CN101088738A - 用于注射成型的开环压力控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种注射成型系统，该系统具有用于平衡熔体流的自调节阀。自调节阀包括可平衡流经热流道的熔体流速的控制杆。自调节阀响应于热流道系统中的注射或熔体压力和外力装置提供的预定力。因为自调节阀控制熔体流不需传感器测量压力也不需处理器的反馈，所以自调节阀为开环系统。通过上/下窜动减小/增大熔体流量，自调节阀机械地响应于控制表面熔体流压力的变化。自调节阀不需使用处理装置而补偿影响熔体流压力的条件，如熔体流速度的增大/减小，熔体流温度的变化，和/或型腔尺寸。

Description

用于注射成型的开环压力控制

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119(e)条款，本申请要求在2006年6月16日递交的申请号为60/814,044的临时美国申请的优先权，该临时申请的公开内容通过参考方式全文在此引入。

技术领域

本发明涉及注射成型，特别涉及一种用于平衡热流道系统内熔体流动的开环压力控制方法及装置。

背景技术

注射成型是一种常用制造工艺。注射成型是一种周期过程，在该周期过程中将熔融(塑化)塑料注射(强制)进入一个或多个型腔中，保压直到塑料固化而移出，其基本复制型腔的形状。各种有商业价值的制品，如塑料瓶、牙刷、汽车零件、医疗卫生器材、儿童玩具等，都由众所周知的注射成型技术制成。

注射成型的一种类型，即热流道注射成型，通常涉及熔融材料，该材料通常为聚合材料或树脂，然后在高温高压下熔体流流经与一个或多个热流道喷嘴连通的注射分流板。加热的喷嘴进进一步将熔体流通过模具浇口引入一个或多个型腔中。熔融材料冷却成型腔的形状，型腔打开后将成品顶出。

一种控制进入型腔的熔体流动的方法是使用阀控浇口注射成型设备。通常阀针具有圆柱形或锥形的前端，且在缩回的开启位置和伸展的关闭位置间往复运动，位于关闭位置时其前端支靠于浇口上。在一些应用中，阀针反方向运行，在缩回位置关闭。

但阀控浇口机构通常设计为二位式开关浇口，即浇口要么开启要么关闭，不允许具有部分打开状态，而部分打开状态可控制通过浇口的熔体流率或流量。

一些制造过程中，极其希望注射期间能够控制熔体流(也就是熔体的温度和压力)。另一希望控制熔体流的例子是同时在彼此分离的型腔内成型多个部分。通常，在该例中，供料系统将熔融塑料从注射单元移至彼此分离的型腔。在许多甚至大多数注射模具中，为了同时制成需要多个熔体流的多个或复杂制品，在供料系统中使用多个分支和出口运送熔体到分离的型腔中。公共熔体流通过一个或多个浇口供给每个型腔。该系统中，型腔不是必须所有尺寸相同；在同时成型连锁组合的零件如手机外壳时，才需要具有相同的尺寸。因此，填充、充满每个型腔的最佳压力都是不同的。这是因为当型腔具有不同尺寸和形状，和/或每个型腔的熔体流流动时间不同，熔体的性质，如粘性，也受影响。因此，通常控制注射成型机的总体压力不可能达到每个型腔的最佳压力。

多浇口系统中，通过多个热流道喷嘴和模具浇口向单型腔供给熔体，一个公共分流板可供给所有浇口。在该系统中，来自一个浇口的熔体流与来自另一个浇口的熔体流相遇的界面会形成“汇流线”或“熔接线”。虽然正常给所有浇口供料，但单独控制通过每个浇口流速的能力允许设计者出于结构或美观的目的控制熔接线的位置。同样，成型周期的注射过程中的流速和压力极大地影响了制品的质量品质。通常制品缺陷，如延迟、溅射、非平衡充模、汇流线、取向及轨迹线，受充模阶段流速的影响。与充模阶段动力学有关的典型制品缺陷是缩印、飞边、收缩、翘曲及残余应力。速度/压力分布曲线上的变化同时影响所有型腔内的流速和压力。

本领域现有或提供各种方法以控制熔体流的流动。一种控制熔体流动的方法是为每个新产品重组流道，但该方法昂贵、费时。选择性地，还具有包括传感器，多个可调节阀针或熔体流动控制杆的闭环控制的动态系统。进一步选择，也可使用被动系统。

一种使用具有压力传感器闭环系统的动态系统中，每个阀针延伸穿过喷嘴体并对准各自的浇口，每个浇口可通过流体连接共同型腔或各自型腔。阀针暴露于流经喷嘴体的高压熔体中。在型腔的注射点或接近该注射点压力，传感器读出压力数据。计算机根据压力传感器测得的压力数据动态调节该系统各个阀针。

其他动态供料系统利用位于浇口上游的熔体流动控制杆与熔熔体流道中的狭窄部分相互作用控制熔体流速。为了形成所需的闭环反馈系统，该动态供料系统增加了额外的设备花费，如需要控制器、压力变换器/传感器等，也因为系统的复杂性增加了额外的操作费用。而且，通常大部分阀针或控制杆在操作期间是无支撑的并且易于产生可导致未对准和降低使用寿命的偏差。

在另一动态系统中，分流板包括“涌流罐”。一部分熔体流从分流板熔体流道中转移到单独的室或“池”中。促动挡板置于池内且可封闭池的开口。阀控浇口喷嘴位于池的下游，以使促动阀针控制通过模具浇口的熔体流。熔体流引入分流板熔体流道时，位于模具浇口内的阀针阻止熔体流进入型腔。池挡板位于回退位置，从而一部分来自于分流板的熔体流被引入池中并容纳于池中。开始注射，位于池上游的阀门机构关闭分流板熔体流道，从而阻止新熔体引入池内。喷嘴阀针从模具浇口撤出，挡板以第一速度前进迫使熔体从池中进入喷嘴熔体流道，随后进入型腔。压力感应系统测量系统内压力，并将所测压力与目标压力线比较。如需更大压力，增加挡板速度。选择性地，如需更小压力，减小挡板速度。当挡板到达其最低位置，型腔已满，阀针前移关闭模具浇口。通过控制挡板速度，可控制熔体流流速。该熔体流动控制方法需要完全关闭一部分分流板熔体流道以操纵它其他部分的熔体流。除了增加控制挡板和阀针的额外费用，该系统增加了熔体流的二级中断。此种二级中断可能会产生成型制品其他的缺陷。

另一系统中，一滑芯阀包括至少一个凹部，该凹部用于控制熔体体积流量和单独的浇口关闭部分。该阀设置为，流过阀的熔体对阀芯产生最小的轴向力，从而将促动阀芯所需的作用力减到最小。凹部这样配置的目的主要是控制熔体的体积流量，因而减小了浇口关闭部分的尺寸。除小浇口的关闭部分之外，阀芯的上下端都暴露于空气之中。可以在预定图线模式下或动态模式操纵该阀。如预定图线模式为开环或非环系统，其不具有反馈控制并运用预定操作图线控制压力。相反，动态操作模式为闭环操作模式，其具有反馈控制，并且运用基于实时感应条件的连续变化操作图线控制压力。在预定图线模式中，在成型过程的冲模阶段按照图线设置阀芯的位置，从而提供了变化的体积流速。选择性地，在动态模式中，根据熔体的压力或施加在芯阀上的负荷，控制芯阀的位置或调节芯阀的位置。不论是操作模式，系统需要芯阀及机架具有复杂几何形状。另外，必须提供一部分芯阀的通气装置，该装置位于模块深处。而且，如果系统以动态方式运行，其具有以上描述的动态系统的缺点。

现今发展了各种被动系统。通常，被动系统通常使用弹簧负载活塞，当活塞位于退回位置时，活塞关闭喷嘴口，且活塞仅在开启或关闭位置运行。活塞的上游端具有暴露于熔体的投影表面积，该投影表面积不等于活塞下游端的投影表面积。注射周期开始阶段，活塞上游端的压力通常高于熔体下游端的压力，致使活塞伸展，从而打开浇口。随着型腔内活塞下游压力增加，不同的表面积及弹簧力在活塞上产生了有差异的净力，从而令活塞退回关闭位置。该系统中，活塞沿其长度上一般无支撑，活塞和/或弹簧暴露于熔体中。因此，被动系统容易降低使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种注射成型系统，其包括具有分流板熔体流道的分流板和具有喷嘴熔体流道的喷嘴，其中喷嘴熔体流道与分流板熔体流道的出口之间流体连通。注射成型系统还包括部分地位于喷嘴熔体流道上游的分流板熔体流道内的自调节阀。该自调节阀包括阀盘和在阀盘纵向孔内可滑动的控制杆。阀盘在其侧壁具有带有流口的控制杆支撑延伸部。阀盘控制杆支撑延伸部的流口与分流板熔体流道及控制杆下端的开口相连。控制杆还包括末端压力表面。自调节阀设置为，调节流过控制杆开口从分流板熔体流道进入喷嘴熔体流道开口的熔体流。响应于外力装置施加在控制杆头部的反向作用力，以及熔体流施加在控制杆末端压力表面的流体压力，控制杆向上和/或下滑动以平衡注射周期中的熔体流。

参照附图，以下部分将详细描述本发明的实施例、特点、优点，以及本发明各种实施例的结构及操作。

附图说明

在此引用并作为说明书的一部分附图，与说明书一同解释本发明的一个或多个实施例，还进一步解释本发明的原理且令相关领域技术人员能制造及使用本发明。

图1为使用本发明实施例的注射成型设备的剖视图。

图2为按照本发明一实施例的自调节阀的侧视图。

图3为图2所示自调节阀在开启位置，沿图2纸面的剖视图。

图4为图2所示自调节阀沿线4-4的剖视图。

图5为图2所示的自调节阀在关闭位置，沿图2纸面的剖视图。

图6为按照本发明另一实施例的具有自调节阀的注射成型设备的局部剖视图。

图7和8显示了按照本发明另一实施例的具有自调节阀注射成型设备的局部剖视图。

图9和10分别显示了按照本发明一实施例的控制杆末端在开启及关闭位置的放大图。

图11为按照本发明一实施例的控制系统的框图。

图12为按照本发明另一实施例具有自调节阀注射成型设备的部分剖视图。

参考附图解释本发明的一个或多个实施例。附图中，相同的附图标记表示相同或功能相近的元件。另外，附图标记最左边的数字表示首次出现该附图标记的附图的图号。

具体实施方式

参考附图描述本发明具体实施例，附图中相同附图标记表示相同或功能相近的元件。同样附图中，附图标记最左边的数字表示首次出现该附图标记的附图的图号。当讨论具体的构造和布置，应该理解这仅供示例。相关领域技术人员而言，会认可不偏离本发明精髓及范围可使用其他构造和布置。

图1所示为注射成型设备100。注射成型设备100包括成型机喷嘴102，其将熔体流在压力下经过位于成型机工作台106内的浇口衬套104引入注射成型系统。熔体从浇口衬套104进入热流道型分流板110中的分流板熔体流道108。注射成型设备100中，分流板110允许对经分流板熔体流道出口134进入各热流道喷嘴116内喷嘴熔体流道114的熔体流进行分配。热流道116置于模板120的喷嘴孔或喷嘴腔118中，并且每个热流道喷嘴116通过对准套130与浇口124对准。对本领域普通技术人员可以理解的是，模板120可以包括一个或多个模板和/或一个型腔板。型芯板138配合模板120组成型腔122。通过模具浇口124，每个热流道116与相应型腔122流体连通，从而熔体流可通过喷嘴熔体流道114和喷嘴头126注射进入型腔122。

图1中显示了热流道116的剖视图。热流道116在喷嘴熔体流道114上端具有喷嘴熔体流道入口112，其对准分流板熔体流道108的出口134，以接受熔体流并将熔体流通过模具浇口124输送到型腔122中。热流道116包括喷嘴体128及喷嘴头126。注射成型设备100可包括任意数量的热流道喷嘴116，热流道喷嘴116位于各喷嘴孔118内，其用于将熔体从各自的喷嘴熔体流道入口112输送至各模具浇口124。注射成型设备100使用每个喷嘴内的加热元件132及模板120中的冷却通道136从而调节熔体温度。如图所示，热流道喷嘴116是热浇口型的，但是应该理解到热流道喷嘴116可以选择成如图7、8详述的阀控浇口。

图2-5所示为按照本发明一个实施例的熔体流动调节组件或自调节阀240。熔体流动调节组件240平衡从分流板熔体通道108到相应热流道喷嘴116再到相应型腔122的熔体流流速及流量。熔体流动调节组件240根据分流板、喷嘴和/或型腔内的一个或多个注射压力运行，在特定的实施例中，也根据外力装置所施加的预定外力运行，如下详述。因为熔体流动调节组件调节熔体流不需传感器测量压力，也不需来自处理器的反馈，所以熔体流动调节组件是一开环系统。作为替代，熔体流动调节组件240可随其控制/压力表面熔体压力的变化，上下窜动从而增加或减少流量，以下将对此进行详细描述。这样，在不使用主动控制器或处理器的条件下，熔体流动调节组件240可以补偿任何影响熔体流压力变化的条件，举例说明但不局限于以下所列，如熔体流速度和/或熔体流温度的增加或降低，和/或型腔尺寸变化等。

通常熔体流动调节组件或自调节阀240大体上包括控制杆242和阀盘258。控制杆242包括控制杆体244，位于控制杆体244上游端的头部分246，位于控制杆体244下游端的控制杆末端248，和位于控制杆末端248上游的开口、孔、针眼、洞250等。

通常，控制杆体244大致为细长的圆柱体。在替代性实施例中，控制杆体244可具有任意形状的横截面，而不是必须为圆柱形。而且控制杆体的横截面积不是必须沿其整个长度恒定，并且当其置于流体压力下，可利用横截面积的变化在控制杆上产生净力。

如图所示，头部分246可以是控制杆体244的扩大部分。头部分246可用来连接控制杆242和外力装置280，外力装置可在控制杆242上施加恒定或可变化的轴向力。头部分246和控制杆体244可选择性地设置为，单以控制杆的重量就可提供所需轴向力。本领域普通技术人员可以理解，外力装置280可以是任何可施加轴向力的装置，如液压或气动、线性电机致动器、配重或弹簧。

控制杆末端248包括末端压力表面252，操作期间其接受熔体压力，从而产生如图3箭头F所示的沿朝向头部分246的方向施加在控制杆242上的作用力。本领域普通技术人员可知，施加在元件表面的流体压力会产生与表面投影面积成比例的作用力。因此，末端248及压力表面252可特别设计成为针对设定流体压力来提供给控制杆242预定轴向作用力。

参考图3并继续参考图2，针眼250为一槽或通孔，其侧向延伸穿过控制杆体244。针眼250包括上压力表面354和下压力表面356。当熔体流进入针眼250时，其在上压力表面354和在下压力表面356上均产生压力。针眼250可设置为，上压力表面354和下压力表面356具有相同或不同的投影面积。两个表面投影面积不同，加压的熔体流进入针眼250且自调节阀240关闭时，在控制杆240上产生净力。

针眼250也可为从控制杆体244外表面向控制杆体244径向中心呈锥形(渐缩)，从而使控制杆体244在最接近针眼250的径向中心处的横截面积最小。应当理解，虽然针眼250所示为矩形锥槽，针眼250的横截面和/或锥形并不只限于所示形状，可以为改变调节自调节阀240的熔体流特征而改变其形状。特别是，针眼250可以具有如圆形或正方形的任意截面形状，并且在针眼250上端和/或一侧的锥形可以不同于下端和/或相反侧的锥形。

控制杆242可由任意合适的材料构成，可包括对本领域技术人员可以理解的抗磨损涂料。例如，控制杆可由但不局限于钢、钛或陶瓷材料制成。控制杆242可由热性质相近于阀盘258的材料构成，从而令热膨胀不影响自调节阀240的运行。

阀盘258包括法兰盘260，侧壁262和控制杆支撑延伸部268。法兰盘从孔370侧向向外延伸，孔370纵向延伸穿过阀盘258。法兰盘260中心具有更大的厚度，其限定了阀盘孔370的上部，法兰盘朝向其位于侧壁262侧壁附近的外边缘处的减薄部分逐渐变薄。法兰盘260的下表面具有下安装表面276。法兰盘260还包括定位特征366。本实施例中的定位特征366是从下安装表面276穿进法兰盘260的孔，该孔被设计为可接纳注射成型设备的配合件(未示出)上的销钉。侧壁262从法兰盘260的外边缘向上延伸到上安装表面274。

控制杆支撑延伸部268从法兰盘260向下延伸，限制了阀盘孔370的下部。流口272穿过控制杆支撑延伸部268向侧边延伸，并与阀盘孔370流体相通。控制杆支撑延伸部268可为任意截面形状，如圆形、正方形或矩形。但是，通常控制杆支撑延伸部268位于分流板或配合件的通道内，因此截面形状设置为匹配该通道，如图6和以下内容所示。另外，阀盘孔370的截面通常设置为匹配控制杆242的截面。

阀盘258可由任意合适材料制成，可包括本领域技术人员可以理解的抗磨损涂料。阀盘258可由比分流板210更硬或更耐磨的材料制成，以提高其耐磨性。例如阀盘258可由但并不局限于以下材料制成，如钢、钛、陶瓷、硬化或处理过的钢或碳化钨。如图6所示，阀盘258也可用作热绝缘体。行使该项功能时，阀盘一般由比周围分流板110/610导热性差的材料制成，如钛或陶瓷。不偏离本发明的保护范围，任何具有支撑延伸部、且该支撑延伸部可改造成包括口272的阀套设计可以取代阀盘258。

控制杆242延伸穿过由法兰盘260和支撑延伸部268限定的阀盘孔370，从而在阀盘258中可滑动地接受控制杆242。针眼250接近支撑延伸部268的流口272。如图4所示，控制杆242设置为，其在阀盘370内被侧边支撑，特别是由支撑延伸部268的壁支撑。支撑延伸部268提供的侧边支撑避免控制杆242的不对准和偏移，这延长了控制杆242的使用寿命。一些现有技术的阀针及控制杆设计仅能在分流板熔体通道中滑动，因此未受支撑的控制杆242易于过早和/或增加磨损，从而减少了使用寿命。如果阀盘258被塑料熔体流或控制杆242移动磨损或损坏，阀盘258易于更换，并且阀盘可由比分流板210更硬或更耐磨的材料制成，以进一步增强其自调节阀240的效果。

在阀盘孔370内，响应于流体压力或流体压力及外力装置的联合作用，控制杆242易于在打开及关闭位置滑动，以获得各种位于在打开和关闭位置间的中间位置，从而实现熔体流的变化流速。这样，在注射周期内，控制杆242可在阀盘孔370内主要上下“窜动”，持续平衡熔体流速。

在一实施例中，针眼250用于减小控制杆242上的压力，从而使其抵挡更大的压力。例如，熔体可施加10,000到40,000PSI的压力到控制杆242上。在一些例子中，不具有针眼的控制杆会被这样的熔体压力损坏。但是因为熔体流过针眼250并持续流动，控制杆242上的熔体压力得到缓解，从而控制杆不必抵挡迎面而来的熔体流的全部作用力。

如图2-4所示，自调节阀240位于开启位置，针眼250暴露于阀盘孔370下游的熔体流道，从而在自调节阀240内产生连续流体通道。相反，如图5所示自调节阀240位于关闭位置时，针眼250完全位于阀盘孔370内，控制杆242的末端248封闭于支撑延伸部268的内壁中，从而阻碍了熔体流经阀盘孔370。

图6表示位于注射成型设备600内的自调节阀640，其包括外力装置，该外力装置具有位于护套692内的弹簧680，该护套带有螺纹式可调帽690。控制杆642的头部分646被弹簧680轴向预加载预定量。弹簧680施加在控制杆642上的轴向负载可以通过相对于护套692旋入/旋出帽690而进行调节。

阀盘658位于分流板610和背板606之间，阀盘可作热绝缘体。阀盘658的控制杆支撑延伸部668伸进分流板610，从而流口672与分流板熔体流道608的上游部分流体连通。自调节阀640处于分流板熔体流道包含朝向喷嘴616的90°转角的位置。应当理解，分流板熔体流道的转角的角度不重要，角度大于或小于90°皆可使用自调节阀。

熔体从分流板熔体流道608进入流口672，后流入阀盘孔670，后流入针眼650中。当自调节阀640位于所示的开启位置时，针眼650的一部分暴露于阀盘孔670下游的熔体流道和分流板熔体流道608中的下游部分。结果，流入针眼650的熔体可流经分流板熔体流道608下游并进入热流道喷嘴616。当自调节阀640位于关闭位置时，针眼650没有任何部分暴露于分流板熔体流道608下游部分，且熔体不会流经阀640。

在注射成型设备600内的成型周期的初始阶段，高压熔体从成型机喷嘴(未示出)注入自调节阀640上游的分流板熔体流道608中。熔体流过分流板熔体流管608，进入流口672及自调节阀640的针眼650中。如所示，针眼上压力表面654的投影面积与下针眼压力表面656的投影面积相等，因此利用弹簧在控制杆642上施加向下的作用力以将自调节阀640置于开启位置。但如上所述，自调节阀640也可设置为，不用外力装置或不联合使用外力装置，由熔体压力在控制杆642上产生净向下力。

在一实施例中，自调节阀640出口(如在喷嘴熔体流道614)的熔体压力与控制杆642的位置成比例。控制杆642位于完全向下位置时，自调节法640出口的熔体压力达到最大值。控制杆642位于完全向上位置时，自调节法640出口的熔体压力达到最小值。控制杆642从完全向上位置到完全向下位置，自调节法640出口的熔体压力随之增加。控制杆642从完全向下位置到完全向上位置，自调节法640出口的熔体随之减小。如前所述，控制杆642可以实现并保持不同的中间位置，在上下中间位置间有效地“窜动”，从而在注射周期内持续平衡熔体流速。

随着熔体流经分流板流道608，自调节阀640及喷嘴616进入型腔622中，熔体压力在末端压力表面施加作用力。该熔体作用力趋于将控制杆642上推。外部控制力，如弹簧680的作用力，作用于控制杆642的头部分646，其趋于将控制杆642向下推。通过调节帽690，弹簧680可设为预定轴向作用力。这两种作用力控制控制杆642的位置。在一实施例中，自调节阀640设计为，阀元件上的其他所有作用力都可忽略不计。

如果作用于控制杆642头部646的外部控制力克服了作用于末端压力表面652的熔体力，控制杆642向下移动。随着控制杆642向下移动，自调节阀640出口的熔体压力增大。结果，作用于梢部压力表面652的熔体作用力增加。当末端压力表面652上的熔体作用力与在控制杆642的头部646上的弹簧680外部控制力达到平衡时，如基本相等时，控制杆642停止向下移动。

如果作用于末端压力表面652的熔体力克服了作用于控制杆642头部646的外部控制力，控制杆642向上移动。随着控制杆642向上移动，自调节阀640出口的熔体压力减小。结果，作用于末端压力表面652的熔体作用力减小。当末端压力表面652上的熔体作用力与在控制杆642的头部646上的弹簧680外部控制力达到平衡时，如基本相等时，控制杆642停止向上移动。

在如图7、8所示的另一实施例中，自调节阀740置于阀控浇口喷嘴716内。图7所示为自调节阀740和阀控浇口喷嘴716处于关闭位置。图8所示为自调节阀740和阀控浇口喷嘴716处于开启位置。

自调节阀740至少部分地位于注射成型设备700的分流板710内。阀盘758位于背板706和分流板710之间，阀盘可作热绝缘体。流口772与分流板流道708的下游部分流体连通。自调节阀740位于分流板熔体流道包含向喷嘴716的90°转角的位置。可知分流板熔体流道内的转角的角度不重要，角度大于或小于90°皆可使用自调节阀。

在该实施例中，阀针782与控制杆742的末端压力表面752连接，或从控制杆742的末端压力表面752延伸。阀针782延伸穿过喷嘴体728的熔体流道714，并穿过喷嘴梢部726的熔体流道788。如图7所示关闭状态，当希望熔体流停止时，阀针782伸进模具浇口724中。选择地，如图8所示的打开状态，阀针782并没伸入模具浇口724中，允许熔体流从浇口724流入型腔720中。

控制杆致动器780及阀针致动器786分别用于致动自调节阀740及阀针782。控制杆致动器780提供调节熔体流压力所需的控制压力，且在需要时阀针致动器786用于打开及关闭模具浇口724。阀针致动器786通过连接装置784连接控制杆致动器780，从而注射周期中当自调节阀740调节或变化熔体流速时，阀针782与控制杆742一同移动。

控制杆742精心设计为，沿控制杆周边的剪切力及压力降的作用被减到最小，在控制杆742上唯一显著的作用力是由作用于控制杆742末端压力表面752的熔体流压力产生的，其方向与流速相反。但通过伸展具有阀针782的控制杆742，剪切力会作用于控制杆742及阀针782，其趋于沿流速方向牵拉引控制杆742。为了维持控制杆742的自调节，将这些剪切力减少到最小是必要的，相比于沿流速的反向作用于末端压力表面752的投影面积的熔体力，这些剪切力可以忽略不计。在一实施例中，通过保持控制杆742的半径与阀针782半径的比率尽可能大，可将剪切力减到最小。例如，控制杆742的半径可以为约5mm，阀针782的半径为约2mm，则二者的比率为5∶2。决定比率时必须考虑控制杆742的致动力和机械力。所需致动力随阀针782半径的增大而增大，并且阀针782的强度随阀针半径的减小而减小。

参考图8，熔体从分流板熔体流道708进入流口772，后流进阀盘孔770中，纵向穿过阀盘758，后进入自调节阀740的针眼750。如图8所示，当自调节阀740位于开启位置时，针眼750的一部分暴露于阀盘孔770的熔体流道下游部分及分流板熔体流道708的下游部分。结果，流经针眼750的熔体流能够流经分流板熔体流道708的下游部分并进入喷嘴716。如图7所示，当自调节阀740位于关闭位置时，针眼的任何部分都不暴露于分流板708的下游部分，熔体流不能流经阀740。

在注射成型设备700内的成型周期的初始阶段中，高压熔体从成型机喷嘴(未示出)进入自调节阀740上游的分流板熔体流管708中。熔体流经分流板熔体流道708，进入流口772及自调节阀754的针眼750中。如图所示，针眼上压力表面754的投影面积与针眼下压力表面756的投影面积相等，因此，控制杆致动器780用于在控制杆742施加向下力，令自调节阀740处于开启位置。但是，如前所述，自调节阀740可设置为，仅由熔体压力或熔体压力和外力装置联合作用于控制杆742产生净力。

熔体流经分流板熔体流道708，自调节阀740，喷嘴716，最后进入型腔722；自调节阀740下游的熔体压力逐渐增加，并施加在控制杆742的末端压力表面752上，产生了作用于控制杆742向上的力。向上力最终增加到一个水平，其克服了作用于控制杆742的向下力，控制杆742上滑。控制杆742的向上运动将自调节阀740置于关闭位置或仅减小了通过自调节阀740的流量。熔体流容量降低可引起下游压力减小到一个水平，即控制杆742向下的力超过向上的力，导致控制杆742向下移动。控制杆向下移动会增大流量，周期可以继续，从而控制杆742窜动并维持熔体流量接近目标值。

图9和10分别显示了本发明一实施例中，在各自打开和关闭位置的自调节阀640/740的控制杆梢部248/278的放大图。控制杆梢部248/278包括末端压力表面652/752，上压力表面654/754，下压力表面656/756及开口650/750。阀控浇口型实施例700中，杆末端748与阀针782连接。

如上所述，当自调节阀640/740位于关闭位置(如图10所示)熔体不能从分流板熔体流道608/708流到喷嘴熔体流道614/714，因为控制杆末端248/748堵住了熔体流。相反，如前所述，当自调节阀640/740在开启位置(如图9所示)，熔体流从分流板熔体流道608/708流入喷嘴熔体流道614/714，在分别作用在上、下压力表面654/754和656/756上，并流经开口650/750。根据末端压力表面652/752上的熔体流压力和在控制杆642/742头部的外部压力的差异，自调节阀640/740在开启和关闭位置进行调节。

额外或选择性地，阅读本说明书的技术人员可以理解，也可使用其他各种形状的表面和开口的自调节阀240，640，或740。

图12表示了具有自调节阀1240的注射成型设备1200，其位于分流板1210的分流板熔体流道1208内。自调节阀1240包括阀盘1258，该阀盘位于分流板1210及背板1206之间，可作热绝缘体。在该实施例中，阀盘1258没有支撑延伸部，从而阀盘1258没有伸入分流板1210内。虽然对于侵蚀性树脂该设计不是最佳设计，但对其他树脂该设计已经足够了，本实施例允许使用本领域技术人员使用其所知的各种阀盘，如U.S.专利号4,698,013及U.S.专利号为4,705,473所示，其公开的内容以参考的方式被整体引入。自调节阀1240包括控制杆1242，其具有针眼1250，上、下针眼表面1254、1256，及末端压力表面1252。

自调节阀1240的位置可使分流板熔体流道1208具有朝热流道1216的90°转角。控制杆1242可滑动地接受在分流板孔1270中，针眼1250与分流板熔体流道末端1272对准。从而，熔体流从分流板熔体流道1208流经末端1272，流经针眼1270，进入分流板孔1270内。

如图所示，自调节阀1240位于开启位置时，针眼1250的一部分暴露于分流板1210下游表面中的配对孔1209，分流板1210的下游表面与喷嘴熔体流道1214流体连通。结果，流进针眼1250的流体可以流经分流板熔体流道1208的下游部分，流进喷嘴1216的熔体流道1214。自调节阀1240位于关闭位置时，针眼1250不暴露于配对孔1209，即分流板熔体流道1208下游部分，从而熔体流无法流经自调节阀1240。

在注射成型设备1200内的成型周期初始阶段中，高压熔体从成型机喷嘴(未示出)注入自调节阀1240上游的分流板熔体流道1208中。熔体流经分流板熔体流道1208及出口1272，进入自调节阀1240的针眼1250中。如图所示，针眼上压力表面1254的投影面积与针眼下压力表面1256的投影面积相等，从而外力装置1280，如活塞、柱体、压力阀、弹簧、致动器，都可向控制杆1242施加向下的力以将调节阀1240置于开启位置。

熔体流经分流板熔体流道1208、自调节阀1240及喷嘴1216进入型腔1222，熔体压力在末端压力表面1252施加作用力。该熔体作用力趋于上推控制杆1242，而同时外力装置1280在控制杆1242的头部分1246施加向下推控制杆1242作用力。如前所述，根据预定的压力分布图确定外部控制力。以上两种相反的作用力基本决定了控制杆1242的纵向位置。

注射周期内，如果作用于控制杆1242头部1246的外部控制力克服了作用在末端压力表面1252的熔体力，控制杆1242下移。自调节阀1240上的熔体流压力随控制杆1242下移而增大，末端压力表面1252熔体流力增大。当末端压力表面1252上的熔体流力与控制杆头部1246的外控制力达到平衡时，如基本相等时，控制杆1242停止下移。

相反，如果作用在末端压力表面1252的熔体流力克服了作用在控制杆1242头部1246的外控制力，控制杆1242上移，末端压力表面1252的熔体流力减小。当末端压力表面1252上的熔体流力与控制杆头部1246的外控制力达到平衡时，如基本相等时，控制杆1242停止上移。

图11所示为本发明一实施例的开环压力控制系统1190的框图。开环压力控制系统1190包括用户界面1191，控制器1192，压力供应器1193，外力装置1180，如电磁阀，及自调节阀1140。在各实施例中，外力装置1180与以上所述的弹簧680或控制杆致动器780相似。额外或选择性地，外力装置1180可使用液压或气体比例压力阀。另外，自调节阀1140与以上所述的自调节阀240、640、1240相似。虽然这里仅显示了外力装置1180和自调节阀1140，本领域技术人员可以理解，在注射成型设备的每个注射喷嘴中可使用多个外力装置1180和相应的调节阀1140。

在各种实施例中，用户界面1191可以是任意输入/输出(I/O)装置，其可向操作者和控制器1192输入和/或输出数据。例如，用户界面1191可以是，但不局限为，键盘、触摸屏、声控I/O装置、视网膜跟踪装置、虚拟键盘或类似物。操作者使用用户界面1191输入预定压力分布图或专用压力设定1198到控制器中，以随后应用外力控制1180。各种实施例中，控制器1192可以是，但不局限为，处理器、微处理器、电脑系统或类似物，其连接基础软件及外部装置以接受、储存、处理、产生和/或传送数据。

成型周期初始阶段，控制器1192从成型机(未示出)接收启动信号1194，指示启动成型周期。一接到启动信号1194，控制器1192送出预定压力分布图或压力设置的输入信号1195到外力装置1180，如果注射成型周期压力分布图变化，输入信号1195不断的输入到外力装置1180，但是如果压力不改变，单次输入信号1195在周期初始阶段被输送并设定外力装置1180。系统1190是开环系统，其没有反馈或感应条件反馈到控制器1192中，因此注射周期内，外力装置1180不接受其他来源的额外信号。

在一实施例中，输入信号1195可能包括涉及单独压力分布图，其为现行成型周期设定接受输入信号1195的外力装置1180。另一实施例中，单独压力分布图是一定范围的不同电子电压幅值，控制器1192经内部(内网)或外部(互联)有线或无线网络下载、储存、和/或接受以上电子电压幅值。因此，使用多喷嘴，每个喷嘴具有外力装置1180和自调节阀1140，每个喷嘴单独产生或设定相应的多个压力值或分布图输入信号1195，且各自的自调节阀1140调节每个喷嘴。视不同型腔尺寸的需要，每个压力分布图可以相同或不同。

如果外力装置1180是气压或液压致动器、电磁阀或其他流体驱动装置，外力装置1180使用输入信号1195控制压力供应器1193应释放多少流体材料1196，以在自调节阀1140(或多个阀1140)上施加希望得到的作用力1197，如上文实施例中施加在控制杆242、642、742或1142上的轴向力。接下来，熔体流上的压力与施加在自调节阀1140上的外力装置1180的输出力成比例。当根据来自控制器1192的预定分布图而要求外力装置1180施加的作用力减小或增大时，外力装置1180释放流体1196或吸入流体1196回送至到压力供应器1193。用这样的方式，外力装置1180保持设定的预定压力分布图或压力设置。

应当理解，外力装置可用于选择性的打开、选择性的关闭，或提供施加在自调节阀控制杆上额外的向上或向下作用力。另外，因为压力表面被加工在控制杆内，可从各种上、下熔体压力计算控制杆净力。从而通过改变外力装置的输出，在一定压力下易于打开或关闭调节阀。

额外或选择性地，在一实施例中初始数据进入用户界面1191，即可从系统1190中删除用户界面1191。因此，对于持续操作，不总是需要用户界面1191。

以上描述了根据本发明的各种实施例，应当理解他们仅供举例说明，但不局限于此。相关领域技术人员可以理解，不偏离本发明的精髓和范围，可作出各种形式和细节的变化。因此，本发明的外延和范围不应由以上任何示例实施例来限定，而应根据所附权利要求及其等效体界定。也应理解，这里讨论的实施例及引用参考的各个特征都可与其他实施例中的特征联合使用。这里所讨论的所有专利和公开文本以参考的形式全文并入本申请。

Claims (22)

1、一种注射成型设备，包括：

分流板，其限定了分流板熔体流道，所述分流板设置为从熔体源接受熔体；

连接于分流板的喷嘴，其中喷嘴限定了喷嘴熔体通道，该喷嘴熔体通道与分流板熔体通道流体连通；

自调节阀，其在喷嘴上游部分地位于分流板熔体流道内，该自调节阀包括：

阀盘，其包括支撑延伸部，延伸穿过阀盘的阀盘孔，及延伸穿过支撑延伸部的侧壁并与阀盘孔连通的流口，其中流口与分流板熔体流道流体连通；以及

控制杆，其包括控制杆体，延伸穿过控制杆体的开口，及末端压力表面，其中控制杆在阀盘孔内可滑动地延伸，从而控制杆开口与阀盘流口流体连通；

其中，控制杆可在第一位置和第二位置之间纵向滑动；在第一位置，控制杆开口定位成提供穿过自调节阀的连续流体通道；在第二位置，控制杆开口位于阀盘孔内，从而自调节阀关闭。

2、权利要求1所述的注射成型设备，其中所述开口包括矩形截面。

3、权利要求1所述的注射成型设备，其中所述开口为锥形，以使得开口截面沿着朝向控制杆外表面的方向加大。

4、权利要求1所述的注射成型设备，还包括连接于控制杆头部分的外力装置。

5、权利要求4所述的注射成型设备，其中外力装置是液压致动器、气压致动器、配重和弹簧中的一种。

6、权利要求4所述的注射成型设备，其中自调节阀设置成，响应于外力装置施加于控制杆头部分的轴向力和熔体施加于控制杆末端压力表面的流体压力，而调节从分流板熔体流道流经控制杆开口的熔体。

7、权利要求6所述的注射成型设备，其中当控制杆末端压力表面的流体压力大于外力装置施加的轴向力时，控制杆朝减少流经控制杆开口的熔体流量的方向滑动。

8、权利要求7所述的注射成型设备，其中当控制杆末端压力表面的流体压力小于外力装置施加的轴向力时，控制杆朝增加流经控制杆开口的熔体流量的方向滑动。

9、权利要求1所述的注射成型设备，其中支撑延伸部沿着伸进分流板熔体流道中的控制杆的一部分抵接于控制杆。

10、权利要求1所述的注射成型设备，其中控制杆开口包括位于开口上表面的上压力表面和位于开口下表面的下压力表面，其中上压力表面的投影面积与下压力表面投影面积相等。

11、权利要求1所述的注射成型设备，其中控制杆开口包括位于开口上表面的上压力表面和位于开口下表面的下压力表面，其中上压力表面的投影面积与下压力表面的投影面积不相等。

12、权利要求1所述的注射成型设备，其中控制杆包括从其下游端延伸的阀针，以使阀针支靠于或不支靠于模具浇口内，以开启和关闭模具浇口。

13、权利要求12所述的注射成型设备，其中控制杆的半径大于阀针的半径。

14、权利要求13所述的注射成型设备，其中控制杆的半径与阀针的半径之比约为5∶2。

15、一种用于注射成型设备的自调节阀，包括：

阀盘，其具有支撑延伸部，延伸穿过阀盘的阀盘孔，及延伸穿过支撑延伸部侧壁并与阀盘孔连通的流口；以及

控制杆，其具有控制杆体，延伸穿过控制杆体的开口，及末端压力表面；

其中，控制杆可在阀盘孔内滑动，从而控制杆开口与阀盘流口流体连通；

其中，控制杆可在开启位置和关闭位置之间纵向滑动；在开启位置，控制杆开口定位成允许成型材料熔体流流经自调节阀，在关闭位置，控制杆开口位于阀盘孔内以阻止或限制熔体流流过自调节阀。

16、权利要求15所述的自调节阀，其中控制杆开口包括矩形截面。

17、权利要求15所述的自调节阀，其中控制杆开口为锥形，以使得开口截面沿着朝向控制杆外表面的方向加大。

18、权利要求15所述的自调节阀，还包括连接于控制杆的外力装置。

19、权利要求18所述的自调节阀，其中外力装置是液压致动器、气压致动器、配重和弹簧中的一种。

20、权利要求15所述的自调节阀，阀盘支撑延伸部沿着延伸入分流板熔体流道中的控制杆的一部分抵接于控制杆。

21、权利要求15所述的自调节阀，其中控制杆开口包括位于开口上端的上压力表面和位于开口下端的下压力表面，其中上压力表面的投影面积与下压力表面投影面积相等。

22、权利要求15所述的自调节阀，其中控制杆开口包括位于开口上端的上压力表面和位于开口下端的下压力表面，其中上压力表面的投影面积与下压力表面的投影面积不相等。

Images