CN102387904B - 成形工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种成形工具，该成形工具有利地由金属制成，并具有成形接触表面(4，5)和一个或多个温度调节通道(T₁)，所述温度调节通道(T₁)集成在工具(2，2.1)中，并且流体流过所述温度调节通道(T₁)，其特征在于，感应体(9)形式的电导体设置在温度调节通道(T₁)的内壁处，并且如果需要，插入覆盖温度调节通道(T₁)的电介质层。

Description

成形工具

技术领域

本发明涉及一种成形工具，该成形工具有利地由金属制成，并且该成形工具具有成形接触表面以及一个或多个通道，所述一个或多个通道集成在工具中并且流体流过所述通道。

背景技术

当通过注射热塑性材料、硬质塑料材料、或弹性材料来模制零件时，已经提前塑化的材料被引入模具的形腔中。为了形成形腔，这种模具包括多个成形工具，所述多个成形工具彼此分离以便能够移除形腔中的冷却的零件。成形工具的与模制塑料材料接触的表面在这些实施方式的上下文中被称为接触表面。这些接触表面的图形限定零件的表面。零件表面的模制精度会由于缺损，例如由于胶接槽、亮度差，或斑点和标记形成物而被破坏。这种表面缺损可能由成形工具的不规则接触表面差异而引起。

为了提高引入模具的形腔中的塑化材料的模制精度，例如，提高熔融的塑料材料的模制精度，已知的是提高工具壁的温度，从而提高成形工具的接触表面的温度，以便改进引入形腔中的熔融塑料材料在其边缘区域的流动性。

为了调节这种成形工具的温度，这些成形工具包括温度调节通道，被调节到合适的温度的流体，例如水或油流过该温度调节通道，使得成形工具保持在确定的温度或将其加热到确定的温度。如果这种成形工具在确定的区域内必须具有不同于基本温度的较高的温度，则在成形工具的凹部还设置有电加热筒部或用于局部降低温度的电冷却元件。这样的成形工具也是已知的，在所述成形工具中使用冷却元件来执行熔融塑料材料的限定的冷却并因此用于缩短冷却过程，从而缩短了周期。

在DE 199 29 731A1中描述了一种成形工具，该成形工具可以承受用于将热传入形腔中的感应加热，并且为此由导电材料制成。在US4,439,492中描述了一种成形工具，在该成形工具中，用于加热接触表面的感应加热插入物被插入形腔中。对成形工具的接触表面加热之后，模具被打开并且加热插入物在再次关闭模具之前被移除，以在随后照此执行该注射成形过程。该成形工具的设计基于这样的构思：感应加热插入物的插入能够不加热全部成形工具，而只加热接触表面和成形工具的接近接触表面的区域。以此方式能够缩短周期。这种设计不能够在注射成形过程期间控制温度调节。

这些已知的装置能够加热成形工具。注射成形期间的周期被明确地确定，以用于使以塑化状态注入模具形腔中的材料硬化。为了缩短周期，成形工具被发展为成形工具设置有用于加热成形工具的温度调节通道以及冷却剂可流过的另外的温度调节通道。这种成形工具因此可以被加热和被冷却。然而，这种成形工具的构想的不便之处在于它的相对惯性特性(relative inertial behaviour)。为了消除这种不便，DE 102 57 129中提出加热成形工具的接触表面，即：DE 102 57 129提出将用于加热第一接触表面的感应体集成在第一成形工具中，所述第一接触表面与第二成形工具的待加热接触表面相对放置。因此，在此已知的成形工具中，感应体通过形腔与待加热的接触表面分离。为了能够以此方式加热接触表面，成形工具的待加热的接触表面需要由适当的材料制成。在大多数情况下，此材料与用于形成形腔的其它成形工具的材料不同。为了使加热过程所需的材料与其它形腔界限(cavity limitation)的接触表面材料之间的过渡处不出现表面缺损，这些过渡处必须小心地实现，或者形腔周围的整个表面都由此材料制成。此外，在此文献中描述的方法仅可以在工具几何形状确定的情况下使用。

发明内容

根据所讨论的现有技术的状况，本发明的目的是要改进上述成形工具，使得通过使用这种成形工具或在使用包括这种成形工具的模具时，不仅可以在待模制的零件上充分体现接触表面，还可以缩短周期。此外，不将这些优点限制于成形工具的确定的成形过程和/或确定的设置上将会是理想的。

根据本发明，该目的通过上述普通的成形工具得以实现，在该普通的成形工具中，感应体形式的电导体设置在温度调节通道的内壁处，并且如果需要的话，插入覆盖温度调节通道的电介质层。

在此成形工具的情况下，通常集成在成形工具中的温度调节通道被用于将工具的温度调节到其基本温度。此外，感应体形式的电导体用于实现对成形工具的至少一个接触表面的感应加热。为此目的，成形工具的通常由钢制成的内壁覆盖有电介质层。绝缘体形式的电介质层用于将设置在温度调节通道内的感应体对成形工具的材料绝缘，所述成形工具的材料通常具有导电性，例如如果成形工具由工具钢制成的话是这样。感应体形式的电导体——通常为铜导体——设置在例如沉积在绝缘体上的层的形式的电介质层上。温度调节通道可以与具有这种用于传送冷却剂的设计的成形工具一起使用，因此，成形工具通过用于加热接触表面的集成感应体加热。冷却剂可以具有例如这样的温度，该温度必须对应于成形工具的基本温度，并且因此比在使用成形工具时注入形腔中的熔融材料的温度低，使得可以缩短冷却过程。由于成形工具承受可估计的静态应力，并且在此模制零件的情况下，相同的温度调节通道被用于加热和冷却接触表面，因此这些通道可以设置在距接触表面较短距离的位置处。由于大量的热可在较短的时间内由感应体传入成形工具，则此成形工具可以更快地被加热。当使用感应体用于加热过程时，流过温度调节通道的温度调节液体确保了感应体不被过度地加热。有利的是可以在接触表面附近设置热源以及散热器，这是因为接触表面可以在相对较短的时间内被加热并且也可以相对更迅速地冷却，从而缩短了周期。

设置在该温度调节通道中的感应体有利地构造为环形导体。感应体可以构造为例如使得温度调节通道在第一步骤中例如通过溶胶-凝胶法被电介质层形式的电绝缘层覆盖。通常的层厚度约为几微米。在第二步骤中，例如也通过溶胶-凝胶法在电介质层上设置具有一定导电性的层。该层还不是感应体。该层只用于通过电流沉积法在其上形成感应体。此方法只有当待沉积在例如铜的导电感应体材料上的材料具有一定导电性时才执行。因而，感应体通过电沉积法有利地沉积在该层上。此方法使得能够获得更大的层厚度。当电介质层和同样通过溶胶-凝胶法沉积的中间层各具有几微米的厚度时，形成感应体的层可以更厚，例如，具有0-15mm的厚度。感应体层需要具有一定厚度，以使感应体工作所需的电流强度能够流过其中。所描述的感应体的构造具有在感应体层和成形工具之间的良好热传递的固有特性(inherent consequence)。这是由于在之前描述的实施方式示例中使用的电介质层以及电解基层的薄的层厚度，以及由于在所述层之间不包括空气的事实。

从由此设计的感应体的构造可以看出，可自由地穿过的横截面几乎不被成形工具中的温度调节通道减小，使得成形工具可以通过以适当的方式给其温度调节通道设置这种感应体而得到改进。

在优选的实施例中，成形工具包括：第一温度调节通道，所述第一温度调节通道恰好设置在成型工具的接触表面中的至少一个的附近并且如前所述那样构造并因此包括感应体；和第二温度调节通道，所述第二温度调节通道设置在距接触表面更远距离处。在此实施例中，第二温度调节通道通常用于将成形工具保持在其基本温度。如果需要，这些第一温度调节通道能够根据由第二温度调节通道调节的基本温度提高或降低温度。因此，温度变化通常仅能够使成形工具的相对小体积实现温度变化，其中该温度变化开始于由第二温度调节通道调节的温度水平。从而，用于改变成形工具的接触表面上的温度的反应时间是相对短的。

附图说明

在下文中，将参照实施方式示例以及附图对本发明进行描述，在附图中：

图1是由两个模制工具组成的注射模具的示意性截面图。

图2是第一温度调节通道的包络表面的区域的放大视图。

具体实施方式

未详细示出的塑料材料注射成形工具的注射模具1在示出的实施方式示例中包括两个成形工具2、2.1，其中在图1中示出处于闭合位置的注射模具1。未详细示出的形腔3由两个成形工具2、2.1形成，其中塑化的塑料材料通过注射通道注入形腔3。简单起见，截面图中的实施方式示例的形腔3被设计成矩形。应当理解的是，形腔3的几何形状最终可以具有任意形状，并且如果形腔具有复杂的几何形状，则需要有多于两个的成形工具。成形工具2、2.1基本具有相同的设计。随后对成形工具2进行详细描述。

成形工具2由工具钢制成。模具2的形腔限制表面部分是接触表面，引入形腔3中的熔融的塑料材料压在该接触表面上以再次产生接触表面。在示出的实施方式示例中，成形工具2的各个接触表面具有不同的重要性。因此，在图1中竖直延伸的接触表面由附图标记5表示。接触表面4与接触表面5的不同之处在于：为了再次生成接触表面5，待制造的零件必须满足在此零件表面的光学外观方面的特别高的要求。彼此间隔开设置的多个第一温度调节通道设置在距接触表面4、5几个微米的距离处，例如设置在距接触表面4、5为5-8mm的距离处。在此示出的实施方式示例中，温度调节通道具有约8mm的直径。在图1中的截面视图中示出的第一温度调节通道T₁为弯道的形式，所述弯道彼此形成流体连通，并因此形成温度调节通道的已知弯曲回路。在成形工具2中，第二温度调节通道T₂集成在距接触表面5的较远距离处。在示出的实施方式示例中，这些通道具有约12mm的直径。同样，第二温度调节通道T₂以已知的方式彼此连接，以形成温度调节通道的弯曲回路。

特别用于加热接触表面5的感应体集成在第一温度调节通道T₁中。集成在第一温度调节通道T₁中的感应体是沉积在第一温度调节通道T₁的内壁上的铜导体。图2以更加放大的示图示出了第一温度调节通道T₁的壁的结构。在此结构中，成形工具2的主体由附图标记6表示。电介质层7沉积在集成在成形工具2中的第一温度调节通道T₁的内壁上，以形成电绝缘体。电介质层可以是例如通过溶胶-凝胶法沉积的氧化硅层。电介质层7被用于用作感应体的电导体与成形工具2的钢主体6之间的绝缘体，其中成形工具2的钢主体6由于其材料特性也是导电的。在另一个步骤中，薄的导电层例如通过溶胶-凝胶法沉积而设置在电介质层7上。该层可以是例如所谓的ITO层(铟-锡氧化层)。此层的导电性对于能够通过电沉积或转移法而在其上沉积优选地为铜层的导电层是必须的。已经通过这种方法沉积在薄层上的铜层和感应体9分别形成为导电层和感应体层。因此层7和层8各具有仅仅几微米的厚度，但感应体层具有约0.2mm的厚度。在图2中，层厚度未按比例示出。

第一温度调节通道T₁的在图2中示出的壁结构延伸超过第一温度调节通道T₁的整个尺寸，这已是所描述的方法中的要求。相反，如果第一温度调节通道T₁局部地或完全地设置在成形工具的部分中——这基本是可以的，则只有具有接触表面的半个成形工具的温度调节通道部分包括具有此构思的感应体就足够了。

温度调节通道T₁、T₂以未在图中详细示出的方式各自连接到不同的温度调节单元上，以传输温度调节流体。感应体9连接到用于将操作感应体所需的电流供应到感应体9的电流供应单元上。电流供应单元和温度调节单元连接到用于控制由注射模具1实施的注射过程的控制单元上。

成形工具2、2.1通过第二温度调节通道T₂被调节到其执行相应的注射成形过程所需要的基本温度。基本温度取决于待执行的注射成形过程。此温度例如是80℃。第一温度调节通道T₁用于将接触表面5的温度调节到偏离所选择的基本温度的温度。温度调节通道T₁与接触表面5以小距离间隔开的设置对于短的加热时间具有积极作用，使得接触表面5可以被非常迅速地加热到高于成形工具2的基本温度的温度。此加热过程能够同时加热接触表面4。成形工具2也可以用于加热接触表面4、5，使得温度高于成形工具2、2.1的基本温度的温度调节流体可以流过第一温度调节通道T₁。以此操作模式可以通过操作感应体9在接触表面4、5上产生短时间的温度峰值。也可以通过给第一温度调节通道T₁供应温度低于成形工具2的所需的基本温度的调节流体来使用第一温度调节通道T₁。在此实施例中，接触表面4、5可以通过感应体被有效地加热并且也可以通过停止感应体并且向温度调节通道T₁供应相对较低温度的调节流体而被有效地冷却，这也缩短了周期。周期缩短还可以通过以下事实实现：在如图所示的构思中，成形工具2具有由流过第二温度调节通道T₂的流体引入的确定的基本温度，并且因此加热过程的执行由基本温度而非周围环境温度开始。根据前述描述可以看出的是在示出的实施方式示例中，第一温度调节通道T₁加热或冷却的不是整个成形工具2，而只是成形工具2的相邻于接触表面4、5的边缘区域。

通过参考实施方式示例在图中描述了本发明。也可以将容纳感应体的第一温度调节通道仅仅与成形工具的各个接触表面区域相关联。也可以将第一温度调节通道分成两个或更多温度调节回路，使得成形工具的不同接触表面或接触表面区域可以因此被独立地加热或冷却。如在实施方式的示例中所描述的，成形工具也可以只包括第一温度调节通道，而不是使用第一和第二温度调节通道，以便利用本发明的一些优势。

特别适当的是如前述的能够形成感应体，使得感应体可以通过化学或电化学固定，或沉积工艺集成在现有温度调节通道中。以此方式，感应体也可以形成在具有复杂几何形状的成形工具的温度调节通道中。

支撑感应体的层的形成以及感应体层自身的形成已经作为示例在上文中进行了描述。其它沉积或固定方法以及其它材料也可以用于形成所述层。例如，电介质层也可以由环氧树脂、漆形成，或通过用清洗粘剂清洗集成在钢材料中的温度调节通道而形成，其中清洗接合剂在钢表面上产生氧化层，该氧化层由于其介电特性可以被用作电绝缘体。从描述中可以看出，以实施方式示例的方式沉积的薄的导电层仅用于通过电镀工艺(galvanic transfer)来沉积感应体层。如果这在使用不导电的零件材料时是不需要的，则设置这种中间层是无用的。

在形成感应体时覆盖温度调节通道能够同时保护温度调节通道免受腐蚀。

在权利要求的框架内对于本领域普通技术人员来说将具有本发明的很多其它扩展方案，(在此)没有进行任何详细描述。

参考列表

1     注射模具

2，2.1成形工具

3     形腔

4     接触表面

5     接触表面

6     成形工具的主体

7     电介质层

8     薄的导电层

9     感应体

T₁    第一温度调节通道

T₂    第二温度调节通道

Claims (7)

1.成形工具，所述成形工具由导电金属制成，所述成形工具具有成形接触表面(4，5)，包括：第一温度调节通道(T₁)，所述第一温度调节通道(T₁)集成在所述工具(2，2.1)中，距离所述成形接触表面一段最短的距离，并且流体流过所述第一温度调节通道(T₁)；以及第二温度调节通道(T₂)，流体流过所述第二温度调节通道(T₂)，并且与所述第一温度调节通道(T₁)相反，所述第二温度调节通道(T₂)设置在距所述接触表面(5)较远距离处，其特征在于，感应体(9)形式的电导体设置在所述第一温度调节通道(T₁)的内壁处，在用作感应体的导电体和成形工具的本体之间插入覆盖所述第一温度调节通道(T₁)的电介质层。

2.根据权利要求1所述的成形工具，其特征在于，所述感应体层(9)构造为环形导体。

3.根据权利要求1所述的成形工具，其特征在于，所述电介质层(7)实现为微米级覆盖物或纳米级覆盖物。

4.根据权利要求1所述的成形工具，其特征在于，实现为微米级覆盖物或纳米级覆盖物的薄的导电层(8)设置在所述电介质层(7)和所述感应体层(9)之间。

5.根据权利要求1所述的成形工具，其特征在于，所述感应体层(9)是通过电镀工艺沉积的铜层。

6.根据权利要求1所述的成形工具，其特征在于，所述第一温度调节通道(T₁)连接到传输温度调节流体的温度调节单元，并且所述感应体层(9)连接到用于操作所述感应体(9)的电流源单元，所述温度调节单元和所述电流源单元连接到用于控制所述两个单元的控制模块。

7.根据权利要求6所述的成形工具，其特征在于，所述第二温度调节通道连接到第二温度调节单元，所述第二温度调节单元连接到用于控制所述温度调节单元的所述控制模块。