CN1964831A - 一种用于模制塑料材料的加热喷嘴部件 - Google Patents

Abstract

一种具有形成中央注射管(14)和呈圆柱状的外侧面(13)的管形金属芯(12)的喷嘴。一种加热器/散热器装置，包括被安装在芯(12)的圆柱面(13)周围的具有开口环形剖面的呈管形圆柱状的金属散热器(30)。散热器(30)具有与所述喷嘴插芯的圆柱面(13)相配合的呈圆柱状的内表面(30d)，两个相对的纵向自由边(30e、30f)，所述纵向自由边沿周向隔开(d)，并且彼此独立(d)，并且在它们之间限定出一个沿所述散热器(30)的圆柱面母线延伸的纵向空间(30g)，还具有在所述散热器元件的表面(30d)中形成的凹入的沟槽状基座(32)。一个电阻器(40)被设在沟槽状基座(32)中。所述纵向自由边(30e、30f)之间的距离(d)是这样的，即当利用提供电流通过电阻器(40)而使喷嘴部件得到加热时，所述散热器(30)通过在围绕喷嘴的周向方向上延伸而产生自由热膨胀，而不会沿径向移动远离所述喷嘴插芯的外表面(13)。

Description

一种用于模制塑料材料的加热喷嘴部件

本发明涉及一种用于模制塑料材料的加热喷嘴部件。

按照常规来说，用于模制塑料材料的注射喷嘴包括一个圆柱状的管形钢芯，所述钢芯形成一个中心的纵向注射管，用以将熔化的塑料材料通过一个或多个注射孔注射到模具的模腔中。电阻器呈螺旋型盘绕在管形芯上，用以加热从注射管中流过的塑料材料并且保持受材料流动影响的这部分喷嘴处在一个受控制的温度，以便避免所述材料产生固化。电阻器通常在靠近注射孔的区域彼此间缠绕得更加紧密，所述区域由于更靠近模腔从而倾向于比喷嘴的中央区域冷却得更加迅速。利用一个毛细热电偶来检测注射孔附近的喷嘴温度。由电阻器提供的热量倾向于在喷嘴的中央区域集聚，在这一区域就会达到比注射孔区域更高的温度；有时，这些更高的温度对于这种类型的进行加工的塑料材料而言是不允许的，而是应当将这种类型的进行加工的塑料材料控制在一个十分有限的温度范围内以避免塑料材料产生降解。因此，一旦热电偶检测到的注射孔区域的温度低于预先设定的最小值，电阻器就启动，但是即使中央区域注射管的温度是可接受的，也会由于电阻器接通致使该温度持续升高直到超过所述材料的最大许可值。

在这些已公知的解决方案中，主要使用具有矩形剖面的螺旋形电阻器从而增大电阻器与周围缠绕着电阻器的管形喷嘴插芯之间的接触区域。然而，接触区域仅自然地构成电阻器总表面的一小部分，以致于电阻器产生的绝大部分热量并未真正传送至喷嘴，而是散逸进入周围的模具中从而损失掉了。事实上，模具进而也得到冷却以便保持模腔壁的温度尽可能地低，从而加速所述熔化材料的固化过程，由此缩短模制周期。

为了散逸来自喷嘴中央部分的热量，并且使热量能够更均匀地沿注射管分布，已经建议将电阻器结合在一个被装配在管形喷嘴插芯外部的管形金属扩散器元件中。根据这种解决方法，一个沟槽状的基座形成在圆柱状的管形元件外表面上，并且将电阻器***到其中。然而再一次，从电阻器外表面向周围模具产生过量的散热；此外，并未在电阻器与管形喷嘴插芯之间形成直接接触(和由此的通过传导进行的直接传热)。

因此，本发明的目的在于提供一种改进的加热喷嘴部件，所述改进的加热喷嘴部件主要解决以下问题：

-在预先设定且有限的温度范围内，均匀地加热喷嘴的注射管；

-防止热量发生累积从而导致喷嘴中央部分中的温度过高，并且

-优化提供给电阻器的电能消耗，以及减少由此向安装喷嘴的模具散逸的热量。

通过具有由所附权利要求限定的特征的加热喷嘴部件，可实现通过以下说明书能更好地理解的这些以及其它目的和优点。

参照附图并借助对仅通过非限制性实例的方式给出的本发明的一个实施例进行的详细描述，本发明的特征和优点将变得更加清楚，其中：

图1是根据本发明所述的加热喷嘴部件的剖视图，所述加热喷嘴部件包括喷嘴和加热器/散热器装置，

图2和图3分别是用以形成图1所示类型的加热器/散热器装置的板状半成品的平面图和沿线III-III截取的剖视图，

图4是装配有电阻器的图2所示平板的平面图，

图5-图7是用以形成加热器/散热器装置的三个独立的弯曲步骤的示意图，

图8是加热器/散热器装置的剖视图，

图9是图8所示细节的放大视图，

图10是沿图1中线X-X截取的剖视图，和

图11和图12是根据本发明的另外两个散热器实施例的与图2相似的平面图。

下面参照图1可知，用以模制塑料材料的注射喷嘴10被安装在具有模腔21的模具20中。

喷嘴10包括一个钢制本体11，所述钢制本体与一个具有外侧面13的圆柱状管形芯12形成一个整体。

管形芯12具有一根中央纵向注射管14，所述中央纵向注射管在上部区域15和下部区域16之间延伸，所述的上部区域15用以输入熔化的材料，而在所述的下部区域16中***了一个用于形成注射管14端部部分的常规尖端17。一个毛细热电偶19延伸至在注射管14的下部区域16附近，用以检测塑料材料呈熔融状态注射进入模腔中的区域附近的温度。

一个管形圆柱状散热器30被安装在管形芯12的侧面13上；散热器30具有限定出与管形芯侧面13匹配的中心型腔的开口环状剖面。由于下述原因，如图8和图10所示，散热器30具有相对的、间隔的自由纵向边30e、30f，它们之间限定出一个沿散热器30的圆柱面母线延伸的纵向空间30g。

散热器30是由具有高热导率的金属或者金属合金制成的，如黄铜、铜或者铝，且当如图1所示被安装在一个喷嘴上时，散热器大体上沿着钢制管形芯12的全部长度延伸。

在其内圆柱面30d上，散热器30具有一个凹入的沟槽状的基座32，所述基座容纳用以直接加热管形芯12的电阻器40。沟槽32沿着围绕管形芯侧面延伸的路径，从而使得电阻器40与散热器30共同作用向管形芯12均匀传热。由于其具有高的热导率，因此散热器30也能够确保沿着管形芯12维持大体上均匀的温度，从而避免热量累积以及喷嘴中央区域温度过高。

一种制造加热器/散热器装置30并将其安装在喷嘴10上的方法如下所述。

由一个平的金属板开始，制造一个如图2和图3中的30a所示的大体矩形平板。平板30a具有与喷嘴插芯12的长度相对应的高度h，散热器被装配到喷嘴插芯上，平板30a还具有略小于喷嘴插芯侧面13圆周长的宽度w。平板的厚度t是这样选定的：从而使得后续形成在平板的两个表面中的一个之上的沟槽32适于容纳绕线式电阻器40，该绕线式电阻器的直径是根据所需要的电特性预先选择好的。例如，约2mm厚的平板可以用来容纳直径为1mm的导线。在图示的优选实施例中，平板30a的两个相对的纵向边30e、30f沿朝向平板的一个面30d收敛的平面倾斜，它们在使用中将会面向喷嘴的内部。

然后例如采用铣削、放电机械加工、或者其它的可以形成沟槽32的已公知的加工方法加工平板30a的内表面30d，所述沟槽32具有大体呈C形或者U形的剖面，以精确地容纳电阻器40，或者具有预定的间隙。另一种可选方式是，在被切割成大量的小块平板之前可以在初始平板上根据沟槽的数量进行所述形成沟槽32的步骤。

然后将电阻器40装配在沟槽32中(图4)。为了确保在安装条件下与喷嘴插芯表面直接接触，电阻器的表面与具有沟槽32的面30d相齐平，或者略微超出该面。

装配了电阻器的平板30a然后被放置到第一弯曲工具P1中(图5)，其中平板上的两条相对的纵向边30e、30f沿朝向面30d面对的方向被弯曲。平板接下来被放置到第二弯曲工具P2(图6)中，其中可赋予平板C形或者U形。最后，在第三弯曲工具P3(图7)中，形成具有平行于相对边30e、30f的纵向中心轴线x的最终开口管形圆柱状本体30。

在该弯曲步骤中使用一个圆柱形成型工具P4，该圆柱形成型工具被安放在与内表面30d接触的位置上。工具P4的直径略小于待装配散热器的喷嘴管形芯12的圆柱面13的直径。

在如图6和图7所示的弯曲步骤中，散热器30的弯曲还至少在沟槽32平行于散热器纵向轴延伸的部分中，有利地致使沟槽32的相对面32a、32b略微收敛靠近。相对面32a、32b向散热器中央的收敛靠近(图8和图9)所具有的效果是将电阻器40夹紧在沟槽32中。自然地，在这种情况下，必须精确选择沟槽32和电阻器40的形状和尺寸以达到这种夹紧效果。

如图10所示意性示出的，毛细热电偶19被牢固地容纳和约束在两条边30e和30f与管形芯12的外表面13之间所限定出的空间中。热电偶19的直径大于自由边30e和30f之间的最大距离。这一最大距离是指喷嘴处于冷却状态时的距离。

下面一点是重要的，即当在冷却状态下散热器30与结合在一起的电阻器40被安装在喷嘴上时，纵向边30e和30f沿周向间隔开预定距离“d”，例如，间隔大约0.5mm。由于这样进行布置，当利用提供电流通过电阻器40而使喷嘴得到加热时，散热器30通过在围绕喷嘴的周向方向上延伸而产生自由热膨胀，而不会象当散热器是一个具有闭合环状剖面的管形件或者边30e和30f相对于彼此受到刚性约束时会发生的那样，沿径向产生膨胀从而远离喷嘴的外表面13。因此根据本发明，散热器内表面30d的直径在冷却和加热循环期间大体上保持不变。这就确保了电阻器40总是与喷嘴插芯12的表面13保持直接接触。同样应该注意的是，在加热阶段，钢制芯12(其具有闭合的环状剖面)同样会沿径向产生膨胀，并且喷嘴的这种径向膨胀会因此改进了与电阻器40的接触，而不必考虑事实上制造喷嘴所用的钢材料的热膨胀系数，比制造散热器30优选使用的黄铜材料的热膨胀系数更低。

在最大加热条件下，相对的边30e和30f仍然可以略微彼此分开，或者彼此虽然有接触但是不会导致散热器产生径向膨胀从而使散热器面30d以及电阻器40发生明显移动远离喷嘴的外表面13。

如上面所提到的，在弯曲平板30a的步骤中，优选使用工具P4，工具P4的直径略小于喷嘴插芯12的圆柱面13的直径。一旦弯曲形成其最终曲面形状，散热器的内表面30d便会具有这样的直径，即在自由的或无形变的条件下，该直径略小于管形芯12的外径。为了把散热器装配到喷嘴插芯上，可以借助合适的工具(未示出)利用将散热器30弹性地展开而产生的略微径向过盈而将散热器30安置在管形芯12上。借助这种过盈配合，散热器可弹性地夹紧在喷嘴上，并且进一步确保喷嘴与电阻器之间的连续接触。

应注意的是，与前面说明书的背景技术部分中所讨论的常规散热器相比，根据本发明，除喷嘴插芯和散热器所用材料的热膨胀系数不同外，电阻器40与喷嘴插芯12直接、连续地接触。电阻器环绕散热器内圆柱面的均匀分布确保了向注射管的均匀传热，尤其是在其最靠近注射孔的区域内。此外，由于电阻器40与喷嘴插芯的圆柱形壁13直接接触，因此就有可能在消耗较低电流的条件下，使注射沟槽达到并维持规定的温度。与沟槽32的壁相接触的电阻器40的表面部分将热量传给散热器30而不是模具。申请人进行的实验已经显示，本发明可以节约60％或者更多的电能。

这里所列的实施例应被认为是喷嘴部件结构的实例，但本发明并不局限于这些实施例。相反地，本发明可以在形状、部件布置、结构和操作细节上有所改进。例如，如图11和图12所示，沿散热器内表面的沟槽32延伸的路径可以依据喷嘴的类型、尺寸和操作要求而改变。图11和图12示出了两个实例，其中沟槽32(以及由此的电阻器40)在散热器的上端和下端区域分布得更加紧密，而在中间区域分布的相对不紧密些以避免在这一区域中产生热量累积。

Claims (8)

1.一种用于模制塑料材料的注射喷嘴部件，包括：

具有形成中央纵向注射管(14)和基本呈圆柱状的外侧面(13)的管形金属芯(12)的喷嘴，

加热器/散热器装置，所述加热器/散热器装置包括：

-被安装在芯(12)的圆柱面(13)周围的具有开口环形剖面的呈管形圆柱状的金属散热器(30)，

具有与所述喷嘴插芯的圆柱面(13)相配合的大体呈圆柱状的内表面(30d)，

具有两个相对的纵向自由边(30e、30f)，所述纵向自由边沿周向隔开(d)，并且彼此独立(d)，并且在它们之间限定出一个沿所述散热器(30)的圆柱面母线延伸的纵向空间(30g)，

还具有在所述散热器元件的表面(30d)中形成的凹入的沟槽状基座(32)，以及

-容纳在所述沟槽状基座(32)中的电阻器(40)，

所述纵向自由边(30e、30f)之间的距离(d)是这样的，即当利用提供电流通过电阻器(40)而使喷嘴部件得到加热时，所述散热器(30)通过在围绕喷嘴的周向方向上延伸而产生自由热膨胀，而不会沿径向移动远离所述喷嘴插芯的外表面(13)。

2.根据权利要求1所述的喷嘴部件，其中所述散热器(30)利用径向过盈被安装在所述喷嘴插芯(12)的外表面(13)上，以便弹性地夹紧所述喷嘴插芯。

3.根据权利要求1所述的喷嘴部件，其中所述相对的纵向边(30e、30f)与所述喷嘴插芯的外表面(13)限定出一个用以放置毛细热电偶(19)的空间，所述热电偶具有比所述喷嘴为冷却状态时所述自由边(30e)和(30f)之间最大距离还要厚的厚度。

4.根据权利要求3所述的喷嘴部件，其中所述散热器(30)的两个相对的纵向边(30e、30f)沿平行于所述中央喷嘴的纵向中心轴线(x)的平面倾斜，朝向所述喷嘴的外部收敛靠近。

5.根据权利要求1所述的喷嘴部件，其中所述凹入的沟槽状基座(32)是在与所述喷嘴插芯(12)的外圆柱面(13)相接触的所述散热器元件的内圆柱表面(30d)上形成的。

6.根据权利要求1所述的喷嘴部件，其中被容纳在所述沟槽状基座(32)内的电阻器(40)被布置成与所述喷嘴插芯的外表面(13)基本齐平或者相接触，以便直接向其传热。

7.根据权利要求1所述的喷嘴部件，其中所述沟槽状基座(32)具有大体呈C形或U形的剖面，以便利用预定的最小间隙或者轻微过盈可以精确地容纳电阻器(40)。

8.根据权利要求7所述的喷嘴部件，其中所述沟槽状基座(32)具有相对的表面(32a、32b)，它们朝向所述散热器(30)的中心略微收敛靠近，以便将所述电阻器(40)约束在所述基座(32)内。

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