用于注射成型的方法和工具与流程

本发明涉及一种用于在注射成型工具中注射成型一个或更多个零件的方法，该注射成型工具包括至少一个模具型腔、至少一个浇口(即，侧浇口或任何其它类型的浇口)和位于所述至少一个浇口上游的至少一个流道。

背景技术：

a)两种不同等级的塑料材料的“共注射”或“三明治(夹芯)注射成型”；以及

b)“系列(family)零件的注射成型”，

与当前的注射成型和工具技术相比，上面先进的注射成型方法具有提供降低成本、减少环境负荷、更好地利用资源和改进零件质量的巨大潜力。

在共注射/三明治注射成型方法中，两种不同等级的塑料材料在注射成型零件的壁横截面中形成三明治结构，其中首先注射到型腔中的熔体形成通常称为“表皮”的相对较薄的表面层，该表面层覆盖整个零件，并且同时或之后不久，第二次注射的熔体在表皮内形成相对较厚的层，该层被称为“芯层”，见图1a、图1b和图1c。

共注射有两种不同的成型工艺：

-使用配备有两个完整注射单元的机器将两种塑料等级的熔体同时共注射到型腔中，这是原始方法；以及

-使用仅具有一个注射单元的机器将两种塑料等级按顺序共注射到型腔中，结果是只能将所谓的“冷流道”用于工具中塑料熔体的进料系统，这与既能使用冷流道又能使用所谓的“热流道”的同时共注射形成对比。monosandwich(单三明治)是图1a、图1b和图1c中所示的按顺序共注射工艺的商品名。

冷流道中的“冷”一词的含义是，流道的壁可以被加热到低于半结晶聚合物的熔点或非晶态聚合物的软化/熔化区间的表面温度，因此当熔体流动通过流道时，材料的薄层将在冷流道中抵靠壁的表面而凝固。

优选使用共注入方法来：

-在注射成型零件中组合两种塑料材料的不同特性，例如，具有所需颜色、高抗紫外线性和/或光泽的表面层材料以及经增强以赋予零件高刚度的芯层材料；或

-通过将低价材料(诸如，再生材料、低规格的所谓工业塑料等级或不含任何添加剂或聚合后仅掺入少量添加剂的新生产的塑料等级)用于芯层，以便节省注射成型零件的塑料材料成本。

系列零件的注射成型是指在包括多个型腔的同一工具中在相应的模具型腔中同时成型具有不同形状、大小和/或重量的两个或更多个零件。填充不同大小、容积和/或形状的模具型腔的注射时间不同，这意味着必须在不同的时间点在型腔中激活施加到熔体的保持压力。

然而，共注射或三明治注射成型方法以及系列零件的注射成型方法在市场上并不像与前述方法同时引入的其它方法(诸如，“包覆成型”和“气体辅助注射成型”)那样成熟。造成这种情况的一个原因(也许是主要原因)是，自从使用这些方法以来，尚未彻底开发出适当的工具技术。

需要消除当前工具和工艺技术的局限性，这些局限性可能已经阻止了系列零件的共注射和注射成型增加其市场份额。

如图1a至图1c所示，monosandwich工艺是在只有一个注射单元的机器上进行的。首先将旨在形成最终零件的芯层的熔体体积3计量加入(metering)注射单元1中。然后，将旨在形成最终零件的薄表面层的熔体体积2在机器中的挤出机单元中塑化，并通过注射单元1的孔口计量加入以定位在熔体体积3的前面。如图1b所示，随着注射单元1的螺杆活塞4开始其行程，首先将表面材料2注射到模具型腔5中，从而使表面材料的薄层抵靠模具型腔的相对较冷的成型表面凝固。当将表面材料2部分地注射到模具型腔5中并且螺杆活塞4继续进行其行程时，芯材料3将穿透到表面材料2中并将表面材料2压靠在模具型腔5的成形表面上，同时芯材料在表面材料层内部填充模具型腔(如图1c所示)。以这种方式，获得了具有薄表面层和封装在薄表面层中的连续且基本较厚的芯层的两层注射成型零件。

当根据任何一种已知的共注射方法注射成型多层零件时，通常期望零件的所有横截面都具有一种表面材料的相对薄的表面层和芯材料的较厚的内层。当使用共注射方法时，表面材料相对于芯材料的最佳体积份额约为25/75％。当根据共注射方法在多层零件的注射成型中使用当前工具时，只有当零件具有简单和/或对称的形状(诸如，图1a至图1c所示的零件/型腔)时，才能实现约25/75％的份额。

图2和图3示出了问题的示例，当共注射使用通向模具型腔中的不适合的浇口来成型更复杂的零件时，可能会出现这些问题。熔体流以不同的方向从射料浇口6延伸到模具型腔的外部轮廓。如果在型腔的成形表面之间存在不同的熔体流动距离和不同的零件壁厚，则在模具型腔中的各种流动路径中，多层熔体的流动阻力将不同，这在共注射过程中导致两种塑料熔体产生流动前沿，该两种塑料熔体的流动前沿相对于彼此不均匀并且相对于模具型腔的外部轮廓也不均匀。在模具型腔的其中熔体流动路径明显长于模具型腔的其它部分中的流动路径的部分中，在流体路径的离射料浇口6最远的端部处的横截面中都没有获得相应的表面材料和芯材料的合理最佳份额，如图2的零件右侧所示，在该端部处只有芯材料7，图2以沿a-a的截面示出了从上方看的零件。即，在图2中可以看出，芯材料熔体7在流动前沿已经穿透表面材料8。

通过过量加入表面材料熔体，可以在模具型腔的流动路径最长的部分中部分地获得多层结构，但是，如图3所示，在较短的流动路径的端部处获得了太大量的表面材料8，这意味着芯材料将不会到达模具型腔的位于这些位置处的外部轮廓。此外，当多层熔体的流动前沿通过用于连接(诸如，增强件9或附接装置10等)的开口时，多层熔体的流动前沿将被分裂开。这意味着，由于在如图2所示的产品的不期望的位置处获得芯材料的突破和过多的表面材料，通常无法保持表面材料和芯材料的最佳体积份额，图2示出了增强件9中芯材料的正常部分，而速动附件10中仅芯材料。在图3中，增强件具有太大部分的表面材料，而速动构件10具有更正常的份额。

对于注射成型的零件，诸如面板、盖、壳体、旋钮、手柄等，对这些零件的可见表面层的特性通常有特定要求，诸如高光洁度、特殊特征(诸如，抗紫外线(uv))、耐热、高形状精度、无凹陷等。这意味着在利用当前方法仅使用一种相对昂贵的材料对此类零件进行注射成型的情况下，零件的成本将相当高。对于零件在使用零件时不可见的部分，通常对性能没有这种要求。必须表现出良好机械性能(诸如，韧性和刚度)的特征(诸如，连接件、增强件和附接件)可能必须使用不适合用于在使用中可见的零件部分的材料注射成型。这些类型的零件通常使用包覆成型方法(通常称为“双重成型”)进行多层注射成型。图4示出了使用包覆成型方法注射成型的图2和图3所示的零件。在这种方法中，首先将材料7注射到一个模具型腔中，该模具型腔形成具有连接件9和10的后部，然后，在包覆成型工具中将已经形成后部的上表面的型腔自动改变成稍大一些的型腔，这意味着可以如图4所示利用表面层材料8进行包覆成型。然而，这种方法导致在机器和工具上的大量投资，并且周期时间相对较长。

通过过量加入表面材料熔体，也可以在模具型腔的流动路径最长的部分中获得多层结构，但是，如图3所示，在较短的流动路径的端部处获得了太大量的表面材料8，这意味着芯材料将不会到达模具型腔的位于这些位置的外部轮廓。

ep2,035,206公开了一种根据共注射方法的用于多层注射成型的方法和工具，该方法和工具为使用常规共注射工具时出现的上述问题提供了解决方案。根据ep2,035,206，描述了一种用于共注射成型结合有零件的上部和与上部集成的至少一个连接件的零件的方法。用于至少一个连接件的型腔被定位在可动工具芯中，参见图5a和图5b，可以控制该芯以关闭和打开用于至少一个连接件的型腔的入口。该零件的上部通过适当的浇口填充，例如，通过具有位于侧浇口上游的多个流道的该侧浇口或通过任何其它合适类型的浇口填充。当通向至少一个连接件的入口处于关闭位置(如图5a所示)时，因为至少一个连接件的型腔不会使零件上部的共注入过程的流动前沿分裂，所以将适当地共注射零件上部的型腔。当零件上部的型腔完全充满并且所有计量加入的表面材料都用于成型零件上部的表面层时，用于至少一个连接件的工具芯被激活以打开入口，从而将使芯材料的熔体在入口处穿透表面材料层并填充至少一个连接件的型腔，即，至少一个连接将仅由芯材料组成。因此，根据ep2,035,206的方法将产生与图4所示的通过包覆成型方法注射成型的零件类似的多层成型零件。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种在注射成型工具中注射成型一个或更多个零件的改进方法，该注射成型工具包括一个或多个模具型腔，并且该工具具有用于熔体的进料系统，该进料系统包括位于至少一个浇口上游的至少一个流道。浇口可以是侧浇口或允许熔体进入至少一个模具型腔中的任何其它类型的浇口。因此，进料系统容纳来自注射成型机器中的注射单元的熔体，并在一个或更多个流道中将熔体引导通过注射成型工具到达一个或更多个浇口而进入一个或更多个模具型腔。

根据本发明的至少一个流道包括至少一个可移动壁，并且该方法包括以下步骤：通过在注射成型操作开始之前或在进行成型周期期间移动可动壁以允许至少一个流道的至少一个横截面尺寸(诸如高度和/或宽度和/或直径和/或具有任何其它形状的横截面中的任何其它尺寸)被手动地或自动地改变来改变至少一个流道的至少一个横截面尺寸，从而调节至少一个流道中的熔体流动速率和/或向至少一个流道中的材料施加保持压力，并且因此向至少一个模具型腔施加保持压力(即，允许将模具型腔特定的保持压力施加到各个模具型腔)，和/或压缩至少一个流道中的残留物。可移动壁被布置成机械地、液压地或电气地控制。

根据本发明的改进方法主要旨在用于增加多功能性和成本效益，并减少环境负荷和与以下项有关的资源的利用：

-通过使用单型腔或多型腔工具对具有三明治结构(即，两种塑料材料的表面层和芯层)的零件进行共注射；以及

-在模具型腔具有不同大小、形状和/或体积的多型腔工具中同时注射成型系列零件。

根据本发明的方法也可以应用于常规注射成型，以便减少或消除各种工艺和工具缺陷。

本发明还涉及用于执行根据本发明的任何实施方式的方法的注射成型工具。该工具包括至少一个模具型腔和进料系统，该进料系统包括至少一个浇口和被布置成位于所述至少一个浇口的上游的至少一个流道。该至少一个流道包括至少一个可移动壁，该至少一个可移动壁被布置成使得至少一个流道的至少一个横截面尺寸能够改变，以便实现以下各项中的至少一者：

a)改变所述至少一个流道中的材料的流动速率；

b)向所述至少一个流道中的材料施加保持压力，并且因此向所述至少一个模具型腔施加保持压力；

c)压缩所述至少一个流道中的残留物，

其中所述工具包括用于改变所述至少一个流道的所述至少一个横截面尺寸的装置。

根据本发明的一实施方式，进料系统可以包括位于至少一个浇口上游的多个流道，其中至少一个流道的所述至少一个横截面尺寸被布置成是可单独改变的。

根据本发明的一实施方式，该工具包括多个相邻布置的浇口插入件，这些浇口插入件被适配成改变多个流道的至少一个横截面尺寸。每个浇口插入件可以被布置成改变一个流道的至少一个横截面尺寸，从而可以精确地控制经由多个流道进入模具型腔的材料的流动前沿。

根据本发明的一实施方式，该工具包括加热装置，以将至少一个流道加热到小于至少一个流道中的材料的熔点或熔化区间的温度。

根据本发明的一实施方式，用于改变至少一个流道的至少一个横截面尺寸的装置的一部分构成可移动壁。

根据本发明的一实施方式，该可移动壁被布置成由用于改变至少一个流道的至少一个横截面尺寸的装置机械地、液压地或电气地控制。

根据本发明的一实施方式，用于改变至少一个流道的所述至少一个横截面尺寸的装置的至少一部分构成可更换匣盒，该匣盒被布置成可移除地附接到工具。“匣盒”是包括耐磨材料(诸如钢)的保护盒或保持器，当例如在高压下对用于改变至少一个流道的所述至少一个横截面尺寸的装置进行操作时，“匣盒”将保护其内容物免受损坏。

该目的通过具有权利要求中所述特征的方法和工具来实现，该方法和工具使得可以：

-在至少一个流道中，并因此在至少一个与所述流道连接的模具型腔中，改变熔体流动速率(cm³s^-1)；

-经由至少一个流道向熔体施加保持压力，从而向与所述流道连接的至少一个模具型腔施加保持压力；

-在进料系统中的至少一个流道中将所述进料系统中的残留物压缩至最小体积。

应当注意的是，表述“改变流道的横截面中的至少一个尺寸”旨在表示可以改变至少一个流道的至少一部分中的至少一个尺寸。例如，可以改变流道的仅一部分中的高度，而不必改变沿着该流道的整个长度的高度。

技术术语“侧浇口”是指将至少一个流道连接到一个模具型腔的狭槽，该狭槽不太窄并且具有适合于熔体在连接至所述浇口的模具型腔中散布的长度。侧浇口可以被定位成使熔体在要成型的零件的单弯曲壁或双弯曲壁的侧向边缘或接近这种边缘处或平坦壁的直线边缘处进入。浇口的尺寸应该被设计成允许熔体充分流动以填充模具型腔，而不会引起可能使材料劣化的过高剪切。

熔体可以是任何可注射成型的材料(诸如任何塑料、玻璃、弹性体、热塑性或热固性聚合物)或者食用物质(诸如糖果)或者包含至少一种这样的材料的混合物。

根据本发明的一实施方式，进料系统包括位于至少一个浇口上游的多个流道，并且至少一个流道的至少一个横截面尺寸是可单独改变的，以使得可以通过单独调节至少一个所述流道中的至少一个横截面尺寸来单独地控制在多个流道中的各个流道中的熔体流动速率。为了从所述至少一个流道的出口获得期望的单独流动速率，对至少一个可移动壁进行的所需调节优选地通过手动调节用于使至少一个可移动壁在至少一个流道中移动的装置来进行。因此，模具型腔中的熔体的流动前沿轮廓和散布可以被控制成均匀且连续，并且整个流动前沿可以被控制成同时或几乎同时达到离模具型腔侧浇口最远的轮廓。

因此，根据本发明的方法可以用于对可能具有相当复杂设计的各种类型的零件进行成型，并且特别是当用于对零件进行共注射成型时，与使用具有常规进料系统的工具的常规现有技术的共注射成型方法的情况相比，芯层材料的份额增加并且更均匀地散布。根据本发明的一个实施方式，与使用具有传统进料系统的传统工具相比，有可能达到明显更高的芯材料份额。可以达到具有相当复杂形状的零件的总体积的至少约50％的份额，而不会使芯材料熔体穿透表面材料层和/或在零件的某些区域中积聚太多表面材料。在零件具有简单和对称的形式的情况下，甚至可以达到超过50％的份额。

可以调节流道的至少一个尺寸，以使得可以改变熔体流动速率：

-在开始进行成型操作之前，借助于螺杆装置以无级的方式手动地改变一定量，该量在整个成型操作期间是固定的；或者

-例如在进行中的注射成型周期期间中，借助于包括驱动单元和控制系统的电路、机械装置或液压装置以无级或逐步的方式自动地进行，该驱动系统可以是液压的(逐步可变的)或电动的(无级可变的)(具有伺服马达)。

根据本发明的方法可以用于平衡/微调多型腔工具中的型腔之间的熔体流动，或者当在其它注射成型(诸如系列零件的成型)的情况下需要时调节熔体流动。使用电动伺服马达作为驱动单元提供移动型芯在所述流道中的运动和力的通用且快速的变化，从而可以在正在进行的成型周期期间执行熔体流动和保持压力操作的控制。

根据本发明的一实施方式，可以在多个流道中的一个或更多个流道中向熔体施加保持压力，由此压力经由将模具型腔与所述流道相连接的浇口暂时转移到该模具型腔或各个相应的模具型腔中。在所有注射成型方法中，始终在熔体中施加保持压力，以确保模具型腔中的熔体在其凝固时保持紧密堆积。针对一个或更多个型腔中的各个型腔，单独地控制根据本发明的所述保持压力操作，该保持压力操作可以表示为“模具型腔特定的”，并且在已经完成将熔体填充到一个或更多个模具型腔中的各个型腔(也称为体积填充)时的相同的时间点或基本上在相同的时间发起保持压力操作。从而不利用注射成型机器的保持压力功能。相反，各个模具型腔中的注射成型周期包括：

i)使用注射成型机器的注射功能，该功能通过使用本发明的方法和工具得以改进，因为这允许在各个流道中单独地控制流动前沿；以及

ii)施加模具型腔特定的保持压力，而不是注射成型机器的保持压力功能，从而在一旦已经填充各个模具型腔后，就压力、速度和起始点重置注射成型机器。

当注射成型系列零件时，该工具包括必须使用不同的注射时间进行填充的具有不相等大小、体积和/或形状的模具型腔，这意味着在各个模具型腔中必须在不同时间点发起压力保持操作。

可以通过具有驱动单元的机械装置来实现向多个流道中的一个或更多个流道中的熔体施加保持压力，该驱动单元联接到浇口插入件的移动封装/排和/或联接到进料系统中多个流道中的移动型芯，该移动型芯在多个流道上游或在通向模具型腔的任何其它选定类型的浇口上游。用于改变所述流道中的熔体流动的机构和驱动系统也可以用于向流道中的材料并因此向相应的模具型腔施加保持压力。该机构和驱动系统必须进行调整，以通过向后移动浇口插入件的封装/排和/或在浇口插入件上游的一个或更多个流道中的型芯，可以在流道中积聚足够量的熔体，从而构成所谓的熔体垫，该熔体垫确保了驱动系统在整个保持压力时间期间对熔体加压。

必须布置用于切断预期施加保持压力的流道上游的熔体流动的装置，以防止熔体垫中的一部分熔体在所述流道中倒流，从而避免了所期望的保持压力无法达到。应当注意的是，在某些情况下，施加保持压力所需的力必须大于改变流道中熔体流动速率所需的力。当分别改变流动和施加保持压力时移动插入件和/或型芯所需的速度通常是不同的，因为改变流动通常是更快的运动。因此，当在同一成型周期期间在同一流道中组合改变熔体流动和施加保持压力的操作时，机构和驱动系统的尺寸和规格必须针对两种操作所需的力和速度进行调整。

根据本发明的该方法特别是旨在用于在“多型腔模具”(即，包括多个模具型腔的工具)中进行单材料注射成型系列零件，其中，两个或更多个型腔就形状、大小和/或体积而言是不同的，其中型腔仅被部分地同时填充，因为具有大体积的型腔比具有较小体积的型腔需要更长的时间来填充。

因此，用于注射成型系列零件的进料系统应包括用于以下功能的装置：

-模具型腔特定的保持压力功能，在各个型腔中的熔体中单独地工作；以及

-在所述保持压力功能的流道上游的切断装置，以防止在激活保持压力操作时熔体回流。

因此，实际上将在各个独立的模具型腔中进行零件的成型过程，就好像零件已经利用常规方法独立成型一样，从而各个零件的重量和质量(诸如表面光洁度、形状精度，机械性能等)将保持不变。

本发明不限于用于系列零件的共注射成型和/或注射成型，而是还可以例如应用于多材料包覆成型以及具有一个或更多个相等模具型腔的单材料注射成型。

根据本发明的工具和方法可以优选地在某些传统的注射成型方法的情况下使用，例如，在塑化和计量加入的时间太长以至于必须延长执行整个成型周期的时间的情况下。通过使用根据本发明的工具和方法，可在发起模具型腔特定保持压力操作时立即开始塑化和计量加入，因此可以缩短周期时间。

根据本发明的一实施方式，通过直接在机器的注射单元中研磨和塑化残余物或通过独立的再循环，压缩进料系统中的材料残余物可以大大减少要再循环的量。在压缩操作与保持压力操作组合的情况下，可以压缩多个侧浇口流道上游的一个或更多个流道中的残留物，或者在所述一个或更多个流道中不使用保持压力操作的情况下，通过独立的压缩操作进行压缩。在第一种情况下，即与保持压力操作组合，通过调节熔体垫以使其包含的熔体体积恰好或略大于保持压力操作所需的体积，可以在所述一个或多个流道中压缩残余物后达到最小残余物，由此应在保持压力操作的整个持续时间中对熔体施加压力。然后，在所述一个或更多个流道中移动和加压型芯将凝固和熔融材料残余物的混合物压缩到最小体积。在所述一个或更多个流道中的型芯仅用于改变熔体流动速率的情况下，当停止注射操作时，可以执行压缩操作，只要通过将控制系统切换到适合于所述一个或更多个流道中的压缩操作的速度、压力和/或时间即可。应当注意的是，通过压缩减少进料系统中残留物的程度取决于诸如熔融和凝固材料的混合物的刚度、熔体粘度、增强性等因素以及流道壁的温度。

根据本发明，还提供了一种用于压缩多个流道中的残留物的方法，该方法通过以下方式来实现：组合在工具的分型线的两侧上彼此相反组装的两个浇口插入件的封装/排的实施方式并且两个浇口插入件的封装/排中的每一个都联接到驱动单元，其中在型腔的容积填充后直接同时执行压缩和保持压力操作。插入件的封装/排中的浇口插入件必须进行调整，以使得压缩后的残留物尽可能薄，而不会与分型线的相反侧的插入件碰撞。

根据本发明的一实施方式，该方法包括将至少一个流道加热到小于该至少一个流道中的材料的熔点或熔化区间的温度的装置。这可以通过将流道所在的工具插如件加热到明显高于塑料材料生产商推荐的模具温度的温度来实现。抵靠至少一个流道表面上凝固的熔体的塑料层(通常称为“表皮”)将变得异常薄。受热表面的温度越高，表皮的厚度就会越薄。通过使用独立的加热单元对工具插入件进行加热，并且必须对插入件进行绝热，以防止热量传导或辐射到工具的其它部分，诸如模具板、模具型腔插入件等。这种流道的设计为仍然是“冷流道”，因为其壁表面温度低于材料的熔点或熔化区间，这意味着表皮会抵靠流道的表面而凝固。

提供加热的流道的实施方式主要是为了确保流道中的熔体垫将包含尽可能多的熔融材料份额，以便实现有效的保持压力操作。熔体中的流动阻力和剪切力也将降低，这意味着将熔体通过流道填充到模具型腔中需要较低的注射压力，这在流动路径较长和/或模具型腔中的流动阻力较大时可能是有利。

所有热塑性注射成型等级、非晶态和半结晶级以及热弹性等级均可以与根据本发明的实施方式一起使用。高粘度非晶态热塑性塑料(诸如pc(聚碳酸酯)、psu(聚砜)和pes(聚醚砜))在被加热到较高温度的流道中更容易流动，而注射速度和/或压力的增加将具有很小影响。熔体中的高剪切力提高了诸如sebs之类的热弹性体的流动性。某些塑料材料的这种聚合物特定加工性能指示的是，在尝试寻找在流道中提供稳定熔体流动的工艺时，需要对流道进行独立地加热，并需要调整流道的横截面积。

通常，与使用用于工具中的熔体进料系统的当前技术相比，通过利用本发明的一个或更多个实施方式，可以在注射成型中更好地进行具有特殊加工性能/要求(诸如高粘度、高增强、热敏熔体、依赖于高剪切的流动性等)的塑料材料。侧浇口上游的流道的实施方式的主要特征在于：

a)所谓的“冷流道”，其中与所谓的“热流道”相比，如上所述，针对所用塑料材料的各种加工要求来调整供料系统的灵活性和可靠性将得到改善；

b)具有可以减小或增大的流动阻力：

-通过无限地调节(增加或减少)它们的横截面积；

-或通过独立地加热或冷却流道所定位的工具插入件，即，这些工具插入件与工具的其它部分热绝缘。当增加冷流道中的横截面面积和/或壁的温度时，在凝固表皮内的“开放”横截面面积因此将增加，从而流道中的流动阻力将降低。

通过实现根据本发明的工具和方法，可以降低当前注射成型操作中的成本、环境负荷和资源利用。不同注射成型应用的益处是：

a)共注射成型：

-与仅使用通常较昂贵的表层材料的常规单材料注射成型相比，通过在芯层中使用低成本塑料材料(诸如再生等级)可以使零件的总体塑料材料成本节省10％至20％；

-通过使用再生塑料材料减少环境负荷；

-当使用monosandwich方法时，在芯材料的塑化/计量加入、使挤出机相对于注射单元来回移动和表面材料的塑化/计量加入的时间与在型腔中进行成型操作所需的特定周期时间相比太长而必须延长总体周期时间的情况下，缩短了周期时间，这意味着增加了生产能力；

-与包覆成型方法相比，降低了工具成本并缩短了周期时间，

b)系列零件的注射成型：

-与为各个系列零件购买独立的工具相比，系列工具的总购买价格节省约30％；

-降低了生产成本，因为机器和外围设备的购置和维护成本以及工厂占地面积和操作员的成本将降低；

-减少资源的利用，诸如钢材料和工具的各种部件，

c)其它常规注射成型案例：

-当塑料材料的塑化/计量加入时间太长而必须延长总体周期时间时，缩短周期时间，这意味着增加了生产能力；

-在型腔具有相同形状、大小和体积的多型腔工具中，提高了填充平衡的可靠性，这意味着降低了不完全填充零件的风险。

参照根据本发明的方法描述的任何一个或更多个特征也适用于根据本发明的工具，反之亦然。

根据本发明的一个实施方式，工具构成可更换匣盒，该匣盒包括工具的一个或更多个特征，该匣盒被布置成使用任何合适的紧固装置可移除地附接到注射成型工具。工具的任何部分或多个部分(诸如熔体流动改变和压力施加装置的任何或所有部分)可以容纳在这种可移除匣盒中。

附图说明

在下文中，将借助于非限制性示例并参考所附示意图进一步解释本发明，其中

图1a至图1c示出了根据现有技术的monosandwich(单夹层)方法；

图2和图3例示了根据现有技术的当使用任何共注射方法注射成型具有复杂形状的零件时可能发生的一些问题；

图4示出了已经使用根据现有技术的包覆成型方法进行了注射成型的图2和图3所示的零件；

图5a至图5b例示了结合有共注射成型的上部以及至少一个与上部集成的连接件的零件，该连接件使用根据现有技术的方法仅填充有芯材料；

图6和图7示出了根据本发明实施方式的工具的特征；

图8示出了根据本发明实施方式的进料系统；

图9示出了多个流道；

图10a至图10d示出了根据本发明的实施方式的用于改变横截面尺寸并在多个流道中向熔体施加压力的装置；

图11a至图11c示出了根据本发明的实施方式的用于改变横截面尺寸并在多个流道中向熔体施加压力的装置；

图12是示出了根据本发明的实施方式的方法的步骤的流程图。

应当注意的是，附图不一定按比例绘制，并且为了清楚起见，某些特征的尺寸可能已经放大。

具体实施方式

图6和图7示出了注射成型工具的两个半部，一个半部12位于容纳有该工具的注射成型机器的夹具单元的静止侧，另一个半部13位于移动侧，并且该工具可以在根据本发明的方法(诸如，任何共注射方法和对系列零件进行成型的方法)中使用。所示的工具半部12和13包括三板模具，其中，脱料板14构成第三板。安装在脱料板14上的梁15包括侧浇口插入件16或26，并且该梁15和侧浇口插入件16或26可以从脱料板14拆卸。

工具半部12和13包括要在其中形成零件的两个模具型腔17，并且各个模具型腔具有侧浇口18。工具半部12和13还包括工具插入件25，在该工具插入件25处定位有多个侧浇口流道19以及多个(两个)分支流道20和主流道21。

在图6和图7所示的工具半部12和13中，所述流道20和21具有矩形横截面，并且完全定位在安装在移动侧工具半部13的工具插入件25中，并且移动型芯(图11c中的40)的顶表面位于流道20和21的底部，用于移动型芯40的通孔的壁是所述流道的侧表面，并且位于静止工具半部中的与插入件25相反的模具板12的平坦或弯曲表面位于所述流道的顶表面。

根据本发明的实施方式，图11c示出了多个分支流道20和主流道21可以具有基本圆形的横截面、基本椭圆形的横截面或任何其它几何形状。如图11c所示，通过设置位于流道20或21的横截面的对称轴上的高度sx，如果需要的话，可以使横截面变成基本上椭圆形的。具有基本圆形或椭圆形横截面的所述流道20或21的特征是，首先，在相同的流动阻力下，流道20和/或21中的塑料残余物将比具有矩形或正方形横截面的对应流道具有更小的体积，其次，凹槽43与型芯40顶部上的径向成形的表面一起形成凸缘44，该凸缘44将压靠在型芯40的通孔表面上，并且特别是当在熔体中形成高压或使用极低粘度的塑料熔体时，型芯顶部的这种设计将有助于改进紧固性，以便防止型芯40与工具插入件25中的其通孔之间的熔体泄漏。

图6和图7中的工具半部12和13仅是可以与根据本发明的方法一起使用的注射成型工具的示例。通常，工具不必一定包括脱料板14和梁15。如图9、图10a至图10d和图11a至图11c所示，无论与多个流道19、20和21相关联的侧浇口插入件16和26或型芯40是否联接到根据本发明的驱动机构，它们都可以直接定位在工具的静止半部12和移动半部13中。根据本发明的工具还可以包括任何数量的模具型腔17，诸如一个、两个、三个、四个、五个或更多个模具型腔，其中，在多个模具型腔的情况下，它们的形状、大小和/或体积可以相同或不同。

图8示出了根据本发明的一个实施方式的进料系统的特征，该进料系统用于在使用注射成型工具时将塑料熔体供给到一个或更多个模具型腔17(图8中未示出)中。当使用注射成型工具时，在主流道21、两个分支流道20和多个(五个或两个)流线型侧浇口流道19中即存在塑料材料。侧浇口18将熔体供应至型腔17。因此，图8例示了所述侧浇口18和所述流道19、20和21的示例性形状和几何形状。进料系统位于工具的分型线中，在移动半部13和静止半部12和梁15之间。图8所示的进料系统中的塑料材料没有压缩部分或任何其它变形，因此塑料材料的形状/几何形状完全对应于工具中进料系统的流道和侧浇口的表面/几何形状。

术语“浇口”是指将至少一个流道连接到模具型腔的开口。侧浇口是这种浇口的示例。侧浇口可以被定位成使熔体在成型零件的单弯曲壁或双弯曲壁的侧向边缘处或接近这种边缘的位置处进入。侧浇口当然也可以定位在零件的平坦壁的笔直边缘处(诸如图7和图8所示的通向较大型腔17的侧浇口18。浇口的尺寸被设计成允许熔体充分流动以填充模具型腔，而不会引起过高的剪切和材料劣化。每个模具型腔仅一个浇口18是优选的，以避免当熔体在模具型腔17中散布时产生熔接线以及在最终零件中产生其它缺陷。根据本发明的多个流道19可以被布置成通过侧浇口18供给熔体。必须布置在多个侧浇口流道19的入口的旁边延伸的分支流道20，以将熔体供给到该多个流道19中，其中诸如楔形尖端52之类的装置在各个流道19的入口处将熔体流动前沿轴向地分裂来，然后将熔体的分裂部分偏转到多个流道19的各个流道中，可以通过在各个流道的入口处部分地加工横截面扩大部53来促进这种偏转。

图8所示的主流道21和两个分支流道20均具有矩形横截面，其高度为hx，宽度为bx。在具有基本圆形或椭圆形横截面的对应流道中，对于如图11c所示的圆形横截面，直径为sx，，并且对于椭圆形横截面，宽度和高度分别为sx、sx+δsx。多个流道19在它们的跨熔体流动方向的横截面中具有厚度tx。标记“x”表示尺寸hx、bx、sx和tx属于多个流道中的多于一个流道，因此可以具有不同、固定或可调节的大小。在所示的工具中，h1、h2和h3分别是主流道21和两个分支流道20中的各个分支流道的高度，并且这些高度可以通过在注射成型操作开始之前将型芯40移动到各个流道中的固定位置或者在注射成型操作期间的各个周期中逐步或无级地改变来设定。多个流道19中的各个流道的“厚度”的尺寸tx对于较大型腔17来说是t1、t2、t3、t4和t5，并且对于较小型腔17来说是t6和t7，并且各个流道19可以通过利用定位螺钉35移动侧浇口插入件16来设置到不同厚度，参见图9和10a。

根据本发明的实施方式的工具被布置成执行以下功能中的一个或更多个：

-无限可变地调节熔体流动速率(cm³s^-1)，以使用单个熔体流动速率填充单个模具型腔17或填充多个模具型腔17中的各个模具型腔；和/或

-向单个模具型腔17中或单独在多个模具型腔17中的各个模具型腔中的熔体施加保持压力；和/或

-向熔体施加压力以压缩进料系统的多个流道19、20和21中的塑料残留物，以使得最小体积的塑料留在流道19、20和21中。

这些装置是：

-位于浇口18上游的多个侧浇口流道19(例如，参见图8)，其中，根据本发明的流道19与工具半部中的一个半部中的多个无限可调节的浇口插入件16或26、以及另一工具半部中的固定浇口插入件34(如图9所示)、或另一工具半部中的可调节浇口插入件26(如图10d所示)(多个流道19可以与其联接)相关联；

-驱动机构(如图10a所示)，其中，一个或更多个浇口插入件16(或图10d中的插入件26)经由定位螺钉35联接到上楔形件22和具有连接到驱动单元(未显示)的连接件45的下楔形件23。

-多个分支流道20和主流道21(如图8所示)，其中，各个流道20和21的可移动壁由在插入件25中的通孔中移动的型芯40的顶部(如图11a和11b中的示例所示)、通孔的一部分表面以及相反侧上的工具半部中通常弯曲的单表面构成；以及根据本发明的用于多个分支流道20和/或主流道21的机构(见图11a和图11b)；

-用于多个流道20和21中的各个流道的机构可以是无限可调的，以在注射成型操作开始之前将型芯40设置在可选的固定位置中，高度为hx(如图8所示)或者在椭圆形横截面中高度为sx(如图11c所示)或sx+δsx，给定多个流道20和/或21中各个流道的横截面积，以使得获得通过各个所述流道的所期望的熔体流动速率；或者

-用于多个流道20和21中的各个流道的机构用于在注射操作的各个周期期间单独改变各个所述流道中的熔体流动速率，或者用于单独向各个所述流道中的熔体施加保持压力操作，或者向熔体施加压力以单独将所述流道中的塑料材料压缩到最小体积以对应于高度hrx或srx，或者在同一成型周期期间按顺序组合所述熔体流动调节操作和保持压力操作。标记“r”是指“残余物”，即，在该模具型腔或各个模具型腔被填充后残留在多个流道19、20和21中的塑料材料(参见图10d和图11c)。

图11c例示了保持压力操作，其中，流道20和/或21的基本圆形横截面从高度sx扩展到sx+sex，以便积聚保持压力操作所需的熔体垫(cushion)。在保持压力操作结束时(参见图11c右侧的图)，假设初始横截面基本上为直径为sx的圆形，则流道中的熔体残余物被压缩至高度srx＝约0.6sx。

浇口18上游的多个流道19可以仅用于单独在各个流道19中调节熔体流动，从而熔体流动前沿的轮廓可以被形成为以获得最佳填充的这种方式在型腔17中扩散。通过连续的试验，在多个流道19的各个流道中单独地设置尺寸tx，直到模具型腔中的熔体流动前沿已经获得所期望的轮廓并且整个流动前沿同时实际上将达到模具型腔的最远轮廓为止。图9示出了安装在匣盒33的凹部32中的多个浇口插入件16，这些插入件16与位于相反侧的工具半部中的固定插入件34一起形成多个流道，其中，可以通过定位螺钉35单独将各个流道调节到尺寸tx。在拧动定位螺钉35之前，必须拧下盖螺钉36。匣盒33和固定插入件34在工具的静止模具板或移动模具板中易于安装和拆卸。

图9中示例的实施方式可以用于需要以下项的工具中：

-熔体在模具型腔中散布的最佳流动前沿轮廓，例如，在具有复杂设计的零件的共注射或常规单材料注射成型时，

-熔体在模具型腔中的最佳散布，其中，平衡多型腔工具中具有相同形状、大小和体积的模具型腔之间的熔体流动。

图9中所示的实施方式可以补充有驱动机构，以在浇口插入件16上施加力(见图10a至图10c)，以在侧浇口18上游的多个浇口流道19中的熔体中执行保持压力操作，并因此在已经供给到模具型腔17中的熔体中执行保持压力操作。

在图10a所示的实施方式中，也存在具有凹部32的匣盒33，侧浇口插入件16安装在该凹部中，并且该侧浇口插入件16与固定插件34一起在侧浇口18上游形成多个流道19。定位螺钉35连接到上楔形件22，并且可以在多个流道19中的各个浇口插入件16中通过定位螺钉35单独调节尺寸tx，以使得熔体流在经过多个流道19时将在模具型腔17中形成所期望的流动前沿。

图10a至图10c示出了保持压力操作步骤的示例，其中，多个侧浇口插入件16联接到上楔形件22，上楔形件22经由下楔形件23与驱动单元具有连接24，该驱动单元可以是双作用液压缸或液压马达或电动伺服马达。在停止向模具型腔17中进行熔体填充操作的相同时间点或者在填充操作停止之前不久的时间点将保持压力操作激活而开始，这意味着多个侧浇口流道19已经设置到不同的尺寸tx(见图10a)，在下一步骤(图10b所示)中，控制侧浇口插入件16的封装/排以扩大距离te，该距离te对于多个流道19中的所有流道都相同，因为在设置到尺寸tx之后，侧浇口插入件16相对于彼此处于固定位置。通过在匣盒33中向后拉下楔形件23对应的距离来执行扩大运动te。由此，塑料熔体在多个流道19中积聚到所谓的“熔体垫”，由于适当选择的扩大te，该熔体将形成一体积，该体积等于或略大于在整个保持压力操作期间维持模具型腔17中所期望的保持压力所需的塑料熔体的体积。塑料材料的压缩终止于多个流道19中塑料残余物的不同尺寸trx(见图10c)，并且该尺寸trx通常略大于tx。

在该实施方式中，假设在多个流道19上游的多个流道20或21中的一个流道中存在用于切断到模具型腔17的熔体流动的装置，则可以在多个流道19中执行保持压力操作，并且因此可以在所述模具型腔中执行保持压力操作，以便防止熔体被向后挤压而由此导致不可能在已经供应到型腔中的熔体中建立期望的保持压力。切断装置可以被定位成使得可以在多个分支流道20中的一个分支流道或在主流道21中切断熔体流。图7示出了两个切断装置30，切断装置30各自包括微型液压缸，该微型液压缸驱动切断型芯，该切断型芯关闭和打开两个分支流道20。这样的切断装置可以以不同的方式设计。

在图10a至图10c中示例的根据本发明的实施方式可以用于需要以下项的工具中：

-在具有多个模具型腔17的工具中，例如在用于系列零件的注射成型的工具中，在各个模具型腔施加单独的保持压力和单独的保持压力操作的时间；

-在当在常规注射成型机器中使用保持压力功能时在注射成型机器的注射单元中塑化和计量加入的时间过长会导致周期时间延长的情况下，在包括单个模具型腔或具有相同形状、大小和体积的多个模具型腔的工具中施加保持压力，以实现尽可能短的周期时间。使用按顺序共注射方法的单夹层注射成型可以被称为这样一种情况，其中，注射、保持压力和冷却操作的总时间可以如此之短，以至于使得芯层材料的塑化和计量加入以及挤出机与注射单元的喷嘴的对接、随后计量加入表层材料的总体时间会导致周期时间延长。在特定于型腔的保持压力的情况下，可以在机器的注射单元中进行保持压力操作时一旦型腔被完全(在体积上)填充就开始计量加入芯材料，因此不使用用于所述操作的对应时间。

即使在不从注射成型机器取下工具的情况下，通过以下方式安装和拆卸工具，包括多个侧浇口流道19和匣盒37(如图10a所示)的实施方式也是可能的，该实施方式包括在熔体中施加保持压力的机构：

-开始安装时，将匣盒37推入模具板39之间的凹部中，楔形件23处于后部位置(参见图10b)，然后将联接器45连接到所述楔形件。然后，将楔形件23向前推动，直到楔形件23到达其最终位置(参见图10a)为止，并且同时，楔形件23将间隙50内的楔形件22推向工具半部12和13之间的分型线。在将匣盒33安装在模具板39中之后，定位螺钉35与侧浇口插入件16或26(图10d)一起可以从分型线穿过插入件16或26拧紧并拧入楔形件22中。由此，多个流道19的所有尺寸tx被设定在它们的起始位置tmax，诸如3mm。最后，应将盖螺钉36拧入各个侧浇口插件16或26中。

-以相反的方式进行拆卸，从侧浇口插入件16或26拧下盖螺钉36而开始。

图10a至图10c所示的实施方式可以与包括驱动机构的多个侧浇口插入件26组合(参见图10d)，该侧浇口插入件26代替了图10a至图10c所示的固定插入件34。利用包括被驱动的侧浇口插入件26的多个流道19补充所述实施方式的目的是将多个流道19中的塑料残留物压缩到最小体积，对应于尺寸trx，各个侧浇口流道的该尺寸可以不同，以便在将残留物直接再循环到机器的注射单元中或独立地再循环残留物时获得尽可能少量的残留物材料。压缩操作可以从多个流道19的两侧同时进行(参见图10d)。根据图10d的多个侧浇口插入件26及其驱动机构被设计成仅对多个侧浇口流道19中的塑料残余物执行压缩操作，并且因此必须与根据图10a至图10c的向所述流道19中的熔体施加保持压力的实施方式组合，或者与机器的注射单元中的保持压力操作组合。通常，尺寸tx可以被压缩至少50％，即，压缩尺寸trx≤0.5tx。

除了侧浇口插入件26、定位螺母27、螺钉28和螺旋弹簧29之外，如图10d所示的用于对多个流道19中的塑料残余物进行压缩操作的实施方式的机构与图10a至图10c中的实施方式的用于进行保持压力操作的的机构相同。由于已经将图10a至图10c中的多个流道19的横截面设置为尺寸tx，并且被压缩的塑料残余物的所期望的尺寸为trx，所以应转动定位螺母27，以将侧浇口插入件26从它们的初始位置设置在尺寸tx-trx处，在初始位置，侧浇口插入件26被完全拧紧到螺钉28，这些螺钉永久地完全拧紧到楔形件22。螺旋弹簧29将在驱动单元向后拉楔形件22和23时确保连接到定位螺母的隼销的插入件26与定位螺母27一起返回。

在图7和图8中以进料系统的对应塑料残余物的形式示出了根据本发明的多个分支流道20和主流道21的示例，它们全部都是所谓的“冷流道”。在由图6和图7的工具半部12和13构成的工具中，所述流道20和21具有矩形横截面，并完全定位在安装在移动侧工具半部13的工具插入件25中，其中，移动型芯40的顶表面构成流道20和21的底部，用于移动型芯40的通孔的壁是所述流道的侧表面，并且位于静止工具半部中的模具板12的平坦或弯曲表面(与插入件25相反)构成所述流道的顶表面。

根据本发明的用于多个侧浇口流道19的机构由上楔形件22和连接至联接杆45的下楔形件23构成，它们都安装在匣盒37中，该匣盒37被推入模具板39之间的凹部中。上楔形件22经由定位螺钉35连接到多个侧浇口插入件16或26，参见图10a和10d。参见图11a，用于多个流道20和21的机构也由上楔形件22和连接至联接杆45的下楔形件23构成，它们都安装在匣盒37中，匣盒37被推入模具板39之间的凹部中，并且上楔形件22经由倾斜钩42和凹口24联接到移动型芯40。

图11a示出了将移动型芯40安装在工具插入件25中的通孔中。机构的安装是通过定位匣盒37开始的，其中，上楔形件22和下楔形件23如图11a所示位于固定位置，即从凹部的最前面向后较短距离，由此型芯40(包括桥接工件41)被推入它们的通孔中，以使得钩42将在楔形件22的上表面上位于凹口24的左侧较短距离处。然后，将匣盒37向前推动较短距离至其最前面的位置，从而钩42将滑入凹口24中，从而将型芯40如图11b所示连接至上楔形件22。然后，在需要型芯如此操作的情况下，联接器45可以将下楔形件23连接至驱动单元，以调节熔体流动速度或在多个流道20和/或21中施加保持压力，或者联接件45可以连接到螺钉装置(在图10a中可以看到这样的装置24)，以在具有大致矩形、圆形或椭圆形横截面的所述流道中的固定但可选的位置中设置高度hx或sx或sx+δsx。型芯40在它们的下部的两侧上具有平坦表面，该表面抵靠支撑件47滑动，以确保在使用工具期间将钩42完全保持在凹口24中。拆卸以相反的顺序进行，将上楔形件22和下楔形件23固定在固定位置(如图11a所示)，然后将匣盒37向后拉动较短距离等。当型芯40被松开时，可以将型芯从它们的通孔中拉出。

根据本发明的功能和操作(诸如，与多个流道19、20和21的机构联接的驱动装置的开始和停止时间以及速度/力)必须以这种方式被协调和控制，即使得这种新注射成型技术可以被适配成可以利用本发明的特定和不同方法。根据本发明的注射成型机器和工具的典型操作是开始注射并在不同位置改变注射速度，以使螺杆活塞在机器中往复运动，改变多个分支流道20或主流道21中的一个或更多个流道的横截面和关闭/打开，在机器的注射单元中或在工具中的多个流道19、20和21中切换到保持压力，并在一个或更多个所述流道中执行保持压力和压缩操作。

经由联接杆45与连接至侧浇口插入件16和/或26和移动型芯40的机构连接的驱动装置可以是液压缸，该插入件和型芯与多个流道19、20和21相关联。也可以使用电动伺服马达或液压马达。根据本发明的工具中的驱动装置可以这样的方式被连接到电子控制系统，即：使得具有多个模具型腔和多个流道的工具中的各个模具型腔中的成型过程可以关于熔体流动速率以及在浇口系统中保持压力和/或压缩塑料残余物的操作在很大程度上被单独和可变地控制。可以利用螺杆装置51设定在注射和保持压力操作期间用于移动多个侧浇口插入件16和26以及型芯40的开始和结束位置。控制系统可以是静止的并且集成在注射成型机器中，或者可以位于注射成型机器的外部，即，可以在不同的注射成型机器之间输送控制设备。

如图7和图10所示，工具插入件25可以被以这种方式设计，即：使得将实现根据本发明的新型注射成型技术的两个功能，这些功能是：

-加热工具插入件25以达到多个流道19、20和21的壁上的温度，该温度可以被选择成基本高于塑料材料生产商推荐的常规使用模具温度，并且所述的插入件25的加热可以被执行使得尽可能少的热量被传导或辐射到工具的其它部分，诸如，模具板、型腔插入件等；以及

-工具插入件25的磨损特性应足以确保在移动型芯40的通孔和在插入件25中移动侧浇口插入件16和26的凹部中的最低可能的磨损，以使得插入件25的持续时间为至少等于工具的使用寿命。

工具插入件25的加热通过加热单元来进行，该加热单元与对工具的其余部分进行回火以达到并维持塑料生产商推荐的模具温度的加热单元分开。插入件25必须被绝热，以防止热量传导或辐射到工具的其它部分，这可以通过诸如以下几种方式实现：

-选择导热系数非常低的钢种，诸如不锈钢；以及

-将插入件25设计成具有外凹部和内凹部，由此这些凹部中的空气将减少通过所述插入件的材料发生的热传导。

移动型芯40或侧浇口插入件16或22在各个工艺循环中并且在大部分长时间段内在高压和高温下在塑料熔体中执行往复运动。这些工艺条件将在型芯40与它们的通孔之间以及在侧浇口插入件16和/或26与它们的凹部之间引起相当高的压力。当对某些类型的塑料进行注射成型时，来自熔体的空气和挥发物的混合物将在某种程度上迫使其沿着型芯/侧浇口插入件和/或通孔/凹部的移动表面流出。因此，这些表面上可能同时存在机械磨损和腐蚀磨损。由于移动型芯40和侧浇口插入件16和22的制造便宜并且易于在工具中更换，所以在它们上有轻微磨损是可以接受的，但所述工艺条件要求工具插入件25必须由极高硬度和耐腐蚀的钢种制成，诸如硬化到至少60hrc的不锈钢。移动型芯40和侧浇口插入件16或22可以由某种程度上“较软”但仍耐腐蚀的材料制成。工具插入件25可以按常规方式制造或使用钢粉通过3d打印增材方法制造。

在权利要求的范围内，本发明的进一步修改对于本领域技术人员将是显而易见的。