專利名稱：用于測量模具型腔中的熔融材料的溫度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種注塑裝置，尤其是用于測量模具型腔中的熔融材料的溫度的方法和裝置。
背景技術(shù)：
注塑裝置中的溫度的準(zhǔn)確控制對于在注塑工藝中維持生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量的控制來說是很重要的。通常設(shè)置了加熱器來加熱流經(jīng)歧管和噴嘴的熔體，并且設(shè)置冷卻通道來冷卻模具型腔中的熔體。在注射期間，熔體必須保持在熔體材料所要求的溫度范圍內(nèi)。一旦將熔體注射到模具型腔中，熔體便以預(yù)定的速度冷卻，從而生產(chǎn)出模制品。這一預(yù)定冷卻速度至少部分地根據(jù)熔體在進(jìn)入到模具型腔中時的溫度來計算。
在多型腔的注塑裝置中，進(jìn)入模具型腔的熔體的溫度通常在從一個模具型腔到另一模具型腔之間有所變化。這樣，對于各模具型腔中的塑料而言，最優(yōu)的冷卻時間可能稍有不同。對于使用半結(jié)晶樹脂的注塑應(yīng)用而言，這一溫度變化通常會導(dǎo)致生產(chǎn)出質(zhì)量較差的模制品。
半結(jié)晶樹脂的一種普遍應(yīng)用是在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)預(yù)成型件的生產(chǎn)中。為了生產(chǎn)出高質(zhì)量的預(yù)成型件，半結(jié)晶樹脂必須在模具型腔中冷卻足夠的時間，以允許預(yù)成型件在被頂出前固化，同時避免形成結(jié)晶部分。結(jié)晶部分通常形成在模具澆口附近的預(yù)成型件的底部中。結(jié)晶部分使得預(yù)成型件變脆，因此在進(jìn)行吹塑模制時可能會裂開。
已經(jīng)進(jìn)行了許多種嘗試來優(yōu)化PET預(yù)成型件的冷卻，以便有效地生產(chǎn)出高質(zhì)量的模制產(chǎn)品。例如，2001年1月9日授予HuskyInjection Molding Systems Ltd.的題為“預(yù)成型件的后模制冷卻方法和裝置”的美國專利No.6171541公開了一種快速注塑工藝，其中在完成冷卻工序之前將模制品從模具中頂出來。
2001年8月21日授予Husky Injection Molding Systems Ltd.的題為“型芯流體速度誘導(dǎo)器”的美國專利No.6276922公開了一種位于冷卻供應(yīng)管的出口處的誘導(dǎo)器，其用于改善整個型芯上的冷卻供應(yīng)循環(huán)。
2001年1月23日授予Jobst Gellert的題為“注塑冷卻用的型腔鑲件”的美國專利No.6176700公開了一種注塑裝置，其包括具有冷卻流體流動通道的型腔鑲件，該通道在鑲件的整體內(nèi)部和外部之間延伸。型腔鑲件用于改善模制品的冷卻工藝。噴嘴包括有熱電偶，其可測量熔融材料在離開噴嘴時的溫度。
盡管所有這些嘗試均可改善模制品的冷卻工藝，然而測量模具型腔中的熔融材料的溫度的方法并未得到改進(jìn)。由于在噴嘴出口處可能存在較大的溫度差異，因此希望能得到針對該區(qū)域的額外的溫度測量。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于測量模具型腔中的熔融材料的溫度的方法和裝置。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種注塑裝置，包括具有歧管通道的歧管，該歧管通道用于接受壓力下的熔融材料的熔體流并且將該熔體流傳送到噴嘴的噴嘴通道中；用于接受來自噴嘴的熔體流的模具型腔，噴嘴通道經(jīng)由模具澆口與模具型腔相通；和與模具型腔中的模具型芯相連的熱電偶，其用于測量模具型腔中的熔融材料的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種模制部件的方法，包括
將熔融材料的熔體流在壓力下從歧管的歧管通道中經(jīng)由噴嘴的噴嘴通道和模具澆口傳送到模具型腔中，該熔體流被與噴嘴相連的噴嘴加熱器所加熱；使用第一熱電偶來測量模具型腔中的熔融材料的溫度；和使用第二熱電偶來測量噴嘴中的熔融材料的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，提供了一種模制部件的方法，包括將熔融材料的熔體流在壓力下從歧管的歧管通道中經(jīng)由噴嘴的噴嘴通道和模具澆口傳送到模具型腔中，該熔體流被與噴嘴相連的噴嘴加熱器所加熱；使用熱電偶來測量模具型腔中的熔融材料的溫度；將模具型腔中的熔融材料的溫度提供給控制器；將模具型腔中的熔融材料的溫度與存儲在控制器中的預(yù)定目標(biāo)溫度相比較；和調(diào)節(jié)噴嘴加熱器的輸出，以便使進(jìn)入模具型腔的熔融材料的溫度與預(yù)定目標(biāo)溫度相符。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，提供了一種注塑裝置，包括具有歧管通道的歧管，該歧管通道用于接受壓力下的熔融材料的熔體流以及將該熔體流傳送到噴嘴的噴嘴通道中，噴嘴具有用于加熱熔體流的加熱器；用于接受來自噴嘴的熔體流的模具型腔，噴嘴通道經(jīng)由模具澆口與模具型腔相通；與模具型腔中的模具型芯相連的熱電偶，其用于測量模具型腔中的熔融材料的溫度；和可與熱電偶和加熱器進(jìn)行通信的控制器，該控制器用于從熱電偶中接收溫度輸出，并將該溫度輸出與預(yù)定目標(biāo)溫度相比較，以便調(diào)節(jié)加熱器的加熱器輸出。
附圖簡介下面將參考附圖來更充分地介紹本發(fā)明的實施例，在圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的多型腔注塑裝置的一部分的剖視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的圖1所示注塑裝置的一部分的放大視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的注塑裝置的示意性剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的多型腔注塑裝置的一部分的剖視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的共注塑裝置；和圖6是具有澆口的注塑裝置的示意性剖視圖，該澆口裝有用于調(diào)節(jié)澆口尺寸的閥。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在來看圖1，圖中顯示了用于模制瓶子預(yù)成型件的多型腔注塑裝置10的一部分。該注塑裝置與在2001年1月23日授予Gellert的美國專利No.6176700所公開的相似，該專利的內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文中。如圖所示，注塑裝置10包括歧管14，其具有熔融材料從中流過的歧管熔體通道16。噴嘴12的噴嘴通道18接受來自歧管14的熔融材料，并經(jīng)由模具澆口21將熔融材料流引入到模具型腔20中，在該型腔中可以形成模制出的瓶子預(yù)成型件(未示出)。在噴嘴12中設(shè)有噴嘴熱電偶19，以便測量熔融材料在其被注射到模具型腔20中時的溫度。
模具型腔20設(shè)置在型腔板30中，并且由模具型芯22的第一模具型腔表面34和模板組件35所限定的第二模具型腔表面24來界定。模具型芯22的第一模具型腔表面34與瓶子預(yù)成型件的內(nèi)表面相接觸，而第二模具型腔表面24與瓶子預(yù)成型件的外表面相接觸。中央流體冷卻管道26延伸穿過模具型芯22。冷卻劑流經(jīng)中央流體冷卻管道26，從而冷卻模制出的瓶子預(yù)成型件。模具型腔20的第二模具型腔表面24由冷卻管路28來冷卻，其延伸穿過型腔板30。適當(dāng)?shù)睦鋮s劑包括水、油或氣體。模具型芯22的中央流體冷卻管道26和型腔板30的冷卻管路28通常不共用一種冷卻劑。
注塑裝置10還包括熱電偶32，其沿著它的一部分長度延伸穿過模具型芯22。在模具型芯22中鉆出了用于容納熱電偶32的孔。熱電偶32可測量模具型腔20中的熔融材料的溫度。
在操作中，熔體流在壓力下經(jīng)過歧管通道16流入到注塑裝置10的多個噴嘴12的噴嘴通道18中。然后熔體流被注射到模具型腔20中。在注射完成后由流經(jīng)相應(yīng)的中央流體冷卻管道26的冷卻劑來冷卻各個模具型腔20。一旦過去預(yù)定的冷卻時間，就將所模制出的預(yù)成型件從模具型腔20中頂出。
所模制出的預(yù)成型件的冷卻速度取決于流經(jīng)中央流體冷卻管道26的冷卻劑的溫度以及流經(jīng)型腔板30的冷卻管路28的冷卻劑的溫度。由于具有多個模具型腔20的注塑裝置通常使同一冷卻劑經(jīng)由各模具型腔20的中央流體冷卻管道26而循環(huán)，因此當(dāng)冷卻劑流經(jīng)各個模具型腔20時，冷卻劑可能不會處于精確相同的溫度下。這樣，各模具型腔20的冷卻速度將有所不同。
通過對在模具澆口21的附近即在模具型腔20和噴嘴12中的熔融材料進(jìn)行兩種獨立的溫度測量，便可提高測量的精度和可靠性。另外，模具型芯22上的熱電偶32使得能夠更加容易地確定預(yù)成型件中的結(jié)晶原因?？梢岳斫?，可順序地或同時地通過熱電偶32和噴嘴熱電偶19來測量溫度。
現(xiàn)在來看圖2，圖中顯示了另一種裝置。在該裝置中，熱電偶32設(shè)置在更接近于模具型芯22的末端23的位置處。在圖3所示在裝置中，在模具型芯22中設(shè)置了一對熱電偶32a和32b。具體地說，熱電偶32a設(shè)置在模具型芯22的表面，而熱電偶32b設(shè)置在中央流體冷卻管道26中。
在圖1，2和3所示的注塑裝置中，熱電偶32或熱電偶32a和32b與噴嘴熱電偶19的組合具有還能提供失效保護(hù)的優(yōu)點。如果噴嘴熱電偶19因任一原因而失效，仍可通過使用熱電偶32，32a或32b來確定模具型腔20的溫度。
在2000年6月20日授予Gellert的美國專利No.6077067中公開了一種不同類型的冷卻型芯，該專利的內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可通過與結(jié)合圖1，2和3所述的類似方式將至少一個熱電偶連接到Gellert專利所公開的冷卻型芯中。
來看圖4，下面將介紹用于模制PET預(yù)成型件的多型腔注塑裝置100，其類似于圖1所示的注塑裝置。注塑裝置100包括歧管114，其具有從中延伸穿過的歧管熔體通道116。歧管熔體通道116與機(jī)器噴嘴(未示出)相通，以便從中接受熔體流。熱流道噴嘴112包括噴嘴通道118，其用于從歧管熔體通道116中接受熔融材料的熔體流。噴嘴加熱器150與噴嘴112相連，以便加熱通過各噴嘴通道118的熔體流。噴嘴加熱器150包括用于調(diào)節(jié)加熱器輸出的加熱器控制部件152。模具型腔120設(shè)于各噴嘴112的嘴頭附近并與噴嘴通道118相通，以便經(jīng)由相應(yīng)的模具澆口121和123來接受熔融材料流。
模具澆口121是熱澆口，而模具澆口123是閥澆口。閥針130延伸穿過噴嘴通道118，以便打開和關(guān)閉閥澆口123。這種類型的澆口設(shè)置允許對流經(jīng)模具澆口123的熔體體積進(jìn)行調(diào)節(jié)。閥針式澆口系統(tǒng)在本領(lǐng)域中是眾所周知的，因此這里不再進(jìn)一步介紹。
噴嘴熱電偶119與噴嘴112相連，以便在熔融材料注射到模具型腔120中時測量其溫度。
各模具型腔120由模具型芯122的第一模具型腔表面134和模板125的第二模具型腔表面124來界定。模具型芯122的第一模具型腔表面134與瓶子預(yù)成型件的內(nèi)表面相接觸，而第二模具型腔表面124與瓶子預(yù)成型件的外表面相接觸。中央流體冷卻管道126延伸穿過模具型芯122，以便冷卻所模制出的預(yù)成型件。在各模具型腔120的模具型芯122中設(shè)有熱電偶132，以便測量模具型腔120中的熔體流的溫度。如圖所示，熱電偶132位于模具型芯134的末端處，然而可以理解，熱電偶132也可位于模具型芯122上的任何其它的適當(dāng)點處。
控制器140可與噴嘴熱電偶119和模具型腔熱電偶132進(jìn)行通信，以便從中接收溫度信息?？刂破?40還可與噴嘴加熱器150的加熱器控制部件152進(jìn)行通信，以便允許控制器140可調(diào)節(jié)噴嘴加熱器150的輸出。可對控制器140進(jìn)行編程，從而至少包括用于模具型腔120中的熔體的預(yù)定目標(biāo)溫度數(shù)據(jù)?？刂破?40包括邏輯處理器，其能夠?qū)⒂蔁犭娕?32提供的實際溫度測量與模具型腔的預(yù)定目標(biāo)溫度進(jìn)行比較，并計算出用于各噴嘴118的加熱器控制部件152的輸入設(shè)定。
在操作中，熔體流在壓力下經(jīng)由歧管通道116流入到注塑裝置100的多個噴嘴112的噴嘴通道118中。然后熔體流被注射到模具型腔120中。在注射工藝開始時，將溫度測量從噴嘴熱電偶119和模具型腔熱電偶132中發(fā)送給控制器140。然后控制器140將模具型腔120的溫度與目標(biāo)溫度相比較。如果模具型腔120的溫度低于目標(biāo)溫度，則控制器140發(fā)送信號給加熱器控制部件152，將加熱器的輸出提高一定的量。類似的，如果模具型腔120的溫度高于目標(biāo)溫度，則控制器140發(fā)送信號給加熱器控制部件152，將加熱器的輸出降低一定的量。加熱器熱電偶119用作檢驗裝置，以保證噴嘴加熱器150正確地操作?？刂破髟试S獨立地調(diào)節(jié)進(jìn)入到各模具型腔120中的熔體的溫度，以便保證熔體的溫度在注塑裝置100的各模具型腔120中保持一致。
在注射之后通過流經(jīng)相應(yīng)中央流體冷卻管道126的冷卻劑來冷卻各模具型腔120。一旦過去預(yù)定的冷卻時間，就將所模制出的預(yù)成型件從模具型腔120中頂出。
在模具澆口123具有閥針130的情況下，控制器140也可以控制閥針的行程。這就使得能夠響應(yīng)于由熱電偶119，132所提供的溫度信息來調(diào)節(jié)進(jìn)入到模具型腔中的熔體體積。
現(xiàn)在來看圖5，圖中大致顯示了共注塑裝置50。該共注塑裝置與在1986年9月2日授予Krishnakumar等人的美國專利No.4609516中所公開的相似，該專利的內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文中。共注塑裝置50包括模具型腔52，其由模具型芯56的第一模具型腔表面55和模板組件57的第二模具型腔表面54來界定。熱電偶62位于模具型芯56上，以便測量模具型腔52內(nèi)的溫度。第二熱電偶(未示出)安裝在第一熱電偶62的下游。
在共注塑工藝中，第一熔融材料從噴嘴58中經(jīng)由模具澆口64進(jìn)入到模具型腔52中，而內(nèi)部熔融阻擋層則經(jīng)由第二材料分配器60而進(jìn)入到第一材料中。成品是一種具有被第一材料層所包圍的阻擋層的模制品。在共注塑工藝期間，第一熔融材料層在模具型腔52中冷卻，并成為熔融阻擋層的隔熱體。為了保證有高質(zhì)量的模制品，測量模具型腔52的入口處的各熔融材料的溫度是很關(guān)鍵的。位于模具型芯56上的熱電偶為操作人員提供了重要的信息，因此可對溫度進(jìn)行優(yōu)化以生產(chǎn)出高質(zhì)量的模制產(chǎn)品。
或者，熱電偶62可以與如圖3所示的熱電偶32a和32b類似的方式來安裝。
來看圖6，圖中顯示了具有澆口82的注塑裝置80，該澆口設(shè)有可軸向運(yùn)動閥84以調(diào)節(jié)澆口的大小。閥84由驅(qū)動器86來控制。圖6所示的注塑裝置80具有大模具型腔88。該注塑裝置與在1996年9月17日授予Kazmer的美國專利No.5556582中所公開的相似，該專利的內(nèi)容也通過引用結(jié)合于本文中。
在大模具型腔如圖6所示的模具型腔88中，在填充模具型腔時熔融材料保持在預(yù)定的溫度下是很重要的。如果熔融材料在填滿模具型腔之前冷卻，那么所得模制品的質(zhì)量將受損。通常來說，在各澆口82處設(shè)有熱電偶(未示出)，以便可測量熔融材料在其流入到模具型腔88中時的溫度。在離各澆口82為預(yù)定的距離處設(shè)置了第二熱電偶90，以便提供對模具型腔88中的熔融材料的額外溫度測量。這一附加熱電偶90提供了信息，從而可以監(jiān)控模具型腔88中的模制品的溫度差異。
圖5所示的共注塑裝置50和圖6所示的注塑裝置80也可包括控制器40。控制器40可以與針對圖4所示注塑裝置100所介紹的那樣來操作，使得能夠響應(yīng)于由模具型腔中的熱電偶所提供的溫度信息來調(diào)節(jié)進(jìn)入到模具型腔中的熔體流的溫度。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在本申請中討論的熱電偶可以是適用于注塑裝置的任何類型的熱電偶?；蛘?，除此之外還可以使用繞線電阻溫度檢測器、熱敏電阻和固態(tài)傳感器。在一個優(yōu)選實施例中，可采用由Minco Products Inc.制造的薄膜電阻溫度檢測器來代替熱電偶119和132。
雖然已經(jīng)介紹了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對本發(fā)明進(jìn)行多種變更和修改。這里討論的所有專利及出版物均整體地結(jié)合于本文中。
權(quán)利要求
1.一種注塑裝置，包括具有歧管通道的歧管，所述歧管通道用于接受壓力下的熔融材料的熔體流并且將所述熔體流傳送到噴嘴的噴嘴通道中；用于接受來自所述噴嘴的熔體流的模具型腔，所述噴嘴通道經(jīng)由模具澆口與所述模具型腔相通；和與所述模具型腔中的所述模具型芯相連的熱電偶，其用于測量所述模具型腔中的熔融材料的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注塑裝置，其特征在于，所述熱電偶嵌入于所述模具型芯中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注塑裝置，其特征在于，所述裝置還包括延伸穿過所述模具型芯的用于容納冷卻劑的冷卻管道，所述熱電偶設(shè)于所述冷卻管道內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注塑裝置，其特征在于，所述裝置還包括與所述噴嘴相連的第二熱電偶。
5.一種模制部件的方法，包括將熔融材料的熔體流在壓力下從歧管的歧管通道中經(jīng)由噴嘴的噴嘴通道和模具澆口傳送到模具型腔中，所述熔體流被與所述噴嘴相連的噴嘴加熱器所加熱；使用第一熱電偶來測量所述模具型腔中的熔融材料的溫度；和使用第二熱電偶來測量所述噴嘴中的熔融材料的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述溫度通過所述第一熱電偶和所述第二熱電偶來同時測量。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述溫度通過所述第一熱電偶和所述第二熱電偶來順序地測量。
8.一種模制部件的方法，包括將熔融材料的熔體流在壓力下從歧管的歧管通道中經(jīng)由噴嘴的噴嘴通道和模具澆口傳送到模具型腔中，所述熔體流被與所述噴嘴相連的噴嘴加熱器所加熱；使用熱電偶來測量所述模具型腔中的熔融材料的溫度；將所述模具型腔中的所述熔融材料的所述溫度提供給控制器；將所述模具型腔中的所述熔融材料的所述溫度與存儲在所述控制器中的預(yù)定目標(biāo)溫度相比較；和調(diào)節(jié)所述噴嘴加熱器的輸出，以便使進(jìn)入所述模具型腔的熔融材料的所述溫度與所述預(yù)定目標(biāo)溫度相符。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述熱電偶設(shè)于延伸穿過所述模具型腔中的模具型芯的冷卻管道內(nèi)。
10.一種注塑裝置，包括具有歧管通道的歧管，所述歧管通道用于接受壓力下的熔融材料的熔體流并且將所述熔體流傳送到噴嘴的噴嘴通道中，所述噴嘴具有用于加熱所述熔體流的加熱器；用于接受來自所述噴嘴的所述熔體流的模具型腔，所述噴嘴通道經(jīng)由模具澆口與所述模具型腔相通；與所述模具型腔中的模具型芯相連的熱電偶，其用于測量所述模具型腔中的熔融材料的溫度；和可與所述熱電偶和所述加熱器進(jìn)行通信的控制器，所述控制器用于從所述熱電偶中接收溫度輸出，并將所述溫度輸出與預(yù)定目標(biāo)溫度相比較，以便調(diào)節(jié)所述加熱器的加熱器輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的注塑裝置，其特征在于，所述控制器可與多個模具型腔的多個熱電偶以及多個噴嘴的多個加熱器進(jìn)行通信。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的注塑裝置，其特征在于，所述控制器可根據(jù)由各所述多個模具型腔的相應(yīng)熱電偶所提供的溫度來獨立地調(diào)節(jié)各所述多個噴嘴的所述加熱器。
全文摘要
一種注塑裝置，包括具有歧管通道的歧管，該歧管通道用于接受壓力下的熔融材料的熔體流并且將該熔體流傳送到噴嘴的噴嘴通道中。模具型腔接受來自噴嘴的熔體流，噴嘴通道經(jīng)由模具澆口與模具型腔相通。熱電偶與模具型腔中的模具型芯相連，以便測量模具型腔中的熔融材料的溫度。
文檔編號B29C45/27GK1638943SQ03804998
公開日2005年7月13日 申請日期2003年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月9日
發(fā)明者G·奧拉魯 申請人:標(biāo)準(zhǔn)模具有限公司