帶有故障保險(xiǎn)壓力機(jī)構(gòu)的注塑模具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于注塑的設(shè)備，并且更具體地，涉及具有故障保險(xiǎn)過壓機(jī)構(gòu)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)性注塑過程中，將塑性樹脂（最常見的以小珠或粒 料形式）引入注塑機(jī)中，注塑機(jī)在熱、壓力和剪切下使所述樹脂珠熔融。將此時(shí)熔融的樹脂 強(qiáng)力地注入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 具自身可具有單一腔體或多個(gè)腔體。每個(gè)腔體均可通過澆口連接至流動(dòng)通道，所述澆口將 熔融樹脂流引導(dǎo)至腔體中。因此，典型的注塑規(guī)程包括四個(gè)基本操作：（1)將塑料在注塑機(jī) 中加熱，以使其在壓力下流動(dòng)；(2)將熔融塑料注入到被限定在已閉合的兩個(gè)或更多個(gè)模 具部件之間的一個(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)打開模具部件以使部件從模具中被頂出。
[0003] 將熔融塑性樹脂注入模具腔體中并且通過注塑機(jī)迫使塑性樹脂擠過腔體，直至塑 性樹脂到達(dá)腔體中的最遠(yuǎn)離澆口的位置。所得的該部件的長度和壁厚取決于模具腔體的形 狀。
[0004] 一般來講，在常規(guī)注塑方法中，當(dāng)液體塑性樹脂被引入到注塑模具中時(shí)，鄰近腔體 壁的材料會(huì)立即開始"凍結(jié)"或硬化和/或固化。當(dāng)材料流過模具時(shí)，材料的邊界層抵靠模 具的側(cè)面而形成。隨著模具的繼續(xù)填充，邊界層繼續(xù)增厚，最終會(huì)封閉住材料流動(dòng)的路徑并 且阻止附加材料流入模具中。當(dāng)模具冷卻時(shí)，塑性樹脂在模具壁上凍結(jié)加劇，使用某種技術(shù) 來縮短每個(gè)部件的循環(huán)時(shí)間并增加機(jī)器的通過量。
[0005] 為了克服凍結(jié)問題，增大液體塑性樹脂在其被引入到模具中時(shí)的注入壓力，通常 增大至103. 421MPa(15, OOOpsi)或更大。通過增加壓力，模塑機(jī)能夠在流動(dòng)路徑被封閉之 前繼續(xù)迫使液體材料進(jìn)入模具中。當(dāng)用以模塑所述部件所需的壓力增大時(shí)，模塑設(shè)備必須 具有足夠的強(qiáng)度以耐受附加壓力。
[0006] 許多常規(guī)注塑操作使用剪切致稀塑性材料以改善塑性材料進(jìn)入模具腔體中的流 動(dòng)。在將剪切致稀塑性材料注入模具腔體中時(shí)，在塑性材料和模具腔體壁之間產(chǎn)生剪切力 并且模具腔體壁趨于減小塑性材料的粘度，由此使塑性材料更自由且容易地流入模具腔體 中。因此，可足夠快地填充薄壁部件以避免材料在模具被完全填充之前凍結(jié)。
[0007] 粘度的減少與塑性材料和進(jìn)料系統(tǒng)之間、以及塑性材料和模具腔體壁之間產(chǎn) 生的剪切力的量級直接相關(guān)。因此，這些剪切致稀材料的制造商和注塑系統(tǒng)的操作 者已努力驅(qū)使模塑壓力更高以提高剪切，從而降低粘度。如上所述，注塑系統(tǒng)通常以 103. 421MPa(15, OOOpsi)或更大的熔體壓力將塑性材料注入到模具腔體中。
[0008] 用于注塑機(jī)的模具必須能夠承受這些高熔體壓力。此外，形成模具的材料還必須 具有能夠耐受對于模具在其使用壽命中被預(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，通常大于30Rc，且更通常大于50Rc的材料來 形成模具部件。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 對于彼此壓緊所需的高夾緊壓力。這些高硬度材料也能夠更好地抵抗來自模塑表面和聚合 物流之間重復(fù)接觸的磨損。
[0009] 近來，已經(jīng)開發(fā)出使用較低注入壓力的注塑技術(shù)。這些較低壓力技術(shù)允許模具部 件由具有高平均熱導(dǎo)率（例如，大于51.9W/m°C (30BTU/HR FT°F))的材料制成，從而改 善冷卻時(shí)間并因此縮短循環(huán)時(shí)間。然而，這些高平均熱導(dǎo)率材料一般比用于典型的高壓注 塑機(jī)中的模具部件的高硬度材料軟（例如，具有小于30Rc的平均洛氏硬度）。這些模具 部件可用于高生產(chǎn)能力的注塑機(jī)（即，具有下列中的一者或多者的注塑機(jī)：薄壁模具腔體 (L/T>100)、四個(gè)或更多個(gè)模具腔體、以及受導(dǎo)向的頂出系統(tǒng)）。這些模具部件可由更易于 機(jī)加工的材料制成，諸如具有大于100%的銑削加工指數(shù)、大于100%的鉆削加工指數(shù)、和/ 或大于100%的電火花線切割加工指數(shù)的材料，如國際專利申請？(：17^512/38744和？(：1'/ US12/38846所述，這些專利申請各自以引用的方式并入本文。
[0010] 由于低壓模具部件可具有類似于高壓力模具部件的物理尺度，因此存在低壓模具 部件可能被意外地放置在高壓力設(shè)備中或換句話講經(jīng)受高注入壓力或高夾緊噸位的危險(xiǎn)， 這由于導(dǎo)致瞬間故障或隨時(shí)間推移的疲勞故障而毀壞或變形低壓模具，因此減小模具部件 的使用壽命。
【附圖說明】
[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)本公開構(gòu)造的注塑機(jī)的示意圖；
[0013] 圖2示出了注塑機(jī)的第二實(shí)施例的示意圖；
[0014] 圖3為可并入到低壓模具中的壓力閉鎖裝置的示意圖；
[0015] 圖4為可并入到壓力模具中的壓力閉鎖裝置的一個(gè)另選實(shí)施例的剖面圖；
[0016] 圖5A至為可設(shè)置在注塑機(jī)的圓筒內(nèi)的減壓裝置的剖面圖；
[0017] 圖6A為包括鎖-鍵機(jī)構(gòu)的一個(gè)模具側(cè)面和模具支撐板的頂部平面圖；
[0018] 圖6B為設(shè)置在噴嘴和注口上的鎖-鍵機(jī)構(gòu)的一個(gè)另選實(shí)施例的剖面圖；
[0019] 圖7A至7C為機(jī)械夾緊噸位限制器的三個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖；
[0020] 圖8A為包括彈簧加載的噴嘴的減壓裝置的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；
[0021] 圖8B為圖8A的減壓裝置的透明透視圖；
[0022] 圖8C為圖8A的減壓裝置的剖面圖；
[0023] 圖9A為包括彈簧加載的噴嘴的減壓裝置的一個(gè)另選實(shí)施例的透視圖；
[0024] 圖9B為圖9A的減壓裝置的透明透視圖；
[0025] 圖9C為圖9A的減壓裝置的剖面圖；并且
[0026] 圖9D為處于過量壓力狀況的圖9A的減壓裝置的縱向剖面圖，所述減壓裝置在進(jìn) 入模具之前排放過量流體壓力。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及通過注塑制備產(chǎn)品的系統(tǒng)、機(jī)器、產(chǎn)品和方法。更具體 地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及系統(tǒng)、產(chǎn)品、以及防止低壓注塑模具暴露于過量注入壓力或過量夾 緊噸位的方法，所述過量注入壓力或過量夾緊噸位可能損壞低壓注塑模具或模具部件或減 少低壓注塑模具或模具部件的可用使用壽命。
[0028] 如本文所用，相對于熱塑性材料或熱固性材料的熔體壓力的術(shù)語"低壓"，是指約 41. 38MPa(6000psi)和更低的注塑機(jī)的噴嘴附近的熔體壓力。
[0029] 如本文所用，術(shù)語"故障保險(xiǎn)裝置"是指直接或間接防止模具腔體過壓化的任何裝 置。故障保險(xiǎn)裝置可為電氣裝置、機(jī)械裝置、氣動(dòng)式裝置、或它們的任何組合。當(dāng)檢測到過 壓化狀況時(shí)，故障保險(xiǎn)裝置可提供電子信號、機(jī)械信號、流體信號、氣動(dòng)式信號、或它們的任 何組合以停止注塑過程。故障保險(xiǎn)裝置的一個(gè)或多個(gè)部件可位于圓筒、噴嘴、澆口、或模具 中，或換句話講附接到圓筒、噴嘴、澆口和模具中的任一者。一般來講，故障保險(xiǎn)裝置可僅由 操作者所做的有意動(dòng)作來超控。
[0030] 雖然本文所述的模具可由具有相對高熱導(dǎo)率的較軟的材料（例如，Rc小于30)(諸 如鋁）制成，但當(dāng)模具（或第一模具部件和第二模具部件）被限定為具有小于30的Rc時(shí)， 模具（或模具部件）具有小于30的平均Rc。在一些情況下，較硬材料（諸如鋼）的澆口可 用來減少澆口溶蝕，而不增大30Rc以上的模具（或模具部件）的平均熱導(dǎo)率。
[0031] 詳細(xì)地參見各圖，圖1示出了用于以高產(chǎn)量制備薄壁部件的示例性注塑設(shè)備10。 示例性注塑設(shè)備10包括一個(gè)或多個(gè)故障保險(xiǎn)特征部，所述特征部防止低壓模具經(jīng)受過量 的流體壓力（即，超過約68. 95MPa(10, OOOpsi))。注塑設(shè)備10 -般包括注射系統(tǒng)12和夾 緊系統(tǒng)14?？蓪⒊薀崴苄郧騽┗驘峁绦郧騽?6形式的熱塑性材料或熱固性材料引入到注 入系統(tǒng)12中。熱塑性球劑或熱固性球劑16可被放置到料斗18中，所述料斗將熱塑性球劑 或熱固性球劑16喂入到注入系統(tǒng)12的壓注缸或受熱圓筒20中。在被喂入到受熱圓筒20 中之后，熱塑性球劑或熱固性球劑16可由往復(fù)式螺桿22驅(qū)動(dòng)至受熱圓筒20的端部。對受 熱圓筒20進(jìn)行的加熱以及往復(fù)式螺桿22對熱塑性球劑或熱固性球劑16進(jìn)行的壓縮導(dǎo)致 熱塑性球劑或熱固性球劑16熔融，從而形成熔融熱塑性材料或熱固性材料24。熔融熱塑性 材料或熱固性材料24通常在約130°C (266 °F )至約410°C (770 °F )的溫度下被加工。
[0032] 往復(fù)式螺桿22迫使熔融熱塑性材料或熱固性材料24朝噴嘴26移動(dòng)以形成熱塑 性材料或熱固性材料的射流，所述射流將被注入到模具28的模具腔體32中。熔融熱塑性 材料