用于制造簇成制品的方法和設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于通過注塑生產簇成制品的注塑機和方法，并且更具體地涉及注塑方法和設備，其中通過壓力支配算法(pressure-dominated algorithm)控制低壓注塑。
【背景技術】
[0002]注塑是一種通常用于大批量制造由可熔融材料制成的部件(最常見的是由熱塑性聚合物制成的部件)的技術。典型的注塑程序包括以下基本操作:在注塑機中加熱塑性材料，以允許塑料在壓力下流動;將熔融的塑料注射到限定于已閉合的兩個模具部件之間的一個或多個模具腔體中；允許塑料在壓力下在一個或多個腔體中冷卻并硬化;打開一個或多個模具腔體；以及將模塑制品從模具中頂出。每個模具腔體均可通過澆口連接至流動通道，澆口將熔融樹脂流引導到腔體中。可存在一個或多個澆口。
[0003]在注塑過程中，通過注塑機將熔融的塑性樹脂注射到模具腔體中，直到塑性樹脂到達腔體中離澆口最遠的位置。此后，塑性樹脂從背對著澆口的端部填充腔體。在常規的高變壓注塑機中，一旦液體塑性樹脂被引入注模中，鄰近腔體壁的材料就立即開始“凍結”或固化、或硬化。就結晶聚合物而言，塑性樹脂開始結晶，因為液體塑性樹脂冷卻至低于該材料的不流動溫度的溫度，并且液體塑料的部分固化且變得靜止。這種鄰近模具壁的凍結材料使熱塑性材料在其向模具腔體的端部前進時所行進的流動通道變窄。鄰近模具壁的凍結材料層的厚度隨著模具腔體填充的進行而增加，這造成聚合物必須流動通過以繼續填充模具腔體的橫截面積逐漸減小。隨著材料凍結，其還收縮、從模具腔體壁脫離，這減少了材料通過模具腔體壁的有效冷卻。因此，常規的高變壓注塑機被設計成非常快速地用塑料填充模具腔體且保持填料壓力以將材料推向模具腔體側，來增強冷卻并保持模塑部件的正確形狀。常規的高變壓模塑機通常具有由約10 %注射時間、約50 %填料時間、以及約40%冷卻時間組成的循環時間。
[0004]當模具腔體中的塑料凍結時，常規的高變壓注塑機增加注射壓力(以保持基本上恒定的體積流量，由于更小的橫截面流動面積)。然而，增加壓力會具有成本和性能兩方面的缺點。當模塑部件所需的壓力增加時，模塑設備必須具有足夠的強度以耐受附加的壓力，這通常導致設備更昂貴。制造商可能不得不購買新的設備以適應這些增加的壓力，這自然導致顯著的資本費用。
[0005]為了避免上述的一些缺點，很多常規的注塑操作者使用剪切致稀塑性材料以改善塑性材料在模具腔體中的流動特征。在將剪切致稀塑性材料注射到模具腔體中時，在塑性材料和模具腔體壁之間產生剪切力并且模具腔體壁趨于減小塑性材料的粘度，由此使塑性材料更自由且容易地流入模具腔體中。因此，可足夠快地填充模具腔體以避免材料在完全填充模具之前凍結。
[0006]粘度的減少與塑性材料和進料系統之間、以及塑性材料和模具腔體壁之間產生的剪切力的量級直接相關。因此，這些剪切致稀材料的制造商和注塑系統的操作者已努力驅使模塑壓力更高以提高剪切，從而降低粘度。通常，高輸出注塑系統(例如，101級和30級系統)在通常15，000psi或更高的熔體壓力下將塑性材料注射到模具腔體中。剪切致稀塑性材料的制造商教導注塑操作者在高于最小熔體壓力下將塑性材料注射到模具腔體中。例如，通常在大于6 ,OOOpsi (由聚丙稀樹脂制造商推薦的范圍，通常為大于6，OOOpsi至約15，OOOpsi)的壓力下加工聚丙烯樹脂。壓機制造商和加工工程師通常推薦在所述范圍的頂端或顯著更高下加工剪切致稀聚合物，以實現最大的潛在剪切致稀，其通常大于15，000psi，以從塑性材料中提取最大致稀和更好的流動特性。剪切致稀熱塑性聚合物一般在超過6，OOOpsi至約30 ,OOOpsi的范圍內加工。
[0007]高生產注塑機(S卩，101級和30級模塑機)通常經歷每年500，000次循環或更多。優質工業生產模具必須被設計成耐受至少每年500，000次循環，優選地多于每年I，000，000次循環，更優選地多于每年5，000，000次循環，且甚至更優選地多于每年1，000，000次循環。這些機器具有多腔體模具和復雜的冷卻系統以提高生產率。高硬度材料比低硬度材料更能夠耐受重復的高壓夾緊操作。但是高硬度材料諸如大多數工具鋼具有相對低的熱導率，一般小于20BTU/HR FT°F，這導致長的冷卻時間，因為熱從熔融塑性材料傳遞通過高硬度材料。
[0008]在常規的機器中，用于控制和調節注射參數的控制系統通常基于順序的速率支配算法，接著是壓力支配算法。常規的機器通常以最高的可能注射速率注射第一個90%-98%的塑料射流體積一一以利用大多數熱塑性材料的剪切致稀性質。在分型線處在模具面之間的塑料滲流的出現，通常已知為“飛邊”，通常發生在注射循環結束或接近結束時，這是由于腔體的最終填充造成的壓力峰值，或發生在控制算法的壓力支配階段中在高壓下填料期間。可使用注塑控制系統在注射循環結束或接近結束時準確地減小腔體壓力。為了防止可能在注射結束時發生的壓力峰值，對于注射循環的最終部分，機器可切換至壓力控制算法。美國專利6，060，005，例如，教導了控制算法(包括順序應用速率支配控制、接著是壓力支配控制)以保持熔融流動前沿在模制過程中基本上不破碎。由于希望盡可能快地注射塑性材料并且盡可能快地達到閾值注射壓力，提供速率受控的初始注射期看起來是符合邏輯的。在一些情況下，似乎希望限制模塑循環早期的注射壓力，以防止極高的注射速度造成澆口或其它高剪切區域上的過度磨損;但是在那些情況下，壓力通常限于30，000psi或更小、或者20 ,OOOpsi或更小、或者低于構成注口的材料的疲勞極限的一些水平。在那些情況下，可設定壓力閾值，以保護模塑部件免于磨損或過早失效，并且最終模塑部件的質量不是確定此壓力閾值的因素。包括速率支配方案和壓力支配方案的順序應用的控制算法將因此滿足許多應用，其中所制造的部件的質量對于注射循環起點附近的腔體壓力的歷史相對不敏感。
[0009]我們現在已經發現，速率支配的控制算法可有益地完全消除，有利于僅使用壓力支配的控制算法，尤其是對于其中最終產品的物理特征和外觀可受到在注射循環起點附近發生的壓力的明顯影響的應用而言。我們另外發現，壓力支配的控制算法在用于構造對注射壓力波動敏感的部件的注塑方法中的排他性使用可提供成品的優異質量。我們還發現，在一些應用中在低的恒定壓力下注射第一塑料射流是有益的。

【發明內容】

[0010]—種用于制造簇成制品的方法，包括:使至少第一模具部件和第二模具部件在兩者間形成第一模具腔體，第一模具部件具有工作表面和在其中形成的用以接收多個刷毛簇的多個孔，每個刷毛簇包括多個獨立的刷毛，第一模具腔體具有體積、前端、以及與前端相對的后端;將多個刷毛簇插入到第一模具部件中的多個孔中，刷毛簇中的每一個具有第一端部、與第一端部相對的第二端部、以及延伸穿過第一端部和第二端部的縱向軸線，刷毛簇的第一端部設置在第一模具部件內部，同時刷毛簇的第二端部延伸到第一模具腔體中；通過其前端將熔融的第一熱塑性材料注射到第一模具腔體中，從而用第一熱塑性材料將多個刷毛簇的第二端部互連，恪融的第一熱塑性材料具有約0.lg/10min至約500g/10min的恪體流動指數和約1psi至約2000psi的第一模具腔體中的熔體壓力;根據壓力支配算法控制和調節熔融的第一熱塑性材料的熔體壓力，包括在第一模具腔體的前端上游檢測每秒至少100個熔體壓力測量結果;將熔融的第一熱塑性材料冷卻，從而使第一熱塑性材料在第一模具腔體內部固化；以及使第一模具部件和第二模具部件脫離，從而將具有嵌入其中的多個刷毛簇的固化的第一熱塑性材料釋放。
[0011]—種用于通過注塑制造簇成主體的設備，包括:至少第一模具部件和第二模具部件，第一模具部件和第二模具部件在兩者間形成用于在其中接收熔融的第一熱塑性材料的第一模具腔體，第一模具腔體具有體積、前端、以及與前端相對的后端，第一模具部件具有工作表面和在其中形成的用以接收多個刷毛簇的多個孔，每個刷毛簇包括多個單獨的刷毛;注射裝置，其包括用于將熔融的第一熱塑性材料注射到第一模具腔體中的至少第一注射噴嘴；以及壓力控制機構，其用于監測熔融的第一熱塑性材料的熔體壓力并且基于熔融的第一熱塑性材料在第一模具腔體內部的熔體壓力根據壓力支配算法調節由注射裝置施加在熔融的第一熱塑性材料上的注射壓力。
【附圖說明】
[0012]附圖所示的實施例在性質上為例示性和示例性的，而并不旨在限制由權利要求所限定的主題。當結合附圖閱讀時，能夠理解對例示性實施例的詳細描述，其中用類似的附圖標號表示類似的結構，并且其中:
[0013]圖1和2示意性地示出根據本公開的低恒壓注塑機的實施例；
[0014]圖3為示出圖1的低恒壓注塑機的腔體壓力對時間的圖，其疊加于示出常規的高變壓注塑機的腔體壓力對時間的圖之上；
[0015]圖4為示出圖1的低恒壓注塑機的腔體壓力對時間的另一個圖，其疊加于示出常規的高變壓注塑機的腔體壓力對時間的圖之上，所述圖示出了用于若干填充步驟的填充時間的百分比；
[0016]圖5A-5H為根據本公開的用于制造簇成制品的注塑方法的若干步驟的示意圖。
[0017]圖6為示出在其一個端部具有熔合球的一個簇的局部示意性剖視圖。
【具體實施方式】
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