CN107206635A - 用于制造由塑料材料制成的部件的模具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造由塑料材料(MP)制成的部件的模具(1)，包括第一元件(3)和第二元件(4)，第一元件和第二元件在模具(1)的闭合位置上形成对应于待制造的部件(2)的模腔(5)，其中，第二元件(4)包括至少一个用于在部件(2)中实现模制开孔的系统(6)，该系统(6)包括至少一个形成最终部件(2)的开孔模的构件(7)，该构件(7)能够相对于第二元件(4)在模具(1)的闭合方向上，在缩进位置和伸出到模腔(5)中的伸出位置之间移动。该系统(6)包括至少一个使处于伸出位置的构件(7)相对于第一元件(3)定位的定位装置(8)，该系统(6)的尺寸被设置为使得当构件(7)处于伸出位置时，构件(7)的顶靠在塑料材料(MP)上的顶靠表面与第一元件(3)之间的距离能够形成具有可重复实现的厚度的薄的塑料材料残留层。

Description

用于制造由塑料材料制成的部件的模具
技术领域
本发明涉及通过模制来制造塑料材料部件、尤其是包括开孔的部件的技术领域。
特别地，所述部件可以是但不限于机动车结构部件，例如：技术性前脸(faceavant technique)、翼子板支架(support d’aile)和地板。
该类型的部件的特点在于包括贯穿的开孔，并同时必须保持良好的机械强度。
背景技术
为了获得塑料材料部件，已知使用模制的方法，例如压缩模制和/或注射模制和/或挤压模制。
在模具中进行的热压压缩模制一般通过模具的活动元件(由压机致动)相对于模具的固定元件的移动来实现，这些元件通常由钢制成。
通常，在压缩模具中布置由塑料材料片构成的加载平面(plan de chargement)，其中所述塑料材料片通常为所谓SMC(片状模塑料，英文为“sheet moulding compound”)的复合材料。
然后致动压机以闭合模具。这被表述为：模具下降(闭合)，直至闭合位置。
然后继续致动压机，以将模制压强传递给塑料材料。这被表述为：模具处于压缩阶段。塑料材料因此能够流动，并形成模具模腔的形状。
最后，在所谓“固化”的阶段时，塑料材料聚合，以形成最终的部件。
为了在最终的部件中实现开孔，可以考虑设计带有开孔模(即针对每个开孔的用于模制的局部形状)的模具。
例如，模具可以包括冲头(broche)，该冲头在模具的一个会在模具闭合时与另一元件接触的元件上，并位于模腔的周边且不与加载平面相对，该冲头具有所期望的开孔的形状。
然而，在塑料材料流动时，增强纤维优先根据流动的方向来取向，因此增强纤维会围绕冲头，相互连接构成再次粘合线(ligne de recollement)。因此，不能再控制纤维的随机取向。这导致增强纤维的优先取向，这会造成部件各向异性，部件因此会沿所受的力的不同方向具有不同的机械性能，这会在最终的部件的某些区域中导致低于需求的坚固性。并且，再次粘合线一般不包括增强纤维。
这就是为什么为了获得包括贯穿的开孔的塑料材料部件，必须首先模制塑料材料部件，然后在从模具中取出来之后，再用其他设备来实现二次开孔，例如通过机械加工或在所期望的位置处冲压以形成贯穿的开孔。
因此，除了模制设备，所必需的设备应包括集成在部件制造周期中的机械加工单元或冲孔系统。这种设备成本高昂，并且增加了周期时长，并导致产生来自于所去除的材料的边角料和粉尘。
为了避免该再加工步骤，已知一种允许借助于活动冲头来实现模制开孔的模具。所述冲头由液压缸来致动。这些冲头在塑料材料流动之后但在其聚合之前下降到模腔中。
然而，这种原位模制系统会因为使用而磨损过多，这是因为冲头会撞击与之面对面的模具的表面，并与磨损性的增强纤维摩擦。因此，冲头和模具会受损。
为了不损坏这些冲头，已知一种模具，该模具在模腔中在活动冲头的对面包括可更换的易损件(有时也被称为“固定的反冲头”)，该易损件在其受损严重的时候能够被从模具中取出和更换。
另一用于避免损坏冲头(活动的或固定的)的技术在于在模具的闭合位置上在冲头和与之面对面的模具的表面之间留出最小间隙。该最小间隙被调整为使得能够在模具的两个部分之间保持最小距离，并考虑到部件厚度的生产偏差(例如0.4mm)，尤其是当部件厚度极小时。由此，材料在厚度上没有被完全推出去，而是在开孔的底部残留有一层材料，该残留的材料层的厚度对不同部件是不同的。该残留层之后在附加的生产步骤中被去除。在模制时，存在所模制的部件的厚度偏差，该厚度偏差与工业方法因参数不同而产生的变化有关，上述参数包括例如材料的使用量。因此，考虑到材料的密度、使用量和压机工作情况的变化，残留层会在0.2至0.6mm之间变化。因此，必须设置重要的机械动作，以去除该残留层。例如，可能需要使用能够钻孔、磨削或铣削的重型设备。并且，这些设备包括由于其磨损或损坏而必须定期更换的工具(钻头、砂轮、铣刀)。最后，这些工具会伴有相对于待模制的开孔对齐的问题。
发明内容
本发明的目的在于通过提供一种用于制造塑料材料部件(例如：机动车结构部件)的模具来解决这些缺陷，该模具允许直接在模具中实现被非常薄的、具有可控厚度为大约0.1mm的残留层阻塞的开孔。由此，当所述部件安装在机动车上时，这些开孔将成为贯穿的。
由此，本发明涉及一种用于制造塑料材料部件的模具，该模具包括第一元件和第二元件，这两个元件在模具的闭合位置上形成对应于待制造的部件的模腔。第二元件包括至少一个用于在部件中实现模制开孔的系统，所述系统包括至少一个用于形成最终部件的开孔模的构件，所述构件能够相对于所述第二元件在缩进位置和伸出到所述模腔中的伸出位置之间移动。所述系统包括至少一个定位装置，该定位装置用于使处于伸出位置的所述构件相对于第一元件定位，所述系统的尺寸被设置为使得，当所述构件处于伸出位置上时，所述构件的顶靠在塑料材料上的顶靠表面与第一元件之间的距离能够在开孔的底部形成具有可重复实现的厚度的薄的塑料材料残留层。
符合本发明的模具由此能够直接在模具中实现被残留层阻塞的开孔，该残留层如此之薄，使得能够通过简单的机械动作来去除该残留层。
此外，无论部件的实际厚度如何，该残留层的厚度都是固定的，所以可以保证该用于去除每个部件每个孔的残留层的简单的机械动作。
并且，由于模具中所用的机械元件在闭合时不相互接触，所以符合本发明的模具在实现开孔时不会受损。
根据本发明，定位装置能够相对于与处于伸出位置上的构件面对面的固定元件的表面定位该构件的顶靠表面。
根据一个实施例，定位装置包括至少一个设有至少一个机械止动件的活动板，该活动板相对于第二元件是可移动的。
在模具的压缩阶段，机械止动件可以顶靠在第一元件上。此外，该机械止动件和活动构件的尺寸被有利地设置为使得：当活动构件处于伸出位置上时，该构件的顶靠在塑料材料上的顶靠表面与第一元件之间的距离不为零且小于0.2mm，优选地大致等于0.1mm。
本发明还涉及借助于符合本发明的模具来制造包括至少一个开孔的塑料材料部件的方法，该方法包括至少以下步骤：
将塑料材料布置在模具的模腔中；
闭合模具；
压缩模腔中的塑料材料，直至待模制部件的标称尺寸；
在塑料材料流动之后但在塑料材料聚合之前，使定位装置下降到直至止动件与模具的元件接触；
打开模具，退出部件；以及，
去除在由冲头产生的开孔中形成的残留层。
根据本发明，可以借助于喷丸方法、喷射CO2晶体、用水流、压缩空气或刷子清洗来去除残留层。
附图说明
通过阅读示例性地而绝非限制性地提供的附图，本发明将更易于理解。在这些附图中：
图1A示出了一个符合本发明的处于闭合位置的模具；
图1B示出了一个符合本发明的处于打开位置的模具；
图2示出了处于打开位置的符合本发明的模具的一部分；
图3示出了处于压缩阶段的符合本发明的模具的一部分；
图4示出了处于压缩阶段并处于冲头下降位置的符合本发明的模具的一部分；
图5示出了在压缩之后处于打开位置的符合本发明的模具的一部分。
具体实施方式
现在参照图1A和图1B，这些附图示出了一个符合本发明的用于制造由塑料材料MP制成的部件2的模具1。模具1包括第一元件3和与之面对面的第二元件4，根据图1A和图1B的示例，第一元件是固定的，而第二元件则是活动的。这两个元件在模具1处于闭合位置上时形成对应于待实现的部件2的模腔5。
闭合位置被定义为活动元件4下降时的第一位置，在该位置上，活动元件4与被引入到模具中以模制部件2的塑料材料MP接触。因此，在闭合初始时，模具1的两个元件3、4之间存在空间并因此存在压缩阶段所必需的材料的自由容积。
第二元件4包括至少一个用于在部件2中实现模制开孔的系统6。该系统6包括：
-至少一个形成开孔模的构件7，即针对每个开孔的用于模制的局部形状，该构件7能够相对于第二元件4在模具1的闭合方向上在缩进位置(在第二元件4中)和伸出位置(进入到模腔5中)之间移动；以及，
-至少一个定位装置8，用于使构件7处于伸出位置时相对于第一元件3定位。
“开孔”指的是至少在其几乎整个的厚度上具有材料镂空的区域。根据本发明，刚从模具中取出时开孔包括阻塞该开孔的残留层。
相反地，在最终的部件上，开孔被称为是贯穿的，这是因为已经去除了该残留层。由此，贯穿的开孔是在其整个厚度上具有材料镂空的区域。
构件7能够相对于第二元件4平移地移动：如附图所示，该构件被设置为在第二元件4中例如沿着模具1的闭合方向滑动。
构件7包括表面7a，该表面构成顶靠在模具模腔5中的塑料材料MP上的顶靠表面。构件7在顶靠表面7a最远离固定元件3时的位置被称为“缩进位置”。在该缩进位置上，表面7a优选地相对于形成模腔5的元件4的表面是缩进的(如图2、图3和图5)。顶靠表面7a还可以被布置为与模腔表面平齐(如图1A和图1B)，以免改变模具1的模腔的容积。相反地，构件7在顶靠表面7a最接近固定元件3时的位置被称为“伸出位置”。实际上，在该伸出位置上，表面7a位于模腔5中。
根据附图中所示出的具体实施例，构件7可以是冲头，即杆，例如是金属的，高度为D1。高度D1极其接近部件2的厚度。
冲头7包括参照图1B被称为上表面的表面和参照图1B被称为下表面的另一表面7a。下表面7a构成顶靠在模具模腔中的塑料材料MP上的顶靠表面。该表面7a的形状对应于期望在部件2中实现的开孔的形状。
定位装置8能够在构件7处于伸出位置时将构件7的顶靠表面7a定位在相对于与之面对面的固定元件3的表面的固定距离处，该固定距离对于不同开孔是恒定的，并且对于不同部件(在生产偏差方面)是可重复实现的。
如图1A所示，定位装置8例如包括：至少一个活动板9，该活动板构成构件7的驱动板，并设有至少一个机械止动件10。活动板9与活动构件7连接，使得活动构件7能够在第二元件4的厚度中在其缩进位置和伸出位置之间移动。
根据附图的实施例，活动板9大致垂直于模具1的闭合方向。板9相对于第二元件4可平移地移动。该板被设置为沿着模具1的闭合方向移动。
板9在其面对模腔5的一面上设有活动冲头7。板9在其周边不面对模腔5处设有至少一个机械止动件10。该平行于模具1的闭合轴线的止动件10具有长度D2。当模具1处于闭合位置上，止动件10最初不与模具的另一元件3接触。相反地，在模具1的压缩阶段，活动板9下降到直至止动件10通过顶靠表面10a顶靠在第一元件3上。由此，与元件3和4彼此的相对位置相独立地，止动件10将板9定位在相对于元件3的固定距离处，并由此将处于伸出位置的冲头7定位在相对于元件3的固定距离处。
实际上，构件7的顶靠表面7a与模腔中的固定元件3的表面(与构件7面对面的表面)之间的距离仅参照固定坐标(cote)来设定，而不是参照模腔中的塑料材料的厚度来设定，因此不是参照活动元件4的位置来设定。该距离实际上仅取决于：
-顶靠表面7a与活动板9之间的距离D1；
-机械止动件的顶靠表面10a与活动板9之间的距离D2；
-与止动件10接触的元件的接触点的坐标与元件3的与冲头7面对面的表面的坐标之间的距离D3。要注意的是，该距离可以是零。
由此，系统6的尺寸被设置为使得在模具1的压缩阶段且活动构件7处于伸出位置上时，构件7顶靠在塑料材料上的顶靠表面与第一元件3之间的距离允许形成薄的塑料材料残留层。由此，止动件10和冲头7的尺寸、尤其是距离D2和距离D1被设置为使得在模具1的压缩阶段且冲头7处于伸出位置上时，冲头7的顶靠表面与第一元件3之间的距离不为零且小于0.2mm，优选地大致等于0.1mm。
由此，冲头7在部件2上形成包括薄的残留层的开孔，该层大约为0.1至0.2mm。
参照图3，处于伸出位置上的冲头7的顶靠表面7a与元件3之间的距离被记为DF。
DF＝D2–D1–D3
并且期望：DF＝0.1mm。
根据所述示例，板9与冲头7的上表面连接。可以理解地，板9可以与冲头7的其他位置连接，并且本领域的技术人员能够调整冲头7和止动件10的尺寸以满足顶靠表面7a与元件3之间所要求的最小尺寸DF。
明显地，模具1包括数量与部件2所必须包括的开孔的数量相同的冲头7。这些冲头7可以每个都由不同的板9来承载，或优选地，由同一块板9来承载，或由一组板9来承载，其中每个板9都承载多个活动冲头。
根据一个优选的实施例，系统6包括承载一组冲头7和至少一个止动件10的板9。
根据一个实施例，当构件7处于缩进位置上时，构件7的表面7a相对于构成模腔5的元件4的表面是缩进的。由此，在压缩阶段初始时，流动的塑料材料MP进入到在顶靠表面7a与模腔5之间形成的容积中。当构件7移动到伸出位置上时，该材料被赶到模腔5中。如果模腔已经被充满，那么活动元件4就上升，在模腔5中释放出该塑料材料所必需的容积。
相同地，当构件7处于缩进位置上时，杆10优选地收缩在活动元件4中。
本发明还涉及借助于符合本发明的模具1来制造由塑料材料MP制成的、包括至少一个开孔的部件2的方法。图2至图5示出了符合本发明的方法和模具1的运行模式。
符合本发明的方法包括至少以下的步骤：
-将塑料材料MP布置在模具1的模腔5中(如图2)；
-闭合模具(如图1)，压缩模腔中的塑料材料MP(如图3)直至待模制的部件2的标称尺寸；
-在塑料材料MP流动之后但在塑料材料MP聚合之前，使定位装置8下降到直至止动件10与模具的元件3接触(如图4)，活动冲头7因此处于其伸出位置上，且与元件3保持固定并且恒定的距离，该距离允许在开孔的底部形成可重复实现(对于不同的部件)的薄残留层；
-打开模具，退出部件2；以及，
-去除在冲头7产生的开孔中形成的残留层，例如借助于喷丸方法、喷射CO2晶体、用水流、压缩空气或刷子清洗。
由此，系统6在模具闭合步骤时下降，即与活动元件4的下降步骤并行。系统6可以暂时地与活动元件4联动地连接(以跟随活动元件的移动)，或被控制为在活动元件4朝固定元件3下降时伴随活动元件4移动。
活动元件4与材料接触，在模具1的两个元件3、4之间留下空间(间隙)。塑料材料MP随后被压缩，并因此开始在模腔5中流动。由于工业生产中实际引入到模腔5中的塑料材料的量上存在不确定性，因此模具中的材料的厚度存在偏差，所以，模具1的两个元件3、4之间的空间具有变化的尺寸。
在塑料材料MP开始聚合(即固化)前，定位装置8独立于活动元件4地下降，并带动构件7与其一起移动，直至顶靠在固定元件3上。定位装置8的该移动、进而构件7的该移动因此是独立的，不与活动元件4的移动联动。要注意的是，活动元件4可以继续相对于固定元件3移动。实际上，由于填充模腔的材料的流动，该活动元件4会具有位置的变化。元件4进一步下降，直至模腔完全被充满，或者活动元件4在被进入到材料厚度中的冲头7所占据的体积所推到模腔中的塑料材料的作用下上升。

Claims (7)

1.一种用于制造由塑料材料(MP)制成的部件(2)的模具(1)，该模具包括第一元件(3)和第二元件(4)，所述第一元件和所述第二元件在所述模具(1)的闭合位置上形成对应于待制造的所述部件(2)的模腔(5)，其中，所述第二元件(4)包括至少一个用于在所述部件(2)中实现模制开孔的系统(6)，所述系统(6)包括至少一个形成最终部件(2)的开孔模的构件(7)，所述构件(7)能够相对于所述第二元件(4)在缩进位置和伸出到所述模腔(5)中的伸出位置之间移动，其特征在于，所述系统(6)包括至少一个定位装置(8)，所述定位装置(8)用于使处于伸出位置的所述构件(7)相对于所述第一元件(3)定位，所述系统(6)的尺寸被设置为使得当所述构件(7)处于伸出位置上时，所述构件(7)的顶靠在所述塑料材料(MP)上的顶靠表面(7a)与所述第一元件(3)之间的距离能够形成具有可重复实现的厚度的薄的塑料材料残留层。
2.如权利要求1所述的模具(1)，其中，所述定位装置(8)能够在所述构件(7)处于伸出位置时将所述构件(7)的顶靠表面(7a)相对于与所述构件(7)面对面的所述固定元件(3)的表面定位在固定距离处。
3.如上述权利要求中任一项所述的模具(1)，其中，所述定位装置(8)包括至少一个设有至少一个机械止动件(10)的活动板(9)，所述活动板(9)能够相对于所述第二元件(4)移动。
4.如权利要求3所述的模具(1)，其中，所述机械止动件(10)在所述模具(1)的压缩阶段顶靠在所述第一元件(3)上。
5.如权利要求3或4所述的模具(1)，其中，所述机械止动件(10)和所述活动构件(7)的尺寸被设置为使得，当所述活动构件(7)处于伸出位置上时，所述构件(7)的顶靠在所述塑料材料上的顶靠表面与所述第一元件(3)之间的距离不为零且小于0.2mm，优选地大致等于0.1mm。
6.制造由塑料材料(MP)制成的部件(2)的方法，该部件包括至少一个开孔，该方法借助于如权利要求1-5中任一项所述的模具(1)，所述方法包括至少以下步骤：
-将塑料材料(MP)布置在模具(1)的模腔(5)中；
-闭合模具(1)；
-压缩模腔(5)中的塑料材料(MP)，直至待模制部件(2)的标称尺寸；
-在塑料材料(MP)流动之后但在塑料材料聚合之前，使定位装置(8)下降到直至止动件(10)与模具元件(3)接触；
-打开模具，退出部件(2)；以及，
-去除在冲头(7)产生的开孔中形成的残留层。
7.如权利要求6所述的方法，其中，借助于喷丸方法、喷射CO2晶体、用水流、压缩空气或刷子清洗来去除残留层。
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