CN109311199A - 模具浇口结构 - Google Patents

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Abstract

本文尤其公开了一种浇口和形成浇口的相关方法，其具有如下结构和步骤：提供第一基底材料的基底，该基底具有浇口区域；通过增材制造工艺在该浇口区域中向该基底添加第二材料层以形成冶金结合，其中该第二材料具有区分该第二材料与该第一基底材料的特性；以及改性该浇口区域中由该第二材料构成的内表面以限定该浇口。

Description

模具浇口结构
技术领域
本发明总体上涉及模具浇口结构，其包括模具浇口、模具浇口嵌件、模腔嵌件、模具组件、注射喷嘴、注射喷嘴组件、喷嘴和喷嘴头，以及包括前述的注塑机。此外，本发明涉及形成和制造此类模具浇口结构、嵌件、注射喷嘴和喷嘴头、组件和机器的方法。
背景技术
注塑机是众所周知的并且通常用于生产各种模塑制品(诸如，例如包括塑料瓶的塑料制品)。制品可以由多种材料形成。一种常见类别的制品是由包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)的塑料制成的塑料瓶的预制件。通常，模具材料(诸如，例如粒料形式的塑料树脂)可以通过料斗送入注塑机，然后送入增塑剂，该模具材料在增塑剂中熔化。然后树脂可以在压力下流动到喷嘴，并且通过模具浇口注射到模腔中。在腔体中，材料可以被冷却，并且它可以从模腔中排出以完成单个模塑循环。
注塑设备存在问题的一个区域是模具浇口，在该模具浇口中，树脂进入模腔。在典型的热流道注塑***中，可能发生模具浇口问题。此类问题可能由包括腐蚀、侵蚀和磨损的多种原因引起。
模具浇口是通道，通常为锥形孔或开口的形式，其可以形成在浇口区域或浇口嵌件中。模具浇口将树脂流从喷嘴引导到模腔。模具浇口可以形成在注塑设备的各个区域中，包括但不限于在模腔侧上，诸如在模具堆叠的模具嵌件上和/或在包括喷嘴尖端的喷嘴区域中。存在不同类型的模具浇口，包括机械控制的模具浇口和热控模具浇口。限定模具浇口的模具浇口结构还可以在一侧用作喷嘴尖端的***，并且可以在其另一相对侧上形成模腔的一部分。模具浇口的喷嘴侧可以承受恒定的高喷嘴尖端温度。模具浇口的相对侧必须在浇口打开时的高温与足以在模具已经填充并且浇口已经关闭时冷冻树脂的低温之间快速循环。这些温度变化和循环可以导致模具浇口附近的显著侵蚀和/或腐蚀。
另外，许多模具浇口是阀模具浇口的形式，并且包括阀杆，该阀杆移动成接触和脱离阀模具浇口结构以便打开和关闭模具浇口。阀杆与阀模具浇口结构的这种重复接合通常会导致随时间的显著磨损，这可能导致对阀模具浇口的操作的不利影响。
形成模具浇口结构的一个或多个部件通常必须在很大程度上机械加工，因此可以理想地由易于机械加工的材料制成。另外，可能希望此类部件由相对便宜的材料制成。然而，此类材料可能不会对模具浇口区域中的磨损、侵蚀和/或腐蚀具有高度抵抗力。虽然已经采用了一些技术来试图减轻由于模具浇口中随时间引起的磨损、侵蚀和腐蚀导致的劣化问题，但是也需要改进。
发明内容
根据本文公开的一方面，提供了一种形成浇口的方法，该方法包括：提供第一基底材料的基底，该基底具有浇口区域；通过增材制造工艺在该浇口区域中向该基底添加第二材料层以形成冶金结合，其中该第二材料具有区分该第二材料与该第一基底材料的特性；以及改性该浇口区域中由该第二材料构成的内表面以限定该浇口。
根据本文公开的一方面，提供了一种在模具部件中形成浇口的方法，该方法包括：提供由第一材料制成的基底；在基底中形成浇口区域；提供第二材料，其具有区分第二材料与第一材料的特性；通过增材制造工艺在浇口区域中向基底添加第二材料层以与相邻材料形成冶金结合；以及形成浇口使得第二材料的内表面限定浇口。
根据本文公开的又一方面，提供了一种浇口，其包括：由第一材料制成的基底，该基底具有浇口区域；形成在浇口区域中的第一材料上方的层，该层由第二材料制成，该第二材料具有区分第二材料与第一材料的特性，其中该第二材料冶金结合到第一材料并且具有限定浇口的内表面。
根据本文公开的另一方面，提供了一种浇口，其包括：由第一耐磨材料制成的基底，该基底具有浇口区域；形成在该浇口区域中的第一耐磨材料上方的层，该层由第二耐磨材料制成，该第二耐磨材料具有区分该第二耐磨材料与该第一耐磨材料的特性，其中该第二耐磨材料通过增材制造工艺形成在该第一耐磨材料的表面上方。
根据本文公开的又一方面，提供了一种浇口，其包括：由具有第一硬度的第一材料形成的基底，该基底具有浇口区域；以及在浇口区域中形成于该基底上的内层，该内层由具有相对高于该第一硬度的第二硬度的第二材料制成，其中该第二材料冶金结合到该第一材料，并且该内层的内表面限定该浇口。
现在，在结合附图阅读以下对具体非限制性实施例的描述后，非限制性实施例的这些和其它方面和特征对于本领域技术人员而言将变得显而易见。
附图说明
通过参考附图将更全面地理解非限制性实施例，其中：
图1是注塑机的热流道***的一部分的横截面视图；
图2是包括模具浇口嵌件的注塑机的模具浇口区域的横截面视图；
图2A是如图2中所示的模具浇口嵌件的局部剖视透视图；
图2B(I)和2B(II)是示出浇口区域的两个不同示例性实施例中的材料层的示意横截面视图；
图3是用于形成模腔嵌件的坯件的透视图；
图4是图3的坯件在线4-4处的垂直横截面视图，该坯件已经过第一加工阶段；
图5是图3的坯件的垂直横截面视图，该坯件已经过第二加工阶段；
图6A是图3的坯件的垂直横截面视图，该坯件已经过第三加工阶段；
图6B是图6A的一部分的放大视图，其指定为6B；
图7A是图3的坯件的垂直横截面视图，该坯件已经过第四加工阶段；
图7B是图7A的一部分的放大视图，其指定为7B；
图8A是图3的坯件的垂直横截面视图，该坯件已经过第五加工阶段；
图8B是图8A的一部分的放大视图，其指定为8B；
图9A是替代实施例的喷嘴组件的垂直横截面视图，其中模具浇口被示为处于封闭操作配置；以及
图9B是图9A的喷嘴组件的垂直横截面视图，其中模具浇口被示为处于打开操作配置。
附图不一定按比例绘制，并且可以通过虚线、图解表示和局部视图来示出。在某些情况下，可能已经省略了对于理解实施例不必要的细节或者使得其它细节难以察觉的细节。
具体实施方式
图1示出了包括热流道***12的注塑机10的一个示例的一部分的横截面。热流道***12可以将模塑材料(诸如，例如熔融塑料树脂)提供给多个浇口喷嘴组件14。注塑机10可以用于生产各种制品，诸如例如PET预制件。如本领域技术人员所熟知的，PET对可能导致结晶度和其它物理缺陷的不均匀的冷却效应特别敏感。然而，可以采用其它注塑机和生产的其它制品，包括但不限于塑料注塑***、塑料压塑***、金属模塑***和由其生产的制品。
熔融塑料树脂可以从树脂源(未示出)供应到热流道***12，通常是将树脂粒料送入增塑剂并从增塑剂送入主熔料通道16的料斗。主熔料通道16可以将成形的树脂输送到歧管18。歧管18可以具有多个歧管熔料通道20，树脂可以通过该歧管熔料通道行进到喷嘴组件14，同时它可以通过歧管加热器21保持在最佳加工温度。
喷嘴组件14可以定位在孔22内，该孔设置于歧管板24中，夹在歧管背板26与腔板28之间。腔体构件41可以位于腔板28中。
喷嘴组件14可以包括喷嘴壳体30，该喷嘴壳体中保持有喷嘴尖端32，与歧管熔料通道20连通的喷嘴通道34延伸穿过该喷嘴尖端。阀杆36(参见图2)可以位于喷嘴通道34内并且可以通过活塞38在打开位置与封闭位置之间往复运动。在打开位置中，树脂可以流入形成在位于腔体板28中的腔体构件41中的模腔40中。在封闭位置，如所示，阀杆36可以压靠在浇口44上(参见图2)以限制树脂从喷嘴尖端32流动并且防止树脂流入模腔40。可以提供喷嘴加热器带42以将喷嘴尖端32保持在由注射的树脂确定的期望温度。例如，在用于模塑PET预制件的注塑机中，喷嘴尖端32的温度可以保持在例如约280摄氏度至约320摄氏度的范围内。
再次参考图2，示出了围绕喷嘴组件14的注塑机10的一部分的横截面。喷嘴组件14被示为处于封闭位置，阀杆36安置在浇口44中，由此密封浇口44并防止树脂流入模腔40。浇口44是为树脂进入模腔40提供入口点的通道。在一些非限制性实施例中，浇口44可以是热控制浇口，而在其它非限制性实施例中，浇口可以是机械控制浇口。在希望采用机械阀浇口来控制树脂流入模腔40的情况下，浇口44可以形成在浇口区域中，诸如浇口嵌件48的浇口区域50中。重复打开和封闭浇口44可能会发生浇口区域50的磨损。这种磨损尤其可能发生在形成于浇口嵌件48中的浇口区域50中，其中阀杆36的尖端处于封闭位置。浇口区域50可以是浇口44的大致锥形部分，其与阀杆36的锥形尖端(未示出)互补。
浇口嵌件48的与熔融树脂接触的内表面(包括浇口区域50中的内表面)也可能受到某些熔融树脂的腐蚀影响。这种腐蚀性影响尤其可以在围绕喷嘴尖端32的区域52(参见图2)中发生，其中熔融树脂在注塑机10的操作期间收集。这种腐蚀性影响也可以发生在限定浇口44的浇口嵌件48的浇口区域50中。
诸如腔体冷却通道54等冷却装置可以设置在腔体构件41中以冷却注射到模腔40中的树脂并形成制品56，诸如预制件。在注射循环的冷却阶段期间，冷却流体(诸如水)可以通过腔体冷却通道54循环。浇口嵌件48还可以设置有冷却装置，诸如浇口冷却通道58，冷却流体也可以循环通过该冷却装置。制品56的进一步冷却通常设置在形成模腔40的内表面的芯体59内。
将参考图2、2A和2B(I)描述模具浇口结构(诸如，例如浇口嵌件48)的结构。浇口嵌件48可以包括由第一基底材料100形成的基底49(参见图2B(I))，该第一基底材料可以是相对较坚硬且坚固的材料，而且也可以是高导热的并且还可以特别适合于机械加工。此类基底材料100的示例包括合适的工具钢，诸如例如H13工具钢和420不锈钢。第一基底材料100可以包括一种以上的物质、化合物或元素。第一基底材料100可以被选择为具有诸如以下一个或多个性质：(a)成本相对较低(相对于外来耐磨损材料)；(b)较高的可制造性；(c)抛光性(适用于模腔表面)；(d)导热性以及(e)在一些情况下的耐腐蚀性。合适的基底材料100通常是工具钢，然而在一些情况下，高导电率材料(诸如例如铍-铜[BeCu])可以与硬面涂层或比底部基底材料更硬的层一起使用。存在多种涂覆方法，包括但不限于：化学或物理气相沉积、化学或电化学沉积、喷涂、浸涂、旋涂等。在该方法中，涂层采用工件的外部形式并且通常在部件的所有表面上形成均匀的厚度。可以掩蔽一些部分表面，以便消除涂层在这些表面上的涂敷。此类涂层可以用于增加基底材料的耐磨损性或耐腐蚀性，以及改进其脱模性质(即，不粘)。该层也可以通过增材制造工艺施加，该增材制造工艺可以在工件顶部上或者在没有任何工件的情况下形成任何期望形状的几何体。增材制造工艺是其中材料通常逐层地添加到工件或从零开始添加的一种方法，并且该逐层添加工艺最终产生部件的形状。能够执行本文所述内容的增材制造技术的相关示例通常可以分为两组：1.使用大功率能量源(激光器、电子束)熔化已沉积在基板上的粉末层的增材工艺；2.增材工艺，其利用粉末颗粒的动能使粉末塑性变形到工件上(冷喷涂)。
基底49可以限定模腔40的一部分和用于接纳喷嘴组件14的腔体。浇口嵌件48的基底49可以进一步包括用于接触和对准喷嘴组件14的喷嘴组件对准部分53。基底49可以被塑形以提供浇口44以便在喷嘴组件14与模腔40之间连通。
同样参考图2B(I)，在由第一基底材料100制成的浇口44的浇口区域50中，基底49的面向内的表面51可以具有第二材料层120，其涂敷在表面51上方并且在该实施方案中通过增材制造工艺直接涂敷在该表面上方以形成如下所述的冶金结合。
第二材料层120可以由第二材料制成，该第二材料具有区分该第二材料与第一基底材料100的至少一个特性。此类特性可以包括以下一个或多个：(a)改进的耐磨损性(即，抵抗诸如例如由于阀杆在浇口中的移动引起的材料损失/机械源的损坏)，(b)改进的耐侵蚀性(抵抗由于塑料(及其填充材料，如果适用)通过浇口引起的材料损失)，(c)改进耐腐蚀性(抵抗由于与浇口附近材料发生化学相互作用而引起的材料损失/其它损坏)；和(d)增加硬度。
第二材料层120可以比第一材料更硬并因此更耐磨损。硬度可以通过本领域已知的技术测量，诸如使用莫氏硬度(对于刮擦硬度)、维氏硬度、罗氏硬度、肖氏硬度或布氏标尺(对于压痕硬度)或勒布或贝内特标尺(对于回弹硬度)。通常情况是材料越硬，耐磨损性就越大。合适的耐磨损第二材料层120材料可以是金属、金刚石颗粒、碳化物颗粒、陶瓷等以及它们的任何组合。更具体地，合适的耐磨损材料可以包括但不限于金刚石金属基质复合材料、碳化钨、碳化钨钴、钴合金、镍基碳化物合金、镍铬钼合金。
为了促进第二材料层120材料与第一基底材料100的冶金结合，第二材料层120不一定必须具有比第一基底材料100低的熔化温度。例如，第二材料层120材料可以诸如用激光器局部加热，然后添加到第一基底材料100而不熔化第一基底材料100。
在优选的非限制性实施例中，第一基底材料100可以是H13工具钢，而第二材料层120可以是碳化钨，第二材料层120的深度范围是0.5mm至3mm。
通过为浇口嵌件48的面向内的表面、特别是在围绕和限定浇口44的浇口区域50中提供第二材料层120，可以改进限定浇口44的浇口区域50的整体耐磨损性、耐侵蚀和/或耐腐蚀性，并且可以延长浇口嵌件48的寿命。
因此，可以提供包括以下各项的浇口44：(a)由第一基底材料100制成的基底49，其中基底49具有浇口区域50，以及(b)在浇口区域50的第一基底材料100的上方和正上方形成的第二材料层120，第二材料层120由具有区分第二材料层120与第一基底材料100的特性的材料制成。第二材料层120可以冶金结合到第一基底材料100，并且可以具有限定浇口44的内表面。区分特性可以是增加机械耐磨损性、增加耐侵蚀性和增加耐腐蚀性中的至少一个。
现在将参考图1至2A描述在注射循环的过程中的注塑机10的操作。在典型的注射循环中，阀杆36通过活塞38缩回而不与由浇口嵌件48提供的浇口44接触以便打开浇口44。由热流道***12送入喷嘴通道34并因此送入喷嘴尖端32的树脂可以在压力下通过浇口44输送到模腔40。在整个循环中，喷嘴尖端32可以通过喷嘴加热带42连续地或间歇地加热。当树脂被输送到模腔40中时，腔体冷却通道54和浇口冷却通道58是不活动的，由此允许树脂在开始冷冻/硬化之前填充模腔40。一旦模腔40被填充，阀杆36就可以前进以便停在浇口44中以停止树脂的流动。同时，可以激活腔体冷却通道54和浇口冷却通道58，并且树脂冷却以形成制品56。模具打开，然后可以将成品模制品从模具和注塑机10中排出。然后模具封闭，并且循环重复。
提供了制造浇口44的方法。不同于可以通过仅切割材料以形成模具浇口(即，减成制造工艺)或通过将两个部分压制或锻造在一起以形成浇口嵌件结构的常规工艺(仅仅是这两个部分之间无论如何都没有结合的机械工艺)，本工艺使用增材制造工艺，不同之处在于内层冶金结合到基底材料上。这种增材制造工艺可以包括熔化第二耐磨损/耐侵蚀/耐腐蚀材料，然后当其冷却时，在接合表面处将第二材料和第一材料融合在一起，由此在这两种材料之间形成冶金结合。
不是仅从材料块开始切割/加工掉不需要的材料，本工艺可以包括通过在基底的顶部上添加另一种材料的至少第二层来形成一种材料的基底，第二层通过增材制造工艺冶金结合到第一层。
这种增材制造工艺的示例是粉末或线材形式的第二耐磨损材料沉积在第一外层材料上。这可以使用激光沉积工艺进行。可以粉末形式采用的第二耐磨损材料的示例是耐磨损金属、陶瓷或金属基质复合材料。
形成第二材料的粉末或线材可以用大功率热源(诸如，例如激光器或电子束)熔化。
然后，熔化的第二材料可以与第一材料形成紧密接触，然后冷却并在界面表面处与第一基底材料的表面熔合在一起。结果是第二材料冶金结合到第一材料层。
在本文中，术语“冶金结合”或“冶金结合的”是指第一基底材料和第二耐磨损/耐侵蚀/耐腐蚀材料的接合表面熔合在一起，使得接合表面处的材料混合在一起形成互连两层的连续区域。这两种材料之间没有形成新的化学结合。然而，熔合在一起可以减少界面处的不连续性，因为来自熔化的第二材料的一些材料可以填充基底材料的表面孔。一旦第二材料冷却并硬化，就可以与基底材料形成相对较强的机械结合。
这种冶金结合部件的第一和第二材料之间的结合的机械强度可以高于被压制或锻造在一起的两个部件的机械强度(例如在美国专利号6,220,850的教导中描述的)。
另外，因为第二材料层的内表面然后将覆盖基底材料的顶表面，所以第二材料将是与例如阀杆和/或树脂接触的材料，并且能够比基底49的第一材料更好地抵抗侵蚀、腐蚀或机械磨损。
在一些实施例中，基底49的第一材料的一小部分和第二材料可被加热到其熔化温度以上，并且使熔化的材料混合在一起以形成冶金结合。然而，基底49的第一材料的熔化必须非常局部地进行(例如，可能使用激光器或电子束进行)使得基底的大部分第一材料不会受到负面影响(即，诸如强度、硬度、微观结构等性质等不受影响)。另外，虽然第二材料可能不必完全覆盖浇口区域50中的基底49的第一材料，但是通常希望它这样做。
因此，并且如上所述，第二材料120可以通过增材制造工艺(诸如如上所述的增材制造工艺之一)添加到第一基底材料100。
现在参考图3至8B的时序图，示意地示出了在注塑机10的模具的部件111(图8A中示出)中形成浇口结构的非限制性示例性方法。
如图3中所描绘的非限制性实施例中所示，模具部件111可以由第一材料(也称为基底材料)的实心坯件112(例如，圆柱形块)制成。如所示，整个模具部件111可以作为单独的整体材料件提供。然而，用于形成模具部件111的以下过程可以容易地适于形成具有上述关于注塑机10的类型的浇口44的浇口嵌件48。模具部件111可以是包含浇口结构的任何这种模具部件。
关于模具部件111，第一材料可以是如上关于浇口嵌件48所指示的第一基底材料100，诸如例如H13工具钢。
如图4中所描绘的非限制性实施例中所示，首先可以粗略地形成模具部件111的外部轮廓115。该步骤也可以在稍后但在模具部件111被热处理之前进行，如下所述。模具部件111通常可粗略地形成，然而模具部件将不会完成成形(形成其最终尺寸)直到在以已知方式进行热处理之后为止。同样，内腔117的轮廓119也可以粗略地形成，并且可以通过常规设备和方法(诸如通过在车床中转动模具部件111)形成，并且同样也不能完全成形直到热处理之后为止。
接下来，如图5中所描绘的非限制性实施例中所示，喷嘴孔123可以粗略地形成，并且可以包括上部121a和比上部121a窄的下部121b。下部121b通常可以提供浇口区域125(参见图6B)。包括下部121b的喷嘴孔123可以使用常规设备和方法(诸如用车床或铣床)形成。
此后，如图6A和6B中所描绘的非限制性实施例中所示，从模具部件111的模腔侧，可以通过常规设备和方法(诸如钻孔、启动车床或铣削)在喷嘴孔123的下部121b下方从浇口区域125中移除第一基底材料100的部分。从浇口区域125中移除的第一基底材料100的量将大于限定浇口44(参见图8B)所需的量，以便允许将形成第二材料层120的附加材料添加到浇口区域125以提供浇口44的期望尺寸和配置。
此后，可以已知方式对整个模具部件111进行热处理以将第一材料硬化到足够硬的状态。
一旦热处理结束，接下来，如图7A和7B中所描绘的非限制性实施例中所示，可以在浇口区域125中进行增材制造工艺以将第二材料层120添加到浇口区域125的内表面上。在一些实施例中，作为增材制造工艺的一部分，所有浇口区域125都可以填充有第二材料层120的材料。作为示例，粉末或线材形式的合适添加剂材料127可以沉积在浇口区域125中和附近的模具部件111上。添加剂材料可以是如上所述的第二材料层120的材料。然后可以使用大功率/能量源129(诸如，例如激光束或电子束)熔化添加剂材料。一旦添加剂材料熔化并填充浇口区域125，它就可以冷却并固化抵靠基底材料，诸如H13工具钢，并且在基底材料与添加剂材料之间产生冶金结合，诸如如上所述。
此后，参考图8A和8B中所描绘的非限制性实施例，内腔117的内表面的特定最终形式可以通过合适设备和方法(诸如通过电火花加工(“EDM”))形成，并且可以通过已知设备和方法抛光以便为模腔的面向内的表面产生合适的光洁度。
同样，如图8A和8B中所示，可以使用诸如EDM或夹具研磨等常规设备和方法将浇口44和下部121中的喷嘴孔147机械加工成精确的公差。应当明白，诸如例如通过机械加工在浇口区域125中改性第二添加剂材料的内表面，可以形成浇口44的配置。与第一基底材料的机械加工相比，加工或以其它方式改性第二添加剂材料可能更困难，因为与第一材料相比，第二材料的硬度/耐磨性或其它特性增加。然而，仅在已经添加第二材料层120并且机械加工以产生期望的模具浇口轮廓的浇口区域125的有限部分中需要更加困难的处理。
结果可能是模具部件111是单个整体形成的部件，其提供由基底材料的内表面限定的基本上无缝的模腔表面，并且延伸穿过模腔、穿过模具浇口区域125并进入喷嘴区域。材料从模腔到喷嘴区域的唯一变化可以在模具浇口区域125中。在该模具浇口区域125中，浇口44可以由冶金结合在基底材料上的材料层的内表面限定，该层由与该部件的其余部分不同的材料制成，而且第二材料的末端处的界面通过机械加工过程平滑。第二材料层120可以覆盖浇口区域125中的大部分第一基底材料100，并且通常可以完全覆盖浇口区域125中的第一基底材料100。
参考图2B(II)，在替代实施例中，可以提供第三填隙层110(缓冲层)，其可以是在第一基底材料100与第二材料层120之间形成单独的中间层的材料。填隙层110可以利用如上所述的增材制造工艺沉积在第一基底材料100上，形成第一冶金结合，然后可以同样用增材制造工艺在间隙材料层110上沉积第二材料层120(诸如上面提到的)，优选地仅与间隙材料层110而不是第一基底材料100形成第二冶金结合。当需要时，基于基底材料和添加形成的材料的不相容性来选择间隙材料。
在优选实施例中，第一基底材料可以是H13工具钢，填隙层110可以是镍铬金属基质，而第二材料层120可以是金刚石粉末。填隙层110的深度可以在0.05mm至0.5mm的范围内，而第二材料层120的深度可以在0.5mm至3mm的范围内。
填隙层110可以被提供为第一基底材料100与第二材料层120之间的潜在不相容性之间的缓冲层或过渡层。因而，填隙层110的耐磨损/耐腐蚀特性可能不是非常重要的。另外，填隙层110的熔化温度也可能不是关键的，因为它可能沉积在非常薄的层中(以免过度加热第一基底材料100)。在一个可能的实施例中，填隙层110具有热膨胀系数(CTE)，其在第一基底材料100的CTE与第二材料层120的材料的CTE之间，使得CTE从第一基底材料100更复杂地过渡到第二材料层120。这可以增强热冲击能力、切屑、剥落等。
填隙层110可以应用于任何增材制造工艺，包括例如使用如上所述的激光沉积工艺。间隙材料110可以与第二材料层120相同的方式添加，使得例如如果第二材料层120通过激光加热经由粉末流添加，则在形成第二材料层120之前，间隙材料可以首先经由粉末流吹入，然后局部熔化以与第一基底材料100形成冶金结合。在沉积了填隙材料110之后，然后可以切换粉末流以沉积第二材料层120。无论材料是经由粉末流添加还是通过送入线材或材料带，都可以应用相同工艺。在第二材料层120与第一基底材料100不相容(例如，具有不同的CTE或不能很好地结合的趋势)的情况下，可以沉积填隙层110。
通常，在将第二材料层120涂敷到填隙层110的外表面之前，允许填隙层110完全固化到第一基底材料100上。间隙材料层110通常可以在喷嘴孔123形成之后涂敷，如上文所述并在图6A和6B中描述。然后可以涂敷第二材料层120。
填隙层110可以覆盖浇口区域125中的大部分第一基底材料100，并且通常可以完全覆盖浇口区域125中的基底的第一基底材料100。类似地，填隙层120可以覆盖大部分的填隙层110，并且通常可以完全覆盖填隙层110。在一些实施例中，可能期望确保第一基底材料100对填隙层110的覆盖范围比第二材料层120对填隙层110所需的覆盖范围更大，以便降低风险与无意地将一些第二材料层120直接沉积在第一基底材料100上相关联的问题。
如上所述，在上述实施例中，浇口区域50形成在浇口嵌件48中，是形成在模具堆叠中的模具嵌件中的浇口的示例。然而，模具浇口结构可以形成在注塑机的一个或多个其它部件中，诸如在注射喷嘴的区域中，诸如在喷嘴尖端的内表面区域中，或者在注射喷嘴的一部分与模具嵌件之间延伸的区域中。
仅作为示例，参考图9A和9B，喷嘴组件214可以是与图1中所描绘的注塑机10类似的注塑机的一部分。喷嘴组件214可以包括喷嘴壳体230，其中可以保持喷嘴主体231和喷嘴尖端232。喷嘴主体231可以安装在歧管板(未示出)和另一个部件224中，该部件可以是空腔块或浇口嵌件。与歧管熔料通道(未示出)连通的喷嘴通道234延伸穿过喷嘴尖端232以使得树脂能够连通到喷嘴尖端。然后树脂可以流过喷嘴尖端进入模具腔体侧上的模具嵌件并到达模腔。
阀杆236可以位于喷嘴通道234内，并且可以通过活塞(未示出)在打开位置(图9B)与封闭位置(图9A)之间往复运动。在打开位置中，树脂可以流入模腔，该模腔可以由与腔板(未示出)相关联的一个或多个腔体构件形成。在封闭位置，如所示，阀杆236可以压靠在形成于喷嘴尖端232中的浇口244上以限制树脂从喷嘴尖端232流动并且防止树脂流入模腔。
在一些其它非限制性实施例中，浇口244可以是热控制浇口，而在其它非限制性实施例中，浇口可以是机械控制浇口。在希望采用机械阀浇口来控制树脂流入模腔的情况下，浇口244可以形成在喷嘴尖端232的浇口区域250中。诸如通过在喷嘴主体231的内表面上和喷嘴尖端的外表面上提供协作的接合圆柱形螺纹，喷嘴尖端232可以可释放地附接到喷嘴主体231。接合螺纹表面能够彼此接合以将喷嘴尖端232可释放地固定到喷嘴主体231。类似于上述图2的实施例，重复打开和封闭浇口244可能会发生浇口区域250的磨损。这种磨损可能发生在阀杆236的尖端以封闭位置安置在浇口244中的情况下(图9A)。浇口区域250可以是浇口244的大致锥形部分，其与阀杆236的锥形尖端互补。在图9A中喷嘴组件214被示为处于封闭位置，阀杆236安置在浇口244中，由此密封浇口244并防止树脂流入模腔(未示出)。
浇口嵌件248的与熔融树脂接触的内表面(包括浇口区域250中的内表面)也可能受到某些熔融树脂的腐蚀影响。这种腐蚀性影响尤其可以在围绕喷嘴尖端232的区域中发生，其中熔融树脂在注塑机的操作期间收集。这种腐蚀性影响也可以发生在限定浇口244的浇口区域250中。
具有喷嘴主体231和喷嘴尖端232的喷嘴组件214中的模具浇口结构的结构可以与上面参考图2、2A和2B(I)描述的浇口结构基本相同。在该实施例中，喷嘴尖端232可以包括由第一基底材料100形成的基底49(上文参见图2B(I))，该第一基底材料可以是相对较坚硬且坚固的材料，而且也可以是高导热的并且还可以特别适合于机械加工。关于包括喷嘴尖端232的喷嘴组件，此类基底材料100的示例同样包括合适的工具钢，诸如H13工具钢和420不锈钢。用于喷嘴尖端232的浇口244的第一基底材料100也可以类似地被选择为具有诸如以下一个或多个性质：(a)成本相对较低(相对于外来耐磨损材料)；(b)较高的可制造性；(c)抛光性(适用于模腔表面)；(d)导热性以及(e)在一些情况下的耐腐蚀性。合适的基底材料100通常是工具钢。
在该实施例中，基底49可以限定喷嘴尖端232的内表面的一部分，该部分限定了浇口244的浇口区域250附近的喷嘴通道234的一部分。同样参考图2B(I)，在该实施例中，在由第一基底材料100制成的浇口244的浇口区域250中，基底49的面向内的表面51可以具有第二材料层120，其涂敷在表面51上方并且在该实施方案中通过增材制造工艺直接涂敷在该表面上方以通过与上面相同的方式形成冶金结合。
如上所述，第二材料层120可以由第二材料制成，该第二材料具有区分该第二材料与第一材料的至少一个特性。此类特性可以包括以下一个或多个：(a)改进的耐磨损性(即，抵抗诸如例如由于阀杆在浇口中的移动引起的材料损失/机械源的损坏)，(b)改进的耐侵蚀性(抵抗由于塑料(及其填充材料，如果适用)通过浇口引起的材料损失)，(c)改进耐腐蚀性(抵抗由于与浇口附近材料发生化学相互作用而引起的材料损失/其它损坏)；和(d)增加硬度。
第二材料层120可以比第一材料更硬并因此更耐磨损。如上所述，硬度可以通过本领域已知的技术测量。合适的耐磨损第二材料层120材料可以是金属、金刚石颗粒、碳化物颗粒、陶瓷等以及它们的任何组合。更具体地，合适的耐磨损材料可以包括但不限于金刚石金属基质复合材料、碳化钨、碳化钨钴、钴合金、镍基碳化物合金、镍铬钼合金。
为了促进第二材料层120材料与第一基底材料100的冶金结合，第二材料层120不一定必须具有比第一基底材料100低的熔化温度。例如，第二材料层120材料可以诸如用激光器局部加热，然后添加到第一基底材料100而不熔化第一基底材料100。
在优选的非限制性实施例中，对于喷嘴尖端232中的浇口244，第一基底材料100可以是H13工具钢，而第二材料层120可以是碳化钨，第二材料层120的深度范围是0.5mm至3mm。
通过为浇口区域250和浇口244附近的喷嘴尖端232的面向内的表面提供第二材料层120，可以改进限定浇口244的浇口区域250的整体耐磨损、耐侵蚀和/或耐腐蚀性，并且可以延长喷嘴尖端232的寿命。通过提供可以与喷嘴主体231(诸如与接合螺纹表面)可释放地接合的喷嘴尖端232，如果形成在喷嘴尖端232中的浇口244开始遇到过度磨损，则可容易地移除喷嘴尖端232并且可以再次执行通过将新的第二材料层120涂敷到基底100来更换或可能修复浇口以便翻新喷嘴尖端232。
应当注意，当修复部件中诸如腔体块中的浇口结构等浇口结构时，通过将新的第二材料层120涂敷到浇口结构的基底100来修复浇口区域可能是特别有用的。
因此，可以提供包括以下各项的浇口244：(a)由第一基底材料100制成的基底49，其中基底49具有浇口区域250，以及(b)在浇口区域250的第一基底材料100的上方和正上方形成的第二材料层120，第二材料层120由具有区分第二材料层120与第一基底材料100的特性的材料制成。第二材料层120可以冶金结合到第一基底材料100，并且可以具有限定浇口244的内表面。区分特性可以是增加机械耐磨损性、增加耐侵蚀性和增加耐腐蚀性中的至少一个。
提供制造浇口244的方法，其使用增材制造工艺，其中内层冶金结合到基底材料。这种增材制造工艺可以包括熔化第二耐磨损/耐侵蚀/耐腐蚀材料，然后当其冷却时，在接合表面处将第二材料和第一材料融合在一起，由此在这两种材料之间形成冶金结合。
同样以与上述类似的方式，可以用于形成浇口244的添加制造工艺的示例是粉末或线材形式的第二耐磨损材料沉积在第一材料外层上。这可以使用激光沉积工艺进行。浇口244中可以粉末形式采用的第二耐磨损材料的示例是耐磨损金属、陶瓷或金属基质复合材料。形成第二材料的粉末或线材可以用大功率热源(诸如，例如激光器或电子束)熔化。然后，熔化的第二材料可以与第一材料形成紧密接触，然后冷却并在界面表面处与第一基底材料的表面熔合在一起。结果是第二材料冶金结合到第一材料层。
可以通过如上所述的其它增材制造工艺将第二材料120添加到第一基底材料100，该增材制造工艺诸如：1.使用大功率能量源(激光器、电子束)熔化已沉积在基板上的粉末层的增材工艺；2.利用粉末颗粒的动能使粉末塑性变形到工件上的增材工艺(冷喷涂)。
因为第二材料层的内表面然后将覆盖基底材料的顶表面，所以第二材料将是与例如阀杆和/或树脂接触的材料，并且能够比浇口244中的基底49的第一材料更好地抵抗侵蚀、腐蚀或机械磨损。
为了在喷嘴尖端232中形成合适的浇口244，可以将粉末或线材形式的合适添加剂材料沉积到喷嘴尖端的内表面232a上，该喷嘴尖端可以常规方式形成但设置有圆柱形开口直径，该直径大于浇口开口的期望最终直径。添加剂材料可以是如上所述的第二材料层120的材料。然后可以使用大功率/能量源熔化添加剂材料。一旦添加剂材料熔化并填充浇口区域250，它就可以冷却并固化抵靠基底材料，诸如H13工具钢，并且在基底材料与添加剂材料之间产生冶金结合，诸如如上所述。
此后，喷嘴尖端232的内表面的特定最终形式可以通过合适设备和方法(诸如通过电火花加工(“EDM”))形成，并且可以通过已知设备和方法抛光以便为产生合适的光洁度。
在一些实施例中，再次参考图2B(II)，以与上述相同的方式，喷嘴尖端232的浇口244(如浇口嵌件48中的浇口44)可以由三种材料层配置构成，并且包括填隙层110，其可以被设置为第一基底材料100与第二材料层120之间的潜在不相容性之间的缓冲层或过渡层。可以提供第三填隙层110(缓冲层)，其可以是在第一基底材料100与第二材料层120之间形成单独的中间层的材料。填隙层110可以利用如上所述的增材制造工艺沉积在第一基底材料100上，形成第一冶金结合，然后可以同样用增材制造工艺在间隙材料层110上沉积第二材料层120(诸如上面提到的)，优选地仅与间隙材料层110而不是第一基底材料100形成第二冶金结合。当需要时，基于基底材料和添加形成的材料的不相容性来选择间隙材料。
在优选实施例中，第一基底材料可以是H13工具钢，填隙层110可以是镍铬金属基质，而第二材料层120可以是金刚石粉末。填隙层110的深度可以在0.05mm至0.5mm的范围内，而第二材料层120的深度可以在0.5mm至3mm的范围内。
同样，如上所述，填隙层110可以应用于任何增材制造工艺，包括例如使用激光沉积工艺。间隙材料110可以与第二材料层120相同的方式添加，使得例如如果第二材料层120通过激光加热经由粉末流添加，则在形成第二材料层120之前，间隙材料可以首先经由粉末流吹入，然后局部熔化以与第一基底材料100形成冶金结合。在沉积了填隙材料110之后，然后可以切换粉末流以沉积第二材料层120。无论材料是经由粉末流添加还是通过送入线材或材料带，都可以应用相同工艺。在第二材料层120与第一基底材料100不相容(例如，具有不同的CTE或不能很好地结合的趋势)的情况下，可以沉积填隙层110。
同样如上所述，通常，在将第二材料层120涂敷到填隙层110的外表面之前，允许填隙层110完全固化到第一基底材料100上。
填隙层110可以覆盖喷嘴尖端232的浇口区域250中的大部分第一基底材料100，并且通常可以完全覆盖浇口区域250中的基底的第一基底材料100。类似地，第二材料层120可以覆盖大部分的填隙层110，并且通常可以完全覆盖填隙层110。在一些实施例中，可能期望确保第一基底材料100对填隙层110的覆盖范围比第二材料层120对填隙层110所需的覆盖范围更大，以便降低风险与无意地将一些第二材料层120直接沉积在第一基底材料100上相关联的问题。
以上对实施例的描述提供了本发明的示例，并且这些示例不限制本发明的范围。应当理解，本发明的范围仅受权利要求的限制。上述发明构思可以适用于特定条件和/或功能，并且可以进一步扩展到本发明的范围内的各种其它应用。
仅作为示例，虽然已经特别参考PET预制件的模塑描述了前述实施例，但是显而易见的是，本发明的模具浇口部件可以适用于需要模具浇口的任何注塑机。
作为另一示例，虽然已经特别参考机械式模具浇口描述了前述实施例，但是本发明也可以用于其它类型的模具浇口，包括热控模具浇口，其中浇口处的温度变化控制模具材料是否将通过浇口。
已经如此描述了实施例，显而易见的是，在不脱离所描述的概念的情况下，可以进行修改和增强。
因此，要保护的内容仅受以下权利要求的范围限制。
当介绍本发明的元件或其实施例时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意图是包括性的，并且意味着可能存在除所列元件之外的其它元件。

Claims (41)

1.一种形成浇口的方法，所述方法包括：
(a)提供第一基底材料(100)的基底(49)，所述基底(49)具有浇口区域(125、250)；
(b)通过增材制造工艺在所述浇口区域(125、250)中向所述基底(49)添加第二材料层(120)以形成冶金结合，其中所述第二材料具有区分所述第二材料与所述第一基底材料的特性；
(c)改性所述浇口区域(50、125、250)中由所述第二材料构成的内表面以限定所述浇口(44、244)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述特性是增加耐磨性、增加耐侵蚀性和增加耐腐蚀性中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述特性是相对较高硬度。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中所述第二材料层(120)直接添加到所述基底(49)的表面(51)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在所述基底(49)与所述第二材料的所述层(120)之间添加材料的填隙层(110)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中通过增材制造工艺在所述基底(49)与所述第二材料的所述层(120)之间添加填隙材料层(110)，使得在所述基底与所述填隙层(110)之间形成第一冶金结合，并且在所述填隙层(110)与所述第二材料层(120)之间形成第二冶金结合。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述浇口区域(50、125)至少部分地在模具堆叠的模具嵌件(48)中。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述浇口区域(250)至少部分地在注射喷嘴中。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中浇口区域(250)至少部分地在注射喷嘴组件(214)的注射喷嘴尖端(232)中。
10.一种在模具部件中形成浇口的方法，所述方法包括：
(a)提供由第一材料制成的基底(49)；
(b)在所述基底(49)中形成浇口区域(50、125、250)；
(c)提供第二材料，其具有区分所述第二材料与所述第一材料的特性；
(d)通过增材制造工艺在所述浇口区域(50、125、250)中向所述基底(49)添加所述第二材料层(120)以与相邻材料形成冶金结合；
(e)形成所述浇口(44)，使得所述第二材料的内表面限定所述浇口(44、244)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述特性是增加耐磨性、增加耐侵蚀性和增加耐腐蚀性中的至少一个。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述特性是较高硬度。
13.根据权利要求10、11或12所述的方法，其中直接向所述基底的表面(51)添加所述第二材料以与所述第一材料形成冶金结合。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中在所述基底(49)与所述第二材料层(120)之间添加填隙材料层(110)。
15.根据权利要求14所述的方法，其中通过增材制造工艺在所述基底(49)与所述第二材料层(120)之间添加填隙材料层(110)，使得在所述基底与所述填隙层之间形成第一冶金结合，并且在所述填隙层与所述第二材料之间形成第二冶金结合。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其进一步包括在(b)之前，(f)在所述基底(49)中形成所述模具部件的外部轮廓。
17.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其进一步包括在(b)之前，(g)在所述基底(49)中形成所述模具部件的内腔的轮廓。
18.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其进一步包括在(b)之前，(h)在所述基底(49)中形成所述模具部件的喷嘴孔(123)。
19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括在(g)之后，其中(b)包括在所述喷嘴孔(123)下方从所述模具部件的内腔侧在所述基底(49)中形成所述浇口区域(125)。
20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括在(d)之前和(b)之后，(i)热处理所述基底(49)以硬化所述第一材料。
21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括在(d)之后，(k)在所述基底(49)中形成模腔(40)的特定形式的所述内表面。
22.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括在(d)之后，(l)形成所述浇口(44)使得所述浇口(44)的所述内表面由所述第二材料限定。
23.根据权利要求10至22中任一项所述的方法，其中所述浇口(44)形成在模具堆叠的模具嵌件(48)中。
24.根据权利要求10至22中任一项所述的方法，其中所述浇口(244)形成在注射喷嘴中。
25.根据权利要求10至22中任一项所述的方法，其中所述浇口(244)形成在注射喷嘴的喷嘴尖端(232)中。
26.一种浇口(44、244)，其包括：
(i)由第一材料制成的基底(49)，所述基底(49)具有浇口区域(50、125、250)；
(ii)形成在所述浇口区域(50、125、250)中的所述第一材料上方的层，所述层由第二材料制成，所述第二材料具有区分所述第二材料与所述第一材料的特性；
其中所述第二材料冶金结合到所述第一材料并且具有限定所述浇口(44、244)的内表面。
27.根据权利要求26所述的浇口，其中所述特性是增加机械耐磨性、增加耐侵蚀性和增加耐腐蚀性中的至少一个。
28.根据权利要求26或27所述的浇口，其中所述第二材料直接结合到所述基底上。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的浇口，其中中间材料层结合到所述基底与所述第二材料层并且在所述基底与所述第二材料层之间，能够操作以在基底与所述第二材料层之间提供缓冲层。
30.根据权利要求29所述的浇口，其中所述中间材料设置在所述基底与所述第二材料层之间，在所述基底与所述填隙层之间具有第一冶金结合并且在所述填隙层与所述第二材料层之间具有第二冶金结合。
31.根据权利要求26至30中任一项所述的浇口，其中所述浇口区域(44)至少部分地在模具堆叠的模具嵌件(48)中。
32.根据权利要求26至30中任一项所述的浇口，其中所述浇口区域(244)至少部分地在注射喷嘴组件(214)中。
33.根据权利要求26至30中任一项所述的浇口，其中所述浇口(244)在注射喷嘴的喷嘴尖端(232)中。
34.一种浇口，其包括：
(i)由第一耐磨材料制成的基底(49)，所述基底(49)具有浇口区域(50、125、250)；
(ii)形成在所述浇口区域(50、125、250)中的所述第一耐磨材料上方的层，所述层由第二耐磨材料制成，所述第二耐磨材料具有区分所述第二耐磨材料与所述第一耐磨材料的特性；
其中所述第二耐磨材料通过增材制造工艺形成在所述第一耐磨材料的表面上方。
35.根据权利要求34所述的浇口，其中所述浇口区域(50、125)在模具堆叠的模具嵌件(48)中。
36.根据权利要求34所述的浇口，其中所述浇口区域(250)在注射喷嘴组件(214)中。
37.根据权利要求34所述的浇口，其中所述浇口区域(250)在注射喷嘴的喷嘴尖端(232)中。
38.一种浇口，其包括：
(i)由具有第一硬度的第一材料形成的基底(49)，所述基底(49)具有浇口区域(50、125、250)；以及
(ii)在浇口区域(50、125、250)中形成于所述基底(49)上的内层，所述内层由具有相对高于所述第一硬度的第二硬度的第二材料制成；
其中所述第二材料冶金结合到所述第一材料，并且所述内层的内表面限定所述浇口(44、244)。
39.根据权利要求38所述的浇口，其中所述浇口(44)在模具堆叠的模具嵌件(48)中。
40.根据权利要求38所述的浇口，其中所述浇口(244)在注射喷嘴组件(214)中。
41.根据权利要求38所述的浇口，其中所述浇口(244)在注射喷嘴的喷嘴尖端(232)中。
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