SE454247B

SE454247B - Sintered porous mould for injection moulding

Info

Publication number: SE454247B
Application number: SE8501589A
Authority: SE
Inventors: O Larsson
Original assignee: Toolvac Engineering Ab
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1985-04-01
Publication date: 1988-04-18
Also published as: SE8501589D0; SE8501589L

Abstract

During moulding gas or air which is released enters the open cell porous structure. It is surrounded by a dense cover and so forms a temporary store for the emitted gas.

Description

15 20 25 30 35 454 247 fördel. Formen blir nämligen självrensande. Den luft eller annan gas, som avgår från formhåligheten under formsprutningsoperationen och upplagras under tryck i formens porsystem, kommer nämligen, när formen öppnas, att avgå till atmosfären genom porsystemets mynningar i formhålighetens väggar och komer därvid att blåsa bort rester av polymermaterialet, som efter formsprutningsoperationen sitter kvar på formhålighetens begränsningsytor och i porerna. 15 20 25 30 35 454 247 advantage. The shape becomes self-cleaning. Namely, the air or other gas which leaves the mold cavity during the injection molding operation and is stored under pressure in the mold pore system will, when the mold is opened, escape to the atmosphere through the pore system orifices in the mold cavity walls and will blow away residues of the polymeric material after the injection molding operation. remains on the constraint surfaces of the mold cavity and in the pores.

Med användning av formen kan man därför framställa föremål av naturliga och syntetiska polymerer, som i kvalitet och ytfinish är vida överlägsna föremål, som är framställda med användning av tidigare kända former, även om dessa är av den porösa typen.Using the mold, therefore, it is possible to produce articles of natural and synthetic polymers which, in quality and surface finish, are far superior to articles made using prior art molds, even if they are of the porous type.

Sättet enligt uppfinningen har också visat sig medge avsevärd ökning av hastigheten på framställning av formhåligheter genom gnist- bearbetning.The method according to the invention has also been found to allow a considerable increase in the speed of production of mold cavities by spark machining.

Uppfinningen skall förklaras närmare i det följande.The invention will be explained in more detail in the following.

För framställning av formen enligt uppfinningen utför man först en modell av formen, varvid modellen kan uppvisa en formhålighet, vilken överensstämmer med det föremål, som skall framställas i formen, men inte nödvändigtvis behöver vara utförd med denna formhålighet, då den kan åstadkommas i efterhand genom bearbetning av formen. Modellen av formen gjutes av i silikongummi, och kaviteten i den gerhållna avgjutningen fylles med stålpulver, som kan variera från järnbaserat låglegerat kolstål till rostfritt stål och höglegerat stål, innehållande bl.a. TiC och/eller WC. Kornstorleken väljes mellan 40 och 80 um beroende på vilken porstorlek och porvolym som önskas i den porösa formkroppen. Valet av kornstorlek är också en 10 15 20 25 30 35 3 454 247 funktion av det polymermaterial som skall formas.To produce the mold according to the invention, a model of the mold is first made, wherein the model can have a mold cavity which corresponds to the object to be produced in the mold, but does not necessarily have to be made with this mold cavity, as it can be achieved afterwards by processing of the mold. The model of the mold is cast in silicone rubber, and the cavity in the gerhold casting is filled with steel powder, which can vary from iron-based low-alloy carbon steel to stainless steel and high-alloy steel, containing i.a. TiC and / or WC. The grain size is selected between 40 and 80 μm depending on the pore size and pore volume desired in the porous shaped body. The choice of grain size is also a function of the polymeric material to be formed.

Kornstorleken bör inte vara mindre än ungefär 30 m. Pulvrets kemiska sammansättning väljes så. att optimala bearbetnings- och poleringsegenskaper er- hålles. Företrädesvis utnyttjas ett låglegerat härdbart pulver. Det använda pulvret skall vara blandat med en polymer i fast form eller i lös- ning, och pulvret kan även innehålla kopparpulver och/eller grafitpulver. Sedan pulvret packats ge- nom vibrering i kaviteten i avgjutningen. upphet- tas det till ungefär 200°C. för att polymeren skall binda och bilda ett kitt mellan kornen, så att den erhållna pulverkroppen hålles ihop och kan uttagas från kaviteten i avgjutningen.The grain size should not be less than about 30 m. The chemical composition of the powder is chosen as follows. that optimal machining and polishing properties are obtained. Preferably a low alloy curable powder is used. The powder used must be mixed with a polymer in solid form or in solution, and the powder may also contain copper powder and / or graphite powder. After the powder has been packed by vibration in the cavity in the casting. it is heated to approximately 200 ° C. in order for the polymer to bind and form a putty between the grains, so that the obtained powder body is held together and can be removed from the cavity in the casting.

Därefter sintras pulverkroppen vid ca 120000 under ca l l/2 timme i vakuum eller i en inert atmosfär. Vid större kornstorlekar kan det erfordras högre sintringstemperatur och längre sintringstid. Under sintringen kommer polyneren och eventuellt tillsatt grafit att avgå från pul- verkroppen, medan eventuellt tillsatt koppar löses i denna, så att det erhålles ett kvarstående por- system med öppna porer i den erhållna sinterkrop- pen (formkroppen)- Om formhåligheten inte har formats vid fram- ställning av formkroppen, åstadkommes den efter síntríngsproceduren genom mekanisk bearbetning.Thereafter, the powder body is sintered at about 120,000 for about 1/2 hour in vacuum or in an inert atmosphere. For larger grain sizes, a higher sintering temperature and a longer sintering time may be required. During sintering, the polymer and any added graphite will leave the powder body, while any added copper is dissolved in it, so that a residual pore system with open pores is obtained in the obtained sintered body (mold body) - If the mold cavity has not been formed in the production of the shaped body, it is obtained after the sintering procedure by mechanical processing.

Formkroppen skall vara sluten på sin utsida, vil- ket kan ske på olika sätt, såsom senare skall be- skrivas, men då formhåligheten skall framställas genom gnistbearbetning, bör formkroppen slutas på sin utsida. först sedan denna bearbetning har ägt rum. Vid gnistbearbetning får man normalt. då man bearbetar stycken av massivt verktygsstål. under 10 15 20 25 30 35 454 247 4 gnistelektroden en gasansamling, vilket nödvändig- gör att elektroden regelbundet lyftes för medgi- vande av att denna gasansamling kan avgå. Vid be- arbetning av en sintrad formkropp enligt uppfin- ningen uppstår inte någon sådan gasansamling, ef- tersom gasen kan avgå genom porerna i kroppen. vilket innebär en avsevärt kortare bearbetnings- tid. Först sedan formhåligheten.är färdígställd. slutes den färdiga formen på sin utsida.The mold body must be closed on its outside, which can be done in various ways, as will be described later, but when the mold cavity is to be produced by spark machining, the mold body should be closed on its outside. only after this processing has taken place. When spark processing, you normally get. when machining pieces of solid tool steel. during 10 15 20 25 30 35 454 247 4 the spark electrode has a gas accumulation, which necessitates that the electrode be lifted regularly to allow this gas accumulation to escape. When processing a sintered shaped body according to the invention, no such gas accumulation occurs, since the gas can escape through the pores in the body. which means a considerably shorter processing time. Only then the mold cavity is completed. closes the finished mold on its outside.

Formen kan slutas genom att den monteras i en verktygsplatta i formsprutmaskinen. varvid be- gränsningsytorna hos en formen upptagande hålighet i verktygsplattan tillsluter formen på dennas ut- sida. Verktygsplattan bildar sålunda en tät mantel på formen, och givetvis kan denna mantel bildas av annat element än en verktygsplatta.The mold can be closed by mounting it in a tool plate in the injection molding machine. wherein the limiting surfaces of a mold receiving cavity in the tool plate close the mold on its outside. The tool plate thus forms a dense sheath on the mold, and of course this sheath can be formed by an element other than a tool plate.

Formen kan emellertid också slutas på sin ut- sida genom mekanisk bearbetning för åstadkommande av att materialet i formen tätas eller välles under slutning av porerna. I så fall bör formen ha ett yttre ytskikt av mjukare material. Ett på detta sätt differentiera materialet i formkroppen kan vara motiverat även av det skälet, att man i de ytor. som begränsar formhåligheten, vill ha en förutbestämd porstorlek, som inte bör understiga 5 m. Generellt bör porstorleken ligga i området 10-80/(m. Den totala porvolymen i formen beräknas på basis av storleken på det formade föremålet och för ett insprutningstryck upp till 500 bar. Som exempel kan nämnas. att ett spisvred av polystyren kräver en porvolym av ca 2,5 cm .However, the mold can also be closed on its outside by mechanical processing to cause the material in the mold to be sealed or poured while closing the pores. In that case, the mold should have an outer surface layer of softer material. A in this way differentiate the material in the shaped body can be justified also for the reason that one in the surfaces. which limits the mold cavity, wants a predetermined pore size, which should not be less than 5 m. In general, the pore size should be in the range 10-80 / (m. The total pore volume in the mold is calculated on the basis of the size of the molded article and for an injection pressure up to 500 bar As an example, a polystyrene cooker knob requires a pore volume of about 2.5 cm.

Vid framställning av en form av komposit- konstruktion kan man för det innersta skiktet av formen, det som är närmast och begränsar formhå- ligheten. välja ett fínkornigare pulver och even- 10 15 20 25 30 35 5 454 247 tuellt ett pulver av annan beskaffenhet än pulvret i formen i övrigt, t ex ett karbidbildande pulver.When producing a mold of composite construction, one can for the innermost layer of the mold, that which is closest and limits the mold durability. choose a finer-grained powder and possibly a powder of a different nature than the powder in the rest of the mold, for example a carbide-forming powder.

Av detta pulver och en flytande polymer eller annan kolväteförening bildas då en slurry, som an- bringas på en kärna med formhålighetens form genom sprayning eller pensling. Därefter packas pulvret, som skall bilda formkroppen i övrigt, omkring det sålunda applicerade skiktet, och efter uppvärmning och efterföljande uttagning av pulverkroppen läg- ges sedan utanpå denna ett skikt på samma sätt i form av en slurry genom sprayning eller pensling, varvid detta skikt är av sådan beskaffenhet, dvs av mjukare material, exempelvis låghaltigt järn- pulver, att det kan tätas eller vällas genom meka- nisk bearbetning.From this powder and a liquid polymer or other hydrocarbon compound a slurry is then formed, which is applied to a core having the shape of the mold cavity by spraying or brushing. Then the powder, which is to form the rest of the mold body, is packed around the layer thus applied, and after heating and subsequent removal of the powder body, a layer is then laid on top of it in the same way in the form of a slurry by spraying or brushing, this layer being of such a nature, ie of softer materials, for example low-grade iron powder, that it can be sealed or poured by mechanical processing.

Ett alternativt sätt för framställning av formen enligt uppfinningen består i att denna framställes genom kallisostatpressning. I så fall fylles pulvret och om nödvändigt en flytande poly- mer (lösning) i en form av gummi eller keramik, varvid porvolymen kan bestämmas antingen genom val av pulvrets siktkurva eller genom tillsats av exempelvis kopparpulver och/eller grafitpulver eller också genom en kombination av dessa åtgär- der. Sedan pulvret formats i den keramiska formen genom kallisostatpressning vid ett tryck mellan 4000 och 7000 bar. sintras den erhållna pulver- kroppen i formen under samma betingelser som vid det tidigare beskrivna tillvägagångssättet.An alternative method of producing the mold according to the invention consists in that it is produced by cold isostat pressing. In that case, the powder and, if necessary, a liquid polymer (solution) are filled in a form of rubber or ceramic, whereby the pore volume can be determined either by selecting the powder's sieve curve or by adding for example copper powder and / or graphite powder or also by a combination of these measures. Then the powder is formed in the ceramic mold by callisostat pressing at a pressure between 4000 and 7000 bar. the resulting powder body is sintered in the mold under the same conditions as in the previously described procedure.

Vid mikroskopisk undersökning av en form, som är utförd enligt uppfinningen, har man efter an- vändning av formen till formsprutning av polymer kunnat observera små tappar av polymeren på de ytor, som begränsar formhåligheten, varvid det intressanta är. att dessa små tappar är riktade 10 15 20 454 247 inåt mot formhåligheten, vilket ger belägg för att luft och/eller gas strömmat från porerna in i formhålígheten. när formen öppnats. I annat fall skulle eventuella polymerrester sitta kvar i po- rerna. Genom denna självrensande verkan säker- ställes evakueringen av luft eller gas från form- håligheten vid lång tids användning av formen och därmed bibehållande av ypperlig kvalitet på de föremål, som tillverkas i formen.On microscopic examination of a mold made according to the invention, it has been possible, after using the mold for injection molding of polymer, to observe small pins of the polymer on the surfaces which limit the mold cavity, the interesting thing being this. that these small pins are directed inwards towards the mold cavity, which provides evidence that air and / or gas has flowed from the pores into the mold cavity. when the mold is opened. Otherwise, any polymer residues would remain in the pores. This self-cleaning effect ensures the evacuation of air or gas from the mold cavity during long-term use of the mold and thereby maintaining excellent quality of the objects produced in the mold.

Det är inte nödvändigt att hela formen är ut- förd enligt uppfinningen. Det är möjligt att ut- föra endast ett eller flera partier därav som po- rösa delar eller insatser, exempelvis i form av plattor, vilka är inlagda i en konventionell stål- form på de ställen, där luft- och gasansamlingen är som störst.It is not necessary that the whole mold be made according to the invention. It is possible to make only one or more portions thereof as porous parts or inserts, for example in the form of plates, which are laid in a conventional steel form in the places where the air and gas accumulation is greatest.

Claims

1. In the manufacture of a porous mold for molding of natural and synthetic polymers by injection molding or molded part of sinterable, pulverulent material with open pores, which communicates with the mold cavity through its limiting surface, characterized in that a body of sintered metal is produced, that the mold cavity or part thereof is then taken up in this body by spark machining while allowing emerging gas to escape through the body's pore system, and that the outer surface of the mold is closed after completion of the mold. , in order for the pore system to form a magazine in the finished mold for temporary uptake of the air or other gas leaving the mold cavity during injection molding under pressure.

2. A method according to claim 1, characterized in that the mold is produced with an outer layer of soft material, in which the pores are closed by mechanical processing of the material.