專利名稱：具有帶金剛石頂部的噴嘴尖端的注射模制噴嘴的制作方法
具有帶金剛石頂部的噴嘴尖端的注射模制噴嘴相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2007年9月21日提交的名稱為“ INJECTIO匪OLDING NOZZLE HAVING A NOZZLE TIP WITH DIAMONDCROffN"(具有帶金剛石頂部的噴嘴尖端的注射模制噴嘴)的 美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)NO. 60/974，229的提交日的權(quán)益。上述專利申請(qǐng)的內(nèi)容以此明確地以引用的方式結(jié)合到本發(fā)明的詳細(xì)描述中。 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及注射模制系統(tǒng)，且特別地涉及熱流道注射模制噴嘴。
背景技術(shù)：
在熱流道注射模制系統(tǒng)中使用的熱流道注射模制噴嘴必須向通過(guò)該噴嘴流動(dòng)的 加壓熔融材料(熔體)高效地傳熱，以確保熔體恰當(dāng)?shù)亓鲃?dòng)通過(guò)模具澆口而進(jìn)入噴嘴的下 游端處的模腔內(nèi)。如果高傳熱是唯一考慮，則銅由于其高的導(dǎo)熱性和相對(duì)較低的成本而將 是用于構(gòu)造注射噴嘴的極佳選擇，注射噴嘴包括鄰近模具澆口、位于模具的痕跡區(qū)中的噴 嘴尖端和噴嘴密封件。但是，銅相對(duì)較軟且會(huì)經(jīng)受快速磨損。噴嘴尖端和噴嘴密封件的磨損可能會(huì)降低噴嘴性能且使模制出的部件的外觀降 級(jí)。最大的磨損常常發(fā)生于痕跡區(qū)(即，靠近模具開(kāi)口的窄縮區(qū))中的這些部件，這是由于 快速流動(dòng)的熔體的磨蝕效應(yīng)(特別是當(dāng)熔體包含填料(諸如玻璃纖維)時(shí))而引起的。熔 體傾向于磨蝕且有時(shí)會(huì)腐蝕未受保護(hù)的噴嘴尖端和密封件表面，從而導(dǎo)致頻繁且昂貴的尖 端和密封件替換。已知通過(guò)利用鈹銅合金來(lái)制造噴嘴尖端來(lái)提高噴嘴尖端的耐磨損性，鈹銅合金比 銅更硬且具有良好的導(dǎo)熱性。參見(jiàn)例如美國(guó)專利No. 5，299，928，該專利通過(guò)引用以其整體 結(jié)合到本文中。但是，這種合金并不是對(duì)于所有應(yīng)用都具有充分的耐磨損性。另外，由于已知鈹具 有毒性，由這種合金制成的噴嘴部件不能用于模制某些物品，例如在食品工業(yè)中使用的物
P
ΡΠ O還已知通過(guò)使用碳化鎢制成的注射模制的魚(yú)雷形件來(lái)提高熱流道噴嘴尖端的耐 磨損性。參看例如美國(guó)專利No. 5，658，604，該專利通過(guò)引用以其整體結(jié)合在本文中。但是 魚(yú)雷形件的形狀受到模制實(shí)用性的限制，且與銅相比，碳化鎢具有相對(duì)較低的導(dǎo)熱性。因 此使用碳化鎢尖端在傳導(dǎo)性與耐磨損性之間折中，且可能并不會(huì)對(duì)于所有應(yīng)用良好地起作 用。具有碳化鎢端部的耐磨損噴嘴尖端也是已知的。參看例如美國(guó)專利No. 6，921，257的 圖5，該專利通過(guò)引用以其整體結(jié)合在本文中。金剛石和類金剛石碳涂層已用于注射模制系統(tǒng)中-例如用于保護(hù)諸如頂出銷(xiāo)的 移動(dòng)部件，涂覆模具表面，以及用于模具澆口區(qū)域中、熱流道噴嘴的部分上。但是，仍存在對(duì)這樣的注射模制噴嘴的需要其高效地產(chǎn)生用于任何工業(yè)的高品 質(zhì)的模制產(chǎn)品，且具有長(zhǎng)且可靠的使用壽命。發(fā)明簡(jiǎn)要概述
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于在熱流道注射模制系統(tǒng)中使用的注射模制噴嘴包 括噴嘴主體和連接到噴嘴主體的噴嘴尖端，噴嘴主體具有用于接收可模制材料的熔體流的 噴嘴熔體通道。噴嘴尖端包括尖端基部，尖端基部具有固定到其下游端上的金剛石頂部。附圖簡(jiǎn)述通過(guò)如附圖所示的本發(fā)明的以下描述，本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易 見(jiàn)。附圖(其結(jié)合在本文中且形成說(shuō)明書(shū)的一部分)還用于解釋本發(fā)明的原理，且使得相 關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員能做出和使用本發(fā)明。附圖未按照比例繪制。

圖1是其中可利用本發(fā)明的實(shí)施例的注射模制系統(tǒng)100的局部截面圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例具有兩件式噴嘴密封件的注射模制噴嘴的截面 圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例具有三件式噴嘴密封件的注射模制噴嘴的截面 圖。圖4是圖3的噴嘴尖端的一部分的分解圖。發(fā)明詳細(xì)描述現(xiàn)參看附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，其中同樣的參考標(biāo)號(hào)表示相同或功能上相 似的元件。而且在附圖中，每個(gè)參考標(biāo)號(hào)的最左邊的數(shù)字對(duì)應(yīng)于其中該參考標(biāo)號(hào)被首次使 用的附圖。雖然討論了具體的構(gòu)造和布置，但應(yīng)了解，這僅僅是為了說(shuō)明目的而完成的。相 關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以使用其它構(gòu)造和布置。在圖1中示出了其中可利用本發(fā)明的實(shí)施例的注射模制系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)例。機(jī) 器噴嘴(未圖示)經(jīng)由注口襯套或熔體入口 102將處于壓力下的熔體流引入到注射模制系 統(tǒng)100內(nèi)，注口襯套或熔體入口 102定位于背板或夾持板112內(nèi)。熔體從注口襯套102流 入到歧管熔體通道108內(nèi)，歧管熔體通道108設(shè)于熱流道歧管106內(nèi)。歧管106由中心定 位環(huán)109以及由間隔件或壓力盤(pán)113固定就位，中心定位環(huán)109橋接由歧管加熱器110加 熱的歧管106的下表面與冷卻的模腔板114之間的隔絕空氣空間111，間隔件或壓力盤(pán)113 橋接歧管106的上表面與背板112之間的隔絕空氣空間111。間隔件或壓力盤(pán)113還有助 于注射模制噴嘴120與歧管106之間的密封。在注射模制系統(tǒng)100中，歧管106將熔體流分配到相應(yīng)的噴嘴120。熱流道噴嘴 120定位于模腔板114的噴嘴孔或腔118內(nèi)，且通過(guò)套環(huán)或?qū)?zhǔn)凸緣103與相應(yīng)的模具澆 口 130對(duì)準(zhǔn)。如對(duì)于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的，模腔板114可由一或多個(gè)模具板 和模腔板替換。模芯板134與模腔板114配合，以形成模腔132。以截面圖示出了圖1中所示的噴嘴120之一。熱流道噴嘴120包括具有噴嘴熔體 通道128的噴嘴主體122和可螺紋旋動(dòng)(threadably)地聯(lián)接到其上的噴嘴尖端140。噴嘴 尖端140經(jīng)由模具澆口 130與相應(yīng)的模腔132流體連通，使得熔體流可通過(guò)噴嘴熔體通道 128和噴嘴尖端140注射到模腔132內(nèi)。注射模制系統(tǒng)100可包括任意數(shù)量的這樣的熱流道噴嘴120 該熱流道噴嘴120 位于相應(yīng)的噴嘴孔118中，以便將熔體分配到相應(yīng)的模腔132。注射模制系統(tǒng)100利用歧管 106中的加熱元件110、各個(gè)噴嘴120中的加熱元件126、模腔板114中的冷卻通道116以及 熱電偶124來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的熔體的溫度。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例具有兩件式噴嘴密封件240的熱流道噴嘴220的截面圖。噴嘴密封件240包括噴嘴尖端241和尖端保持器246。尖端保持器246將噴嘴尖 端241固定到噴嘴主體122上且靠近模具澆口 130抵靠模具板114進(jìn)行密封。尖端保持器 246可由與噴嘴尖端241的材料相比導(dǎo)熱性比較低的材料制成。舉例而言，尖端保持器246 可由鈦、H13、不銹鋼、模具鋼或鉻鋼制成。術(shù)語(yǔ)“兩件式”是指尖端和尖端保持器。噴嘴尖端241具有可由高導(dǎo)熱性材料(諸如鈹銅合金或其它銅合金)制成的尖端 基部242以及工業(yè)或純金剛石的頂部或帽244。金剛石可為天然(即，開(kāi)采的)或合成的。 尖端基部242包括穿過(guò)它而延伸的轉(zhuǎn)向的尖端熔體通道248，以用于從噴嘴熔體通道128 接收可模制材料的熔體流以及將熔體流導(dǎo)向至熔體腔室250內(nèi)，以便經(jīng)由模具澆口 130輸 送到模腔132內(nèi)。通過(guò)釬焊或合適的粘合劑將金剛石頂部244附連到尖端基部242的下游 端252，使得金剛石頂部244靠近模具澆口 130安放于痕跡區(qū)中。由于金剛石是人們已知 的最硬材料之一且耐腐蝕，金剛石頂部244減輕了腐蝕并且改進(jìn)了噴嘴尖端241的耐磨損 性，同時(shí)并不限制尖端基部242由導(dǎo)熱和耐磨損材料制成。在各種實(shí)施例中，尖端基部242 可由(例如)不含鈹?shù)你~(諸如AMPCO 940)、TZM(鈦-鋯-鉬合金)、鋁或基于鋁的合金、 鎳_鉻合金(諸如INC0NEL)、鉬或合適鉬合金、H 13、模具鋼或鋼合金(諸如AERMET 100) 制成。因此可將具有上文所述的兩件式構(gòu)造的噴嘴尖端241制成在痕跡區(qū)內(nèi)耐腐蝕且耐磨 損、同時(shí)在其它地方耐磨損性較差但導(dǎo)熱性很高。在圖2所示的實(shí)施例中，尖端基部242的下游端252具有兩個(gè)平坦表面，它們?cè)诓?處會(huì)合，以匹配金剛石頂部244的配合表面251。在另一實(shí)施例中，下游端252可具有多個(gè) 平坦表面，以匹配金剛石頂部244的多面的配合表面251，以增大噴嘴尖端241的這兩個(gè)構(gòu) 件之間的配合或結(jié)合表面積。在另一實(shí)施例中，下游端252和配合表面251中的各個(gè)可具 有單個(gè)相對(duì)的平坦表面，以用于將(其中)一個(gè)附連到另一個(gè)上。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的具有三件式噴嘴密封件340的熱流道噴嘴320 的截面圖。噴嘴密封件340包括噴嘴尖端341、尖端保持器346和環(huán)形密封件354，環(huán)形密封 件354包圍尖端保持器346的下游端且接觸模具板114。術(shù)語(yǔ)“三件式”是指尖端、尖端保 持器和密封件。在此實(shí)施例中，尖端保持器346將噴嘴尖端341固定到噴嘴主體122上，其 中環(huán)形密封件354靠近模具澆口 130抵靠模具板114提供密封。因此，尖端保持器346可 由導(dǎo)熱性材料制成，例如銅、鈹銅、不含鈹?shù)你~(諸如AMPCO 940)3211(鈦-鋯-鉬合金)、 鋁或鋁基合金、鎳_鉻合金(諸如INC0NEL)、鉬或合適的鉬合金、H13、鋼、模具鋼或鋼合金 (諸如AERMET 100)，而環(huán)形密封件354可由與噴嘴尖端341和尖端保持器346的材料相比 導(dǎo)熱性比較低的材料制成。舉例而言，環(huán)形密封件354可由鈦、H13、不銹鋼、模具鋼和鉻鋼 以及合適的陶瓷或塑料制成。噴嘴尖端341具有可由高導(dǎo)熱性材料(諸如鈹銅合金或其它銅合金)制成的尖端 基部342和工業(yè)或純金剛石的頂部344。金剛石可為天然的(即，開(kāi)采的)或合成的。尖端 基部342包括穿過(guò)它延伸的轉(zhuǎn)向的尖端熔體通道348，以用于從噴嘴熔體通道128接收可 模制材料的熔體流以及將熔體流導(dǎo)向至熔體腔室250內(nèi)，以經(jīng)由模具澆口 130輸送到模腔 132。在此實(shí)施例中，金剛石頂部344由附連件356附連到尖端基部342的下游端352上。 附連件356由硬質(zhì)材料制成，諸如工具鋼，其可容易地通過(guò)工業(yè)粘合劑或釬焊結(jié)合到金剛 石頂部344上。如圖4所示，附連件356具有螺柱458，螺柱458能夠以可螺紋旋動(dòng)的方式接收于尖端基部下游端352的螺紋孔360內(nèi)。在另一實(shí)施例中，附連件356的柱458可釬 焊于尖端基部342的孔360內(nèi)，在它們之間具有或不具有螺紋接合。附連件356具有下游 配合表面462，該配合表面包括對(duì)應(yīng)于金剛石頂部344的配合表面451的、在槽處會(huì)合的兩 個(gè)平坦表面。如在先前的實(shí)施例中，配合表面451、462可具有單個(gè)相對(duì)的平坦表面或多于 兩個(gè)相對(duì)的平面表面，諸如相對(duì)應(yīng)的多面的或曲折的表面，以增加用于結(jié)合的表面積。在操 作狀態(tài)下，金剛石頂部344附連到尖端基部下游端352上，以靠近模具澆口 130安放于痕跡 區(qū)內(nèi)。除了上文所述的內(nèi)容之外，根據(jù)本發(fā)明的金剛石頂部可適用于任何類型的熱流道 噴嘴密封件或尖端，包括具有結(jié)合的密封件、間隙密封件或其它密封器件的單件式尖端。通 常不具有內(nèi)部通道的探針型尖端也可受益于根據(jù)本發(fā)明的金剛石頂部。
重申上文所討論的內(nèi)容，本文所述的金剛石頂部可由天然存在的金剛石(其可能 瑕疵太多或以其它方式不適于用作寶石)構(gòu)成。多晶金剛石(PCD)也是合適的。本文所述 的金剛石頂部可為合成的或人造的金剛石(其通過(guò)諸如化學(xué)或物理氣相沉積(CVD或PVD)、 高壓高溫(HPHT)過(guò)程、爆炸爆震、超聲空化或陶瓷前驅(qū)體聚合物的熱分解過(guò)程而制成)。形 成金剛石涂層的方法也可用于形成積聚的金剛石(參看美國(guó)專利No. 7，134，868，該專利通 過(guò)引用以其整體結(jié)合在本文中)。對(duì)于上述內(nèi)容而言進(jìn)一步講，本文所述的金剛石頂部可通過(guò)釬焊或利用粘合劑粘 附而結(jié)合到尖端基部或附連件上。這些技術(shù)中的各種技術(shù)取決于聯(lián)接的材料的性質(zhì)。合適 的釬焊填料的一個(gè)實(shí)例包含銅、鎳、金和/或銀作為主要組分，且還包含活性金屬，諸如釩、 鈦或鋯(參看美國(guó)專利No. 6，889，890和No. 5，464，068，其中各個(gè)專利通過(guò)引用而以其整體 結(jié)合在本文中)。另外的釬焊材料和金剛石技術(shù)在美國(guó)專利No. 5，271，547中有所描述，該 專利通過(guò)引用而以其整體結(jié)合在本文中。適合于這種結(jié)合的粘合劑包括陶瓷或金屬基粘合 齊IJ，諸如具有鋁成分和高溫環(huán)氧化物的C0TR0NICS RESB0ND 950高溫陶瓷粘合劑。應(yīng)將釬 焊或粘合材料選擇成與尖端或密封件的選定基礎(chǔ)材料、所選金剛石的具體類型、模制的材 料和模制條件(例如，溫度和壓力)相兼容。在如此將金剛石頂部固定到尖端基部之后，尖 端基部和金剛石頂部中的一個(gè)或兩個(gè)可被研磨到最終尺寸，這也可用于移除任何過(guò)量的釬 焊或粘合材料(金剛石可通過(guò)采用了其它金剛石的研磨過(guò)程來(lái)研磨)。雖然已在上文中描述了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)了解它們僅以示意和實(shí)例 的方式給出，而并非以限制的方式給出。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)的人員將顯而易見(jiàn)的是，在不 偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在其中對(duì)形式和細(xì)節(jié)作出各種變化。因此，本發(fā)明的 范疇和范圍不應(yīng)受到前文所述的示范性實(shí)施例中的任何實(shí)施例限制，而是應(yīng)該僅根據(jù)所附 權(quán)利要求書(shū)和其均等物來(lái)限定。還將了解的是，本文所討論的各個(gè)實(shí)施例以及其中所引用 的各個(gè)參考的各個(gè)特征可結(jié)合任何其它實(shí)施例的特征使用。本文所討論的所有專利和公開(kāi) 通過(guò)引用以其整體結(jié)合在本文中。
權(quán)利要求
一種用于在熱流道注射模制系統(tǒng)中使用的注射模制噴嘴，所述噴嘴包括具有用于接收可模制材料的熔體流的噴嘴熔體通道的噴嘴主體；以及，連接到所述噴嘴主體上的噴嘴尖端，所述噴嘴尖端包括尖端基部，所述尖端基部具有固定到該尖端基部的下游端上的金剛石頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴還包括兩件式或三件式噴嘴密 封件，所述噴嘴尖端是所述噴嘴密封件的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴還包括尖端保持器，所述尖端保 持器將所述噴嘴尖端固定到所述噴嘴主體上，使得所述噴嘴尖端的熔體通道從所述噴嘴熔 體通道接收所述熔體流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述金剛石頂部包括天然金剛石和合成 金剛石其中之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述金剛石頂部由附連件固定到所述尖端基部上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴，其特征在于，所述附連件包括可接收于所述尖端基部 的下游端中的孔內(nèi)的柱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴嘴，其特征在于，所述柱具有螺紋，以便能夠以可螺紋旋動(dòng) 的方式接收于所述尖端基部孔內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述金剛石頂部釬焊到所述尖端基部的 下游端上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述金剛石頂部利用粘合劑結(jié)合到所述 尖端基部的下游端上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的噴嘴，其特征在于，所述金剛石頂部和所述尖端基部下 游端的相對(duì)的配合表面包括多個(gè)平坦表面。
11.一種注射模制系統(tǒng)，包括具有用于接收可模制材料的熔體流的熔體通道的歧管；以及， 具有與所述歧管熔體通道流體連通的熔體通道的噴嘴，所述噴嘴設(shè)置于模具板中的開(kāi) 口內(nèi)且具有經(jīng)由模具澆口與相應(yīng)的模腔流體連通的噴嘴密封件，其中，所述噴嘴密封件包括尖端保持器和具有尖端熔體通道的噴嘴尖端，其中，所述尖 端保持器將所述噴嘴尖端固定到所述噴嘴主體上，使得所述尖端熔體通道從所述噴嘴熔體 通道接收所述熔體流，且將所述熔體流輸送到靠近所述模具澆口的熔體腔室，且其中所述 噴嘴尖端包括導(dǎo)熱性材料制成的尖端基部，所述尖端基部具有固定到該尖端基部的下游端 上的金剛石頂部，使得所述金剛石頂部定位于所述熔體腔室內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴嘴，其特征在于，所述金剛石頂部包括天然金剛石和合 成金剛石其中之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴嘴，其特征在于，所述金剛石頂部由附連件固定到所述尖端基部上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的噴嘴，其特征在于，所述附連件包括可接收于所述尖端基 部的下游端中的孔內(nèi)的柱。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述噴嘴，其特征在于，所述柱具有螺紋，以便能夠以可螺紋旋動(dòng)的方式接收于所述尖端基部孔內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴嘴，其特征在于，所述金剛石頂部釬焊到所述尖端基部 的下游端上。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴嘴，其特征在于，所述金剛石頂部利用粘合劑結(jié)合到所 述尖端基部的下游端上。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的噴嘴，其特征在于，所述金剛石頂部和所述尖端基部 下游端的相對(duì)的配合表面包括多個(gè)平坦表面。
19.一種用于制造熱流道噴嘴尖端的方法，包括提供具有在使用中靠近模具澆口的下游端的金屬尖端基部；提供金剛石頂部；以及，將所述金剛石頂部固定到所述尖端基部的下游端上。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將所述金剛石頂部固定到所述尖端基 部上包括將所述金剛石頂部釬焊到所述尖端基部上。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述方法，其特征在于，將所述金剛石頂部固定到所述尖端基部 上包括利用粘合劑將所述金剛石頂部粘附到所述尖端基部上。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將所述金剛石頂部固定到所述尖端基 部上包括將所述金剛石頂部結(jié)合到附連件上且將所述附連件固定到所述尖端基部上。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述尖端基部和金 剛石頂部其中之一或二者研磨到最終尺寸。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于在熱流道注射模制系統(tǒng)中使用的具有改進(jìn)的耐腐蝕性和耐磨損性的注射模制噴嘴。該噴嘴包括具有用于從熔體源接收可模制材料的熔體流的噴嘴熔體通道的噴嘴主體。該噴嘴具有由尖端保持器和具有尖端熔體通道的噴嘴尖端組成的噴嘴密封件，其中尖端保持器將噴嘴尖端固定到噴嘴主體上，使得尖端熔體通道從噴嘴熔體通道接收熔體流。噴嘴尖端還包括導(dǎo)熱性材料制成的尖端基部，該尖端基部具有固定到其下游端上的金剛石頂部。金剛石頂部安放于注射模制系統(tǒng)的痕跡區(qū)內(nèi)，且向噴嘴尖端提供改進(jìn)的耐腐蝕性和耐磨損性。
文檔編號(hào)B29C45/17GK101873917SQ200880117879
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月21日
發(fā)明者D·朱羅 申請(qǐng)人:馬斯特模具(2007)有限公司