[發明專利]具有簡化的蒸發冷卻系統或利用外來冷卻流體的簡化的冷卻系統的注塑模具

在審

• 申請號: 201380022879.3
• 申請日: 2013-05-02
• 公開（公告）號: CN104271329A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: R·E·紐法斯;N·D·魯賓遜;R·沙倫貝格;R·L·普羅西;C·J·小伯格
• 申請（專利權）人: 寶潔公司
• 主分類號: B29C45/73
• 分類號: B29C45/73;B29C33/04
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 茅翊忞

技術領域

本發明涉及注塑模具，更具體地，本發明涉及具有簡化的冷卻系統的注塑模具。

背景技術

注塑是一種通常用于大批量制造由可熔融材料制成的部件(最常見的是由熱塑性聚合物制成的部件)的技術。在重復性注塑過程中，將塑料樹脂(最常見的為小珠或粒料形式)引入注塑機中，注塑機在熱、壓力和剪切下使所述樹脂珠熔融。將這樣熔融的樹脂強力地注入具有特定型腔形狀的模具型腔中。注入的塑料在模具型腔中保持在壓力下、冷卻、然后作為固化部件取出，所述固化部件具有基本上復制了模具的型腔形狀的形狀。模具自身可具有單一型腔或多個型腔。每個型腔均可通過澆口連接至流動通道，所述澆口將熔融樹脂流引導至型腔中。因此，典型的注塑規程包括四個基本操作：(1)將塑料在注塑機中加熱，以使其在壓力下流動；(2)將熔融塑料注入被限定在已閉合的兩個模具半塊之間的一個或多個模具型腔中；(3)使塑料在一個或多個型腔中在壓力下冷卻并硬化；以及(4)打開模具半塊以允許部件從模具中被頂出。

將熔融塑料樹脂注入模具型腔中并且通過注塑機迫使塑料樹脂擠過型腔，直至塑料樹脂到達型腔中的最遠離澆口的位置。所得的該部件的長度和壁厚取決于模具型腔的形狀。

用于注塑機的模具必須能夠承受這些高熔體壓力。此外，形成模具的材料必須具有能夠耐受對于模具在其壽命過程中被預期運行的總循環數而言的最大循環應力的疲勞極限。因此，模具制造商通常由具有大于30Rc，且更通常大于50Rc的高硬度材料諸如工具鋼來形成模具。這些高硬度材料是耐久的并被裝備成耐受注塑加工期間使模具組件保持相對于彼此壓緊所需的高夾緊壓力。另外，這些高硬度材料也能夠更好地抵抗來自模塑表面和聚合物流之間重復接觸的磨損。

生產薄壁消費品的高產注塑機(即，101級和102級模塑機)僅使用模具中的大部分由高硬度材料制成的模具。高產注塑機通常生產500,000個部件或更多。工業品質生產模具必須被設計成生產至少500,000個部件，優選地多于1,000,000個部件，更優選地多于5,000,000個部件，以及甚至更優選地多于10,000,000個部件。這些高產注塑機具有多型腔模具以及復雜的冷卻系統以提高生產率。上述高硬度材料比低硬度材料更能夠承受重復的高壓夾緊和注射操作。然而，高硬度材料(諸如大多數工具鋼)具有相對低的熱導率，一般小于20BTU/HR?FT℉，這導致較長的冷卻時間，因為熱從熔融塑性材料傳遞通過高硬度材料而到達冷卻流體。

為了減少循環時間，典型的具有由高硬度材料制成的高產注塑機包括使冷卻流體在模具內循環的相對復雜的內部冷卻系統。這些冷卻系統加速模塑部件的冷卻，由此允許機器在給定量的時間內完成更多循環，這增加了生產速率并由此增加了生產的模塑部件的總量。然而，這些冷卻系統增加了注塑模具的復雜度和成本。在一些101類模具中，可生產出超過1或2百萬個部件，有時將這些模具稱為“超高產模具”。在行業內，有時將在400噸或更大的壓機中運行的101類模具稱為“400類”模具。

高硬度材料一般非常難以進行機加工。因此，已知的高生產量注塑模具要求大量機加工時間和昂貴的機加工設備來形成，以及昂貴和費時的后機加工步驟來釋放應力并優化材料硬度。在這些復雜的模具內銑削和/或形成冷卻通道為典型的高通過量注塑模具的制造增加了甚至更多的時間和成本。

在傳統高硬度模具中，存在機加工復雜度和冷卻效率之間的權衡。理想的是，冷卻通道應當被機加工成盡可能地靠近模具型腔表面。另外，隨形冷卻也是所期望的且最為有效。然而，對靠近模塑表面的隨形冷卻通道進行機加工較為困難、費時且昂貴。一般來講，對處在模具表面的約5mm內的冷卻通道進行機加工被認為是實際上的極限。所述實際上的極限由于冷卻流體和具有低熱導率的熱塑料之間的材料而降低了冷卻效率。常規機加工技術連同常規模具材料(即，高硬度和低熱導率)為給定模具給定了循環時間和冷卻效率的下限。

此外，將冷卻管路定位成靠近模具表面還需要對模具中的冷卻管路進行精密的機加工。由于當設置在注塑機的夾緊裝置中時模具受模具支撐板支撐，因此流體密封件必須定位在其中冷卻管路從模具支撐板過渡至模具的位置(因為流體循環系統(例如，泵)必須定位在模具的外部)。這些流體密封件可失效，從而導致冷卻流體逸出。因此，部件可不完全冷卻，這生產質量較差的部件；或模具中的塑料可受到冷卻流體的污染，這也是不可取的。

此外，對機加工冷卻通道的實際限制還導致模具內的冷卻不相等。因此，在模具型腔內產生溫度梯度。模具型腔表面的溫度常常可變化十攝氏度或更多。模具內溫度的這種寬幅變化可能導致模塑的部件產生缺陷。