CN102971129B - 制造具有适形流体循环通道的模具的方法及根据所述方法制造的模具 - Google Patents
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Abstract
一种在部件生产模具中制造适形冷却通道的方法和设置有这种适形冷却通道的模具。通过在所涉及模具的成型表面内制造多个敞开槽道来制造适形冷却通道，所述槽道基本上顺应成型表面的轮廓。由多个相连接的焊珠形成的桥接焊缝形成在每个槽道内，以跨越并密封每个槽道而在其底部封闭敞开通道。每个槽道的位于其桥接焊缝上面的剩余部分通过诸如焊接的方式被填充，并且每个槽道的区域随后被造型以与围绕该槽道的成型表面的轮廓相一致。表面下的适形冷却通道由此形成在模具中。
Description
技术领域
本发明涉及一种模具制造方法。更具体地，本发明涉及用于制造部件生产模具的方法，所述部件生产模具具有改善模具冷却的适形冷却通道。
背景技术
已知多种类型的部件成型。例如，塑料部件通常通过喷射成型和其他成型技术生产。在此特别感兴趣的是那些其中模具温度必须被控制的成型技术，诸如通过冷却来解决由熔融成型材料(例如熔融塑料)的喷射或其他引入方式带来的热量积累。本发明的方法也可以被用于其中需要模具加热的成型应用，然而为了简洁的目的，在此将只讨论冷却。
通常地，通过在模具内钻一系列相互连接的冷却槽道并通过冷却槽道循环诸如水的冷却流体来实现模具冷却。这样的冷却槽道经常是从模具的后(安装)侧钻入模具内，但是连接槽道也可以起始于其他表面。除了入口和出口，朝向模具外部的开口通常被堵塞以防止冷却流体的意外泄漏。冷却流体典型地通过热交换器或者能够将热量从流体带走的另一装置，以在流出模具后降低其温度。
虽然在降低总体平均模具温度上这种技术可能通常是有效的，但是其并不是没有问题。一种这样的问题是其典型地导致的不均匀冷却。尤其是，通过钻出的冷却槽道循环冷却流体的已知技术经常导致某些模具部件比其他部件更大的冷却。因此，以此方式冷却的模具可能具有温度差，其能够负面地影响部件循环次数、部件质量等。
这种已知模具冷却技术的另一个问题是其不能在模具的实际成型表面附近循环冷却流体，至少不能以均匀的方式。如本领域技术人员应该理解的，大多数的成型表面具有波状外形(contoured shape)，经常是高度波状外形。不幸地，应该明显的是，实际上不可能造出能够模仿成型表面轮廓的冷却槽道的钻孔组合。同样，成型表面通常是使用已知模具冷却技术非均匀地冷却的模具的一部分。
由于其与熔融成型材料的直接接触，模具的成型表面还要承受最大程度的加热。因此，虽然在对冷却槽道所通过的模具部分进行的冷却方面使用钻出的冷却槽道可能是合理有效的，但是这样一项技术在对模具成型表面的高效冷却方面却不是特别有效的。
因此，应该明显的是，能够更均匀且更高效地冷却模具尤其是模具的成型表面的冷却技术将是非常有益的。本发明的方法允许具有如此改进的冷却特征的模具的制造。
发明内容
本发明涉及用于制造具有适形冷却通道的部件生产模具的技术。这样一种模具可以包括但不限制于塑料喷射、压缩、吹塑成型或真空成型模具，或者金属铸造模具(硬模)。一般而言，本发明的技术可以与使用预设合作形式(cooperating preset forms)的各种工艺一起使用，以从所提供的材料供给制造物件，其中这样一种工艺需要温度控制。
根据本发明，模具被提供有冷却通道，所述冷却通道基本上顺应(conform to)模具的成型表面的形状，由此与先前适合的相比而言，提供成型表面的更均匀的冷却。本发明的方法还能够对模具提供冷却通道，该冷却通道位于模具成型表面附近，由此改善了针对模具成型表面的冷却效率。
本发明的方法首先通过制造具有成型表面的模具来实施，所述成型表面基本上具有所想要的轮廓。所述成型表面不需要处于最终状态，而应该至少基本上展示出最终表面所想要的轮廓。
其次，使用计算机控制(CNC)切割机或本领域技术人员已知的其它各种技术例如但不限制于钢铸造、锻造、电弧刨削等中的一种在模具的成型表面内布置一个或多个敞开槽道。槽道较佳地基本上顺应其切入的成型表面的轮廓。槽道可以在数量、宽度、深度、形状和样式上变化，如通常事先确定的，以在冷却流体充分循环通过槽道时对成型表面提供的适当的冷却。
一旦敞开槽道已经被切入成型表面内，一种3-D焊接工艺，诸如TIG、MIG、棒(Stick)或者气(GAS)焊接工艺将被用于制造密封每个槽道的桥接焊缝。用于制造这种桥接焊缝的一种特别适合的技术是3-D自动TIG焊接工艺。无论如何，所选的3-D焊接工艺制造一系列小焊珠，这些焊珠一起跨越槽道的宽度并且起到形成密封帽的作用。这种桥接焊缝制造在与切割的槽道的底部具有一定距离处，以在桥接焊缝下面留出敞开冷却通道区域。
一旦桥接焊缝操作完成，每个敞开槽道的剩余的上部部分通过诸如焊接而被填充，而且超出的填充材料随后被机加工处理或者以别的方式被造型成周围的成型表面的轮廓。成型表面随后被提供等级为A(Class A)或类似的精加工(finish)，其将成型表面置于适于形成模制部件的状况。
一旦所有的焊接完成，冷却管线可以在特意与冷却通道相连接的入口和出口点连接到模具。然后冷却流体可以循环通过保留在成型表面下面的敞开冷却通道。因为保留的冷却通道基本上顺应成型表面并且其位于成型表面附近，与先前适合的已知技术相比而言，成型表面冷却更加均匀和高效地实现。
附图说明
除了上述特征之外，本发明的其他方面将从附图和示例性实施例的如下描述很容易地表现出来，其中，几个视图中同样的附图标记用于相同或等同的特征，并且其中：
图1为示出迂回冷却通道延伸通过部件生产模具的示例性半模的透视图；
图2为沿着图1中的线2-2的截面视图，描绘出在本发明方法的一个步骤中切入半模成型表面的多个敞开槽道，以形成图1中的迂回冷却通道；
图3a是图2中的敞开槽道中一个的放大截面视图，具有在随后的步骤中布置在其中的桥接焊缝，以形成下面的封闭冷却通道；
图3b为示出图3a中的先前的敞开槽道被完全填充以形成密封的冷却通道的截面视图；
图4示出了图2中的半模，在形成本发明方法的冷却通道完成以后，其具有完全形成在其中的图1中的适形冷却通道；
具体实施方式
具有根据本发明形成的表面下的适形冷却通道10的示例性半模5的透视平面图在图1中示出。虽然半模5和冷却通道10在此只能在两个维度中示出，应该理解的是，从图2-4更容易地表现出来，所述半模一般也将具有在第三维度中的波状外形，而不是在此所表示出的平面形状。也就是说，虽然覆盖冷却通道10的半模5的一部分可以是平面的，但是其更有可能具有至少一些轮廓。
如图1所示，此特定的冷却通道10沿着迂回路径从冷却剂入口15到冷却剂出口20通过半模5。在此实施例中，沿着冷却剂通道10的特定路径只为说明的目的而提出，并且本发明不限制于任何特定的冷却剂通道布局。同样地，冷却剂通道截面的尺寸和间隔以及它们之间的间隔也可以根据需要变化，以提供所想要的冷却效果。进一步，虽然在此只示出并叙述一个冷却剂通道，但是应该认识到的是模具的给定部分可以具有多个单独的冷却剂通道。
在半模5中构建冷却剂通道10的方法在图2-4中示出。如图2的视图中所能理解到的，一系列相互连接的敞开槽道25首先被切入半模5的成型表面30内。槽道25可以通过各种技术中的任何一种布置在半模5内，例如使用CNC加工设备，或者通过上面所提及的其他技术中的任何一种或者本领域中的其他已知技术。
槽道25具有某一预定宽度并且延伸到成型表面下面的某一预定深度，如通常基于模具的各种物理特征、将要成型的材料、所想要的冷却的程度等计算出来的。这样的冷却设计技术对本领域的技术人员而言是众所周知的，并且所有这样的技术、手工的和基于计算机的，都可以结合本发明使用。
如图3a-3b最清晰所示的，一旦敞开槽道25已经被切入半模5的成型表面内，一种3-D焊接工艺，诸如TIG、MIG、棒(Stick)或者气(GAS)焊接工艺将被用于在每个槽道内制造桥接焊缝35。例如，自动3-D TIG焊接工艺可以用于此目的。所述3-D焊接工艺制造一系列连接在一起的小焊珠40，这些焊珠一起跨越槽道25的宽度并且起到密封槽道的作用。虽然为了清楚的目的，只示出了三个用于桥接槽道25的单独的焊珠40，但是在这一点上应该理解的是可以要求更大数量的单独的焊珠。这种桥接焊缝35被制造在与槽道25底部具有一定距离处，以封闭桥接焊缝下面的敞开冷却通道45。
如图3b和图4所图示的，一旦每个桥接焊缝操作完成，每个槽道25的位于桥接焊缝35上面的敞开区域将被填充。在此特定实施例中，每个槽道25的位于桥接焊缝35上面的敞开区域用焊接材料50填充。也可以使用其他的填充物，诸如，例如环氧树脂。
根据本发明的方法，切入模具的槽道将典型地用焊接材料50填充直到焊接材料至少轻微地延伸到半模的成型表面之上。在槽道25的剩余部分用焊接材料50适当地填充后，超出的焊接材料被机加工处理或者以别的方式被造型成周围的成型表面30的轮廓，同样如图3b所示。较好地，成型表面30随后被提供等级为A(Class A)或类似的精加工(finish)，其将成型表面置于适于形成模制部件的状况。如在图4中可以被最佳观察到的，上述的桥接焊缝35的使用和切入半模5成型表面30内的槽道25的随后的填充允许具有位于下面的敞开冷却剂通道10的结实的(solid)成型表面的制造。
通过本发明的方法在模具中制造的冷却剂通道可以以与其他已知的模具冷却技术相似的方式连接到冷却剂源。为了这样的目的，本发明的冷却剂通道可以被构造成具有可从模具外部接近的入口端和出口端。这样一个典范的结构在图1中表示出来。
从先前的描述和所附的附图可以理解的是，本发明的方法允许部件生产模具中的表面下的适形冷却通道的形成。这些冷却通道能够基本上顺应(conform to)给定模具的成型表面的轮廓并且可以位于成型表面附近，以对其提供有效的和高效的冷却。由于所产生的冷却通道基本上顺应成型表面并且位于成型表面附近，相较于先前已知的技术，成型表面冷却更加均匀和高效地实现。
本发明的方法可以用在各种类型的模具上。例如，本发明的方法可以用于在塑料喷射模具中生产冷却流体通过其循环的适形冷却通道。然而，如上所述，本发明的方法也可以用于在塑料压缩吹塑成型或真空成型模具中、金属铸造硬模(die)中制造适形冷却通道，并且可以与使用预设合作形式(cooperating preset forms)的其他温度控制制造工艺一起使用以从所提供的材料供给制造物件。
进一步地，虽然本说明书定向在形成用于循环冷却流体的通道，但是在此已经阐明并且应该明显的是本发明的方法也可以用来在模具(mold)或硬模(die)中形成适形的流体循环通道，不管被循环的流体是否用于冷却或加热模具/硬模。因此，虽然本发明的方法在被用来生产用于模具冷却的适形模具冷却通道时产生了良好的结果，但是本发明不限于模具冷却应用。
尽管上文详细描述了本发明的一些实施例，但是本发明的保护范围并不被认为受限于上述公开，并且根据所附权利要求，在不偏离本发明精神的情况下，可以对本发明进行修改。
Claims (11)
1.一种用于在部件生产模具中形成适形流体循环通道的方法，其包括：
在所涉及模具的成型表面上制造出一系列的敞开槽道，所述槽道的深度基本上顺应所述成型表面的轮廓；
在每个槽道内布置桥接焊缝，所述桥接焊缝跨越并密封每个槽道并且位于与每个槽道的底部相距一定距离处以在其底部形成封闭通道；
填充每个槽道的所述桥接焊缝上面的剩余空间以封闭每个槽道；及
对每个槽道的填充部分进行造型以与围绕该槽道的所述成型表面相一致。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述适形流体循环通道形成在塑料喷射模具中。
3.如权利要求1所述的方法，其进一步包括向所述适形流体循环通道提供入口和出口，所述入口和出口可从模具的外部接近以用于连接到循环流体源。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述适形流体循环通道为用于循环冷却流体的冷却通道。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述每个槽道的所述桥接焊缝上面的剩余空间通过焊接填充。
6.一种用于在部件生产模具中形成适形冷却通道的方法，所述适形冷却通道具有入口和出口，所述方法包括：
在所涉及模具的成型表面上制造出一系列相互连接的敞开槽道，所述槽道基本上顺应所述成型表面的轮廓；
在每个槽道内布置桥接焊缝，所述桥接焊缝包括一系列相连接的焊珠，所述桥接焊缝跨越并密封每个槽道并且位于与每个槽道的底部相距一定距离处以在其底部形成封闭冷却通道；
通过焊接填充每个槽道的所述桥接焊缝上面的剩余空间以封闭每个槽道；以及
对每个槽道的焊接填充部分进行造型以与围绕该槽道的所述成型表面相一致。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述适形冷却通道形成在塑料喷射模具中。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述入口和出口可从模具的外部接近以用于连接到循环流体源。
9.一种具有改进的冷却性能的部件生产模具，其包括：
位于将要被冷却的成型表面底下的至少一个适形冷却通道，所述至少一个适形冷却通道由以下元件形成：
布置在所述模具的成型表面内的一系列相互连接的敞开槽道，所述槽道基本上顺应所述成型表面的轮廓，
位于每个槽道内的桥接焊缝，所述桥接焊缝包括一系列相连接的焊珠，所述桥接焊缝跨越并且密封每个槽道并且位于与每个槽道的底部相距一定距离处以在其底部形成封闭冷却通道，及
多个焊珠，其结实地填充每个槽道的所述桥接焊缝上面的剩余空间以封闭每个槽道，位于每个槽道的敞开端部的所述焊珠被造型成与所述模具的围绕该槽道的所述成型表面相一致；
与所述至少一个适形冷却通道相连的入口，其用于从加压冷却流体源接收加压冷却流体；以及
与所述至少一个适形冷却通道相连的出口，其用于在所述冷却流体通过所述至少一个适形冷却通道后将冷却流体排出到热移除装置。
10.如权利要求9所述的模具，其中，所述模具为塑料喷射模具。
11.如权利要求9所述的模具，其中，所述至少一个适形冷却通道的所述入口和出口可从所述模具的外部接近。
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