[发明专利]多个批量生产的多部件塑性外壳

说明书

技术领域

本公开涉及通过注塑制造的多部件塑性物品(诸如用作各种动力/电动工具、牙刷等部件的那些物品)的批量制造。

背景技术

多部件塑性物品(诸如通常为管状牙刷柄部和其它类似的多部件塑性元件)的批量生产通常是通过多步注塑方法制造，其中多个模塑步骤在多个注塑工位处执行。在相同物品的批量生产的背景下，后续将成为成品的部分或多个部分的那些多部件塑性元件需要具有一定的尺寸和形状均匀性。这种均匀性可通过被连续注塑的相同部分之间的对应形状和尺寸的微小变化可能被容忍的程度来限定。当制造方法需要涉及各种模具时，对均匀性的关注尤其重要-并且当要求几乎相同的多部件部分在多个位置处制造时变得更加明显，这可能具有稍微不同的制造条件以及各塑性材料的设备和供应商。

几乎所有的塑性材料在被加热到液化-然后冷却和凝固之后通常会收缩，由此降低了它们的物理尺寸。这种现象通常被称为“模塑收缩”。因为预计相同或类似的塑性材料以相同或类似程度按比例收缩，所以具有相对较大尺寸的塑性部分绝大部分相对于具有相对较小尺寸的部分收缩的程度更大。同时，虽然通常可知道诸如聚丙烯(PP)或聚丙烯(PE)等某种材料的收缩率或收缩百分比，但是可能难以准确地预测超过这些材料中已知的“典型”收缩率的确切模塑收缩量。而且受到的收缩的塑性材料的尺寸越大，越难以精确预测确切的收缩量。这种困难可归因于以下因素。

通过模塑制造的塑性部分的收缩量被认为与线性热收缩或膨胀有关。当大量熔融聚合物受冷时，其随着温度的下降而收缩。保持压力可用于使收缩量最小化-但是这只有在浇口保持打开的情况下才能有效。如果聚合物是均匀的，则即使在压力被除去或浇口被冻结之后，所有部分预计也会按比例收缩。这是无定形聚合物(诸如聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS等等)通常发生的情况。

但是PP和PE通常表现不同。与无定形聚合物不同，PP和PE不是均质材料-而是半结晶材料，具有包含无定形组分和结晶组分的结构。晶体通常以比无定形组分收缩的速率更高的速率收缩。因此，由于包含无定形和结晶组分两者的这些半结晶材料冷却并凝固，它们以不同的速率收缩。这种不平衡通常导致收缩的净增加，并引入可能对收缩量具有附加影响的模塑参数的敏感性。

影响收缩量的另一个因素被认为与模具中高分子量聚合物熔体的粘弹性特性有关。长分子量链在模具中被拉伸-且因此在其中经历应力。在随后的冷却期间，这种应力得到缓解，并且链趋于松弛。这种松弛尤其是在不同的流动方向上影响收缩量。平均分子量和分子量分布这两者均会影响模塑收缩量的这个方面。可能影响收缩量的其它可变因素包括模塑的热历史，例如熔融温度和冷却速率以及正模塑的部分的厚度、浇口尺寸和其它相关因素。

另外，具有复杂几何形状的塑性部分、尤其是包括多层不同塑性材料的那些部分趋于在该部分的不同区段中具有不同的收缩率。虽然这种现象在模塑具有不同壁厚的部分期间在很大程度上是显著的，但是即使在具有相对均匀的壁厚的部分中也可能发生这种现象。尤其是后者可归因于不均匀的冷却和/或不均匀的填充模式。

在多部件部分(诸如涉及不同模具的牙刷柄部外壳或电动工具外壳)的模塑方法期间，可能需要将正制造的部分放置在不同的固定几何体处，即，模腔和/或模芯。自然而然地需要具有各芯的模具用于生产具有大致管状几何形状的模塑部分。通常需要更换模腔以形成具有多层的管状部分或由多种塑性材料制成的部件。如果希望将一个或多个特性、几何形状或部件添加到正制造的管状部分的内表面(即，与芯接触的区域)，则也可要求更换芯。在一些情况下，更换芯的另一个原因可由如下要求来决定：在包含另一个芯的附加模塑设备上进行下一个模塑步骤。

如果在第一模塑工具上模塑的部分需要被转移到第二模塑工具以进一步模塑/重叠模塑，则该部分需要在第二模塑工具中精确定位，从而允许非常小的公差。如本文所使用，术语“公差”是指规定的可测量尺寸、具体是多部件外壳或其任何部分的长度尺寸的可允许的变化量。由于没有任何物品或其任何部分的尺寸可精确地按照确切的标称值来生产，公差通常被分配给用于制造目的的部分，作为可接受构造的边界。

因此，与确切的标称值存在适用于具体机器、方法或部分的可接受的偏差程度。尺寸超出公差的制造部分将不太可能用于预期目的的可用部分。公差可应用于任何维度。在当前背景下，通过注塑方法制造的各部分中的塑性部分的纵向公差是特别有意义的。塑性部分在模具内需要确切定位以能够实现可靠稳定的方法以及各种模塑部件之间的准确修整线。后者可能会极大地影响成品的功能和美学方面。