专利名称：用于挤出注射成型的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于挤出注射成型的方法和设备，并且具体地但并非排他 地涉及这样的用于成型陶瓷制品的方法和设备。
背景技术：
室温单/双螺杆挤出是用于制造陶瓷管和其它较大的中空部件的连续 的、商业化制造工艺。起始原料是陶瓷粉末和水基粘合剂的混合物。该混 合物随后通过挤出被形成为所需的形状。然后，挤出的部件被烘箱或者空
气干燥，之后在90(TC到IOO(TC下热去粘合剂。然后，经去粘合剂的部件 在140(TC到170(TC的高温下烧结。
室温柱塞挤出仅仅用于批量的陶瓷管和其它较大的部件。该工艺除了 成型过程之外与单/双螺杆挤出相同。在此工艺中，混合物首先被添加到挤 出腔，然后排空空气。在排空之后，柱塞将材料从口模推挤出，以形成所 需的形状。
但是，对于高精度、较大的并且复杂的构件，成品收率总是很低。因 此，需要复杂和昂贵的二次加工。所有这些使得该工艺成为昂贵的制造工 艺，尽管挤出被认为是就"生"(在干燥之前)部件成型而言是最廉价的 制造工艺之一。
还没有商业化的使用粉末和聚合物粘合剂的混合物的高温陶瓷挤出工艺。
最新的商业化的高温陶瓷挤出是使用半固体高温陶瓷挤出工艺。在此 工艺中，起始原料是低熔点玻璃与陶瓷粉末的混合物，并且挤出在高于 60(TC的温度下进行。
高温挤出可用于铝和其它金属以及合金。该方法是间歇方法，并且挤 出力来自液压柱塞。温度高于50(TC。
粉末注射成型利用给料的流动经由注射成型形成复杂形状。然后，将 生部件去粘合剂，并且在高温下通过粒子扩散工艺烧结。
该工艺适于制造大量的具有复杂几何形状的小的金属、陶瓷和碳化物 材料。
但是，对于诸如细陶瓷管之类的产品，该制造工艺既不能以低成本高 成品率生产，也不能生产该特定的陶瓷管产品。
发明内容
根据本发明的第一优选方面，提供了一种用于利用材料在模具的腔中
挤出注射成型制品的设备，所述设备包括能够有效连接到所述模具的挤出
头，所述挤出头包括入口、有效连接到所述入口的出口通道和出口开口，
所述出口开口处于所述出口通道的端部并且远离所述入口 ，所述出口通道
的长度和横截面积使得所述材料在所述材料流动是单向的情况下沿其流
过，并且使得所述材料在所述横截面积上具有基本均匀的压力的情况下通
过所述出口开口流出。
所述出口开口的横截面积、尺寸和形状与所述腔的横截面积、尺寸和 形状基本一致。
根据本发明的第二优选方面，提供了一种用于利用材料在模具的腔中 挤出注射成型制品的设备，所述设备包括能够有效连接到所述模具的挤出 头，所述挤出头包括入口、有效连接到所述入口的出口通道和出口开口， 所述出口通道用于所述材料沿其通过的通道，所述出口开口的横截面积、 尺寸和形状与所述腔的横截面积、尺寸和形状基本一致。
根据本发明的优选第三方面，提供了一种用于利用材料在模具的腔中 挤出注射成型制品的方法，所述方法包括
(a) 将所述材料供料到有效连接到所述模具的挤出头，所述挤出头 包括入口、有效连接到所述入口的出口通道和出口开口，所述出口开口处 于所述出口通道的端部并且远离所述入口 ；
(b) 利用致动器将所述材料推挤到所述出口通道中，以使得所述材 料在所述材料流动是单向的情况下沿其流过，并且使得所述材料在所述出
口通道的所述横截面积上具有基本均匀的压力的情况下通过所述出口开口 流出。
对于上述所有方面，所述出口通道的横截面积、尺寸和形状可以与所 述出口开口的相同。所述挤出头可以还包括中空内部，所述中空内部包括 在所述材料进入所述出口通道之前用于所述材料的压力存储器。所述挤出 头可以用于将所述材料注射到所述模腔中，以成型所述制品。在所述出口 开口处可以没有喷嘴。所述制品的厚长比在l: 500的范围内，优选在l: 300 (厚度比长度)的范围内。所述制品可以是陶瓷材料，所述材料包括 至少一种聚合物粘合剂以及用于形成陶瓷材料的粉末，从而形成粘度范围
在50-100 Pa* s的糊料。所述挤出头可以还包括致动器，所述致动器是选 自由螺杆致动器和凸轮构成的组的至少之一。所述模具可以利用夹板夹 紧。所述夹板与所述模具可以是独立的，或者所述夹板与所述模具可以是
一体的。所述夹板能够沿选自如下的方向的移动平行于所述腔的纵轴，
垂直于所述腔的纵轴，以及平行于所述腔的纵轴和垂直于所述腔的纵轴两 者。
为了使本发明可以得到充分的理解并易于实施，现在将以非示例性示 例的方式仅仅描述本发明的优选实施例，描述是参照附图来进行的。
在附图中
图1是第一优选实施例的透视图2是沿图l上的线和箭头2-2的方向的垂直剖视图3是对应于图2的但是是第二优选实施例的剖视图4是对应于图2的但是是第二优选实施例的剖视图5是第四优选实施例的透视图6是图5的第四优选实施例的垂直剖视图7是能够利用图l-6的实施例制造的产品的透视图8是能够利用图1-6，或者图9和IO的实施例制造的管产品的透视
图9是用于成型图8的产品的模具系统的优选实施例的透视图；以及 图10是示出了利用挤出注射成型装置的脱模工艺的图9的模具的一 系列表示图。
具体实施例方式
参考图1和2，示出了用于制品(没有示出)的挤出注射成型的设备 10。设备IO包括模具12，模具型芯14、挤出头16和由18笼统表示的材 料源。
模具12具有壁20和腔22，其尺寸和形状适于形成将被形成的制品的 外部形状和壁。为了形成制品的内部形状，模具型芯14以常规方式被置 于腔22内。模具型芯14具有主体24，其具有所需的长度、尺寸和形 状；头26，其位于主体24的外端，用于在模具型芯14被正确地布置在腔 22中时抵靠模具12的端壁28。
图3示出了其中致动器38是螺杆致动器46和凸轮48的组合的第二实 施例。如所示出的，入口 36和出口通道42沿轴向对齐。因此，出口通道 42和部分40基本是一体的。此外，部分40的横截面积大于腔22的横截 面积。
图4示出了其中致动器是既执行计量功能又执行注射功能的螺杆致动 器46的第三实施例。材料通过常规的注射成型料斗供应。材料自此由计 量和注射致动器螺杆46沿轴向推挤到出口通道42中。可以使用夹板50来 固定模具12。或者，如图所示，夹板50和模具12被一体化，于是它们成 为同一部件。夹板50中的一个或者两个可以相对于模具12 (如果它们是 独立的部件的话)和成型筒16移动。移动可以是竖直的(垂直于腔22的 纵轴)和/或水平的(平行于腔22的纵轴)。如果板50和模具12是同一 部件，则可以通过两个板50A2来进行夹紧。板50可以沿垂直于模具型芯 14/模腔22的纵轴和/或平行于模具型芯14/模腔22的纵轴的方向移动。本 实施例适于制造具有500 mtn或者更大的长度的管。
图5和图6示出了挤出头16的优选形式。挤出头16与图1-图4中的 相似，不同之处在于出口通道42更长。这样，获得用于产生单向的非紊
流流动的更长长度的出口通道，同时在出口通道42的横截面积上获得均
匀的压力分布。同样，出口开口44的横截面积、尺寸和形状与腔22和出 口通道42的相同。
图7示出了利用图1-5的实施例制造的产品52的示例，并且是可以用 于例如气体分离、微滤和纳滤的陶瓷管。
图8示出了其它的产品54，并且图9和10是用于其成型的模具系统 56。产品54利用参照图5和6所述的挤出头16的稍微改进的形式来制 造。其类似于图5和6的实施例，但是不同之处在于尺寸和所使用的成型 装置。模具系统56 (图中没有示出)具有模具12和模具型芯14。还设置 有顶出器58和固定模60。顶出器58具有突起部分62，突起部分62的形 状和尺寸与产品54的高度、厚度和形状相对应。当成型结束时，模具型 芯14被取出(图10a)，并且模具被打开(图10b)。顶出器58朝向模具 12移动，并且突起部分62通过开口 64进入模具12，并且将产品54从模 具12顶出(图10c)。
挤出头16可以被修改为其它形状，如图8所示。注入口相当于图6中 的中空内部34，浇道相当于图6中的材料存储部分42，门口相当于出口 44。门口尺寸可以是相同尺寸，或者可以稍小，以提高腔的寿命。
当用于陶瓷产品时，材料将包括陶瓷材料(包括金属)，粘合剂(诸 如聚合物粘合剂)以及根据需要的液体的预混合材料的糊料。粉末和粘合 剂的混合比与标准的粉末注射成型(PIM)给料一致，但是优选的是，粘 度处于50-120Pa s的常规范围的较低侧。
此外，给料优选被预热到约1S(TC，实际温度依赖于所使用的聚合物 粘合剂。模具12也优选地被加热到例如约16(TC到17(TC，同时模具12 被作为一个区域加热。当成型完成时，模具12可以被冷却例如约120-160 。C，以便取出成型产品。
产品52， 54可以具有1-500,优选1-300的厚长比(管的壁厚比长 度)。对于管或产品的宽度没有限制，其上限取决于所使用的装置的能 力。
尽管已经在前述描述中已经描述了本发明的优选实施例，但是本领域
技术人员将理解到在不脱离本发明的范围的情况下可以对设计或者构造的 细节进行许多变化或者修改。
权利要求
1.一种用于利用材料在模具的腔中挤出注射成型制品的设备，所述设备包括能够有效连接到所述模具的挤出头，所述挤出头包括入口、有效连接到所述入口的出口通道和出口开口，所述出口开口处于所述出口通道的端部并且远离所述入口，所述出口通道的长度和横截面积使得所述材料在所述材料流动是单向的情况下沿其流过，并且使得所述材料在所述横截面积上具有基本均匀的压力的情况下通过所述出口开口流出。
2. 如权利要求1所述的设备，其中所述出口开口的横截面积、尺寸和形状与所述腔的横截面积、尺寸和形状基本一致。
3. —种用于利用材料在模具的腔中挤出注射成型制品的设备，所述设 备包括能够有效连接到所述模具的挤出头，所述挤出头包括入口、有效连 接到所述入口的出口通道和出口开口 ，所述出口通道用于所述材料沿其通 过的通道，所述出口开口的横截面积、尺寸和形状与所述腔的横截面积、 尺寸和形状基本一致。
4. 如权利要求2或权利要求3所述的设备，其中所述出口通道的横截 面积、尺寸和形状与所述出口开口的相同。
5. 如权利要求1-4中任何一项所述的设备，其中所述挤出头还包括中 空内部，所述中空内部包括在所述材料进入所述出口通道之前用于所述材 料的压力存储器。
6. 如权利要求1-5中任何一项所述的设备，其中所述挤出头用于将所 述材料注射到所述模腔中，以成型所述制品。
7. 如权利要求1-6中任何一项所述的设备，其中所述制品的厚长比 (管的壁厚比长度)在l: 500的范围内。
8. 如权利要求1-7中任何一项所述的设备，其中所述制品的厚长比 (管的壁厚比长度)在l: 300的范围内。
9. 如权利要求1-8中任何一项所述的设备，其中所述制品是陶瓷材 料，所述材料包括至少一种聚合物粘合剂以及用于形成陶瓷材料的粉末， 从而形成粘度范围在50-100 Pa s的糊料。
10. 如权利要求l-9中任何一项所述的设备，其中所述挤出头还包括致 动器，所述致动器是选自由螺杆致动器和凸轮构成的组的至少之一。
11. 如权利要求10中任何一项所述的设备，其中所述致动器用于执行 计量功能和注射功能。
12. 如权利要求1-11中任何一项所述的设备，其中所述模具利用夹板 夹紧。
13. 如权利要求12所述的设备，其中所述夹板与所述模具是独立的。
14. 如权利要求12所述的设备，其中所述夹板与所述模具是一体的。
15. 如权利要求12-14中任何一项所述的设备，其中所述夹板能够沿选 自平行于所述腔的纵轴和垂直于所述腔的纵轴的方向的移动。
16. —种用于利用材料在模具的腔中挤出注射成型制品的方法，所述 方法包括(a) 将所述材料供料到有效连接到所述模具的挤出头，所述挤出头 包括入口、有效连接到所述入口的出口通道和出口开口，所述出口开口处于所述出口通道的端部并且远离所述入口 ；(b) 利用致动器将所述材料推挤到所述出口通道中，以使得所述材 料在所述材料流动是单向的情况下沿其流过，并且使得所述材料在所述出 口通道的所述横截面积上具有基本均匀的压力的情况下通过所述出口开口 流出。
17. 如权利要求16所述的方法，其中所述出口开口的横截面积、尺寸 和形状与所述腔的横截面积、尺寸和形状基本一致。
18. 如权利要求17所述的方法，其中所述出口通道的横截面积、尺寸 和形状与所述出口开口的相同。
19. 如权利要求16-18中任何一项所述的方法，还包括在所述挤出头中 设置在所述材料进入所述出口通道之前用于所述材料的压力存储器。
20. 如权利要求16-19中任何一项所述的方法，其中所述材料通过所述 挤出头注射到所述模腔中。
21. 如权利要求16-20中任何一项所述的方法，其中所述模具利用夹板 夹紧。
22. 如权利要求21所述的方法，其中所述夹板与所述模具是独立的。
23. 如权利要求21所述的方法，其中所述夹板与所述模具是一体的。
24. 如权利要求21-23中任何一项所述的方法，其中所述夹板能够沿选自如下的方向的移动平行于所述腔的纵轴，垂直于所述腔的纵轴，以及平行于所述腔的纵轴和垂直于所述腔的纵轴两者。
全文摘要
一种用于利用材料在模具的腔(22)中挤出注射成型制品的设备(10)，所述设备(10)包括能够有效连接到所述模具(12)的挤出头(16)，所述挤出头(16)包括入口(36)、有效连接到所述入口(36)的出口通道(42)和出口开口(44)，所述出口开口(44)处于所述出口通道(42)的端部并且远离所述入口(36)，所述出口通道(42)的长度和横截面积使得所述材料在所述材料流动是单向的情况下沿其流过，并且使得所述材料在所述横截面积上具有基本均匀的压力的情况下通过所述出口开口(42)流出。
文档编号B28B3/20GK101356044SQ200580052314
公开日2009年1月28日 申请日期2005年12月13日 优先权日2005年12月13日
发明者明宪·约翰·杨, 李庆法 申请人:新加坡科技研究局