CN1041907A - 注塑成型方法及其设备 - Google Patents

Abstract

一种包括常规的基本步骤但具有新特征步骤的注塑机与模具相结合的注塑成型***，其中在注射完成之后进行物料保压期间，将注嘴通道阻断，以切断机体内部与模腔的联系。物料保压首先是用注塑机通过射料杆向全部注射物料施加第一无级外压或内压，然后用另一装置向由于注嘴通道阻断而被分离的前端注射物料部分施加第二无级或多级阶跃内压。

Description

本发明涉及塑料材料注塑成型的改进方法和设备，尤其适用于注塑成型精密制品。

在现有技术中，用于注塑成型塑料材料的设备通常包括螺杆射料杆式注塑机和能够提供用于形成模塑件的模腔的适当形式的组合模具。所述组合模具可以是用于模塑件的单个模具，也可以由用于模塑件的主模和用作流道的冷流道模组成。在上述设备中可以用热流道模代替冷流道模，它在单个模具和注塑机之间与歧管相连。模具和注塑机之间的注嘴通道，在大多数单模的情况下是由注嘴形成的，也可以由热流道模和注嘴构成。

采用这样设备的常规注塑成型方法通常包括如下步骤：

在每个注射周期中，塑料原料在注塑机中加热的同时被塑化，并进行计量;

在压力下通过注塑通道将已经塑化的热料注入模腔;

将注入的热料至少部分地于压力下保持在整个模腔中，同时冷却该组合模具，以便得到冷固的模塑件;

打开组合模具，从模腔中取出冷固的模塑制品。

例如，在后面的表Ⅰ或表Ⅱ中指出了注塑成型的典型步骤，其中包括了上述基本步骤。

人们已经意识到，在影响模塑制品质量的重要因素中，保持物料压力步骤是最关键的步骤之一。如果这一步骤处理不当，则可能由于注射量不足而使模塑制品发生不希望的收缩和/或由于过度填充使模塑制品产生飞边。

物料保压步骤的时间取决于冷却模腔中的模塑制品所需的时间。

对于确定的模具冷却能力和确定的模腔体积而言，同样冷固到足以从模腔中取出的程度，较薄的模塑制品比较厚的模塑制品花费的时间少。就这一点而言，在物料保压步骤中，较厚的模塑制品需要较多的时间，而在注射步骤以及塑化和计量步骤，薄厚模塑制品所需时间是相同的。

根据现有技术，物料的保压步骤是这样进行的，采用带有射料杆的注塑机，在提供注射压力之后，向模腔和与其相通的注嘴通道构成的组件中的注射料施加外部保压。这一常规技术是通过控制注塑机形成多级压力而不是无级压力来进行保压，这种多级压力是在射料杆的各个预定行程形成的。

尽管提出了一些理论，但是目前并没有确切地弄清楚物料保压的作用和效果。人们进行了许多尝试以改进多级外部加压方法中塑化物料（这种物料是粘滞而有弹性的）的保压步骤。当然，在上述常规方法中，很难准确地控制在各个预定行程位置发生阶跃的这种多级压力。这是因为相邻加压步骤之间的间隔时间很短（大约1秒或更短）以及相邻加压步骤的行程之间的距离很短，而相对这样小的行程差而言，注塑机筒的内径又是相当大的。在这种情况下，不能靠手工操作来控制多级压力。因此，近年用于制备精密产品，尤其是小尺寸产品的注塑机都配有昂贵的计算机以及相关的用于控制上述参数的昂贵的电子传感器。在上述情况下，这些计算机也用来控制塑化和计量步骤以及注射步骤。在注射步骤中也采用了一种多级注射方法，在大多数情况下是采用多级注射速度。

另外，应该注意到只有在一个注射周期中的物料保压步骤之后，才能进行下一注射周期的塑化和计量步骤。这是因为在此之前射料杆本身基本处于所述物料保压步骤的位置。这意味着塑化和计量步骤所允许花费的时间是从物料保压步骤完成到打开组合模具取出模塑制品。这段时间在一个注射周期（14.50秒）中相对来说比较短，例如4.6秒（34%），如表Ⅰ所示，而物料保压步骤的时间为5.09秒（35%）。

注射周期时间（14.50秒）是塑化和计量时间（4.6秒）、物料保压时间（5.09秒）和其它步骤所花时间（5.41秒）的总和。

当然，在塑料注塑成型工业中非常需要缩短注射周期以提高精密制品的生产力。因而，这种需要在某种程度上促使人们缩短物料保压步骤的时间，同时确保精密模塑制品的质量仍然良好。这不仅导致模具冷却能力的提高，而且还导致计算机控制多级保压和注射压力，同时活塞行程得到相应的改进，使之具有更高的精确度，与改进的模具冷却***相协调。其结果使计算机控制***本身不得不越来越高级越来越复杂，因而计算机设备的费用也越来越高。目前，下述说法绝对没有丝毫夸张。在整个注塑机生产成本中计算机的费用占了一大部分，这就使得目前生产的注塑机与过去使用的不带有计算机、操作简单、采用无级加压和无级注射速度的简单注塑机相比变得非常昂贵。这自然导致模塑制品的生产成本增加。

此外，为降低生产成本，在工业上人们进行了各种尝试来缩短注射周期。这样一种缩短的注射周期迫使在一般情况下缩短塑化和计量步骤的时间。然而，遇到了一个严重的问题，即缩短塑化和计量步骤需要增加塑化速率或效能，这就需要增加动力供应，从而使机器成本和操作费用增加。

还有一个应该注意的问题是这样提高注塑机的塑化能力会使得塑料原料本身被螺杆射料杆所损害，因为在聚合物原料被塑化的同时，高聚物的分子链会断裂。这将导致模塑制品的性能劣化。

再者，增加塑化能力需要将原料加热到更高的温度。这使得冷却模具中模塑制品所需的时间增加，因此这种提高加热温度的做法与缩短注射周期的目的相矛盾。由于上述塑化原料出现的质量问题和提高加热温度造成的问题，综合的来看，增加塑化能力是有一定限度的，既使不考虑生产这种高性能注塑机所增加的成本，也是如此。

根据上述情况，本发明者意识到改进或发展现有技术中用于塑料注塑成型的设备和方法正在接近或已经达到其极限。

本发明的目的是提供改进的注塑成型方法和设备，这种改进不是沿上述方向进行，而是开创了一个新的方向。可以预期这将使得注塑成型技术进一步得到发展或超过传统技术的限度。

本发明的另一目的是提供注塑成型的方法和设备，其中采用常规类型的注塑机，无需配备任何材料计算机。这种机器可采用无级加压和无级射料杆速度进行注射和随后的物料保压步骤，就象早期注塑机的操作一样，即所谓“一种压力和一个速度的途径”。但本发明有如下改进：

在注塑机塑化能力一定的条件下，大大缩短了注射周期;

在注射周期时间固定的情况下，可以允许大大降低注塑机的塑化速率，同时保证得到高质量的精密模塑制品，因为不存在“注射量不足”引起的收缩和“过度填充”造成的飞边。

本发明的目的还在于提供注塑成型精密模塑制品的方法和设备，其改进之处是无需使用任何计算机，用手工操作即可精确调节物料保压。

本发明再一个目的是提供一种较廉价的简单的小型注塑机，它不带有任何实质性的计算机，可与相对较大的组合模具配合使用，并且能以高产量生产高质量的精密模塑产品。

根据本发明提供了一种注塑成型方法，这种方法包括上述常规注塑成型方法的基本步骤，但具有新的特征，即在注塑步骤之后当物料保压步骤正在进行时，将注嘴通道从中间阻断，以切断机身内部与模腔的联系。

这个特征性的概念在注塑成型技术领域开创了一个与上述传统概念完全不同的新方向。这个概念超越了这样一种固有的概念或共识，即物料保压步骤必须依靠进行该注射操作的注塑机。

根据本发明，物料保压步骤是这样进行的：

首先利用注塑机本身通过射料杆向整个注塑物料施加第一压力;

然后用其它装置向由于上述注嘴通道被阻断而分离开来的注射物料的前部施加第二压力。

在本发明的一个方面中，第一保持压力是无级外部静压力，当冷却组合模具时，注射物料作为一个整体发生收缩，注塑机的射料杆随之向前运动，从而产生了上述压力。第二保持压力是无级内部静压力，是由被压缩在由模腔和被其它装置限定的注嘴通道前面部分组成的固定封闭空间中的前端物料部分产生的。

根据本发明的第二方面，第一保持压力与上述相同，但第二保持压力是多级的内部静压力，这种压力是由在模腔和其它装置限定的注嘴通道前端部分组成的封闭空间中前端压缩物料部分产生的。该空间的体积由其它装置逐步加以改变，但在每次进行下一步改变之前，该空间是固定。

根据本发明的第三个方面，第一保持压力是一种内部静压力，这种压力是由模腔和后端由射料杆限定的整个注嘴通道组成的固定封闭空间中被压缩的全部注射物料产生的。第二保持压力是与本发明第一方面相同的内部静压力。

本文中术语“外部压力”是指由外面装置对物料施加的压力，而“内部压力”是指物料自身产生的压力。施加外部压力的外部装置可以沿朝向装在封闭空间中物料的方向移动，随着其移动可以改变体积，而形成内部压力的物料则是置于固定的封闭空间中。因此，无论物料的温度是否因加热或冷却而发生变化，外部压力都是恒定的，而内部压力则随温度而变。

装填有前端注射物料部分的封闭空间最好设计成具有与模腔基本相同的体积。

为了从中间阻断注嘴通道，切断机身内部与模腔之间的联系，以及向由于阻断了注嘴通道而分离出的前端注射物料部分施加第二保压，提供了所述的其它装置。在本发明第一和第三方面中，所述其它装置最好可以形成与注嘴通道相结合的阀装置。另外，阻断通道和施加压力装置可形成一种活塞-汽缸结构。其中射料杆与注嘴通道相连，射料杆可以在相对前端注射物料部分的压力存在下在一个预定的行程内通过就近方部分沿注嘴通道向着模腔方向运动到注嘴通道的中间部位，并暂时固定在所述行程位置，以便在注嘴通道的中间部位切断机身内部与模腔的联系，同时也限定了其中填有压缩物料的所述固定封闭空间。上述活塞-汽缸具有一个直的圆柱形中空延长体，射料杆与其滑动配合，并可沿该中空延长体运动。注嘴通道部分地形成上述直的中空延长体的前部，从而当射料杆进入中空延长体的前部时，可将注嘴通道阻断。另一部分注嘴通道通向机身并与上述直的中空延长体的前端部分相连，这部分注嘴通道是分支的，并从直中空延长体延伸。

上述具阀功能的活塞-汽缸装置也可用于本发明的第三方面，作为其中所述的其它装置。在这种情况下，是一步一步地逐使活塞向前运动，以使得压缩物料产生多级阶跃的内部压力。

根据本发明，注塑成型方法进一步还包括抽吸回留在通道前部的热物料的步骤，这种滞留的热物料是由于其体积膨胀造成的。这一步骤是在打开模具取出模塑制品之前保持阻断注嘴通道时进行的，这样可以释放过度填装的热物料。

采用所提供的活塞-汽缸结构时，注嘴通道延伸部分的扩大是通过射料杆向后运动而实现的。采用所提供的阀装置时，一部分注嘴通道是由汽缸的前部和与阀装置一同提供的可以进入该汽缸部分的活塞镗孔的后部组成。

滞留在与模塑件相连的注嘴通道中的热物料的前端部分在冷却模具时被固结。在抽吸步骤完成之后下一次注射开始之前，暂时施加瞬间热量，将固结或冷却的物料前端熔融。

瞬间加热最好用本发明者在过去发明的装置进行，即所谓的“矛尖”（spear）。当注射周期比较短从而模具冷却时间也比较短时，抽吸方法或装置尤为必要。这是因为如果不进行抽吸来降低压力，冷却物料端就不能冷固到足以耐受注嘴通道前部内压的程度，结果物料可能会从冷固不充分的物料端漏出。

在冷却的物料前端熔融之前，解除对注嘴通道的阻断，使模腔与机身内部相连，以便进行下一次注射。在稳定状态下，当继解除所述注嘴通道的阻断后将冷却物料前端熔融时，在前一个注射周期中注射的滞留在包括整个注嘴通道的注塑机中的热塑化物料（除了所得的模塑制品）与随后新计量的塑化物料一起通过整个注嘴通道被注射到模腔中。新计量的物料量与模塑制品的量基本相等。

就与本发明第一、或第三方面中的注嘴通道相连的阀装置而言，限定在固定封闭空间中的注嘴通道前部是由于注嘴通道阻断而分开的前端部分。由射料杆产生的第一外部或内部压力在第一物料保压分步骤结束时基本等于由所述压缩物料在第二物料保压分步骤开始时所形成的内部压力。

就与本发明第一或第二方面中的注嘴通道相连的活塞-汽缸而言，限定在固定封闭空间中的注嘴通道前部比由于注嘴通道阻断而分开的前部小一个预定的体积。由射料杆产生的外部压力在第一物料保压分步骤结束时小于压缩物料在第二物料保压分步骤开始时所形成内部压力，这是由于物料被压缩了一个预定的体积形成压缩物料，从而增加了一部分压缩压力。这部分压力正是上述两者之差。

注嘴通道可以构成一个与歧管相连的热流道模，该歧管具有一个注道入口，注嘴与该入口相连。可以这样构成组合模具，包括一个提供模塑制品的主模具和一个提供注塑流道的冷流道模。上述模塑制品和模塑流道冷料一起构成所述模腔中的模塑件。

本发明者将与所述其它装置相结合的上述注嘴通道前部（无论其体积是固定的，还是逐步变化的）命名为“物料保压室”，还把本发明的方法和设备命名为“带有物料保压室的注塑成型体系”，以便于将采用了新途径的本发明与传统的方法相区别。

根据本发明，所述第二物料保压分步骤的时间在所述物料保压步骤的总时间中占有很大的比例。最好在注射完成后马上将注嘴通道阻断。在物料通过整个注嘴通道高速流向模腔期间，作用在物料上的动态注射压力在本发明的第一和第二方面中逐步从高水平降至低水平，直到变成静态保持压力。但是一旦在注射完成并立即进行注嘴通道阻断后，该静态保持压力也就被阻隔，不能作用在全部注射物料上。

第一保持压力和注射压力最好是无级压力，当然，如果需要的话，它们也可以是多级压力。

根据本发明，在注嘴通道被阻断后，就开始用注塑机进行塑化和计量步骤，以进行下一次注射。此处，塑化和计量步骤可以较低的速率进行，可以花费较长的时间，最长可基本上等于从刚刚完成第一次注射到封闭模具准备下一次注射所占的时间。所述最长步骤时间几乎等于从第一次注射到第二次注射的注射周期时间。

这是本发明最优越的特征之一，采用依赖注塑机进行物料保压传统途径的现有技术绝不可能做到这一点。上述优越的特征使得可以延长塑化和计量步骤，例如，如表Ⅰ所示，在固定注射周期为14.59秒的情况下，塑化和计量步骤从3.5秒延长到8.5秒，同时获得这样的效果，即可以将注射机设计成在较低的塑化速率下操作，例如，大约为常规注塑机的2/5（3.5/8.5）。可以采用规格小得多的注射机，消耗较少的动力，螺杆射料杆的长/径比也可以加大。另外，对于确定塑化速率的注塑机而言，注射周期可以大大缩短，例如，如表Ⅰ所示，可为现有注射机的约65%（9.59/14.59）。

本发明另一个重要的优点是因采用了内部保压，尤其是采用了第二物料保压分步骤而得到的，所述压力随着整个模腔中物料温度在模具冷却过程中不断下降而连续地自动地降低，最终形成冷却模塑件。

选择适当的初始内部压力，可以获得没有局部收缩和飞边的模塑件，且无需采用任何保压控制。

一般讲，这意味着不再需要计算机来控制保压，因为第二保压分步骤占整个物料保压步骤的绝大部分时间。此外，在第一保压分步骤中也不再需要用计算机来控制保压，因为该第一分步骤的时间很短。换句话讲，本发明实际上不依赖注塑机进行物料保压步骤。

本发明的优越之处还在于物料内部保压可以通过简单的手工操作（如沿所提供的范围改变行程）精确地调节到所需的程度。这是因为所述活塞-汽缸被设计成具有大的长/径比。相比之下，注塑机的长/径比明显小得多，而且不能达到所需要的那么大，其结果使得现有的物料保压步骤需要计算机及电子装置来精确测定射料杆行程的位置。

当然，在阻断注嘴通道后进行的第二物料保压分步骤可以通过活塞-汽缸向压缩的物料施加外部静压力而进行，就象第一分步骤一样，用带有活塞-汽缸的注塑机通过射料杆向整个注射物料施加外部静压力。然而，在某些情况下，这可能需要使用计算机。

图1和图2分别示出根据本发明的注塑成型设备，其中带有组合模个和形成用来进行大部分物料保压步骤的阀装置。

图3示出根据本发明的注塑成型设备，其中带有组合模具和形成用来进行大部分物料保压步骤的活塞-汽缸装置。

图4（a）、4（b）和4（c）示出图3的活塞-汽缸中射料杆的不同位置，其中分别进行的是物料保压分步骤，物料抽吸步骤和物料注射步骤之后正在开始进行的物料保压分步骤。

图5示出与图3相应的带有组合模具的注塑成型设备，但在其中装有与歧管相连的热流道模。

图6和图7分别示出一个与图3活塞-汽缸装置相结合的流程图或工艺框图，以及另一个与图1阀装置相结合的流程框图，指明在一个注射周期中的注塑成型工艺的时间序列。

图8至图12的曲线示出分别由传统设备和本发明设备在整个物料保压步骤施加的保持压力。

图13和图14示出两部分根据本发明的注塑设备。

图1、2、3、4、5、13和14示出三种根据本发明的注塑成型设备的实施例。

图中可见，注塑成型设备带有组合模具10。模具10具有半模11A和11B，它们至少限定一个带有一个料口的腔11。该设备还包括注塑机20，20′，注塑机有一个活塞-汽缸体。活塞-汽缸体内配有射料杆21，23′B，并与中空延伸体30，30′相连，延伸体30，30′包括一个注嘴并形成注嘴通道50，50′连接注塑机22内部和模腔11。注塑机在加热机体22，22′A的同时在机体22，22′A中将塑料原料塑化和计量，并且通过注嘴通道50，50′;将热的塑化物料注射到模腔11中，然后使至少部分注射的物料于压力下保持在整个模腔11中。半模11A和11B带有装置12用来冷却组合模10。

根据本发明，提供了一种沿注嘴通道50，50′在中间将其阻断的装置，从而切断注塑机体22，22′A内部与模腔11之间的联系，并提供由模腔11和注嘴通道50，50′的预定前端部分组成的固定封闭空间X，由于阻断注嘴通道而被分开的预定量的注射物料被压缩在该空间中，从而使得上述压缩物料产生一种内部压力，将其自身压向周围的模腔11。

根据本发明的设备的第一个实施例，阻断通道和产生内压的装置形成了装在注嘴通道50内的阀40。在第二和第三个实施例中，所述装置分别形成活塞-汽缸60和阀40′。

参见图1和图2，本发明成型设备20和第一个实施例是一种螺杆射料杆式的常规注塑机，带有一个常规组合模具10，限定了模腔11。与歧管16相连的热流道模15和主镗孔件31及副镗孔件32共同形成含有注嘴通道50并与机体22和模腔11相连的注嘴组件。主镗孔件31形成与注塑机20共轴的汽缸。副镗孔件32形成与注塑机20共轴的镗孔活塞注嘴，它可以在固定的前向行程中运动到该汽缸中，并与机身22结为一体。汽缸限定了注嘴通道段的前端部分，注嘴通道段的后端部分与活塞相配合。副镗孔件32连有用来阻断注嘴通道切断模腔11与机体22之间联系的阀40。主镗孔件31和副镗孔件32的组合，使得在从模腔11中取出模塑件之前保持注嘴通道阻断状态期间，通过向后运动流塑机20，可使注嘴通道50沿轴向膨胀其体积，其效果是滞留在注嘴通道前端部分的物料被抽吸回来，从而解除了其受压和被压缩状态。流道模15带有装置17，即所谓的“矛尖***”，用于在封闭组合模具10准备进行注射操作时在流道自由前端瞬时加热该流道模，同时冷却组合模具10。

流道模15还带有另一装置16，如加热筒，用来加热流道模，以便在流道自由端部与模腔内的模塑件一同在模具冷却装置作下被冷固期间，保持滞留在流道和注道中的注射物料部分仍然是热的。

图3、图4（a）至4（c）和图5示出本发明注塑成型设备的第二个实施例，其中带有组合模具。设备20具有与第一个实施例相同的组合，不同之处是物料保压装置不一样。形成注料组件的镗孔块100带有活塞-汽缸60。活塞-汽缸60具有一个直的圆柱形中空延伸体61，射料杆62与其滑动配合，并可沿该中空延伸体运动。注嘴通道50部分地形成了直中空延长体61的前端部分61a。与机身22相连并连接直中空延伸体前端部分61a的注嘴通道50的另一部分53是分支的，并从直中空延伸体61延伸出，从而当射料杆62进入直中空延长体前端部分61a时（图4a和4b），造成注嘴通道阻断。活塞-汽缸60也能在从模腔11取出模塑件之前保持阻断注嘴通道期间使射料杆62在前向行程完毕后向后运动，其效果是由于注嘴通道阻断而被分开的滞留在注嘴通道前部的物料可以被抽吸回来，从而解除其受压和被压缩状态。

驱动射料杆62使其进一步运动，走完预定和固定的行程，从而使由于注嘴通道阻断而被分离的前部分物料被压缩在由模腔11和后端被处于固定行程位置的射料杆62所限定的注嘴通道的前端部分X组成的封闭空间中。结果，物料保压由物料自身形成的相对于模腔的无级内部压力实现（图4a）。另外，还可驱使射料杆62一步一步地向前运动，从而使压缩物料本身产生一种相对于模腔的多级内部压力（图4a）。每个半模11A和11B都带有能在内腔表面形成喷气嘴13的装置，以便从喷气嘴13向相对的另一半模的腔表面喷气体，从而在腔体表面对组合模具10进行附加的冷却（图5）。

第一和第二实施例带有组合模具的设备的操作程序分别如图6和图7所示。也就是说，根据本发明，首先由注塑机20向注射料施加第一无级外部压力（Ⅰ），然后当阀40或活塞-汽缸60将注嘴通道阻断（ⅰ）后，由压缩的物料形成第二无级或多级阶跃内部压力（Ⅱ），从而完成物料保压步骤。当阻断注嘴通道后（ⅰ），接着进行下一次注射周期的塑化和计量步骤（Ⅲ）。

参见图6和图7，在将模具封闭和夹紧后及射料杆21刚刚回缩后，注嘴通道阻断（ⅰ）被解除，也就是说将注嘴通道打开。射料杆21回撤时将由于注嘴通道阻断而分离的注射物料后端部分和新计量塑化的物料一同抽吸向机体22。注嘴通道的阻断（ⅰ）刚好是在继注射步骤后第一物料外部保压步骤（Ⅰ）完成后进行的，并且一直保持到打开组合模具10取出冷却的模塑制品。

注嘴通道阻断（ⅰ）之后开始进行的塑化和计量步骤（Ⅲ）最长可以持续到解除注嘴通道阻断，也就是说当注嘴通道重新开通（ⅱ）以备进行下一次注射周期的时候。因此，如果注射周期为T，从注射开始到注嘴通道被阻断的时间为t₂，则塑化和计量操作最多可以持续的时间：t₁＝T-t₂。其中t₂值较小，并且其中包括在注射之后由射料杆21进行的第一物料外部保压分步骤（Ⅰ）所用的相当短的时间。

表Ⅰ和表Ⅱ示出在一个注射周期中进行的注塑成型操作步骤，每个都采用了常规注塑设备和第一实施例的注塑设备（图1和图2）。这些设备带有的组合模具与制备VHS录像带塑料半盒所用模具相同（每次一组四盒）。

表Ⅱ所涉及的常规设备带有注嘴截流阀，以防止物料从注嘴漏出。本发明第一实施例的设备没有这种注嘴截流阀。由于在注嘴通道前端的物料被模具冷却装置冷固以及一部分物料被抽吸，所以可以防止上述漏料现象。表Ⅰ所涉及的另一个常规设备也没有截流阀。

在第二实施例设备中（图3和图4），可以进行与第一实施例设备基本相同的操作步骤，如表Ⅰ和表Ⅱ所示。

参见表Ⅰ和表Ⅱ，根据本发明，服务于下一注射周期的塑化和计步骤分别进行了约8.5秒（表Ⅰ）和约11秒（表Ⅱ）。而常规塑化和计步骤在注射周期为14.59秒（表Ⅰ）和13.50秒（表Ⅱ）的操作中分别进行了约3.5秒（表Ⅰ）和约4.5秒（表Ⅱ）。

所得的模塑制品质量很高，没有飞边和收缩。

本发明的上述结果与现有技术相比是令人惊异的。这是本发明基于“物料保压室成型体系”的新概念所取得非常优越的效果。在这种体系中，塑化物料的内压被用来进行物料内部保压，在注嘴通道被阻断之后，就可以开始塑化和计量步骤。

与常规注塑机相比，本发明所用的注塑机体积比较小，可以在低得多的塑化速率下操作。而获得这种效果并没有使用任何计算机进行控制。

本发明实施例的注塑机不用计算机控制第一外部保压，并且在无级第一外部保持压力下操作很短的时间，在注嘴通道被阻断后，进行第二物料保压分步骤，从而使压缩物料产生一种第二无级或多级内压，同样无需使用任何计算机。

如表Ⅰ和表Ⅱ所示，常规注塑机采用计算机控制在整个物料保压步骤中施加一种多级外部压力（表Ⅰ中为二级压力，表Ⅱ中为三级压力）。

在第一或第二实施例的设备中，所谓“物料保压室”（X）是由包括阀40或活塞-汽缸60的注嘴通道50形成的，限定在组合模具10料口和注嘴通道阻断点之间。用X表示。

参见图8，由常规注塑机在整个物料保压步骤中施加的作为保持压力的外压，随着模具被冷却，在计算机控制下以多级阶跃的方式不断降低。

根据本发明，物料保压步骤分为第一分步骤（Ⅰ）和由注嘴通道阻料断（ⅰ）造成的第二分步骤（Ⅱ）（图9、10和11）。第一分步骤（Ⅰ）是由注塑机进行的，第二分步骤（Ⅱ）是由物料保压室进行的。在第一分步骤（Ⅰ）中，由射料杆21以无级的方式施加第一外部保压，如图9、10和11所示，这不需要任何计算机。在带有阀40的室（X）中（图1和图2），由压缩物料形成的第二内部保压，随着模具被冷却，以无级的方式从与第一外压相等的值逐渐降低，无需计算机控制。如图9所示。

在带有活塞-汽缸60的另一室（X）中（图3至图5），由压缩物料形成的第二内部保持压力如图9那样以无级的方式逐渐降低，不同之处是，如图10所示，其初始内压大于注射机21施加的第一外压，其差值是由于向前运动活塞-汽缸60的棒式射料杆62而增加的压缩压力（图4a）。如果操作活塞-汽缸60使其棒式射料杆62一步一步地的移动，则所得到的内压是多级的，如图11所示。在这种情况下，无需计算机控制多级阶跃的内压。这是因为，如图3和图4所示，该射料杆62的长/径比很大，从而易于用计量刻度盘65手工调节该射料杆的行程。

图13和图14示出根据本发明的第三实施例的注塑成型设备。

阀40′将注塑机20′分为带有前体部分22′A的塑化机部分20′和带有后体部分22′B的计量机部分20′B。计量机部分20′B与注嘴通道50′相连，通道50′相当于图1、2、3和4中的通道50，阀40′相当于图1和图2中的阀40。同时与注嘴通道50′和注塑机20′相连的阀40′是带有两个相互垂直取向的通孔40′A和40′B的可转动的棒，一个40′A是用于阻断注嘴通道50′，另一个40′B是用于计量完毕后阻断计量机体部分22′B与塑化机体部分22′A之间的联系。

计量机部分20′B包括一个计量室26′B和一个带有可进入计量室26′B的棒式射料杆23′B的活塞-汽缸27′B。棒式射料杆21′B在向前运动进行注射之后，其前端靠在一个固定定程器24′B上。在装在具有另一个活塞-汽缸的塑化机部分20′A中的旋转螺杆式射料杆21′A的驱动下，射料杆21′B与塑化物料一同向后运动，此后射料杆21′B的后端也靠在另一个可调节的螺杆定程器25′B上。可调节的定程器24′B的位置是根据所需的塑化物料量而调定的。组件30′中限定了一段注嘴通道50′，并且连有阀40′。组件30′和连有歧管16的热流道模15（相应于图1和图2中的同样编号）共同限定了整个注嘴通道50′，还限定了机体部分22′A和22′B的a和b部分。

上述两部分注塑机20′与常规单机筒注塑机（图1和图3所示的第一和第二实施例的注塑机就属这一类）相比，可以获得更准确的计量效果。

与带有阀40的单机筒注塑机20一样，上述与组合模具10相结合的两部分注塑机20′是按图6的操作流程框图进行操作的，但是将注塑机前向运动（a）和注塑机抽吸压缩物步骤省略了。

在这个设备中，相应的物料保压步骤分为第一（Ⅰ）和第二（Ⅱ）分步骤。第一分步骤是继注射后针对第一固定封闭空间Y进行的。空间Y是由模腔11和其后端被靠在固定定程器24′B上的射料杆21′B所限定的整个注嘴通道50′组成的。该空间Y内压缩有全部注射物料，从而使该注射物料自身产生相对于模腔的第一无级内部压力，这种压力同时也作用于物料本身（图12）。

当阀40′将注嘴通道阻断（ⅰ）以后，随即在由阀40′限定的第二固定封闭空间X中开始第二分步骤（Ⅱ）。空间X中压缩有由于阀40′而被分离的注射物料的前面部分，因而这些被压缩的物料产生一种相对于模腔11的第二无级内部压力，并作用于物料自身（图12）。

同时，一旦注嘴通道被阻断（ⅰ）后，下一注射周期的塑化和计量步骤（Ⅲ）随即开始。

在注嘴通道阻断（ⅰ）期间，阀40′在孔40′A处是关闭的，在孔40′B处是开放的，从而使计量机部分20′B与塑化机部分20′A相通。在组合模具10封闭（ⅱ）后，马上解除注嘴通道阻断，也就是开通注嘴通道。

就此而言，上述两部分注塑机20′可获得与图1和图3所示的那两类注塑机20同样好的结果。

在注嘴通道被阻断（ⅰ）时由阀40′限定的注嘴通道50′的前端部分的体积最好设计成与模腔11的体积相同。在图1或图4的设备中，在注嘴通道被阻断（ⅰ）的状态下由阀40或起着阀作用的活塞-汽缸60限定的注嘴通道50前端部分的体积也最好设计成与模腔11的体积相同。

图1和图13的阀40和40′以及图3的具有阀功能的活塞-汽缸60可加以改进，使其显示出与常规注嘴开度调节阀基本相同的功能。这种阀可以用来调节某一位置注嘴通道的开度，以校正注射料流条件。

然而，应流注意不能试图将本发明中的上述阀装置40、40′和60改造的具有与常规截流阀基本相同的功能，来防止当注嘴离开组合模具或从模腔中取出模塑件时滞留在注嘴通道中的物料从注嘴漏出。这是因为，阀装置40、40′和60在注嘴通道被阻断后的作用是进行第二物料保压分步骤，该步骤在整个物料保压步骤中占了绝大部分时间，这种作用与注嘴截流阀的固有功能相矛盾，注嘴截流阀应该是在整个物料保压步骤基本完成之后才起作用的。

总而言之，就由物料保压控制而得到的模塑件的质量而言，本发明的内压体系，即所谓的“物料保压室体系”基本等于或优于采用高级计算机控制的常规外压体系。而本发明的物料保压室体系本质上无需计算机控制这一事实，突出说明了本发明的优越性。此外，本发明获得了意外的效果，即在模具冷却能力所允许的限度内可以大大提高模塑生产能力，而且允许降低对注塑机（塑化）性能的要求，这可以提高塑化物料的质量。与现有技术比机器成本和操作费用都明显降低。

另外，随着模塑件的厚度增加，本发明上述令人惊异的效果还会进一步改善，因为较厚的模塑件需要更长的物料保压时间。

Claims (41)

1、一种注塑成型方法，其中所用的注塑机在机身中装有射料杆、形成注嘴通道的中空延伸以及限定腔体的组合模具，组合模具与该注塑机相结合并通过注嘴通道沟通机体内部和模腔，所述方法包括如下步骤：

在每一个注射周期中，将塑料原料在机体中加热的同时进行塑化和计量；

于压力下将热的塑化材料通过注嘴通道注射到模腔中；

于压力下将至少部分热的注射物料保持在整个模腔中，同时冷却该组合模具，从而得到冷固的模塑制品；

打开组合模具后从模腔中取出冷固的模塑制品；

其特征在于在所述注射步骤之后进行所述物料保压步骤期间将所述注嘴通道从中间阻断，从而切断机体内部与模腔之间的联系。

2、按权利要求1的方法，其中所述物料保压步骤是这样进行的：首先利用注塑机自身通过射料杆向全部注射物料施加第一保持压力;然后利用另一装置向由于所述注嘴通道阻断而被分离的注射物料的前端部分施加第二保持压力。

3、按权利要求2的方法，其中所述第一保持压力是继动态注射压力之后由射料杆施加的外部静压力，所述第二保持压力是由压缩在一个固定的封闭空间中的前端物料部分产生的无级内部静压力，所述封闭空间由模腔和被所述其它装置限定的注嘴通道前端部分组成。

4、按权利要求2的方法，其中所述第一保持压力是继动态注射压力之后由射料杆施加的外部静压力，所述第二保持压力是由压缩在一个固定封闭空间中的前端物料部分产生的多级阶跃内部静压力，所述封闭空间由模腔和被所述其它装置限定的注嘴通道前端部分组成，该空间的体积在所述其它装置控制下分步变化，但在进行相邻的下一步变化之前，该体积保持不变。

5、按权利要求2的方法，其中所述第一保持压力是由压缩在一个固定封闭空间中的全部注射物料产生的无级内部静压力，所述封闭空间由模腔和后端被射料杆限定的整个注嘴通道组成，所述第二保持压力是由压缩在一个固定封闭空间中的前端物料部分产生的无级内部静压力，所述封闭空间由模腔和被所述其它装置限定的注嘴通道前端部分组成。

6、按权利要求2的注塑成型方法，其中所述第一保持压力是继动压力之后由射料杆施加的外部静压力，所述第二保持压力是由所述其它装置向被压缩在一个封闭空间中的注射物料前端部分施加的多级外部静压力，由于所述其它装置包括模腔和由该装置限定的注嘴通道前端部分，所以该封闭空间的体积是可变的。

7、按权利要求3的注塑成型方法，其中所述第一外部持压力是无级压力。

8、按权利要求3的注塑成型方法，其中所述第一外部持压力是多级压力。

9、按权利要求4的注塑成型方法，其中所述第一外部保持压力是无级压力。

10、按权利要求4的注塑成型方法，其中所述第一外部保持压力是多级压力。

11、按权利要求6的注塑成型方法，其中所述第一外部保持压力是无级压力。

12、按权利要求6的注塑成型方法，其中所述第一外部保持压力是多级压力。

13、按权利要求2-12任一项的方法，其中所述第二物料保压分步骤的时间占整个所述物料保压步骤总时间的绝大部分。

14、按权利要求13的方法，其中一旦将所述注嘴通道阻断后，立即用注塑机进行下一注射周期的塑化和计量步骤。

15、按权利要求14的方法，其中所述注嘴通道阻断是在完成所述注射后进行的。

16、按权利要求15的方法，其中所述塑化和计量步骤是以较低的速率进行的，所用时间最长可以基本上等于从刚刚结束第一次注射到封闭组合模具准备第二次注射，上述最长步骤的时间几乎等于从第一次注射到第二次注射的注射周期。

17、按权利要求16的方法，其中热流道模形成了所述注嘴通道的前端部分。

18、按权利要求17的方法，其中所述组合模具包括一个用于模塑制品的主模和一个提供模塑流道的冷流道模，所述模塑制品和所述模塑流道冷料形成所述模腔中的模塑件。

19、按权利要求17的方法，其中进一步包括在打开组合模具取出模塑件之前在保持所述注嘴通道处于阻断状态期间抽吸由于自身体积膨胀而滞留在所述通道前端部分的热物料，以消除过度填充热物料的问题。

20、按权利要求14的方法，其中通过对模具进行冷却将模塑件下游的滞留在注嘴通道中的热物料的前端冷固，在所述抽吸步骤完成后但在下一注射周期之前，通过暂时供应的瞬时热量将所述冷固或冷却的物料前端熔融。

21、按权利要求20的方法，其中在将所述冷却物料前端熔融之前，解除对注嘴通道的阻断，使模腔与机体内部相通。

22、按权利要求21的方法，其中在稳定状态下，在上一个注射周期中注射的滞留在包括整个注嘴通道的注塑机内的热的塑化物料（除了所得的模塑件）与下一次新计量的塑化物料，在解除所述注嘴通道阻断和熔融所述冷却物料前端后，共同通过整个注嘴通道注射到模腔中，所述新计量物料的量基本等于所述模塑件有用量。

23、一种注射成型设备，与带有注口及由半模限定的至少一个腔体的组合模具相结合，该设备包括一个注塑机，机身带有活塞-汽缸及与之配合的射料杆，和从活塞-汽缸延出的中空延伸体，该延伸体包含一个注嘴并形成连接机体内部和模腔的注嘴通道，可在加热机体的同时于机体内将塑料原料塑化和计量，并通过注嘴通道将热的塑化物料注射到模腔中，将至少部分注射的物料于压力下保持在整个模腔中，所述半模上带有冷却组合模具的装置，

其特征在于该设备还进一步包括一个装置，用来在中间阻断注嘴通道以切断机体内部与模腔的联系，并提供一个由模腔和注嘴通道的预定前端部分组成的固定封闭空间，由于所述注嘴通道被阻断而被分离的注射物料的预定部分被压缩在该空间中，从而使该压缩物料产生相对模腔的内部压力。

24、按权利要求23的设备，其中用于阻断注嘴通道和形成内部压力的装置形成另一个带有射料杆的活塞-汽缸，它与所述注嘴通道相连，另一个射料杆在相对注射物料前端部分的压力下于一个预定的行程中沿注嘴通道向着模腔通过就近部分运动到注嘴通道的中间，从而在注嘴通道中间切断机体内部与模腔的联系，同时也限定了装填有压缩物料的所述固定封闭空间。

25、按权利要求24的设备，其中提供了一个前端带有注嘴并与机体和活塞-汽缸相接的镗孔件，该镗孔件内部形成了所述注嘴通道的一个就近部分，所述活塞-汽缸带有一个直的圆柱形中空延伸体，在该延伸体中，另一个射料杆与之滑动配合，并可以沿着该中空延伸体运动，所述注嘴通道部分地形成所述直的中空延伸体的前端部分，从而当另一个射料杆进入所述直的中空延伸体前端部分时造成注嘴通道阻断。

26、按权利要求24的设备，其中另一部分通向机体并与所述直的中空延伸体前端部分相接的注嘴通道是分支的，并从该直的中空延伸体处延伸出。

27、按权利要求24的设备，其中所提供的活塞-汽缸也是为了在注嘴通道保持阻断状态期间但在从模腔中取出模塑件之前，使另一个射料杆从所述行程位置向后运动，其效果是可以抽吸由于注嘴通道阻断而被分离的滞留在所注嘴通道前端部分的物料，以便解除其受压和被压缩状态。

28、按权利要求26的设备，其中所述活塞-汽缸是这样设置的，以便使所述另一个射料杆可以暂时固定在一个预定的行程位置。

29、按权利要求23的设备，其中所述阻断注嘴通道和形成内部压力的装置形成至少一个带有注嘴和阀装置的镗孔件，在所述阀装置和注嘴之间具有一段所述注嘴通道，所述阀装置是用来进行注嘴通道阻断的，当阀装置关闭时所述注嘴通道被阻断，同时限定了一个由模腔和从阀装置处延伸的注嘴通道前端部分组成的固定封闭空间，其中装填有所述压缩物料。

30、按权利要求29的设备，其中所述阻断注嘴通道和形成内部压力的装置形成一个主镗孔件和一个副镗孔件，其中含有注嘴通道段，主镗孔件处含有注嘴，副镗孔件处含有阀，主镗件形成一个与注塑机共轴的汽缸，副镗孔件形成一个与注塑机共轴且可以在固定的前向行程中运动到所述汽缸中的固定在机体上的镗孔活塞，所述汽缸限定了注嘴通道段前端部分，所述活塞与注嘴通道段的后端部分相配合，主镗孔件和副镗孔件的组合使得在保持注嘴通道阻断状态期间但在将模塑件从模腔中取出之前，向后运动注塑机体时，注嘴通道的体积发生轴向膨胀，其结果是形成了对滞留在所述注嘴通道前端部分中的物料的抽吸，从而解除了其受压和被压缩的状态。

31、按权利要求25至30任一项的设备，其中在所述镗孔件和组合模具之间装有热流道模，其中有一个注道和至少一个流道通道，以便与所述镗孔件中注嘴和所述组合模具中至少一个注口相连，流道模中的注道的流道通道共同形成了与所述镗孔件中形成的注嘴通道部分相通的所述注嘴通道的前端部分。

32、按权利要求31的设备，其中所述流道模带有一个瞬时加热装置，在组合模具被冷却期间，当封闭组合模具要进行注射操作时，用该装置至少在流道通道的自由前端瞬时加热该流道模。

33、按权利要求32的设备，其中每个半模都带有可在内腔表面形成气嘴的装置，以便从这些气嘴向另一半模的内腔表面喷气，从而在腔体表面对组合模具进行附加冷却。

34、按权利要求26的设备，其中所述注嘴通道与所述活塞-汽缸相结合还可以在分支点处调节所述注嘴通道的开度，并且在调定的开度下通过注嘴通道注射物料。

35、按权利要求29的设备，其中所述阀装置还可以调节其自身的开度，物料通过该阀和注嘴通道进行注射。

36、按权利要求35的设备，其中所述注塑机被设计为能够使塑料原料在一个注射周期中（相应于从第一次注射到第二次注射的时间）的塑化和计量时间最长可以基本相当于从第一次注射刚刚结束到下一注射周期封闭模具这段时间。

37、按权利要求29的设备，其中所述阀将所述注塑机体分为塑化部分和计量部分，所述塑化部分包括一个活塞-汽缸与所述射料杆相配合，所述计量部分带有一个定程器，当在一个固定的前向行程中完成注射后，所述射料杆的前端靠到该定程器上，从而产生另一个由所述射料杆限定的固定封闭空间，所述另一个固定封闭空间由模腔和整个注嘴通道组成，所述阀用来完成注嘴通道阻断动作，及同时连通计量和塑化部分，或者用来解除注嘴通道阻断，及同时切断计量部分与塑化部分的联系。

38、按权利要求23至30或34至37任一项所述的设备，其中所述模具组合包括一个提供模塑件的主模和一个提供模塑流道的冷流道模，所述模塑件和所述模塑流道料共同在所述模腔中形成模塑制品。

39、按权利要求31的设备，其中在注嘴通道被阻断时由所述通道阻断和施加内压的装置所限定的注嘴通道前端部分的体积基本上等于所述模腔的体积。

40、按权利要求38的设备，其中在注嘴通道被阻断时由所述通道阻断和施加内压的装置所限定的注嘴通道前端部分的体积基本上等于所述模腔的体积。

Images