CN108237682B

CN108237682B - 具有缩减的加热***的压缩模具

Info

Publication number: CN108237682B
Application number: CN201711393650.7A
Authority: CN
Inventors: 奥利维埃·托雷斯
Original assignee: Plastic Omnium SE
Current assignee: Plastic Omnium SE
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: CN108237682A; EP3338980A1; FR3061060B1; FR3061060A1; EP3338980B1

Abstract

本发明涉及一种用于复合材料(20)的压缩模具(10)，其包括可动元件(30)和固定元件(40)，所述压缩模具的特征在于，所述元件(30、40)每个都包括以可拆除的方式固定到支撑板(50、60)的模制部分(32、42)，所述模制部分(32、42)配备有热调节装置，所述元件(30、40)每个都在所述模制部分和所述支撑板之间包括隔热层(90、100)。

Description

具有缩减的加热***的压缩模具

技术领域

本发明涉及通过压缩模制工艺来制造塑料部件、尤其是机动车辆车身部件的技术领域。

背景技术

为了制造塑料部件、尤其是热固性塑料(TD)部件，已知使用压缩模制工艺。这样的工艺使用模制设备，该模制设备包括：

压缩模具，其设有可动元件(凹模)和固定元件(凸模)，这两个元件具有通常为钢制的模制部分，所述模制部分在模具闭合位置上形成模制室；压缩模具还包括形成脱模板的多个钢块；

一般为“作动筒”类型的气动或液压的压机，其允许使得可动元件向着固定元件移动。

传统地，使用通常为所谓“SMC”(“sheet moulding compound”，片状模塑料)的复合材料的塑料片材，其中所述复合材料由热固性树脂、增强纤维构成，并经常含有填料和/或催化剂(硬化剂)。

模具的固定元件和可动元件尤其允许实现以下功能：模制部件、引导模具的可动元件，和清空模制型腔中的空气。

在压缩模制期间，通过借助于压机减小模制室容积来在塑料片材上施加压强，以使得片材具有模具的内壁的形状。

而且，在该操作期间，固定元件和可动元件两者都被热调节到固定温度以转化塑料。

该调节影响模具的固定元件和可动元件的所有功能，这是因为与承受非常难以在时间上控制的温度变化相比，以稳定的方式调节整体是更好的。

为了加热固定元件和可动元件，使用多个热调节回路：用于待模制的部件的每个区域的至少一个回路，和用于固定元件的块体(masse)的回路，和用于可动元件的块体的回路，“块体”是所述两个元件各自的围绕模制部分的整个部分。

最后，模具的固定元件和可动元件被模制部分外部的隔热板隔离以包住固定元件和可动元件的热量。

图1示出根据现有技术的压缩模具A10和模制部件A20。其中示出模具A10的各个元件：

-固定元件(凸模)A30

-可动元件(凹模)A40

-脱模板A50

-隔热板A60

所述压缩模具由于其设计而遇到两个主要缺陷。

第一缺陷是能量方面的。在加热操作期间，存在过多的生产外的能量消耗和时间损失。实际上，为了做好生产模制部件的准备，模具必须被加热4到8小时以达到其稳定的生产温度，这要求在因更换产品系列而更换模具时工厂必须提前准备。

为此，工厂在用于生产的压机附近安装预热区域。为了加热用于调节模具温度的油，该方法消耗极大量的能量(电-气)。

第二缺陷与目前的模具所产生的额外成本相关。实际上，模具的半模(固定元件和可动元件)的钢总是比不与材料接触的其它块体更好。称之为“高等级钢”。其成本是2到3倍，构成模具价格的一大部分。

然而，在设计模具期间，固定和可动元件的前述功能会增大这些半模的尺寸。由于这些功能对于模具的运作是必不可少的，不可以为了减小该尺寸、因此降低要购买的钢块体的成本而去除这些功能。

发明内容

本发明的目的在于通过提供一种具有小尺寸的受热调节区域的压缩模具来弥补这些缺陷。

为此，本发明的主题尤其在于一种用于复合材料的压缩模具，其包括可动元件和固定元件。这些元件每个都包括以可拆除的方式固定到支撑板的模制部分，模制部分配备有热调节装置，所述元件每个都包括位于模制部分和支撑板之间的隔热层。

由此，模制功能通过模制部分来实现。该功能被尽可能地减小到与塑料接触的区域。仅对该区域进行温度调节(加热)。该模制功能通过隔热层被隔离。因此，高等级钢的用量被大大减小，成本也被降低(与传统模具相比低了20到30％)。

而且，这样的模具比传统模具更快速地达到其稳定的生产温度：该模具仅需要一小时的预热。

这样的模具因此具有以下优点：

-降低了购买用于模具的钢的成本(低了20到30％)；

-大大节省了用于加热模具的能量(更好的隔离，因此更少的损失)；

-节省了用于预热模具的时间(1小时，而传统模具需6小时)；

-减少了围绕压机的人员的事故(烫伤)。

所述模具可另外包括以下特征中的一个或多个，这些特征单独使用或组合使用：

至少一个模制部分的内部面用于与复合材料接触，并且该模制部分的外部面至少部分地覆有隔热层；

至少一个模制部分的与支撑板接触的外部面完全覆有所述隔热层；

每个模制部分都由第一材料制成，并且每个支撑板都由不同于第一材料的第二材料制成；

第一材料是高质量的钢，并且第二材料是低质量的钢；

每个支撑板大致沿着水平方向延伸；

所述元件每个都还包括分别连接到其支撑板并位于模制部分之外的引导元件，该引导元件包括用于引导模具闭合的机构；

所述引导元件由与支撑板相同的材料制成；

热调节装置包括布置在模制部分的主体中的流体回路；

每个隔热层由高性能隔热体制成；

至少一个支撑板保持在比其固定到的模具的模制部分的温度更低的温度下；

所述压缩模具的尺寸被设计为使得加热体积大致构成模具的体积的三分之一，其余部分被隔热以保持相对较冷。

附图说明

阅读示例性地提供的并绝无任何限制性的附图，将更好地理解本发明，在附图中：

图1是根据现有技术的模具的一个例子；以沿着中心处的竖直轴线的半剖视图示出了可动元件(凹模)；

图2是根据本发明的模具的一个例子；以沿着中心处的竖直轴线的半剖视图示出了可动元件(凹模)；

图3A和3B以沿着垂直于模具闭合运动的轴线的平面的截面视图和沿着轴线(对于图3A)A-A’和B-B’(对于图3B)的剖视图示出了在每个模制部分与每个支撑板之间使用定心块体，图3A示出的是固定元件的情况，图3B示出的是可动元件的情况；

图4A和图4B示出了传统模具内(图4A)和根据本发明的模具内(图4B)的不同温度；

图5A和图5B示出了用于固定元件(图5A)和用于可动元件(图5B)的引导元件的例子；

图5C示意性地示出了在模制复合材料期间楔子局部承受的力(F和F’)。

具体实施方式

现在参照图2中，该图示出了根据本发明的用于复合材料20的压缩模具10的一个实施例。

压缩模具10包括在闭合位置上限定模制型腔的可动元件30和固定元件40。

可动元件30和固定元件40每个都包括模制部分32、42和支撑板50、60。模制部分32以可拆除的方式固定到支撑板50。模制部分42以可拆除的方式固定到支撑板60。

每个支撑板50和60大致沿着水平方向(垂直于模具闭合方向)延伸。

如在图3A和3B中所示并且优选地，在每个模制部分32、42与每个支撑板50、60之间，模具10包括定心块体55、65。这些块体被定位在轴线X和Y上以克服模制部分32和42的热膨胀。

每个模制部分32、42都配备有热调节装置(在附图中未示出)。根据一个实施例，这些热调节装置是在形成每个模制部分的每个钢块体中钻出的回路，并且每个钢块体都与每个支撑板隔离。

实际上，可动元件30、固定元件40每个都在模制部分32、42与支撑板50、60之间包括隔热层90、100。优选地在模制部分的五个面上都有隔热层。

根据一个实施例，模制部分32、42的内部面34、44用于在模制操作期间与复合材料20接触。模制部分32、42的外部面36、46至少部分地覆有所述隔热层90、100。优选地，支撑板50、60完全覆有隔热层90、100。由此，支撑板50、60保持在比模具10的模制部分32、42的温度更低的温度下。

图4A和4B示出了传统模具内(图4A)和根据本发明的模具内(图4B)的不同温度。

模具10的外部面具有大约40℃的温度，而标准模具则为110℃。热耗散因此被高度减小。由于围绕压机工作的操作员和技术员的烫伤而造成的事故的风险也被大大地降低。

热调节装置包括布置在模制部分32、42的主体中的流体回路。

隔热层90、100由高性能隔热体、即热导率低于0.1W/mK的隔热体制成。

因此，模具10的尺寸被设计为使得加热体积大致构成模具体积的三分之一，其余部分被隔热以保持相对较冷。

有利地，模制部分32、42由第一材料制成，并且支撑板50、60由不同于第一材料的第二材料制成。优选地为第一材料选择高质量的钢(称之为“高等级钢”)，即高硬度(高于30HRC)的钢，并为第二材料选择低质量(硬度低于20HRC)的钢。

模具10的设计允许将引导功能外置到模具周边处。该功能与经由模制部分32和42连接到型腔的支撑板50和60相关。这些支撑板50、60和引导元件110、120的温度被显著地降低并在40℃左右稳定下来。该温度近似于将模具调整到环境温度，因此大大减少了对该模具的调节。

元件30、40每个都还包括分别连接到其支撑板50、60并位于模制部分32、42之外的引导元件110、120，引导元件110、120包括用于引导模具10闭合的机构。有利地，引导元件由与支撑板50、60相同的材料制成，例如由硬度低于20HRC的钢制成。

参照图5A和5B，现在将更详细地说明引导元件110和120，这是因为固定和可动元件具有两个分别的部分，这相对于这些元件是一体的现有技术是不同的。这相对于现有技术还产生技术限制。以下技术方案允许确保模具的所有组件彼此良好地定位。而且，这些方案还允许在模具承受模制压强期间保持模具的整体几何形状。

如在这些图中示出的，模具10包括：

-固定到支撑板50的第一环箍楔子(tasseau de ceinture)110；

-固定到支撑板60的第二环箍楔子120。

两个楔子110和120具有允许闭合和引导模制部分32和42的互补的形状。所述楔子中至少一个(优选地是120)配备有引导垫块130(图2)，该引导垫块在模具10闭合期间夹置于两个楔子110和120之间。

为了完全安全地保证引导的可靠性，楔子110和120还设有定心块体150、160以及对角增强件140。

在图5C中，示出了在模制复合材料20期间在两个楔子110和120的局部剖面上承受的力。一方面，固定元件40的楔子110承受力F，该力从楔子的外部朝向模具的中心，当整体地考虑所有楔子时，该力压缩所有楔子。另一方面，可动元件30的楔子120承受力F’，该力从楔子的内部朝向模具的外部，在整体地考虑楔子时，该力使得楔子分离。

在图5A中，楔子110被设计为在由于这些楔子在模制期间承受的力F造成的压缩期间、例如通过对角接触面(如在图5A中所示那样)而彼此锁固。定心块体160允许精确地将楔子定位在支撑板上。

在图5B中，楔子120也设有允许精确地将楔子定位在支撑板上的定心块体150。而且，必须防止由于在模制期间承受的力F’造成的楔子分离。为此，使用对角增强件140。

附图标记清单

10：压缩模具

20：复合材料

30：可动元件

32：可动元件30的模制部分

34：模制部分32的内部面

36：模制部分32的外部面

40：固定元件

42：固定元件40的模制部分

44：模制部分42的内部面

46：模制部分42的外部面

50：连接到可动元件30的支撑板

55：支撑板50的定心块体

60：连接到固定元件40的支撑板

65：支撑板60的定心块体

90：可动元件30的隔热层

100：固定元件40的隔热层

110：可动元件30的引导元件

120：固定元件40的引导元件

130：引导垫块

140：对角增强件

150：楔子110的定心块体

160：楔子120的定心块体

Claims

1.一种用于复合材料(20)的压缩模具(10)，包括可动元件(30)和固定元件(40)，所述压缩模具的特征在于，所述元件(30、40)每个都包括模制部分(32、42)和支撑板(50、60)，所述模制部分(32、42)以可拆除的方式固定到所述支撑板(50、60)，所述模制部分(32、42)配备有热调节装置，所述元件(30、40)每个都包括位于所述模制部分和所述支撑板之间的隔热层(90、100)，其特征还在于，在所述模制部分(32、42)与所述支撑板(50、60)之间，所述压缩模具(10)包括定心块体(55、65)，以克服所述模制部分(32、42)的热膨胀。

2.如权利要求1所述的压缩模具(10)，其中，至少一个所述模制部分(32、42)的内部面(34、44)用于与所述复合材料(20)接触，并且该模制部分(32、42)的外部面(36、46)至少部分地覆有所述隔热层(90、100)。

3.如权利要求2所述的压缩模具(10)，其中，至少一个所述模制部分(32、42)的与所述支撑板(50、60)接触的外部面(36、46)完全覆有所述隔热层(90、100)。

4.如上述权利要求中任一项所述的压缩模具(10)，其中，每个所述模制部分(32、42)都由第一材料制成，并且每个所述支撑板(50、60)都由不同于所述第一材料的第二材料制成。

5.如权利要求4所述的压缩模具(10)，其中，所述第一材料是高质量的钢，即硬度高于30HRC的钢，并且所述第二材料是低质量的钢，即硬度低于20HRC的钢。

6.如上述权利要求中任一项所述的压缩模具(10)，其中，每个所述支撑板(50、60)大致沿着水平方向延伸。

7.如上述权利要求中任一项所述的压缩模具(10)，其中，所述元件(30、40)每个都还包括分别连接到其支撑板(50、60)并位于所述模制部分(32、42)之外的引导元件(110、120)，所述引导元件(110、120)包括用于引导所述模具(10)闭合的机构。

8.如权利要求7所述的压缩模具(10)，其中，所述引导元件由与所述支撑板(50、60)相同的材料制成。

9.如上述权利要求中任一项所述的压缩模具(10)，其中，所述热调节装置包括布置在所述模制部分(32、42)的主体中的流体回路。

10.如上述权利要求中任一项所述的压缩模具(10)，其中，每个所述隔热层(90、100)由高性能隔热体、即热导率低于0.1W/mK的隔热体制成。

11.如上述权利要求中任一项所述的压缩模具(10)，其中，至少一个所述支撑板(50、60)保持在比其固定到的所述模具(10)的所述模制部分(32、42)的温度更低的温度下。

12.如上述权利要求中任一项所述的压缩模具(10)，所述压缩模具的尺寸被设计为使得加热体积大致构成所述模具(10)的体积的三分之一，其余部分被隔热以保持相对较冷。