CN117734093A - 用于制造模制件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造模制件的方法，方法用于在至少两件式的能够打开和关闭的模具的由壁限定的模具腔中由发泡的塑料制造模制件且包括以下步骤：a.关闭模具以提供模具腔；b.将塑料的颗粒粒料填充到模具腔中；c.通过将具有使粒料膨胀并熔化形成模制件的温度和蒸气压力的水蒸气引入填充的模具腔中加热粒料；d.在模具腔中冷却模制件；e.打开模具并取出模制件，其中，引入的水蒸气被引导通过蒸汽室，蒸汽室布置在模具的壁的与模具腔相对的侧上且通过穿过壁的开口与模具腔连通且在关闭模具之前和/或期间在模具的壁内在不与蒸汽室和模具腔连通的空腔中引导调温介质以预热壁且将模具的壁预热到适合于将粒料熔化成模制件的温度。

Description

用于制造模制件的方法

技术领域

本发明涉及一种在至少两件式的可打开和可关闭的模具的由壁限定的模具腔中由发泡的塑料制造模制件的方法。这种通常也称为颗粒发泡法的方法通常包括以下步骤：

a.关闭模具以提供模具腔；

b.将塑料的颗粒状粒料填充到模具腔中；

c.通过将具有使粒料熔化形成模制件的温度和蒸气压力的水蒸气引入填充的模具腔中来加热粒料；

d.在模具腔中冷却模制件；

e.打开模具并取出模制件，

其中，引入到模具腔中的水蒸汽被引导通过蒸汽室，这些蒸汽室设置在模具的壁的与模具腔相对的一侧上，并通过穿过壁的开口与模具腔连通。

背景技术

对于现有技术例如可以参考EP 0 259 597 A2和EP 2 227 366 B1。

为了加热模具腔的壁并且同时或者随后加热粒料，在现有技术中通常在关闭模具之后并且在装入颗粒状粒料之后将水蒸气引入到模具腔中，水蒸气将壁加热到期望的温度并且允许颗粒状粒料在模具腔中熔化。然而，这种水蒸气不期望地导致冷凝物的形成，冷凝物沉积在模具腔的壁上，影响成型和/或不利地影响获得的模制件的表面质量。此外，蒸汽室必须设计得体积相对较大，从而模具具有相应较大的体积，这导致整个成型装置的相应较大的尺寸设计。

因此，EP 2 227 366 B1提出通过施加负压将该水蒸汽从模具腔中去除。然而，通过该附加的工作步骤，用于制造模制件的周期时间被延长。

此外，提供所需的大量蒸汽是能量密集的，并且需要大量的水，并且从模具腔中移除的蒸汽导致模具外不期望的大量湿气。

此外，由EP 2 875 928 A1和EP 3 088 153 A1已知用于以颗粒发泡法制造模制件的模具，该模具由于其由金属材料以添加法、例如借助选择性激光焊接制造，也可具有带有集成的通道和开口的精细的空心结构，这无法以传统的切削加工方法以及浇铸法制造出。

发明内容

本发明的目的是，提出一种开头所述类型的方法，该方法通过特别低的周期时间或循环时间以及特别少的能量消耗和水消耗以及所使用的模具的紧凑的尺寸克服了现有技术的缺点。

为了解决所提出的任务，根据本发明提出一种根据权利要求1的特征的方法。

本发明的有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的方案规定，在模具的壁内，调温介质在不与蒸汽室和模具腔连通的空腔中被引导用于预热壁，并且模具的壁被预热到对于将粒料熔化成模制件合适的温度上。根据本发明，该预热可以在关闭模具之前就已经进行。因此，根据本发明，在关闭至少两件式的模具之前和期间和/或在模具腔的填充过程期间，在引入水蒸汽之前就已经可以开始壁的预热，由此相对于现有技术可以节省大量的过程时间。在现有技术中，在可以从蒸汽室将一股蒸汽释放到模具腔中以加热之前，必须首先等待模具完全关闭和填充，并等待伴随其形成模具腔。这又导致形成大量的冷凝物，该冷凝物随后存在于模制件中并引起已知的问题。

根据本发明在模具的壁中设置的空腔尤其可以通过以添加法制造模具来构造，调温介质可以在空腔中被这样地引导，即，使得调温介质不与蒸汽室和模具腔连通。

因此，根据本发明，在本方法中使用的模具总共具有三个彼此独立地调温的层面，即与现有技术一致的，一方面蒸汽室并且另一方面模具腔，以及除了现有技术之外附加的，在模具的壁内的不与蒸汽室和模具腔连通的空腔作为第三调温的层面。

在根据本发明的方法的范围内，尤其使用水蒸气作为调温介质，然而备选地也可以考虑其它合适的调温介质，例如水或油或其混合物。

根据本发明规定，将壁预热到合适的温度，该温度根据本发明的建议为约100℃至200℃，例如在加工发泡聚丙烯(EPP)时约在110℃至150℃之间，优选为140℃，其中，温度可以自由调节并由本领域技术人员根据待加工的塑料的规定来选择。

根据本发明所建议的通过在壁内引导的且既不与模具腔连通也不与蒸汽室连通的调温介质对壁的预热还提供了这样的优点，即，模具腔在预热期间不与蒸汽接触，蒸汽就此而言也不作为冷凝物析出且必须耗费地又从模具腔中移除。

根据本发明的方法，用于加热粒料、必要时使其膨胀并熔化成模制件的步骤c)中的蒸发时间可以变得非常短，因为仅需通过将水蒸气引入被填充的模具腔中来施加用于塑化待制造的模制件的颗粒和用于加热各颗粒之间的空腔的能量，从而几乎不形成冷凝物，并且因此产生具有出色表面的模制件。

由于蒸汽室中仅需要少量的必须被引入到模具腔中以加热粒料的蒸汽，因此蒸汽室本身也可以相应地紧凑，使得在根据本发明的方法的范围内使用的模具的尺寸可以相对于现有技术显著地减小。

根据本发明的进一步建议，即使在步骤c)中填充粒料时和/或在步骤d)中加热粒料时，也可以保持调温介质穿过空腔的引导。

此外，为了进一步优化能量消耗和水消耗，调温介质可以在闭合的回路中被引导通过空腔。

根据本发明的另一建议，在步骤c)中加热之后，对填充的模具腔施加负压。因此，在将水蒸气引入填充的模具腔中以加热粒料并熔化成模制件之后，在将所需的能量引入到位于模具腔中的颗粒中之后尽可能短的时间内，就立即从模具腔中再次移除该水蒸气，以便利用模制件以及模具的壁中的固有余热来稳定所产生的烧结的模制件。为此，负压优选地在壁至少70℃的温度下，在EPP的情况下优选地在约110℃的温度下维持预定的、使模具腔中熔化的颗粒稳定所需的时长。替代地，例如可以通过插入到限定模具腔的壁中的探针测量所形成的模制件的泡沫压力。一旦该泡沫压力下降到低于预定阈值，则可以推断出成功完成了对模具腔中的熔化的颗粒的稳定。此外，可能仍存在于模具腔中的冷凝物通过施加的负压再次转移到蒸汽相，并且从模具腔经由开口被导出到蒸汽室中，并从蒸汽室中排出。

负压例如可以借助于负压泵或也可以通过例如在EP 2 227 366A1中所描述的真空箱来提供。

根据本发明的另一建议，在步骤d)中，冷却介质通过模具的壁内的、不与蒸汽室和模具腔连通的空腔引导，在壁的先前的预热步骤中，调温介质也被引导通过该空腔。这样，壁可以快速冷却到脱模温度，而模制件不与冷却介质接触。

根据本发明的另一建议，在冷却介质的引导和壁的冷却期间和/或之后，还可以进一步对模具腔施加负压。

根据本发明的另一建议，冷却介质也可以在闭合的回路中引导。

由于根据本发明提供的通过在壁的空腔中引导的调温介质对模具腔的壁进行的预热，没有冷凝物被传送到模制件的待形成的颗粒泡沫中，并且在模制件中引入的能量的量如此之小以至于仅能观察到所生产的模制件的减小的收缩趋势。模具中的稳定时间因此是极其短的并且必要时甚至可以放弃现有技术中迄今为止不可避免的回火时间。

由于模具的壁的加热和对壁的冷却都是通过在壁的封闭的空腔中引导的调温介质或冷却介质来进行的，因此在根据本发明的方法中可以并行地进行各个方法步骤，由此显著地降低周期时间并且实现巨大的能量节约。

在根据本发明的方法的另一设计方案中提出，在步骤c)中加热粒料之前、期间和/或之后并且在模制件冷却之前，引导具有与原材料相关的大约150℃至200℃，优选大约170℃至180℃的温度的非常热的调温介质通过空腔。通过限定模具腔的壁的所产生的强烈的加热，可以在模制件上形成封闭的塑料表层，这在特定的应用情况下是特别期望的。粒料的熔融体积含量通过第二填充过程或构件的压缩通过所谓的“压实间隙”来补偿。

根据本发明的方法可以使用模具来实施，该模具在限定模具腔的壁中具有空腔或通道，调温介质和必要时的冷却介质可以通过该空腔或通道引导，而不会接触或溢流到模具腔和蒸汽室中。特别地，以添加法由金属材料(例如，通过选择性激光焊接)制造的模具被认为是合适的。利用这种方法可以制造模具的壁，这些壁在一方面与模具腔相邻的表面和另一方面与蒸汽室相邻的表面之间具有理想情况下连贯的空腔，其中，连接蒸汽室和模具腔的用于引入和排出蒸汽的开口构成为相对于空腔隔开的管状区段，这些管状区段穿过空腔。由于以添加法制造，限定空腔的表面以及设置在空腔中的开口可以一体地由金属材料制造，其中开口的布置和走向可以根据待制造的模制件的规定在很大程度上自由选择。模具配备有合适的接头，用于将调温介质以及必要时冷却介质引导通过空腔。

附图说明

下面借助于示出实施例的附图来阐述本发明的其它设计方案和细节。显示：

图1示出了模具的部分区域的剖视图；

图2至图6以穿过模具的非常简化的局部剖的侧视图示出了在用于制造模制件的彼此相继的步骤中的根据本发明的方法的流程。

具体实施方式

图2至6以序列式次序示出了模制件6在两件式的模具中的制造，该模具具有第一模具上部1和对应的第二模具下部2，它们分别例如以单块构造方式固定在未详细示出的自动模制机的支承板3、4上。

借助于未详细示出的驱动装置，模具1、2可移动到由图2可见的打开状态并且在间隔A减小的情况下可移动到根据图3的关闭状态中，这在下面还将详细阐述。

两个模具1、2具有根据待制造的模制件的规定实施的模具壁100、200的轮廓，其在根据图2的关闭状态下限定模具腔5，模制件6以下面将进一步说明的方式在该模具腔中制造。

在壁100、200的与模具腔5相对的各个侧上，分别在容纳板3、4和固定在其上的模具1、2之间限定蒸汽室30、40，其以未详细示出的方式配备有用于输入和输出水蒸汽或施加负压的连接口。

两个模具1、2的主要特征是，它们以添加法由金属材料、如不生锈的不锈钢(V4A)例如借助选择性的激光焊接来制造并且具有由图1可见的构造。

在构成上部的模具1的例子中，可看到壁100的中空结构，该中空结构同样也构造在构成下部的模具2的壁200中，因此下面的说明同样也适用于模具2。

据此，壁100由面向模具腔5并且限定模具腔的表面10以及邻接蒸汽室30并且与表面10间隔开的第二表面12限定，在这些表面之间形成连贯的空腔11，该空腔11被管状或柱状的开口13穿过，这些开口13从表面12延伸到表面10并且在朝向表面10的方向上以圆形横截面漏斗形地或锥形地扩大。因此，开口13相对于空腔11被隔开，但是允许在蒸汽室30和邻接表面10的模具腔5之间的物质穿过。具有两个彼此间隔开的表面10、12的壁100、200的横截面构造实现了模具1、2的特别轻的且抗弯曲的结构，在所述表面之间具有空腔11和穿过空腔11的管状开口13。

另一方面，模具1中的空腔11作为附加的功能层面设有至少两个接头110，从而介质可以通过接头110引导穿过空腔11，而不会从空腔11进入蒸汽室30或模具腔5中，因为开口13相对于空腔11分开或隔离。

同样的情况也适用于模具2中的壁200的结构，其中，接头用附图标记210表示。

为了在模具腔5内由发泡塑料制造模制件，从图2中的打开状态开始，在第一步骤中，在模具1、2仍打开时，将调温介质、例如温度约130℃的水蒸气在约3bar的调节的压力下按照箭头D经由接头110、210引导穿过模具1、2的壁100、200中的空腔11，以便将模具1、2在其壁100、200和限定这些壁的表面10、12的区域中预热到为了将由塑料构成的颗粒状粒料熔化成模制件而设的温度上，例如预热到大于或等于120℃的温度上。

由于引导调温介质、在此为水蒸汽穿过构造在壁100、200内的空腔11，实现了壁100、200的均匀预热，而蒸汽不会进入蒸汽室30或模具腔5中或到达限定模具腔的表面10、12上并析出冷凝物。

在预热壁100、200的同时，模具1、2连同对应的支承板3、4通过减小它们的间隔A相向移动，直至它们到达根据图3的关闭位置，在该关闭位置，模具1、2彼此啮合并且限定了它们之间的封闭的模具腔5。

壁100、200的预热可以在整个关闭过程期间维持，由此产生显著的时间节省。

一旦模具腔5形成在两个模具1、2之间，则塑料的颗粒状粒料通过壁100、200中的相应填充开口填充到模具腔5中，其中，必要时，壁100、200的预热可通过在空腔11中引导的调温介质进一步维持。

一旦用粒料填充模具腔5结束，水蒸气就以未详细示出但本身已知的方式引入蒸汽室30、40中，并且从蒸汽室30、40按照图3中箭头H所示经由形成在壁100、200中的开口13进入模具腔5。热的水蒸汽在那里遇到粒料的填充的颗粒并且加热其表面以及位于颗粒之间的空气，从而颗粒按照模具腔5的轮廓的规定熔化成连贯的模制件6。由于开口13的圆形的、朝模具腔5的方向锥形扩宽的横截面，该开口受到自清洁效应。

由于在上述方式中，在将水蒸汽从蒸汽室30、40引入模具腔5之前，模具1、2的壁100、200已经被预热到所需温度，因此蒸发时间，即必须将蒸汽根据箭头H从蒸汽室30、40引入到模具腔5中以便将粒料的颗粒熔化成模制件6的时间间隔可以设计得极其短，因为仅必须将用于熔化和必要时用于使填充的颗粒发泡所需的能量经由水蒸汽从蒸汽室30、40引入到模具腔5中。由于在此情况下引入模具腔5中的水蒸汽的量仅很少，所以在模具腔5中也几乎不会产生冷凝物，冷凝物可能对模制件6的表面产生负面影响。因此，所制造的模制件6具有优秀的表面特性。此外，蒸汽室30、40的体积可以非常小，使得模具1、2可以非常紧凑地构造，这除了减小空间需求之外还导致待加热的质量的显著减小。具体而言，由此与传统的工具相比，加热的质量可减小最多95％并且蒸汽室体积同样可减小最多95％。

在如图3中箭头H所示，将所需量的水蒸汽从蒸汽室30、40引入到模具腔5之后，立即向蒸汽室30、40施加低压或真空，使得位于模具腔5中的水蒸汽沿相反方向从模具腔5经由开口13穿过壁100、200返回到蒸汽室30、40中，并从那里以未详细示出的方式排出。

由于蒸汽室30、40被施加负压或真空，模具腔5中的压力也相应地下降，并且可能在模具腔5和/或模制件6中沉积的冷凝物由于在模制件6和模具1、2的壁100、200中固有的余热而直接再次转变成蒸汽相并且同样经由蒸汽室30、40排出。

蒸汽室30、40的负压或真空的施加维持预定的时间段和/或直至泡沫压力降至预定的极限值以下，使得模制件6在模具腔5中干燥并且仅通过所施加的负压利用余热来稳定。

在位于模具腔5中的模制件6脱模之前不久，必要时在仍然维持蒸汽室30、40中的负压的情况下，冷却介质(例如水)然后通过连接开口110、210被引导穿过壁100、200中的空腔11，以便将模具1、2和位于其中的模制件6冷却至脱模温度。由此实现了模制件6的特别高品质的表面。

随后，如图4所示，可以通过将支承板3、4连同固定在其上的模具1、2彼此移开并打开模具腔5来打开模具。制成的模制件6可以借助于根据图5的推出器取出并且从工具中落下(图6)。然后，该过程可以在图2中重新开始。

在空腔11内部在壁100、200中引导的用于预热壁100、200的调温介质和在空腔11内引导的冷却介质优选在闭合的回路中引导，从而将所需的调温介质和冷却介质的量保持得很小并且将用于加热或冷却这些介质所需的能量最小化。

由于在模具1、2的第三调温层面内在封闭的空腔11内引导调温介质和/或冷却介质，所以避免了进入蒸汽室30、40和/或模具腔5中的溢流，因此前述方法步骤可以以较短的时间顺序并且部分甚至同时进行，从而图2至图5的整个方法流程的周期时间变得极短。

Claims (12)

1.一种用于在至少两件式的能够打开和能够关闭的模具(1、2)的由壁(100、200)限定的模具腔(5)中由发泡的塑料制造模制件(6)的方法，所述方法包括以下步骤：

a.关闭模具(1、2)以提供模具腔(5)；

b.将塑料的颗粒状的粒料填充到模具腔(5)中；

c.通过将具有使粒料熔化形成模制件(6)的温度和蒸气压力的水蒸气引入填充的模具腔(5)中来加热粒料；

d.在模具腔(5)中冷却模制件(6)；

e.打开模具(1、2)并取出模制件(6)，

其中，引入到模具腔(5)中的水蒸气被引导通过蒸汽室(30、40)，这些蒸汽室布置在模具(1、2)的这些壁(100、200)的与模具腔(5)相对的侧上并且通过穿过这些壁(100、200)的开口(13)与模具腔(5)连通，其特征在于，在关闭模具(5)之前和/或期间在模具(1、2)的这些壁(100、200)内在不与蒸汽室(30、40)和模具腔(5)连通的空腔(11)中引导调温介质以预热壁，并且将模具的这些壁(100、200)预热到适合于将粒料熔化成模制件(6)的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，这些壁(100、200)被预热到约100℃至200℃的温度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用水蒸汽、水或油作为调温介质。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，即使在步骤b)中填充所述粒料时，也保持调温介质引导穿过所述空腔(11)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述调温介质在闭合的回路中被引导穿过所述空腔(11)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)中加热之后，对填充的模具腔(5)施加负压。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在这些壁(100、200)的温度在70℃之上的情况下，对填充的所述模具腔(5)施加负压持续这样的预定时间段，使得熔化的粒料在所述模具腔(5)中稳定。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，为了在步骤d)中冷却模具(1、2)的模具腔(5)中的模制件(6)，引导冷却介质通过模具(1、2)的这些壁(100、200)内的不与蒸汽室(30、40)连通的空腔(11)，以便将壁(100、200)冷却至脱模温度。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在引导冷却介质和冷却这些壁(100、200)期间和/或之后，所述模具腔(5)仍然被施加负压。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述冷却介质在闭合的回路中被引导通过所述空腔(11)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)中加热粒料期间和/或之后并且在步骤d)中冷却模制件之前，将温度为约150℃至200℃，优选约170℃至180℃的热的调温介质引导通过空腔(11)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，使用具有以添加法制造的壁(100、200)和在这些壁(100、200)内延伸的空腔(11)的模具，其中，这些开口(13)作为相对于所述空腔(11)隔开的管状区段在这些壁(100、200)的表面之间穿过所述空腔(11)，并且这些壁(100、200)与在它们之间构造的空腔(11)和穿过所述空腔的开口(13)一体地由金属材料构造。