CN1620364A - 用于制造粒子泡沫成型件的成型模具 - Google Patents

用于制造粒子泡沫成型件的成型模具 Download PDF

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Abstract

用于制造粒子泡沫成型件的成型模具，包括至少一个由有限数目的至少分段地相互平行设置的层组成的模具部件，其中各个层构形成使一由全部层的总体构成的堆叠确定成型腔的至少一部分，其可以用可膨胀的热塑性塑料的泡沫材料珠填注；包括用于输入和排出气态的及液态的载热介质的装置。为了达到具有较好表面品质和均匀的泡沫粒子的焊接的粒子泡沫成型件的较快速的制造，并同时降低制造成型件需要的能量，建议：各层至少在其邻接成型腔的区域内以一确定的彼此间距设置，同时构成有通道，它们向外是紧密封闭的，而在模具部件的内部是敞开的，以便流过气态的及液态的载热介质。

Description

用于制造粒子泡沫成型件的成型模具
本发明涉及一种用于制造粒子泡沫成型件(Partikelschaumformteile)的成型模具，包括至少一个由有限数目的至少分段地相互平行设置的层组成的模具部件，其中各个层这样地构造，即，一由全部层的总体构成的堆叠确定成型腔的至少一部分，其可以用可膨胀的热塑性塑料的泡沫材料珠(“珠粒料”)填注；还包括向或从限定成型腔的各层中输送和排出气态的及液态的载热介质的装置。
粒子泡沫材料是热塑性泡沫塑料，其由预膨胀的、仍可继续膨胀的小泡沫材料粒子一起焊接成块或成型件。成型和焊接以蒸汽喷射法在专门为此构成的成型模具中进行。
已知的成型模具由铣成的铝板或铸铝制成，其之后设置各个开孔，以便***喷嘴，借其可将过热蒸汽在高压下吹入成型腔。
将由可膨胀聚苯乙烯(EPS)、可膨胀聚乙烯(EPE)或可膨胀聚丙烯(EPP)制成的珠粒料吹入模具的成型腔中并使之密实。然后两位于一蒸汽室的半成型模具及位于其中的排气的粒子料由交替供给两半蒸汽室的过热蒸汽穿透。借此将各粒子至少在表面上加热到一温度，其导致各粒子的表面焊接或结块(热连结和材料锁合连结)。然后将冷却水或其他的冷却介质供给成型模具的远离粒子泡沫的一侧，借此不仅冷却模具，而且使形成的粒子泡沫成型件稳定化。
叠层的成型模具的制造和应用的各种方案由专利文献是已知的：
例如，DE-A1-42 17 988描述了由各层叠的薄层成型的模具的原型的制造，由其通过激光束或水射流切割出外形，其总体构成待制造的模具的成型的表面。
US专利2 679 172中描述一种外部高压深冲的模具，其阴模由水平的在一支座内堆叠的各外形切成的层构成。通过该阴模的各部分的更换、***或去掉可以快速而简单地改变成型腔的几何形状，并从而改变形成的工件。
DE-A1-44 09 556中描述了一种弯曲模具，特别用于弯板件的卷边模。该模具以一弯曲冲头和/或一阴模的形式由一叠薄片构成，这些薄片沿模具的弯曲轴线相互平面地靠紧排列并组成一个堆叠。
US专利5 031 483中描述了由各外形切成的平行于模具分界面设置的薄层成型的深冲模具的制造。其中设有直接引入的冷却通道或温度控制通道。此外其中描述这样的可能性，即在几个选定的层之间安装隔片，以便可向工件表面输送增压空气或真空。但因此不可能全面地输入焊剂或冷却剂。冷却主要经由传热实现。没有提供在注满过程中对粒子泡沫成型件的制造重要的成型模具的均匀的排气。
由EP-A1-0 908 286已知粒子泡沫成型模具，其以两个具有加喷嘴的板条的半外壳的形式借助于立体金属版印刷术制成。用耐温的树脂填塞各半外壳，以便为模具提供必需的稳定性。
由DE-A1-195 00 601已知由硅树脂制成的粒子泡沫成型模具，其通过在一半模具的两侧的相同的压力控制使之机械稳定化。
按照DE-A1-33 30 826和EP-A1-0 720 582，因喷嘴在泡沫材料成型体表面上印痕形成的外观的缺点可以通过平面的多微孔的模具表面的应用来避免。为此采用完全或基本上由烧结金属制成的模具。
WO 94/09973中，为了降低制造粒子泡沫成型件的能耗，建议成型件模具绝热，特别是在传统的方法中用于泡沫粒子焊接的能耗比要耗费在成型件制造上的能量低1％。但由于较长的循环时间，特别是该绝热层的不足的机械和热的稳定性，这种方法只限于聚苯乙烯泡沫粒子，它是在低的温度和蒸汽压力下加工的。
本发明的目的在于，进一步构成和改进开头所述类型的用于制造粒子泡沫成型件的成型模具，使其能够较快速地、计算机辅助地制造具有良好表面品质和均匀的泡沫粒子焊接的粒子泡沫成型件，并同时可以大大降低需要的蒸汽量并从而降低能量。
按照本发明，该目的在开头所述类型的成型模具中这样来达到，即，各层至少在其邻接成型腔的区域内以一确定的彼此间距设置，同时构成有通道，它们向外是紧密封闭的，而在模具部件的内部是敞开的以便流过气态的及液态的载热介质。
按照本发明的所述目的的方案通过一层状结构来达到，其通过全部单层的确定的彼此间距实现热作用介质的均匀供给，以便泡沫粒子或珠粒料的焊接和构成成型体的泡沫材料粒子和成型模具的冷却，但也用于模具在注满过程中的快速排气。作为热作用介质优选采用用于加热的过热蒸汽和用于冷却的水。按照本发明的成型模具的叠层结构导致在模具内部直接向成型腔的均匀的、平面的和全方面的过热蒸汽和冷却水的供给，并由此确保泡沫粒子的快速加热和快速冷却，这相对于以前的单独的蒸汽室的应用不仅导致结构上的显著节省，而且导致蒸汽和能量的显著较小的消耗。由于本发明成型模具没有蒸汽喷嘴，其同时构成成型腔表面的一部分，利用本发明的成型模具制成的粒子泡沫成型件在其表面上没有令人不悦的蒸汽喷嘴印痕，这导致外观的改善和成型件的均匀的表面形象。
优选各层由良好的导热的金属材料构成，并且其例如制成薄片或薄板的形式。特别优选各层包括薄钢板、铝或铝合金。
各层由要求的材料优选在计算机控制下裁切，从而待制造的粒子泡沫成型件从开始就已精确地预定，而其外形不需要以后的精加工。为了在金属加工中裁切成层可以采用通用的切割技术，例如激光切割或水射流切割。但也可以按用于制造原型(Prototyp)的已知的计算机控制的方法制造各个层，例如借助于“叠层的物体制造(LOM)方法”。
在本发明的成型模具的一有利的实施形式中，各个层具有通口，它们由实体的板条分开并设置成使在由全部层的总体构成的一个堆叠中构成多个通过模具部件的腔室。这些腔室的大的容积有利地减轻模具的总重，有助于快速而有效地分布气态的和液态的载热介质—其应该被理解为特别是过热蒸汽和冷却水，并且比在现有技术中需要的附加的蒸汽室导致明显较低的能耗，按照本发明可以取消附加的蒸汽室，因为由各层的通口形成的腔室本身承担蒸汽室的功能并同时承担冷却水存储器的功能。
因此本发明的成型模具的特别优点在于，各成形切割的层的外形不仅构成成型的模具壁而且构成蒸汽室、介质导向和支撑。因此减轻模具重量、降低能耗并从而降低连续的操作费用以及简化模具的结构。
优选地，一个堆叠的至少每两层具有至少一个起热交换表面作用的突起部，其凸进各通口或各腔室中。这导致较快速的向两个方向的传热，因此当过热蒸汽或其他的加热气体导过各腔室时导致较快速的加热，并且当水或其他的冷却剂流过各腔室时导致较快速的冷却。
优选地，按照本发明的成型模具只具有一个单独的输入管道和一个单独的排出管道，用于用作为加热介质或冷却介质的载热介质，因为总体结构同样适用于气态的和液态的载热介质的通流。
各层之间的确定的间距优选通过隔板形成，其只安装在模具的各外侧。借此在模具外侧形成几乎完全封闭的壁，而在内部平行延伸的各通道保持一定宽度是敞开的，以便流过介质。
或者，各间距可以通过在各层中的一侧或两侧的冲压部、铣槽或蚀刻的凹槽构成，其中冲压部优选构成为截圆锥或截棱锥形式的波纹、通道、沟槽或凸起。特别优选的是规则的以凸起或波纹形式分布的冲压部，以便达到各层的相互固定或平行的对正，这也可以通过相互嵌合的销轴来实现。
为了防止介质向外泄漏和介质直接穿过两半模具之间的分界面流入相应的另一半模具，各层在成型模具的各外侧相互紧密地连接，亦即通过材料的接合和熔焊、扩散焊接、粘合、螺钉连接或钎焊。各层也可以通过与其他的薄层的钎焊相连接，这些薄层具有比各层本身较低的熔点。
按照本发明的成型模具相对外部区域和分界面的密封可以通过在各层之间的外部间隙中***液体硬化的材料和通过粘合、熔焊或钎焊来实现。其中焊料或密封物质也可以已涂敷在各个层上并只在其堆叠或组装以后通过加热达到要求的密封作用。作为密封物质为此可以采用硅树脂和填充铝的树脂以及其他已知的密封物质。优选也可以围绕成型模具安装一完整的金属外壳，其向外密封地封闭各层之间的通道。
在本发明的成型模具的另一优选的实施形式中，平行设置的各层的多个堆叠以不同的层方向相互连接。这些平行的层可以与模具分界面成一个或多个非直角的角度。本发明的这些实施形式特别适于在待制造的粒子泡沫成型件中形成内凹并且可以减小阶梯性。因此各个堆、叠或组的相互连接的层可以以任何的和不同的角度相互设置并且以其总体构成至少两模具部分，其共同构成成型模具。
在本发明的另一实施形式中，各层的限定成型腔的端面具有一构造成的(有凹凸/纹理结构的)表面，特别是冲压的或蚀刻的表面。这样构造成的表面可以具有例如正方形的或圆形的、凸出的或凹陷的横截面并从而构成一“针垫”的型式。其限定成型腔。
意想不到地发现，端面的表面构造对制成粒子泡沫成型件的摩擦噪声特性具有强烈的影响。在由粒子泡沫、特别是由聚苯乙烯粒子泡沫(Styropor)制成的成型件的两表面之间摩擦时通常出现的令人讨厌的刺耳的噪声可以通过所描述的表面构造意外地有效避免，其中构造的特殊型式可按不同的情况凭经验确定，这特别是取决于所采用的可膨胀的聚合物的种类。通过表面的不同的构造还可有针对地影响制成的粒子泡沫成型件表面的清洁性。
优选本发明的成型模具相对于模具支座在热方面分开，以避免不必要的能耗。
借助于附图进一步说明本发明：
图1为本发明的成型模具的一个实施形式的模具部件(半模具)的透视图；
图2为本发明的成型模具的一个模具部件的另一实施形式的剖视图；
图3为一组三个通过冲压以一确定的彼此间距固定的层的透视的局部剖的局部视图；
图4为另一组通过冲压相互固定的层的局部视图(局部剖)；
图5为一组相互固定的层的示意剖视图；以及
图6为一组相互钎焊的层的示意剖视图。
本发明的成型模具通常包括两个互补构成的模具部件1，其本身由有限数目的分段地相互平行设置的层10组成。在所示实施例中各层由计算机控制裁切的薄铝板构成。由各层构成三个具有不同的层叠方向的三个堆叠A、B、C(图1)，其中在各堆叠内的各个层平行地设置并且各堆叠相互连接而构成模具部件1。在所示实施例中全部平行的层10与模具分界面9成直角延伸。
各个层10构形成使由各层10构成的堆叠A、B、C的总体分别确定成型腔2的一部分，该成型腔可用热塑性塑料如EPS、EPE或EPP的可膨胀的泡沫材料珠填注，以便由其按蒸汽喷射法制造相应于成型腔的粒子泡沫成型件。
模具部件1设有一单独的输入管道3和一单独的排出管道4用于气态的和液态的载热介质，特别是用于过热蒸汽和冷却水，其中在本发明的成型模具的规定的应用中首先将用于珠粒料焊接的过热蒸汽并然后将用于冷却形成的成型件和模具的冷却水或其他适合的冷却剂按同样的通道导过模具部件1。
各层10以一确定的彼此间距设置，同时构成各个通道5(图3至6)，通道向外是紧密封闭的(图1)，而在模具部件1的内部是敞开的，以便流过起载热介质作用的气态的和液态的介质。
借此使加热剂和冷却剂可以很快地并经由很大的有效面积直接导向成型腔2，从而可向两个方向以较小的能耗迅速地传送能量，不仅用于加热而且用于冷却。
本发明的成型模具的另一优点在于，分段的构造方式连同结合在一起的加热剂和冷却剂的输入与排出管道降低了模具的总重并从而也降低其总能耗。
在本发明的另一优选的实施形式中，各层10具有由实体的板条6分开的通口7(图2)，其设置成使在由全部层的总体形成的一个堆叠D中构成多个通过模具部件1的腔室8。该实施形式一方面具有各个腔室，其确保一足够的容积，用以快速地分布作用介质(过热蒸汽和冷却水)，并且可以取消现有技术中需要的能量上不利的蒸汽室和附带着降低了模具的总重。为了防止向外泄漏和直接穿过分界面9流入相应的另一半模具，各层10在模具部件1的各外侧相互密封地连接，例如通过熔焊、粘合或钎焊。
各层10彼此间的确定的间距可以按不同的方式来达到。如果例如将在一侧冲压的具有规则的结构的薄板用作为层10，例如具有凸起形的、棱锥形的或鱼骨形的冲压的这样的结构，则成型的各层10可以在考虑到冲压式样的情况下切割成使各冲压部11相互对准(图3)并从而形锁合地防止移动。
但冲压部12(图4)也可以相互位错，从而各个层10沿全表面分布地点接触或线接触，并因此构成一形状稳定的结构，直到成型模具壁。
当将设有冲压部11的各层10对准地堆叠并且在冲压部11的接触点粘合、钎焊或扩散焊接时，则特别是通过材料锁合的三维多孔的结合达到各层10之间的确定的间距，并从而达到各通道5的确定的和特别恒定的宽度。优选在冲压之前和外形裁切之前在各薄板或各层10上涂敷焊料层，其在模具组装以后通过热处理熔化并且通过毛细作用在各接触点形成钎焊连结13(图6)。
按这种方式，各层10的钎焊的堆叠相反还可以再度分离成各个层并在必要时用不同构形的层10替换，以便可以制造不同几何形状的成型件。
限定成型腔2的各层10的端面可以具有一种构造的表面(附图中未示出)。其中要求的结构可以蚀刻出来或在各层10冲边时已制在各切边中。在蚀刻以前也可以在各层10之间涂敷可溶的层并在蚀刻以后将其冲洗掉。
利用本发明的成型模具制成的粒子泡沫成型件，其优选由可膨胀的聚丙烯(EPP)，但也可由EPE和EPS制造，其特征在于，各粒子的特别均匀的焊接以及光滑的、没有蒸汽喷嘴印痕的、产生低摩擦噪声的表面。借助于该成型模具可加速成型件的制造并且由于低的能耗而降低成本。

Claims (20)

1.用于制造粒子泡沫成型件的成型模具，包括至少一个由有限数目的至少分段地相互平行设置的层(10)组成的模具部件(1)，其中各个层(10)这样地构造，即一由全部层(10)的总体构成的堆叠(A、B、C)确定成型腔(2)的至少一部分，其可以用可膨胀的热塑性塑料的泡沫材料珠(“珠粒料”)填注；还包括向或从限定成型腔(2)的各层(10)中输送和排出气态的及液态的载热介质的装置(3、4)，其特征在于，各层(10)至少在其邻接成型腔(2)的区域内以一确定的彼此间距设置，同时构成有通道(5)，这些通道向外是紧密封闭的，而在模具部件(1)的内部是敞开的，以便流过气态的及液态的载热介质。
2.按照权利要求1所述的成型模具，其特征在于，各层(10)由良好导热的金属材料构成。
3.按照权利要求2所述的成型模具，其特征在于，各层(10)由薄钢板、铝或铝合金构成。
4.按照权利要求1至3之一项所述的成型模具，其特征在于，各层(10)具有由实体的板条(6)分开的通口(7)，这些通口设置成使在由全部层(10)的总体构成的一个堆叠(D)中构成多个通过模具部件(1)的腔室(8)。
5.按照权利要求4所述的成型模具，其特征在于，一个堆叠(D)的至少每两层(10)具有至少一个起热交换表面作用的突起部，此突起部凸进各通口(7)或各腔室(8)中。
6.按照权利要求1至5之一项所述的成型模具，其特征在于，设一单独的输入管道和一单独的排出管道用于载热介质。
7.按照权利要求1至6之一项所述的成型模具，其特征在于，各层(10)之间的间距通过隔板形成，这些隔板只安装在模具的外侧。
8.按照权利要求1至6之一项所述的成型模具，其特征在于，所述间距通过各层(10)中的一侧或两侧的冲压部、铣槽或蚀刻的凹槽构成。
9.按照权利要求8所述的成型模具，其特征在于，冲压部构成为截圆锥或截棱锥形式的波纹、通道、沟槽或凸起。
10.按照权利要求1至9之一项所述的成型模具，其特征在于，各层(10)通过规则的以凸起或波纹形式的冲压部或者通过相互嵌合的销轴相互固定或平行地对正。
11.按照权利要求1至10之一项所述的成型模具，其特征在于，各层(10)彼此间通过材料的接合如熔焊、扩散焊接、粘合、螺钉连接或钎焊相连结。
12.按照权利要求11所述的成型模具，其特征在于，各层(10)通过钎焊与其他的薄层相连接，这些薄层本身具有比各层(10)较低的熔点。
13.按照权利要求1至12之一项所述的成型模具，其特征在于，平行设置的各层(10)的多个堆叠(A、B、C)以不同的层方向相互连接。
14.按照权利要求1至13之一项所述的成型模具，其特征在于，这些平行的层(10)与模具分界面成一个或多个非直角的角度。
15.按照权利要求1至14之一项所述的成型模具，其特征在于，各层(10)的限定成型腔(2)的端面具有一种构造成的表面。
16.按照权利要求15所述的成型模具，其特征在于，所述端面的表面是冲压的或蚀刻的。
17.按照权利要求15或16所述的成型模具，其特征在于，所述端面的表面具有正方形的或圆形的、凸出的或凹陷的横截面。
18.按照权利要求1至17之一项所述的成型模具，其特征在于，设有一金属外壳，它对外密封地封闭各通道(5)。
19.按照权利要求1至17之一项所述的成型模具，其特征在于，各通道(5)向外通过一可硬化的密封物质、通过邻接的层(10)的粘合、熔焊或钎焊密封地封闭。
20.按照权利要求1至19之一项所述的成型模具，其特征在于，所述成型模具相对于模具支座在热方面是分开的。
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