CN108568936A - 一种生产以永磁铁形式呈现的复合件的成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产操作元件复合件(1，1’)的成型工艺，该工艺包括以下步骤：在一定义型腔(7)的注塑模具(6)中排列至少一个永磁铁(3，3’)，以及在预先规定的型腔(7)位置上排列一沿永磁铁(3)延伸、与注塑模具(6)相接触的导热护板(4，4’)；通过向型腔(7)中渗入模塑材料(5，5’)为永磁铁(3，3’)注塑包覆模塑材料(5，5’)；形成以至少一个永磁铁(3，3’)、导热护板(4，4’)和模塑材料(5，5’)呈现的复合件(1，1’)。

Description

一种生产以永磁铁形式呈现的复合件的成型工艺
本发明涉及一种生产操作元件复合件的成型工艺，一种按该工艺生产的复合件以及一种以复合件形式呈现的操作元件。复合件以永磁铁的形式呈现，它在定位和使用一种模塑材料(比如热塑性塑料)注塑包覆之后，成为复位件的组件。
注塑是塑料加工中一种极其经济、用途广泛的生产工艺。依据这种工艺，可以直接大量生产经济可用的成型件，通常仅在一个工序中就可以低成本地生产这些成型件。通常不需要在之后再加工成型件。由于注塑模具成本高昂，因此注塑仅适于大批量生产零件，比如为汽车工业大批量生产的零件。生产成型件时经常使用的工艺是注塑包覆部件，比如永磁铁，这时生产出来的成型件也被称为复合件。通过注塑包覆可以在复合件中实现永磁铁的准确定位，最终实现精确的操作元件功能。
在注塑包覆部件时，将部件插入所谓的型腔中。负责接收和分配模塑材料以及使复合件成型的注塑模具包括喷嘴端和顶料器端，它们通过一个分型面分隔。模塑材料借助注塑机喷嘴穿过主流道衬套注入模具中，分布在永磁铁所处的型腔中。通过这一过程产生一个包括注塑包覆永磁铁的复合件，从模具顶料器端输出复合件。在型腔内注塑包覆一个部件，比如永磁铁时，必须将部件或永磁铁固定在型腔中，这至少要通过突出的止动钩或塞子实现，它们通常靠在之后的外轮廓上。在使用液体、因此通常温度极高的模塑材料注塑包覆永磁铁时，缺点是会加热永磁铁，由此面临一个或多个永磁铁在加热至，或者甚至超过居里温度时丧失其磁性的危险。特别是强磁铁，尤其是含稀土(比如NdFeB)的磁性合金，居里温度相对较低。因此不允许将这些磁铁过度加热。通过外部的磁场有可能恢复磁性，但额外需要一个加工步骤，并带来无法强制设置规定的磁场强度，由此无法保证操作元件规定功能的风险。因此目前的永磁铁在注塑过程结束之后被插入成型件中，比如与它粘贴在一起。但这种连接不可靠，在缺乏定位精度方面需要改进。
在这一背景下，存在寻找一种生产包含至少一块永磁铁的操作元件复合件成型工艺解决方案的需求，这种工艺尽可能不影响永磁铁的磁性，尤其可以成本低廉地落实。通过依据权利要求1的工艺解决了这一任务。并列的权利要求对象是一种同样有优势的操作元件。从属权利要求的对象分别是有优势的设计方案。需要提示的是，分别在权利要求中列出的特性可能以任意、技术合理的方式相互关联，阐明本发明的其他设计方案。尤其是与图示相关联的说明，另外描述并详细说明了本发明。本发明涉及一种生产操作元件复合件的工艺，该工艺包括以下步骤。第一步在型腔内预先规定的位置上将至少一个永磁铁排列到一个定义型腔的注塑模具中，比如在注塑模具顶料器侧，以及在预先规定的位置上在型腔内排列一导热护板，这时导热护板沿永磁铁延伸排列，并在导热护板和注塑模具之间建立一接触点。在下一步中将模塑材料插入型腔中，比如通过注射，通过模塑材料注塑包覆永磁铁。粉末或颗粒状的塑料产品被理解为模塑材料，它们构成模塑成型的初级产品，在特定温度范围内，通过压力可以不产生碎屑地使它们形成成型件。模塑材料另外包含粘结剂(比如酚醛树脂、氨基塑料)、填充剂和强化剂(比如玻璃、碳和硼纤维、浆糊、滑石粉、岩石、石英和木粉、金属粉末、炭黑、纤维素))和添加剂(比如颜料、滑润剂)。优先采用不会硬化的热塑性模塑材料(热塑性塑料)，它们可以熔化，通常以粉末或颗粒的形式存在。比如涉及一种或多种聚烯烃，比如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)，聚苯乙烯(PS)以及耐冲击的苯乙烯异分子共聚物，包括丁二烯(SB)，丙烯腈(SAN)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，聚氯乙烯(PVC)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚酰胺(PA)，聚缩醛(聚甲醛，POM)，线性聚氨酯(PUR)，聚对苯二甲酸乙二酯(PETP)，聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT)以及聚碳酸酯(PC)和纤维素酯，比如醋酸纤维素(CA)和醋酸丁酸纤维(CAB)。
根据另一项优先采用的设计方案，规定使用一种可硬化的热固性模塑材料(热固性材料，热固性塑料)。这时涉及由可硬化合成树脂(粘结剂)和填充剂及强化剂(树脂载体)的混合物。粘结剂是指苯酚-(PF-)、尿素-(UF-)、三聚氰胺-(MF-)、环氧树脂-(EP-)、不饱和聚酯-(UP-)树脂；木粉、纤维素(粉或纤维)、织物丝、碎布片、石粉、云母、石棉、玻璃和塑料纤维可以作为树脂载体。粘结剂和树脂载体一起决定了模塑材料和由此生产出的成型件的性能。在通过注塑加工成成型件和热固性塑料半成品(比如层压塑料)时，在热和压力作用下使可硬化的模塑材料成型，同时通过化学转化硬化；无法重新熔化已硬化的模塑料。热固性模塑材料(按粘结剂和树脂载体分级)与热塑性塑料相比典型的特点是刚性、表面硬度、耐燃性以及耐热性和耐溶剂性。
根据本发明，在沿永磁铁延伸注塑包覆时，设置了一导热护板，下面简称护板，它与注塑模具形成接触点。根据本发明，通过模塑材料的注塑包覆，借助模塑材料的凝固，形成至少一块永磁铁、导热护板和以模塑材料呈现的复合件。比如在复合件中它是操作元件的支架，或者操作元件的手柄，比如摇杆。
按照本发明，与护板有关的导热被理解为较模塑材料更高的导热能力，比如超过0.1W/(mxK)。护板的导热能力最好较永磁铁更高，比如高于5W/(mxK)，最好高于10W/(mxK)，通常高于20W/(mxK)，比如45W/(mxK)更佳。与注塑模具有接触点的导热护板负责从永磁铁周围的区域向模具中有效地导出热量，该模具通常由金属、可充分导热的材料组成，在注塑包覆期间因其低热阻而可以有效地排热。通过护板可以避免将永磁铁加热至模塑材料温度。由此避免影响永磁铁的磁性。
永磁铁被理解为一种由硬磁性材料，比如由铁、钴、镍或特定铁氧体组成的合金制成的磁铁。比如涉及的是铝-镍-钴磁铁。AlNiCo由含铝、镍和钴作为主合金元素的铁合金组成。比如采用由铋锰磁性合金，一种由铋、锰和铁组成的合金或铁比例为20-25％的钐-钴合金制成的磁铁。优先采用由硬磁性铁氧体制成的永磁铁。采用钕-铁-硼合金、钕-铁-硼(NdFeB)作为永磁铁材料尤佳，可以以能够接受的成本获得极强的磁铁。通过依据本发明的工艺，可以在不添加成本高昂的镝的情况下克服最高60–120℃的低使用温度的劣势。根据优先采用的设计方案，规定护板排列在永磁铁上，即护板和永磁铁有接触。这样可以有效地从永磁铁中排出热量，这尤其适用于在永磁铁和模塑材料之间无法避免大面积接触的情况。
根据另一套设计方案，在导热护板和永磁铁之间设置了一隔热中间层，尤其是粘接层。中间层的优势是将输入到永磁铁中的热量降至最低幅度，尤其是在已经降低了永磁铁和填料之间接触面积的时候。粘接层的优势是可以取消直接在注塑模具上固定和定位永磁铁，而是可以将它固定在注塑模具护板上方。
根据优先采用的版本，永磁铁被设计为两个定义主面的板，护板呈现为分别排列在永磁铁一个主面邻近，或者与这些主面相邻排列的板件。护板(比如板件)优先采用软磁性材料。这样护板同时可以控制磁场和定向磁场，由此承担磁极铁心的功能。
优先将永磁铁的极方向与主面垂直定向。
根据优先采用的版本，护板和永磁铁排列在注塑模具中，确保仅在模塑材料和永磁铁之间局部有接触点，并且仅在模塑材料和护板之间局部形成一接触点。在从注塑模具中取出复合件之后，由此形成裸露，即不被模塑材料覆盖的永磁铁和护板区域。
为了避免加热永磁铁，在接触点中与模塑材料相接触的永磁铁的面积最好低于其总面积的10％，低于7％尤佳，低于5％最佳。
根据本工艺优先采用的版本，护板与模塑材料接触的面积最好低于其总面积的30％，低于20％尤佳，低于10％最佳。
为了确保从永磁铁中有效地排热，在排列永磁铁时，要确保它与注塑模具形成一接触面。
为了防止已完成、已从注塑模具中取出的复合件(最好在与接触面垂直的方向中)与永磁铁和/或护板脱模，依据优先采用的版本，护板和/或永磁铁有一底部缺口和/或至少一个裂口。
根据依据本发明工艺优先采用的版本，注塑模具的温度不能超过永磁铁的居里温度，最好为100℃。
本发明涉及一种呈现为复合件的操作元件。复合件的概念是指至少由以下元件组成的一件式组合：至少一个永磁铁、一导热护板以及一模塑材料。根据本发明，护板沿永磁铁延伸排列，这时护板和永磁铁排列在复合件中，确保仅在模塑材料和永磁铁之间局部有接触点，并且仅在模塑材料和护板之间局部形成一接触点。其他事项，比如模塑材料的详情，请参考之前的说明。护板优先采用软磁性材料。
根据操作元件优先采用的版本，永磁铁与模塑材料接触的面积最好低于其总面积的10％，低于7％尤佳，低于5％最佳。
护板与模塑材料接触的面积最好低于其总面积的30％，低于20％尤佳，低于10％最佳。
为了额外固定和隔热，在优先采用的设计方案中，在护板和永磁铁之间设置有一粘结层。
在排列永磁铁时，最好确保它构成复合件的表面，导热护板和/或永磁铁呈现一底部缺口，以防止(最好在与表面垂直的方向中)从复合件脱模。
根据下面的附图详细说明本发明。这时只能将这些附图理解为示例，它们分别只是一种优先采用的设计版本。它们展示：
图1是按照本发工艺生产的、属于操作元件一部分的第一复合件的视图；
图2是按照本发工艺生产的、属于操作元件一部分的第二复合件的视图；
图3是根据图1和图2复合件形成的操作元件的另一个示意图；
图4是按照本发工艺生产的复合件另一种规格形状的剖面图；
图5是在依据本发明的工艺中使用的注塑模具的视图。
根据图1说明依据本发明的工艺，它展示了第一复合件1，该复合件依据本发明的工艺，通过使用注塑模料5，由可硬化热固性塑料使用注塑包覆方法生产，在操作元件中作为摇杆起作用，这时通过永磁铁3的成对组合，通过交互磁力作用形成复位和卡紧触感。通过注塑包覆永磁铁3和属于永磁铁3的导热护板形成的板4形成复合件1。永磁铁3分别设计为板状，定义两个主面和四个与主面相比小面积的正面，通过相应的板4分别排列在复合件1的侧面托架中。邻近主面排列有由软磁性材料制成的板4，它一方面用于控制磁场和定向磁场，但最初的设计用途是在使用高温模塑材料5注塑包覆期间减少向对温度敏感的永磁铁3排热，其实现方式是由于板4良好的导热性，通过它向未在图1中展示的、与板有接触的注塑模具中排出这些热量。
图2中展示了根据本发明工艺生产的第二复合件1’，它设计用于与操作元件中的图1的第一复合件1组合作用。这时同样通过注塑包覆永磁铁3’和属于永磁铁3’的导热护板形成的板4’形成复合件1’。永磁铁3’也分别设计为板状，定义两个主面和四个与主面相比小面积的正面，通过相应的板4’排列在设计为复合件1’的支架中。邻近主面排列有由软磁性材料制成的板4’，它一方面用于控制磁场和定向磁场，但最初的设计用途是在使用高温模塑材料5’注塑包覆期间减少向对温度敏感的永磁铁3’排热，其实现方式是由于板4’良好的导热性，通过它向未在图2中展示的、与板有接触的注塑模具中排出这些热量。
图3展示由图1或2的复合件1或1’形成的操作元件。这时设计作为摇杆起作用的复合件1排列在作为支架起作用的复合件1’对面，确保在图3显示的静止位置中，摇杆侧永磁铁和支架侧永磁铁(在图3中隐藏)的成对组合以及相应的导热板的板4、4’以最小距离相互间隔对立放置。图3另外还清楚地表明，板4、4’设置有相应的底部缺口4a或4a’以及4b或4b’，以避免由模塑材料5或5’制成的板4或4’向箭头E、E’方向，由此避免向永磁铁的作用方向脱模。另外，通过面积4c和4d或4c’和4d’定义的板4和4’与相应模塑材料5、5’在总表面一小部分的接触点被降至最小幅度，同时，在图3中隐藏，因此未显示的永磁铁仅在两个正面与模塑材料5或5’接触。
图4展示了依据本发明生产的复合件1的另一种结构形式，这种复合件仅在设置在模塑材料5中的底部缺口4a和4b的设计方面与前述结构形式不同，这种结构形式有一个浸在模塑材料5中的托架4e。
图5展示了在注塑包覆根据本发明工艺时使用的注塑模具6。它有一型腔7，也被称为模腔，通过未展示的注塑机喷嘴向模具6中渗入有压力的高温模塑材料5，以便在模塑材料5凝固之后根据型腔7形成相应的复合件。在前述注塑包覆步骤中注射模塑材料5之前，在一个排列步骤中，在注塑模具6的型腔7中至少排列有一个永磁铁3，在型腔7预先确定的位置上排列有两块沿永磁铁3延伸的导热板4(它们形成所谓的护板)。这时这些板与注塑模具6相接触，以便在使用高温注塑材料5注塑包覆期间减少向对温度敏感的永磁铁3排热，其实现方式是由于板4良好的导热性，通过它向注塑模具6中排出这些热量。

Claims (21)

1.生产操作元件复合件(1，1’)的成型工艺，该工艺包括以下步骤：在一定义型腔(7)的注塑模具(6)中排列至少一个永磁铁(3，3’)，以及在预先规定的型腔(7)位置上排列一沿永磁铁(3)延伸、与注塑模具(6)相接触的导热护板(4，4’)；通过向型腔(7)中渗入模塑材料(5，5’)为永磁铁(3，3’)注塑包覆模塑材料(5，5’)；形成以至少一个永磁铁(3，3’)、导热护板(4，4’)和模塑材料(5，5’)呈现的复合件(1，1’)。
2.依据前述权利要求的工艺，其中，导热护板(4，4’)邻近排列在永磁铁(3，3’)上。
3.依据权利要求1的工艺，其中，在导热护板(4，4’)和永磁铁(3，3’)之间设置了一隔热中间层，最好是粘接层。
4.依据前述权利要求的工艺，其中，永磁铁(3，3’)被设计为定义两个主面的板，导热护板(4，4’)有两块分别邻近一个主面的板。
5.依据前述权利要求的工艺，其中，导热护板(4，4’)由一软磁材料组成。
6.依据前述两项权利要求中任一项的工艺，其中，永磁铁(3，3’)的极方向与主面垂直。
7.依据前述权利要求中任一项要求的工艺，其中，导热护板(4，4’)和永磁铁(3，3’)排列在型腔(7)中，确保仅在模塑材料(5，5’)和永磁铁(3，3’)之间局部有接触点，并且仅在模塑材料(5，5’)和导热护板(4，4’)之间局部形成一接触点(4c，4d；4c’，4d’)。
8.依据前述权利要求的工艺，其中，永磁铁(3，3’)与模塑材料(5，5’)接触的面积低于其总面积的10％，低于7％尤佳，低于5％最佳。
9.依据前述权利要求的工艺，其中，护板与模塑材料(5，5’)接触(4c，4d；4c’，4d’)的面积低于其总面积的30％，低于20％尤佳，低于10％最佳。
10.依据前述权利要求中任一项的工艺，其中，在排列永磁铁(3，3’)时，确保与注塑模具(6)形成一接触面。
11.依据前述权利要求中任一项的工艺，其中，护板(4，4’)和/或永磁铁(3，3’)呈现一底部缺口(4a，4b；4a’，4b’)和/或至少一个裂口，以防止(最好在与接触面垂直的方向(E，E’)中)从复合件脱模。
12.依据前述权利要求中任一项的工艺，其中，模塑材料(5，5’)是一无法硬化的热塑性或可硬化的热固性模塑材料。
13.依据前述权利要求中任一项要求的工艺，其中，护板(4，4’)的导热能力较永磁铁(3，3’)的导热能力更高。
14.依据前述权利要求中任一项要求的工艺，其中，注塑模具(6)的温度不超过永磁铁(3，3’)的居里温度，最好为100℃。
15.呈现为操作元件的至少一个复合件(1，1’)，其中，复合件(1，1’)至少有一个永磁铁(3，3’)、一导热护板(4，4’)以及一模塑材料(5，5’)，这时导热护板(4，4’)沿永磁铁延伸排列，其中导热护板(4，4’)和永磁铁(3，3’)排列在复合件(1，1’)中，确保仅在模塑材料(5，5’)和永磁铁(3，3’)之间局部有接触点，并且仅在模塑材料(5，5’)和导热护板(4，4’)之间局部形成一接触点。
16.依据前述权利要求的操作元件，其中，永磁铁(3，3’)与模塑材料(5，5’)接触的面积低于其总面积的10％，低于7％尤佳，低于5％最佳。
17.依据前述权利要求中任一项要求的操作元件，其中，导热护板(4，4’)与模塑材料(5，5’)接触(4c，4d；4c’，4d’)的面积低于其总面积的30％，低于20％尤佳，低于10％最佳。
18.依据权利要求14至16中任一项的操作元件，其中，模塑材料(5，5’)是一无法硬化的热塑性或可硬化的热固性模塑材料。
19.依据权利要求14至17中任一项要求的操作元件，其中，导热护板(4，4’)由一软磁材料组成。
20.依据权利要求14至18中任一项要求的操作元件，其中，在导热护板(4，4’)和永磁铁(3，3’)之间设置了一粘接层。
21.依据前述权限要求14至19中任一项要求的操作元件，其中，在排列永磁铁(3，3’)时，最好确保它构成复合件(1，1’)的表面，导热护板(4，4’)和/或永磁铁(3，3’)呈现一底部缺口(4a，4b；4a’，4b’)，以防止(最好在与表面垂直的方向(E，E’)中)从复合件(1，1’)脱模。
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