CN85109514A - 有硬钎焊接的加热元件的注射成型加热喷嘴及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种改进的注射成型加热喷嘴及其制造方法。喷嘴有长形的主体，其中心贯穿有熔料孔，外圆柱面上有变矩的螺旋形槽道。螺旋形电热元件埋在槽道中形成整体，可使熔料孔中流过的热熔料保持在一个狭窄的温度范围内。喷嘴主体可用熔模铸造或切削加工来制造。把电热元件放在槽道里，上面再放上镍焊剂放在真空炉中加热焊接。高导热的镍完全复盖电热元件并和加热元件及槽壁熔合。这种整体喷嘴成本低，能有效地将电热元件散热以延长其使用寿命，并沿熔料孔均匀加热。

Description

本发明与注射成型有关，具体涉及一种改进的加热喷嘴和加热喷嘴的制造方法。

注射成型的喷嘴或浇口套管有一个中央孔，把加压的熔料向着一个通向型腔的浇口运送，在本专业中的熟知的方法中，使用一个螺旋形的电加热元件供热，把熔化温度保持在一个允许的范围内。这方法的一个举例，是将螺旋加热元件放在内外套筒之间，但是这方法有一个缺点，就是在放加热元件的两套筒之间的空气隙，起热绝缘体的作用。晚近以来，用真空铸造法，把加热元件铸在如铜合金之类的高热材料中的办法便可把这问题解决，在本申请人的分别于1980年12月7日和1982年10月26日批准的美国专利第4，238，671号和4，355，460号中，已作过揭示。虽然这种铸有加热元件的喷嘴工作得非常好，但制造费用相当高。

当然，在空心的套筒或管件外面缠绕带绝缘的加热丝或加热带加热，已经是公知的了，但是，因为效率低，可靠性差，因此发觉这种方法用于注射成型喷嘴是不能令人满意的。随着对难于模铸的塑料材料的使用日见增加，便有需要把对熔料所保持的温度范围日益减小。假如温度上升过高，便会造成熔料的变质，而假如下降过低时，熔料便在***中堵塞，产生不合格的产品，在任一种情况下，都需要将***的运转停止，进行清理。而且，假如这时不迅速减温就会造成过热和烧坏。当然这种危险在温度越高时越严重，但是，假如不把热从加热元件中迅速消散，便必然要求能作高温运转，提供足够的热量。高温度本身就会缩短加热元件的寿命，而假使“热点”沿加热丝的长度发生的话，情况就更严重。所以缠绕电热丝或电热带的加热元件没有得到过实施，因为对最新的高温工程材料，没能把热迅速而均匀地散去，以取得效率和可靠性。

因此，本发明的一个目的，是至少克服一部分上述的缺点，办法是提出一种改进的喷嘴和其制造方法，其成本比上面所提到的本申请人的专利中所揭示的喷嘴和制造方法低相当多，并且使热可以迅速而均匀地从加热元件，传递到包围熔料孔周围的喷嘴主体上。

为了达到这个目的，本发明的一个方面，是提出一种注射成型的加热喷嘴，这加热喷嘴有一个长形的金属主体，和一个有电绝缘的加热元件;金属主体中有一个进口端，一个出口端，一个从金属主体中穿过的纵向伸展的熔料孔，从进口端的熔料进口，达到出口端附近的熔料出口，并有一个一般为圆柱形的外表面，在圆柱形中有一般为螺旋形的槽道，从主体的进口端附近的第一端，伸到出口端附近的第二端;电绝缘加热元件用一种高导热材料埋在螺旋形槽道内，高导热材料包围加热元件和槽道熔合此外一个整体，加热元件有一个接线端从槽道的第一端伸出，供给加热元件接线端的可控电流，对围绕熔料槽道的主体加热，把在喷嘴中通过的熔料，保持在预定的温度范围内。

本发明的另一个方面，提出一种制造注射成型整体加热喷嘴的方法，其步骤包括形成一个长形钢质主体，把绝缘的加热元件放在一条螺旋形槽道内，把高导热材料沿靠近槽道的加热元件设放，并将主体在真空炉中加热;长形钢主体有一个进口端，一个出口端和一个一般为圆柱形的外表面，主体有一个熔料孔，在主体里纵向穿过，从进口端处的中央熔料进口，到达出口端附近的一个熔料出口，一般为圆柱形的外表面，有一条一般为螺旋形的槽道，在圆柱面上伸展，从主体进口端附近的一个第一端，通到主体出口端附近的第二端;放绝缘的加热元件的螺旋形槽道，围绕喷嘴的主体，加热元件有一个接线端，从槽道的第一端伸出;将主体在真空炉中加热时，在足以将高导热材料熔化的温度下，加热一段时间，把高导热材料和加热元件在槽道中熔合在一起，使加热元件埋在槽道内成为一个整体。

本发明的其它目的和优点，参照附图阅读下面的叙述，便可以有所了解。附图内容简单介绍如下：

图1为一个注射成型***的一个局部剖视图，图示本发明一个理想实施方案中的喷嘴;

图2，3及4为图1中的喷嘴的制造工序的剖视图;

图5为用于在真空炉中加热的放置喷嘴的浅盘;

图6为图1所示喷嘴的出口端的局部等角透视图;

图7为图1所示的电气接线器的剖视图。

首先参看图1，该图示出一个喷嘴10，其中有孔12，运送加压熔料，熔料由一台注射成型机14供给，通过浇口16，流入一个型腔18。喷嘴10嵌在一块型腔板20中，和穿过型腔板20的浇口16正对。加热喷嘴10用钎焊焊在一个绝热套管22上，该套管给喷嘴定位，提供一个喷嘴和在它周围的型腔板20之间的绝热空气隙24，型腔板20由在冷却元件26中通过的冷却水冷却。有一个有V形截面的圆柱形密封件28，在密封件座中围绕喷嘴10伸展，跨置在空间24上，下文中将作较详细的叙述。

喷嘴10有一个长形主体30，其中有一个一般为圆柱形的外表面32，从进口端34延伸到出口端36。在这实施方案中，出口端36有一个圆锥形表面38，形成一个尖端40，对着浇口16伸展，作为热尖浇口。然而在不同的浇口装置中，还可以有其它结构形状的浇口，诸如棱边浇口。熔料孔12有第一个中央部分42，和一个第二较短斜置部分44。第一部分42从进口端34处的凹入的喷嘴座46开始，在进口端34处，纳入注射成型机14的喷嘴端部48。第二部分44从第一部分42向外伸展，到达圆锥形表面38上的一个熔料出口50。

喷嘴主体30的外表面32有一个一般为螺旋形的槽道52，在一般情况下从主体30的进口端34附近的第一端54，向主体出口端36附近的第二端56伸展。在这实施方案中，槽道52有一个第一螺旋部分57，从第一端54开始，围绕主体的圆柱形外表面32伸展，有一个第二部分58，伸展到主体出口端36的圆锥形表面38上的第二端56处。如图6所示，槽道52的这些第一和第二部分57，58，由在圆柱形密封件28下面，从主体30中贯通的一个孔或通道59，把它们连接。可以看到第一螺旋部分57的螺距，不一定必须均匀，在本实施方案中，端部处需要有较大的热量，所以螺距向着两端逐渐紧密。槽道52的第二部分58，弯曲围绕圆锥形表面38，在圆锥形表面处，要求围绕熔料孔的出口50加热，槽道一直向下达到尖端40。有一个一般为螺旋形的加热元件60，放在槽道52和通道59中，用诸如镍之类的高导热材料61，把加热元件埋在槽道52和通道59中，高导热材料61在加热元件60和主体30之间熔合。在本实施方案中，加热元件60是一个双电热丝，有铬合金电阻线62，从放在一个钢盒66里的耐火电绝缘粉末材料64中通过，这粉末材料有如压实的氧化镁粉末。加热元件60有一个扩大的冷接线端68，从槽道52的第一端54伸出。如已公知，加热元件直径缩小，并把氧化镁粉末64压实，以改进它的热传递性能。高电阻电热丝62的端部，在槽道52第一端54的附近，和从冷接线端68上伸出的增大直径的接线端导线70连接（图未示）。中空的接头套筒72安装在绝热套管22上，保护加热元件的冷接线端68，防止意外损坏。冷接线端68和接头套筒72的设计，是可切断的方式***一个插头73，如下文中所述。有一个孔74倾斜伸入喷嘴10的主体30里，以可拔出的方式***一个热电偶76，

测量出口端36附近的温度。热电偶有一根引出线78，从外表面32和周围的型腔板20之间的空气隙24中通过，并在冷接线端68的旁边引出。

参看图2至5，可以看到在本发明的一个理想实施方案中，喷嘴10的制造步骤的顺序。图2示出有熔料孔12和螺旋槽道52的长形钢质主体30，主体用适当的高强度材料制造，例如H13工具钢或耐腐蚀材料，诸如不锈钢。主体30最好用熔模铸造法，当然也可以用钻孔加工熔料孔12和通道59，并在一般为圆柱形的外表面32上，切削槽道52。虽然对外表面32，上文叙述为大致的圆柱形，但是在本实施方案中，圆柱形实际向外突出，形成圆柱形密封件28的一个密封件座80。并且，如上文里曾有叙述，这实施方案有槽道52的第一部分和第二部分57，58，这两部分用在密封件座80下方的倾斜伸展通道59连接。

其次，电加热元件60插在通道59内，并在螺旋形槽道52中圈绕，使冷接线端68从槽道的第一端54中伸出。槽道52的宽度，比加热元件60的直径略微大些，但深度比加热元件60的直径大相当多，并发现在将加热元件绕在槽道中时，用一个冲头沿槽道的长度，有间隔地把槽道边缘打向里翻（burring），使加热元件暂时定位，这样做是有便利的。然后，将一串镍钎焊剂82沿槽道中的加热元件60放在上面，如图4所示。加热元件60在这位置上时，从槽道52的第一端54，伸展到伸出的冷接线端68处，然后，沿熔料孔12的长度围绕喷嘴的长形主体伸展。然后在这条镍钎焊剂82上，喷涂一层丙烯酸漆涂层，把镍焊钎剂条的位置固定，减少钎接时的流失。随后把多个组装完毕的喷嘴10放在浅盘86中，放入一个真空炉84加热，使加热元件60熔接在槽道52内。重要的是在对组装好的喷嘴10加热时，必须有足够的时间和温度，把镍焊剂熔解，在毛细管作用下，流进槽52中，包围加热元件60。据发现，假如正确做到以上这点的话，那么高导热的镍就会流到加热元件的四周，把加热元件完全埋在槽道内，镍在槽道的全部长度里和加热元件及槽道熔接，形成一个整体结构，而不遗留任何空气隙，以免造成不利的“热点”。虽然也可以采用其它的高导热性材料达到这个目的，但发现镍焊剂特别能令人满意。在真空炉中进行这种钎接，实际上是把镍和钢熔合，这样可以相当大地提高热元件的散热速度，使结构非常良好。在槽道中的加热元件的上面，必须有足够的镍遮盖，以利将热散去，避免在这一侧将加热元件烧坏。在钎接后，将喷嘴10从真空炉中取出，有可能需要对外表面研磨，除去任何多余的材料。尤其在接触熔料的出口端36的圆锥形表面38上，需要清理多余材料。然后，如图所示，把绝热套管22和接头套筒72，安装在喷嘴主体30上。把铜钎焊剂放在接缝之间，再将喷嘴10重新放到真空炉84中，将绝热套管22和接头套筒72焊上，形成一个整体单元。在这情况下，钎焊剂是铜，铜的熔化温度低于原先使用的镍焊剂的熔化温度。因此，第二个加热工序在较低的温度下进行，这温度足以熔化铜，但不能熔化镍。

在使用时，把喷嘴10按图1安装在一个注射成型***中。把一个插头73用导线88，和有适当控制的电源连接，然后用螺丝拧在冷接线端68上。如图7所示，插头73有两个黄铜套筒90，一端压接在延长导线88上，另一端上有开口92，在磨擦力作用下***接线端导线70。黄铜套管90外，套绝缘陶瓷94和不锈钢管96。有一个带螺纹的套筒98，拧在接头套筒72上，把插头73在位置上锁紧。有一个硅像胶填充件100，用以减小导线88端部上的张力，还有一个塑料缩管，作防潮密封用。

在将喷嘴10加热到按工作要求所作的预定温度以后，便按照传统方法中之注射循环，通过注射成型机14的喷嘴尖48，供给加压热熔料。喷射出的熔料从熔料孔12中通过，从出口50流出，填注到围绕圆锥形表面38的空间104中去，并通过浇口16注入型腔18中去。开始时注射到空间104中去的熔料，被密封件28阻挡，不能流进空气隙24，有一部分在冷型腔板附近硬化，起到了绝热作用。在型腔18充满后，暂时保持喷射压力使之紧密，然后释放压力。经过一个冷却阶段以后，把模型分型线106打开，产品铸成了。然后把模型重新合起，再加注射压力，使这循环连续重复进行。在上面已经提到，在使用稳定性较低的材料的情况日益增多下，在把熔料从***中通过，到达浇口16时，保持熔料的狭窄温度范围，变为越来越重要了。本发明的钎焊喷嘴，提供了一直到喷嘴尖部的全过程的必要的温度控制程度，但是与过去将加热元件铸在喷嘴主体内的相比，制造成本相当大的降低。虽然对本发明作了对特定实施方案的上列叙述，但不应理解为含有制约意义。对于熟悉本专业的人，还因此可以设想许多变化和修改。例如，显然喷嘴主体的出口端36，可以因各种不同的形式的浇口，而有其它的构造形式，加热元件也可以不用上文所示的双电热丝，而用单电热丝。并且虽然为了便于解说只讲述了一个单型腔的注射成型***，显然喷嘴还可以用于多型腔的设备。兹提出后附的权利要求书作对发明确定范围。

Claims (12)

1、一种注射成形加热喷嘴，其特征为其中有下列各项：

(a)一个长形的金属主体30，其中有一个进口端(34)和一个出口端(36)，有一条在主体中纵向伸展的熔料孔(12)，从进口端(36)上的一个熔料进口，伸展到出口端(36)附近的一个熔料出口(50)，有一个一般为圆柱形的外表面(32)，其中有一条一般为螺旋形的槽道(52)在里面伸展，从主体(30)进口端(34)附近的第一端(54)，伸到主体(30)出口端(36)附近的第二端(56)，

(b)有一个有绝缘的加热元件(60)，用高导热材料在加热元件(60)四周熔合，埋在螺旋形槽道(52)中，使之成为一个整体，加热元件有一个冷接线端(68)，伸出槽道(52)的第一端(54)外面，从而在加热元件(60)的接线端(68)上作可控制的供电，对围绕熔料槽道的主体加热，保持熔料在一个预定的温度范围内，从喷嘴(10)中流出。

2、如权利要求1中之加热喷嘴（10），特征为主体（30）的出口端（36）有一个圆锥形的表面（38），形成一个尖端（40），熔料孔（12）有第一部分（42）和第二部分（44），第一部分（42）大致在中央，从熔料进口（34）伸出，第二部分（44）相当短，从第一部分处斜向伸展，达到出口端（36）圆锥形表面（38）上的熔料出口（50）。

3、如权利要求第2项中之加热喷嘴（10），特征为槽道（52）有第一部分（57），从第一端（54）围绕主体（30）的圆柱形外表面（32）伸展，第二部分（58）伸展到主体（30）出口端（36）的圆锥形表面（38）上的第二端（56），有一个密封件座（80），放在主体（30）的圆柱形外表面（32）的周围，接受主体（30）出口端（36）的圆锥形表面（38）附近的一个加热元件（60），在密封件座（80）下面伸展的，连接槽道第一部分（57）和第二部分（58）的通道（59）中通过。

4、如权利要求第1项中之加热喷嘴（10），特征为熔料孔（12）大致在主体（30）的中线上伸展，主体的出口端（36）有若干条槽，每一条槽在径向上从熔料出口（44）向外伸出，从熔料孔（12）通过熔料出口（44）流出的加压熔料，可以流进通向一个型腔（18）的一个边缘浇口（16）。

5、如权利要求第1，3或第4项中之加热喷嘴，特征为趋向于槽道（52）第一端（54）和第二端（56）的螺距，大于中间槽道的螺距。

6、如权利要求第1，3或第4项中之加热喷嘴（10），特征为主体用钢材制造。

7、制造整体注射成形加热喷嘴的方法，其特征为该方法的步骤如下：

（a）形成一个长形的钢材主体（30），其中有一个进口端（34），一个出口端（36），和一个一般为圆柱形的外表面（32），主体（30）有一个熔料孔（12）纵向从其中通过，从进口端（34）处的中央熔料进口，伸到出口端（36）附近的一个熔料出口（50），一般为圆柱形的外表面（38），有一条一般为螺旋形的槽道（52）在其上伸展，从主体（30）的进口端（34）附近的第一端（54），伸到主体出口端（36）附近的第二端（56）;

（b）将一个绝缘电加热元件（60）放在槽道（52）内，螺旋形围绕喷嘴的主体（30）伸展，加热元件（60）有一个冷接线端（68），从槽道（52）的第一端（54）伸出，

（C）将一条高导热材料靠近槽道沿加热元件设放;

（d）将主体（30）放在一个真空炉（84）中，在足以将高导热材料熔化的温度下，加热一段时间，把高导热材料在槽道中和加热元件（60）熔接，使加热元件（60）埋在槽道（52）中，形成一个整体。

8、如权利要求第7项中之一种方法，其中的步骤（a）包括用熔模铸造法形成钢质的主体。

9、如权利要求第7项中之一种方法，特征为步骤（a）中包括用自动机床在主体的外表面上切削槽道。

10、如权利要求第8项或第9项中之方法，特征为另外有一个步骤，在放入真空炉（84）中加热以前，用丙烯酸添在高导热材料的焊道（bead）上，加一层覆盖层。

11、如权利要求第8项或第9项中之方法，特征为另外有一个步骤，至少在外表面的一个部分上进行切削，提供一个平滑的精表面。

12、如权利要求第8项或第9项中之方法，特征为另外包括一个步骤，在喷嘴上安装一个绝热套管（22），和一个接头套筒（72），在必须的接缝上加一层钎焊剂，其熔化温度低于上述高导热材料的熔化温度，并且在真空炉中，以低于上述高导热材料熔化温度的温度进行钎焊。

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