non-Naturally Balanced Feed System for anInject1n Molding Apparatus”( 申請(qǐng)人:案卷號(hào) 12130)并公布為 US2012-0292823A1 的美國(guó)專利申請(qǐng)13/476，073，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。
[0149]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于在基本上恒定的低壓力下進(jìn)行注塑的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于2012年5月21日提交的名稱為“Method for Inject1n Moldingat Low, Substantially Constant Pressure”( 申請(qǐng)人:案卷號(hào) 12131Q)并公布為US2012-0295050A1的美國(guó)專利申請(qǐng)13/476，197，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。
[0150]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于在基本上恒定的低壓力下進(jìn)行注塑的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于2012年5月21日提交的名稱為“Method for Inject1n Moldingat Low, Substantially Constant Pressure”( 申請(qǐng)人:案卷號(hào) 12132Q)并公布為US2012-0295049A1的美國(guó)專利申請(qǐng)13/476，178，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。
[0151]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于共注入工藝的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于2012 年 2 月 24 日提交的名稱為 “High Thermal Conductivity Co-1nject1n MoldingSystem"( 申請(qǐng)人:案卷號(hào)12361P)的美國(guó)專利申請(qǐng)61/602，650，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。
[0152]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于用簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行模塑的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于2013年2月12日提交的名稱為“Inject1n Mold Having a SimplifiedEvaporative Cooling System or a Simplified Cooling System with Exotic CoolingFluids”( 申請(qǐng)人:案卷號(hào)12453M)的美國(guó)專利申請(qǐng)13/765，428，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。
[0153]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于用薄壁部件進(jìn)行模塑的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于 2012 年 5 月 21 日提交的名稱為“Method and Apparatus for Substantially ConstantPressure Inject1n Molding of Thinwall Parts”( 申請(qǐng)人:案卷號(hào) 12487)的美國(guó)專利申請(qǐng)13/476，584，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。
[0154]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于用失效保護(hù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行模塑的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于 2012 年 11 月 8 日提交的名稱為 “Inject1n Mold With Fail Safe PressureMeChanism”( 申請(qǐng)人:案卷號(hào)12657)的美國(guó)專利申請(qǐng)13/672，246，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。
[0155]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于高產(chǎn)模塑的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于2012年 11 月 20 日提交的名稱為 “Method for Operating a High Productivity Inject1nMolding Machine” ( 申請(qǐng)人:案卷號(hào)12673R)的美國(guó)專利申請(qǐng)13/682，456，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。
[0156]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于模塑某些熱塑性塑料的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于2012年11月20日提交的名稱為“Methods of Molding Composit1ns ofThermoplastic Polymer and Hydrogenated Castor 0il，，( 申請(qǐng)人:案卷號(hào) 12674P)的美國(guó)專利申請(qǐng)61/728，764，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。
[0157]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于流道系統(tǒng)的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于2012年
11月 21 日提交的名稱為“Reduced Size Runner for an Inject1n Mold System”( 申請(qǐng)人:案卷號(hào)12677P)的美國(guó)專利申請(qǐng)61/729，028，該專利申請(qǐng)以引用方式并入本文。
[0158]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于控制模塑加工的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于1998年 3 月 17 日公布的名稱為 “Method and Apparatus for Injecting a Molten Materialinto a Mold Cavity”( 申請(qǐng)人:案卷號(hào)12467CC)的美國(guó)專利5，728，329，該專利以引用方式并入本文。
[0159]本公開(kāi)的實(shí)施例能夠與用于控制模塑加工的實(shí)施例一起使用，后者如公開(kāi)于1998年2月10日公布的名稱為“Inject1n Control System”( 申請(qǐng)人:案卷號(hào)12467CR)的美國(guó)專利5，716，561，該專利以引用方式并入本文。
[0160]本文所公開(kāi)的量綱和值不可理解為嚴(yán)格限于所引用的精確值。相反，除非另外指明，每個(gè)這樣的量綱旨在表示所述的值以及圍繞該值功能上等同的范圍。例如，所公開(kāi)的量綱“40mm”旨在表示“約40mm”。
[0161]除非明確排除或換句話講有所限制，本文中引用的每一個(gè)文件，包括任何交叉引用或相關(guān)專利或?qū)＠暾?qǐng)，均據(jù)此以引用方式全文并入本文。對(duì)任何文獻(xiàn)的引用均不是承認(rèn)其為本文公開(kāi)的或受權(quán)利要求書(shū)保護(hù)的任何發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)、或承認(rèn)其獨(dú)立地或以與任何其它一個(gè)或多個(gè)參考文獻(xiàn)的任何組合的方式提出、建議或公開(kāi)任何此類發(fā)明。此外，如果此文獻(xiàn)中術(shù)語(yǔ)的任何含義或定義與任何以引用方式并入本文的文獻(xiàn)中相同術(shù)語(yǔ)的任何含義或定義相沖突，將以此文獻(xiàn)中賦予那個(gè)術(shù)語(yǔ)的含義或定義為準(zhǔn)。
[0162]盡管舉例說(shuō)明和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)講顯而易見(jiàn)的是，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可作出許多其它的改變和變型。因此，所附權(quán)利要求中旨在包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些改變和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種用于注塑機(jī)(#10，圖1)的模具組件(#328，圖5A)，所述模具組件包括: 第一模具側(cè)面(#372，圖5A)和第二模具側(cè)面(#374，圖5A)，所述第一模具側(cè)面和所述第二模具側(cè)面限定兩者間的模具腔體(#32，圖1 ;#376’圖5A)； 第一支撐板(#378，圖5A)，所述第一支撐板連接至所述第一模具側(cè)面； 第二支撐板(#380，圖5A)，所述第二支撐板連接至所述第二模具側(cè)面； 和冷卻系統(tǒng)(#382,圖 5A、5B、6、7、8、10 ；#382a, #382b,圖 9 ；#399,圖 12)，所述冷卻系統(tǒng)用于在注塑加工期間從所述第一模具側(cè)面和第二模具側(cè)面除去熱， 其中所述模具組件包括下列中的至少一者: 所述模具腔體，所述模具腔體具有大于100的L/T比率(圖2); 至少四個(gè)模具腔體(圖4); 一個(gè)或多個(gè)受熱流道(#64，圖4)； 被引導(dǎo)的頂出機(jī)構(gòu)，并且 其特征在于所述冷卻系統(tǒng)具有三級(jí)、二級(jí)或一級(jí)冷卻復(fù)雜度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具組件，其中所述冷卻系統(tǒng)具有一級(jí)冷卻復(fù)雜度(圖5A-5E)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模具組件，其中所述第一支撐板和所述第二支撐板中的至少一者包括具有單個(gè)機(jī)加工軸線的冷卻管路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模具組件，其中所述第一支撐板和所述第二支撐板中的至少一者包括多個(gè)冷卻管路，所述多個(gè)冷卻管路中的每個(gè)冷卻管路具有基本上平行于公用機(jī)加工軸線的單個(gè)機(jī)加工軸線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具組件，其中所述冷卻系統(tǒng)具有二級(jí)冷卻復(fù)雜度(圖6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模具組件，還包括具有單個(gè)機(jī)加工軸線的冷卻通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模具組件，其中所述冷卻通道至少部分地延伸穿過(guò)下列之一:所述第一支撐板和所述第一模具側(cè)面，以及所述第二支撐板和所述第二模具側(cè)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模具組件，其中所述冷卻通道包括終端(#384，圖6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模具組件，其中所述冷卻通道包括導(dǎo)流板(#386，圖6)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模具組件，還包括多個(gè)冷卻通道，所述多個(gè)冷卻通道中的每個(gè)冷卻通道具有基本上平行于公用機(jī)加工軸線的單個(gè)機(jī)加工軸線。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具組件，其中所述冷卻系統(tǒng)具有三級(jí)冷卻復(fù)雜度(圖8)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的模具組件，還包括具有單個(gè)第一機(jī)加工軸線的第一冷卻通道和具有單個(gè)第二機(jī)加工軸線的第二冷卻通道，其中所述第一機(jī)加工軸線基本上不平行于所述第二機(jī)加工軸線。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的模具組件，其中所述第一機(jī)加工軸線基本上垂直于所述第二機(jī)加工軸線。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的模具組件，還包括第一冷卻通道，所述第一冷卻通道具有第一機(jī)加工軸線和第二機(jī)加工軸線，所述第一機(jī)加工軸線相對(duì)于所述第二機(jī)加工軸線是成角度的。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的模具組件，其中所述第一冷卻通道包括終端。
【文檔編號(hào)】B29C45/73GK104144777SQ201380010266
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月24日
【發(fā)明者】G·M·艾爾托寧, R·E·紐法斯, J·B·史蒂文斯, R·L·普羅西, J·E·波倫, J·M·雷曼, D·D·倫普金 申請(qǐng)人:寶潔公司