DE102018200509A1 - Method of making coils - Google Patents
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Abstract
Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung metallischer Wendeln, sowie die in dem Verfahren hergestellten Wendeln. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen einer wendelförmigen Kavität (1.1) in einem Spritzgießwerkzeug; Füllen der Kavität (1.1) mit einer ein Pulver aus einem sinterfähigen Material enthaltenden Formmasse; Herstellen eines Grünteils (2) durch Erstarren der Formmasse; Entnehmen des Grünteils (2) aus dem Spritzgießwerkzeug; Entbinderung des Grünteils (2); Sintern des Grünteils (2). The application relates to a process for producing metallic coils, as well as the coils produced in the process. The method comprises the following steps: providing a helical cavity (1.1) in an injection mold; Filling the cavity (1.1) with a molding material containing a powder of a sinterable material; Producing a green part (2) by solidification of the molding compound; Removing the green part (2) from the injection mold; Debindering the green part (2); Sintering of the green part (2).
Description
Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Metallpulverspritzgießen zum Herstellen metallischer Wendeln.The application relates to a method of metal powder injection molding for producing metallic coils.
Metallische Wendeln, beispielsweise Spulen oder Federn, werden nach dem Stand der Technik durch Wickeln von Draht, beispielsweise Runddraht oder Profildraht, hergestellt. In der industriellen Fertigung ist der Wickelprozess insbesondere für einfache Wendeln und für große Stückzahlen automatisiert und wird auf speziellen Wickelmaschinen durchgeführt. Beispielsweise für kleine filigrane Spulen, Spulen mit hohem Füllgrad oder bei besonderen Anforderungen an die Steifigkeit sind automatisierte Wickelanlagen jedoch nur eingeschränkt anwendbar, wodurch ein hoher Aufwand und hohe Kosten bei der Fertigung resultieren.Metallic coils, such as coils or springs, are made in the prior art by winding wire, such as round or profiled wire. In industrial manufacturing, the winding process is automated especially for simple coils and for large quantities and is carried out on special winding machines. However, for example, for small filigree coils, coils with a high degree of filling or special rigidity requirements, automated winding systems can only be used to a limited extent, which results in high costs and high production costs.
Aufgabe der Anmeldung ist es, metallische Wendeln in einem Metallpulverspritzgießprozess herzustellen. Das wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Mögliche Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den Figuren.The object of the application is to produce metallic coils in a metal powder injection molding process. This is achieved by a method according to
Zur Herstellung einer metallischen Wendel in einem Verfahren gemäß der Anmeldung wird eine wendelförmige Kavität in einem Spritzgießwerkzeug bereitgestellt.To produce a metallic coil in a method according to the application, a helical cavity is provided in an injection mold.
Die Kavität wird mit einer ein Pulver aus einem sinterfähigen Material enthaltenden Formmasse gefüllt. Durch Erstarren der Formmasse wird ein Grünteil hergestellt, das anschließend aus dem Spritzgießwerkzeug entnommen wird. Anschließend wird das Grünteil entbindert und gesintert.The cavity is filled with a molding material containing a powder of a sinterable material. By solidification of the molding compound, a green part is produced, which is then removed from the injection mold. Subsequently, the green part is debinded and sintered.
Die wendelförmige Kavität kann von einer Gussform des Spritzgießwerkzeugs gebildet werden. Sie kann aber auch von einem oder mehreren Einlegeteilen gebildet werden, die in der Gussform bereitgestellt werden, oder von einem oder mehreren Einlegeteilen zusammen mit der Gussform des Spritzgießwerkzeugs gebildet werden.The helical cavity may be formed by a mold of the injection molding tool. However, it may also be formed by one or more inserts provided in the mold or formed by one or more inserts together with the mold of the injection mold.
Zur Herstellung der Wendeln wird eine pulvergefüllte Formmasse hergestellt, die einen Binder, beispielsweise einen organischen Binder, und ein Pulver aus einem sinterfähigen Material, zur Herstellung eines gesinterten Formteils, enthält. Beispielsweise können Metallpulver zur Herstellung eines metallischen Formteils verwendet werden, insbesondere können Kupferpulver, Aluminiumpulver, Stahlpulver, Titanpulver und/oder Edelmetallpulver, wie beispielsweise Platinpulver, verwendet werden. In einer Ausführung kann hochreines Kupferpulver verwendet werden. Zur Herstellung von Formteilen aus legierten Materialen können auch Pulver aus metallischen Legierungen, wie beispielsweise aus Aluminiumlegierungen, verwendet werden. Zur Herstellung von Formteilen aus legierten Materialien können vorlegierte Pulver verwendet werden oder es kann eine Kombination von Elementpulvern bereitgestellt werden. In einer anderen Ausführung kann auch ein Masteralloy verwendet werden, dem noch ein oder mehrere Elementpulver zugegeben werden.To prepare the helices, a powder-filled molding compound is prepared which contains a binder, for example an organic binder, and a powder of a sinterable material, for producing a sintered molding. For example, metal powders may be used to make a metallic molding, and in particular, copper powder, aluminum powder, steel powder, titanium powder and / or noble metal powder such as platinum powder may be used. In one embodiment, high purity copper powder can be used. Powders of metallic alloys, such as aluminum alloys, may also be used to make molded articles of alloyed materials. For the preparation of molded parts from alloyed materials, pre-alloyed powders may be used or a combination of elemental powders may be provided. In another embodiment, it is also possible to use a master alloy to which one or more elemental powders are added.
In einer Ausführung werden Pulvermischungen aus metallischen und keramischen Pulvern verwendet, zur Herstellung metall-keramischer Strukturen.In one embodiment, powder mixtures of metallic and ceramic powders are used for the production of metal-ceramic structures.
Die organischen Binder enthalten in einer Ausführung mindestens ein thermoplastisches Polymer. In einer Ausführung können die organischen Binder weiterhin einen Weichmacher, der gezielt herausgelöst werden kann, und/oder ein zweites Polymer, das gezielt zersetzt werden kann, enthalten. Beispielsweise kann das zweite Polymer thermisch oder katalytisch zersetzbar sein.The organic binders in one embodiment contain at least one thermoplastic polymer. In one embodiment, the organic binders may further contain a plasticizer that can be selectively dissolved out, and / or a second polymer that can be selectively decomposed. For example, the second polymer may be thermally or catalytically decomposable.
Die organischen Binder können in unterschiedlichen Ausführungen außerdem weitere Komponenten enthalten, wie beispielsweise Tenside, Phasenvermittler, Benetzungshilfsmittel, Oligomere, kurzkettige Polymere und/oder weitere Weichmacher.The organic binders may also contain other components in various embodiments, such as surfactants, phase mediators, wetting aids, oligomers, short-chain polymers and / or other plasticizers.
Die Zusammensetzung der organischen Binder richtet sich in unterschiedlichen Ausführungen nach der Zusammensetzung des Pulvers, um eine chemische Reaktion des Binders mit dem Pulver zu vermeiden und beispielsweise eine dem Pulver angemessene Benetzung zu bewirken.The composition of the organic binders depends on the composition of the powder in different embodiments in order to avoid a chemical reaction of the binder with the powder and, for example, to effect a wetting which is commensurate with the powder.
Durch die Zusammensetzung der Formmasse können unterschiedliche Materialeigenschaften, wie beispielsweise eine bestimmte Leitfähigkeit oder Federhärte, erreicht werden.Due to the composition of the molding composition, different material properties, such as a certain conductivity or spring hardness, can be achieved.
Die pulvergefüllte Formmasse wird beispielsweise gemischt und anschließend vorzugsweise unter hohen Scherkräften homogenisiert. Das kann durch Verwendung einer Scherwalze oder eines Extruders, beispielsweise durch Verwendung eines Doppelschneckenextruders, geschehen. Das Mischen und/oder das Homogenisieren der Formmasse kann aber auch durch Kneten oder durch eine Kombination aus Kneten und Extrudieren geschehen.The powder-filled molding compound is mixed, for example, and then preferably homogenized under high shear forces. This can be done by using a shear roller or an extruder, for example by using a twin-screw extruder. However, the mixing and / or the homogenization of the molding composition can also be done by kneading or by a combination of kneading and extrusion.
Die Formmasse kann in eine Ausführung beispielsweise ein Stahlpulver enthalten, zur Herstellung von Stahlfedern.The molding compound may include, for example, a steel powder in one embodiment, for the production of steel springs.
Die Formmasse kann in einer Ausführung ein Kupferpulver, beispielsweise aus hochleitfähigem Kupfer, enthalten zur Herstellung von Kupferspulen.In one embodiment, the molding compound may contain a copper powder, for example of highly conductive copper, for the production of copper coils.
Durch die Herstellung der Wendeln als Gusskörper in einem Spritzgießprozess kann eine erhöhte Flexibilität bei der Wendelgeometrie erreicht werden. By producing the helixes as a cast body in an injection molding process, increased flexibility in the helix geometry can be achieved.
Durch die mögliche Verwendung von Einlegeteilen wird die Flexibilität noch zusätzlich erhöht.The possible use of inserts, the flexibility is further increased.
Die Kavität, die mit der Formmasse gefüllt wird und die Form des angestrebten wendelförmigen Gusskörpers vorgibt, kann eine komplexe Geometrie aufweisen. Nachfolgend werden einige Beispiele für solche komplexen Geometrien aufgezählt. Diese können miteinander kombiniert werden. Weitere Geometrien sind außerdem möglich und ergeben sich für den Fachmann aus der angestrebten Verwendung der Wendel.The cavity, which is filled with the molding compound and predetermines the shape of the desired helical cast body, can have a complex geometry. Below are some examples of such complex geometries. These can be combined with each other. Other geometries are also possible and arise for the skilled person from the desired use of the helix.
Spulenparameter bzw. Wendelparameter wie beispielsweise Steigung und Windungszahl pro Länge lassen sich durch eine entsprechend geformte Kavität gezielt einstellen.Coil parameters or helix parameters such as, for example, pitch and number of turns per length can be set in a targeted manner by means of a correspondingly shaped cavity.
Ein von der Wendel bzw. von den Windungen der Wendel begrenzter innerer Hohlraum kann, in einer Ebene orthogonal zu einer Längsrichtung der Wendel, eine komplexe Querschnittfläche aufweisen. Insbesondere kann der innere Hohlraum eine Querschnittfläche aufweisen, die durch wickeln nicht oder nur schwer erreichbar ist. Der von den Windungen der gegossenen Wendel begrenzte innere Hohlraum kann eine runde oder eine nichtrunde Querschnittfläche aufweisen und/oder eine entlang der Längsrichtung der Wendel veränderliche Querschnittfläche aufweisen. Die Querschnittfläche kann einen konstanten oder veränderlichen Radius, bzw. eine konstante oder veränderliche Seitenlänge besitzen und beispielsweise rund, oval, rechteckig oder vieleckig sein.An inner cavity bounded by the helix or turns of the helix may have a complex cross-sectional area in a plane orthogonal to a longitudinal direction of the helix. In particular, the inner cavity may have a cross-sectional area which is difficult or impossible to reach by winding. The inner cavity delimited by the turns of the cast helix may have a round or non-circular cross-sectional area and / or a cross-sectional area that varies along the longitudinal direction of the helix. The cross-sectional area can have a constant or variable radius, or a constant or variable side length, and can be, for example, round, oval, rectangular or polygonal.
Die äußeren Wendelabmessungen in der Ebene orthogonal zu der Längsrichtung können mit dem vorgeschlagenen Verfahren ebenfalls eingestellt werden. Die äußeren Wendelabmessungen können beispielsweise eine runde, ovale oder rechteckige Form haben. In der Ebene orthogonal zu der Längsrichtung kann eine Ausdehnung der Wendel beispielsweise zwischen 0.5cm x 0,5cm und 10 cm x 10 cm betragen. Beispielsweise kann eine rechteckige Wendel äußere Abmessungen von zwischen 1cm x 3cm und 3cm x 8cm haben. Größere und kleinere Abmessungen in beide Raumrichtungen sind ebenfalls möglich.The outer helical dimensions in the plane orthogonal to the longitudinal direction can also be adjusted by the proposed method. The outer coil dimensions may, for example, have a round, oval or rectangular shape. In the plane orthogonal to the longitudinal direction, an extension of the helix may for example be between 0.5 cm × 0.5 cm and 10 cm × 10 cm. For example, a rectangular coil may have external dimensions of between 1cm x 3cm and 3cm x 8cm. Larger and smaller dimensions in both directions are also possible.
Die metallische Wendel kann außerdem ein komplexes Windungsquerschnittprofil aufweisen. Mit Windungsquerschnitt wird dabei der Querschnitt des Materials selbst bezeichnet, entsprechend dem Drahtquerschnitt eines Drahtes der beispielsweise bei gewickelten Spulen verwendet wird. Beispielsweise kann das Windungsquerschnittprofil rechteckig sein, was ein Wickeln erschweren oder unmöglich machen würde, aber bei der hier vorgestellten Methode keine negativen Auswirkungen auf die Fertigung der Wendel hat. Das Windungsquerschnittprofil kann auch vieleckig oder oval sein, Einkerbungen und/oder Ausbuchtungen aufweisen und/oder entlang seiner Länge veränderlich sein.The metallic coil may also have a complex winding cross-section profile. With a winding cross section, the cross section of the material itself is referred to, corresponding to the wire cross section of a wire used, for example, in wound coils. For example, the winding cross section profile may be rectangular, which would make winding difficult or impossible, but has no negative effect on the manufacture of the coil in the method presented here. The winding cross-sectional profile can also be polygonal or oval, have indentations and / or bulges and / or be variable along its length.
Eine Steigung der Wendel und/oder eine Windungsrichtung der Wendel können entlang der Längsrichtung veränderlich sein.A pitch of the helix and / or a winding direction of the helix may be variable along the longitudinal direction.
Durch die vorgeschlagene Herstellung der Wendel können die beschriebenen möglicherweise veränderlichen komplexen Windungsquerschnitte oderFlächenquerschnitte des inneren Hohlraums, die möglicherweise veränderlichen äußeren Wendelabmessungen sowie die möglicherweise veränderlichen Spulenparameter in Kombination vorliegen. Beispielsweise kann ein rechteckiges Windungsquerschnittprofil mit entlang der Wendel veränderlicher Seitenlänge mit einem abgewinkelten Verlauf und einer entlang der Längsrichtung der Spule veränderlichen Steigung realisiert werden.The proposed manufacture of the helix may combine the described potentially variable complex turns or surface cross sections of the inner cavity, the potentially variable outer helix dimensions, and the possibly variable coil parameters. For example, a rectangular winding cross-sectional profile can be realized along the helix of variable side length with an angled course and a variable pitch along the longitudinal direction of the coil.
Zur Einstellung einer gewünschten Federhärte können beispielsweise bestimmte Materialien oder Legierungen für das Metallpulver gewählt werden und die gewünschte Steigung oder Windungsdicke oder Windungsquerschnittsgeometrie der Feder eingestellt werden.To set a desired spring hardness, for example, certain materials or alloys for the metal powder can be selected and the desired pitch or winding thickness or winding cross-sectional geometry of the spring can be adjusted.
Spulen, die mit dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellt werden, können beispielsweise Windungsstärken zwischen 0,1 mm und 2mm haben.Coils produced by the proposed method may have, for example, turns of between 0.1 mm and 2 mm.
In einer Ausführung werden Wendeln mit Windungsstärken von weniger als 200 µm, bevorzugt von weniger als 150 um hergestellt.In one embodiment, coils with turns of less than 200 μm, preferably less than 150 μm, are produced.
Ein Füllfaktor der auf diese Weise hergestellten Spulen beträgt beispielsweise über 65 %, vorzugsweise über 75 %, besonders bevorzugt über 85 %. In einer Ausführung beträgt der Füllfaktor über 90 %, beispielsweise 95 %.A filling factor of the coils produced in this way is for example over 65%, preferably over 75%, particularly preferably over 85%. In one embodiment, the fill factor is over 90%, for example 95%.
In einem Schritt des Verfahrens wird die Kavität mit der metallpulvergefüllten Formmasse gefüllt, indem die Formmasse in die Kavität eingespritzt wird. In einer Ausführung hat die eingespritzte Formmasse eine Temperatur von mindestens 50°C, vorzugsweise mindestens 100°C, besonders bevorzugt mindestens 120°C und eine Temperatur von höchstens 300°C, vorzugsweise höchstens 250°C, besonders bevorzugt höchstens 200°C.In one step of the method, the cavity is filled with the metal powder-filled molding compound by injecting the molding compound into the cavity. In one embodiment, the injected molding compound has a temperature of at least 50 ° C, preferably at least 100 ° C, more preferably at least 120 ° C and a temperature of at most 300 ° C, preferably at most 250 ° C, more preferably at most 200 ° C.
Anschließend wird durch Erstarren der Formmasse ein Grünteil hergestellt. Das Erstarren der Formmasse erfolgt typischerweise durch Abkühlen der Formmasse. Das Grünteil bildet dabei, wenn ein oder mehrere Einlegeteile vorhanden sind, zusammen mit dem einen oder den mehreren Einlegeteilen ein Zwischenprodukt. Das Zwischenprodukt wird aus dem Spritzgießwerkzeug entnommen.Subsequently, a green part is produced by solidification of the molding material. The solidification of the molding material is typically carried out by cooling the molding material. The green part forms, if one or more inserts are present together with the one or more inserts an intermediate product. The intermediate product is removed from the injection mold.
Sofern Einlegeteile vorhanden sind, wird das eine oder die mehreren Einlegeteile werden in einem nachfolgenden Schritt entfernt. Dabei werden die Einlegeteile typischerweise zerstört.If inserts are present, the one or more inserts will be removed in a subsequent step. The inserts are typically destroyed.
In einem Schritt wird durch Entbinderung des Grünteils, beispielsweise chemische, katalytische und/oder thermische Entbinderung, der Binder entfernt.In one step, the binder is removed by debindering the green part, for example by chemical, catalytic and / or thermal debindering.
In einem Schritt wird durch Sintern das Formteil verdichtet, wobei das Formteil seine angestrebte endgültige Form erhalten kann.In one step, the molding is compacted by sintering, wherein the molding can get its intended final shape.
In einer Ausführung werden zuerst das eine oder die mehreren Einlegeteile entfernt und das Grünteil anschließend entbindert und gesintert. Sind keine Einlegeteile vorhanden, wird das Grünteil in einer Ausführungsform aus der Kavität des Spritzgießwerkzeugs entnommen, gegebenenfalls nachbearbeitet, entbindert und gesintert.In one embodiment, first the one or more inserts are removed and the green part is subsequently debinded and sintered. If there are no inserts, the green part is removed in one embodiment from the cavity of the injection mold, optionally post-processed, debindered and sintered.
In einer Ausführungsform erfolgt das Entfernen und das Entbindern in demselben Schritt. In einer Ausführung können das eine oder die mehreren Einlegeteile während einer thermischen Entbinderung durch Herausbrennen entfernt werden.In one embodiment, removal and debinding are done in the same step. In one embodiment, the one or more inserts may be removed during burnout thermal debinding.
In einer Ausführungsform wird in einem dem Entfernen des einen oder der mehreren Einlegeteile nachgelagerten Schritt das Grünteil mechanisch gespült, um Rückstände des einen Einlegeteils oder der mehreren Einlegeteile am Grünteil zu entfernen.In one embodiment, in a step subsequent to the removal of the one or more inserts, the green part is mechanically rinsed to remove residue of the one or more inserts on the green part.
In einer Ausführung wird das Grünteil, vor oder nach dem Entfernen des einen oder der mehreren Einlegeteile, jedoch vorzugsweise vor dem Sintern, mechanisch nachgearbeitet. So können an dem noch vergleichsweise einfach bearbeitbaren Grünteil beispielsweise Grate, Angussstrukturen oder andere unerwünschte Teile des Grünteils mechanisch entfernt werden oder eine Oberfläche des Grünteils bearbeitet werden. Es wird somit ein wirtschaftliches Entfernen von beispielsweise Graten oder Kanten sowie Nachbearbeiten ermöglicht und es kann eine hohe Werkzeugstandzeit und eine größere Toleranz bei der Werkzeugfertigung sowie der Fertigung der Einlegeteile erreicht werden. Die Entfernung der Grate oder der Angussstrukturen oder der anderen unerwünschte Teile kann manuell erfolgen, beispielsweise mit einem Messer, einem Teppichmesser oder einen Skalpell.In one embodiment, the green part is mechanically reworked before or after removal of the one or more inserts, but preferably before sintering. Thus, for example, burrs, sprue structures or other unwanted parts of the green part can be removed mechanically or a surface of the green part can be machined on the comparatively easily workable green part. It is thus an economical removal of, for example, ridges or edges and reworking possible and it can be a high tool life and a greater tolerance in the tool production and the production of inserts are achieved. The removal of the burrs or sprue structures or other unwanted parts can be done manually, for example with a knife, a utility knife or a scalpel.
Vorzugsweise sind die Einlegeteile zur Verwendung in einem anmeldungsgemäßen Verfahren so ausgestaltet, dass sie sich unter dem Druck der eingespritzten Formmasse und aufgrund des Hitzeeintrags der eingespritzten Formmasse nicht verformen. Eine Schwierigkeit besteht daher darin, Einlegeteile bereitzustellen, die einerseits den mechanischen und thermischen Belastungen standhalten können, die andererseits aber entfernbar sind.Preferably, the inserts for use in a method according to the application are designed so that they do not deform under the pressure of the injected molding compound and due to the heat input of the injected molding compound. Therefore, a difficulty is to provide inserts that can withstand the mechanical and thermal stresses on the one hand, on the other hand, but are removable.
Die Einlegeteile können hierfür einer Materialprüfung unterzogen werden.The inserts can be subjected to a material test for this purpose.
Die Einlegeteile können aus wasserlöslichen oder durch wässrige Medien zersetzbaren Stoffen gefertigt werden.The inserts can be made of water-soluble or decomposable by aqueous media materials.
Hierfür können Einlegeteile beispielsweise aus einem duroplastischen Polymer, insbesondere aus einem duroplastischen Polymer mit hydrolytisch spaltbaren Funktionalitäten, wie zum Beispiel Ester, Anhydride oder Carbamate, hergestellt werden.For this purpose, inserts can be produced, for example, from a thermosetting polymer, in particular from a thermosetting polymer having hydrolytically cleavable functionalities, such as, for example, esters, anhydrides or carbamates.
Die Einlegeteile können auch aus einem thermoplastischen Verbund hergestellt werden, beispielsweise aus einem Verbund, der wasserlösliche Materialien enthält. Insbesondere kann ein wasserlösliches thermoplastisches Polymer mit partikulären Einschlüssen, beispielsweise Einschlüssen von Keramikpartikeln oder Salzpartikeln, verwendet werden.The inserts may also be made of a thermoplastic composite, for example a composite containing water-soluble materials. In particular, a water-soluble thermoplastic polymer having particulate inclusions, for example inclusions of ceramic particles or salt particles, may be used.
In einer anderen Ausführung können auch Einlegeteile aus Salz verwendet werden.In another embodiment, inserts made of salt can be used.
Es können auch Einlegeteile aus einem thermoplastischen Polymer, wie beispielsweise PMMA, verwendet werden, oder Einlegeteile aus einem Verbund, der ein solches thermoplastisches Polymer umfasst.Also, inserts of a thermoplastic polymer such as PMMA, or inserts of a composite comprising such a thermoplastic polymer may be used.
Die möglichen Einlegeteile können beispielsweise durch Gießen, Spritzgießen oder Reaktivspritzgießen hergestellt werden. Die Einlegeteile können auch in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden, wie zum Beispiel durch Stereolithographie, Direct Light Processing oder Digital Light Processing, Selektives Lasersintern, Selektives Laserschmelzen, Fused Deposition Modeling bzw. Fused Filament Fabrication, Multijet Modeling, Binder Jetting oder Laminated Object Molding. Die Einlegeteile können auch durch subtraktive Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Zerspanen oder Fräsen gefertigt oder nachbearbeitet werden.The possible inserts can be made for example by casting, injection molding or reactive injection molding. The inserts can also be made in an additive manufacturing process, such as stereolithography, direct light processing or digital light processing, selective laser sintering, selective laser melting, fused deposition modeling or fused filament fabrication, multijet modeling, binder jetting or laminated object molding. The inserts can also be manufactured or reworked by subtractive manufacturing processes, such as machining or milling.
Weiterhin können mehrere Einlegeteile durch gleiche oder andere der oben beschriebenen Verfahren gefertigt und lösbar oder unlösbar miteinander verbunden, bzw. zu einem einzigen Einlegeteil zusammengefügt werden. Die Einlegeteile begrenzen dann zusammen genommen und gegebenenfalls zusammen mit der Gussform des Spritzgießwerkzeugs die Kavität.Furthermore, several inserts can be made by the same or different methods described above and releasably or permanently connected to each other, or assembled into a single insert. The inserts then taken together and optionally together with the mold of the injection mold, the cavity.
In einer Ausführung werden Einlegeteile in additiven Verfahren als Einzelteile hergestellt um ein Kombinieren von mehreren Einlegeteilen zu vermeiden und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu steigern. In one embodiment, inserts are manufactured in additive processes as individual parts to avoid combining multiple inserts and to increase the economics of the process.
Durch die unterschiedlichen möglichen Fertigungsverfahren für die möglichen Einlegeteile, sowie die Kombination dieser Fertigungsverfahren wird eine besondere Flexibilität beim Herstellen der Formteile erreicht. Es können selbst komplexe Geometrien erreicht werden, beispielsweise Geometrien mit Hinterschnitten, Durchbohrungen, Kanälen, oder Öffnungen. Außerdem können unterschiedliche Materialien zum Einsatz kommen, die auf unterschiedliche Weise entfernbar sind.Due to the different possible manufacturing methods for the possible inserts, as well as the combination of these manufacturing methods a special flexibility in the production of moldings is achieved. Even complex geometries can be achieved, such as geometries with undercuts, holes, channels, or openings. In addition, different materials can be used, which are removable in different ways.
Die Einlegeteile können derart ausgebildet sein, dass die Gussform der verwendeten Spritzgießwerkzeuge, in welche die Einlegeteile eingesetzt werden, zur Form des Formteils teilweise beitragen, zum Beispiel indem die Gussform die äußere Begrenzung vorgibt oder auch weitere Teile der Form vorgibt. Die Einlegeteile können aber auch so ausgestaltet sein, dass die Gussform des Spritzgießwerkzeugs gar keinen Einfluss auf die Form des Formteils hat, sondern die Form nur durch die Einlegeteile bestimmt wird. Die Einlegeteile sind beispielsweise so ausgestaltet, dass ihre äußere Begrenzung an die Gussform des Spritzgießwerkzeugs angepasst ist. In einer Ausführung wird ein Kontakt der Formmasse mit dem Spritzgießwerkzeug vermieden, um Anklebungen der Formmasse an dem Spritzgießwerkzeug zu vermeiden. Die Einlegeteile und/oder die Gussform weisen Bereiche bzw. Öffnungen auf, in bzw. durch welche die Formmasse in die Kavität eingespritzt werden kann.The inserts may be formed such that the mold of the injection molds used, in which the inserts are used, partially contribute to the shape of the molding, for example by the mold dictates the outer boundary or also predetermines other parts of the mold. But the inserts can also be designed so that the mold of the injection mold has no effect on the shape of the molding, but the shape is determined only by the inserts. The inserts are, for example, designed so that their outer boundary is adapted to the mold of the injection mold. In one embodiment, contact of the molding compound with the injection mold is avoided in order to avoid sticking of the molding compound to the injection mold. The inserts and / or the casting mold have areas or openings into or through which the molding compound can be injected into the cavity.
Die oben beschriebenen Fertigungsmethoden für die Einlegeteile und die Verwendung der Einlegeteile in Spritzgießwerkzeugen, die keine spezielle Form aufweisen müssen, erlauben eine wirtschaftliche Fertigung von Klein- und Pilotserien mit niedrigen Stückzahlen.The manufacturing methods described above for the inserts and the use of the inserts in injection molds, which need not have a special shape, allow economical production of small and pilot series in low quantities.
Sofern, vorhanden, können das eine oder die mehreren Einlegeteile entfernt werden, indem das Zwischenprodukt in ein wässriges Medium eingelegt wird, um das eine oder die mehreren Einlegeteile aufzulösen. Das eine oder die mehreren Einlegeteile können aber auch durch säure- oder basenbasierte Katalyse oder durch Hydrolyse zersetzt werden. Das eine oder die mehreren Einlegeteile können in einer anderen Ausführung auch durch Herausbrennen entfernt werden.If present, the one or more inserts may be removed by placing the intermediate in an aqueous medium to dissolve the one or more inserts. However, the one or more inserts may also be decomposed by acid or base based catalysis or by hydrolysis. The one or more inserts can also be removed by burning out in another embodiment.
In einer Ausführung erfährt das Einlegeteil oder erfahren die Einlegeteile beim Auslösen ein Aufquellen und es wird ein elastischer Binder für die pulvergefüllte Formmasse verwendet, der die Verformung des Einlegeteils oder der Einlegeteile toleriert und nach dem Entfernen des Einlegeteils seine ursprüngliche Form wieder annimmt.In one embodiment, the insert undergoes swelling upon initiation, and an elastic binder for the powder-filled molding compound is used that will tolerate deformation of the insert or inserts and resume its original shape upon removal of the insert.
In einer Ausführung werden in dem Verfahren Wendeln, also wendelförmige Körper, wie beispielsweise Spulen oder Federn, hergestellt, indem das eine oder die mehreren Einlegeteile so ausgestaltet sind, dass durch das eine oder die mehreren Einlegeteile und gegebenenfalls durch das Spritzgießwerkzeug, in dem die Einlegeteile angeordnet werden, eine wendelförmige Kavität vorgegeben wird. So können Wendeln mit beliebigen Querschnittsgeometrien oder veränderlichem Querschnitt hergestellt werden, die durch Wickeln nicht herstellbar sind. Insbesondere können Wendeln mit nicht-runden Windungsprofilen hergestellt werden.In one embodiment, in the process, spirals, ie, helical bodies, such as coils or springs, are manufactured by designing the one or more inserts such that the one or more inserts and optionally the injection mold in which the inserts are arranged, a helical cavity is given. Thus, coils can be produced with any cross-sectional geometries or variable cross-section, which can not be produced by winding. In particular, coils can be produced with non-circular winding profiles.
In einer Ausführung weisen die Einlegeteile beispielsweise Griffe, Ausbuchtungen, Aussparungen oder andere Geometrien auf, die nicht zu der Form der Kavität beitragen und die eine Handhabung des Zwischenprodukts vereinfachen. Beispielsweise kann das Zwischenprodukt an einem derartigen Griff oder einer derartigen Geometrie von Hand oder mit Hilfe eines Werkzeugs gegriffen und bewegt werden.For example, in one embodiment, the inserts include handles, protrusions, recesses, or other geometries that do not contribute to the shape of the cavity and that facilitate handling of the intermediate product. For example, the intermediate can be gripped and moved by hand or with the aid of a tool on such a handle or geometry.
Das Verfahren gemäß der Anmeldung erlaubt die Herstellung von Gusskörpern mit unterschiedlicher Geometrie, indem unterschiedliche Einlegeteile gefertigt werden, die in demselben Spritzgießwerkzeug eingesetzt werden können. Die Einlegeteile können derart gefertigt sein, dass ihre Kavitäten einen unterschiedlichen Verlauf haben, aber ihre Außenkontur die gleiche ist, so dass die unterschiedlichen Einlegeteile in dem Spritzgießwerkzeug Platz finden.The method according to the application allows the production of castings with different geometry by making different inserts that can be used in the same injection mold. The inserts can be made such that their cavities have a different profile, but their outer contour is the same, so that the different inserts fit into the injection mold.
Beispielhafte Ausführungen sind in den Figuren gezeigt. Es zeigen:
-
1 Ein Einlegeteil zur Verwendung im Metallpulverspritzgießen in einem Spritzgießwerkzeug; -
2 Ein Zwischenprodukt,das Einlegeteil aus 1 und ein Grünteil umfassend; und -
3 Das Grünteil aus 2 nach Entfernen des Einlegeteils.
-
1 An insert for use in metal powder injection molding in an injection mold; -
2 An intermediate product, theinsert part 1 and a green part comprising; and -
3 The green part off2 after removing the insert.
In
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