SE512507C2 - Pressformverktyg samt sätt att förse ett sådant med ett gasevakueringsorgan - Google Patents

Description

- mid.. .mil ._ »i 1 i :nr *iw vi» »mm l :lüizilluuvfiiuzuri ikh: 3:11; :ir m txqnuin Ii mi' ur' m ur w Nää? xafxlfli 10 15 20 25 30 35 512 507 2 mot varandra, dels för att se till att materialet som skall formas trycks ut i alla håligheter i formen 4.

Uppvärmningen av verktygshalvorna 2, 3 kan ske både före och efter det att materialet tillförts. En metod att värma formverktyget 1 är att det värms upp i en ugn och sedan lyfts över till en press där materialet tillförs.

För att kvarhålla värmen i formverktyget 1 eller höja temperaturen kan man vid pressen ha värmeplattor. En annan metod är att man upprättar ett växlande magnetfält kring verktygshalvorna 2, 3 för magnetisk uppvärmning av verktyget l. Denna metod som även kallas induktiv upp- värmning är en mycket snabb metod och den kan utföras direkt på ett verktyg 1 som är monterat i pressen.

Under formningen av materialet frigörs gaser och/eller vattenånga som kan orsaka gasfickor i formen och porositeter i den färdiga produkten. Gasfickor kan resultera i att materialet ej fyller ut alla delar av formen. Porositeter kan minska produktens hàllfasthet drastiskt. De utgör dessutom skönhetsfel som gör en hel del produkter osäljbara. För att undvika gasfickor och porositeter behöver gaserna avlägsnas från formen 4 så fort och så effektivt som möjligt. Man kan t.ex. ansluta en vakuumpump till formverktyget 1 och med denna suga ut gaserna. Man kan också använda formverktyg som är slutna, varvid luften sugits ut innan materialet injiceras.

Ytterligare en annan metod att minska mängden gas inuti formen 4 är att backventiler anordnas i kanaler 5 som leder från formen 4 till omgivningen. På grund av över- trycket som blir i formen 4 vill gaserna tryckas ut, vilket backventilen tillåter. Ett speciellt utförande av backventilen är en stav 6, som är framställd av ett pulvermetallurgisk material som är så pass tätt (sintrat) att det är gasgenomsläppligt vid en tillräckligt stor tryckskillnad över staven. Idag används denna teknik genom att man borrar kanaler 5 i formen 4 som sedan 10 15 20 25 30 512 507 3 pluggas igen med stavar 6 av ett sådant material, sk PM- stål. Dessa stavars 6 mot formens inre vettande ändytor 16 bearbetas så att de får samma ytfinhet som formens 4 insida för att minska deras inverkan på produktens yta.

Ett problem med denna metod att föra bort gas från formen 4 är ökade kostnader för tillverkning av form- verktyget l. Framförallt ökar kostnaderna om man inte kan placera kanalerna 5 så att de mynnar till en plan yta i formen 4. Detta eftersom det blir mycket mer komplicerat att förforma och inte minst att slipa stavens 6 ände 16 på plats så att den anpassas till formens yta.

Ett annat problem med dessa stavar 6 är att de inte har speciellt hög luftgenomströmningskapacitet. Vid vissa tillämpningar t.ex. vid formning av aluminium som till- förs i flytande form genom s.k. väteinjicering tillförs mycket gas som då behöver ledas bort. I detta fall måste man borra flera kanaler 5, vilket ökar tillverkningskost- naden.

Ett ytterligare problem är igensättning av stavarna 6. Kanalerna 5 måste göras ganska långa för att kunna leda gasen genom verktygshalvans 2 hela tjocklek. Långa kanaler 5 ökar risken för igensättning av staven 6. För att undvika detta måste man mellan formningsoperationerna blåsa gas i motsatt riktning genom stavarna 6 för att därigenom åter öppna igensatta porer. Ännu ett problem som också kraftigt påverkar den färdiga produkten uppstår om man värmer formhalvorna 2, 3 genom induktiv uppvärmning. Magnetfältets fördelning i verktygsformhalvorna beror på formverktygets utseende.

Detta kan ge upphov till ojämn temperaturfördelning i verktyget. För att få en jämn temperatur kring luftnings- kanalerna 5 tillverkas stavarna 6 i ett elektriskt ledan- de material, men det är svårt att lyckas riktigt bra var- för det ofta blir ett inhomogent magnetfält kring kana- íïåltiii! i I Iiw 10 15 20 25 30 512 507 lerna 5. Här blir det alltså också en ojämn temperatur- fördelning.

Ojämn uppvärmning påverkar materialet på många olika sätt. Bland annat förändras viskositeten och värme- utvidgningen med temperaturen, vilket kan medföra att produkten vid avsvalningen beter sig på ett helt annat sätt vid ett område som blivit för varmt jämfört med resten av produkten. Den ojämna avsvalningen kan medföra att det blir inre spänningar och det kan till och med bildas inre sprickor om det vill sig riktigt illa. Det finns också kemiska processer som aktiveras av värme.

Nedbrytning eller oxidering av de olika komponenterna i produkten kan fä negativa konsekvenser.

Ett ytterligare problem vid induktiv uppvärmning, då formverktyget 1 är framställt av ett elektriskt ledande material, är lokal överhettning i delar av formverktyget.

Sådana delar finns i formverktygets 1 periferiparti utan- för formen eller inne i formen. Anledningen till över- hettning är att dessa delar har ett mindre magnetiskt motstånd än formen där det material som ska formas befin- ner sig. Magnetfältet, som flödar från en magnetpol på formverktygets 1 ena sida, genom formverktyget 1 till en magnetpol på dess andra sida, får härigenom en ökad flödestäthet i dessa delar.

Ett mer allmänt problem med formverktyg av ovan nämnt slag är den höga tillverkningskostnaden.

Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet med uppfinningen är att lösa problemet med fördyringen av ett pressformverktyg som ska förses med ett gasevakueringsorgan.

Detta ändamål uppnås med ett pressformverktyg av inledningsvis nämnt slag vars särdrag framgår av de kännetecknande delarna till efterföljande patentkrav 1 22.3(".'1J-C1--1":' li, :12 q: 'lpaïf arzsfläíl. ,- :lnlíš .vitt 10 15 20 25 30 512 507 och 6. Föredragna utföringsformer framgàr av de under- ordnade patentkraven.

Genom att placera gasevakueringsorganet mellan an- liggningsytorna mellan formverktygshalvorna blir till- verkningen av ett pressformverktyg enklare och därigenom billigare.

Med pressformverktyget enligt patentkravet 2 kan man öka gasgenomströmningen i gasevakueringsorganet.

Gasgenomströmningen kan ökas ytterligare med press- formverktyget enligt patentkravet 3.

Genom att placera en beläggning av gasgenomsläppligt material kring formverktygsdelarnas periferi fàs en mycket större aktiv yta för bortledning av gas i formen.

Formverktygen har oftast ett utseende som gör att denna ”kanals” längd blir kortare än vid känd teknik, vilket minskar risken för igensättning.

En fördel som framgär av patentkravet 4 är att det gasgenomsläppliga materialet företrädesvis har en mot pressformverktyget svarande värmeutvidgningskoefficient.

Detta för att toleranser skall kunna bibehàllas och inre spänningar skall kunna undvikas.

Med ett pressformverktyg enligt patentkravet 5 kan man åstadkomma en jämnare temperaturfördelning i verktyget.

Beläggningsmaterialet har en värmeutvidnings- koefficient som ligger i närheten av formens för att toleranser skall kunna bibehällas och inre spänningar skall kunna undvikas.

Genom att utforma den gasgenomsläppliga beläggningen av ett material som är ej är magnetiskt ledande får man en effekt som är positiv både med avseende pà bortledning av gas och med avseende pä ojämn uppvärmning vid verkty- gets periferi. llll nu ul lm illl ll l ll || I ll l l lill lhfl ' l NTF ' '"'“" i “"' ' 'i I" l "ha i mn n UU;- i u. 10 15 20 25 30 35 512 507 6 Patentkravet 6 anvisar ett sätt att åstadkomma den lämpliga tjockleken på det gasgenomsläppliga materialet.

Patentkravet 7 anvisar ett föredraget sätt att åstadkomma den lämpliga tjockleken.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan med hjälp av utföringsexempel under hänvisning till medföl- jande ritningar.

Fig. 1 visar schematiskt och i sektion ett press- formverktyg med gasevakueringsorgan av känd typ.

Fig. 2 visar schematiskt och i sektion ett pressformverktyg enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen.

Fig. 3 visar schematiskt tillverkningen av en press- formverktygshalva.

Beskrivning av en föredragen utföringsform I fig 2 har detaljer som har motsvarighet i fig 1 givits samma hänvisningssiffror och och visar ett pressformverktyg 1 med två formverktygshalvor 2, 3 som mellan sig bildar en form 4 för bildande av den färdiga produkten. Det inses att formverktygshalvorna vid behov kan vara försedda med kylkanaler.

En av verktygets 1 halvor 3 har en beläggning 7 av ett gasgenomsläppligt material på den yta 8 vid periferin som skall vara i kontakt med den andra formverktygshalvan 2. De krav som ställs på detta material är att det är tryckfast eftersom det skall kunna bära presskraften mellan verktygshalvorna 2, 3, det skall vara temperatur- beständigt eftersom formningsprocessen sker vid förhöjd temperatur och det bör vara ett material vid vilket man kan styra gasgenomsläppligheten på ett så enkelt sätt som möjligt. För att undvika problemet med lokal överhettning vid formarnas 4 periferi, då ett verktyg av stål används, skall det också vara elektriskt och magnetiskt isoleran- de. För att möta dessa krav används ett matrismaterial 10 15 20 25 30 35 512 507 7 blandat med ett fyllmedel. I denna utföringsform används betong och polymer som matrismaterial respektive fyllmedel, en så kallad polymerbetong. Som matrismaterial kan även ett keramiskt material användas. Komponenterna i polymerbetongen blandas samman till en formbar massa, som appliceras på den yta 8 som skall beläggas. Formverktygs- halvorna läggs sedan emot varandra med massan mellan kontaktytorna 8, 9. Under tryck och värme låter man polymerbetongen härda. För att få rätt tjocklek på beläggningen 7 kan man lägga en produkt eller en modell av produkten mellan formverktygshalvorna 2, 3. Man kan också styra tjockleken genom att man i pressen styr hur nära varandra formverktygshalvorna 2, 3 kan komma. Genom att styra tid och temperatur för härdningen kan man be- stämma nivån på gasgenomsläppligheten för beläggningen 7.

Ju större del av det polymera bindemedlet man förbränner desto större gasgenomsläpplighet uppnås. För att jämna till kanter och liknande kan det krävas viss efterbear- betning.

Om man inte är intresserad av att ha isolerande funktion hos beläggningen och man inte är i behov av väldigt stor gasgenomsläpplighetskapacitet behöver man inte belägga hela periferin. Man kan då göra spår i någon av formhalvorna 2, 3 och endast tillföra den gasgenom- släppliga massan eller en gasgenomsläpplig stav i dessa spår.

Vid ställen där formhalvorna 2, 3 ligger närmre varandra än resten av formen, t.ex. vid ett utskott 10 i formen 4 som skall ge mindre tjocklek eller hål i produkten, fås liksom vid periferipartierna utanför formen ett betydligt mindre magnetiskt motstånd med risk för överhettning. Genom att vid dessa ställen bygga upp verktygshalvan 3 med ett isolerande material 7, ll undvikes problemet med överhettning. Det isolerande materialet 7,11 fungerar som ett luftgap för magnet- l dàfiiii 10 15 20 25 30 35 512 507 8 fältet. Genom att variera tjockleken på den isolerande beläggningen 7, 11 styr man luftgapets höjd och därmed styr man också det magnetiska motståndet. Genom att styra det magnetiska motståndet i verktyget 1 kan man få en 1 jämn fördelning av magnetflöde genom hela verktyget 1, varvid man får en jämn temperaturfördelning.

Nedan kommer en alternativ utföringsform av ett pressformverktyg att beskrivas med hänvisning till fig 3.

Pressformverktyget innefattar ett pulvermetallurgiskt framställt material. Genom att använda ett svagt ledande magnetiskt material erhålles ett verktyg som sprider magnetfältet jämnt mellan de magnetiska polerna i en anordning för induktiv uppvärmning. Tillverkningen kan ske såsom illustreras i fig. 3 genom att man i en form 12 först tillför ett metallpulver 13 blandat med ett binde- medel, t.ex. en polymer. Man lägger en modell 14 som på den undre sidan (eventuellt också på den övre sidan) är belagd med ett släppmedel ovanpå metallpulvret. Ovanpå modellen placeras ett pressmaterial 15 t.ex. ett metall- pulver. Under förhöjd temperatur pressas allt samman med en presskraft A tills tillräcklig fasthet uppnåtts i verktygsämnet. Önskad fasthet uppnås genom att metall- pulvret sintrar och bindemedlet härdar. Då kraften släppts delas formen 12 och verktygsämnet vid B. På samma sätt tillverkas sedan den andra verktygshalvan i en ny pressoperation. Det skulle kunna gå att pressa båda verktygshalvorna i en enda operation med metallpulver på båda sidor av modellen, dvs att pressmaterialet ersätts med ett metallpulver. Verktygsämnet förses sedan med ett metallskikt på de ytor som utgör formen. Metallskiktet kan t.ex. sprejas på eller vara en tunn plåt som limmas eller värms fast på metallpulvret. Om man använder ett sådant verktyg vid induktiv uppvärmning uppnås flera goda egenskaper. Eftersom man har ett tunt skikt vari den huvudsakliga uppvärmningen sker går det mycket snabbt att 512 507 9 värma och att kyla formen. Därigenom kan processtiderna kortas ytterligare. Ett verktyg som framställs på detta sätt är mycket billigare än de stàlverktyg som används idag. Genom att variera tjockleken pà skiktet kan man styra värmebildningen så att man får en jämn temperatur- fördelning i hela verktyget.

Kylkanaler kan läggas in i metallpulvret före eller efter pressoperationen.

Claims (8)

flífiïflmmmfi 10 15 20 30 35 512 507 10 PATENTKRAV

1. l. Pressformverktyg (1) med minst två mot varandra anliggande formverktygsdelar (2, 3), som mellan sig bildar en form (4) för upptagning av ett material som ska formas, och med ett organ (7) för evakuering av gas som bildas i formen när materialet tillförs och/eller värms upp, varvid gasevakueringsorganet innefattar ett gasgenomsläppligt material i en kanal som sträcker sig mellan formen och omgivningen utanför formverktyget, k ä n n e t e c k n a t a v att gasevakueringsorganet (7) sträcker sig utmed formverktygsdelarnas mot varandra vända anliggningsytor (8, 9).

2. Pressformverktyg enligt krav 1, kär1ne1:ec:kr1at av' att gasevakueringsorganet är en beläggning (7) pà den ena formverktygsdelens (3) anliggningsyta (8), vilken beläggning sträcker sig runt åtminstone en del av formen (4).

3. Pressformverktyg enligt krav 2, kär1ne1:ec:kr1at av att beläggningen (7) sträcker sig runt hela formen.

4. Pressformverktyg enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v att det gasgenomsläppliga materia- let har en värmeutvidgningskoefficient som motsvarar pressformverktygets värmeutvidgningskoefficient.

5. Pressformverktyg enligt något av föregående krav, varvid det består av ett magnetiskt ledande material, kär1ne1:ec:kr1at air att det gasgenomsläppliga materia- let (7,, ll) är magnetiskt isolerande.

6. Sätt att förse ett pressformverktyg (l) med ett gasevakueringsorgan (7), vilket verktyg har formverktygs- delar (2, 3), som mellan sig bildar en form (4) för upp- tagning av ett material som ska formas, känne t ecknat av att en formbar massa av ett gas- genomsläppligt material (7) appliceras på åtminstone den eller de ytor (8) av en formverktygsdel (3) som vid 10 512 507 11 »hopsatt formverktyg anligger mot en andra formverktygsdel (2) och som ligger utanför formen (4) och att det gas- genomsläppliga materialet bringas att härda.

7. Sätt enligt krav 6, kännetecknat av att formverktygsdelarna pressas mot varandra så mycket att önskad tjocklek på det gasgenomsläppliga materialet _ erhålles. '

8. Sätt enligt krav 7, kännetecknat av att en modell av den produkt som ska formas i formverktyget placeras i formen innan formverktygsdelarna pressas mot varandra. IIU IH! I