具有螺旋线圈封垫的止回阀的制作方法

专利名称：具有螺旋线圈封垫的止回阀的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于注射模制机的锁环和封垫，且更特定地说(但不以此为限)， 本发明涉及用于金属注射模制机与压铸机的锁环和封垫。
背景技术：
现有技术包括1971年5月18日颁予Huhn的第3,578,803号美国专利，其描述了使用一 螺旋弹簧将一密封环推向一反向环，以在一轴上形成封垫。
1972年4月ll日颁予Durametallic公司的第3，655，206号美国专利描述了一螺旋密封环 的使用，抵靠一楔形表面按压所述密封环，以向所述密封环提供一径向向内和轴向压缩 力以形成环绕一轴的封垫。所述密封环由多层石墨材料构成。所述密封环经设计以用于 保持环绕所述轴的封垫。
2002年8月l日公布的Hauser等人的第2002/0100507号美国专利申请案描述了用于一 自动制动系统中的一活塞泵的止回阀。所述止回阀形成为一单件，所述单件包含一端上 带有基环且另一端上带有闭合盘的螺旋圈。所述基环的移动提供所述止回阀的打开与关 闭。所述螺旋弹簧提供所述阀的打开与关闭的活动性。所述螺旋弹簧的外表面并不用作 关闭或密封表面。
2004年1月1日公布的Dominka的第2004/0001900号美国专利申请案描述了 一注射系 统用的止回阀。所述阀包括一切断销、 一弹簧引导部件和一螺旋弹簧。所述螺旋弹簧被 所述引导部件压缩以强制所述销关闭流动路径，并通过所述引导部件解压縮以使所述流 动路径能够打开。所述螺旋弹簧的表面与所述流动路径接触，但并不提供任何关闭或密 封表面。
现有技术未曾建议使用一螺旋线圈来实际密封一流动路径。
在注射模制机中，需要一种用于密封贯穿止回阀的流动路径的耐磨损、可靠封垫。

发明内容
在塑料的注射模制中，通常采用无任何封垫的止回阀并依赖熔体的相当大的空隙与 高粘度形成全密封。在金属注射模制中使用的金属不具有塑料的高粘度，并因此将通过 所述空隙而回漏，所述空隙通常用于塑料注射模制中。此外，金属的高腐蚀性与注射所
需的高温还削弱了塑料注射模制密封配置在金属注射模制中的使用。因此，需要用于金 属注射模制的有效封垫具有紧密空隙和公差，且必须经受得住高温和腐蚀性环境。本发 明提供一使用一螺旋线圈的此种封垫。
本发明提供一种用于注射模制机的封垫，所述封垫防止熔体在一止回阀中回流，减 少筒与止回阀的磨损，且即使出现明显磨损时仍能可靠操作。通过提供一螺旋线圈以密 封通道来达成本发明。所述螺旋线圈还可用作锁环以打开及关闭熔体路径。
本发明提供一种用于金属模制机的止回阀的封垫。所述封垫包含在所述止回阀外表 面中的一周边槽以及在所述槽内的一螺旋芯。所述螺旋线圈可膨胀成与所述模制机的一 圆筒壁密封啮合。
本发明进一步提供一种用于金属模制机的止回阀。所述阀包括一螺旋线圈。所述线 圈密封所述止回阀并在所述止回阀的圆筒上滑动以打开和关闭 一 贯穿所述阀的流动路 径。所述线圈的第一圈具有一与所述圆筒上的一配合表面相配的表面，以在与所述配合 表面接触时关闭所述阀。所述线圈的外部周边表面与环绕所述止回阀的圆筒壁相配以向 所述止回阀提供轴向密封。
本发明进一步提供一种用于注射模制机的注射单元，其包括一注射螺杆、所述注射 螺杆一端上的一喷嘴体以及所述喷嘴体上的一止回阀。所述止回阀包括一密封环。所述 密封环包含一环绕所述喷嘴体并可在所述喷嘴打开的第一位置与所述喷嘴关闭的第二 位置之间滑动的螺旋线圈。当所述线圈处于关闭位置时，所述线圈的第一圈密封地啮合 所述喷嘴体上的一肩部。


现在将参考附图描述本发明的示范性实施例，附图中 图l为一用于金属注射模制机的筒组合件的端视图。 图1A说明一可对其使用本发明的典型注射模制系统的筒组合件。 图2为沿图1的剖面线2-2截取的图1的筒组合件的横截面图，其展示本发明提供的螺 旋封垫。
图3为图2的部分的细节图，其展示沿图4中的剖面线3-3截取的螺旋封垫处于紧密密 封位置的止回阀。
图3A为图3的圆形部分A的细节图，其更清楚地展示所述螺旋几何形状与所述槽之 间的关系。
图4为图3的止回阀的端视图。
图5为本发明的锁环的透视图。
图5A和5B分别为图5所示的锁环的截面图和端视图。
图6为装配在图5的锁环上以密封所述锁环的螺旋线圈的透视图。
图6A和6B分别为图6所示的螺旋线圈的截面图和端视图。
图7为一止回阀沿图8的剖面线7-7的横截面图，其带有一充当封垫和锁环的螺旋线圈。
图8为图7所示的止回阀的端视图。
图9为本发明的另一实施例，其中所述螺旋线圈组合作为一锁环和封垫。 图10为本发明的另一实施例的沿图11中剖面线10-10截取的横截面图，其包括位于螺
旋线圈止回阀与封垫之间的磨损环。
图11为图IO所示的止回阀的端视图。
具体实施例方式
下文将在改进止回阀的功能和耐用性的范围内解释本发明的结构和操作，所述止回 阀经配置以用于一注射模制系统的筒组合件中，所述注射模制系统用于例如处于半固体 (例如触变)状态的镁等金属合金的模制。几种此类注射模制系统的结构和操作的详细 描述可参看第5，040,589号和第6，494,703号美国专利。虽然前面已经描述，但本发明的止 回阀的一般功用或其与其它金属合金(即，铝、锌等)的兼容性并不受上述限制。 参看图1A展示一典型注射模制系统的筒组合件。
所示的筒组合件138包括一带有一轴向圆柱形孔148A的细长圆筒140，所述圆柱形孔 配置成贯穿所述细长圆筒。所示的所述筒组合件连接到一夹持单元的固定压板16 (未另 外展示)。所述孔148A经配置以与安置于其中的螺杆156协作，用于处理与输送金属原料， 并作为在模制材料熔体的注射过程中用于积聚与随后引导所述模制材料熔体的构件。所
述螺杆156包括一绕一细长圆筒体部分159配置的螺纹158。根据本发明的一实施例，所 述螺杆的后部(未图示)经配置以用于与一驱动组合件(未图示)耦合，且所述螺杆156 的前部经配置以用于接纳一止回阀160。所述止回阀160的操作部分安置在螺杆156的前 向配合面或肩部32的前方。所述筒组合件138包括位于所述机器喷嘴144与140前端中间 的筒头2A。所述筒头2A包括一贯穿其间安置的熔体通道10，所述熔体通道10将所述圆 筒孔148A与一贯穿所述机器喷嘴144安置的辅助熔体通道148C连接起来。贯穿所述筒头 2A的熔体通道10包括一向内变细部分，其使所述熔体通道的直径过渡到所述机器喷嘴 144的窄得多的熔体通道148C。所述筒140的中央孔148A包括由例如StemteTM的抗腐蚀材
料制成的衬里12A，以保护筒衬底材料(通常由例如InconelTM的镍基合金制成)免受高 温金属熔体的腐蚀特性的影响。与模制材料的熔体接触的筒组合件138的其它部分还可 包括类似的保护性衬里或涂层。所述筒140进一步经配置以用于通过一进料喉(未图示) 与一粉末金属原料源连通，所述进料喉贯穿所述筒140的顶部后面部分(未图示)而定 位。所述进料喉将所述原料导入所述筒140的所述孔148A中。随后，所述原料通过其机 械加工、通过所述螺杆156与所述圆筒孔148A的协作动作并通过其受控的加热而被加工 成模制材料。通过一系列加热器(未图示)提供热量，所述加热器沿所述筒组合件138 的长度的实质部分安置，且加热器150沿机器喷嘴144安置。
所述注射模具包括至少一个模制腔(未图示)，所述模制腔在一冷模半部(未图示) 与一热模半部125之间共享的辅助模制插入物之间紧密协作地形成。所述冷模半部包括 一芯板组合件，所述芯板组合件中安置有至少一个芯模制插入物。所述热模半部125包 括一腔板组合件127,所述腔板组合件中安置有至少一个辅助腔模制插入物，所述腔板 组合件被安装到浇道系统126的一面。所述浇道系统126提供一连接所述机器喷嘴144的 熔体通道148C与至少一个模制腔的构件，以用于填充所述模制腔。如普遍已知的，所述 浇道系统126可以是一分支或多分支热浇道、 一冷浇道、 一冷浇口或任何其它普遍已知 的熔体分配构件。在操作中，所述芯与若干腔模制插入物在一模具关闭与夹持位置协作 以形成至少一个模具腔，用于接纳并成形从所述浇道系统126接收的模制材料的熔体。
在操作中，当所述熔体被注入所述模具中时，所述筒组合件138的机器喷嘴144啮合 在所述注射模具的一浇口衬套55中(即，逆着注射所述熔体所产生的反作用力)。
所述模制过程一般包括以下步骤
i) 使金属原料流入到筒140的后端部分中；
ii) 通过以下方式将所述金属原料加工(即，剪割)并加热成为模制材料的触变
性熔体
a. 所述螺杆156的操作(即，旋转与收缩)，其功能在于通过所述螺杆螺纹158与轴 向孔148A的协作，沿所述筒140的长度输送所述原料/熔体经过所述止回阀160，并进入 在所述止回阀160的前方界定的积聚区；
b. 当原料材料沿筒组合件138的实质部分行进时加热所述原料材料；
iii) 关闭并夹持所述注射模半部；
iv) 通过螺杆156的向前平移，将积聚的熔体注射穿过机器喷嘴144并进入注射模 具中；
v) 视情况，通过施加持续的注射压力填充至少所述模制腔中的任何剩余空间
(即装满)；
vi) —旦通过冷却所述注射模具而使所述模制零件固化时，便打开所述注射模
具；
vii) 从所述注射模具中移出所述模制零件；以及
viii) 视情况，针对随后的模制周期来调节所述注射模具(例如，施加脱模剂)。 制备随后注射用的大量熔体的步骤(即步骤i)和ii))通常称为"复原"，而至少一
个模具腔的填充与装满的步骤(即，步骤iv)与v))通常称为"注射"。
所述止回阀160用于允许所述熔体向前输送进入所述筒140前方的积聚区，但另一方 面却在熔体的注射期间防止所述熔体的回流。所述止回阀160的正确运作依赖于其两侧 熔体之间的压力差(即，在复原期间所述阀后方压力较大，且在注射期间所述阀前方压 力较大)。第5，680,894号美国专利中描述用于金属注射模制中的典型止回阀的结构与操 作。
参照图1和图2，其一般展示根据本发明的一优选实施例使用的螺旋线圈。图l展示 所述线圈用作一封垫。
在图2中，具有筒衬里4的筒2支撑一螺杆(未图示)，所述螺杆具有借助螺纹28与其 附接的止回阀20。螺栓(未图示)通过螺栓孔8将筒头6连接到筒2。 一浇口衬套(未图 示)或类似部件借助螺栓孔9附接到所述筒头6。当止回阀20处于如图2所示的打开位置 时，所述螺杆旋转且熔体以金属模制领域中众所周知的方式通过所述止回阀馈入所述止 回阀20前方的熔体通道10中。
当所述熔体通道10被填充熔体时向斜面32施加一力以使锁环24向前移动并打开斜 面32与34之间的一流动路径。表面40阻止环24的向前移动。在向前移动期间，所述螺旋 线圈仅处于所述熔体的轻微压力下，并将对所述环的向前移动产生很小的阻力。
当熔体通道10充满熔体时，螺杆的旋转停止且熔体开始注射入一模具腔(未图示)。 注射期间螺杆的向前移动导致向所述锁环的前向表面上施加力，使所述锁环返回以使得 斜面32与34接触，并进而密封所述熔体路径。
另外，环24的侧壁中的开口12 (如图3所示)允许熔体压在所述螺旋线圈的内壁上 并推动其与所述筒衬里4密封接触，进而在注射周期期间沿所述筒的长度进行密封以防 止泄漏。
如图3所示，止回阀20由主杆22、锁环24与螺旋线圈26组成。杆22借助螺纹28附接 到注射螺杆的端部。 一肩部30固定到所述注射螺杆的端部。
在如图3所示的关闭位置中，所述止回阀20上的斜面32和肩部30上的斜面34以所属
领域中众所周知的方式通过熔体通道36中的熔体施加在环24上的背压被挤压形成密封 啮合。
所述螺旋线圈26的外径具有足够空隙以使装配变得容易。开口12允许熔体流入邻近 螺旋线圈26的内圆周的空间14中。在注射期间，空间14中的熔体使线圈26经受轴向和向 外径向方向中的注射力，所述注射力促使所述螺旋线圈26的高度顺应式结构易于轴向压 缩并径向膨胀，直到消除所有空隙并形成一密封。 一旦注射压力消失，促使压縮与膨胀 的力就不复存在，且所述螺旋线圈26松开。当所述塑化螺杆为了将新材料传送到所述螺 杆前方而开始旋转(未图示)时，所述锁环24与所述螺旋线圈26之间的任何接触将引起 一施加的扭矩，所述扭矩促使所述螺旋线圈26扭曲以使得外密封直径变小，并强制所述 密封直径从所述筒衬里的壁脱离，因而减少磨损。
如图4所示，所述主杆22的端部经分叉以形成指部38，所述指部在熔体通道36中产 生槽42。当所述注射螺杆以所属领域中了解的方式撤回并旋转时，所述螺杆提供熔体， 所述熔体向前移动所述锁环24以打开所述阀20并允许熔体通道36从旋转螺杆接纳熔体。 随着所述熔体通道36充满熔体，通道内的压力慢慢将所述塑化螺杆移回至其满注位置。 当注射行程开始时，所述锁环前方的熔体的闭合容积使所述锁环24移回到图3所示的关 闭位置。当所述锁环24到达图3所示的密封位置时，在熔体通道36中提供足够熔体以能 够下一次将熔体注射入所述腔中。所述螺杆停止旋转并向前平移以强制熔体进入模具 腔。所述螺杆的平移移动增加了由所述熔体产生的压力以确保在斜面32和34处以及沿邻 近线圈26的筒表面密封熔体路径36。
如图3A更清楚地展示，所述线圈26的横截面大体上为矩形。所述线圈的外圆周表面 被机械加工成高公差，使得其与一关联筒衬里的壁紧密界接。内圆周表面可为其它形状， 例如凸形或凹形。内圆周表面形状的唯一限制在于它们需有充分的表面以确保传送足够 的力来移动所述线圈使其与筒衬里表面密封啮合。所述线圈的每一圈的径向表面也被机 械加工成高公差以确保所述线圈的相邻圈彼此有效密封。所述外部线圈的外径向表面以 及其与所述锁环接触的表面也应当被机械加工成高公差以确保良好的密封。
图5、 5A与5B更清楚地展示锁环24。环24在其周边上具有一圆槽44。所示的槽44位 于所述环24的中间附近，但如果需要，可位于更靠近任一端的地方。唯一限制在于邻近 所述槽的壁部分46与48应当具有足够强度以当安装在槽44中时经受得住由线圈26施加 的压力。
图6、 6A与6B更清楚地展示螺旋线圈26。如这些图中所示，外圆周表面66被机械加 工成高公差。径向表面68也被加工成高公差。内圆周表面70不需制成高公差，因为它们
在操作期间接触所述熔体。
图7展示一锁环线圈50，其将打开与关闭所述止回阀52以及密封所述熔体通道54的 动作组合。如图所示，在此实施例中，所述线圈50的外线圈表面56啮合斜面34以关闭所 述阀。所述线圈50的圈的圆周表面啮合所述筒的壁以密封所述壁，防止熔体的任何回流。 所述线圈50的圈中的柔性确保即使筒中存在磨损，但由于所述熔体对所述线圈50的内壁 的压力将强制所述线圈的外壁靠在所述筒上，因此所述线圈50仍将持续提供可靠密封。 因此，仅当所述筒被磨损严重到线圈的膨胀不足以覆盖磨损间隙时，沿所述壁的封垫才 会开始腐蚀。
对于金属模制，所述螺旋线圈必须由在高操作温度下(例如对于镁模制而言为600 °C)稳定且不易受腐蚀的材料制成。例如，当模制镁时，不应出现镍。
图7所示的杆22基本上与图3所示的杆22相同，因此，用相同参考数字来识别述杆的 相同部分。此处无需进一步描述杆22。
图7A更清楚地展示线圈50的经过机械加工的表面。
图8是图7所示的止回阀52的端视图，并包括用于允许熔体流入注射腔的槽42。
图9说明本发明的另一实施例。在此实施例中， 一熔体流道60从所述止回阀的周边 向筒(在64处示意性表示)的内部延伸。螺旋线圈66以与前文参照图7和图8描述的方式 类似的方式用作止回阀的锁环与封垫。
图10与11展示本发明的另一实施例。在此实施例中， 一环72位于一螺杆(未图示) 上的座74与螺旋线圈76之间。环72允许在维持所需流动路径的同时使用更薄的线圈76 。 环72随着线圈76前后移动。
当然，应了解，以上描述仅以实例的形式给出，且可在本发明范围内进行细节修改。
权利要求
1.一种用于一金属模制机的一止回阀的封垫，所述封垫包含所述止回阀的一外表面中的一周边槽和所述槽中的一螺旋缠绕芯，所述螺旋缠绕线圈可膨胀成与所述模制机的一圆筒壁密封啮合。
2. 根据权利要求l所述的封垫，其中所述线圈的每一圈包括若干平坦径向壁，且所述 线圈的相邻圈彼此接触以径向密封所述线圈。
3. —种用于一金属模制机的止回阀，所述阀包括所述止回阀的一外表面中的一周边槽 与所述槽中的一螺旋缠绕线圈，所述线圈可膨胀成与所述模制机的一圆筒壁密封啮合。
4. 根据权利要求3所述的止回阀，其中所述螺旋缠绕线圈可在一熔体通道打开位置与 一熔体通道关闭位置之间横向移动。
5. 根据权利要求3所述的止回阀，其中所述线圈的圈的横截面实质上为矩形。
6. 根据权利要求4所述的止回阀，其中所述线圈的圈的相邻表面被机械加工成一高公 差，以在压缩所述线圈时确保相邻圈之间的密封。
7. 根据权利要求4所述的止回阀，其中所述线圈的圈的外表面被机械加工成一高公差， 以便在所述线圈膨胀时紧靠所述壁密封。
8. —种用于一金属模制机的止回阀，所述阀包括一螺旋缠绕线圈，所述线圈密封所述 止回阀并可在所述止回阀的一 圆筒上滑动以打开和关闭穿过所述阀的 一流动路径， 所述线圈的一第一圈具有一与所述圆筒上的一配合表面相配的表面，以在与所述配 合表面接触时关闭所述阀，所述线圈的外圆周表面与围绕所述止回阀的一圆筒壁相 配，以向所述止回阀提供一轴向密封。
9. 根据权利要求8所述的止回阀，其中所述线圈的除一第一圈外的每一圈具有当压在 一起时提供一径向封密的平坦径向壁。
10. —种用于一注射模制机的注射单元，其包括一注射螺杆、在所述注射螺杆的一端上 的一喷嘴体和在所述喷嘴体上的一止回阀，所述止回阔包括一密封环，所述密封环包含一围绕所述喷嘴体并可在所述喷嘴打开的一第一位置与所述喷嘴关闭的一第 二位置之间滑动的螺旋缠绕线圈，当所述线圈处于所述关闭位置时，所述线圈的一 第一圈密封地啮合所述喷嘴体上的一肩部。
11. 根据权利要求10所述的注射单元，其中所述线圈的除所述第一圈外的每一圈具有一 平坦径向表面，且与一相邻圈的一平坦径向表面密封啮合以提供所述止回阀的径向 密封。
12. —种用于一金属模制机的一止回阀的封垫，所述封垫包含一可插入所述阀内的一周 边槽中的螺旋线圈，所述线圈具有一外径向表面，当经受所述环的一内径向表面上 的压力时，所述外径向表面可膨胀成与一圆筒壁密封啮合，且所述线圈的一第一圈 具有一与所述槽上的一轴向表面相配的轴向表面，并在所述线圈经受一轴向力时提 供一轴向密封。
13. 根据权利要求12所述的封垫，其中所述线圈的除所述第一圈外的每一圈具有一平坦 轴向表面并与一相邻圈的一平坦轴向表面密封啮合以提供所述线圈的轴向密封。
14. 一种用于一金属模制机的一止回阀中的螺旋线圈，所述线圈密封所述止回阀并可轴 向平移以打开和关闭一穿过所述阀的流动路径，所述线圈的一第一圈具有一与所述 止回阀体上的一配合表面相配的表面，以在与所述配合表面接触时关闭所述阀，且 所述线圈的外侧径向表面与 一 围绕所述止回阀的圆筒壁相配以向所述止回阀提供 一径向密封。
15. 根据权利要求14所述的线圈，其中所述线圈的除所述第一圈外的每一圈具有一平坦 轴向壁，其在经受一轴向力时在每一圈之间提供一轴向密封。
16. —种用于一金属模制机的注射单元，其包括一注射螺杆、在所述注射螺杆的一端上 的一止回阀，所述止回阀包括一封垫，所述封垫包含一螺旋缠绕线圈，所述螺旋缠 绕线圈围绕所述止回阔体并可轴向平移以打开和关闭一穿过所述阀的流动路径，所 述线圈的一第一圈具有一与所述止回阀体上的一配合表面相配的表面，以在与所述 配合表面接触时关闭所述阀，且所述线圈的外侧径向表面与围绕所述止回阀的一圆 筒壁相配，以向所述止回阀提供一径向密封。
17. 根据权利要求16所述的注射单元，其中所述线圈的除所述第一圈外的每一圈具有一 平坦轴向表面，并与一相邻圈的平坦轴向表面密封啮合，以提供所述止回阀的轴向 密封。
全文摘要
一种用于一金属模制机的一止回阀的封垫。通过组合所述止回阀的一外表面中的一周边槽与所述槽中的一螺旋缠绕芯来提供所述封垫。所述螺旋缠绕线圈可膨胀成与所述模制机的一圆筒壁密封啮合。所述螺旋缠绕线圈可在所述槽内在一熔体通道打开位置与一熔体通道关闭位置之间横向移动，以打开或密封所述熔体通道。
文档编号F16K15/02GK101102861SQ200580021523
公开日2008年1月9日 申请日期2005年5月17日 优先权日2004年6月28日
发明者亚历克斯·滕, 哈罗德·戈德温, 罗伯特·伊尔莫宁 申请人:赫斯基注射器成型系统有限公司