[发明专利]用于基本上恒压注塑薄壁部件的方法和设备

说明书

相关专利申请

本专利申请为非临时性专利申请，其要求分别于2011年5月20日、2011年5月20日、2011年5月20日、2011年5月20日、2011年5月20日、2012年2月24日、2012年2月24日和2012年5月2日提交的美国临时专利申请61/488,564、61/488,547、61/488,553、61/488,555、61/488,559、61/602,650、61/602,781、以及61/641,349的优先权益。美国临时专利申请61/488,564、61/488,547、61/488,553、61/488,555、61/488,559、61/602,650、61/602,781、以及61/641,349据此以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于注塑的设备和方法，并且更具体地，涉及在基本上恒定的注射压力下制备薄壁注塑部件的设备和方法。

背景技术

注塑是一种通常用于大批量制造由能够熔融的材料制成的部件，最常见的是由热塑性聚合物制成的部件的技术。在重复性注塑过程中，将塑性树脂（最常见的为小珠或粒料形式）引入注塑机中，注塑机在热、压力和剪切力下使所述树脂珠熔融。将这样熔融的树脂强力地注入到具有特定腔体形状的模具腔体中。注入的塑料在模具腔体中被保持在压力下，冷却，然后作为固化部件被取出，所述固化部件具有基本上复制了模具的腔体形状的形状。模具自身可具有单个腔体或多个腔体。每个腔体均可通过浇口连接至流动通道，所述浇口将熔融树脂流引导至所述腔体中。模塑部件可具有一个或多个浇口。常见的是大部件具有两个、三个或更多个浇口以缩短聚合物为填充模塑部件而必须行进的流动距离。每个腔体的一个或多个浇口可位于部件几何形状上的任何位置，并具有任何横截面形状如基本上圆形或以1.1或更大的纵横比成型。因此，典型的注塑程序包括四个基本的操作：(1)将塑料在注塑机中加热，以允许其在压力下流动；(2)将熔化的塑料注入限定于已闭合的两个模具半块之间的一个或多个模具腔体中；(3)允许所述塑料处于压力下的同时在所述一个或多个腔体中冷却并硬化；以及(4)打开模具半块以使部件从模具中弹出。

在注塑过程中，将熔融塑性树脂注入模具腔体中，并且通过注塑机迫使所述塑性树脂注入腔体中，直至塑性树脂到达腔体中的最远离浇口的位置。此后，塑性树脂从背对着浇口的端部填充腔体。所得该部件的长度和壁厚起因于模具腔体的形状。

在一些情况下，可能期望减小注塑部件的壁厚以减少塑料含量，并由此降低最终部件的成本。使用常规高可变压力注塑法减小壁厚可能是昂贵且不易完成的任务。事实上，常规的高可变压力注塑机（例如在介于约8,000psi至约20,000psi之间注射熔融塑性树脂的机器）具有关于可模塑的部件的薄壁的实际限制。一般来讲，常规的高可变压力注塑机不能模塑具有大于约200的薄壁比率（如由下文所示的L/T比率定义）的部件。此外，模塑具有大于100的薄壁比率的薄壁部件要求在电流容量高端点处的压力，并因此要求能够处理这些压力的压机。

当填充薄壁部件时，当前的行业惯例是在模塑机可达到的最高可能速率下填充模具腔体。这种方法确保聚合物在模具中“冻结”之前填充模具腔体，并提供最低可能的循环时间，因此使聚合物尽可能快地暴露在冷却的模具腔体中。这种方法具有两个缺点。第一是为实现非常高的填充速度要求非常高的功率负荷，并且这要求非常昂贵的模塑设备。另外，大多数电压机不能提供足够的功率以实现这些高填充速率，或者要求非常复杂且昂贵的驱动系统，所述驱动系统显著增加了模塑设备的成本使得它们在经济上不实际。

第二个缺点是高填充速率导致非常高的压力。这些高压力导致需要非常高的夹紧力以在填充期间保持模具闭合，并且这些高夹紧力导致非常昂贵的模塑设备。高压力还要求非常高强度的注射模具，通常由硬质工具钢制成。这些高强度模具也非常昂贵，并且对于很多模塑组件而言，可以是经济上不切实际的。即使具有这些基本的缺点，但是对薄壁注塑组件的需求仍然很高，因为这些组件使用较少的聚合物材料来构建模塑部件，从而导致多于抵消较高设备成本的节约。另外，一些模塑组件需要非常薄的设计元件以适当地运行，诸如需要挠曲的设计元件，或必须与非常小的结构配合的设计元件。