使用直接型芯熱控制用於注射模製的方法與設備的製作方法
2023-05-23 18:49:31 2
專利名稱：使用直接型芯熱控制用於注射模製的方法與設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於快速更換設置有內加熱/冷卻通道的不同形狀型芯的的方法與設備。
背景技術：
已知用於塑料注射模製的多種直接和間接的溫度控制系統，該注射模製本質上是一種熱動力循環過程。當使用與玻璃相反的金屬型芯時，通常需要由在型芯一部分內循環的流體的直接溫度控制。典型地，這些循環通道與位於型芯以下或側面的附加通道溝通。密封這些通道是很重要的，因為任何進入模腔中的流體滲入物將妨礙合格鏡片的生產。
美國專利6290882表示圖1中的部分構成的型芯內的流體循環通道27的上部。這些通道終止於敞開端接孔中，這些孔可能用O型圈對各型芯支承板中對應的孔密封，如圖5所示。由於本專利涉及熱動力控制，就沒有如何將型芯固定在適當位置，或者如何能使個別的型芯用到不同厚度的模具零件的指南。
美國專利4664854表示圖1中的對模具5的優選電加熱元件50及對模具3的水循環加熱器30。為了保持通道對準，將可動的框架部分B夾緊在模具3的肩部的上面。這樣一種構形使之難以交換模具型芯因為在拆開之前設備必需冷卻。此外，由於型芯依賴於分模線、冷卻通道與鎖緊肩部之間的固定距離，一個型芯不可能是調節到模壓不同厚度的鏡片的高度。
以下三項參考資料，美國專利5783233、美國專利5792392和美國專利6156242均表示單圈循環通道，該通道使用輸入和輸出側上的0型圈密封到型芯支承板中的對應開口上。
以下兩項參考資料，美國專利5783233與美國專利5792492二者表示螺旋圈循環通道，它具有最裡圈的O型圈裡面和最外圈的另一O型圈外面。
因而它將有可能提供直接熱控制同時保持模具的潔淨度以及便於型芯交換的能力。
發明內容
本發明涉及使用一種設備構造及相關方法，其利用對型芯溫度的直接熱控制實施眼鏡片注射模製工序。
本發明的一個目的是簡化具有經過其流動的熱控制流體的型芯的交換。
本發明的另一個目的是在型芯安裝與拆卸過程中保持模具潔淨度。
還是本發明的另一目的是使直接熱控制系統中的型芯高度的調整流線化。
本發明的另一目的是使用金屬型芯並改進將開放的通道密封到位於下面的支承表面。
本發明的另一目的是在注射模製過程中通過提供較好的熱控制在鏡片製造中提供較高的效率和提高的生產率。
通過初始在型芯提供一個閥以進入位於型芯內的通道，在首先為保持部分形成的型芯的表面免受在型芯內流動的熱控制流體的影響的方法實現根據本發明的這些與其它有關的目的。然後將型芯安裝到設置熱流體源的注射模塑機中。在安裝過程，閥是打開的以使該源能與通道溝通。
該型芯包括對著分開形成的表面的支承表面，同時閥安裝在該支承表面中。一個短銷在軸向從支承表面向外延伸。該閥，平行於短銷，從支承表面軸向向外延伸。注射模塑機包括一個支撐插入體並接納短銷與閥的調節基體。墊片可以有選擇地置於支承表面與有支座的柱之間。該墊片包括孔以容納短銷和閥。
安裝步驟包括將型芯軸向滑動到注射模塑機的一個接受器中。安裝步驟還包括將型芯滑動一軸向距離以使短銷與抓取裝置進入結合區域。該抓取裝置是一個徑向向內延伸以結合短銷的直線致動的抓取裝置。打開步驟出現在大於墊片厚度的軸向位移的整個範圍上。
該方法還包括將型芯抽出注射模塑機，以及在抽出過程中關閉閥的步驟。該閥通常偏置在關閉位置。注射模塑機包括一個無洩漏配時閥。同時所述打開步驟包括使閥與無洩漏配對閥接觸。該打開步驟包括僅在閥與無洩漏配對閥之間形成密封連接之後能使源與通道溝通。
提供步驟包括在型芯上半部內形成一通道，在型芯的底半部安裝一個閥並將兩個半部結合在一起以產生型芯。該型芯的兩個半部由金屬製成並由電子束焊接在一起。另一選擇是，型芯設置兩個閥。這導致在安裝過程中打開該兩個閥，因此僅在兩個閥與其注射模塑機上各自的配對閥之間形成密封連接後源與通道溝通。
根據本發明的第二實施例，有一個調節型芯的分開形成的表面相對於注射模製分模線的位置的方法，它包括初始提供型芯組件的步驟，該型芯組件包括具有經過其為循環熱控制流體的內通道以及一個在整個距離L上可以被打開的無洩漏閥。然後通過用墊片調節型芯相對於注射模塑機支承表面的位置調節型芯的位置。這樣，小於L的距離調節可以不改變閥來實施，因此一個型芯組件可以在相對於注射模塑機分模線的多個位置使用。
型芯設置一個被注射模塑機上的抓取裝置結合的短銷。調節步驟包括選擇具有足以對準抓取裝置的長度L的短銷。短銷到其結合部分的長度是墊片高度X與從支承表面到抓取裝置的距離Y的和。短銷長度被增加一個等於添加的墊片高度X的量。
調節步驟包括將型芯軸向地移入接納器，不使用螺紋螺栓將型芯引入到位。距離L包括平行於接納器中心軸線延伸的距離。這就允許用單的型芯組件模製類似曲率與不同厚度的鏡片。該鏡片包括具有變化的厚度的成品和半成品鏡片。
此處描述的改進允許使用具有金屬分開形成的表面的單一型芯組件以及其中要使用的熱控制流體循環以模製類似曲率和不同厚度的鏡片。該型芯組件具有當軸向抽出型芯組件超過閥的工作距離L時由無洩漏閥密封的通道。
在本發明的一個設備實施例中，提供了一種注射模塑機，它具有為在分開形成的型芯內循環熱流體的熱流體源，該型芯包括設置內通道的型芯，一個具有為型芯的支承表面的調節基體，以及一個在通道與獨立於支承表面形成的熱流體源之間的密封件。
型芯包括一個位於通道口的通常關閉的閥。一個閥可以位於通道的入口而第二閥位於通道的出口，也就是在該點處內通道進入和引出型芯。相應數目的配對閥置於調節基體內。在打開之前該閥配對並密封。在型芯接觸支承表面之前閥密封。當型芯接觸支承表面之前閥密封。當型芯趨近於支承表面時閥密封。閥密封作為型芯向著調節基體軸向行進的函數。不同厚度的一個或多個墊片置於型芯與支承表面之間。由於閥可以配對，在整個工作範圍L上密封並打開，所以它們能夠容易地起到就像墊片的功能，即將型芯與調節基體分開並防止其間的接觸。
金屬分開形成的型芯由一個型芯上半部構成，該上半部具有其在底表面上機械加工的暫時打開的通道。該型芯上半部設置孔以放置無洩漏閥(在某些例子中是兩個無洩漏閥)、短銷和熱電偶。調節基體構造成以提供相應的裝置，即，配對的無洩漏閥(在某些例子中是兩個配對的無洩漏閥)、短銷抓取裝置和連接到過程控制器的熱電偶。
注射模塑機設置通過調節基體連接到配對無洩漏閥的熱流體控制貯存箱。在兩個閥的情況中，還設置通過調節本體的返回通路。過程控制器監腔流體貯存箱的溫度和輸送泵以保持型芯表面處於基於由輸入單元58提供的過程參數的特定溫定。儘管短銷的長度可以要求調節到以用墊片調節型芯的高度，但是調節基體、閥和型芯可以用於不同的墊片調節高度無需附加的調節。此軸向容差是有助於保持在多噸夾緊的變化的軸向力下熱流體密封的相同特徵。
當考慮現在將結合附圖詳細描述的說明性實施例時本發明的優點、本質和各種附加的特徵將充份顯現。在附圖中，貫穿各圖相同的標號表示類似的元件圖1是說明穿過可拆卸的用於其模壓表面熱控制的型芯的循環迴路實施例的示意視圖。
圖2是當轉換到不同定位的型芯時比較說明建立迴路的工作範圍的示意視圖。
具體實施例方式
本發明涉及由熱塑性塑料注射模製眼鏡片的製造。作為一個非限制性例子，可以使用聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。通常，與注射擠壓注射模製相比這些改進涉及到直接注射模製。本發明可以用於製造「成品的」鏡片，其中前和後兩側均為最終的曲率。可以製成凸和凹的兩種鏡片。典型地，最終的鏡片具有1.15毫米的最小中心厚度。
此處公開的改進也可用於製造「半成品」鏡片，其中前側具有最終的曲率而背面尚未完成。隨後磨光背表面以達到要求的鏡片厚度。為了包容鏡片厚度變化的寬的範圍，半成品的鏡片被製成不同厚度，從8毫米中心厚度變化到11毫米。然後實驗室將選擇最薄的鏡片，從該最薄的鏡片可以變成要求的厚度。此選擇過程，有助於限制需要磨去的，即去除的，鏡片材料的量。當注射模製一系列這種「半成品」鏡片時，可能希望使用相同的型芯以模壓具有同樣曲率但具有不同厚度的許多鏡片。
使用要求間接或直接熱控制的玻璃型芯或金屬型芯模壓這些鏡片。玻璃型芯會斷裂並磨損。間接熱控制包括經過在接納器，或模壓機械的其它部分，中形成的通道循環熱流體，儘可能靠近型芯。直接熱控制包括經過在型芯中形成的通道循環熱流體。所有的熱控制系統本質上具有流體洩漏或滲漏的危險。當使用油作為熱控制流體時要出現模具潔淨度的特殊問題。當間接通道移得更靠近型芯時就惡化該問題。當循環油經過型芯時使用O型圈或其它密封件以產生在型芯轉換時要斷裂的暫時密封。這些密封件通常位於受到注射模塑機的多噸夾緊與鬆開力的界面處。此外，這些界面不允許型芯位置的高度調節，由於它們必須保持達到適當的密封。
下面參圖1描述申請人的直接熱控制系統。如上所述，直接熱控制包括分開形成的型芯內的循環流體。直接熱控制允許使用具有機加工的內通道22的金屬型芯20。更具體地，型芯20由兩個分開的部分形成，型芯上半部20a和型芯底半部20c，在兩個半部的加工完成之後沿結合面20b將它們合在一起。型芯上半部20a具有在其一側的光學的、分開形成的表面20d，同時在其相對的一側上形成(暫時的)開放通道20e 。形成型芯底半部20c以接納一或二個閥及短銷。例如，可以用不鏽鋼製造型芯的兩個半部，然後通過電子束焊接將它們結合。可選擇地，分開形成的表面20d可以是有塗層的以增加耐久性和潤滑性，例如，可以通過真空鍍膜施加氮化鈦。改善的潤滑性允許在腔內的塑料的更好的流動並有助於減少結合線的出現。
型芯20裝入塑料注射模塑機的接納器14中並支撐在調節基體12上。為清楚起見雖然未表示，但調節基體12是一個由增強的螺紋連接件結合到一起的兩件的組件，該螺紋連接件能夠耐受注射模塑機的數噸的夾緊力。調節基體的下部可以轉動以便在接納器內軸向地移動上部。根據本發明，調節基體12已經被修改以提供為接納一或幾個閥30、短銷24和熱電偶54的開口。重要的是，型芯直接座落在調節本體12上，同時夾緊力接受平面接觸區域完全與流體通道連接件和密封件隔離。這樣，就可能有選擇地在型芯20與調節基體12之間增加薄墊片28。薄墊片的添加不影響流體通道連接件密封件的隔離。
型芯裝有將延伸到安裝在注射模塑機上的抓取裝置26的結合範圍中的合適的短銷。在安裝過程中，型芯閥30被與配對的無洩漏閥40的相互作用打開。如圖中示意表示的，各個閥的每一個包含偏置到關閉位置的門。閥體配對成陰--陽構形，該構形可以包括一個在其間的柔性密封件32，諸如O型圈。由於兩個閥初始被彼此推在一起，因此在門保持關閉時閥體構成一密封件。彼此相向進一步行進，導致兩個門打開，通過相互接觸它均勻地克服作用在每個門上的偏置(關閉)力。一旦門被打開，來自貯存箱50的熱控制流體可以經過一個固定的或可變化的輸送泵52流動，經特別修改的調節基體12，經過配對閥進入通道22。型芯的完全相反的一側可包括類似的閥裝置以允許熱控制流體返回到貯存箱50。
可以用一個熱電偶54監控熱流體的循環，設置該熱電偶以測量剛好在分開形成的表面20d以下的溫度。過程控制器56對比測量的溫度與來自輸入裝置58的設定溫度。輸入可以包括存儲在資料庫中的設定值，同時操作者根據因素如特別是，要使用的聚合物類型、要製造的鏡片形狀與厚度、特殊的溫度分布，從矩陣變換電路(或真值表)選擇參數的一組。在簡化的概況中，控制器56控制貯存箱50的溫度監測器/加熱器60以及泵速度50以保持表面溫度20d處於預設定水平。
圖2表示在左側的型芯裝置構形A，其中型芯直接座落在調節基體12上。在圖的中央表示的模具分模線、調節基體12和抓取裝置26作為對圖的左和右的兩邊的公開參照點。在右邊的另一型芯裝置的構形B表示放置在薄墊片28的頂面的型芯，該墊片轉而直接座落在調節基體12上。薄墊片28具有可能在幾毫米範圍的厚度X。左邊的短銷具有長度Y。考慮到添加的薄墊片的厚度右邊短銷具有長度Y+X同時延伸到相同的點以結合抓取裝置26。圖的遠左側和遠右側表示閥30的公共「工作區域」此工作區域限定一個軸向範圍，在整個該範圍上閥可以被密封和打開。工作區域的軸向範圍大於所示薄墊片的幾倍。因此，型芯可以通過薄墊片調節高度，而不影響閥的密封與打開的操作。
型芯高度的調節對在目標厚度模壓鏡片以及能夠在不同厚度模壓相同形狀的鏡片是重要的。因而，快速更換型芯的能力，或拆除型芯以用墊片調節對於最小化設備的停機時間是關鍵的。另一方面，一旦設備正確地構造，對於，例如，在減少循環時間中提供生產效率是關鍵。此外，熱控制允許使用低維修的金屬型芯。當拆除型芯時先前技術的熱控制系統導致開放的流體通道。在重新開始模壓操作之前必須完全清除滴入接納器中的油。
根據本發明，通過首先從短銷鬆開抓取裝置可以容易且潔淨地拆除型芯。然後可使用一個真空工具以吸附在分開形成的表面20d上，並簡單地將型芯組件20抽出接納器14。此抽出的動作將沿軸線方向16發生。在抽拉初始階段的過程中，門將彼此移離進入關閉位置，同時閥體保持彼此密封。當抽拉繼續時，該閥體將變成脫開的，但僅僅在熱控制流體在每個閥後面安全地密封之後。可以預熱(和用薄墊片預調節)新的型芯準備安裝。當軸向插入閥體密封件時，門打開同時型芯置於與(薄墊片和)調節基體接觸。一旦抓取該短銷，模壓可以重新開始。
功能上，本發明的熱控制系統不妨礙型芯用墊片調節或轉換程序，例如SMED系統。上述抓取裝置根據存在墊片和厚度在不同高度將型芯有效地夾緊到調節基體上。圖1表示沿線16通過調節基體12存在型芯的直接軸向支撐。在使用薄墊片的例子中也設置相同的支承。於是由夾緊板沿線16支撐調節基體。注射模塑機的數噸夾緊力指向軸線方向16。所以根據本發明的設備就像不具有熱流體控制系統的機械一樣對型芯提供相同的支承。此外，閥30對配對閥40的密封將在陽與陰閥體之間形成一個同心的環。例如，在陰閥體內，在本例中，可能提供一個O型環或其它適合的密封裝置。一旦將陽閥體插入在O型環32以上，將保持密封，不考慮型芯的，例如在多噸夾緊力加載與卸載過程中可能出現的，任何軸向運動。
導致本發明的特定裝置部件的一個實施例如下。在分開形成的型芯內具有為循環熱流體的熱流體源的注射模塑機包括設置內通道的一個型芯、一個具有插件的支撐表面的一個調節基體，以及一個獨立於支撐表面形成通道與熱流體源之間的密封件。陽閥與配對的陰閥的位置是示例性的。不偏離本發明的精神可以使用無洩漏閥的其它型式與結構。該閥可以在其它平面中密封，用不是O型環的，和用其它裝置。例如，可以設置其中包括兩個並排著或同心通路的一組閥，起通道入口與出口二者的作用。關鍵特徵是該密封件在整個範圍上起作用同時該密封獨立於支承表面，即型芯的底和調節基體的頂面，而形成。
型芯包括處在通道口的通常關閉的閥。一個閥可能位於通道入口而第二個閥則位於通道出口，即在該處內通道進入並引出型芯的點。將對應數目的配對閥置入調節基體內。在打開之前閥配對並密封。在型芯接觸支承表面之前該閥密封。該閥在型芯接近支承表面時密封。閥密封是型芯向調節基體軸向行進的函數。不同厚度的一或多塊薄墊片可以置於型芯的支承表面之間。由於閥在整個工作範圍可以配對、密封和打開，它們就像薄墊片一樣容易地起作用將型芯與調節基體分開並防止其間的接觸。
金屬分開形成的型芯由一型芯上半部構成，該上半部具有加工在其底表面上的暫時開放的通道。該型芯上半部設置孔用以放置一個無洩漏閥(在某些例子中是兩個無洩漏閥)、短銷和熱電偶。調節基體構成為設置相應的裝置，即，一個配對的無洩漏(在某些例子中是兩個配對的閥)、一個短銷抓取裝置，和一個連接到過程控制器的熱電偶，薄墊片在其中形成的多個孔以容納閥、短銷和熱電偶。該孔不影響薄墊片的支撐功能。
注射模塑機設置通過調節基體連接到無洩漏閥熱流體控制貯存箱。在兩個閥的例子中，還設置通過調節基體的返回通路。過程控制器監控流體貯存箱的溫度和輸送泵以便根據由輸入單元58提供的過程參數保持型芯表面在一個特定的溫度。儘管短銷長度可以需要調節以用墊片調節型芯的高度，但是調節基體、閥和型芯可用於不同的墊片調節高度而沒有附加的調節。此軸向容差是有助於保持在多噸夾緊的變化的軸向力下熱流體密封的相同特徵。
此處描述的方法與設備對於用邊緣加門的模具模壓眼鏡片是有用的。熱控制系統可以用於加熱或冷卻型芯。冷卻的一個例子是所謂的隔熱模壓工藝，在該工藝中使用循環冷卻劑以保持分開形成的表面在熱塑性模壓材料的玻璃態轉變溫度Tg以下。通常使用隔熱模壓工藝以降低循環時間並改善設備的生產效率。
另外，根據所謂的非絕熱模壓工藝，熱控制系統可以用於在單一模壓循環中加熱和冷卻。模具型芯首先被加熱以便通過過早凍結減少對流動的熔化阻力，改善腔的充填和減少結線的出現。一旦基本上填充腔，該熱控制系統轉換到冷卻模具以便快速固化零件。
已經描述了用於分開形成的型芯(該型芯試圖說明並不限於)的直接熱控制的方法與設備的優選實施例，但要注意根據上述指南技術人員可以進行修改和變化。因此應該理解在公開的本發明的特殊實施例中可以進行改變，這些均處於由所附權利要求概括的本發明的範圍與精神以內。因此已經詳細描述了本發明以及由專利法要求的特殊性，在所附權利要求陳述由許可證專利提出的權利要求與希望的保護。
權利要求
1.一種保護型芯的分開形成的表面不受在型芯內流動的熱控制流體影響的方法，包括以下步驟；在型芯上提供一個閥以進入型芯內的通道；將型芯安裝到設置熱流體源的注射模塑機中；以及在安裝過程中，打開閥以使該源與通道溝通。
2.權利要求1的方法，其中型芯包括對著分開形成的表面的支承表面，所述閥被安裝在該支承表面中。
3.權利要求2的方法，還包括在軸向從支承表面向外延伸的短銷。
4.權利要求3的方法，其中閥平行於短銷從支承表面軸向地向外延伸。
5.權利要求4的方法，其中注射模塑機包括一個調節基體，用以支撐型芯並接納短銷和閥。
6.權利要求5的方法，還包括置於支承表面與有支座柱之間的薄墊片。
7.權利要求6的方法，其中薄墊片包括孔以容納短銷與閥。
8.權利要求6的方法，其中所述安裝步驟包括將型芯軸向滑動進入注射模塑機的接受器中。
9.權利要求8的方法，其中所述安裝步驟還包括將型芯滑動一軸向距離以使短銷進入與抓取裝置的結合範圍中。
10.權利要求9的方法，其中抓取裝置是一個直線致動抓取裝置，它徑向地向內延伸以結合短銷。
11.權利要求6的方法，其中打開步驟出現在大於薄墊片厚度的整個軸向位移的範圍上。
12.權利要求1的方法，還包括以下步驟將型芯抽出注射模塑機；以及在抽出過程中關閉閥。
13.權利要求1的方法，其中閥偏置到關閉的位置。
14.權利要求1的方法，其中注射模塑機包括一個無洩漏的配對閥，同時所述打開步驟包括將閥與無洩漏配對閥接觸。
15.權利要求14的方法，其中所述打開步驟包括，僅在密封連接在閥與無洩漏配對閥之間形成之後允許源與通道溝通。
16.權利要求1的方法，其中所述提供步驟包括在型芯的上半部形成一通道；在型芯的底半部安裝閥；以及將兩個半部結合在一起以產生一個型芯
17.權利要求16的方法，其中型芯的半部由金屬製成，並用電子束焊接在一起。
18.權利要求1的方法，其中所述提供步驟包括在型芯上提供兩個閥。
19.權利要求18的方法，其中所述打開步驟包括在安裝過程中打開兩個閥，因此源僅在兩個閥與其在注射模塑機上各個配對閥之間形成密封連接之後與通道溝通。
20.一種相對於注射模具分模線調節分開形成表面的位置的方法，其包括下述步驟提供包括一個型芯的型芯組件，該型芯具有為經過其中循環熱控制流體的內通道以及一個可以在距離L上打開的無洩漏閥；以及通過用墊片相對於注射模塑機的支承表面調節型芯以調節型芯的位置；因而，不變化閥可以實施小於L的距離調節，因此可以將一個型芯組件使用到相對於注射模塑機的分型線的多個位置處。
21.權利要求20的方法，還包括以下步驟在被注射模塑機上的抓取裝置結合的型芯提供一個短銷。
22.權利要求20的方法，其中所述調節步驟包括選擇具有足以對準抓取裝置的長度的短銷。
23.權利要求22的方法，其中短銷到其結合部分的長度是薄墊片高度與從支承表面到抓取裝置的距離之和。
24.權利要求23的方法，其中短銷的長度增加一個等於添加的薄墊片高度的量。
25.權利要求20的方法，其中所述調節步驟包括軸向位移型芯到接納器中，不使用螺紋螺栓將插入件引入到位。
26.權利要求20的方法，其中距離L包括平行接納器中心軸線延伸的距離。
27.權利要求20的方法，還包括使用單一的型芯組件模製類似曲率和不同厚度的鏡片的步驟。
28.權利要求27的方法，其中鏡片包括具有變化厚度的成品和半成品鏡片。
29.權利要求20的方法，其中具有金屬分開形成的表面和在型芯內熱控流體循環的單一插入組件可用於模製類似曲率和不同厚度的鏡片。
30.權利要求20的方法，其中型芯具有當在閥的工作距離L上面軸向抽出型芯組件時由一個無洩漏閥密封的通道。
全文摘要
使用在位於型芯內部的封閉通道中循環熱控制流體的眼鏡片直接注射模製的設備構造與相關方法。該通道由一個無洩漏閥封閉。調節基體設置一個配對的無洩漏閥。在打開閥以允許熱循環流體進入型芯之前該閥密封整個工作距離L。該型芯能容易地改變或用墊片調整而不洩漏同時不須改變型芯的結構。
文檔編號B29L11/00GK1891433SQ20061010149
公開日2007年1月10日 申請日期2006年7月10日 優先權日2005年7月8日
發明者R·F·小維穆思 申請人:金特克斯光學公司