Способ инжекционного формования при низком, в сущности, постоянном давлении

Способ инжекционного формования при низком, в сущности, постоянном давлении

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к способам инжекционного формования и, в частности, к способам инжекционного формования при низком, в сущности, постоянном давлении.

Уровень техники

Инжекционное формование является технологией, широко используемой для крупносерийного производства деталей из плавких материалов, и наиболее часто - для изготовления деталей из пластических масс. В процессе инжекционного формования, который является периодическим, термопластичную смолу, как правило, в форме мелких гранул, подают в машину инжекционного формования, в которой гранулы смолы расплавляются под действием тепла и давления. Расплавленная смола принудительно впрыскивается в полость литьевой формы. Впрыснутая пластическая масса выдерживается в полости литьевой формы под давлением, охлаждается и извлекается из литьевой формы в виде затвердевшей детали, форма которой, в сущности, повторяет форму полости. Литьевая форма может иметь единственную полость или множество полостей. Каждая из полостей может сообщаться с каналом подачи расплава через впуск, который направляет поток расплавленной смолы в полость. Полость литьевой формы может иметь один или более впусков. При формовании больших деталей полость литьевой формы, как правило, содержит два, три или даже более впусков, чтобы уменьшить расстояние, проходимое полимером при заполнении литьевой формы. Один или более впусков могут быть расположены в любом месте полости литьевой формы, и могут иметь любую форму поперечного сечения. Как правило, используется, в сущности, круглая форма поперечного сечения, но может использоваться и форма поперечного сечения с отношением основных размеров 1,1 или более. Типичная процедура инжекционного формования включает четыре основные операции: (1) нагревание пластической массы в машине инжекционного формования до состояния, в котором она становится текучей под давлением; (2) впрыск расплавленной пластической массы в одну или более полостей, образованных между половинами закрытой литьевой формы; (3) остывание и отвердевание пластической массы, находящейся под давлением, в одной или более полостях; (4) раскрытие половин литьевой формы для извлечение из нее полученной детали.

Расплавленную пластическую смолу впрыскивают в полость литьевой формы, и она толкается устройством впуска под давлением через полость, пока смола не достигнет самой дальней точки полости от впуска. Длина и толщина стенок получаемой детали зависят от геометрии полости литьевой формы.

Хотя для многих деталей, изготавливаемых способом инжекционного формования, может быть целесообразным снизить толщину их стенок для снижения расхода пластической массы и, следовательно, себестоимости детали, однако снижение толщины стенок детали при обычном процессе инжекционного формования может быть достаточно дорогой и нетривиальной задачей, особенно, если требуется получить толщину стенки менее 1,0 мм. Дело в том, что при введении пластической смолы в литьевую форму в обычном процессе инжекционного формования материал, находящийся в непосредственной близости к стенкам полости, немедленно начинает застывать, то есть переходить в твердое состояние. Строго говоря, жидкая пластическая смола остывает ниже температуры, при которой она теряется текучесть, и ее порции становятся неподвижными. По мере течения материала через литьевую форму на ее поверхности образуется граничный слой материала. По мере наполнения литьевой формы толщина граничного слоя увеличивается, и в конце концов он перекрывает канал течения потока расплавленного материала в литьевую форму. Накопление застывшей пластической смолы на стенках литьевой формы становится еще более серьезной проблемой, если литьевые формы охлаждаемые, что иногда применяется для сокращения времени цикла формования одной детали и повышения производительность машины.

Для решения данной проблемы может быть целесообразным спроектировать изготавливаемую деталь и соответствующую ей литьевую форму таким образом, чтобы расплавленная пластическая смола при заполнении литьевой формы текла от областей с наибольшей толщиной стенки к областям, имеющим наименьшую толщину стенки. Повышение толщины полости литьевой формы в некоторых ее областях может быть полезным, позволяя подать большее количество материала в области, где требуются большая толщина и повышенная прочность детали, но очень часто такой метод течения пластической массы «от толстого к тонкому» приводит к неэффективному расходованию пластмассы, и соответственно к росту затрат производителя в пересчете на изготовление одной детали, поскольку приходится отливать большее количество материала в тех частях детали, в которых такое количество материала не требуется.

Одним из способов уменьшения толщины стенки детали является повышение давления жидкой пластической смолы, подаваемой в литьевую форму. При повышении давления впрыска машина инжекционного формования может дольше подавать жидкий материал в литьевую форму, прежде чем застывающий материал перекроет канал подачи расплава. Однако повышение давления приводит к повышению затрат и понижению производительности процесса. Дело в том, что при повышении давления формования детали формовочное оборудование должно быть более прочным, чтобы оно могло выдержать возросшее давление и, соответственно, как правило, будет более дорогим. Для работы под более высоким давлением производителю может потребоваться приобрести новое оборудование. Поэтому уменьшение толщины стенок данной детали при использовании обычного процесса инжекционного формования может привести к значительным капитальным затратам производителя.

Кроме того, если жидкий пластический материал, затекающий в литьевую форму, быстро застывает, полимерные цепи сохраняют высокий уровень напряжений, которые имеют место, когда полимер находится в жидком состоянии. Такие «застывшие» напряжения могут приводить к тому, что получаемые детали после формования дают большую усадку или коробление, имеют худшие механические свойства и пониженную устойчивость против воздействия химических веществ. В то же время характеристики механической прочности могут быть особенно важны для таких изделий и деталей, как емкости с тонкими стенками, элементы структурных шарниров и элементы закрытия, и ухудшение механических свойств таких частей крайне нежелательно.

Сущность изобретения

В одном из воплощений способ инжекционного формования включает этапы: (а) заполнения полости литьевой формы устройства инжекционного формования порцией расплавленного термопластического материала и (b) поддержания, в сущности, постоянного и составляющего менее чем 6000 фунтов/дюйм² давления расплава во время заполнения, в сущности, всей полости литьевой формы порцией расплавленного термопластического материала. Термопластический материал имеет показатель текучести расплава от 0,1 г/10 мин до примерно 500 г/10 мин.

Краткое описание чертежей

Воплощения, представленные на чертежах, являются по своей природе чисто иллюстративными, и не подразумевается, что они ограничивают масштаб настоящего изобретения, определяемый прилагаемой формулой. Приводимое ниже подробное описание данных воплощений будет более понятным из прилагаемых чертежей, на которых аналогичные элементы обозначены аналогичными номерами позиций.

Фиг. 1. Схема устройства для высокоскоростного инжекционного формования в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.

Фиг. 2. Кривая зависимости давления от времени для способа инжекционного формования при низком, в сущности, постоянном давлении в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.

Фиг. 3. Кривая зависимости давления от времени для способа инжекционного формования при низком, в сущности, постоянном давлении в соответствии с еще одним из воплощений настоящего изобретения.

Фиг. 4. Кривая зависимости давления от времени для способа инжекционного формования при низком, в сущности, постоянном давлении в соответствии с еще одним из воплощений настоящего изобретения.

Фиг. 5. Кривая зависимости давления от времени для способа инжекционного формования при низком, в сущности, постоянном давлении в соответствии с еще одним из воплощений настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Все упоминаемые в настоящем описании значения давления являются относительными, то есть измеренными по отношению к атмосферному давлению.

В настоящем изобретении предлагается способ инжекционного формования при низких, в сущности, постоянных значениях давления. Воплощения предлагаемых способов инжекционного формования являются более энергоэффективными и менее затратными, чем традиционно используемые процессы высокоскоростного инжекционного формования. Воплощение предлагаемого способа позволяет проводить наполнение полости литьевой формы при низком давлении расплава без нежелательного преждевременного отвердевания термопластического материала в полости литьевой формы и без необходимости поддержания постоянной температуры (нагревания) полости литьевой формы. Как будет более подробно описано ниже, данный факт является достаточно неожиданным для сведущих в данной области техники, а именно достаточно неожиданно, что инжекционное формование при постоянном давлении может проводиться при низких значениях давления без преждевременного отвердевания термопластического материала, особенно при использовании неподогреваемых или охлаждаемых полостей литьевой формы.

Воплощения настоящего изобретения позволяют также изготавливать качественные детали способом инжекционного формования, не испытывающие нежелательной усадки или коробления, без необходимости балансировки давления в полости литьевой формы перед впрыском и давления термопластических материалов перед впрыском. Поэтому воплощения предлагаемого способа могут быть реализованы при атмосферном давлении внутри полости литьевой формы и устраняют необходимость в средствах создания повышенного давления внутри полости литьевой формы.

Воплощения настоящего изобретения позволяют также изготавливать качественные детали, при этом используемый процесс инжекционного формования значительно менее чувствителен к отклонениям температуры, вязкости и иных свойств термопластического материала по сравнению с традиционными способами инжекционного формования при высоком давлении. В одном из воплощений данное преимущество позволяет использовать термопластические материалы, полученные из вторично используемых пластмасс (например, бытовых отходов пластмасс), характеризующиеся неизбежным разбросом свойств материала от партии к партии.

Кроме того, низкие значения давления расплава, используемые в предлагаемом способе, позволяют использовать для изготовления полостей литьевой формы материалы с более высокой теплопроводностью и меньшей твердостью. Такие литьевые формы более энергоэффективны и более дешевы в изготовлении. Так, например, полость литьевой формы может быть сформирована из материала, имеющего твердость поверхности по Роквеллу, меньшую 30 RC, и теплопроводность, большую 30 британских тепловых единиц/(час×фут×°F). В одном из воплощений полость литьевой формы может быть выполнена из алюминиевых сплавов, например, из сплавов 6061 и 7075.

Кроме того, способы, предлагаемые в настоящем изобретении, могут использоваться для формования высококачественных тонкостенных деталей. Так, например, с помощью предлагаемых способом могут быть изготовлены детали с пропорцией длины течения расплавленного термопластического материала к толщине детали (L/T), составляющей более 100. Предусматривается даже, что способами в соответствии с настоящим изобретением могут быть изготовлены детали с показателем L/T, большим 200, а в некоторых случаях и большим 250.

Формованные детали, как правило, считаются тонкостенными, если длина канала L течения расплава более чем в сто раз превышает ширину Т канала (L/T>100). Для полостей форм более сложной геометрии отношение L/T может быть рассчитано путем интегрирования размера Т по длине полости 32 литьевой формы, от впуска 102 до конца полости 32 литьевой формы, и его деления на значение длины, в результате чего получается среднее значение параметра Т, и длина при этом определяется, как наибольший путь течения расплава - от впуска 102 до конца полости 32 литьевой формы. После этого отношение L/T может быть определено делением измеренной наибольшей длины пути на среднюю толщину детали. В случае, если полость 32 литьевой формы имеет более чем один впуск 30, показатель L/T вычисляется путем интегрирования величины L/T для каждого из участков полости 32 литьевой формы, наполняемого с каждого из впусков, и в качестве окончательного значения L/T для данной полости литьевой формы используется самое высокое значение L/T из рассчитанных для всех впусков.

Так, на фиг. 1 показано одно из воплощений устройства 10 для инжекционного формования, которое может использоваться в воплощениях настоящего изобретения. Устройство 10 для инжекционного формования в целом включает систему 12 впрыска и зажимную систему 14. Термопластический материал может подаваться в систему 12 впрыска, например, в форме гранул 16. Гранулы могут быть засыпаны в бункер 18, из которого они поступают в нагретый барабан 20 системы 12 впрыска. После их подачи в нагретый барабан 20 гранулы подаются в конец нагретого барабана 20 с помощью винта 22, совершающего возвратно-поступательное движение. Повышенная температура барабана 20 в совокупности с давлением со стороны винта 22, совершающего возвратно-поступательное движение, вызывает плавление гранул 16, в результате чего образуется расплавленный термопластический материал 24. Отлив из термопластического материала изделий производится при температуре расплава от примерно 130°C до примерно 410°C

Совершающий возвратно-поступательное движение винт 22 толкает расплавленный термопластический материал в сторону сопла 26, для впрыска порции расплавленного термопластического материала 24 в полость 32 литьевой формы 28. Полость 32 сформирована между первой и второй частями 25, 27 литьевой формы 28. Первая и вторая части 25, 27 удерживаются вместе под давлением, оказываемым сжимающим устройством (прессом) 34. Сжимающее устройство (пресс) 34 развивает усилие, удерживающее части 25, 27 литьевой формы друг с другом при впрыскивании расплавленного термопластического материала 24 в полость 32 и способное противостоять давлению впрыска расплава, которое стремиться во время формования раздвинуть части литьевой формы друг от друга. Для обеспечения таких сжимающих усилий зажимная система 14 может включать основание литьевой формы и раму литьевой формы, выполненные из материала, имеющего твердость поверхности более чем примерно 165 по Бринеллю, но предпочтительно менее чем 260 по Бринеллю, хотя могут использоваться и материалы с твердостью поверхности, превышающей 260 по Бринеллю, при условии, что данные материалы легко поддаются обработке резанием, как будет подробно обсуждаться далее.

После того как порция расплавленного термопластического материала 24 впрыснута в полость 32 литьевой формы, винт 22 прекращает движение вперед. Расплавленный термопластический материал 24 принимает форму полости 32 и охлаждается внутри литьевой формы 28 до полного затвердевания. Как только расплавленный термопластический материал 24 затвердел, пресс 34 освобождает первую и вторую части 25, 27 литьевой формы, данные части отделяют друг от друга, и готовая отливка может быть извлечена из литьевой формы 28. Литьевая форма 28 может включать множество полостей 32 для увеличения производительности процесса формования. Формы полостей в одной и той же литьевой форме могут быть идентичными друг другу, аналогичными друг другу или отличными друг от друга. (Набор неодинаковых полостей литьевой формы называется также «семейством» полостей литьевой формы).

Предлагаемый в настоящем изобретении способ в целом включает впрыск порции расплавленного пластического материала в полость 32 литьевой формы для заполнения данной полости литьевой формы. Как показано на фиг. 2, в промежуток времени t₁, то есть до впрыска, порция, содержащая расплавленный термопластический материал, имеет давление «до впрыска». В контексте настоящего описания «давление до впрыска» порции расплавленного термопластического материала означает давление термопластического материала после того, как он был нагрет до расплавленного состояния в горячем барабане и подготовлен к впрыску, и непосредственно перед впрыском порции расплавленного термопластического материала в полость литьевой формы, или в систему литников (каналов подачи) материала, связанную по текучей среде с соплом и полостью литьевой формы. Давление порции расплавленного термопластического материала до впрыска может быть не равно давлению в полости литьевой формы до впрыска. В одном из воплощений полость литьевой формы до впрыска может находиться при атмосферном давлении, как это показано, например, на фиг. 2 и 4. В другом воплощении полость литьевой формы может находиться под небольшим положительным давлении, как показано на фиг. 3. Еще в одном воплощении в полости литьевой формы может быть создано разрежение.

Как показано на фиг. 2, после впрыска в полость литьевой формы, происходящего на промежутке времени t₂, давление порции расплавленного термопластического материала возрастает до «давления расплава», которое больше, чем давление порции расплавленного термопластического материала до впрыска. Как показано на фиг. 1, впрыск порции расплавленного термопластического материала может включать движение винта 22 в направлении стрелки А, то есть в сторону сопла 26, вследствие чего порция расплавленного термопластического материала 24 продавливается через сопло 26 и попадает в полость 32 литьевой формы. В различных воплощениях впрыск порции расплавленного термопластического материала 24 в полость 32 литьевой формы 28 может осуществляться через впуск 30, который направляет поток расплавленного термопластического материала 24 в полость 32 литьевой формы. Полость 32 литьевой формы может быть сформирована, например, между первой и второй частями 25, 27 литьевой формы 28. Первая и вторая части 25, 27 литьевой формы 28 могут удерживаться друг с другом под давлением со стороны пресса 34.

Как показано на фиг. 2, на промежутке времени t₃, в сущности, вся полость литьевой формы, или совершенно вся полость литьевой формы заполняется порцией расплавленного термопластического материала. Во время заполнения, в сущности, всей полости давление расплава поддерживается, в сущности, постоянным и составляющим менее чем 6000 фунтов/дюйм². В контексте настоящего описания термин «в сущности, постоянное давление» означает давление, которое не флуктуирует в сторону увеличения или уменьшения от требуемого значения давления расплава более чем на 30% от данного значения во время заполнения, в сущности, всей полости литьевой формы порцией расплавленного термопластического материала. Так, например, «в сущности, постоянное давление» может флуктуировать (увеличиваться или уменьшаться) по сравнению с требуемым значением давления расплава на величину, составляющую от примерно 0% до примерно 30%, от примерно 2% до примерно 25%, от примерно 4% до примерно 20%, от примерно 6% до примерно 15%, и от примерно 8% до примерно 10%. Прочие допустимые величины флуктуаций давления включают примерно 0, 2, 4,6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 и 30%. На фиг. 2 флуктуация показана, как отклонение ΔР от требуемого давления расплава. И хотя теоретически это необязательно, можно ожидать, что поддержание, в сущности, постоянного давления в контексте, указанном выше, может препятствовать колебаниям фронта расплава во время затекания расплавленного термопластического материала в полость литьевой формы. Такое динамическое поддержание параметров потока обеспечивает равномерность потока и уплотнения материала в литьевой форме, пока не будет заполнена, в сущности, вся литьевая форма, по последней точки заполнения литьевой формы, без застывания расплавленного термопластического материала и без образования прочих мест неравномерности расплавленного материала. Как показано на фиг. 3 и 4, давление расплава во время заполнения, в сущности, всей полости литьевой формы может увеличиваться или уменьшаться, например, в постоянной скоростью, и может считаться, в сущности, постоянным до тех пор, пока максимальное увеличение или уменьшение давление расплава во время наполнения, в сущности, всей полости литьевой формы не превысит 30% от требуемого значения давления. На фиг. 3 и фиг. 4 флуктуация показана в виде отклонения ΔР от требуемого значения давления.

Как показано на фиг. 5 и как будет подробно описано ниже, как только, в сущности, вся литьевая форма заполнена (на промежутке времени t₃), давление расплава может быть снижено до «давления уплотнения» для наполнения оставшейся части полости литьевой формы (промежуток времени t₃′). Давление уплотнения может поддерживаться, в сущности, постоянным, пока не будет заполнена вся полость литьевой формы.

Датчик может быть расположен близко к концу полости литьевой формы, который заполняется последним. Такой датчик может давать сигнал о том, что фронт расплава приближается к концу полости литьевой формы. Датчик может определять давление, температуру, оптические или прочие параметры, указывающие на присутствие полимера. Если датчик измеряет давление, то показания такого датчика могут передаваться на главный блок управления и использоваться для обеспечения требуемого давления уплотнения при отливке той или иной детали. Сигналы, вырабатываемые датчиком, могут использоваться для управления процессом формования, в частности, на основании данных сигналов центральным блоком управления может производиться подстройка скорости наполнения полости литьевой формы для учета возникающих отклонений в вязкости материала, температуры в разных местах литьевой формы, температуры расплава и прочих параметров, влияющих на наполнение полости литьевой формы. Такая подстройка может производиться немедленно во время цикла формования, или могут делаться поправки при последующих циклах. Кроме того, может усредняться ряд показаний для нескольких циклов, для последующих настроек процесса формования центральным блоком управления. При этом поправки в текущий цикл формования могут вноситься на основании измерений, проведенных для одного или более циклов, имевших место ранее. В одном из воплощений могут усредняться показания датчика за множество циклов, для достижения постоянства качества деталей, получаемых в ходе процесса.

Как только полость литьевой формы заполнена полностью, давление расплава и, при необходимости, давление в полости литьевой формы могут быть снижены до атмосферного (в промежутке времени t₄), и полость литьевой формы может быть раскрыта. На данном промежутке времени винт 22 прекращает движение вперед. При этом условия низкого, в сущности, постоянного давления позволяют впрыснутой порции расплавленного термопластического материала быстро охладиться внутри литьевой формы, что в различных воплощениях может происходить, в сущности, одновременно со сбросом давления расплава и давления внутри литьевой формы до атмосферного. Поэтому детали, получаемые таким способом инжекционного формования, могут быть извлечены из литьевой формы очень быстро после заполнения полости литьевой формы порцией расплавленного термопластического материала.

Давление расплава

В контексте настоящего описания термин «давление расплава» означает давление порции расплавленного термопластического материала в момент его впрыска и заполнения им полости литьевой формы устройства для инжекционного формования. Во время заполнения, в сущности, всей полости литьевой формы давление расплава для порции расплавленного термопластического материала поддерживается, в сущности, постоянным и составляет менее чем 6000 фунтов/дюйм². Во время заполнения, в сущности, всей полости литьевой формы давление расплава для порции расплавленного термопластического материала значительно меньше, чем давление впрыска и заполнения в обычных процессах инжекционного формования, рекомендуемых производителями термопластических материалов. Прочие подходящие давления расплава включают, например, менее чем 5000 фунтов/дюйм², менее чем 4500 фунтов/дюйм², менее чем 4000 фунтов/дюйм², и менее чем 3000 фунтов/дюйм². Так, например, может поддерживаться, в сущности, постоянное давление расплава в диапазоне от примерно 1000 фунтов/дюйм² до менее чем 6000 фунтов/дюйм², от примерно 1500 фунтов/дюйм² до примерно 5500 фунтов/дюйм², от примерно 2000 фунтов/дюйм² до примерно 5000 фунтов/дюйм², от примерно 2500 фунтов/дюйм² до примерно 4500 фунтов/дюйм², от примерно 3000 фунтов/дюйм² до примерно 4000 фунтов/дюйм², и от примерно 3000 фунтов/дюйм² до менее чем 6000 фунтов/дюйм².

Как было описано выше, термин «в сущности постоянное давление» означает давление, которое флуктуирует (в сторону увеличения или в сторону уменьшения) не более чем на 30% от требуемого давления расплава во время заполнения, в сущности, всей полости литьевой формы впрыскиваемой порцией расплавленного термопластического материала. Так, например, «в сущности постоянное давление» может флуктуировать (увеличиваться или уменьшаться) по сравнению с требуемым значением давления расплава на величину, составляющую от примерно 0% до примерно 30%, от примерно 2% до примерно 25%, от примерно 4% до примерно 20%, от примерно 6% до примерно 15% и от примерно 8% до примерно 10%. Прочие допустимые величины флуктуаций давления включают примерно 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 и 30%. На фиг. 2 флуктуация показана, как отклонение ΔР от требуемого давления расплава. Как показано на фиг. 3 и 4, давление расплава во время заполнения, в сущности, всей полости литьевой формы может увеличиваться или уменьшаться, например, в постоянной скоростью, и может считаться, в сущности, постоянным до тех пор, пока максимальное увеличение или уменьшение давление расплава во время наполнения, в сущности, всей полости литьевой формы не превысит 30% от требуемого значения давления. На фиг. 3 и фиг. 4 флуктуация показана в виде отклонения ΔР от требуемого значения давления. Еще в одном воплощении давление расплава во время заполнения, в сущности, всей полости литьевой формы может увеличиваться в течение части промежутка времени t3, а затем уменьшаться в течение остальной части промежутка времени t3. Такой режим давления может считаться, в сущности, постоянным давлением, если максимальное увеличение или уменьшение давления расплава во время наполнения литьевой формы составляет менее чем 30% требуемого давления расплава.

Давление расплава, то есть давление порции расплавленного термопластического материала после впрыска ее в полость литьевой формы, может быть измерено, например, устройством измерения и передачи давления, расположенным в точке впрыска. В контексте настоящего описания термин «точка впрыска» означает место в устройстве инжекционного формования, в котором порция расплавленного термопластического материала входит в полость литьевой формы. Так, например, в устройстве инжекционного формования, имеющем единственную полость литьевой формы, сообщающуюся с соплом, точка впрыска может быть расположена в непосредственной близости к соплу. В устройстве инжекционного формования, имеющем множество полостей литьевой формы и систему литников для подачи расплавленного термопластического материала от сопла к каждой из полостей литьевой формы, точки впрыска могут быть точками контакта между системой литников и каждой из полостей литьевой формы. Порция расплавленного термопластического материала при транспортировке ее по системе литников поддерживается, в сущности, при постоянном давлении. Система литников, как правило, является подогреваемой и поддерживает постоянной температуру порции расплавленного термопластического материала при транспортировке порции в полости литьевой формы.

Давление расплава для порции впрыскиваемого расплавленного термопластического материала во время заполнения, в сущности, всей полости литьевой формы может поддерживаться постоянным, например, путем измерения давления расплава устройством измерения и передачи сигнала давления, расположенным в непосредственной близости к соплу, и последующего поддержания постоянного давления на сопле после впрыска порции в полость литьевой формы. В другом воплощении давление расплава для порции впрыскиваемого расплавленного термопластического материала во время заполнения, в сущности, всей полости литьевой формы может измеряться устройством измерения и передачи сигнала давления, расположенным в полости литьевой формы напротив впуска.

Процент заполнения полости определяется, как часть объема полости, заполненная полимером, выраженная в процентах от суммарного объема полости. Так, например, если утверждается, что полость заполнена на 95%, это означает, что заполнено 95% суммарного объема полости литьевой формы. Считается, что заполнена «в сущности вся полость», если по меньшей мере 70%, по меньшей мере 72%, по меньшей мере 74%, по меньшей мере 76, по меньшей мере 78%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 82%, по меньшей мере 84%, по меньшей мере 86%, по меньшей мере 88%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 92%, по меньшей мере 94%, по меньшей мере 96%, по меньшей мере 98% или по меньшей мере 99% объема полости заполнено расплавленным термопластическим материалом. Так, например, заполнена, в сущности, вся полость литьевой формы, когда от примерно 70% до примерно 100%, от примерно 75% до примерно 99%, от примерно 80% до примерно 98% или от примерно 90% до примерно 95% объема полости литьевой формы заполнено расплавленным термопластическим материалом. Процент объема полости, заполненный расплавленным термопластическим материалом, может быть определен, например, с помощью устройства для измерения и передачи сигнала давления, установленного близко к конечной точке заполнения полости литьевой формы и реагирующего на требуемый процент заполнения. Такое устройство для измерения и передачи сигнала давления будет давать оператору сигнал, когда порция расплавленного термопластического материала достигнет места, соответствующего требуемому проценту заполнения.

Как показано на фиг. 5, в одном из воплощений после того, как заполнена, в сущности, вся полость литьевой формы (в конце промежутка времени t₃), может использоваться более низкое давление расплава для заполнения оставшейся части полости литьевой формы и уплотнения впрыснутого материала (промежуток времени t₃′). Давление порции расплавленного термопластического материала может быть уменьшено от «давления расплава» до «давления уплотнения» после того, как заполнена, в сущности, вся полость литьевой формы, чтобы обеспечить идеальное давление для заполнения остальной части литьевой формы и для предотвращения чрезмерного давления и чрезмерного уплотнения материала в полости литьевой формы. Оставшаяся часть литьевой формы может заполняться при поддержании давления порции расплавленного термопластического материала, в сущности, постоянным и составляющим «давление уплотнения». Давление уплотнения может составлять, например, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 55%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 65%, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 75%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 85%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95% или по меньшей мере 99% давления расплава.

В одном из воплощений, как только заполнена, в сущности, вся полость литьевой формы, давление расплава может быть увеличено для заполнения оставшейся части полости литьевой формы и уплотнения впрыснутого материала.

Поддержание, в сущности, постоянного давления

В одном из воплощений для впрыска порции расплавленного термопластического материала 24 в полость литьевой формы к данной порции расплавленного термопластического материала, находящейся при температуре расплава, прилагается гидравлическое давление. Гидравлическое давление может прилагаться, например, за счет поступательного движения винта 22 в направлении стрелки А на фиг. 1, то есть в направлении сопла 26, в результате чего порция расплавленного термопластического материала 24 проталкивается через сопло 26 и далее в полость 32 литьевой формы. После этого давление расплава поддерживается, в сущности, постоянным во время наполнения полости 32 литьевой формы порцией расплавленного термопластического материала 24, путем наблюдения за давлением порции расплавленного термопластического материала 24 после ее впрыска в полость 32 литьевой формы и давлением расплава термопластического материала 24 во время заполнения полости 32 литьевой формы, и подстройки гидравлического давления, прилагаемого к порции расплавленного термопластического материала во время ее впрыска в полость литьевой формы. Давление расплава может отслеживаться с помощью устройств для измерения и передачи сигналов давления, расположенных в точке впрыска, например, в сопле 26 и в полости 32 литьевой формы.

Контроллер 50 функционально связан с управляющим устройством 36 винта и датчиком 52. Контроллер 50 может содержать микропроцессор и один или более каналов связи. Так, например, контроллер 50 может быть связан с управляющим устройством 36 винта и датчиком 52 посредством проводов 56, 54 соответственно. В других воплощениях контроллер 50 может быть связан с управляющим устройством 36 винта и датчиком 52 каналами беспроводной связи, механически, гидравлически или любыми другими подходящими способами, известными сведущим в данной области техники, которые обеспечивают взаимодействие контроллера 50 с датчиком 52 и управляющим устройством 36 винта.

В воплощении на фиг. 1 датчик 52 является датчиком давления, который измеряет (прямым или косвенным образом) давление расплавленного термопластического материала 24 в сопле 26. Датчик 52 вырабатывает электрический сигнал, который передается на контроллер 50. После этого контроллер 50 подает команду управляющему устройству 36 винта продвигать винт 22 со скоростью, обеспечивающей, в сущности, постоянное давление расплавленного термопластического материала 24 в сопле 26. Датчик 52 может непосредственно измерять давление расплава, или он может измерять иную характеристику расплавленного термопластического материала 24, например, его температуру, вязкость, расход или иную, на основании которой может быть определено давление расплава. Кроме того, датчик 52 необязательно должен быть расположен в сопле 26, а на самом деле он может быть расположен в любом месте системы 12 впрыска или литьевой формы 28, которое связано по текучей среде с соплом 26. Датчик 52 не обязательно должен находиться в непосредственной связи со впрыскиваемой текучей средой. В качестве альтернативы он может находиться в динамической связи с текучей средой, определяя давление текучей среды и/или иные ее характеристики. В случае, если датчик 52 не расположен внутри сопла 26, могут применяться соответствующие поправочные коэффициенты для расчета давления расплава в сопле 26. Еще в некоторых воплощениях датчик 52 необязательно расположен в месте, связанном с соплом по текучей среде. Вместо этого датчик может измерять силу сжатия, вырабатываемую зажимной системой 14, на границе первой и второй частей 25, 27 литьевой формы. В одном из воплощений контроллер 50 поддерживает требуемое давление по сигналам с датчика 52.

Несмотря на то, что на фиг. 1 показан замкнутый контур подключения контроллера с активной обратной связью, вместо этого могут использоваться и другие системы регулирования давления. Так, например, для регулирования давления расплавленного термопластического материала 24 могут использоваться реле давления или клапан сброса давления (не показаны). А именно реле давления или клапан сброса давления могут использоваться для предотвращения чрезмерного повышения давления в литьевой форме 28. Альтернативным механизмом предотвращения чрезмерного повышения давления в ли