DE2721393A1

DE2721393A1 - Verfahren zum herstellen eines spritzgusswerkzeuges

Info

Publication number: DE2721393A1
Application number: DE19772721393
Authority: DE
Inventors: William George Dance
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-05-26
Filing date: 1977-05-12
Publication date: 1977-12-08
Also published as: JPS52144055A; GB1565713A; SE391475B; FR2360398B1; IT1117995B; JPS6010891B2; FR2360398A1

Description

Anmelderin:

Böblingen, den 11. Mai 1977 sa-rs/bb 2721393

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: SW 976 001

Vertreter:

Patentassessor Dipl.-Phys. Hermann Schmandt

Böblingen

Bezeichnung:

Verfahren zum Herstellen eines Spritzgußwerkzeuges

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Spritzgußwerkzeuges für thermoplastische Gegenstände, bei welchem in eine einen hohlraum aufweisende Rahmenform ein Modell des herzustellenden Gegenstandes eingebracht wird und der Hohlraum mit einer formbaren Masse ausgefüllt wird.

Die herstellung von Spritzgußwerkzeugen ist, insbesondere auch im Hinblick auf die Herstellung von Prototypen oder kleinen Serien der thermoplastischen Gegenstände, eine kostspielige und zeitraubende Aufgabe. Zudem muß die Herstellung mit speziellen Werkzeugen gewöhnlich an einem vom Verarbeitungsort getrennten Ort durchgeführt v/erden. Die lange Zeitdauer für die Ierstellung der Spritzgußwerkzeuge von Prototypen hat auch die Lntwicklunystätigkeit auf diesem Gebiet nachteilig beeinflußt.

Bekannte Spritzgußwerkzeuge oder Spritzformen für thermoplastische Gegenstände wurden aus bearbeitetem Stahl, Aluminium, Messing oder aus Zinkguß, Aluminiumguß, Beryllium-Kupferguß oder aufgesprühten Iletallschalen auf verschiedenen Unterlagen hergestellt. Spritzformen wurden auch schon durch elektrische AL·tragungsverfahren ausgebildet.

In neuerer Zeit sind auch Spritzgußwerkzeuge aus thermoplastischem Ilaterial bekannt geworden. Bei einem in der Zeitschrift "European Plastic News", Mai 1975, beschriebenen Verfahren wird nach dem angegebenen Prinzip ein Spritzgußwerkzeug durch Formpressen von Polydymidharz hergestellt. Bei diesem Verfahren müssen allerdings zuvor abgemessene Mengen des Preßmaterials in Tablettenform aufbereitet werden, es müssen Grate von der Form entfernt werden und es muß ein Ofen mit Luftzirkulation fcum Nachhärten der Polydymitform bei 250° C vorhanden sein.

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iJs ist auch bekannt, derartige Spritzgußwerkzouge durch Ausfüllen des Forueinsatzes mit Gießharz herzustellen. In einem in der Zeitschrift "Kunststoffrundschau", Heft 1, Januar 1965 auf den Seiten 7/3 veröffentlichten Artikel von VJ. Hartmann mit den Titel "Spritzgußwerkzeuge für kleine Stückzahlen aus Epoxydharz mit füllstoff als Formeneinsatz" ist ein derartiges Verfahren beschrieben, das jedoch, wie bereits im Titel des Aufsatzes erwähnt, nur für kleine Stückzahlen geeignet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein wenig auf v/endiges Verfahren ζuiα herstellen von Spritzgußwerkzeugen anzugeben, das sehr einfach und am Ort der Verarbeitung durchzuführen ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß durch Ausfüllen des Hohlraums im Spritzgußverfahren mit einem dreidimensionalen, verstärkten, wenig schrumpfenden, warmhärtenden Kunstharz ein Cpritzgußwerkzeug gebildet wird.

Vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Querschnittsdarstellung die Spritz-

gußfonu mit einem eingesetzten Modell des herzustellenden Gegenstandes samt der Einsätze während des Spritzgießens eines warmhärtenden Materials, und,

Fig. 2 ebenfalls im Querschnitt, ein für den Einsatz

in der Form bestimmtes Modell des herzustel-

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lenden Gegenstandes einschließlich eines einsatzes und einer Auswerferbuchse.

Die in Fig. 1 dargestellte Spritzgußform besteht aus zwei Teilen: einer oberen Fomihülfte 1 und einer unteren Formhiilfte 2. Die obere Fonuhälfte 1 besteht aus einer Grundform 3 und einer Platte 4. Lin Modell 5 des herzustellenden Gegenstandes ist auf der Platte 4 mittels Schrauben 6, die durch die Platte 4 hindurchragen, befestigt. Die untere Fornüiälfte 2 besteht entweder aus einen einzigen Formteil 7 oder aus zwei Teilen mit einem standardisierten Ilauptteil 8 und einer separaten Platte 9. In dem Formteil 7 bzw. in die separate Platte 9 sind zur Bildung der unteren Formhälfte ein Angußkanal 10 zur Zuführung eines v/armhärtenden Materials und ein Hohlraum 11 mit genügend großem Volumen zur Aufnahme des warmhärtenden Iiaterials ausgespart. Schrauben 12, die durch die Formhälfte 7 bzw. den Hauptformteil 8 hindurchragen, halten mittels mit Flanschen versehener Einsätze 13 das gespritzte und warmgehärtete VJerkzeug 14 in dem Matrizenrahmen. Die untere Formhälfte ist so ausgebildet, daß die Oberfläche entlang der Trennlinie anschließend geschliffen werden kann.

Auf dem Modell 5 des herzustellenden Gegenstandes sind, wie aus den Fign. 1 und 2 ersichtlich, Einsätze 15 angeordnet, durch die Vorsorge für öffnungen getroffen wird, die in dem letztendlich hergestellten thermoplastischen Gegenstand vorhanden sein sollen. In den Einsätzen befinden sich ferner Bohrungen 19 für die Auswerferstifte. Auf dem Modell 5 sind ferner Buchsen 16 angeordnet, die als Führungen für Auswerferstif te dienen. Die Einsätze und Buchsen v/eisen hinterschnittene Aussparungen 17 auf. Die Buchsen auf dem Modell des herzustellenden Gegenstandes sind durch Führungsstifte 18 befestigt, während die Einsätze 15 in entsprechenden öffnungen des Gegenstandes befestigt sind. 7Q98C9/Q774

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Zum Spritzgießen der Form wird die obere Forinhälfte 1 mit dem darauf befestigten Ilodell in eine Spritzgußpresse montiert, und zwar in der Position, die normalerweise die untere Fonahilfte einnimmt. Dann werden die Einsätze 15 zur späteren Bildung von öffnungen und die Einsätze 16, die als Führungsbuchsen für die Auswerferstifte dienen, auf dem Modell 5 positioniert. Diese Umkehrung der Lage der Formhälften ist notwendig, damit die Einsätze und Buchsen, die auf dem Ilodell angeordnet sind, durch ihr Gewicht im Kontakt mit der Oberfläche des iiodells bleiben.

Entsprechend wird die untere Forinhälfte 2 in der Maschine in der Stellung befestigt, die normalerweise von der oberen Formhiilfte eingenommen wird. Nunmehr liegt der Hohlraum 11, der sich in der unteren Formhälfte befindet, zentriert über dem eingesetzten Ilodell.

Die Spritzgußpresse wird sodann geschlossen, wenn möglich von üand, um die Formhälften langsam zusanunenzubringen und fest miteinander zu verbinden. Die Einsätze v/erden nunmehr innerhalb der gebildeten öffnung fest in ihrer Position gehalten.

Uenn die beiden Formhälften die für das Spritzgießen erforderliche Temperatur erreicht haben, wird das warmhärtende Material in den Hohlraum eingespritzt und ausgehärtet. In der unteren Formhälfte sind Lüftungskanäle angebracht, um während des Spritzens Luft und etwa entstehende Gase entweichen zu lassen und dadurch ein vollständiges Ausfüllen des Hohlraumes 11 zu erreichen.

Nach Beendigung des Aushärtens wird die Presse langsam geöff- I net, die beiden Formhälften werden getrennt und das Modell j

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wird aus der warmgehärteten Form herausgenommen. Wenn die beiden Formhälften auf Zimmertemperatur abgekühlt sind, werden verschiedene Bearbeitungsschritte durchgeführt, insbesondere das Schleifen der Trennungsfläche oder das Bohren und Räumen der öffnungen für die Auswerferstifte. Danach wird ein neuer Angußkanal in das gespritzte Werkzeug eingebracht, und das Auswerfersystern wird aufgebaut. Sodann ist die Form fertig zur Benutzung.

Als warmhärtendes Material wird ein zweistufiges, dreidimensionales, wenig schrumpfendes, verstärktes Phenol-Material verwendet, das unter dem Namen "Fiberite FM 4004" bekannt ist. Das Material, das von der Fiberite-Corporation vertrieben wird, hat folgende Eigenschaften:

2
Dehnungsfestigkeit = 55 N/mm

^: Kerbschlagzähigkeit = 12 N·mm/mm Biegefestigkeit =98 N/mm

Elastizitätsmodul - 16800 N/mm² j

Härte (Rockwell M Skala) = M100 i

Druckfestigkeit =262 N/mm² ;

Wärmeleitfähigkeit ■ 13 χ 10~⁴ Cal/sec/°C/cm j

Spritzgießtemperatür =143 bis 177° C Spritzgießdruck =6,89 bis 20,68 MPa

Schwund beim Spritzgießen =0,15 bis 0,30% j

Linearer Ausdehnungskoeffizient = 0,55 χ 10 cm/cm/^oC

Dieses Material bietet zahlreiche Vorteile. Das verstärkte, wannhärtende Phenolharz ist billig und leicht erhältlich. Seine Struktur besteht aus dreidimensional vermaschten Makromolekülen. Es bietet daher zusätzliche Vorteile bezüglich der Beständigkeit und ist in der Lage, dem normalerweise beim Spritzgießen auftretenden Abrieb und der Korrosion standzuhalten. Bei der Spritztemperatur ist sein linearer Ausdehnungs-

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koeffizient demjenigen des gehärteten Stahls sehr ähnlich. Darüber hinaus ist bei dem hier verwendeten Spritzgußverfahren kein Tablettieren der Form und Masse erforderlich. Es bilden sich keine Grate an der Form. Auch sind keine Wachhärtungsschritte und keine entsprechende Ausrüstung erforderlich. Die Form kann ganz am Ort ihrer Benutzung hergestellt werden.

Das Modell 5 des thermoplastischen Gegenstandes ist aus einem Material hergestellt, das den beim Spritzguß auftretenden Temperaturen standhält. Bei "Fiberite FM 4004" liegt diese Temperatur im Bereich von 160 bis 175° C. Das Modell ist aus Stahl hergestellt. Das Modell muß außerdem überdimensioniert sein, um die Toleranzen zu berücksichtigen, die beim Schrumpfen des warmhärtenden Materials nach dem Spritzen des Werkzeuges und beim Schrumpfen des polymeren Materials beim schließlichen Spritzen der thermoplastischen Gegenstände auftreten.

Die Einsätze 13, 15, 16 bestehen aus Stahl, Messing oder Aluminium und sind während der Injektion des warmhärtenden Materials fest auf dem Modell des Gegenstandes befestigt. Die Führungsstifte 18 können nach dem Spritzen des Werkzeuges entfernt werden. Die nut Flanschen versehenen Einsätze 13 dienen dazu, das warmgehärtete Werkzeug in der Matrize fest- i zuhalten. Die Befestigung der Buchsen und Einsätze in dem warmgehärteten Werkzeug erfolgt durch natürliche Schrumpfung j des v/armgehärteten Materials während des Härtens in Verbindung mit den hinterschnittenen Aussparungen 17. !

Die Abmessungen der Ausnehmung in der unteren Hälfte der Form I betragen bei Verwendung eines einzigen Formteiles 7 J

40 mm χ 65 mm χ 25,5 mm. Bei einem zweiteiligen Formteil wurde eine zusätzliche Platte 9 mit einer Dicke von 17 mm verwendet.

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In dieser Platte wurde eine Öffnung mit 30 mm χ 150 mm ausgespart. Die maximalen Mengen des eingespritzten Materials Ifetragen bei den verv/endeten Spritzmaschinen "Bussman Plastomat 100S", "Stoke 751" 140 bzw. 110 cm³.

Bei der unteren Formhälfte muß Vorsorge dafür getroffen sein, daß das Schrumpfen des warmgehärteten Materials kompensiert
werden kann. Die warmgehärtete Form schwindet um einen bestimmten Prozentsatz der Tiefe der Ausnehmung unter die Oberfläche der Trennungslinie. Es ist deshalb notwendig, nach dem Spritzen des Werkzeuges in einem Schleifgang die Oberflächen des Werkzeuges und der Trennungsfläche auf dasselbe Niveau zu bringen.

Die Ausführungsform mit zwei Platten bietet den Vorteil, daß
dasselbe Hauptteil 8 verwendet werden kann, wenn bei mehreren verschiedenen Werkzeugen lediglich eine Ausnehmung 11 mit
einem anderen Volumen benötigt wird.

Nachdem eine Matrize fertiggestellt ist, kann ein neues Werkzeug für einen anderen Gegenstand einfach dadurch hergestellt werden, daß die Platte 4 der oberen Formhälfte und ggf. die
Platte 9 mit der Ausnehmung 11 durch andere Platten ersetzt
werden. Die Löcher für die Ausv/erfstifta in der unteren Formhälfte können, falls nicht verwendbar, durch Stahlstifte abgeschlossen werden.

i
Unter Verwendung der bereits hergestellten Matrizenformen

und der Auswerf er plattensys terne kann eine neue Spritzform
'im Durchschnitt wie folgt hergestellt werden:

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Durchschnittl.

Arbeitsgang Zeit in Stunden

Herstellung des Modells 16

Herstellung der Platten für die obere und

untere Formhälfte 10

Aufbau des Auswerfersystems 16

Spritzgießen des warmgehärteten Werkzeuges 1

Gesamtzeit 43 Stunde

Es ist möglich, Gegenstände zu spritzen, wobei der Anguß durch Bearbeitung des warmgehärteten Materials hergestellt wird. Einsätze aus Stahl oder Messing werden jedoch bevorzugt.

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Al

Leerseite

Claims

CW 976 001 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen eines Spritzgußwerkzeuges

•-·"' für thermoplastische Gegenstände, bei welchem in eine einen Hohlraum aufweisende Rahmenform ein Modell des herzustellenden Gegenstandes eingebracht wird und der Hohlraum mit einer formbaren Masse ausgefüllt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß durch Ausfüllen des Hohlraums (11) im Spritzgußverfahren mit einem dreidimensionalen, verstärkten, wenig schrumpfenden, warmhärtenden Kunstharz (14) ein Spritz-

guiJwerkzeug gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Hohlraum (11) mit einem Phenolharz ausgefüllt v/ird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß auf dem Modell (5) metallische Einsätze (15) zur Bildung von öffnungen in den Gegenständen und mit Bohrungen (19) für Auswerferstifte sowie Buchsen (16) für Ausv/erferstifte durch Führungsstifte (18) befestigt werden, derart, daß die Einsätze (15) und Buchsen (16) durch natürliches Schrumpfen des warmhärtenden Materials und durch hinterschnittene Aussparungen (17) in dem Werkzeug verankert werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß eine aus zwei Formhälften (1, 2) bestehende Form in umgekehrter Anordnung verwendet wird, v/obei das

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ORIGINAL INSPECTED

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Modell (5) auf einer Platte (4) der oberen Foriuhälfte (1) befestigt wird, und in einer Platte (9) der unteren Formhälfte (2) ein Hohlraum (11) zur Aufnahme des warmhärtenaen Materials (14) ausgespart wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß in der unteren Formhälfte (2) ein mit Flanschen versehender Einsatz (13) befestigt wird, der in den hohlraum (11) hineinragt und das warragehärtete werK-

zeug (14) in seiner Lage hält.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß in der Platte (9) der unteren Formhälfte ein Angußkanal (10) ausgespart wird.

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