CN109414842B - 用于加热模具的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模具，特别是用于注射成型的模具，包括a.一个壳体，该壳体定义了一个限定模制表面的腔体；b.一个蓄热器（241，242）；C.感应加热装置，用于加热该蓄热器；d.其特征在于，其包括用于将该壳体的表面暴露和掩蔽于来自蓄热器（241，242）的热量的装置，该壳体表面被称为除模制表面之外的接收表面，使得整个模制表面达到适于将材料注入该腔体的温度。

Description

用于加热模具的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种加热模具的方法和装置。本发明更具体地，但非排他地适用于加热注塑模具。这种模具包括一个模腔，在该模腔中注入熔融的塑料材料。该腔体由模制表面限定，模制部件由该模制表面再现形状。该模制表面由至少两个彼此可分离的壳体承载，以便打开模具并且使固化的模制部件脱模。

背景技术

在模制操作期间，该模腔经受热循环，使得所述腔体的温度足以使注入的材料保持其流动性并正确地填充该腔体。然后，如果需要时通过强制冷却降低温度，使得部件固化，直到模具打开和部件释放，在重新加热和再次开始循环之前，其中模制表面的温度下降。因此，循环时间，在大规模的情况下的特别关键参数，由模腔的加热和冷却时间决定。获得的部件的质量，特别是其外观，取决于在腔体的模制表面上获得均匀的温度分布的能力，并且在某些情况下所得到部件的结构质量取决于与模制表面接触的模塑材料的加热和冷却速度。感应加热技术特别适合于满足这些需求。

文件EP1924415描述了一种用于注塑模具的模腔的感应加热装置，其中，电感器在支承模制表面的模具中循环。然而，当使用由铝合金制成的模具时，此为注塑的常见情景，获得的能量效率导致高电功率的装置。

文件EP2861399描述了一种用于预热注塑模具的方法和装置。所述装置主要包括两个加热装置，用于实现腔体的模制表面的最直接的加热。在这种现有技术装置中，通过移动使支承所述模制表面的模具面向导电芯，来加热其中一个模制表面，该模具与该导电芯电隔离，使得该模具的模制表面构成与所述芯的间隙的其中一个面。该芯和该模具全部放置在感应电路内。通过间隙面上循环的感应电流来加热该模制表面。由构成模具的另一个模具支承的另一个模制表面通过使其与使其与先前加热的芯接触或暴露于先前加热的芯下，即通过传导或辐射加热。这种现有技术的解决方案要求模具的开口足以将该芯插入两个模具之间。总之这只是一种预热解决方案，一旦腔体关闭就不允许调节模腔的温度。

这些现有技术的解决方案存在一定作用，然而这些解决方案需要高电功率的装置，加热其中一个模具通常需要100kW级的电功率。当制造场所包括多个这种类型的装置时，相应电气装置的电功率成为一个劣势。

文件DE102014114772描述了一种注塑模具，其中通过接近模腔的加热元件来加热非常局部的区域，该加热元件的壁厚在该元件的应用区域中减小，特别是为了去除模具的联合平面上的毛刺。因此，该装置仅在工件冷却之后或冷却期间加热该区域，以将毛刺与工件的其余部分分开。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，并且为此目的涉及一种模具，特别是用于注塑成型的模具，包括：

a.一个壳体，该壳体定义了一个限定模制表面的腔体；

b.一个蓄热器；

c.感应加热装置，用于加热该蓄热器；

d.包括用于将壳体表面暴露和掩蔽于来自蓄热器的热量的装置，该壳体表面被称为除模制表面之外的接收表面，使得整个模制表面达到适于将材料注入所述腔体的温度。

因此，在使蓄热器达到合适的温度之后，将其简单地保持在需要更低功率的该温度下。

本发明有利地根据以下描述的实施例和变化例实现，这些实施例和变型将被单独考虑或以任何技术上可行的组合考虑。

有利地，该壳体包括用于循环载热流体以冷却该模制表面的回路。因此，本发明主题的模具允许在不影响蓄热器温度的情况下实施模腔的强制冷却。

根据一个变化实施例，该蓄热器是石墨单元。该实施例尤其可以优先考虑通过壳体的辐射进行加热。

根据与前述实施例兼容的另一个变化实施例，该蓄热器包括一种相变材料。此实施例使得可以将热能存储在所述材料的相变潜热中。

本发明还涉及一种用于加热本发明任一实施例的模具表面的方法，该方法包括以下步骤：

i.加热该蓄热器；

ii.将该壳体暴露于蓄热器的热量之下；

iii.在步骤ii）之后将材料注入腔体中。

有利地，步骤ii）包括加热该蓄热器。该实施例尤其可以实现模腔温度的调节。

根据一个实施例，通过移动该壳体面向蓄热器来执行步骤ii）。因此，加热到高温的蓄热器保持固定。该实施例使得尤其可以根据一个摆锤循环（un cycle pendulaire）暴露多个模具，其中一个模具被加热而另一个模具通过将安装的功率限制为加热单个蓄热器所需的功率而冷却。

根据该实施例，从蓄热器到壳体的热传递优选地通过辐射进行。

另外，从蓄热器到壳体的热传递包括一个气体的强制对流部分。因此传热更快。

根据另一实施例，通过使蓄热器与壳体的表面接触来执行步骤ii）。该实施例受益于本发明的优点，更具体但非限制性地适用于自加热模具的生产。

根据最后一个实施例，通过热膨胀和蓄热器执行步骤ii）。因此，暴露壳体的接收表面不需要实施位移机构。

附图说明

下面根据优选实施例和参考图1至图4解释本发明，但并非限制性的，其中：

- 图1根据本发明主题模具的一个实施例，示出了模具壳体的剖视图；

- 图2示意性地示出了实施图1中模具的注射装置；

- 图3示出了根据本发明模具的壳体的另一个实施例，图3A是在模制表面的加热期间之外，图3B是在模制表面的加热期间；

- 并且图4以局部视图示出了图3中的壳体的变化实施例，图4A是在模制表面的加热期间之外，图4B是在模制表面的加热期间。

具体实施方式

参照图1，根据一个示例性实施例，本发明主题的模具包括2个壳体111，112，每个壳体支承多个型腔121，122，每个型腔对应于用于在封闭的腔体内注射材料制造的工件的模制表面，该封闭的腔体由当两个壳体111，112彼此接触，即模具封闭时的每一对型腔121，122构成。该壳体由导热材料制成，优选金属材料，例如铝合金或工具钢。每个半壳体具有抵抗注射压力的结构功能而不会使模制表面变形，因此其厚度根据情况而定。根据该实施例，每个壳体包括回路131，132，用于液相或气相的载热流体的循环，用于冷却所述壳体，更具体地，用于冷却模制表面和与其接触的材料。有利地，该回路131，132包括湍流器（未示出），以改善该载热流体和该壳体之间的对流交换。

根据该示例性实施例，每个壳体111，112包括一个表面，即接收表面141，142，根据本实施例与型腔相对。仍然根据该实施例，该接收表面包括促进红外辐射吸收的涂层。作为非限制性的实施例，该涂层由通过物理气相或PVD（Physical Vapor Deposition的首字母缩写）沉积在该接收表面上的无定形碳构成，或通过化学处理即抛光所述表面获得，或通过黑铬电镀获得。将每个半壳体的接收表面暴露在蓄热器的热量之下，无论是通过热传导、辐射、对流或这些热传递模式的组合，允许使型腔的模制表面的温度适于注射模塑材料，以确保型腔的填充均匀且完整。从接收表面141，142到模制表面121，122的热传递通过半壳体的厚度传导，保证模制表面上温度的均匀分布，而避免了在通过本发明主题模具获得的工件的外观缺陷。

参照图2A，实施本发明主题模具的一个装置例，所述装置包括例如根据摆锤自动化（un automatismependulaire）交替实施的2个模具201，202。为此，该装置包括2个卸载站291，292和一个注射站，该注射站包括能够将塑料材料注入模具腔体201，202中的一个注射头250。该装置还包括用于将模具201，202从其卸载站转移到注射站的机械装置（未示出）。或者该装置包括放置在循环输送装置上的两个以上的卸载站。

该注射站包括两个蓄热器241，242，例如由石墨单元组成。根据第一个实施例，每个蓄热器由感应电路加热，例如通过将每一个蓄热器放置在由高频交变电流通过的一个线圈中，例如在10KHz至100KHz之间，使其达到高温，例如达到700℃和1200℃之间的温度。

或者，蓄热器241，242由铁磁材料制成，并且至少在蓄热器的其中一个表面上包括一个涂层，以改善其热辐射率。

根据感应电路的一个替代实施例，蓄热器241,242由放置在该蓄热器的通道中的电感器加热。

如图2B所示，根据通过摆锤自动化的一个实施例，其中一个模具201在注射站中，另一个模具202位于其卸载站292中。在到达注射站时，该模具201的接收表面处于蓄热器241，242辐射之下。例如，由一个加热到1000℃，能量级达到150.103 W.m-2的石墨蓄热器通过辐射散发的热通量。有利的是，一个装置（未示出）可以向模具吹与该蓄热器241，242接触而被预热的气体，以通过强制对流与模制表面热交换。有利的是，注射站包括填充有中性气体的腔室251，该腔室保持模具和蓄热器的氧化。

经受此种热通量，模具201的模腔快速加热到适于注射的温度。然后进行注射。一旦注射完成，该模具201从注射站转移到其卸载站，该卸载站用于将另一个模具202移至注射站，并使其处于蓄热器的辐射之下。该卸载站有利地包括用于使载热流体在模具的回路中循环的装置，以便加速其冷却。所述载热流体例如是水、油或气体。根据一个示例性实施例，所述载热流体在包括制冷剂组的闭合g中循环。

蓄热器241，242的初始加热阶段之后，对应于维持所述蓄热器的温度所消耗的能量，比通过感应直接加热冷的模具所需的功率小，其中初始加热阶段执行足够的时间以限制功率需求。然而，使用感应来加热蓄热器使得当其通过辐射、对流或传导将热量传递给模具时允许继续对蓄热器进行加热。

图3A，根据本发明模具的半壳体310的另一个实施例，其包括两个部分311，312，例如由铝合金制成。两个部分311中的其中一个支承构成模制表面的型腔320，以及用于冷却所述模制表面的载热流体循环的回路330。所述第一部分311包括一个接收表面341。

连接到第一部分的半壳体的第二部分312，包括通道，电感器360在该通道中延伸。根据一个特定实施例，所述第二部分由非金属耐火材料构成，例如陶瓷或混凝土，对磁场透明。电感器例如由铜管或铜线编织物制成。其实现一个感应电路。一个蓄热器340插在半壳体的两个部分311，312之间。所述蓄热器例如由具有高居里点的铁磁钢制成，例如基于铁（Fe）和硅（Si）或基于铁（Fe）和钴（Co）的合金。其优选地与半壳体的第二部分312绝热。所述电感器360连接到高频发生器（未示出）。

当蓄热器通过电感器360加热到保持温度时，所述蓄热器不与壳体的第一部分311的接收表面341接触。该蓄热器340和该接收表面之间的接触电阻高，并且该蓄热器340和支承型腔320的壳体的该部分311之间的热传递减小。

如图3B所示，为了加热半壳体的第一部分，通过电感器提高蓄热器的温度，所述蓄积器膨胀然后与接收表面341紧密接触。接触电阻下降，蓄热器将其热量传递到支承型腔320的半壳体的部分311。有利地，壳体的第一部分的接收表面341包括一个界面层342，该界面层342由导热但可延展或可压碎的材料制成的薄带构成，并且钎焊或焊接在接收表面上。作为非限制性实例，所述带由铜或铜合金、镍或石墨制成。因此，蓄热器340与所述带的接触使其变形，以便补偿蓄热器和接收表面之间微小的形状差异，从而确保二者之间最佳的热传递。因此，蓄热器相对于其在加热阶段的温度保持降低到在50℃至100℃之间的保持温度。这种保持需消耗更低的电功率，并且由于蓄热器的预热，加热阶段期间所需的额外功率也会降低。

所述蓄热器340在模具中没有结构功能。因此选择其构成以优化其对于感应加热的响应和其将热量传递至半壳体的第一部分，以及接着传递至模制表面的能力。根据一个特定实施例，细节Z，所述蓄热器是蜂窝结构，每个槽345填充有具有潜热的相变材料。有利地，选择相变材料使得其转变温度接近蓄热器的保持温度。例如，如果保持温度为约200℃，则相变材料例如是诸如多元醇的有机材料。如果保持温度较高，例如约400℃或更高，则相变材料例如是盐。根据这些实施例，相变材料通过吸收潜热，在低温下从固态变为高温下的液态。通过从高温相到低温相，相变材料凝固并恢复所述潜热。蜂窝结构和一种相变材料的存在的组合提高蓄热器340维持在其保持温度的视在热惯量，同时保持快速加热至加热温度的能力。

通过在壳体的第一部分311的回路330中循环载热流体来实现模腔的冷却。有利地，该壳体的第二部分312包括用于在所述蓄热器340周围引入载热流体的通道332，从而在加热阶段后加速其冷却到其保持温度，并保持型腔320的温度。

在图4中，根据图3的一个变化实施例，壳体的第一部分411和蓄热器440之间的界面不是平面但具有互补的轮廓。该实施例使得可以增加支承型腔的壳体的第一部分411与蓄热器440之间的潜在接触面积。如图4A所示，在第一部分411的加热时段之外，两个轮廓在接收表面处不相交。如图4B所示，在加热的情况下，由于蓄热器440温度升高，其热膨胀使得其轮廓与所述该壳体的第一部分411的接收表面的接触，从而减小了两者之间的热接触电阻，促进了热传导。

以上的说明和示例性实施例表明，本发明实现了预期的目的，并允许享受感应加热的优点，以加热由非铁磁材料，例如由铝合金制成的模具的模腔，同时降低实现这种加热所需的功率需求，从而保持电源电路的合理尺寸。

Claims (9)

1.一种用于塑料材料注射成型的模具，包括：

-两个壳体（111，112），所述壳体包括模制表面，并且当所述模具封闭时，所述壳体限定了模制的腔体；

-一个蓄热器（241，242）；

-感应加热装置（360），用于加热所述蓄热器；

-其特征在于，其包括用于将所述壳体的一个表面暴露和掩蔽于来自所述蓄热器（241，242）的热量的装置，该壳体表面被称为除所述模制表面之外的接收表面（141，142），以使整个所述模制表面达到适于将所述塑料材料注入所述腔体的温度，其中所述接收表面和所述蓄热器之间的界面设置为使得当所述蓄热器被加热时，所述界面能够促进所述接收表面和所述蓄热器之间辐射热传导，并且其中所述模具包括促进所述蓄热器和所述接收表面之间的红外辐射吸收的涂层。

2.一种用于塑料材料注射成型的模具，包括：

-两个壳体（311），所述壳体包括模制表面，并且当所述模具封闭时，所述壳体限定了模制的腔体；

-一个蓄热器（340）；

-感应加热装置（360），用于加热所述蓄热器；

-其特征在于，其包括用于将所述壳体的一个表面暴露和掩蔽于来自所述蓄热器（340）的热量的装置，该壳体表面被称为除所述模制表面之外的接收表面（341），以使整个所述模制表面达到适于将所述塑料材料注入所述腔体的温度，其中所述接收表面和所述蓄热器之间的界面设置为使得当所述蓄热器被加热时，所述界面能够促进所述接收表面和所述蓄热器之间热传递，其中所述蓄热器和所述接收表面之间的热传递通过传导进行，并且所述模具包括位于所述蓄热器和所述接收表面之间的一个界面层（342），所述界面层由可延展或可压碎的材料制成。

3.一种用于塑料材料注射成型的模具，包括：

-两个壳体（411），所述壳体包括模制表面，并且当所述模具封闭时，所述壳体限定了模制的腔体；

-一个蓄热器（440）；

-感应加热装置，用于加热所述蓄热器；

-其特征在于，其包括用于将所述壳体的一个表面暴露和掩蔽于来自所述蓄热器（440）的热量的装置，该壳体表面被称为除所述模制表面之外的接收表面，以使整个所述模制表面达到适于将所述塑料材料注入所述腔体的温度，其中所述接收表面和所述蓄热器之间的界面设置为使得当所述蓄热器被加热时，所述界面能够促进所述接收表面和所述蓄热器之间热传递，其中所述蓄热器和所述接收表面之间的热传递通过传导进行，其中所述接收表面和所述蓄热器包括互补的轮廓，当所述蓄热器不被加热时，所述轮廓所述接收表面处不相交；当所述蓄热器被加热时，由于热膨胀所述轮廓相互接触。

4.根据权利要求1所述的模具，其中，一个所述壳体包括一个用于循环载热流体的回路（131，132），用于冷却所述模制表面。

5.根据权利要求2所述的模具，其中，一个所述壳体包括一个用于循环载热流体的回路（330），用于冷却所述模制表面。

6.根据权利要求3所述的模具，其中，一个所述壳体包括一个用于循环载热流体的回路，用于冷却所述模制表面。

7.根据权利要求1所述的模具，其中，所述蓄热器（241，242）是一个石墨单元。

8.根据权利要求2所述的模具，其中，所述蓄热器（340）包括一种相变材料。

9.用来加热如权利要求3所述的模具的表面的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

i.加热所述蓄热器（340，440）；

ii.将一个所述壳体（310）暴露于所述蓄热器的热量之下，使所述模制表面达到适于注射的温度；

iii.在步骤ii）之后将所述材料注入所述腔体中，

其中，步骤ii）通过在步骤i）当所述蓄热器（440，340）被加热时产生的热膨胀来实现。

Images