專利名稱：用于注射模制機(jī)的射出罐貯存器中的有效模具減壓和熔融物累積的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及兩階段注射模制機(jī)的操作和配置，且尤其(但不排除其它)適用 于操作以產(chǎn)生含有玻璃纖維(或類似)添加劑的塑料熔融物的射出量的串聯(lián)式復(fù)合機(jī) (in-line compounding machine)的熔融物累積階段(涉及注射汽缸中的注射活塞與柱塞 之間的合作)。
背景技術(shù)：
注射模制技術(shù)支持各種尺寸的模制零件的產(chǎn)生，例如瓶預(yù)成型件、車擋和組件外殼。 注射模制技術(shù)的益處包含循環(huán)速度、始終可再生的零件質(zhì)量和成本。尤其在塑料注射模 制的情境中，與鑄鋼或機(jī)器加工金屬替代物相比，零件相對(duì)較輕。
關(guān)于較大尺寸的重量輕的模制零件或需要高殘余強(qiáng)度的零件，注射模制平臺(tái)朝著以 下技術(shù)前進(jìn)，例如
i) 觸變模制，其中在非常低的壓力但非常高的速度下注射熔融鎂，以形成注射模制 金屬零件。熔融鎂的處理對(duì)系統(tǒng)組件(尤其是擠出器單元)造成稍許磨蝕，且還有必要 用脫模劑處理模具以便利零件脫模，這些是兩個(gè)明顯缺點(diǎn)。
ii) 水注射技術(shù)(WIT)，其操作以產(chǎn)生中空塑料組件。在此技術(shù)中，在注射之后不 久且在塑料凝固之前，使用高壓力水流將塑料零件的熔融芯從零件排出到收集貯存器 中。依據(jù)零件形狀，此技術(shù)可不幸地產(chǎn)生成品物件中不均勻的壁厚度，因?yàn)闊o(wú)法確定地 控制加壓水的流動(dòng)和動(dòng)作。因此移除模制零件的一些物理體積，但這也可能減小模制零 件的固有物理強(qiáng)度。
iii) 氣體輔助注射技術(shù)采用與WIT類似的概念，但排放組件的階段不同。
iv) 串聯(lián)式復(fù)合(明確地說，在兩階段注射單元的意義上)。
過去，單階段往復(fù)式螺桿(RS)增塑單元已用于處理i)"拉擠粒料"，和ii)固定 到熱塑性樹脂粒料中的預(yù)復(fù)合纖維。在RS擠出器中，在增塑循環(huán)期間沿著筒體向后拉 曳或促動(dòng)往復(fù)式螺桿以準(zhǔn)許熔融物在螺桿尖端的前方累積。拉擠粒料含有最初約10毫 米(mm)到約12mm長(zhǎng)度的纖維束，而預(yù)復(fù)合纖維顯著更短(通常約1mm到約2mm)。
5RS擠出器的不可避免的剪切動(dòng)作導(dǎo)致這些纖維顯著縮短到最終模制零件包含通常小于 約3 mm到5 mm長(zhǎng)度(來(lái)自拉擠粒料)且一般小于約1 mm (對(duì)于預(yù)復(fù)合纖維)的纖維 的程度。另外，這些纖維的磨蝕性質(zhì)導(dǎo)致筒體磨損問題，其必須通過機(jī)器的定期維護(hù)或 提供適當(dāng)?shù)耐搀w襯和/或螺桿幾何形狀來(lái)解決。
串聯(lián)式復(fù)合是兩階段技術(shù)，其一般以一排纏繞的纖維(通常是玻璃纖維(或類似物)) 開始，所述纖維通過雙螺桿擠出器(TSE)的(通常使用和)操作而被拉曳到兩階段擠 出器單元中。在筒體內(nèi)，TSE的射程和配置最初操作以將每一排纖維切割成約15mm到 50mm范圍內(nèi)的較短長(zhǎng)度，熔融物通過過程(在擠出器中，以及相關(guān)聯(lián)的向模具的槽路 流動(dòng))接著進(jìn)一步通過剪切力的作用而減小這些已縮短纖維的長(zhǎng)度。 一般來(lái)說，在玻璃 纖維型復(fù)合中，將了解，某一長(zhǎng)度的TSE用于將玻璃纖維復(fù)合到聚合物基質(zhì)中，且螺桿 通常包含兩組切割元件，即一組接近玻璃纖維的饋送喉口 (feed-throat),且一組靠近擠 出器的尖端。然而，預(yù)剁碎的纖維可用于代替對(duì)纏繞饋送線的需要。在串聯(lián)式復(fù)合中， 目標(biāo)是至少約10mm的最終平均纖維長(zhǎng)度，但越長(zhǎng)越好。
雙螺桿擠出器技術(shù)對(duì)于串聯(lián)式復(fù)合是有利的但并非必需，因?yàn)槠渫ǔＧ矣欣靥峁?對(duì)經(jīng)剁碎纖維的較不粗糙的處理。有益地，TSE的揉捏動(dòng)作確保熔融物均質(zhì)化且微粒(例 如，纖維或其它添加劑)均勻地分布。
在RS和TSE兩種環(huán)境中，從串聯(lián)式復(fù)合機(jī)的總體機(jī)器配置和操作的觀點(diǎn)來(lái)看，將 了解，在通過擠出器產(chǎn)生均質(zhì)化塑料熔融物(不管所述過程是連續(xù)還是不連續(xù)的)之后， 將塑料熔融物注射到夾在靜止壓板與移動(dòng)壓板之間的模具中。事實(shí)上通常經(jīng)由適宜的分 配歧管(例如，熱流道)而接達(dá)所述模具，所述分配歧管通過澆口襯套(其介接在分配 歧管之間)與噴嘴適配器的尖端的串聯(lián)連接而耦合到注射單元，所述噴嘴適配器為熔融 物收集腔(例如，射出罐)提供流動(dòng)通路。
更明確地說，在兩階段環(huán)境中，TSE的筒體頭經(jīng)由熔融物轉(zhuǎn)移通道(在擠出器筒體 頭與(通常)雙向閥之間呈大體直的管的形式)耦合到分配閥。更明確地說，利用雙向 閥配置，塑料熔融物(在壓力流動(dòng)條件下)穿過轉(zhuǎn)移通道(從TSE)流動(dòng)到射出罐中， 射出罐累積一塑料射出量用于隨后在模制循環(huán)期間注射到模具中。隨著均質(zhì)化熔融物累 積，射出罐的活塞可控制地向后移動(dòng)以增加射出罐的體積，因此允許射出罐隨著時(shí)間的 過去儲(chǔ)存更多熔融物。 一旦完全塑料射出量已累積在射出罐中，雙向閥就經(jīng)重新配置以 通過常規(guī)上介接到歧管上的澆口的噴嘴適配器將射出罐耦合到歧管。接著向前促動(dòng)注射 活塞以嚙合柱塞以將熔融物從噴嘴排出。 一旦注射沖程完成，注射活塞就縮回。因此， 注射活塞不連接到柱塞。因此，TSE通常在不連續(xù)模式中操作(其中周期性地限制增塑操作)，因?yàn)門SE周 期性地與任何形式的收集器皿隔離，且連續(xù)增塑將對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生后勤儲(chǔ)存問題，因?yàn)門SE 中的螺桿不往復(fù)運(yùn)動(dòng)以在筒體中其下游處形成貯存器。
最后，在兩階段系統(tǒng)中，為了有效地在高壓力下將熔融物注射到模具中，機(jī)器壓板 和模具在所施加噸位下夾在一起且接著向前促動(dòng)注射活塞以排空射出罐。
概括來(lái)說，在復(fù)合系統(tǒng)中，為了確保模制零件強(qiáng)度，除了必須確保纖維在整個(gè)塑料 熔融物中且因此在最終模制零件內(nèi)均勻分布外，重要的是纖維保持相對(duì)較長(zhǎng)(因?yàn)檫@固 有地提供結(jié)合強(qiáng)度)。同樣，需要存在與平均纖維長(zhǎng)度相比較窄的玻璃纖維長(zhǎng)度分布， 這提供模制零件的體積性質(zhì)的均一性。
在任何兩階段系統(tǒng)中，必須解決的問題之一涉及在模具的熱區(qū)與冷區(qū)之間的不可接 達(dá)/不可見界面處熔融物可能流淌。此界面通常稱為"澆口"，且位于噴嘴適配器(其自 身位于射出罐與柱塞組合件的前方)的尖端處。不幸的是，流淌可導(dǎo)致塑料凝固，且這 可導(dǎo)致注射射出量將來(lái)被污染和/或從射出罐到模具的熔融物路徑內(nèi)的完全阻塞或流動(dòng) 限制。關(guān)于任何形式的流動(dòng)限制(不論是完全還是部分的)，系統(tǒng)因此易受成功循環(huán)之 間的不同填充構(gòu)型影響；這是不可接受的。流動(dòng)填充構(gòu)型的任何變化還可導(dǎo)致在模制零 件內(nèi)的不可控制位置處發(fā)生的不合需要的焊線。這些焊線是非均質(zhì)區(qū)域的反映，且因此 促使模制零件在其結(jié)構(gòu)內(nèi)的不同位置處經(jīng)歷不同、不受控且不合需要的機(jī)械性質(zhì)。
在封裝環(huán)境中，柱塞和注射單元永久耦合在-一起。隨著熔融物饋送到射出罐中，柱 塞和注射單元的協(xié)同緩慢向后移動(dòng)保持柱塞的頭部緊密接近熔融物前部，但熔融物前部
通常施加一正向力以還輔助向后推動(dòng)柱塞。此緩慢向后移動(dòng)可對(duì)熱流道具有有限減壓效 果。在給定點(diǎn)處，停止此機(jī)械輔助的移動(dòng)，借此促使熔融物承擔(dān)完全推回活塞-柱塞組合 件所需的所有工作，且借此填滿射出罐以排除所累積熔融物內(nèi)的空間和氣穴。
在某些及當(dāng)前PET注射模制系統(tǒng)中，注射活塞和柱塞彼此機(jī)械隔離。明確地說，在 射出量收集/累積期間，注射活塞以液壓方式縮回到射出量體積減去小填料距離，而注射 柱塞通過熔融物的單獨(dú)作用被特別地驅(qū)動(dòng)回到必需的射出量體積減去小填料距離。以此 方式，當(dāng)擠出的熔融物穿過轉(zhuǎn)移通道(經(jīng)由雙向闊并進(jìn)入射出罐中)傳送時(shí)，熔融物轉(zhuǎn) 移壓力以及因此熔融物負(fù)載被最小化。換句話說，熔融物不必承擔(dān)推回注射活塞經(jīng)過其 大部分距離的"工作"，但其確實(shí)承擔(dān)關(guān)于柱塞經(jīng)過柱塞所行進(jìn)的整個(gè)距離的工作。熔 融物因此確實(shí)經(jīng)歷剪切，且因此可在熔融物累積的此初始階段在某種程度上維持纖維長(zhǎng) 度(對(duì)于串聯(lián)式復(fù)合應(yīng)用)。[如將了解，剪切效應(yīng)具有減小纖維長(zhǎng)度(串聯(lián)式復(fù)合應(yīng)用) 和影響大體熔融物性質(zhì)/質(zhì)量?jī)蓚€(gè)結(jié)果]。最終，熔融物促使柱塞接觸注射活塞，且接著
7向后一起促動(dòng)兩者經(jīng)過較小距離以確保最后累積的射出量不含有空氣/空間。在存在最后 收縮(通常經(jīng)過柱塞的行程的最后幾毫米)的此時(shí)間期間，抵抗i)與注射活塞相關(guān)聯(lián) 的液壓油壓力；ii)關(guān)于現(xiàn)由柱塞接觸的注射活塞的移動(dòng)的摩擦力；和iii)(尤其)注射 活塞的質(zhì)量，來(lái)完成顯著工作。
第6,241,932號(hào)美國(guó)專利描述熔融物制備與注射系統(tǒng)的常規(guī)分離，其中柱塞不連接 到注射活塞。在此專利中，在保持周期之后，注射活塞被拉回到必需射出量且擠出的熔 融物向后推動(dòng)柱塞。使用傳感器測(cè)量柱塞接觸注射活塞的瞬間。 一般來(lái)說，此配置用于 PET (多腔)注射模制環(huán)境中，其中閥門控制技術(shù)用于關(guān)閉和打開腔。
不幸的是，雖然閥門控制可提供有效關(guān)閉(抗流淌)能力，但閥門技術(shù)不能應(yīng)用于 串聯(lián)式復(fù)合環(huán)境，其中長(zhǎng)纖維可潛在盤繞或以其它方式纏繞在閥桿周圍，隨后限制或停 止闊桿的操作。
對(duì)于串聯(lián)式復(fù)合，由德國(guó)慕尼黑(Munich, Germany)的克勞斯-瑪菲塑料技術(shù)股份 有限公司(Krauss-MaffeiKunststofftechnikGmbH)提議的一種明顯解決方案是在擠出器 單元前方(即，在擠出器與噴嘴適配器之間的轉(zhuǎn)移通道中)包含壓力變換器。此系統(tǒng)使 柱塞永久耦合到注射單元。壓力變換器作用以測(cè)量壓力，且基于壓力信號(hào)有效地控制組 合的活塞與柱塞子組合件的向后移動(dòng)。因此，信號(hào)處理和控制相對(duì)復(fù)雜且昂貴，且熔融 物當(dāng)與柱塞鄰接并推動(dòng)柱塞(雖然柱塞的移動(dòng)是經(jīng)輔助的)時(shí)始終經(jīng)歷某一壓力。此配 置因此使得熔融物繼續(xù)執(zhí)行移動(dòng)柱塞和注射活塞的組合質(zhì)量以及克服與這些系統(tǒng)組件 及其功能相關(guān)聯(lián)的摩擦力和阻力的工作。在任何情況下，轉(zhuǎn)移通道中變換器的位置不理 想，且其壓力測(cè)量因此涉及擠出壓力而不是射出罐貯存器中的壓力。筒體中壓力變換器 的位置是可能的，但不認(rèn)為是尤其可行的。
出于完整性起見，注意到某些系統(tǒng)已包含位于擠出器下游且通常在擠出器與雙向閥 26之間的轉(zhuǎn)移通道內(nèi)的壓力變換器。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，所述雙向閥26是雙 向閥26的圖解表示，且所述表示并不說明雙向閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或力學(xué)。所屬領(lǐng)域的技術(shù) 人員還將了解，雙向閥操作以準(zhǔn)許熔融物從轉(zhuǎn)移通道30轉(zhuǎn)移到射出罐貯存器28，或熔 融物從射出罐r(nóng):存器28轉(zhuǎn)移到熱流道20。然而，此類壓力變換器通常充當(dāng)安全裝置， 且鏈接到擠出器控制器，所述擠出器控制器操作以每當(dāng)測(cè)量到過多壓力(出于任何原因) 時(shí)關(guān)閉擠出器。變換器因此作用以防止擠出器中的軸承超載且因此限制對(duì)擠出器造成潛 在昂貴破壞的可能性。
EP-B-0538286 (Putsch)描述一種串聯(lián)式復(fù)合系統(tǒng)，其以連續(xù)方式操作。均質(zhì)化熔 融物在被引入到注射柱塞單元中之前緩沖于溫度受控緩沖儲(chǔ)存器中。EP-B-0538286進(jìn)一步論述使用不同類型的添加劑和纖維來(lái)制造具有不同性質(zhì)和用途的多種塑料零件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種注射模制系統(tǒng)的有效減壓的方法，所述注射模制系統(tǒng)具有模 制環(huán)境，所述模制環(huán)境含有模具和流道系統(tǒng)的至少一者，所述注射模制系統(tǒng)具有經(jīng)布置 以實(shí)行將熔融物注射到模制環(huán)境中的注射柱塞和注射活塞的組合，所述方法包括臨時(shí) 將注射柱塞耦合到注射活塞以實(shí)行模制環(huán)境的有限減壓，所述臨時(shí)耦合準(zhǔn)許注射柱塞和
注射活塞在熔融物注射之后的某一時(shí)間拉回在一起；以及在注射柱塞和注射活塞已拉回
在一起之后的某一時(shí)間，物理上分離注射活塞與注射柱塞以準(zhǔn)許以經(jīng)輔助方式將注射活 塞拉離注射柱塞。
在本發(fā)明的另一方面，提供一種在含有可移動(dòng)柱塞和注射活塞的注射汽缸中的射出
罐貯存器中形成體積的方法，所述方法包括最初將柱塞和注射活塞連接在一起并拉回 以在射出罐貯存器內(nèi)界定第一體積；使柱塞與注射活塞斷開連接并將注射活塞拉回到預(yù) 先界定的檢驗(yàn)點(diǎn)；以及在第一體積中累積熔融物并準(zhǔn)許通過熔融物的作用推回柱塞，射 出罐貯存器的體積借此隨著柱塞在預(yù)先界定的檢驗(yàn)點(diǎn)朝向注射活塞移動(dòng)而增加。
在本發(fā)明的另一方面，提供一種兩階段注射單元，其具有用于在使用中累積熔融 物的射出量的射出罐；可在射出罐內(nèi)軸向移動(dòng)的柱塞；經(jīng)布置以在使用中啟始累積于柱 塞前方以及射出罐內(nèi)的熔融物的射出量的排出的注射活塞；耦合到注射活塞的驅(qū)動(dòng)單 元，所述驅(qū)動(dòng)單元用于向前驅(qū)動(dòng)注射活塞以在使用中促使從射出罐排出熔融物并用于向 后縮回注射活塞；以及永久附接到柱塞和注射活塞中的一者的耦合件，所述機(jī)械耦合件 可選擇性地連接到柱塞和注射活塞中的另一者以準(zhǔn)許i)在熔融物累積過程的一部分期 間將柱塞和注射活塞臨時(shí)連接在一起；以及U)在從射出罐排出熔融物之后將注射活塞 和柱塞通過驅(qū)動(dòng)單元一起縮回持續(xù)第一時(shí)間周期，且在第一時(shí)間周期之后的第二時(shí)間周 期期間獨(dú)立于柱塞縮回注射活塞。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一傳感器經(jīng)布置以產(chǎn)生第一控制信號(hào)，其在減壓沖程結(jié)束時(shí)臨 時(shí)中止注射活塞的縮回。所述第一控制信號(hào)還可促使耦合件實(shí)行柱塞與注射活塞的脫 離。
在本發(fā)明的又一方面，提供一種注射模制機(jī)，其包括兩階段注射單元用于在使用
中累積熔融物的射出量的射出罐；可在射出罐內(nèi)軸向移動(dòng)的柱塞；經(jīng)布置以在使用中啟 始累積于柱塞前方以及射出罐內(nèi)的熔融物的射出量的排出的注射活塞；耦合到注射活塞的驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元用于向前驅(qū)動(dòng)注射活塞以在使用中促使從射出罐排出熔融物 并用于向后縮回注射活塞；以及永久附接到柱塞和注射活塞中的一者的耦合件，所述機(jī) 械耦合件可選擇性地連接到柱塞和注射活塞中的另一者以準(zhǔn)許i)在熔融物累積過程的 一部分期間將柱塞和注射活塞臨時(shí)連接在一起；以及ii)在從射出罐排出熔融物之后將 注射活塞和柱塞通過驅(qū)動(dòng)單元一起縮回持續(xù)第一時(shí)間周期，且在第一時(shí)間周期之后的第 二時(shí)間周期期間獨(dú)立于柱塞縮回注射活塞。
在一個(gè)實(shí)施例中，注射單元模制機(jī)是在聚合物基質(zhì)內(nèi)使用玻璃纖維或類似物的串聯(lián) 式復(fù)合機(jī)。
有利地，本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)化的減壓系統(tǒng)，其減小從腔或流道系統(tǒng)流淌的可能性， 此外還減小射出罐中的累積期間熔融物內(nèi)經(jīng)歷的剪切應(yīng)力。所述系統(tǒng)對(duì)操作者友好，因 為其容易設(shè)置且僅需要了解待注射的最終射出量/體積以及因此了解注射活塞的行程的
終點(diǎn)。簡(jiǎn)單的位置切換或定時(shí)計(jì)算的使用可充當(dāng)耦合和解耦的觸發(fā)器。有益地，本發(fā)明 不需要詳細(xì)的信號(hào)處理，也不需要壓力或柱塞位置的多重測(cè)量。


將僅借助實(shí)例參看圖式描述本發(fā)明的實(shí)施例，圖式中
圖1是可適于包含本發(fā)明的典型注射模制機(jī)的示意表示；
圖2是穿過本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的注射單元的截面圖3是圖2的柱塞與注射活塞之間的選擇性操作連接的優(yōu)選實(shí)施例；
圖4是圖2的柱塞與注射活塞之間的選擇性操作連接的替代實(shí)施例；
圖5是由圖2的注射單元采用的累積和注射熔融物的各個(gè)且連續(xù)階段的示意表示；
以及
圖6是反映圖5的過程的注射循環(huán)的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
圖1展示根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例可適于支持有效減壓功能的典型注射模制機(jī)10 (但在此情況下，為串聯(lián)式復(fù)合機(jī))。盡管表示為二壓板系統(tǒng)，但所述機(jī)器同樣可為(例 如)三壓板機(jī)器。
與常規(guī)機(jī)器一樣，在每一注射循環(huán)期間，模制機(jī)IO產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于由位于機(jī)器10內(nèi)的 互補(bǔ)模具半部12、 14界定的一或多個(gè)模腔的若干塑料零件。
注射模制機(jī)10包含(沒有特定限制)夾持單元16以及用于增塑和注射材料的注射單元18。在操作中，可移動(dòng)壓板借助沖程汽缸或類似物相對(duì)于固定壓板而移動(dòng)。在機(jī)器 中通過使用系桿和系桿夾持機(jī)構(gòu)形成夾持力，如將容易了解。夾持機(jī)構(gòu)(通常)固定地 附接到移動(dòng)壓板(通常通過使用螺栓)。 一旦系桿確實(shí)嚙合在其相應(yīng)夾持活塞中，就可 通過使用(通常)液壓系統(tǒng)施加模具夾持力(即，閉合噸位)，所述液壓系統(tǒng)通常直接 與夾持活塞相關(guān)聯(lián)。
模具半部12、 14一起組成通常具有一個(gè)或一個(gè)以上模腔的模具，其中模具半部12、 14每一者位于可移動(dòng)壓板和固定壓板中的一者中。模具半部將照常包含突起物(例如模 芯或?qū)тN對(duì)準(zhǔn)柱)，所述突起物必須對(duì)準(zhǔn)且準(zhǔn)確地互連以避免磨損且制造商業(yè)上可接受 的零件。
在注射單元18方面，此通常在模具的熱半部的后方介接到某種形式的分配器20。 分配器可以是(例如)熱流道或冷流道。澆口 22提供分配器20與裝設(shè)雙向閥26的噴 嘴適配器24之間的界面。雙向閥26準(zhǔn)許i)澆口 22與射出罐貯存器28成流體連通； 或ii)轉(zhuǎn)移通道30 (連接到擠出器32)與射出罐貯存器28成流體連通。注射單元18 進(jìn)一步包含注射汽缸33,其包含可通過(通常)液壓傳動(dòng)裝置36軸向移動(dòng)的注射活塞 34。注射汽缸33進(jìn)一步包含可在注射汽缸內(nèi)軸向移動(dòng)的注射柱塞38，其中柱塞38幫助 界定其中熔融物可累積的射出罐貯存器28。
擠出器32在筒體41內(nèi)含有增塑螺桿40，所述筒體具有至少一個(gè)可接納基質(zhì)材料(例 如，來(lái)自給料斗/干燥器44的塑料粒料)的重力定量給料的材料進(jìn)入點(diǎn)，例如饋送喉口 42。在串聯(lián)式復(fù)合機(jī)的情況下，筒體41還包含向其中饋送用于復(fù)合要求的玻璃纖維或 類似物的粗紗進(jìn)入點(diǎn)46。視情況，筒體41還可包含真空端口 50。
增塑螺桿40由通過變速箱(gearbox) 54耦合的適宜的馬達(dá)52驅(qū)動(dòng)。
系統(tǒng)的操作控制常規(guī)上經(jīng)由機(jī)器控制器60執(zhí)行，所述機(jī)器控制器60包含準(zhǔn)許輸入 和顯示數(shù)據(jù)的人機(jī)界面(HMI) 64。機(jī)器控制器62尤其控制夾持單元16、注射單元18 (包含注射活塞34和柱塞38)和擠出器32的操作。這些操作可通過適宜定位在系統(tǒng)內(nèi) 的傳感器產(chǎn)生的控制信號(hào)觸發(fā)、控制或調(diào)節(jié)。有時(shí)使用閉合回路控制結(jié)構(gòu)。
簡(jiǎn)要參看圖2，展示穿過本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的注射單元的截面圖。除了圖1的基 本組件配置外，圖2還包含連接器(即，耦合件)80，其優(yōu)選地(但不一定)位于柱塞 38的一末端(遠(yuǎn)離筒體頭/雙向閥26)與注射活塞34之間。連接器80準(zhǔn)許將柱塞38 選擇性地耦合到注射活塞34。此連接器的確切定位和位置并不重要，但其必須永久耦合 到柱塞38或注射活塞34的至少一者。確切的固定點(diǎn)也不重要，但當(dāng)前這些單元的一者 的末端容易接達(dá)且因此為最合理且可行的選擇。參看圖3和4，展示連接器80的兩個(gè)替代實(shí)施例。
在第一實(shí)施例(圖3)中，連接器通過永久耦合(例如，通過使用螺栓84)到注射 活塞34的末端的電磁體82實(shí)現(xiàn)。假如柱塞38由磁性材料(通常為鋼)制成，那么對(duì) 電磁體82的選擇性激發(fā)準(zhǔn)許注射活塞34耦合到柱塞38。對(duì)電磁體82的控制由機(jī)器控 制器60負(fù)責(zé)。為了簡(jiǎn)單性和清楚性起見，已省略與電磁體的各種電連接，尤其是因?yàn)?此電路的布線是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知和理解的。任選地，電磁體可凹進(jìn)到注射 活塞34或柱塞38的一者中，其中準(zhǔn)確的凹進(jìn)為電磁體的總體安裝提供穩(wěn)定性。
在替代方案(圖4)中，代替于使用電磁體82，連接器80的替代實(shí)施例使用嚙合 致動(dòng)器84。嚙合致動(dòng)器84 (其可以液壓或電方式驅(qū)動(dòng)(例如，分別通過位于注射活塞 34的表面中的活塞組合件或一伺服馬達(dá)))包含銷或擋板86，所述擋板86通過致動(dòng)器 84延伸或旋轉(zhuǎn)以在柱塞38的表面90中的互補(bǔ)閂鎖或通道88內(nèi)嚙合。柱塞的后部截面 因此可設(shè)定形狀以裝設(shè)此通道(同時(shí)維持結(jié)構(gòu)強(qiáng)度)。
圖2的注射單元的操作可最佳參看圖5來(lái)理解，圖5展示典型注射循環(huán)的一系列階 段(圖5a到圖5f)以及柱塞38與注射活塞34之間的相關(guān)連接狀態(tài)(已連接或斷開連 接)。
在圖5a ("注射")中，材料(或"熔融物")100的射出量已累積于射出罐貯存器 28中，即在筒體內(nèi)以及柱塞38前方。柱塞38和注射活塞34簡(jiǎn)單地彼此鄰接，且出于 能量效率的原因，優(yōu)選地不通過連接器80鎖定在一起(例如，通過使用電磁體82)。雙 向闊26支持射出罐貯存器28與模具中的分配器20之間的流體連通，其中擠出器因此 被隔離(從流體流動(dòng)/通道的觀點(diǎn)來(lái)看)。液壓傳動(dòng)裝置36 (或類似物)的致動(dòng)促動(dòng)注射 活塞34且因此促動(dòng)柱塞38向前以將熔融物注射到模具的熱半部14中(通常經(jīng)由分配 器20)。
在圖5b ("保持")中，雙向閥26繼續(xù)防止轉(zhuǎn)移通道30中的擠出的材料從擠出器 32投送到射出罐貯存器28。柱塞38和注射活塞34兩者被向前推動(dòng)以保持并壓緊熔融 材料進(jìn)入模具中的腔中，如將容易了解。再次，當(dāng)前不需要柱塞38與注射活塞之間的 固定耦合(由連接器80準(zhǔn)許)，但此時(shí)不建立此連接并無(wú)明顯的處理方面的原因。
在圖5c ("減壓")中，采取小減壓沖程；此涉及將柱塞38選擇性地耦合到注射活 塞34以準(zhǔn)許將柱塞38拉回。柱塞38的耦合是通過致動(dòng)連接器80 (例如，電磁體82) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。減壓沖程優(yōu)選地僅足以近似平衡分配器中的壓差和/或防止熔融物從澆口 22或 分配器20流淌(且通常將系統(tǒng)作為整體)。有效拉回的長(zhǎng)度可因此憑經(jīng)驗(yàn)確定，因?yàn)槠?依賴于系統(tǒng)/零件，但拉回的長(zhǎng)度優(yōu)選地應(yīng)還包含一小安全因數(shù)。在圖2的系統(tǒng)內(nèi)，拉回
12停止的位置可由位置傳感器(或觸發(fā)器)101確定，所述位置傳感器將控制信號(hào)102傳 送到控制器60?？刂破鹘又軌蛲ㄟ^臨時(shí)斷開液壓傳動(dòng)裝置36而暫停拉回。
在圖5d ("保壓時(shí)間")中，優(yōu)選地維持柱塞38與注射活塞34之間的物理連接(由 連接器80實(shí)現(xiàn))；此避免通過流動(dòng)路徑內(nèi)的任何殘余真空朝向模具拉動(dòng)柱塞38。在此保 壓時(shí)間期間，雙向閥26繼續(xù)防止轉(zhuǎn)移通道30中的擠出的材料從擠出器32投送到射出 罐貯存器28。
在圖5e ("熔融物轉(zhuǎn)移")中，注射活塞34與柱塞34斷開連接且向后拉動(dòng)(在機(jī)器 控制器60的控制下)以剛好達(dá)不到其射出量位置。通常，此"達(dá)不到位置"S在短于 熔融物100的所需射出量的總體可能軸向位移約3mm到10mm之間的某處。注射活塞 34的液壓傳動(dòng)裝置36現(xiàn)可斷開且注射活塞34保留在此"達(dá)不到位置"。注射活塞34是 否已達(dá)到"達(dá)不到位置"的確定可由任何常規(guī)觸發(fā)器來(lái)確定，例如位于(例如)軌道底 座上的位置傳感器105。響應(yīng)于注射活塞34的所感測(cè)位置，液壓傳動(dòng)裝置36可再次由 機(jī)器控制器60關(guān)閉。
在認(rèn)為保壓時(shí)間足夠完全時(shí)(即，當(dāng)熔融物累積可再次開始時(shí))的適當(dāng)點(diǎn)處，操作 雙向閥26以將轉(zhuǎn)移通道30連接到射出罐貯存器28,以準(zhǔn)許熔融物累積以獲得下一射出 量。到模具的流動(dòng)路徑因此被雙向閥26關(guān)閉。隨著熔融物開始且接著繼續(xù)在射出罐貯 存器28中累積，熔融物前部?jī)H借助所施加的熔融物壓力朝向注射活塞向后促動(dòng)柱塞38。 熔融物僅需要克服與柱塞38相關(guān)聯(lián)的質(zhì)量和摩擦力(因?yàn)樽⑸浠钊罕灰谱?，這些因 素影響現(xiàn)由熔融物執(zhí)行的總工作量。在塑料執(zhí)行較少工作的情況下，塑料內(nèi)所引起的剪 切量通常減少。
注射活塞的拉回速度因此遠(yuǎn)大于單獨(dú)在熔融物壓力(其是最低可能的力)下柱塞的 緩慢向后前進(jìn)(由推回引起)。注射活塞的拉回的定時(shí)因此至少最初不同于柱塞38的推 回。
在圖5f ("獲得射出量")中，射出罐貯存器28的體積已擴(kuò)展到柱塞現(xiàn)開始鄰接注 射活塞的末端的程度。熔融物現(xiàn)推回柱塞38和鄰接的注射活塞34兩者使得執(zhí)行射出罐 內(nèi)的壓密功能。此壓密繼續(xù)直到達(dá)到射出量為止，所述射出量通常由另一位置傳感器107 確定，其后過程以圖5a再次開始(其中雙向閥26再次切換以準(zhǔn)許熔融物的注射和擠出 器的隔離)。
在熔融物在其整個(gè)累積階段(其現(xiàn)包含不同的減壓階段)期間現(xiàn)執(zhí)行較少工作的情 況下，通過實(shí)施本發(fā)明實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的零件質(zhì)量。更明確地說，纖維長(zhǎng)度沒有在任何明顯程 度上受額外剪切的不利影響。且流淌或甚至其發(fā)生的可能性至少大體上(如果不是完全)由經(jīng)輔助減壓沖程消除。
最后，參看圖6，展示本發(fā)明采用的工藝相對(duì)于典型注射循環(huán)的階段而安排，所述 階段由以下階段組成注射120、保持122、冷卻124和機(jī)器時(shí)間/零件排出126。如將
了解，冷卻包含子階段，即模具減壓128;保壓時(shí)間130;和改變位于轉(zhuǎn)移通道和筒 體41兩者的末端處的雙向閥26中的定向(和流體通道連接)所需的定時(shí)周期132。根 據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，柱塞和注射活塞在減壓和(優(yōu)選地以及)保持期間彼此物理耦 合(在固定的意義上)，但在注射循環(huán)的剩余階段期間這些單元彼此獨(dú)立。
當(dāng)然將了解，已僅借助實(shí)例給出以上描述(且參考串聯(lián)式復(fù)合環(huán)境)，且熟練的技 術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求書的范圍的情況下將容易了解修改和變化。舉例來(lái)說，本 發(fā)明通常適用于使用兩階段單元且需要流道系統(tǒng)的減壓的任何注射模制系統(tǒng)。確實(shí)，關(guān) 于柱塞輔助的有效減壓的本發(fā)明可應(yīng)用于具有開放式噴嘴和減壓沖程的所有模具(例 如，閉合系統(tǒng)和汽車組件模制系統(tǒng))。
本發(fā)明有助于熱流道和冷流道系統(tǒng)或?qū)嶋H上無(wú)流道的系統(tǒng)中的處理，本發(fā)明不限于 擠出器中使用的特定類型的螺桿，例如單一螺桿、TSE、同步旋轉(zhuǎn)或逆方向旋轉(zhuǎn)變型。 實(shí)際上，本發(fā)明提供一種有效控制流道減壓的解決方案，其減小當(dāng)塑料熔融物累積在柱 塞前方時(shí)引入到塑料熔融物中的工作應(yīng)力以及模具中的熱區(qū)與冷區(qū)之間的界面處的熔 融物流淌的可能性兩者。
權(quán)利要求
1. 一種對(duì)注射模制系統(tǒng)進(jìn)行有效減壓的方法，所述注射模制系統(tǒng)具有模制環(huán)境，所述模制環(huán)境含有模具和流道系統(tǒng)中的至少一者，所述注射模制系統(tǒng)具有經(jīng)布置以實(shí)行將熔融物注射到所述模制環(huán)境中的注射柱塞與注射活塞的組合，所述方法包括臨時(shí)將所述注射柱塞耦合到所述注射活塞以實(shí)行對(duì)所述模制環(huán)境的有限減壓，所述臨時(shí)耦合準(zhǔn)許在熔融物的所述注射之后的某一時(shí)間將所述注射柱塞和所述注射活塞一起拉回；以及在所述注射柱塞和注射活塞已被一起拉回之后的某一時(shí)間，物理上分離所述注射活塞與所述注射柱塞以準(zhǔn)許以經(jīng)輔助方式將所述注射活塞拉離所述注射柱塞。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效減壓的方法，其中注射模制循環(huán)包含減壓時(shí)間(128) 和保壓時(shí)間(130)，所述方法包括臨時(shí)將所述注射柱塞耦合到所述注射活塞持續(xù)大體對(duì)應(yīng)于所述減壓時(shí)間(128) 和所述保壓時(shí)間(130)之和的持續(xù)時(shí)間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效減壓的方法，其中在注射模制循環(huán)的減壓階段期間發(fā)生 所述注射柱塞到所述注射活塞的臨時(shí)耦合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的有效減壓的方法，其中通過致動(dòng)位置傳感器來(lái)暫停 所述注射柱塞與所述注射活塞的所述拉回。
5. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的有效減壓的方法，其中當(dāng)所述注射活塞到達(dá)本身不足 以產(chǎn)生熔融物的完全射出量的預(yù)先界定的觸發(fā)點(diǎn)時(shí)，所述注射活塞從所述注射柱塞 的經(jīng)輔助拉離停止。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的有效減壓的方法，所述方法進(jìn)一步包括準(zhǔn)許熔融物推回所述注射柱塞以在所述預(yù)先界定的觸發(fā)處接觸所述注射活塞；以及準(zhǔn)許所述熔融物進(jìn)一步將所述注射柱塞和所述注射活塞推回到射出量位置。
7. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的有效減壓的方法，其中在已累積足夠用于注射目的的 熔融物的射出量之前的某一時(shí)間以經(jīng)輔助方式將所述注射活塞拉離所述注射柱塞。
8. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的有效減壓的方法，其中在分配器中的壓差近似平衡的 一點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)有限減壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一權(quán)利要求所述的有效減壓的方法，其中在大體防止熔融物在所述模制環(huán)境內(nèi)流淌的一點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)有限減壓。
10. —種在含有可移動(dòng)柱塞和注射活塞的注射汽缸中的射出罐貯存器中形成體積的方 法，所述方法包括最初將所述柱塞和所述注射活塞連接在一起并拉回以在所述射出罐貯存器內(nèi)界 定第一體積；使所述柱塞與所述注射活塞斷開連接并將所述注射活塞拉回到預(yù)先界定的檢驗(yàn) 點(diǎn)；以及在所述第一體積中累積熔融物并準(zhǔn)許通過所述熔融物的作用推回所述柱塞，所述 射出罐肥:存器的所述體積借此隨著所述柱塞在所述預(yù)先界定的檢驗(yàn)點(diǎn)處朝向所述 注射活塞移動(dòng)而增加。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的在射出罐貯存器中形成體積的方法，所述方法進(jìn)一步包括進(jìn)一步將所述射出罐貯存器(28)的所述體積增加到經(jīng)界定超過所述預(yù)先界定的 檢驗(yàn)點(diǎn)的射出量體積，所述體積增加是由熔融物推回所述柱塞和所述注射活塞促成 的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的在射出罐貯存器中形成體積的方法，其中在進(jìn)一步將所述 體積增加到所述射出量體積的所述步驟期間，僅所述柱塞與所述注射活塞之間存在 觸碰鄰接。
13. —種兩階段注射單元，其具有射出罐，其用于在使用中累積熔融物的射出量； 柱塞，其可在所述射出罐內(nèi)軸向移動(dòng)；注射活塞，其經(jīng)布置以在使用中啟始累積于所述柱塞前方以及所述射出罐內(nèi)的熔 融物的所述射出量的排出-,驅(qū)動(dòng)單元，其耦合到所述注射活塞，用于向前驅(qū)動(dòng)所述注射活塞以在使用中迫使 從所述射出罐排出熔融物并用于向后縮回所述注射活塞；以及耦合件，其永久附接到所述柱塞和所述注射活塞的一者，所述機(jī)械耦合件可選擇 性地連接到所述柱塞和所述注射活塞的另一者以準(zhǔn)許i) 在所述熔融物累積過程的一部分期間將所述柱塞和所述注射活塞臨時(shí)連接在 一起；以及ii) 在所述從所述射出罐排出熔融物之后通過所述驅(qū)動(dòng)單元一起縮回所述注射活 塞和所述柱塞持續(xù)第一時(shí)間周期，且在所述第一時(shí)間周期之后的第二時(shí)間周期期間 獨(dú)立于所述柱塞縮回所述注射活塞。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的兩階段注射單元，其進(jìn)一步包括第一傳感器，其經(jīng)布置 以產(chǎn)生第一控制信號(hào)，所述第一控制信號(hào)在減壓沖程結(jié)束時(shí)臨時(shí)中止所述注射活塞 的縮回。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的兩階段注射單元，其中所述第一控制信號(hào)促使所述耦合件 實(shí)行所述柱塞與所述注射活塞的脫離。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的兩階段注射單元，其中所述耦合件的脫離在一延遲之后發(fā) 生。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13到16中任一權(quán)利要求所述的兩階段注射單元，其中所述耦合件是 以下中的一者i)機(jī)械耦合件；以及 H)電磁耦合件。
18. —種注射模制機(jī)(10)，其包括兩階段注射單元射出罐，其用于在使用中累積熔融物的射出量的； 柱塞，其可在所述射出罐內(nèi)軸向移動(dòng)；注射活塞，其經(jīng)布置以在使用中啟始累積于所述柱塞前方以及所述射出罐內(nèi)的熔 融物的所述射出量的排出；驅(qū)動(dòng)單元，其耦合到所述注射活塞，用于向前驅(qū)動(dòng)所述注射活塞以在使用中迫使 從所述射出罐排出熔融物并用于向后縮回所述注射活塞；以及耦合件，其永久附接到所述柱塞和所述注射活塞的一者，所述機(jī)械耦合件可選擇性地連接到所述柱塞和所述注射活塞的另一者以準(zhǔn)許i) 在所述熔融物累積過程的一部分期間將所述柱塞和所述注射活塞臨時(shí)連接在 一起；以及ii) 在所述從所述射出罐排出熔融物之后通過所述驅(qū)動(dòng)單元一起縮回所述注射活 塞和所述柱塞持續(xù)第一時(shí)間周期，且在所述第一時(shí)間周期之后的第二時(shí)間周期期間 獨(dú)立于所述柱塞縮回所述注射活塞。
19. 一種包括根據(jù)權(quán)利要求13到17中任一權(quán)利要求所述的兩階段注射單元的注射模制 機(jī)(10)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的注射模制機(jī)，其中所述注射模制機(jī)是串聯(lián)式復(fù)合機(jī)。
全文摘要
通過注射活塞(34)到柱塞(38)的選擇性耦合和解耦來(lái)實(shí)現(xiàn)有效減壓以防止熔融物從模具(12、14)或流道系統(tǒng)(20)流淌。在注射模制工藝(圖5)的連續(xù)注射(圖5a)和保持階段(圖5b)之后，通過將所述柱塞(38)和所述注射壓力(34)作為一個(gè)單元一起拉回較短距離而部分地對(duì)所述流道和通道系統(tǒng)進(jìn)行減壓(圖5c)。接著將所述注射活塞與所述柱塞機(jī)械解耦(圖5e)，其中所述注射活塞(34)縮回到基本上其最終射出位置，但減去通常的填料距離()。準(zhǔn)許擠出到定位在所述柱塞(38)前方的射出罐(28)中的塑料熔融物(100)向后推動(dòng)所述柱塞，但現(xiàn)以最少工作花費(fèi)進(jìn)行。當(dāng)所述柱塞再次接觸(圖5f)所述注射活塞(34)時(shí)，熔融物壓力現(xiàn)促使往回移動(dòng)兩個(gè)單元以達(dá)到最終射出量體積。最后，所述注射活塞(34)向前驅(qū)動(dòng)所述柱塞(38)以排出所述射出罐(28)內(nèi)累積的熔融物。
文檔編號(hào)B29C45/70GK101535028SQ200780041528
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2007年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者安德烈亞斯·烏伊馬, 恩里克·華里斯蒂-特略 申請(qǐng)人:赫斯基注射器成型系統(tǒng)有限公司