CN110900962A - 生产注射成型部件的注射模具及生产注射成型部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产注射成型部件的注射模具，其包括设有第一模具表面(3)的第一半模(1)和设有第二模具表面(4)的第二半模(2)，其中模具表面(3、4)使得它们在注射模具闭合时一起限定空腔(5)。本发明还涉及一种用注射模具生产注射成型部件的方法。为了提供注射模具以及生产注射成型部件的方法，其允许注射模具对待生产的部件的不同形状的灵活适应性，增加的机械稳定性和甚至注射成型部件中的精细结构的可靠形成，在所提出的注射模具中，至少一个导电加强元件(8)布置在至少一个模具表面(3、4)上并且被设计用于至少在注射成型过程中电压(U)被施加到加强元件(8)上。还提出了一种生产注射成型部件的方法，其中至少在注射成型化合物注入期间将电压(U)施加到加强元件(8)上。

Description

生产注射成型部件的注射模具及生产注射成型部件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于生产注射成型部件的注射模具，其中注射模具包括第一半模和第二半模，第一半模设有第一模具表面，第二半模设有第二模具表面，并且其中模具表面使得当注射模具闭合时它们一起限定空腔，并且其中至少一个导电加强元件设置在至少一个模具表面上，包括以下步骤：

a.闭合半模；

b.将注射成型化合物注入空腔；

C.打开半模，然后排出注射成型部件；

d.冷却部件。

本发明还涉及一种用注射模具生产注射成型部件的方法，其中注射模具包括第一半模和第二半模，第一半模设有第一模具表面，第二半模设有第二模具表面，并且其中模具表面使得当注射模具闭合时它们一起限定空腔，并且其中至少一个导电加强元件设置在至少一个模具表面上，该方法包括以下步骤：

a.闭合半模；

b.将注射成型化合物注入空腔；

C.打开半模，然后排出注射成型部件；

d.冷却部件。

背景技术

注射模具用作用于生产注射成型部件的注射机器的组成部分。

在注射成型中，材料(例如塑料)在注射机器中液化(例如熔化)，并在压力下注入铸模中。多组分体系(例如不同塑料的混合物)也可以通过注射成型方法加工。在这种情况下，铸模通过其内部空间(所谓的空腔)确定注射成型部件的形状和表面结构。通常，铸模由两半部组成，即所谓的半模。在这种情况下，其中一个半模是喷嘴侧，并且其相对的半模是排出器侧。在半模中，注射模具的其他部件是特定的排出器部件、浇注系统、芯以及型腔插入件和冷却系统(或温度控制系统)。

在这种情况下，半模可以由许多板构成。分配给喷嘴侧的半模在注射成型部件的生产过程中不移动，也就是说布置在固定位置。另一方面，分配给排出器侧的半模可移动地布置并且可以朝向位置固定的半模移动并远离它。通常，喷嘴侧半模具有所谓的模具压痕，其也被称为模具插入件或半壳体。这些可以是分配给喷嘴侧半模的模板的组成部分。模具压痕形成喷嘴侧半模的模具表面的一部分，也就是说模具表面面向成形内部空间或空腔。

在分配给排出器侧的半模中，存在用于在完成注射成型操作之后喷射注射成型部件的排出器部件。此外，在面向内部空间或空腔的模具表面上，该半模还包括成形部件，例如成形芯和插入件。模具压痕、芯和插入件形成成形内部空间或空腔。

由半模和/或设置在半模的模具表面上的表面结构形成的内部空间的尺寸(例如凸起或凹陷(模具压痕或芯))可以确定注射成型部件的形状和表面结构。在实际注射成型之前，物品或部件也可以布置在空腔中。在这种情况下，布置在铸模中的部件在注射成型期间确定空腔的形状，也就是说具有用于注射成型部件的成型功能(如模具表面本身)。

熔融的注射成型化合物通过流道系统传导到注射模具的内部空间或空腔。接下来是浇注。各种浇注系统是已知的。浇注系统的选择直接影响注射成型部件的质量。在选择浇注系统时，必须特别考虑要生产的部件的形状。可以举例提到的浇注系统是隔膜门、针门、浇口门、隧道门和薄膜门。

已知由金属制造注射模具的半模。由金属制成的这种半模具有长寿命和高机械稳定性。金属对注射期间发生的温度升高不敏感。然而，相对高的生产成本和相对长的生产时间是不利的。通常，由金属制成的半模或模板是铸造或锻造的。特别是由于在半模上形成的模具压痕、芯元件或空腔，生产相对复杂。如果注射成型部件的生产商希望改变其注射成型部件的结构或形状，则这依赖于订购适合于改进形状或制造它们的半模或模板。这在时间和成本方面存在缺点。对于生产某些注射成型部件的原型的研究和开发部门而言，铸模或半模的最快可能的适应性尤其重要。

通过3D打印工艺的生产提供了以快速且灵活的方式生产注射模具的半模或相关模板的一种可能性。在3D打印工艺中，某些部件，例如半模或分配给半模的模板可以通过向载体逐层施加材料以计算机控制的方式生产。材料的应用基于规定的尺寸和形状，例如可以由用户以CAD(计算机辅助设计)格式规定。特别地，通过3D打印由塑料制造半模特别适用于注射模具。这是因为与金属的3D打印相比，塑料的3D打印相对便宜。然而，在选择塑料时，应确保其熔化温度高于注射过程中加工塑料的加工温度。否则，成型半模会熔化。使用塑料半模的缺点似乎是机械稳定性和寿命相对较低，特别是与由金属制成的半模相比。这尤其适用，因为在注射成型期间在注射模具的内部空间中可能出现相对高的压力与升高的温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于生产注射成型部件的注射模具和一种用于用根据本发明的注射模具生产注射成型部件的方法，这允许注射模具对待生产的部件的不同形状的灵活适应性，增加的机械稳定性和甚至注射成型部件中的精细结构的可靠形成。

提出一种用于实现该目的的解决方案，是一种用于生产注射成型部件的注射模具，其中至少一个导电加强元件布置在至少一个模具表面上并且被设计用于至少在注射过程中被施加电压。还提出了一种用于实现特定目的的解决方案，是一种用于生产注射成型部件的方法，其中至少在注射成型化合物的注入期间将电压施加到加强元件。

根据本发明，提出了一种用于生产注射成型部件的注射模具。注射模具包括第一半模和第二半模，第一半模具有第一模具表面，第二半模具有第二模具表面。模具表面使得它们在注射模具闭合时一起限定空腔。至少一个导电加强元件布置在至少一个模具表面上。

如开头所述，注射模具通常由两个半模组成，这两个半模又可以由许多板组成。半模的组成部分可以是例如模板，其具有用于注射成型部件的成形结构。可能有利的是，半模由塑料例如通过3D打印制成。也可以仅由塑料例如通过3D打印制成模板。至关重要的是，形成半模或模板的塑料的熔化温度大于注入空腔的注射成型化合物的加工温度。否则，半模或模板本身会在注射成型过程中熔化。

在这种情况下，其中一个半模形成喷嘴侧半模，而另一个半模设置成排出器侧半模。喷嘴侧半模设置在固定位置，而排出器侧半模可在位置固定的半模的方向上双向移动。因此，其中一个半模可以朝向另一个半模移动并远离它。在注射模具的闭合状态下，设置在半模上的模具表面形成内部空间或空腔，内部空间或空腔具有成型功能，用于在注射成型期间通过浇注或喷嘴系统流入的注射成型化合物。模具表面也可以形成在模板上，作为相应半模的组成部分。为了注射成型部件的成型，可以在模具表面上设置凹槽或凸起，在本领域中称为模具压痕和芯。

在注射成型期间，导电加强元件可以电接触。电接触伴随着温度的升高。由此产生的热量增加了流入的注射成型化合物的温度。如果注射成型化合物是塑料化合物(例如聚合物熔体)，则温度升高会导致聚合物的粘度降低。这又导致熔体压力降低并使聚合物熔体更容易适应第一或第二模具表面上精细成形结构的形状。因此，即使是非常小的结构(例如窄模具压痕或布置在模芯之间的间隙)也可以用聚合物熔体填充。

此外，加强元件导致半模的机械稳定性增加。特别地，这导致半模或模板以及在它们上形成的模具表面相对于注射成型期间发生的应力或压力的阻力增加。

在从属权利要求和以下对进一步有利的改进的描述中规定了进一步有利的改进。

根据一个有利的改进方案，加强元件是纤维增强带，该带包括塑料基质和嵌入其中的纤维。上述带特别可以是UD带。UD带是包括嵌入塑料基质中的连续纤维的单向(UD)增强复合材料。由于纤维增强，UD带在纤维方向上具有非常高的强度和刚度值。通过将UD带布置在半模或模具表面的高应力区域中，上述部件可以局部地机械加强。

根据本发明的一个有利的改进方案，纤维选自包括碳纤维、金属纤维、玻璃纤维或塑料纤维的组。它们也可以是再生纤维。纤维增强材料具有进一步提高半模稳定性的效果。还可以想到在塑料基质中提供不同纤维的混合物。纤维优选是导电纤维。同样地，带可以包括导电填料，其可以作为UD带中的导电纤维的替代或补充而提供。导电纤维或填料可以通过连接到电压源的接触装置接触。接触装置可以接触布置在注射模具外部的模具表面上的UD带，例如通过接触从模具表面中的一个向外突出的UD带。类似地，合适的接触装置可以集成在半模或模板中或模具表面中。例如，导线可以集成在半模中。然后，导线可以直接接触UD带，并且也可以从半模引出到外部，以便将其连接到电压源。在这种情况下，接触点的牢固密封是至关重要的。替代地或另外地，可以提供导电粘合剂，通过该导电粘合剂将UD带固定在模具表面上。

特别地，带包括单向地取向的连续纤维。在这方面，单向地意味着纤维沿着带的特定优先方向延伸。在这种情况下，纤维可以随机或均匀地分布在塑料基质中。塑料基质原则上可以由任何合适的塑料形成，特别是由热塑性塑料形成。这些可以用粘合树脂预浸渍，并且在铺设之前，将其卷绕在辊上。

如已经指出的，根据本发明的另一有利改进，带可以通过粘合剂连接到第一和/或第二模具表面。用于此的粘合剂可以另外是导电的。使用粘合剂可以在模具表面上灵活且手动地布置UD带。此外，粘合剂粘合可相对容易地释放，由此可以实现UD带的可逆布置。

根据本发明的进一步改进，布置在第一和/或第二模具表面上的带可以是通过激光辅助的带铺设工艺铺设的带。为了将带铺设在模具表面上，可以将带从锟上自动拉出并带到所需位置。如果带已经用粘合剂树脂预浸渍，则通过激光束原位加热。结果是，粘合树脂熔化并使带可以以精细分散的方式与模具表面粘合。

根据本发明的另一有利改进，带可以通过接触装置连接到电压源，通过该电压源可以将电压引入带中。集成在半模、导电粘合剂或外部接触装置中的接触线作为接触装置被考虑在内。为了与外部接触装置接触，必须在注射模具的闭合位置中与带形成接触连接。电接触允许将电压施加到加强元件或UD带，特别是在注射成型化合物注入空腔期间。由于施加的电压，UD带加热。由此产生的热量增加了在注射操作期间流入的注射成型化合物的温度。如果注射成型化合物是塑料化合物(例如聚合物熔体)，则温度升高会导致聚合物粘度降低。这又导致熔体压力降低并使聚合物熔体更容易适应第一或第二模具表面上精细成形结构的形状。因此，即使是非常小的结构(例如模具压痕或布置在模芯之间的间隙)也可以用聚合物熔体填充。

根据本发明的一个有利的改进，第一和第二半模是3D打印机的打印产品。同样，分配给半模的模板可以是3D打印产品。

通过3D打印工艺生产的半模或模板可以通过逐层添加材料应用以计算机控制的方式生产。材料的应用基于规定的尺寸和形状，例如其可以由用户以CAD格式规定。以这种方式，半模和模板可以以任何所需的形状生产或适应。然而，当选择要印刷的塑料时，应确保其熔化温度高于注射期间加工的塑料的加工温度。否则，成型的半模会熔化。

本发明还涉及一种用注射模具生产注射成型部件的方法，其中注射模具包括第一半模和第二半模，第一半模设有第一模具表面，第二半模设有第二模具表面，并且其中模具表面使得当注射模具闭合时它们一起限定空腔，并且其中至少一个导电加强元件设置在至少一个模具表面上，包括以下步骤：

a.闭合半模；

b.将注射成型化合物注入空腔；

C.打开半模，然后排出注射成型部件；

d.冷却部件。

至少在注射成型化合物注入期间，将电压施加到加强元件上。如上面结合本发明同样基于注塑模具的评论所述，通过本发明所基于的方法也可以实现注射成型部件的相对便宜和灵活的生产。结果是，即使是高度复杂且具有精细结构的注射成型部件也可以可靠且廉价地生产。这一方面是因为半模可以在3D打印工艺中灵活地适应特定的结构要求。另一方面，施加的电压允许降低聚合物熔体的粘度，从而可以生产精细结构元件。与由金属制造半模相比，通过3D打印工艺生产半模或模板相对便宜。

本发明所基于的注射模具以及本发明所基于的方法可以与上述所有有利的改进相结合，而上述特征可以单独存在或以任何组合存在。

还应当指出，诸如“包括”，“具有”或“具有”的术语不排除其他特征或步骤。此外，涉及单个数量的步骤或特征的术语“一个”或“该”不排除多个特征或步骤，反之亦然。

附图说明

基于附图中再现的示例描述了本发明的其他优点，其中：

图1示出了注射模具的两个半模的示意图(省略了注射模具的其他部件的表示)；

图2示出了在根据本发明的注射模具或根据本发明的方法的情况下使用的半模的示意图；

图3示出了在根据本发明的注射模具或根据本发明的方法的情况下用作加强元件的单向带的示意图。

具体实施方式

图1以高度示意图的形式示出了注射模具的第一半模1和第二半模2。第一半模具有第一模具表面3，而第二半模2具有第二模具表面4。模具表面3、4形成空腔5或注射模具的内部空间。将软化的注射成型化合物(例如塑料化合物)注入空腔5中。注射成型部件的形状由成型元件或模具表面3、4的形状限定。成形元件可以形成为例如模具印模6或芯7。

注射成型化合物通过浇注系统(未示出)进入注射模具的内部空间或空腔5。如开头所述，半模1、2中的一个(特别是喷嘴侧半模)设置在固定位置。半模1、2中的另一个(特别是分配给排出器侧的半模1、2)相对于喷嘴侧半模1、2可移动地布置。在实际注射成型之前，半模1、2朝向彼此移动，以便封闭空腔5或铸模的内部空间。然后，注射成型化合物(例如塑料化合物)通过浇注系统和喷嘴侧半模1、2进入空腔或内部空间。在完成注射成型工艺之后，将排出器侧半模1、2移离喷嘴侧半模1、2，并且通过设置在喷嘴侧半模1、2上的排出器元件(例如是排出器板或排出器螺栓)移除注射成型部件，即注射成型部件被弹出。

如图2所示，根据本发明，相应半模1、2的模具表面3、4可以设置有加强元件8。加强元件8尤其是UD带，也就是说，由塑料基质9和嵌入其中的导电纤维10构成的带子。加强元件8或UD带可以设置在模具表面3、4之一或两个模具表面3、4上的整个表面区域上。如图所示，然而也可以仅对模具表面3、4的某些区域设置有UD带，例如限定半模1、2的芯7的部分。UD带可以用合适的粘合剂粘附在模具表面3、4上。UD带也可以是自粘的。或者，UD带可以通过激光辅助带铺设工艺布置在模具表面3、4上。UD带或UD带的一部分的布置导致用它们覆盖的半模1、2的部分的结构加强。在这种情况下，加强意味着特别是机械稳定性或刚度的增加。UD带的布置导致在纤维增强复合材料意义上其施加到的部件的结构稳定性。

另外，嵌入UD带的塑料基质9中的纤维10可以通过合适的接触装置11导电和电接触。接触装置11可以(如图3中示意性表示的)形成为夹子，以便电接触UD带。为此，可以将部分带从空腔5中引出，以便在空腔5外部电接触。然而，接触装置11可以设置在空腔5内，或者集成在模具表面3、4中。当布置UD带时，它可以通过集成在模具表面3、4中的电接触装置11接触。接触装置11可以通过导电介质(例如通过导电粘合剂或接触线)与UD带连接。加强元件8通过接触装置11的接触，如图3中的示例所示，示出了通过齿形接触销13的接触，接触销13从基部14以齿的形式延伸，逐渐变细到加强元件8的方向上的一点。各个接触销13由齿根15分开。齿形接触销13由齿面16限定。接触销13可以突出到加强元件8的塑料基质9中，并且接触包含在塑料基质9中的导电填料。然而，接触销可以直接接触导电纤维10。

通过电接触，可以将电压U施加到加强元件8；这可以带来特别的优点，特别是在将注射成型化合物注入空腔5的过程中。这是因为UD带由于施加的电压U而加热。由此产生的热量增加了流入的注射成型化合物的温度。如果注射成型化合物是塑料化合物(例如聚合物熔体)，则温度升高会导致聚合物的粘度降低。这又导致熔体压力降低，并使聚合物熔体更容易使其自身适应第一或第二模具表面3、4上的精细成形结构的形状。因此，即使是非常小的结构(例如模具压痕6或设置在模芯7之间的间隙)可以用聚合物熔体填充。电接触以及伴随的注射模具的空腔5中的温度升高最终甚至可以形成精细结构的注射成型部件。

附图标记列表

1 第一半模

2 第二半模

3 第一模具表面

4 第二模具表面

5 空腔

6 模具压痕

7 芯

8 加强元件

9 塑料基质

10 纤维

11 接触装置

12 电压源

13 接触销

14 基部

15 齿根

16 齿面

U 电压

Claims (11)

1.一种用于生产注射成型部件的注射模具，所述模具包括第一半模(1)和第二半模(2)，所述第一半模(1)设有第一模具表面(3)，所述第二半模(2)设有第二模具表面(4)，其中所述模具表面(3、4)使得它们在所述注射模具闭合时一起限定空腔(5)，其特征在于，至少一个导电加强元件(8)布置在至少一个所述模具表面(3、4)上，并且所述加强元件(8)设计用于至少在注射成型期间电压(U)被施加到所述加强元件(8)上。

2.根据权利要求1所述的注射模具，其特征在于，所述加强元件(8)是纤维增强带，其中所述带包括塑料基质(9)和嵌入所述塑料基质(9)中的纤维(10)。

3.根据权利要求2所述的注射模具，其特征在于，所述纤维(10)选自包括碳纤维、金属纤维、玻璃纤维或塑料纤维的组。

4.根据权利要求2或3所述的注射模具，其特征在于，所述纤维(10)是导电的。

5.根据权利要求2所述的注射模具，其特征在于，所述带包括导电填料。

6.根据权利要求1所述的注射模具，其特征在于，所述带包括单向取向的连续纤维。

7.根据前述权利要求之一所述的注射模具，其特征在于，所述带通过粘合剂连接到所述第一和/或第二模具表面(3、4)。

8.根据前述权利要求之一所述的注射模具，其特征在于，布置在所述第一和/或第二模具表面(3、4)上的所述带是通过激光辅助的带铺设工艺铺设的带。

9.根据前述权利要求之一所述的注射模具，其特征在于，所述带通过接触装置(11)连接到电压源(12)，通过所述接触装置可以将电压(U)引入所述带。

10.根据前述权利要求之一所述的注射模具，其特征在于，所述第一和第二半模(1、2)是3D打印机的打印产品。

11.一种用注射模具生产注射成型部件的方法，其中所述注射模具包括第一半模(1)和第二半模(2)，所述第一半模(1)设有第一模具表面(3)，所述第二半模(2)设有第二模具表面(4)，其中所述模具表面(3、4)使得它们在所述注射模具闭合时一起限定空腔(5)，并且其中至少一个导电加强元件(8)布置在至少一个模具表面(3、4)上，所述方法包括以下步骤：

a.闭合所述半模(1、2)；

b.将注射成型化合物注入所述空腔(5)；

C.打开所述半模(1、2)，然后排出所述注射成型部件；

d.冷却所述部件；

其特征在于，至少在所述注射成型化合物注入期间，将电压(U)施加到所述加强元件(8)上。

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