用于制造簇成制品的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于通过注塑生产簇成制品的注塑机和方法，并且更具体地涉及注塑方法和设备，其中通过压力支配算法(pressure-dominated algorithm)控制低压注塑。
【背景技术】
[0002]注塑是一种通常用于大批量制造由可熔融材料制成的部件(最常见的是由热塑性聚合物制成的部件)的技术。典型的注塑程序包括以下基本操作:在注塑机中加热塑性材料，以允许塑料在压力下流动;将熔融的塑料注射到限定于已闭合的两个模具部件之间的一个或多个模具腔体中；允许塑料在压力下在一个或多个腔体中冷却并硬化;打开一个或多个模具腔体；以及将模塑制品从模具中顶出。每个模具腔体均可通过浇口连接至流动通道，浇口将熔融树脂流引导到腔体中。可存在一个或多个浇口。
[0003]在注塑过程中，通过注塑机将熔融的塑性树脂注射到模具腔体中，直到塑性树脂到达腔体中离浇口最远的位置。此后，塑性树脂从背对着浇口的端部填充腔体。在常规的高变压注塑机中，一旦液体塑性树脂被引入注模中，邻近腔体壁的材料就立即开始“冻结”或固化、或硬化。就结晶聚合物而言，塑性树脂开始结晶，因为液体塑性树脂冷却至低于该材料的不流动温度的温度，并且液体塑料的部分固化且变得静止。这种邻近模具壁的冻结材料使热塑性材料在其向模具腔体的端部前进时所行进的流动通道变窄。邻近模具壁的冻结材料层的厚度随着模具腔体填充的进行而增加，这造成聚合物必须流动通过以继续填充模具腔体的横截面积逐渐减小。随着材料冻结，其还收缩、从模具腔体壁脱离，这减少了材料通过模具腔体壁的有效冷却。因此，常规的高变压注塑机被设计成非常快速地用塑料填充模具腔体且保持填料压力以将材料推向模具腔体侧，来增强冷却并保持模塑部件的正确形状。常规的高变压模塑机通常具有由约10 %注射时间、约50 %填料时间、以及约40%冷却时间组成的循环时间。
[0004]当模具腔体中的塑料冻结时，常规的高变压注塑机增加注射压力(以保持基本上恒定的体积流量，由于更小的横截面流动面积)。然而，增加压力会具有成本和性能两方面的缺点。当模塑部件所需的压力增加时，模塑设备必须具有足够的强度以耐受附加的压力，这通常导致设备更昂贵。制造商可能不得不购买新的设备以适应这些增加的压力，这自然导致显著的资本费用。
[0005]为了避免上述的一些缺点，很多常规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体中的流动特征。在将剪切致稀塑性材料注射到模具腔体中时，在塑性材料和模具腔体壁之间产生剪切力并且模具腔体壁趋于减小塑性材料的粘度，由此使塑性材料更自由且容易地流入模具腔体中。因此，可足够快地填充模具腔体以避免材料在完全填充模具之前冻结。
[0006]粘度的减少与塑性材料和进料系统之间、以及塑性材料和模具腔体壁之间产生的剪切力的量级直接相关。因此，这些剪切致稀材料的制造商和注塑系统的操作者已努力驱使模塑压力更高以提高剪切，从而降低粘度。通常，高输出注塑系统(例如，101级和30级系统)在通常15，000psi或更高的熔体压力下将塑性材料注射到模具腔体中。剪切致稀塑性材料的制造商教导注塑操作者在高于最小熔体压力下将塑性材料注射到模具腔体中。例如，通常在大于6 ,OOOpsi (由聚丙稀树脂制造商推荐的范围，通常为大于6，OOOpsi至约15，OOOpsi)的压力下加工聚丙烯树脂。压机制造商和加工工程师通常推荐在所述范围的顶端或显著更高下加工剪切致稀聚合物，以实现最大的潜在剪切致稀，其通常大于15，000psi，以从塑性材料中提取最大致稀和更好的流动特性。剪切致稀热塑性聚合物一般在超过6，OOOpsi至约30 ,OOOpsi的范围内加工。
[0007]高生产注塑机(S卩，101级和30级模塑机)通常经历每年500，000次循环或更多。优质工业生产模具必须被设计成耐受至少每年500，000次循环，优选地多于每年I，000，000次循环，更优选地多于每年5，000，000次循环，且甚至更优选地多于每年1，000，000次循环。这些机器具有多腔体模具和复杂的冷却系统以提高生产率。高硬度材料比低硬度材料更能够耐受重复的高压夹紧操作。但是高硬度材料诸如大多数工具钢具有相对低的热导率，一般小于20BTU/HR FT°F，这导致长的冷却时间，因为热从熔融塑性材料传递通过高硬度材料。
[0008]在常规的机器中，用于控制和调节注射参数的控制系统通常基于顺序的速率支配算法，接着是压力支配算法。常规的机器通常以最高的可能注射速率注射第一个90%-98%的塑料射流体积一一以利用大多数热塑性材料的剪切致稀性质。在分型线处在模具面之间的塑料渗流的出现，通常已知为“飞边”，通常发生在注射循环结束或接近结束时，这是由于腔体的最终填充造成的压力峰值，或发生在控制算法的压力支配阶段中在高压下填料期间。可使用注塑控制系统在注射循环结束或接近结束时准确地减小腔体压力。为了防止可能在注射结束时发生的压力峰值，对于注射循环的最终部分，机器可切换至压力控制算法。美国专利6，060，005，例如，教导了控制算法(包括顺序应用速率支配控制、接着是压力支配控制)以保持熔融流动前沿在模制过程中基本上不破碎。由于希望尽可能快地注射塑性材料并且尽可能快地达到阈值注射压力，提供速率受控的初始注射期看起来是符合逻辑的。在一些情况下，似乎希望限制模塑循环早期的注射压力，以防止极高的注射速度造成浇口或其它高剪切区域上的过度磨损;但是在那些情况下，压力通常限于30，000psi或更小、或者20 ,OOOpsi或更小、或者低于构成注口的材料的疲劳极限的一些水平。在那些情况下，可设定压力阈值，以保护模塑部件免于磨损或过早失效，并且最终模塑部件的质量不是确定此压力阈值的因素。包括速率支配方案和压力支配方案的顺序应用的控制算法将因此满足许多应用，其中所制造的部件的质量对于注射循环起点附近的腔体压力的历史相对不敏感。
[0009]我们现在已经发现，速率支配的控制算法可有益地完全消除，有利于仅使用压力支配的控制算法，尤其是对于其中最终产品的物理特征和外观可受到在注射循环起点附近发生的压力的明显影响的应用而言。我们另外发现，压力支配的控制算法在用于构造对注射压力波动敏感的部件的注塑方法中的排他性使用可提供成品的优异质量。我们还发现，在一些应用中在低的恒定压力下注射第一塑料射流是有益的。
【发明内容】
[0010]—种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两者间形成第一模具腔体，第一模具部件具有工作表面和在其中形成的用以接收多个刷毛簇的多个孔，每个刷毛簇包括多个独立的刷毛，第一模具腔体具有体积、前端、以及与前端相对的后端;将多个刷毛簇插入到第一模具部件中的多个孔中，刷毛簇中的每一个具有第一端部、与第一端部相对的第二端部、以及延伸穿过第一端部和第二端部的纵向轴线，刷毛簇的第一端部设置在第一模具部件内部，同时刷毛簇的第二端部延伸到第一模具腔体中；通过其前端将熔融的第一热塑性材料注射到第一模具腔体中，从而用第一热塑性材料将多个刷毛簇的第二端部互连，恪融的第一热塑性材料具有约0.lg/10min至约500g/10min的恪体流动指数和约1psi至约2000psi的第一模具腔体中的熔体压力;根据压力支配算法控制和调节熔融的第一热塑性材料的熔体压力，包括在第一模具腔体的前端上游检测每秒至少100个熔体压力测量结果;将熔融的第一热塑性材料冷却，从而使第一热塑性材料在第一模具腔体内部固化；以及使第一模具部件和第二模具部件脱离，从而将具有嵌入其中的多个刷毛簇的固化的第一热塑性材料释放。
[0011]—种用于通过注塑制造簇成主体的设备，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两者间形成用于在其中接收熔融的第一热塑性材料的第一模具腔体，第一模具腔体具有体积、前端、以及与前端相对的后端，第一模具部件具有工作表面和在其中形成的用以接收多个刷毛簇的多个孔，每个刷毛簇包括多个单独的刷毛;注射装置，其包括用于将熔融的第一热塑性材料注射到第一模具腔体中的至少第一注射喷嘴；以及压力控制机构，其用于监测熔融的第一热塑性材料的熔体压力并且基于熔融的第一热塑性材料在第一模具腔体内部的熔体压力根据压力支配算法调节由注射装置施加在熔融的第一热塑性材料上的注射压力。
【附图说明】
[0012]附图所示的实施例在性质上为例示性和示例性的，而并不旨在限制由权利要求所限定的主题。当结合附图阅读时，能够理解对例示性实施例的详细描述，其中用类似的附图标号表示类似的结构，并且其中:
[0013]图1和2示意性地示出根据本公开的低恒压注塑机的实施例；
[0014]图3为示出图1的低恒压注塑机的腔体压力对时间的图，其叠加于示出常规的高变压注塑机的腔体压力对时间的图之上；
[0015]图4为示出图1的低恒压注塑机的腔体压力对时间的另一个图，其叠加于示出常规的高变压注塑机的腔体压力对时间的图之上，所述图示出了用于若干填充步骤的填充时间的百分比；
[0016]图5A-5H为根据本公开的用于制造簇成制品的注塑方法的若干步骤的示意图。
[0017]图6为示出在其一个端部具有熔合球的一个簇的局部示意性剖视图。
【具体实施方式】
[0