PL228564B1

PL228564B1 - Forma wtryskowa i sposób jej wytwarzania

Info

Publication number: PL228564B1
Application number: PL415815A
Authority: PL
Inventors: Leszek Wesołowski
Original assignee: Intemo Spolka Akcyjna
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2018-04-30
Also published as: PL415815A1

Description

(21) Numer zgłoszenia: 415815

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 15.01.2016 (51) Int.CI.

B29C 33/02 (2006.01) B29C 45/17 (2006.01) B29C 45/26 (2006.01) B29C 45/37 (2006.01) B29C 45/73 (2006.01) (54)

Forma wtryskowa i sposób jej wytwarzania

	(73) Uprawniony z patentu:
	INTEMO SPÓŁKA AKCYJNA,
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	Piotrków Kujawski, PL
17.07.2017 BUP 15/17	(72) Twórca(y) wynalazku:
	LESZEK WESOŁOWSKI, Żnin, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.04.2018 WUP 04/18	(74) Pełnomocnik:
	rzecz, pat. Piotr Rytlewski

'st co m

oo

CM

Q_

PL 228 564 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest forma wtryskowa o monolitycznej budowie hybrydowej, z co najmniej dwóch materiałów o różnych współczynnikach przewodnictwa cieplnego, charakteryzująca się szybkim odprowadzaniem ciepła z wyprasek, przy jednoczesnym zapewnieniu sztywności i wytrzymałości narzędzia. Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania takich form wtryskowych.

Znane są sposoby selektywnego laserowego napawania proszków w celu formowania matrycy oraz stempli form wtryskowych, w tym z kanałami chłodzącymi (opisy patentowe FR2851944, US5952018). Z opisu patentowego DE 102006017808 znana jest forma wtryskowa, w której techniką selektywnego laserowego napawania proszku metalu tworzy się takie trójwymiarowe konformacje kanałów chłodzących, aby szybko odprowadzać ciepło z wyprasek oraz uzyskać możliwie jednorodny gradient temperatury chłodzenia ich powierzchni (tzw. chłodzenie konformalne). Kanały te oplatają kształt wypraski w nieznacznej odległości od jej powierzchni. Wykonywanie takich form wtryskowych jest bardzo czasochłonne, wymaga użycia znacznych ilości materiału w postaci proszków metali i ich stopów, oraz jest bardzo energochłonne. Ponadto, z uwagi na ograniczoną wytrzymałość mechaniczną takich form stosuje się je powszechnie we wtryskiwaniu niskociśnieniowym, natomiast dla konstrukcji form przeznaczonych do wytwarzania wyprasek przy wysokich ciśnieniach wtryskiwania, zastosowanie kanałów konformalnych jest ograniczone ze względu na znaczne obciążenia przenoszone przez konstrukcje form. Ze względu na potrzebę wzmocnionych konstrukcji form wyprasek wielkogabarytowych, we wtryskiwaniu których wymagane jest duże ciśnienie stopionego tworzywa zastosowanie tej techniki w bliskiej odległości od powierzchni formującej jest niemożliwe. Duża masa wyprasek wielkogabarytowych ogranicza możliwość ich szybkiego schłodzenia poprzez tradycyjne kanały chłodzące, które są zwykle wykonywane jako proste otwory wiercone w bloku formy, co powoduje ograniczenia geometryczne w ich kształcie i przebiegu, a tym samym w przepływie cieczy chłodzącej i odbiorze ciepła z poszczególnych powierzchni wypraski, co jest kluczowym elementem wydajnego procesu produkcji. Szacuje się, że od 60 do 80% czasu cyklu wtryskiwania stanowi etap chłodzenia wypraski.

Celem niniejszego wynalazku, ze względu na ograniczenia dotychczasowych rozwiązań, było opracowanie nowej konstrukcji form wtryskowych charakteryzujących się możliwością szybkiego odprowadzania ciepła z wypraski, przy jednoczesnym zapewnieniu odpowiedniej sztywności i wytrzymałości formy. Opracowanie sposobu wytwarzania takiej formy jest również celem wynalazku.

Istotą wynalazku jest forma wtryskowa złożona z matrycy, która charakteryzuje się tym, że w matrycy występuje wybranie o regularnym kształcie, którego rozmiary są co najmniej 5% większe od profilu zewnętrznego wypraski, w którymkolwiek z kierunków. W niniejszym opisie patentowym przez regularny kształt wybrań rozumie się posiadanie przez nie co najmniej jednej płaszczyzny symetrii. W wybraniu matrycy występuje wkładka matrycowa z materiału metalowego o współczynniku przewodnictwa cieplnego większym niż 70 W/mK, której kształt jest ograniczony przez profil wybrania matrycy i profil zewnętrzny wypraski, i która jako całość z matrycą stanowi monolityczny blok materiału.

Łącznie lub alternatywnie w odniesieniu do matrycy, w stemplu może występować wybranie o regularnym kształcie, którego rozmiary są co najmniej 5% większe od profilu wewnętrznego wypraski w którymkolwiek z kierunków. W wybraniu stempla występuje wkładka stemplowa z materiału metalowego o współczynniku przewodnictwa cieplnego większym niż 70 W/mK, której kształt jest ograniczony profilem wybrania i profilem wewnętrznym wypraski, i która jako całość ze stemplem stanowi monolityczny blok materiału. Korzystnie, gdy wkładkę matrycową oraz wkładkę stemplową stanowi stop miedzi i/lub stop aluminium, zwłaszcza zawierający beryl i/lub cynk, taki jak miedź berylowa. Wybranie w matrycy oraz wybranie w stemplu mogą mieć w podstawie kształt prostokątny, kołowy, eliptyczny, owalny lub trójkątny, a ich ściany są nachylone względem ich podstawy pod kątem od 90 do 150°. Opcjonalnie, na wkładce matrycowej i/lub na wkładce stemplowej występuje co najmniej jedna zewnętrzna warstwa matrycowa i/lub warstwa stemplowa, korzystnie ze stali, tytanu, węglików spiekanych, lub azotku krzemu o grubości od 1 ąm do 30 mm. Kształt wkładki matrycowej i/lub wkładki stemplowej z naniesioną warstwą matrycową i/lub stemplową jest ograniczony przez profil wybrania matrycy i profil zewnętrzny wypraski i/lub przez profil wybrania stempla i profil wewnętrzny wypraski. Korzystnie, gdy forma wtryskowa zawiera kanały na substancję chłodzącą w wkładce matrycowej, wkładce stemplowej i/lub w ich otoczeniu. Ponadto, konstrukcja formy według wynalazku może być implementowana tylko lokalnie w odniesieniu do określonego fragmentu wypraski.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania formy wtryskowej charakteryzujący się tym, że w matrycy wykonuje się wybranie o regularnym kształcie metodą obróbki skrawaniem, przy

PL 228 564 B1 czym wybranie jest co najmniej 5% większe od profilu zewnętrznego wypraski, w którymkolwiek z kierunków. Następnie, w wybraniu matrycy formuje się warstwa po warstwie wkładkę matrycową z materiału metalowego o współczynniku przewodnictwa cieplnego większym niż 70 W/mK metodą laserowego selektywnego napawania proszku lub metodą napawania drutu, po czym wykonuje się obróbkę skrawaniem i ewentualnie obróbkę elektroerozyjną tak, że wkładka matrycowa stanowi monolityczny blok materiału z matrycą, przy czym kształt wkładki matrycowej ograniczony jest profilem wybrania matrycy i profilem zewnętrznym wypraski.

Łącznie lub alternatywnie w odniesieniu do sposobu wytwarzania matrycy, w stemplu wykonuje się wybranie o regularnym kształcie metodami obróbki skrawaniem, przy czym wybranie jest co najmniej 5% większe od profilu wewnętrznego wypraski w którymkolwiek z kierunków. Następnie w wybraniu stempla formuje się warstwa po warstwie wkładkę stemplową z materiału metalowego o współczynniku przewodnictwa cieplnego większym niż 70 W/mK metodą laserowego selektywnego napawania proszku lub metodą napawania drutu, po czym wykonuje się obróbkę skrawaniem i ewentualnie obróbkę elektroerozyjną tak, że wkładka stemplowa stanowi monolityczny blok materiału ze stemplem, przy czym kształt wkładki stemplowej ograniczony jest profilem wybrania stempla i profilem wewnętrznym wypraski. Korzystnie, gdy wkładkę matrycową oraz wkładkę stemplową wykonuje się ze stopu miedzi i/lub stopu aluminium, zwłaszcza zawierających beryl i/lub cynk, zwłaszcza z miedzi berylowej. Wybranie w matrycy oraz wybranie w stemplu wykonuje się metodą obróbki skrawaniem w taki sposób, aby miały w podstawie kształt prostokątny, kołowy, eliptyczny, owalny lub trójkątny, a ich ściany były nachylone względem ich podstawy pod kątem od 90 do 150°. W przypadku zastosowania selektywnego laserowego napawania proszku, wkładkę matrycową oraz wkładkę stemplową wygrzewa się w celu usunięcia naprężeń powstałych podczas procesu ich formowania. Opcjonalnie, techniką laserowego selektywnego napawania i/lub metodami osadzania z fazy gazowej formuje się co najmniej jedną zewnętrzną warstwę matrycową i/lub stemplową, korzystnie ze stali, tytanu, węglików spiekanych, lub azotku krzemu o grubości od 1 μm do 30 mm. Kształt wkładki matrycowej i/lub wkładki stemplowej z naniesioną warstwą matrycową i/lub stemplową jest ograniczony przez profil wybrania matrycy i profil zewnętrzny wypraski i/lub przez profil wybrania stempla i profil wewnętrzny wypraski. Korzystnie, gdy przez wkładkę matrycową, matrycę, wkładkę stemplową i/lub stempel nawierca się i/lub formuje metodą selektywnego laserowego napawania proszku kanały na ciecz chłodzącą.

Forma wtryskowa według wynalazku charakteryzuje się dobrymi właściwościami mechanicznymi oraz szybkim odprowadzaniem ciepła z wyprasek dzięki zastosowaniu brązu lub stopu aluminium, zwłaszcza stopu miedzi i berylu. Stop ten charakteryzuje się wielokrotnie większym współczynnikiem przewodnictwa cieplnego niż stal, z której najczęściej wykonuje się formy wtryskowe. Ponieważ profil wkładki matrycowej i stemplowej odzwierciedla profil wypraski, to zmiana gradientu temperatury jest bardziej jednorodna wzdłuż całej powierzchni wypraski. Dzięki temu minimalizuje się skurcz przetwórczy oraz powstawanie naprężeń wewnętrznych w wyprasce, których główną przyczyną jest różna temperatura chłodzenia jej fragmentów. Forma wtryskowa według wynalazku umożliwia znaczące skrócenie cyklu wtryskiwania wskutek skrócenia etapu chłodzenia wypraski. Efekt ten jest wyjątkowo korzystny, gdy w wkładce matrycowej oraz stemplowej występują kanały z cieczą chłodzącą. Forma wtryskowa według wynalazku charakteryzuje się monolityczną konstrukcją co umożliwia dowolne nawiercanie kanałów chłodzących przechodzących łącznie przez matrycę i wkładkę matrycową oraz przez stempel i wkładkę stemplową. Zastosowanie stopu berylu może wymagać zastosowania powłoki ze względu na toksyczne właściwości tego pierwiastka i wynikające ograniczenia prawne w dopuszczaniu do kontaktu z produktami, które mogą mieć kontakt z człowiekiem, zwierzętami oraz żywnością. Powłoka matrycowa oraz wkładkowa zabezpiecza uwalnianie berylu, a jednocześnie zwiększa trwałość i funkcjonalność formy wtryskowej.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wybrany przekrój poprzeczny formy wtryskowej i wypraski, fig. 2 wypraskę w widoku perspektywicznym.

PRZYKŁAD REALIZACJI. Obróbka formy wtryskowej została wykonana zgodnie z dokumentacją techniczną wypraski 5, ruchy narzędzi obróbczych zostały zaprogramowane na podstawie dokumentacji technicznej wyrobu, operacje obróbcze zostały wykonane przy użyciu maszyn sterowanych numerycznie (CNC).

Proces wytwórczy matrycy 1 i jej integralnych elementów wykonano w następujących etapach:

PL 228 564 B1

1. Wykonanie zgrubnej obróbki skrawaniem wybrania 3 o podstawie prostokąta i prostopadłych ścianach o rozmiarach (150 x 200 x 70 mm) w matrycy 1 na frezarce pięcioosiowej, przy użyciu głowicy frezarskiej 0 32 z trzema płytkami skrawającymi o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=1370 obr/min, prędkość posuwu 1200 mm/min, głębokość skrawania ap=1 mm, naddatek na obróbkę wykańczającą 2 mm.

2. Wykonanie zgrubnej obróbki skrawaniem powierzchni narożnikowych wybrania 3 w matrycy 1 na frezarce pięcioosiowej, przy użyciu głowicy frezerskiej 0 16 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=2380 obr/min, prędkość posuwu 700 mm/min, głębokość skrawania ap=0,3 mm.

3. Wykonanie obróbki wykończeniowej wybrania 3 w matrycy 1 przy użyciu głowicy frezerskiej 0 20 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=700 obr/min, prędkość posuwu f=1910 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

4. Wykonanie obróbki wykańczającej naroży wybrania 3 w matrycy 1 oraz przejścia między ścianami przy użyciu głowicy frezerskiej 0 12 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=650 obr/min, prędkość posuwu f=900 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

5. Wykonanie obróbki kształtowej wybrania 3 w matrycy 1 frezem kulistym o średnicy d=6 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona frezarskiego n=8400 obr/min, prędkość posuwu f=2000 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

6. Wykonanie obróbki kształtowej wybrania 3 w matrycy 1 frezem kulistym o średnicy d=3 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona frezarskiego n=7900 obr/min, prędkość posuwu f=480 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

7. Wykonanie wkładki matrycowej 6 metodą selektywnego laserowego napawania proszku brązu berylowego (CuB2) warstwa po warstwie w wybraniu 3 matrycy 1, grubość warstwy napawanej w jednym przejściu 0,1 mm, prędkość napawania 25 cm³/h. Następnie, wygrzewanie spojonych matrycy 1 i wkładki matrycowej 6 w temperaturze 490°C przez 6 godzin.

W innym przykładzie realizacji, wkładkę matrycową 6 wykonano poprzez:

Zastosowanie metody laserowego napawania drutem stopu miedzi i berylu (AMPCO-TRODE

940) o średnicy 0 0,25 mm, posuw 2 m/min, moc wiązki lasera 6 kW.

8. Wykonanie obróbki skrawaniem materiału wkładki matrycowej 6 na frezarce pięcioosiowej przy użyciu głowicy frezerskiej 0 20 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=700 obr/min, prędkość posuwu 1910 mm/min, głębokość skrawania ap=0,5 mm.

9. Wykonanie obróbki skrawaniem powierzchni narożnikowych we wkładce matrycowej 6 na frezarce pięcioosiowej, przy użyciu głowicy frezerskiej 0 16 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=2380 obr/min, prędkość posuwu f=700 mm/min, głębokość skrawania ap=0,3 mm.

10. Wykonanie obróbki wykańczającej wkładki matrycowej 6 frezem kulistym o średnicy d=6 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona frezarskiego n=8400 obr/min, prędkość posuwu f=2000 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

11. Obrobienie kształtów wkładki matrycowej 6 przy użyciu freza kulistego o średnicy d=3 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona frezarskiego n=7900 obr/min i posuwie f=480 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

12. Wykonanie zewnętrznej warstwy matrycowej 10 o grubości 12 mm metodą laserowego selektywnego napawania proszku stali (typ 1.2709) na uprzednio obrobionym wkładzie matrycowym 6 tak, że wkładka matrycowa 6 stanowi monolityczny blok materiału z matrycą 1, a kształt wkładki matrycowej 6 ograniczony jest profilem wybrania 3 matrycy 1 i profilem zewnętrznym 4 wypraski 5. Grubość warstwy napawanej a w jednym przejściu wynosiła 0,1 mm, a prędkość napawania 25 cm³/h. Następnie, przeprowadzono wygrzewanie spojonych matrycy 1 i wkładki matrycowej 6 w temperaturze 490°C przez 6 godzin.

W innym przykładzie realizacji, zewnętrzną warstwę matrycową 10 o grubości około 12 mm wykonano poprzez:

PL 228 564 B1

Napawanie laserowe drutu stalowego (typu 1.2330) o średnicy 0 0,25 mm, posuw 2 m/min, moc lasera 6 kW.

13. Wykonanie obróbki skrawaniem materiału warstwy matrycowej 10 na frezarce pięcioosiowej, przy użyciu głowicy frezerskiej 0 20 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=700 obr/min, prędkość posuwu 1910 mm/min, głębokość skrawania ap=0,5 mm.

14. Wykonanie obróbki skrawaniem powierzchni narożnikowych warstwy matrycowej 10 na frezarce pięcioosiowej przy użyciu głowicy frezerskiej 0 16 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=2380 obr/min, prędkość posuwu f=700 mm/min, głębokość skrawania ap=0,3 mm.

15. Wykonanie obróbki wykańczającej warstwy matrycowej 10 frezem kulistym o średnicy d=6 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona frezarskiego n=8400 obr/min, prędkość posuwu f=900 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

16. Wykonanie obróbki kształtowej warstwy matrycowej 10 przy użyciu freza kulistego o średnicy d=3 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona frezarskiego n=7900 obr/min posuwie f=480 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

17. Wykonanie obróbki kształtowej warstwy matrycowej 10 przy użyciu freza kulistego o średnicy d=2 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona n=7900 obr/min i posuwie f=1200 mm/min, oraz przy użyciu freza kulistego o średnicy d=1 mm, przy prędkości obrotowej wrzeciona n=7900 obr/min i posuwie f=350 mm/min, głębokości skrawania ap=0,1 mm.

18. Wykonanie drążenia zgrubnego elektroerozyjnego żeber oraz nóg wypraski 5 w warstwie matrycowej 10 przy użyciu elektrody zgrubnej 2SB=0,6, następnie wykonanie drążenia wykańczającego przy użyciu elektrody 2SB=0,3.

19. Wiercenie kanałów 12 na ciecz chłodzącą w matrycy 1 i w wkładce matrycowej 6 na maszynie Imsa przy użyciu wiertła lufowego o średnicy 0 12 oraz wykonanie podebrań pod króćce przyłączeniowe wiertłem 0 26.

20. Wykonanie obróbki wykończeniowej warstwy matrycowej 10 osełką 400, następnie obróbki ściernej przy użyciu papieru ściernego o gradacji 220, 500, 1000, 2000.

21. Wykonanie operacji polerowania zgrubnego warstwy matrycowej 10 przy użyciu diamentowej pasty polerskiej o ziarnistości 7/5.

22. Wykonanie operacji polerowania wykańczającego warstwy matrycowej 10 przy użyciu diamentowej pasty polerskiej o ziarnistości 5/3.

23. Wykonanie operacji polerowania wykańczającego warstwy matrycowej 10 przy użyciu diamentowej pasty polerskiej o ziarnistości 2/1.

24. Wykonanie polerowania ostatecznego warstwy matrycowej 10 przy użyciu filców polerskich i pasty polerskiej.

25. Wykonanie kolejnej warstwy (powłoki) z węglikooazotku tytanu TiCN o grubości 2 μm na warstwie matrycowej 10 metodą osadzania z fazy gazowej (metodą PVD) w temperaturze 400°C, ciśnienie robocze 1,2 Pa, napięcie polaryzacji podłoża -150 V, prąd wyładowania łukowego 60A, łączny czas operacji 30 min.

Proces wytwórczy stempla 2 i jego integralnych elementów wykonano w następujących etapach:

1. Wykonanie zgrubnej obróbki skrawaniem wybrania 7 o podstawie prostokąta i prostopadłych ścianach o rozmiarach (150 x 200 x 70 mm) w stemplu 2 na frezarce pięcioosiowej przy użyciu głowicy frezarskiej 0 32 z trzema płytkami skrawającymi o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=1370 obr/min, prędkość posuwu 1200 mm/min, głębokość skrawania ap=1 mm, naddatek na obróbkę wykańczającą mm.

2. Wykonanie zgrubnej obróbki skrawaniem powierzchni narożnikowych wybrania 7 w stemplu 2 na frezarce pięcioosiowej przy użyciu głowicy frezerskiej 0 16 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=2380 obr/min, prędkość posuwu 700 mm/min, głębokość skrawania ap=0,3 mm.

3. Wykonanie obróbki wykańczającej powierzchni narożnikowych wybrania 7 w stemplu 2 przy użyciu głowicy frezerskiej 0 20 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=700 obr/min, prędkość posuwu f=1910 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

PL 228 564 B1

4. Wykonanie obróbki wykańczającej naroży wybrania 7 w stemplu 2 oraz przejść między ścianami przy użyciu głowicy frezerskiej 0 12 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=650 obr/min, prędkość posuwu f=900 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

5. Wykonanie obróbki kształtowej wybrania 7 w stemplu 2 frezem kulistym o średnicy d=6 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona frezarskiego n=8400 obr/min, prędkość posuwu f=2000 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

6. Wykonanie obróbki kształtowej wybrania 7 w stemplu 2 frezem kulistym o średnicy d=3 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona frezarskiego n=7900 obr/min, prędkość posuwu f=480 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

7. Wykonanie wkładki stemplowej 9 metodą selektywnego laserowego przetapiania proszku brązu berylowego (CuB2) warstwa po warstwie w wybraniu 7 stempla 2, grubość warstwy napawanej w jednym przejściu 0,1 mm, prędkość napawania 25 cm³/h. Następnie, wygrzewane stempla 2 wkładki stemplowej 9 w temperaturze 490°C przez 6 godzin.

W innym przykładzie realizacji, wkładkę stemplową 9 wykonano poprzez:

940) o średnicy 0 0,25 mm; posuw 2 m/min, moc wiązki lasera 6 kW.

8. Wykonanie obróbki skrawaniem materiału wkładki stemplowej 9 na frezarce pięcioosiowej przy użyciu głowicy frezerskiej 0 20 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=700 obr/min, prędkość posuwu 1910 mm/min, głębokość skrawania ap=0,5 mm.

9. Wykonanie obróbki skrawaniem powierzchni kształtowych we wkładce stemplowej 9 na frezarce pięcioosiowej przy użyciu głowicy frezerskiej 0 16 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=2380 obr/min, prędkość posuwu f=700 mm/min, głębokość skrawania ap=0,3 mm.

10. Wykonanie obróbki skrawaniem powierzchni kształtowych wkładki 9 na frezarce pięcioosiowej przy użyciu freza kulistego d=8 mm z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=9800 obr/min, prędkość posuwu f=1500 mm/min, głębokość skrawania ap=0,3 mm.

11. Wykonanie obróbki wykańczającej wkładki stemplowej 9 frezem kulistym o średnicy d=6 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona frezarskiego n=8400 obr/min, prędkość posuwu f=2000 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

12. Wykonanie obróbki wykańczającej wkładki stemplowej 9 przy użyciu freza kulistego o średnicy d=3 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona frezarskiego n=7900 obr/min i posuwie f=480 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

13. Wykonanie warstwy stemplowej 11 o grubości 12 mm metodą laserowego selektywnego napawania proszku stali (typ 1.2709) na uprzednio obrobionym wkładzie stemplowym 9 tak, że wkładka stemplowa 9 stanowi monolityczny blok materiału ze stemplem 2, a kształt wkładki stemplowej 9 ograniczony jest profilem wybrania 7 stempla 2 i profilem zewnętrznym 8 wypraski 5. Grubość warstwy napawanej w jednym przejściu wynosiła 0,1 mm, a prędkość napawania 25 cm³/h. Następnie, wygrzewanie spojonych matrycy 1 i wkładki matrycowej 6 w temperaturze 490°C przez 6 godzin.

W innym przykładzie realizacji, warstwę stemplową 11 o grubości około 12 mm wykonano poprzez:

14. Wykonanie obróbki skrawaniem warstwy stemplowej 11 na frezarce pięcioosiowej przy użyciu głowicy frezerskiej 0 20 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=700 obr/min, prędkość posuwu 1910 mm/min, głębokość skrawania ap=0,5 mm.

15. Wykonanie obróbki skrawaniem powierzchni kształtowych warstwy stemplowej 11 na frezarce pięcioosiowej przy użyciu głowicy frezerskiej 0 16 z jedną płytką skrawającą o promieniu naroży r_E=1 mm, prędkość obrotowa wrzeciona frezarskiego n=2380 obr/min, prędkość posuwu f=700 mm/min, głębokość skrawania ap=0,3 mm.

PL 228 564 B1

16. Wykonanie obróbki wykańczającej warstwy stemplowej 11 frezem kulistym o średnicy d=6 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona frezarskiego n=8400 obr/min, prędkość posuwu f=900 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

17. Wykonanie obróbki kształtowej warstwy stemplowej 11 przy użyciu freza kulistego o średnicy d=3 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona frezarskiego n=7900 obr/min i posuwie f=480 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

18. Wykonanie obróbki kształtowej warstwy stemplowej 11 przy użyciu freza kulistego o średnicy d=2 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona n=7900 obr/min i posuwie f=1200 mm/min oraz freza kulistego o średnicy d=1 mm przy prędkości obrotowej wrzeciona n=7900 obr/min i posuwie f=350 mm/min, głębokość skrawania ap=0,1 mm.

19. Wykonanie drążenia zgrubnego elektroerozyjnego rowka w warstwie stemplowej 11 przy użyciu elektrody zgrubnej 2SB=0,6, następnie wykonanie drążenia wykańczającego przy użyciu elektrody 2SB=0,3.

20. Wiercenie kanałów 12 na ciecz chłodzącą w stemplu 2 i w wkładce stemplowej 9 formy wtryskowej na maszynie Imsa przy użyciu wiertła lufowego o średnicy 0 12 oraz wykonanie podebrań pod króćce przyłączeniowe wiertłem 0 26.

21. Wykonanie obróbki wykończeniowej warstwy stemplowej 11 osełką 400, następnie obróbki ściernej przy użyciu papieru ściernego o gradacji 220, 500, 1000, 2000.

22. Wykonanie operacji polerowania zgrubnego warstwy stemplowej 11 przy użyciu diamentowej pasty polerskiej o ziarnistości 7/5.

23. Wykonanie operacji polerowania wykańczającego warstwy stemplowej 11 przy użyciu diamentowej pasty polerskiej o ziarnistości 5/3.

24. Wykonanie operacji polerowania wykańczającego warstwy stemplowej 11 przy użyciu diamentowej pasty polerskiej o ziarnistości 2/1.

25. Wykonanie polerowania ostatecznego warstwy stemplowej 11 przy użyciu filców polerskich i pasty polerskiej.

26. Wykonanie kolejnej warstwy (powłoki) na powierzchni warstwy stemplowej 11 z węglikooazotku tytanu TiCN o grubości 2pm metodą osadzania z fazy gazowej (metodą PVD) w temperaturze 400°C, ciśnienie robocze 1,2 Pa, napięcie polaryzacji podłoża -150V, prąd wyładowania łukowego 60A, łączny czas operacji 30 min.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Forma wtryskowa złożona z matrycy (1) i stempla (2), znamienna tym, że w matrycy (1) występuje wybranie (3) o regularnym kształcie, którego rozmiary są co najmniej 5% większe od profilu zewnętrznego (4) wypraski (5), w którymkolwiek z kierunków (X, Y, Z), przy czym w wybraniu (3) matrycy (1) występuje wkładka matrycowa (6) z materiału metalowego o współczynniku przewodnictwa cieplnego większym niż 70 W/mK, i której kształt jest ograniczony przez profil wybrania (3) matrycy (1) i profil zewnętrzny (4) wypraski (5) tak, że stanowi jako całość z matrycą (1) monolityczny blok materiału;

i/lub w stemplu (2) występuje wybranie (7) o regularnym kształcie, którego rozmiary są co najm niej 5% większe od profilu wewnętrznego (8) wypraski (5) w którymkolwiek z kierunków (X, Y, Z), przy czym w wybraniu (7) stempla (2) występuje wkładka stemplowa (9) z materiału metalowego o współczynniku przewodnictwa cieplnego większym niż 70 W/mK, i której kształt jest ograniczony profilem wybrania (7) i profilem wewnętrznym (8) wypraski (5) tak, że stanowi jako całość ze stemplem (2) monolityczny blok materiału.
2. Forma wtryskowa według zastrz. 1, znamienna tym, że materiałem wkładki matrycowej (6) oraz wkładki stemplowej (9) jest stop miedzi i/lub stop aluminium, zwłaszcza zawierający beryl i/lub cynk, korzystnie miedź berylowa.
3. Forma wtryskowa według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienna tym, że wybranie (3) w matrycy (1) oraz wybranie (7) w stemplu (2) mają w podstawie kształt prostokątny, kołowy, eliptyczny, owalny lub trójkątny, a ich ściany są nachylone względem ich podstawy pod kątem (a) od 90 do 150°.

PL 228 564 B1
4. Forma wtryskowa według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienna tym, że na wkładce matrycowej (6) i/lub na wkładce stemplowej (9) występuje co najmniej jedna zewnętrzna warstwa matrycowa (10) i/lub warstwa stemplowa (11), korzystnie ze stali, tytanu, węglików spiekanych, lub azotku krzemu o grubości od 1 μm do 30 mm, przy czym kształt wkładki matrycowej (6) i/lub wkładki stemplowej (9) z naniesioną warstwą matrycową (10) i/lub warstwą stemplową (11) jest ograniczony przez profil wybrania (3) matrycy (1) i profil zewnętrzny (4) wypraski (5) i/lub przez profil wybrania (7) stempla (2) i profil wewnętrzny (8) wypraski (5).
5. Forma wtryskowa według jednego z zastrz. od 1 do 4, znamienna tym, że zawiera kanały (12) na substancję chłodzącą w wkładce matrycowej (6), i/lub w wkładce stemplowej (9) i/lub w ich otoczeniu.
6. Forma wtryskowa według jednego z zastrzeżeń od 1 do 5, znamienna tym, że jej konstrukcja implementowana jest tylko lokalnie w odniesieniu do określonego fragmentu wypraski (5).
7. Sposób wytwarzania formy wtryskowej metodami obróbki skrawaniem i/lub elektroerozyjnie, znamienny tym, że w matrycy (1) wykonuje się wybranie (3) o regularnym kształcie metodą obróbki skrawaniem, przy czym wybranie (3) jest co najmniej 5% większe od profilu zewnętrznego (4) wypraski (5), w którymkolwiek z kierunków (X, Y, Z), a następnie w wybraniu (3) matrycy (1) formuje się wkładkę matrycową (6) z materiału metalowego o współczynniku przewodnictwa cieplnego większym niż 70 W/mK metodą laserowego selektywnego napawania proszku lub metodą napawania drutu, po czym wykonuje się obróbkę skrawaniem i ewentualnie elektroerozyjną tak, że wkładka matrycowa (6) stanowi monolityczny blok materiału z matrycą (1), przy czym kształt wkładki matrycowej (6) ograniczony jest profilem wybrania (3) matrycy (1) i profilem zewnętrznym (4) wypraski (5);

i/lub w stemplu (2) wykonuje się wybranie (7) o regularnym kształcie metodami obróbki skrawaniem, przy czym wybranie (7) jest co najmniej 5% większe od profilu wewnętrznego (8) wypraski (5) w którymkolwiek z kierunków (X, Y, Z), a następnie w wybraniu (7) stempla (2) formuje się wkładkę stemplową (9) z materiału metalowego o współczynniku przewodnictwa cieplnego większym niż 70 W/mK metodą laserowego selektywnego przetapiania proszku lub metodami napawania drutu i dalszej obróbki skrawaniem i ewentualnie elektroerozyjnej tak, że wkładka stemplowa (9) stanowi monolityczny blok materiału ze stemplem (2), przy czym kształt wkładki stemplowej (9) ograniczony jest profilem wybrania (7) stempla (2) i profilem wewnętrznym (8) wypraski (5).
8. Sposób wytwarzania formy wtryskowej według zastrz. 7, znamienny tym, że wkładkę matrycową (6) oraz wkładkę stemplową (9) wykonuje się ze stopu miedzi i/lub stopu aluminium, zwłaszcza zawierających beryl i/lub cynk, korzystnie z miedzi berylowej.
9. Sposób wytwarzania formy wtryskowej według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że wybranie (3) w matrycy (1) oraz wybranie (7) w stemplu (2) wykonuje się metodą obróbki skrawaniem w taki sposób, aby miały w podstawie kształt prostokątny, kołowy, eliptyczny, owalny lub trójkątny, a ich ściany były nachylone względem ich podstawy pod kątem (a) od 90 do 150°.
10. Sposób wytwarzania formy wtryskowej według zastrz. 7 albo 8 albo 9, znamienny tym, że w przypadku zastosowania selektywnego laserowego napawania wkładkę matrycową (6) oraz wkładkę stemplową (9) wygrzewa się w celu usunięcia naprężeń powstałych podczas procesu ich formowania.
11. Sposób wytwarzania formy wtryskowej według jednego z zastrz. od 7 do 10, znamienny tym, że techniką laserowego selektywnego napawania i/lub metodami osadzania z fazy gazowej formuje się co najmniej jedną zewnętrzną warstwę matrycową (10) i/lub warstwę stemplową (11), korzystnie ze stali, tytanu, węglików spiekanych, lub azotku krzemu o grubości od 1 μm do 30 mm tak, że kształt wkładki matrycowej (6) i/lub wkładki stemplowej (9) z naniesioną warstwą matrycową (10) i/lub warstwą stemplową (11) jest ograniczony przez profil wybrania (3) matrycy (1) i profil zewnętrzny (4) wypraski (5) i/lub przez profil wybrania (7) stempla (2) profil wewnętrzny (8) wypraski (5).
12. Sposób wytwarzania formy wtryskowej według jednego z zastrz. od 7 do 11, znamienny tym, że przez wkładkę matrycową (6), matrycę (1), wkładkę stemplową (9) i/lub stempel (2) nawierca się i/lub formuje metodą selektywnego laserowo napawania kanały (12) na ciecz chłodzącą.