NL8801241A

NL8801241A - Matrijs en werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke matrijs.

Info

Publication number: NL8801241A
Application number: NL8801241A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1988-05-11
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1989-12-01
Also published as: EP0341797B1; EP0341797A1; JPH0218010A; DE68903032D1; DE68903032T2; ATE81053T1

Description

JJS/WP/kck/ag *·

Stamicarbon B.V.

Uitvinder: Hendrik van Dalen te Geleen -1- (10) PN 5999

MATRIJS EN WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN VAN EEN DERGELIJKE MATRIJS

De uitvinding heeft betrekking op een matrijs voor het vervaardigen van gevormde voorwerpen, welke matrijs een lichaam bezit dat in hoofdzaak is vervaardigd uit een cement en metaaldeeltjes omvattende samenstelling.

5 Een dergelijke matrijs is bekend uit het Amerikaanse octrooi- schrift 4 482 385. De samenstelling van het hierin beschreven matrijslichaam omvat Portlandcement en onregelmatig gevormde deeltjes roestvrij staal. Het oogmerk van deze samenstelling is het bereiken van een grote sterkte, een lage porositeit en thermische eigenschappen die de 10 samenstelling geschikt maken voor het hieruit vervaardigen van matrijzen voor het vacuümvormen. Een nadeel van deze matrijs is dat de binnenzijde van de matrijs, d.w.z. de zijde waar zich het vormvlak bevindt, in directe aanraking komt met het te vormen materiaal. Veel van deze materialen tasten de cementcomponent van het matrij-s lie haam 15 aan waardoor het vormvlak ruw wordt, hetgeen het uiterlijk van de gevormde voorwerpen nadelig beïnvloedt. Een ander nadeel is dat de roestvrij stalen deeltjes aan het oppervlak van het vormvlak liggen.

Na een aantal temperatuurswisselingen waarbij de cementcomponent en de staalcomponent niet gelijk uitzetten en krimpen ontstaan er openingen 20 tussen deze twee componenten hetgeen ook tot een vergroting van de ruwheid van het vormoppervlak leidt. Nog een nadeel is dat door uitdrogen van het cementlichaam, in het oppervlak, dus ook in het vormvlak, craquelê optreedt, d.i. een netwerk van fijne scheurtjes die zichtbaar zijn op gevormde produkten.

25 Uit het Europese octrooischrift 0 052 380 is eveneens een matrijs bekend waarvan het lichaam een cementcomponent en eventueel ijzerdeeltjes omvat. Aan deze matrijs kleven dezelfde hierboven aangeduide nadelen.

.8801241 r * -2- (10) PN 5999

De uitvinding beoogt het verschaffen van een matrijs die de genoemde nadelen opheft en waarbij het vormoppervlak op eenvoudige wijze van een metaallaag kan worden voorzien.

Dit wordt bereikt doordat het vormvlak van de matrijs een 5 bekleding bezit die althans een aan het matrijslichaam grenzende laag thermohardende kunststof omvat en dat op het grensvlak een hechtmiddel aanwezig is dat bestaat uit een enkelvoudige laag, dicht naast elkaar liggende metaaldeeltjes, welke metaaldeeltjes partieel in de laag thermohardende kunststof verzonken liggen en althans door chemische 10 bindingen daaraan zijn gehecht en waarbij de niet in aanraking met de hars zijnde oppervlakken van de metaaldeeltjes geheel zijn omgeven door cement onder vorming van althans een mechanische verankering in het matrijslichaam.

Een volgens de uitvinding uitgevoerde matrijs kan voor te 15 vormen materialen worden ingezet die, zonder de laag thermohardende kunststof, de cementcomponent zouden aantasten. Eventueel in het matrijslichaam opgenomen vulstoffen zoals metaaldeeltjes worden door de laag thermohardende kunststof afgeschermd van het vormvlak. De aanwezigheid van het hechtmiddel vormt een essentieel onderdeel van de 20 matrijs om deze geschikt te doen zijn voor kunststofverwerkingstech-nieken waarbij de matrijs onderhevig is aan in de tijd gezien zich snel opvolgende grote temperatuur- en/of drukwisselingen zoals bijv. bij spuitgieten en persen bijv. reaction injection moulding (RIM) van polyamiden en polyurethanen en persen van polyestermassa's (SMC).

25 Er wordt van de natuurlijke bindingkrachten die er tussen cement, metaal en de laag thermohardende kunststof optreden over een groter oppervlak profijt getrokken terwijl de mechanische verankeringen vooral in het matrijslichaam een aanzienlijke bijdrage leveren aan de totale hechtwerking van het hechtsysteem. Het beschre-30 ven hechtmiddel is actief tegen zowel loodrecht op, als tangentieel aan het vormvlak werkende krachten die anders een loslaten van de Laag thermohardende kunststof van het matrijslichaam zouden veroorzaken.

Als thermohardende kunststof kunnen epoxy- of polyesterharsen worden gebruikt.

35 Bij voorkeur bestaan de metaaldeeltjes uit ijzer en bezitten .8801241 i- -3- (10) PN 5999 de deeltjes een onregelmatig oppervlak.

Enige roestvorming op het ijzeroppervlak kan de natuurlijke binding van het ijzer met de cementcomponent bevorderen en het onregelmatige oppervlak begunstigt de mechanische verankering tussen de 5 deeltjes en de hun omgevende materialen. De onregelmatigheid van het oppervlak vergroot bovendien het totale hechtoppervlak en speelt verder een voordelige rol bij de toevoer of afvoer van warmte.

De ijzerdeeltjes in het hechtsysteem kunnen een grootste afmeting bezitten van 5 mm en hebben een compacte vorm met bij 10 voorkeur een grootste/kleinste afmetingsverhouding die ligt tussen 1 en 3.

Het kan van voordeel zijn dat het eigenlijke vormvlak is voorzien van een metaallaag indien extreem hoge eisen worden gesteld aan de qladheid van het te vormen voorwerp of indien materialen moeten 15 worden verwerkt die niet alleen cement maar ook de hars kunnen aantasten zoals styreengroepen bevattende kunststoffen. Een voordeel van de matrijs volgens de uitvinding blijkt ook hier omdat het probleem van de hechting van een metaallaag aan het matrijslichaam wordt opgelost door de aanwezigheid van de harslaag. De hechting tussen de 20 harslaag en het metaal is voor de toepassing in matrijzen meer dan voldoende. Hechting van metaal op de cementhoudende grondmassa Levert veel grotere problemen op.

De dikte van de metaallaag is groter dan 0,25 en ligt geschikt tussen 0,5 en 3 mm.

25 De matrijs met en zonder metaallaag kan vele malen worden gebruikt bij max. temperaturen tussen 200 en 300nc en wisselende oppervlaktedrukken tot boven 1000 bar, zonder dat de thermohardende kunststoflaag loslaat van het cementlichaam en onder vorming van producten met een glad oppervlak.

30 De uitvinding betreft ook een werkwijze voor het vervaardigen van een matrijs bestaande uit twee helften zoals die gebruikelijk zijn bij het spuitgieten of persen van voorwerpen.

Deze werkwijze omvat de volgende stappen: a) het plaatsen van een contourmodel op een vaste ondergrond; 35 b) het aanbrengen van een laag niet uitgeharde thermohardende kunststof op het oppervlak van het contourmodel; .8801241 τ -4- (10) ΡΝ 5999 ƒ * c) het aanbrengen van een Laag naast elkaar gelegen onregelmatig gevormde metaaldeeltjes zodanig dat ieder metaaldeeltje partieel in de nog zachte kunststoflaag ligt verzonken; d) het uitharden van de kunststoflaag; 5 e) het verwijderen van lucht uit de holten in de uit de kunststoflaag stekende laag metaaldeeltjes waarbij deze holten worden opgevuld met cementmelk; f) het volgieten van een om het contourmodel aangebrachte matrijsgietvorm met cementmelk; 10 g) het instrooien van metaaldeeltjes in de cementmelk zodanig dat er door uitzakking van de metaaldeeltjes in de cementmelk een pakking ontstaat van tegen elkaar liggende metaaldeeltjes; h) het uitharden van de cementmelk; i) het met cementmelk aangieten van een vlak achtervlak en het laten 15 uitharden hiervan; j) het over 180« keren van het matrijsdeel en verwijderen van het contourmodel; k) het aanbrengen van materiaal dat de vormholte realiseert voor het beoogde te vormen voorwerp; (men heeft nu het contourmodel voor de 20 tweede matrijshelft); l) het herhalen van de stappen b t/m j voor het vervaardigen van de tweede matrijshelft.

Indien een metaallaag op de kunststof laag gewenst is kan tussen stap a) en stap b) een tussenstap worden ingevoegd waarbij het 25 contourmodel eerst wordt voorzien van een metaallaag.

Het aanbrengen van de metaallaag geschiedt bij voorkeur door vlamboogspuiten. Het onregelmatige oppervlak aan de niet-vormvlakzijde van de metaallaag zoals dat bij vlamboogspuiten ontstaat verhoogt het hechtoppervlak met de naderhand op te brengen kunststoflaag.

30 Het aanbrengen van de metaaldeeltjes volgens stap c) kan geschieden door het volstorten met metaaldeeltjes van een om het contourmodel geplaatste ring en door na het uitharden van de kunststof-laag de losse metaaldeeltjes te verwijderen.

Een geschikte manier om de tucht uit de holten in de uit de 35 epoxyharslaag stekende metaaldeeltjes te verwijderen is door het .8801241 -5- <1Q) PN 5999 -> spuiten van cementmelk tegen het ruwe oppervlak gevormd door de uit de epoxyharslaag stekende metaaldeeltjes.

On de matrijsdelen kunnen stalen klemringen aangebracht zijn om de zijdelingse druk tijdens het persen of spuitgieten op te vangen.

5 Dit kan ook plaatsvinden m.b.v. trekstangen die in de matrijsdelen loodrecht op de sluitrichting zijn aangebracht.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van een in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld.

Fig. 1 is een schematische doorsnede van de matrijs volgens de uit-10 vinding en

Fig. 2 geeft een detail weer van de verankering van de kunststoflaag aan de omringende cement.

Zoals fig. 1 laat zien wordt op een vlakke ondergrond 1 een contourmodel 2 geplaatst. Dit contourmodel kan bijvoorbeeld uit gips, 15 hout of een ander materiaal zijn vervaardigd. Op het contourmodel 2 wordt, indien gewenst, een metaallaag 3 (zie fig. 2) aangebracht. Dit kan gebeuren door vlamboogspuiten met een zinklegering bijv. MCP 400 van de firma Hek. De naar het contourmodel 2 gekeerde zijde van de metaallaag 3 is glad terwijl de hiervan afgekeerde zijde enigzins ruw 20 is. Op deze ruwe zijde van de metaallaag 3 wordt een kunststoflaag 4 aangebracht van bijvoorbeeld epoxyhars, welke goed hecht aan de metaallaag 3. Op de nog weke epoxyhars laag 4 worden metaaldeeltjes 5 gestrooid, die gedeeltelijk in de epoxyharslaag dringen. Zoals de figuren laten zien hebben de metaaldeeltjes 5 een onregelmatige vorm 25 die de verankering in de lagen begunstigt. Na uitharden van de epoxyhars steken de metaaldeeltjes 5 gedeeltelijk buiten de epoxyharslaag.

Om Lucht uit de holten via de uit de epoxyharslaag 4 stekende metaaldeeltjes te verwijderen wordt cementmelk tegen het ruwe oppervlak, gevormd door de uit de epoxyharslaag 4 stekende 30 metaaldeeltjes 5, gespoten. Cementmelk wordt samengesteld door +_ 3 gewichtsdelen cement te mengen met + 1 gewichtsdeel water en 0,006 gewichtsdeel van een plastificeermiddel.

Vervolgens wordt de om het contourmodel 2 aangebrachte matrijsgietvorm 6 volgespoten met cementmelk 7. Daarna worden 35 metaaldeeltjes 8 (gedeeltelijk weergegeven) in de cementmelk .8801241 »· 4 -6- (10) PN 5999 gestrooid. Door uitzakking van de metaaldeeltjes 8 in de cementmelk ontstaat er een pakking van tegen elkaar liggende metaaldeeltjes.

Hierna laat men de cementmelk uitharden. De matrijsgietvorm 6 is nu gevuld tot aan de lijn 9. De resterende ruimte van de gietvorm wordt 5 gevuld met cementmelk 10, 2odat, na uitharden hiervan, een effen achtervlak 11 van de matrijs wordt verkregen. Er kunnen in de matrijs kanalen worden aangebracht voor de toe- en afvoer van warmte. Deze kanalen zijn in de tekening niet weergegeven.

De matrijsgietvorm kan door bijvoorbeeld stalen klembanden 12 10 verstevigd zijn. Ook kunnen ter versteviging trekstangen (niet weergegeven) in de matrijs zijn aangebracht.

Men heeft nu één matrijshelft gereed. Deze wordt 180«* gekeerd en het contourmodel verwijderd.

Voor het vervaardigen van de tweede matrijshelft (patrijs), 15 wordt eerst een laag was in de vormholte van de eerste, reeds gerede, matrijshelft aangebracht. De dikte van deze waslaag is gelijk aan de dikte van de te vormen voorwerpen. Men heeft nu het contourmodel voor de tweede matrijshelft.

Vervolgens wordt de werkwijze voor het vervaardigen van de 20 tweede matrijshelft herhaald.

De metaallagen van de vormvlakken kunnen desgewenst worden gepolijst.

De epoxyhars kan aluminiumpoeder bevatten. Dit vergemakkelijkt de verwerking.

25 Met de beschreven methode worden matrijzen voor het spuitgieten, persvormen en blaasvormen in een aanzienlijk kortere tijd vervaardigd dan wanneer deze matrijzen geheel uit staal vervaardigd zouden worden. Ze zijn aanzienlijk goedkoper als stalen matrijzen en vandaar ook commercieel aantrekkelijk wanneer het kleinere series 30 kunststofprodukten betreft. Dit geldt ook voor prototypen van te vervaardigen voorwerpen. Door de metalen deeltjes 5 wordt een zeer goede hechting tussen de kunststoflaag 4 en de omringende cement verkregen, waardoor vooral bij spuitgieten en persvormen, waarbij hoge drukken en temperatuurswisselingen kunnen optreden, deze kunststoflaag niet 35 loslaat van het matrijslichaam.

.880124 1

Claims

1. Matrijs voor het vervaardigen van gevormde voorwerpen, welke matrijs een lichaam bezit dat In hoofdzaak Is vervaardigd uit een cement omvattende samenstelling, met het kenmerk dat het vormvlak van de matrijs een bekleding bezit die althans een aan het 5 matrijslichaam grenzende laag thermohardende kunststof omvat en dat op het grensvlak een hechtmiddel aanwezig is dat bestaat uit een enkelvoudige laag, dicht naast elkaar liggende metaaldeeltjes, welke metaaldeeltjes partieel in de laag thermohardende kunststof liggen verzonken en althans door chemische bindingen daaraan zijn 10 gehecht en dat de niet in aanraking met de kunststof zijnde opper vlakken van de metaaldeeltjes geheel zijn omgeven door cement onder vorming van althans een mechanische verankering in het matrijslichaam.

2. Matrijs volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de thermohar-15 dende kunststof een epoxyhars of polyesterhars is.

3« Matrijs volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de metaaldeeltjes een onregelmatig oppervlak bezitten en compact van vorm zijn zodanig dat zij in hoofdzaak alle een grootste/kleinste afmetingsverhouding bezitten liggend tussen 1 en 3.

4. Matrijs volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de kunststoflaag is voorzien van een metaallaag met een dikte groter dan 0,25 mm, bij voorkeur tussen 0,5 en 3 mm.

5. Matrijs volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de kunststoflaag aluminiumpoeder bevat.

6. Matrijs volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het cement een krimpvrije hydraulisch uithardende cement is.

7. Matrijs volgens een der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat het lichaam is opgebouwd uit een dichte pakking van metaaldeeltjes liggend in een cementmatrix. .8801241 * -8- (10) PN 5999

8. Matrijs volgens een der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de metaaldeeltjespakking een samenstelling is bestaande uit compacte metaaldeeltjes met in hoofdzaak een grootste en kleinste afme-tingsverhouding liggend tussen 1 en 2 en uit vezelvormige metaal- 5 deeltjes met in hoofdzaak een grootste en kleinste afmetings- verhouding liggend tussen 2 en 10.

9. Werkwijze voor de vervaardiging van een matrijs bestaande uit twee delen volgens een der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de werkwijze de volgende stappen omvat: 10 a) het plaatsen van een contourmodel op een vaste ondergrond; b) het eventueel aanbrengen van een metaallaag op het contourmodel c) het aanbrengen van een laag niet uitgeharde thermohardende kunststof op het oppervlak van het contourmodel (of 15 metaallaag); d) het aanbrengen van een laag naast elkaar gelegen onregelmatig gevormde metaaldeeltjes zodanig dat ieder ijzerdeeltje partieel in de nog zachte kunststof laag ligt verzonken; e) het uitharden van de kunststof; 20 f) het verwijderen van lucht uit de holten in de uit de kunststoflaag stekende laag metaaldeeltjes waarbij deze holten worden opgevuld met cementmelk; g) het volgieten van een om het contourmodel aangebrachte matrijsgietvorm met cementmelk; 25 h) het instrooien van metaaldeeltjes in de cementmelk zodanig dat er door uitzakking van de metaaldeeltjes in de cementmelk een pakking ontstaat van tegen elkaar liggende metaaldeeltjes; i) het uitharden van de cementmelk; 30 i) het met cementmelk aangieten van een vlak achtervlak en het laten uitharden hiervan; j) het over 180ö draaien van het matrijsdeel en verwijderen van het contourmodel; k) het aanbrengen van materiaal dat de vormholte realiseert van 35 het beoogde te vormen voorwerp. l) het herhalen van de stappen b t/m i. .8801241 -9- (10) PN 5999 ·%

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het matrijslichaam met behulp van klemrlngen onder voorspanning wordt gebracht.

11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat het 5 matrijslichaam met behulp van trekstangen onder voorspanning wordt gebracht.

12. Werkwijze volgens een der conclusies 9-11, met het kenmerk, dat het aanbrengen van de metaallaag geschiedt door vlamboogspuiten.

13. Werkwijze volgens een der conclusies 9-12, met het kenmerk, dat 10 het aanbrengen van een laag naast elkaar gelegen onregelmatig gevormde metaaldeeltjes die partieel verzonken liggen in de nog zachte kunststof geschiedt door het volstorten van een om het con-tourmodel geplaatste ring met metaaldeeltjes en dat na het uitharden van de kunststof de Losse metaaldeeltjes worden verwijderd.

14. Werkwijze volgens een der conclusies 9-13, met het kenmerk, dat het verwijderen van lucht uit de holten in de uit de kunststoflaag stekende laag metaaldeeltjes geschiedt door het spuiten van cementmelk tegen het ruwe oppervlak gevormd door de uit de kunststoflaag stekende metaaldeeltjes.

15. Hatrijs zoals beschreven en/of aan de hand van de tekening is toegelicht.

16. Werkwijze zoals beschreven en/of aan de hand van de tekening is toegelicht voor de vervaardiging van een matrijs volgens een der conclusies 1-9 en 15. . 880 1241