CN107580541B - 成型工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于由可膨胀塑料珠制造成型件的成型工具(1)，其中所述成型工具(1)具有朝向所述成型件的内壁(10)以及背离所述成型件的外壁(12)，在所述内壁与所述外壁之间构建有用于输送加热/冷却介质(K)的空腔(11)，且所述内外壁局部地借助间隔件(13)而相连，其中在所述间隔件内构建有用于输送蒸汽的贯穿孔(130)，所述贯穿孔贯穿所述内外壁(10，12)并且与所述空腔(11)隔绝。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于由可膨胀塑料珠制造成型件的成型工具，其中所述成型工具具有朝向所述成型件的内壁以及背离所述成型件的外壁，在所述内壁与所述外壁之间构建有用于输送加热/冷却介质的空腔，且所述内外壁局部地借助间隔件而相连。
背景技术
本文开篇所述类型的用于由可膨胀塑料珠，如可膨胀聚丙烯(EPP)或可膨胀聚苯乙烯(EPS)，来制造成型件的成型工具，已为人熟知。
在传统方案中，这种成型工具由共同构成一个型腔的至少两个成型工具部分组成，在该型腔中，通过加热和部分熔接相邻的塑料珠来从充填塑料珠产生成型体。通常以冷却半个成型件的方式将预定量的塑料珠送入封闭的型腔，随后通过导入大量水蒸气将成型工具部分以及容置在型腔中的塑料珠加热至适宜温度，如约140℃至145℃。随后，在打开成型工具部分后将成型件取出前，通过从型腔背侧出发喷射大量冷却水来将事先以较大难度加热的工具重新冷却至约60℃至70℃的温度。在这个有效的方法中，成型工具由通常为金属的材料以实心程度很高的方式制成且在其背离型腔的外侧具有尺寸较大的蒸汽室，以确保顺利地将成型工具和布置在型腔内的塑料珠加热至足够的程度，蒸汽必须完全穿过这些塑料珠，以确保均匀地熔化在一起。相应地，不仅所使用成形工具较为复杂，而且还需要大量的蒸汽和冷却水，这一点极其不利于已知设备的能量平衡，此外，由于累积大量的水而对这类成型机的安装地点提出特别的要求。
因此，此前已通过各种方式尝试过对这类成型工具进行优化。
由创新型的DE 29 36 273 A1已知一种用于由预发泡塑料颗粒制造成型体的两分式金属模具，其金属壁部构建为双层壳体式且借助间隔件而彼此间隔，其中在双层壳体内构建有空腔，这些空腔在一个成型工具部分中用于输送加热/冷却介质且在相对布置的成型工具部分中用于将蒸汽送入型腔。但这个已知成型工具的缺点在于，仅能对相应的成型工具部分施加一种介质，也就是说，在一个成型工具部分的区域内实施蒸汽导入，而在另一成型工具部分的范围内借助加热/冷却介质实施调温，因此，用这类成型工具所制造的部件只能呈薄壁状，否则既无法确保足够的调温，又无法用蒸汽充分地穿透成型件。因此，该已知成型工具仅适用于极其有限的应用领域，且无法替代前文提及的用于制造任意成型体的不利的标准成型工具。
发明内容
因此，本发明的目的是克服现有技术中缺点并且提出一种成型工具，其能够在明显加快循环时间的同时，以低得多的能耗合理地由可膨胀塑料珠制造具有较高品质的成型体。
本发明用以达成上述目的的解决方案为，提出具有权利要求1的特征的成型工具的设计方案。
本发明的有利设计方案和改进方案参阅附属权利要求。
本发明提出，所述成型工具在所述间隔件内具有用于输送蒸汽的贯穿孔，所述贯穿孔贯穿所述外壁和内壁并且与所述空腔隔绝。
采用上述方式后，既能使得加热与冷却介质流过成型工具，也就是在内外壁之间的空腔的区域内流过，以便对这个成型工具进行调温，同时又能以不存在与加热与冷却介质发生混合的危险的方式将用于对成型工具和在成型工具内形成的成型件进行调温的蒸汽穿过该成型工具的贯穿孔。这样就能制造相对现有技术而言尺寸小得多的成型工具，此外，通过所述贯通孔的相应布置方案，就能在成型工具的所有位置上几乎任意地导引加热与冷却介质以及蒸汽，特别是将其适宜地保持和施加在待制造成型件的关键位置上，例如材料较厚与较薄位置和类似位置上。
根据本发明的建议，所述间隔件根据网格的样式以规则的距离布置，从而在成型工具中构建相应较大数目的用于输送蒸汽的贯穿孔。
此外，所述间隔件特别是在根据网格的样式以规则的距离布置的情况下也可以用作用于可穿过所述空腔的加热/冷却介质的分流器，从而良好且均匀地混合这个加热/冷却介质、均匀地调节温度分布，以及确保传热良好。
可以大体相互平行且以恒定距离布置所述内外壁，其中所述间隔件可以垂直于所述内外壁。这样就能将本发明的成型工具保持得非常紧凑。
本发明进一步提出，在相邻的间隔件之间和所述内外壁的朝向所述空腔的表面之间均构建有用于所述加热与冷却介质的圆形通流孔，这一点特别使得所述间隔件例如呈柱状。间隔件例如具有圆的横截面。
本发明进一步提出，所述贯穿孔在所述间隔件内从所述外壁出发朝所述内壁呈锥形地一端渐细，这样就能通过成型件空腔一侧上的自动清洁效应实现更强的稳定性。此外，待制造成型件的表面品质也因这个措施而得到极大改善。
所述贯穿孔例如可以从1.5mm至2mm的外径呈锥形地一端渐细至0.3mm至5mm。
本发明的成型工具的内外壁可以实施为超薄壁，例如壁厚为0.3mm至3mm。
所述内外壁之间的空腔同样可以实施得极低，例如净高度为2mm至12mm，优选3mm至6mm。
根据本发明的建议构建为柱状的间隔件的直径可以为4mm至6mm，并且可以呈网格状地以相等的距离彼此间隔，其中相邻间隔件的距离可以设置为约5mm至25mm。
此外，在所述外壁的背离所述空腔的外侧上也可以成型有与所述贯通孔连通的蒸汽室，所述蒸汽可以从所述蒸汽室直接通入所述贯穿孔并且从该处通入所述成型件空腔。
同样可以将这个蒸汽室保持得非常紧凑且该蒸汽室的净高度例如为2mm至4mm。
此外，本发明的成型工具的内壁可以配设有数个毛细通道，所述毛细通道从朝向所述成型件的内表面延伸进所述空腔。这些毛细通道的直径可以为0.1mm至1.0mm，例如为0.3mm。用这种成型工具就能有效地防止在成型件制造期间因积累的冷凝液形成楔形区。
在对装入型腔的可膨胀塑料珠进行气相沉积时，必然会导致在内壁的朝向随后的成型件的表面上的冷凝液滴下。根据本发明，这个冷凝液因毛细作用被送入毛细通道。一旦基于气相沉积形成成型件，这个成型件便朝内壁的表面膨胀且将冷凝液进一步排挤进毛细通道，冷凝液从这些毛细通道出发通入空腔，并且过渡至随后穿过空腔的加热与冷却介质。另一方面，加热与冷却介质在穿过空腔时无法通过毛细通道通入型腔，因为经膨胀的成型件在型腔中将毛细通道密封地封闭。
可以根据本发明的另一建议特别是整体地由烧结金属来制造本发明的这种成型工具，从而以简单的方式制造如前文所阐述的较小壁厚和特殊几何形状。特别是可以应用选择性激光烧结(SLS)来由适宜的材料在一个工序中整体地制造本发明的具有在呈柱状的间隔件内延伸的贯穿孔的这种成型工具。为此，特别是使用适宜的金属粉末。
附图说明
下面结合示出实施方式的附图对本发明的其他设计方案和细节进行详细说明。其中：
图1为本发明的成型工具的阶梯状截面；
图2为图1所示成型工具的其他视角的截面的放大图。
具体实施方式
由图1和图2可见本发明的成型工具的，更确切地说是本发明的成型工具的一个成型工具部分的实施方式，该成型工具部分与在此未绘示但原则上结构类似的另一成型工具部分共同作用来限制型腔，可以在该型腔中以已知方式由可膨胀塑料珠制造成型件。
下文中同样简单地称为成型工具的成型工具部分总体用参考符号1表示且包括朝向成型件和型腔的内壁10以及背离成型件的外壁12，内外壁借助呈柱状的间隔件13而彼此间隔地定位，使得在间隔件13之间构建有贯通式空腔11。
间隔件13以规则的方式且特别是呈网格状布置，其中这些间隔件布置在图1中示例性地用L1和L2表示的线上，其中L1的几个间隔件如此地布置，使得间隔件在相邻的线L2上均以一半的距离错开布置。所有线L1、L2均为平行的。相邻间隔件之间的距离为约5-25mm。
通过将这些例如直径为4mm至6mm的间隔件设计为柱状，在内壁10与外壁12的朝向空腔11的表面之间以及在间隔件13之间各留下一个圆形通流孔14。因此，在图2中用箭头K表示的加热与冷却介质能够在空腔11内循环，以便在成型件制造期间和成型件制造前后将成型工具的表面加热或冷却至期望的温度。加热与冷却介质环流规则地布置在网格中的间隔件13且这些间隔件用作分流器，从而将加热与冷却介质K均匀分配且使其良好地循环。未绘示出用于加热与冷却介质的接头，但可以将其设置在适宜的位置上。
在发泡过程结束后将冷却介质，如水穿过空腔的情况下，通过上述设计方案就能对所示成型工具实施随形冷却。以这种方式就能相对基于喷雾干燥的已知工艺大幅减少冷却水用量，并且使得具有本发明的成型工具的自动成型机中不再有明显的冷却剂排放，从而实现接近干燥的工作方式。以这种方式就能将冷却水用量减少最多75％。
此外，在每个柱状间隔件13内均构建有一个贯穿成型工具1的内外壁10、12的贯穿孔130，其中这些贯穿孔从外表面12和此处的进入孔130a出发直至从内表面和此处的排出孔130b呈锥形地一端渐细，例如从1.5mm至2mm的初始直径减小至0.3mm至0.5mm。
因此，可以通过每个间隔件13在构建在间隔件中的贯穿孔130区域内将蒸汽D从外壁12出发朝内壁10的方向导引且从该处导入型腔，从而借助热蒸汽将以已知方式定位在型腔中的可膨胀塑料珠气相沉积并且熔化成成型件。
为蒸汽施加所设置的蒸汽室15借助以特定距离安装至外壁12壁部150而实现，其中蒸汽室的净高度HD例如为2mm至4mm。此处同样为简单起见而未绘示接头和通往蒸汽室15的输送管。
通过将贯穿孔130构建在间隔件13内，确保在空腔11内循环的冷却剂被穿过贯穿孔130的蒸汽D完全分开且完全没有任何混合，这样也能相对已知工艺大幅减小蒸汽用量。与传统工艺相比，可以容易地实现65％的蒸汽减少。
此外，由于用于蒸汽贯通的贯穿孔130如此前已说明的那样呈锥形地一端渐细，所获得的成型件的表面得到极大改善，且这种成型工具1的使用寿命得到延长，因为上述方案产生自动清洁效应并且有效防止成型件材料进入蒸汽贯穿孔130。此外，将贯穿孔130网格状地布置在规则布置的间隔件内以及用冷却介质整面通流成型工具1，就能以与待制造成型件的几何尺寸基本无关的方式有效地实施调温和气相沉积，其中当然也可以按照成型工具的特定区域内的需要而构建更多或更少数目的间隔件13和布置在这些间隔件中的用于蒸汽贯通D的贯穿孔130。
尽管成型工具的几何形状复杂，特别是可以在所谓的激光烧结法中由适宜的金属材料在一个工序中整体地一体式制造附图所示成型工具1，并且能够通过大幅减少必要的壁厚来减小成型工具质量。这样就能制造壁厚为例如0.3mm至3mm的内外壁10、12，其中所设间隔件130的数目较大，但仍然确保限制空腔的内外壁10、12的稳定性较高。因此，同样可以相对传统工艺大幅减小这种成型工具的工具重量，重量减小最多可达70％。
通过这种重量减小还可以将容置成型工具的整个机器实施得明显更小，因为待运动的质量同样得到大幅减小。
最后，由于成型工具设计得特别紧凑，用于成型件成型的必要制程时间也得到明显减少，因为加热与冷却时间与成型件中可实现的质量减小以及可实现的有效气相沉积和冷却相符地得到大幅减少。这样就已经相对传统的制造方式实现超过40％的制程时间减少。
此外，为将型腔中，特别是内壁10的表面上可能积累的冷凝液运走，可以将在此未绘示的平均直径为例如0.1mm至1.0mm，优选为0.3mm的毛细通道足够地，例如规则地布置在内壁10中，这些毛细通道延伸至空腔11并且可以用来将冷凝液运入空腔11。由此，有效地防止在成型件表面上形成楔形区。
当然，前文所阐述的成型工具特别适用于由可膨胀塑料珠制造成型件，但本发明并非仅限于此，而是也可以将上述原则用于其它适宜的成型件制造工艺。除所谓的激光烧结外，也可以应用其他制造工艺来制成本发明的成型工具。
Claims (13)
1.一种用于由可膨胀塑料珠制造成型件的成型工具(1)，其中所述成型工具(1)具有朝向所述成型件的内壁(10)以及背离所述成型件的外壁(12)，在所述内壁与所述外壁之间构建有用于输送加热/冷却介质(K)的空腔(11)，且所述内壁(10)和所述外壁(12)局部地借助间隔件(13)而相连，其中，在所述间隔件(13)内构建有用于输送蒸汽的贯穿孔(130)，所述贯穿孔贯穿所述内壁(10)和所述外壁(12)并且与所述空腔(11)隔绝，其特征在于，所述成型工具由烧结金属整体地制造，并且所述内壁(10)配设有数个毛细通道，所述毛细通道从朝向所述成型件的内表面延伸进所述空腔(11)。
2.根据权利要求1所述的成型工具(1)，其特征在于，所述间隔件(13)根据网格的样式以规则的距离布置。
3.根据权利要求1或2所述的成型工具(1)，其特征在于，所述间隔件(13)用作用于可穿过所述空腔(11)的加热/冷却介质(K)的分流器。
4.根据权利要求1所述的成型工具(1)，其特征在于，所述内壁(10)和所述外壁(12)大体相互平行且以恒定距离布置，并且所述间隔件(13)垂直于所述内壁(10)和所述外壁(12)。
5.根据权利要求1所述的成型工具(1)，其特征在于，在相邻的间隔件(13)之间和所述内壁(10)和所述外壁(12)的朝向所述空腔(11)的表面之间均构建有用于所述加热冷却介质(K)的圆形通流孔(14)。
6.根据权利要求1所述的成型工具(1)，其特征在于，所述贯穿孔(130)在所述间隔件(13)内从所述外壁(12)出发朝所述内壁(10)呈锥形地一端渐细。
7.根据权利要求6所述的成型工具(1)，其特征在于，所述贯穿孔(130)在所述间隔件(13)内从1.5mm至2mm的初始直径呈锥形地一端渐细至0.3mm至0.5mm。
8.根据权利要求1所述的成型工具(1)，其特征在于，所述内壁(10)和所述外壁(12)的壁厚均为0.3mm至3mm。
9.根据权利要求1所述的成型工具(1)，其特征在于，所述外壁(12)与所述内壁(10)之间的空腔(11)的净高度为3mm至6mm。
10.根据权利要求1所述的成型工具(1)，其特征在于，所述间隔件(13)构建为柱状且直径为4mm至6mm。
11.根据权利要求1所述的成型工具(1)，其特征在于，在所述外壁(12)的背离所述空腔(11)的外侧上成型有与所述贯穿孔(130)连通的蒸汽室(15)。
12.根据权利要求11所述的成型工具(1)，其特征在于，所述蒸汽室(15)的净高度(HD)为2mm至4mm。
13.根据权利要求1所述的成型工具(1)，其特征在于，所述毛细通道的直径为0.1mm至1.0mm。
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