[发明专利]考虑注塑运行期间材料特性变化的注塑机和方法

说明书

技术领域

本发明涉及生产注塑部件的注塑机和方法，更具体地，涉及在注塑运行期间调节注塑机的操作参数来考虑注塑材料的材料特性变化的注塑机，以及考虑注塑运行期间注塑材料特性变化的方法。

背景技术

注塑是一种通常用于大批量制造由可熔融材料制成的部件(最常见的是由塑料制成的部件)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、压力和剪切下使所述树脂珠熔融。将这样的熔融树脂强力地注入到具有特定腔体形状的模具腔体中。所注入的塑料在压力下被保持在模具腔体中、冷却、然后作为固化部件被移出，所述固化部件具有的形状基本上复制了模具的腔体形状。模具自身可具有单一腔体或多个腔体。每个腔体均可通过浇口连接到流动通道，浇口将熔融树脂流引导至腔体中。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操作：(1)将塑性材料在注塑机中加热，以允许所述塑性材料在压力下流动；(2)将熔融塑性材料注入到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)允许所述塑性材料在所述一个或多个腔体中冷却并硬化同时处于压力下；以及(4)打开模具半块并将部件从模具中弹出。

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到腔体中，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。所得的该部件的长度和壁厚取决于模具腔体的形状。

在一些情况下，可能期望减小注塑部件的壁厚以减少塑性材料含量，并因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固化或“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需要非常高的压力。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。高压力还需要由非常高强度的材料，通常为硬质工具钢制成的注塑芯。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形成模塑部件，从而导致多于抵消较高设备成本的材料节约。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，或必须与其它设计元件的非常小的结构配合的设计元件。

当以常规注塑方法将液态塑性树脂引入注射模具中时，邻近腔体壁的材料立即开始“冻结”、或硬化、或固化，或在结晶聚合物的情况下，塑性树脂开始结晶，因为液态塑性树脂冷却至低于材料的不流动温度的温度，并且液态塑料的一部分变成静态。这种邻近模具壁的冻结材料使热塑性材料在其向模具腔体的端部前进时所行进的流动通道变窄。邻近模具壁的冻结材料层的厚度随着模具腔体填充的进行而增加，这造成聚合物必须流动通过以继续填充模具腔体的横截面积逐渐减小。随着材料冻结，其还收缩、从模具腔体壁脱离，这减少了材料通过模具腔体壁的有效冷却。因此，常规注塑机非常快速地用塑料填充模具腔体，然后保持填料压力以将材料推向模具腔体侧，来增强冷却并保持模塑部件的正确形状。常规模塑机通常具有由约10％注射时间，约50％填料时间，以及约40％冷却时间组成的循环时间。