具有螺旋線圈封墊的止回閥的製作方法

2024-01-29 17:45:15 1

專利名稱：具有螺旋線圈封墊的止回閥的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及用於注射模製機的鎖環和封墊，且更特定地說(但不以此為限)， 本發明涉及用於金屬注射模製機與壓鑄機的鎖環和封墊。
背景技術：
現有技術包括1971年5月18日頒予Huhn的第3,578,803號美國專利，其描述了使用一 螺旋彈簧將一密封環推向一反向環，以在一軸上形成封墊。
1972年4月ll日頒予Durametallic公司的第3，655，206號美國專利描述了一螺旋密封環 的使用，抵靠一楔形表面按壓所述密封環，以向所述密封環提供一徑向向內和軸向壓縮 力以形成環繞一軸的封墊。所述密封環由多層石墨材料構成。所述密封環經設計以用於 保持環繞所述軸的封墊。
2002年8月l日公布的Hauser等人的第2002/0100507號美國專利申請案描述了用於一 自動制動系統中的一活塞泵的止回閥。所述止回閥形成為一單件，所述單件包含一端上 帶有基環且另一端上帶有閉合盤的螺旋圈。所述基環的移動提供所述止回閥的打開與關 閉。所述螺旋彈簧提供所述閥的打開與關閉的活動性。所述螺旋彈簧的外表面並不用作 關閉或密封表面。
2004年1月1日公布的Dominka的第2004/0001900號美國專利申請案描述了 一注射系 統用的止回閥。所述閥包括一切斷銷、 一彈簧引導部件和一螺旋彈簧。所述螺旋彈簧被 所述引導部件壓縮以強制所述銷關閉流動路徑，並通過所述引導部件解壓縮以使所述流 動路徑能夠打開。所述螺旋彈簧的表面與所述流動路徑接觸，但並不提供任何關閉或密 封表面。
現有技術未曾建議使用一螺旋線圈來實際密封一流動路徑。
在注射模製機中，需要一種用於密封貫穿止回閥的流動路徑的耐磨損、可靠封墊。

發明內容
在塑料的注射模製中，通常採用無任何封墊的止回閥並依賴熔體的相當大的空隙與 高粘度形成全密封。在金屬注射模製中使用的金屬不具有塑料的高粘度，並因此將通過 所述空隙而回漏，所述空隙通常用於塑料注射模製中。此外，金屬的高腐蝕性與注射所
需的高溫還削弱了塑料注射模製密封配置在金屬注射模製中的使用。因此，需要用於金 屬注射模製的有效封墊具有緊密空隙和公差，且必須經受得住高溫和腐蝕性環境。本發 明提供一使用一螺旋線圈的此種封墊。
本發明提供一種用於注射模製機的封墊，所述封墊防止熔體在一止回閥中回流，減 少筒與止回閥的磨損，且即使出現明顯磨損時仍能可靠操作。通過提供一螺旋線圈以密 封通道來達成本發明。所述螺旋線圈還可用作鎖環以打開及關閉熔體路徑。
本發明提供一種用於金屬模製機的止回閥的封墊。所述封墊包含在所述止回閥外表 面中的一周邊槽以及在所述槽內的一螺旋芯。所述螺旋線圈可膨脹成與所述模製機的一 圓筒壁密封嚙合。
本發明進一步提供一種用於金屬模製機的止回閥。所述閥包括一螺旋線圈。所述線 圈密封所述止回閥並在所述止回閥的圓筒上滑動以打開和關閉 一 貫穿所述閥的流動路 徑。所述線圈的第一圈具有一與所述圓筒上的一配合表面相配的表面，以在與所述配合 表面接觸時關閉所述閥。所述線圈的外部周邊表面與環繞所述止回閥的圓筒壁相配以向 所述止回閥提供軸向密封。
本發明進一步提供一種用於注射模製機的注射單元，其包括一注射螺杆、所述注射 螺杆一端上的一噴嘴體以及所述噴嘴體上的一止回閥。所述止回閥包括一密封環。所述 密封環包含一環繞所述噴嘴體並可在所述噴嘴打開的第一位置與所述噴嘴關閉的第二 位置之間滑動的螺旋線圈。當所述線圈處於關閉位置時，所述線圈的第一圈密封地嚙合 所述噴嘴體上的一肩部。


現在將參考附圖描述本發明的示範性實施例，附圖中 圖l為一用於金屬注射模製機的筒組合件的端視圖。 圖1A說明一可對其使用本發明的典型注射模製系統的筒組合件。 圖2為沿圖1的剖面線2-2截取的圖1的筒組合件的橫截面圖，其展示本發明提供的螺 旋封墊。
圖3為圖2的部分的細節圖，其展示沿圖4中的剖面線3-3截取的螺旋封墊處於緊密密 封位置的止回閥。
圖3A為圖3的圓形部分A的細節圖，其更清楚地展示所述螺旋幾何形狀與所述槽之 間的關係。
圖4為圖3的止回閥的端視圖。
圖5為本發明的鎖環的透視圖。
圖5A和5B分別為圖5所示的鎖環的截面圖和端視圖。
圖6為裝配在圖5的鎖環上以密封所述鎖環的螺旋線圈的透視圖。
圖6A和6B分別為圖6所示的螺旋線圈的截面圖和端視圖。
圖7為一止回閥沿圖8的剖面線7-7的橫截面圖，其帶有一充當封墊和鎖環的螺旋線圈。
圖8為圖7所示的止回閥的端視圖。
圖9為本發明的另一實施例，其中所述螺旋線圈組合作為一鎖環和封墊。 圖10為本發明的另一實施例的沿圖11中剖面線10-10截取的橫截面圖，其包括位於螺
旋線圈止回閥與封墊之間的磨損環。
圖11為圖IO所示的止回閥的端視圖。
具體實施例方式
下文將在改進止回閥的功能和耐用性的範圍內解釋本發明的結構和操作，所述止回 閥經配置以用於一注射模製系統的筒組合件中，所述注射模製系統用於例如處於半固體 (例如觸變)狀態的鎂等金屬合金的模製。幾種此類注射模製系統的結構和操作的詳細 描述可參看第5，040,589號和第6，494,703號美國專利。雖然前面已經描述，但本發明的止 回閥的一般功用或其與其它金屬合金(即，鋁、鋅等)的兼容性並不受上述限制。 參看圖1A展示一典型注射模製系統的筒組合件。
所示的筒組合件138包括一帶有一軸向圓柱形孔148A的細長圓筒140，所述圓柱形孔 配置成貫穿所述細長圓筒。所示的所述筒組合件連接到一夾持單元的固定壓板16 (未另 外展示)。所述孔148A經配置以與安置於其中的螺杆156協作，用於處理與輸送金屬原料， 並作為在模製材料熔體的注射過程中用於積聚與隨後引導所述模製材料熔體的構件。所
述螺杆156包括一繞一細長圓筒體部分159配置的螺紋158。根據本發明的一實施例，所 述螺杆的後部(未圖示)經配置以用於與一驅動組合件(未圖示)耦合，且所述螺杆156 的前部經配置以用於接納一止回閥160。所述止回閥160的操作部分安置在螺杆156的前 向配合面或肩部32的前方。所述筒組合件138包括位於所述機器噴嘴144與140前端中間 的筒頭2A。所述筒頭2A包括一貫穿其間安置的熔體通道10，所述熔體通道10將所述圓 筒孔148A與一貫穿所述機器噴嘴144安置的輔助熔體通道148C連接起來。貫穿所述筒頭 2A的熔體通道10包括一向內變細部分，其使所述熔體通道的直徑過渡到所述機器噴嘴 144的窄得多的熔體通道148C。所述筒140的中央孔148A包括由例如StemteTM的抗腐蝕材
料製成的襯裡12A，以保護筒襯底材料(通常由例如InconelTM的鎳基合金製成)免受高 溫金屬熔體的腐蝕特性的影響。與模製材料的熔體接觸的筒組合件138的其它部分還可 包括類似的保護性襯裡或塗層。所述筒140進一步經配置以用於通過一進料喉(未圖示) 與一粉末金屬原料源連通，所述進料喉貫穿所述筒140的頂部後面部分(未圖示)而定 位。所述進料喉將所述原料導入所述筒140的所述孔148A中。隨後，所述原料通過其機 械加工、通過所述螺杆156與所述圓筒孔148A的協作動作並通過其受控的加熱而被加工 成模製材料。通過一系列加熱器(未圖示)提供熱量，所述加熱器沿所述筒組合件138 的長度的實質部分安置，且加熱器150沿機器噴嘴144安置。
所述注射模具包括至少一個模製腔(未圖示)，所述模製腔在一冷模半部(未圖示) 與一熱模半部125之間共享的輔助模製插入物之間緊密協作地形成。所述冷模半部包括 一芯板組合件，所述芯板組合件中安置有至少一個芯模製插入物。所述熱模半部125包 括一腔板組合件127,所述腔板組合件中安置有至少一個輔助腔模製插入物，所述腔板 組合件被安裝到澆道系統126的一面。所述澆道系統126提供一連接所述機器噴嘴144的 熔體通道148C與至少一個模製腔的構件，以用於填充所述模製腔。如普遍已知的，所述 澆道系統126可以是一分支或多分支熱澆道、 一冷澆道、 一冷澆口或任何其它普遍已知 的熔體分配構件。在操作中，所述芯與若干腔模製插入物在一模具關閉與夾持位置協作 以形成至少一個模具腔，用於接納並成形從所述澆道系統126接收的模製材料的熔體。
在操作中，當所述熔體被注入所述模具中時，所述筒組合件138的機器噴嘴144嚙合 在所述注射模具的一澆口襯套55中(即，逆著注射所述熔體所產生的反作用力)。
所述模製過程一般包括以下步驟
i) 使金屬原料流入到筒140的後端部分中；
ii) 通過以下方式將所述金屬原料加工(即，剪割)並加熱成為模製材料的觸變
性熔體
a. 所述螺杆156的操作(即，旋轉與收縮)，其功能在於通過所述螺杆螺紋158與軸 向孔148A的協作，沿所述筒140的長度輸送所述原料/熔體經過所述止回閥160，並進入 在所述止回閥160的前方界定的積聚區；
b. 當原料材料沿筒組合件138的實質部分行進時加熱所述原料材料；
iii) 關閉並夾持所述注射模半部；
iv) 通過螺杆156的向前平移，將積聚的熔體注射穿過機器噴嘴144並進入注射模 具中；
v) 視情況，通過施加持續的注射壓力填充至少所述模製腔中的任何剩餘空間
(即裝滿)；
vi) —旦通過冷卻所述注射模具而使所述模製零件固化時，便打開所述注射模
具；
vii) 從所述注射模具中移出所述模製零件；以及
viii) 視情況，針對隨後的模製周期來調節所述注射模具(例如，施加脫模劑)。 製備隨後注射用的大量熔體的步驟(即步驟i)和ii))通常稱為"復原"，而至少一
個模具腔的填充與裝滿的步驟(即，步驟iv)與v))通常稱為"注射"。
所述止回閥160用於允許所述熔體向前輸送進入所述筒140前方的積聚區，但另一方 面卻在熔體的注射期間防止所述熔體的回流。所述止回閥160的正確運作依賴於其兩側 熔體之間的壓力差(即，在復原期間所述閥後方壓力較大，且在注射期間所述閥前方壓 力較大)。第5，680,894號美國專利中描述用於金屬注射模製中的典型止回閥的結構與操 作。
參照圖1和圖2，其一般展示根據本發明的一優選實施例使用的螺旋線圈。圖l展示 所述線圈用作一封墊。
在圖2中，具有筒襯裡4的筒2支撐一螺杆(未圖示)，所述螺杆具有藉助螺紋28與其 附接的止回閥20。螺栓(未圖示)通過螺栓孔8將筒頭6連接到筒2。 一澆口襯套(未圖 示)或類似部件藉助螺栓孔9附接到所述筒頭6。當止回閥20處於如圖2所示的打開位置 時，所述螺杆旋轉且熔體以金屬模製領域中眾所周知的方式通過所述止回閥饋入所述止 回閥20前方的熔體通道10中。
當所述熔體通道10被填充熔體時向斜面32施加一力以使鎖環24向前移動並打開斜 面32與34之間的一流動路徑。表面40阻止環24的向前移動。在向前移動期間，所述螺旋 線圈僅處於所述熔體的輕微壓力下，並將對所述環的向前移動產生很小的阻力。
當熔體通道10充滿熔體時，螺杆的旋轉停止且熔體開始注射入一模具腔(未圖示)。 注射期間螺杆的向前移動導致向所述鎖環的前向表面上施加力，使所述鎖環返回以使得 斜面32與34接觸，並進而密封所述熔體路徑。
另外，環24的側壁中的開口12 (如圖3所示)允許熔體壓在所述螺旋線圈的內壁上 並推動其與所述筒襯裡4密封接觸，進而在注射周期期間沿所述筒的長度進行密封以防 止洩漏。
如圖3所示，止回閥20由主杆22、鎖環24與螺旋線圈26組成。杆22藉助螺紋28附接 到注射螺杆的端部。 一肩部30固定到所述注射螺杆的端部。
在如圖3所示的關閉位置中，所述止回閥20上的斜面32和肩部30上的斜面34以所屬
領域中眾所周知的方式通過熔體通道36中的熔體施加在環24上的背壓被擠壓形成密封 嚙合。
所述螺旋線圈26的外徑具有足夠空隙以使裝配變得容易。開口12允許熔體流入鄰近 螺旋線圈26的內圓周的空間14中。在注射期間，空間14中的熔體使線圈26經受軸向和向 外徑向方向中的注射力，所述注射力促使所述螺旋線圈26的高度順應式結構易於軸向壓 縮並徑向膨脹，直到消除所有空隙並形成一密封。 一旦注射壓力消失，促使壓縮與膨脹 的力就不復存在，且所述螺旋線圈26鬆開。當所述塑化螺杆為了將新材料傳送到所述螺 杆前方而開始旋轉(未圖示)時，所述鎖環24與所述螺旋線圈26之間的任何接觸將引起 一施加的扭矩，所述扭矩促使所述螺旋線圈26扭曲以使得外密封直徑變小，並強制所述 密封直徑從所述筒襯裡的壁脫離，因而減少磨損。
如圖4所示，所述主杆22的端部經分叉以形成指部38，所述指部在熔體通道36中產 生槽42。當所述注射螺杆以所屬領域中了解的方式撤回並旋轉時，所述螺杆提供熔體， 所述熔體向前移動所述鎖環24以打開所述閥20並允許熔體通道36從旋轉螺杆接納熔體。 隨著所述熔體通道36充滿熔體，通道內的壓力慢慢將所述塑化螺杆移回至其滿注位置。 當注射行程開始時，所述鎖環前方的熔體的閉合容積使所述鎖環24移回到圖3所示的關 閉位置。當所述鎖環24到達圖3所示的密封位置時，在熔體通道36中提供足夠熔體以能 夠下一次將熔體注射入所述腔中。所述螺杆停止旋轉並向前平移以強制熔體進入模具 腔。所述螺杆的平移移動增加了由所述熔體產生的壓力以確保在斜面32和34處以及沿鄰 近線圈26的筒表面密封熔體路徑36。
如圖3A更清楚地展示，所述線圈26的橫截面大體上為矩形。所述線圈的外圓周表面 被機械加工成高公差，使得其與一關聯筒襯裡的壁緊密界接。內圓周表面可為其它形狀， 例如凸形或凹形。內圓周表面形狀的唯一限制在於它們需有充分的表面以確保傳送足夠 的力來移動所述線圈使其與筒襯裡表面密封嚙合。所述線圈的每一圈的徑向表面也被機 械加工成高公差以確保所述線圈的相鄰圈彼此有效密封。所述外部線圈的外徑向表面以 及其與所述鎖環接觸的表面也應當被機械加工成高公差以確保良好的密封。
圖5、 5A與5B更清楚地展示鎖環24。環24在其周邊上具有一圓槽44。所示的槽44位 於所述環24的中間附近，但如果需要，可位於更靠近任一端的地方。唯一限制在於鄰近 所述槽的壁部分46與48應當具有足夠強度以當安裝在槽44中時經受得住由線圈26施加 的壓力。
圖6、 6A與6B更清楚地展示螺旋線圈26。如這些圖中所示，外圓周表面66被機械加 工成高公差。徑向表面68也被加工成高公差。內圓周表面70不需製成高公差，因為它們
在操作期間接觸所述熔體。
圖7展示一鎖環線圈50，其將打開與關閉所述止回閥52以及密封所述熔體通道54的 動作組合。如圖所示，在此實施例中，所述線圈50的外線圈表面56嚙合斜面34以關閉所 述閥。所述線圈50的圈的圓周表面嚙合所述筒的壁以密封所述壁，防止熔體的任何回流。 所述線圈50的圈中的柔性確保即使筒中存在磨損，但由於所述熔體對所述線圈50的內壁 的壓力將強制所述線圈的外壁靠在所述筒上，因此所述線圈50仍將持續提供可靠密封。 因此，僅當所述筒被磨損嚴重到線圈的膨脹不足以覆蓋磨損間隙時，沿所述壁的封墊才 會開始腐蝕。
對於金屬模製，所述螺旋線圈必須由在高操作溫度下(例如對於鎂模製而言為600 °C)穩定且不易受腐蝕的材料製成。例如，當模製鎂時，不應出現鎳。
圖7所示的杆22基本上與圖3所示的杆22相同，因此，用相同參考數字來識別述杆的 相同部分。此處無需進一步描述杆22。
圖7A更清楚地展示線圈50的經過機械加工的表面。
圖8是圖7所示的止回閥52的端視圖，並包括用於允許熔體流入注射腔的槽42。
圖9說明本發明的另一實施例。在此實施例中， 一熔體流道60從所述止回閥的周邊 向筒(在64處示意性表示)的內部延伸。螺旋線圈66以與前文參照圖7和圖8描述的方式 類似的方式用作止回閥的鎖環與封墊。
圖10與11展示本發明的另一實施例。在此實施例中， 一環72位於一螺杆(未圖示) 上的座74與螺旋線圈76之間。環72允許在維持所需流動路徑的同時使用更薄的線圈76 。 環72隨著線圈76前後移動。
當然，應了解，以上描述僅以實例的形式給出，且可在本發明範圍內進行細節修改。
權利要求
1.一種用於一金屬模製機的一止回閥的封墊，所述封墊包含所述止回閥的一外表面中的一周邊槽和所述槽中的一螺旋纏繞芯，所述螺旋纏繞線圈可膨脹成與所述模製機的一圓筒壁密封嚙合。
2. 根據權利要求l所述的封墊，其中所述線圈的每一圈包括若干平坦徑向壁，且所述 線圈的相鄰圈彼此接觸以徑向密封所述線圈。
3. —種用於一金屬模製機的止回閥，所述閥包括所述止回閥的一外表面中的一周邊槽 與所述槽中的一螺旋纏繞線圈，所述線圈可膨脹成與所述模製機的一圓筒壁密封嚙合。
4. 根據權利要求3所述的止回閥，其中所述螺旋纏繞線圈可在一熔體通道打開位置與 一熔體通道關閉位置之間橫向移動。
5. 根據權利要求3所述的止回閥，其中所述線圈的圈的橫截面實質上為矩形。
6. 根據權利要求4所述的止回閥，其中所述線圈的圈的相鄰表面被機械加工成一高公 差，以在壓縮所述線圈時確保相鄰圈之間的密封。
7. 根據權利要求4所述的止回閥，其中所述線圈的圈的外表面被機械加工成一高公差， 以便在所述線圈膨脹時緊靠所述壁密封。
8. —種用於一金屬模製機的止回閥，所述閥包括一螺旋纏繞線圈，所述線圈密封所述 止回閥並可在所述止回閥的一 圓筒上滑動以打開和關閉穿過所述閥的 一流動路徑， 所述線圈的一第一圈具有一與所述圓筒上的一配合表面相配的表面，以在與所述配 合表面接觸時關閉所述閥，所述線圈的外圓周表面與圍繞所述止回閥的一圓筒壁相 配，以向所述止回閥提供一軸向密封。
9. 根據權利要求8所述的止回閥，其中所述線圈的除一第一圈外的每一圈具有當壓在 一起時提供一徑向封密的平坦徑向壁。
10. —種用於一注射模製機的注射單元，其包括一注射螺杆、在所述注射螺杆的一端上 的一噴嘴體和在所述噴嘴體上的一止回閥，所述止回闊包括一密封環，所述密封環包含一圍繞所述噴嘴體並可在所述噴嘴打開的一第一位置與所述噴嘴關閉的一第 二位置之間滑動的螺旋纏繞線圈，當所述線圈處於所述關閉位置時，所述線圈的一 第一圈密封地嚙合所述噴嘴體上的一肩部。
11. 根據權利要求10所述的注射單元，其中所述線圈的除所述第一圈外的每一圈具有一 平坦徑向表面，且與一相鄰圈的一平坦徑向表面密封嚙合以提供所述止回閥的徑向 密封。
12. —種用於一金屬模製機的一止回閥的封墊，所述封墊包含一可插入所述閥內的一周 邊槽中的螺旋線圈，所述線圈具有一外徑向表面，當經受所述環的一內徑向表面上 的壓力時，所述外徑向表面可膨脹成與一圓筒壁密封嚙合，且所述線圈的一第一圈 具有一與所述槽上的一軸向表面相配的軸向表面，並在所述線圈經受一軸向力時提 供一軸向密封。
13. 根據權利要求12所述的封墊，其中所述線圈的除所述第一圈外的每一圈具有一平坦 軸向表面並與一相鄰圈的一平坦軸向表面密封嚙合以提供所述線圈的軸向密封。
14. 一種用於一金屬模製機的一止回閥中的螺旋線圈，所述線圈密封所述止回閥並可軸 向平移以打開和關閉一穿過所述閥的流動路徑，所述線圈的一第一圈具有一與所述 止回閥體上的一配合表面相配的表面，以在與所述配合表面接觸時關閉所述閥，且 所述線圈的外側徑向表面與 一 圍繞所述止回閥的圓筒壁相配以向所述止回閥提供 一徑向密封。
15. 根據權利要求14所述的線圈，其中所述線圈的除所述第一圈外的每一圈具有一平坦 軸向壁，其在經受一軸向力時在每一圈之間提供一軸向密封。
16. —種用於一金屬模製機的注射單元，其包括一注射螺杆、在所述注射螺杆的一端上 的一止回閥，所述止回閥包括一封墊，所述封墊包含一螺旋纏繞線圈，所述螺旋纏 繞線圈圍繞所述止回闊體並可軸向平移以打開和關閉一穿過所述閥的流動路徑，所 述線圈的一第一圈具有一與所述止回閥體上的一配合表面相配的表面，以在與所述 配合表面接觸時關閉所述閥，且所述線圈的外側徑向表面與圍繞所述止回閥的一圓 筒壁相配，以向所述止回閥提供一徑向密封。
17. 根據權利要求16所述的注射單元，其中所述線圈的除所述第一圈外的每一圈具有一 平坦軸向表面，並與一相鄰圈的平坦軸向表面密封嚙合，以提供所述止回閥的軸向 密封。
全文摘要
一種用於一金屬模製機的一止回閥的封墊。通過組合所述止回閥的一外表面中的一周邊槽與所述槽中的一螺旋纏繞芯來提供所述封墊。所述螺旋纏繞線圈可膨脹成與所述模製機的一圓筒壁密封嚙合。所述螺旋纏繞線圈可在所述槽內在一熔體通道打開位置與一熔體通道關閉位置之間橫向移動，以打開或密封所述熔體通道。
文檔編號F16K15/02GK101102861SQ200580021523
公開日2008年1月9日 申請日期2005年5月17日 優先權日2004年6月28日
發明者亞歷克斯·滕, 哈羅德·戈德溫, 羅伯特·伊爾莫寧 申請人:赫斯基注射器成型系統有限公司