CN110691682B

CN110691682B - 成形装置

Info

Publication number: CN110691682B
Application number: CN201880035636.6A
Authority: CN
Inventors: 水金贵裕
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2022-02-08
Anticipated expiration: 2038-05-28
Also published as: US20210146584A1; WO2018225550A1; CN110691682A; JPWO2018225550A1; JP7031666B2

Abstract

成形装置具有子模和以能够更换的方式安装有所述子模的母模，所述母模内置有供温度调节用的流体流动的配管，在所述子模与所述母模之间，配置有至少在成形时与所述子模和所述母模双方接触的能够弹性变形的热传递部件。由此，可以提供一种成形装置，即便使用以能够更换的方式安装有子模的母模，也可以有效地进行子模的温度调节而不会增大模具的制造成本、更换时的劳力和时间。

Description

成形装置

技术领域

本发明涉及内置有温度调节用的配管的成形装置。

背景技术

在通常的注射成形装置中，能够使熔融树脂注射到模具的型腔内，在树脂固化后，将模具脱模而取出成形件。但是，作为最近的趋势，多品种小批量的成形件增加。为了成形多品种的树脂制品，需要针对形状不同的每个产品制作模具，但在针对每个产品制作模具时，小批量的产品的成本增大，另外模具制作也花费时间。因此，开发了使母模具有模具的通用部分且能够更换具有产品固有的部分(型腔形状)的子模的盒型的技术。通过盒型的技术，可以抑制每个产品的模具制作成本以及时间，尤其是对小批量产品而言，由于模具折旧费在部件费用中所占的比例大，因此，盒型的技术被认为是有效的。

然而，由于成形件的尺寸、形状根据成形时的模具温度而变化，因此，在特别要求精度的树脂制品的成形中，需要使成形时的模具温度稳定。通常的模具的温度调节大多通过在模具内设置冷却水路(配管)并使温度调节后的液体(水、油)流动来进行。在模具内最需要温度调节的是用于形成产品的型腔附近，因此，通常是在子模设置配管或在子模以及母模双方设置配管的结构。但是，当在构成型腔的子模设置有温度调节用的配管的情况下，每当从母模装卸子模时，需要进行配管的拆卸和再组装，尤其是在成形小批量的成形件时，子模的更换时间所占的比例变高，存在生产效率降低的问题。

与此相对，在专利文献1中，公开了在使用盒型技术的成形装置中仅在母模侧设置有冷却水路的结构。具体而言，由高导热性的物质构成的调温块被施力机构向母模施力，该调温块具备作为温度调节机构的冷却水路。子模安装于母模的收纳凹部，其两侧面以与调温块的侧面紧贴的状态被夹持。子模的型腔附近的温度通过来自母模的调温块的传热而实现稳定化。根据专利文献1的技术，由于在子模没有设置温度调节机构，因此，不需要子模更换时的配管连接等麻烦的作业，可以削减准备时间。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平06-285915号公报

专利文献2：日本特开平10-119091号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1的技术在理想状态下是有效的，但实际上存在应该克服的课题。即，在使母模与子模紧贴时，按压平面彼此的部件而形成紧贴状态，但由于下述那样的各种理由，存在成形时不能确保紧贴状态的情形。若母模与子模不紧贴，则在它们之间存在隔热性高的空气，母模与子模之间的热传导效率大幅降低。由此，由设置于母模的配管带来的温度调节的效果不会波及到子模，有可能无法高精度地进行型腔附近的温度调节。

[母模与子模不紧贴的理由]

(1)在母模与子模的材料的线膨胀系数不同的情况下，即便在室温下母模与子模紧贴，若在成形时温度变化，则两者有可能分离或彼此挤压并因产生的应力而产生形变。如果使母模与子模的材料的线膨胀系数相同，则能够避免该问题，但模具材料的选择的自由度变窄。

(2)在子模由多个板构成的情况下，若各自存在尺寸误差，则在至少一方的连接面产生台阶，在对方为平面时有可能产生间隙。若使板的容许误差大致为零，则能够避免该问题，但由此导致子模的制作成本变得庞大。

(3)即便在室温下子模的连接面为高精度的平面，若成形时的子模的模具温度不均匀，则热膨胀也变得不均匀，连接面的形状有可能产生形变而导致平面度大幅降低。

由于以上的多重原因，在成形时无法维持母模与子模的紧贴状态，由此，温度调节能力降低的情况较多。尤其是，若子模的尺寸大，则与母模的热膨胀的不一致变大，上述问题具有明显化的倾向。

在专利文献2中公开了一种树脂成形用模具，该树脂成形用模具具备型腔板、型腔镶块、芯板以及芯镶块的各部件，在部件之间设置规定的间隙，并且，在间隙内也可以设置弹性件。但是，专利文献2中公开的弹性件是提高部件之间的定位精度的构件，并非以镶块的温度调节为目的。

本发明是鉴于上述情形而作出的，其目的在于提供一种成形装置，即便使用以能够更换的方式安装有子模的母模，也可以有效地进行子模的温度调节而不会大幅增大模具的制造成本、更换时的劳力和时间。

用于解决课题的方案

本发明的成形装置具有子模和以能够更换的方式安装有所述子模的母模，其中，

所述母模内置有供温度调节用的流体流动的配管，在所述子模与所述母模之间，配置有至少在成形时与所述子模和所述母模双方接触的能够弹性变形的热传递部件。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种成形装置，即便使用以能够更换的方式安装有子模的母模，也可以有效地进行子模的温度调节而不会大幅增大模具的制造成本、更换时的劳力和时间。

附图说明

图1A是本实施方式的成形装置的概略剖视图。

图1B是表示更换成形装置的子模的工序的图，但截面的剖面线被省略。

图2是用虚线夸张地表示相对于室温上升至成形时的温度时的固定侧子模20以及可动侧子模40的热膨胀的图。

图3A是表示成形装置的成形工序的图。

图3B是表示成形装置的成形工序的图。

图3C是表示成形装置的成形工序的图。

图4是表示子模的截面中的温度分布的模拟结果的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1A是本实施方式的成形装置的概略剖视图。成形装置具有固定侧母模10、固定侧子模20、可动侧母模30、可动侧子模40、温度调节单元50、固定侧弹性件60以及可动侧弹性件70。由固定侧母模10和可动侧母模30构成母模，由固定侧子模20和可动侧子模40构成子模，固定侧弹性件60和可动侧弹性件70是能够弹性变形的热传递部件。

钢制的固定侧母模10具有固定侧承接板11、安装于固定侧承接板11的第一框体12、以及安装于第一框体12的第二框体13。在第一框体12的内侧，在固定侧承接板11上嵌入设置有一对引导轴14，以能够沿着引导轴14移动的方式配置有滑动板15。在滑动板15上嵌入设置有顶出销16。另外，在第二框体13内，沿周向延伸的配管13a形成为螺旋状，其两端经由连接管17与外部的温度调节单元50连结。

固定侧子模20具有被插入到固定侧母模10的第二框体13的内部的第一块21和第二块22。在第二块22的可动侧面形成有成形面22a。另外，在第一块21和第二块22形成有使顶出销16插通的通孔21a、22b。通孔22b在成形面22a开口。

在固定侧母模10的第二框体13与固定侧子模20的第一块21和第二块22之间，在整周形成有厚度t的间隙，固定侧弹性件60以与第二框体13的内周面以及第一块21和第二块22的外周面紧贴的方式配置于该间隙。

钢制的可动侧母模30具有可动侧承接板31和安装于可动侧承接板31的第三框体32。在第三框体32内，沿周向延伸的配管32a形成为螺旋状，其两端经由连接管33与外部的温度调节单元50连结。

可动侧子模40具有被插入到可动侧母模30的第三框体32的内部的第三块41。在第三块41的固定侧面形成有成形面41a。另外，固定侧子模20以及可动侧子模40优选由铝合金、铍铜合金、锌合金以及铝-陶瓷复合材料中的任一种形成。这是因为，若是这些原料，则导热系数为100W/m·K以上，并且满足作为注射成形模具所需的强度。若导热系数为100W/m·K以上，则从子模的接触面到成形面的传热被高效化，模具温度稳定化变得迅速，因此对于尺寸大的子模也有效。

在可动侧母模30的第三框体32与可动侧子模40的第三块41之间，在整周形成有厚度t的间隙，可动侧弹性件70以与第三框体32的内周面、第三块41的外周面紧贴的方式配置于该间隙。

参照图1B，在本实施方式中，可以将固定侧子模20以及可动侧子模40更换为其他的固定侧子模20'以及可动侧子模40'。在此，固定侧子模20'具有与成形面22a不同形状的成形面22a'，可动侧子模40'具有与成形面41a不同形状的成形面41a'。若更具体地说明更换作业，则从(a)所示的组装状态一体地拆卸包括可动侧弹性件70以及第三框体32在内的可动侧母模30，并且，如(b)所示的分解状态那样将固定侧子模20和可动侧子模40从固定侧母模10一体地拆卸。在将其更换为其他的固定侧子模20'和可动侧子模40'后，如(c)所示的再组装状态那样组装于固定侧母模10，最后安装包括可动侧弹性件70以及第三框体32在内的可动侧母模30。更换前的固定侧子模20与更换后的固定侧子模20'的外部尺寸相等，另外，更换前的可动侧子模40与更换后的可动侧子模40'的外部尺寸相等，因此，在本实施方式的成形装置中可以仅更换子模，由此，可以抑制模具成本并且应对多品种小批量的树脂成形件的成形。另外，由于在固定侧子模20以及可动侧子模40未设置温度调节用的配管，因此，可以迅速进行更换。

固定侧弹性件60以及可动侧弹性件70若为橡胶状的片或膜，则加工容易且容易进行面接触，因此是优选的，特别优选为有机硅制的导热片。固定侧弹性件60以及可动侧弹性件70的厚度优选为0.1mm以上且5mm以下，导热系数优选为2W/mK以上且弹性模量优选为1GPa以下。若固定侧弹性件60以及可动侧弹性件70的厚度超过5mm而过厚，或导热系数过低到低于2W/mK左右，则有可能因弹性件自身的隔热而阻碍母模与子模之间的传热。另一方面，若固定侧弹性件60以及可动侧弹性件70的弹性模量超过1GPa而过高，或厚度低于0.1mm而过薄，则有可能无法吸收接触面的不一致(偏移)。以上所述的弹性件的规格可以极力减少热传递的阻碍影响，并且可以吸收接触面的不一致。

图2是用虚线夸张地表示相对于室温上升至成形时的温度时的固定侧子模20以及可动侧子模40的热膨胀的图。在此，使构成第一块21、第二块22、第三块41的子模的原料相同，并且使固定侧弹性件60以及可动侧弹性件70的原料相同。将子模的原料的线膨胀系数设为a(/K)，将子模的原料的杨氏模量设为Em(GPa)，将弹性件的原料的杨氏模量(弹性模量)设为E(GPa)，将子模在弹性件的厚度方向上的尺寸设为L(mm)，将弹性件的厚度设为t(mm)。弹性部件的厚度方向是指热传递方向。

在使子模的温度从T1增大到T2时，子模中产生的热应力P表示为：

P＝Em×(δ/L)，其中δ＝a×(T2-T1)×L/2。此时，如果为了使弹性件变形而需要的力F小于子模的热应力P(F<P)，则可以利用弹性件吸收子模的热膨胀。根据该条件，

E×(δ/t)<Em×(δ/L)

因此，

t>E/Em×L (1)

成立。

接着，对本实施方式的成形装置的动作进行说明。图3A～图3C是表示成形装置的成形工序的图，但省略温度调节单元进行表示。从图1A所示的温度调节单元50经由连接管17、33，并经由第二框体13的配管13a以及第三框体32的配管32a，供给温度调节后的液体，固定侧母模10以及可动侧母模30被调节为成为规定温度。此时，从相互面接触的固定侧母模10经由固定侧弹性件60向固定侧子模20进行热传导，另外，从相互面接触的可动侧母模30经由可动侧弹性件70向可动侧子模40进行热传导，由此，固定侧子模20以及可动侧子模40被调节为成为规定范围内的温度。

在该状态下，如图3A所示，使可动侧母模30以及可动侧子模40相对于固定侧母模10以及固定侧子模20相对移动而进行合模，在由固定侧的成形面22a和可动侧的成形面41a形成的型腔内，经由未图示的浇口注射熔融的树脂。在该时刻，也从相互面接触的固定侧母模10经由固定侧弹性件60向固定侧子模20进行热传导，另外，从相互面接触的可动侧母模30经由可动侧弹性件70向可动侧子模40进行热传导。

在型腔内的树脂固化后，如图3B所示，使可动侧母模30以及可动侧子模40从固定侧母模10以及固定侧子模20离开，进而如图3C所示，使滑动板15位移而使顶出销16的前端向可动侧突出，从而可以将成形而得到的树脂成形件PR从成形面22a剥离。

在本发明人制作的实施例(以下的规格)中，温度变化前后的尺寸如下所述。其中，尺寸A、B、t设为图1A所图示的部位的尺寸。

(a)子模的原料：铝合金A7075(线膨胀系数23.6×10^-6/K，导热系数130W/mK)

子模的外部尺寸A：600mm(在25℃下测定)

子模的外部尺寸A：600.8mm(在80℃下测定)

(b)母模的原料：钢材S55C(线膨胀系数11.7×10^-6/K、导热系数46W/mK)

母模的内部尺寸B：603mm(在25℃下测定)

母模的内部尺寸B：603.4mm(在80℃下测定)

(c)弹性件的原料：有机硅橡胶制导热片(线膨胀系数2×10^-4/K、导热系数5W/mK)

弹性件的厚度t：3mm(在25℃下测定)

弹性件的厚度t：2.8mm(在80℃下母模、子模热膨胀后测定)

根据上述实施例，由于母模与子模之间的热膨胀差，母模与子模之间的距离缩小0.2mm，但弹性件将该变化吸收，因此，子模可以在母模内彼此不挤压地紧贴，因此，可以在两者之间高效地进行热交换。

以下，对本发明人进行的模拟进行说明。如图4所示，本发明人在子模的两侧配置母模后，针对(a)在子模的两侧与母模接触的情况、(b)使子模的一侧(在图4中为下侧)与母模接触但在另一侧(在图4中为上侧)与母模之间设置有1mm的间隙的情况、(c)使子模的一侧与母模接触但在另一侧与母模之间设置厚度3mm的弹性件而使两者接触的情况，分别求出截面的温度分布。在此，将空气层的导热系数设为0.02W/mK，将弹性件的导热系数设为10W/mK，母模整体的温度被调节为40℃。另外，位于子模的中央的空心的部位表示型腔以及浇口。

首先，在图4的(a)所示那样的理想的接触状态下，成为平衡良好的温度分布。另一方面，如图4的(b)所示，若在子模与母模之间设置间隙，则在与母模之间设置有间隙的子模的一侧无法充分地从母模传热，相对于与母模紧贴的子模的另一侧，温度梯度变大，有可能无法进行高精度的成形。与此相对，如图4的(c)所示，可知若在子模与母模之间设置弹性件，则可以经由弹性件高效地进行传热，接近图4的(a)所示的理想的接触状态的温度分布。

在以上所述的实施方式中，在固定侧母模10与固定侧子模20之间配置固定侧弹性件60，另外在可动侧母模30与可动侧子模40之间配置可动侧弹性件70，但也可以仅在可动侧或固定侧设置弹性件。

工业实用性

本发明适用于提供内置有温度调节用的配管的成形装置。

附图标记说明

10 固定侧母模

11 固定侧承接板

12 第一框体

13 第二框体

13a 配管

14 引导轴

15 滑动板

16 顶出销

17 连接管

20 固定侧子模

21 第一块

21a 通孔

22 第二块

22a 成形面

22b 通孔

30 可动侧母模

31 可动侧承接板

32 第三框体

32a 配管

33 连接管

40 可动侧子模

41 第三块

41a 成形面

50 温度调节单元

60 固定侧弹性件

70 可动侧弹性件

Claims

1.一种成形装置，具有子模和以能够更换的方式安装有所述子模的母模，其中，

所述母模具有供所述子模插入的框体并内置有供温度调节用的流体流动的配管，

在所述子模与所述框体之间，配置有至少在成形时与所述子模和所述框体双方接触的能够弹性变形的热传递部件，

在所述子模与所述框体之间形成有间隙，所述热传递部件以与所述框体的内周面以及所述子模的外周面紧贴的方式配置于所述间隙。

2.如权利要求1所述的成形装置，其中，

所述母模具有内置有所述配管的所述框体，所述热传递部件与所述框体和所述子模双方进行面接触。

3.如权利要求1或2所述的成形装置，其中，

所述热传递部件是由橡胶或树脂构成的片或膜。

4.如权利要求1或2所述的成形装置，其中，

所述成形装置满足以下的式子：

t>E/Em×L (1)

其中，

t：所述热传递部件的厚度(mm)

E：所述热传递部件的弹性模量(GPa)

Em：所述子模的弹性模量(GPa)

L：所述子模在所述热传递部件的厚度方向上的尺寸(mm)。

5.如权利要求1或2所述的成形装置，其中，

所述热传递部件的厚度为0.1mm以上且5mm以下，所述热传递部件的导热系数为2W/mK以上，所述热传递部件的弹性模量为1GPa以下。

6.如权利要求1或2所述的成形装置，其中，

所述子模的导热系数为100W/mK以上。

7.如权利要求1或2所述的成形装置，其中，

所述子模由铝合金、铍铜合金、锌合金以及铝-陶瓷复合材料中的任一种构成。

8.如权利要求1或2所述的成形装置，其中，

所述成形装置是注射成形装置。

9.一种成形件的制造方法，其中，所述成形件的制造方法使用权利要求1～8中任一项所述的成形装置，将所述子模安装于所述母模而进行合模，并将熔融树脂注射到型腔内。