用于熔融金属或玻璃的成型工具制造技术

本发明专利技术涉及由碳或石墨制成的成型模具即用于处理熔融金属的铸模或铸芯，或涉及用于处理熔融玻璃的成型模具诸如例如吹模。本发明专利技术还涉及用于制造成型模具的方法。

A molding tool for molten metal or glass

The invention relates to a molding mold made of carbon or graphite, that is, a mold or a core for treating molten metal, or a molding tool, such as a mold, for processing molten glass, such as a blow mold. The invention also relates to a method for manufacturing a molding mold.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于熔融金属或玻璃的成型工具
本专利技术涉及由碳或石墨制成的成型模具，特别是用于处理熔融金属的铸模或铸芯或用于处理熔融玻璃的成型模具，例如吹模(blowmould)。本专利技术还涉及用于制造成型模具的方法。
技术介绍
在铸造厂中使用的成型模具通常由连接以形成模具的颗粒或“基本成型材料”构成。术语“基本成型材料”在VDG参考表R201“Gieβerei-Formstoffe-Begriffe”(“铸造模塑材料-定义”)中如下定义：“基本成型材料是作为填料形成成型材料的主要成分的砂(sand)。基本成型材料通常不具有粘合剂功能。砂是大部分处于0.063毫米至1.50毫米的粒级的颗粒的集合。通过3D打印方法可以由砂制造用于金属铸造的成型模具。在这个过程中，将砂和粘合剂的交替层一个接一个地施加以便形成三维层结构。通过3D打印，原则上可以以成本有效的方式整体性制造任何所需的复杂形状。但是，为了用作用于处理熔融金属的铸模或铸芯，对于材料在稳定性和强度方面有一定的要求。原则上，由砂制成的3D打印成型模具满足这些要求。除了石英砂之外，为了满足铸件品质的各种要求，还有许多用作基本成型材料的特种砂。铸造缺陷的主要原因之一是膨胀，这是由于砂的高热膨胀行为引发的。这与其他因素一起使得之后更加难以加工铸件，也就是说，如果它们还没有被碎片化的话。为了减少这些铸造缺陷，已经开发了特种砂例如锆砂，但这些砂是非常昂贵的。对铸造品质的不利影响的另一个原因是砂的典型的低的热导率，例如石英玻璃：在室温下为1.36W/(m*K)(参见Kuchling，“TaschenbuchderPhysik”，HarriDeutschVerlag，1991)；由砂构成的成型材料在室温下通常<0.2W/(m*K)(参见Recknagel等，“Spezialsande-FormgrundstoffefürdiemoderneKern-undFormherstellung”，小册子Hüttenes-AlbertuschemischeWerkeGmbH，2008年出版)。结果，铸造金属件冷却得相当慢，意味着原则上在金属中产生了较粗糙的微观结构。然而，金属的更快冷却导致在金属内的不同相中的具有小枝晶和小粒度的更精细微观结构，这最终导致铸造部件的更高强度。另一个缺点是砂的通常大于1.5g/cm3的典型高堆积密度(参见Tilch等，“EinflussalternativerFormgrundstoffeaufdieEigenschaftenvonFormstoffundGussteil”，Giesserei93,08/2006，第12-24页)。高堆积密度对于铸芯来说尤其是缺点，因为它们必须固定在模具内并保持在适当位置。较轻的铸芯从而是有利的。就基于上述材料的缺点而言，比砂更好的材料是碳或石墨。相比于砂，这些材料具有较低的热膨胀，较高的热导率(例如，石墨：在室温下为169W/(m*K)(参见Kuchling，“TaschenbuchderPhysik”，HarriDeutschVerlag，1991))和较低的堆积密度。例如，在GB799331A中描述了由碳制成的铸模。这种模具是通过将由焦粒子和粘合剂树脂构成的混合物添加到压模并且由此压缩所述混合物而制造的。然而，借助于该方法，不可能容易地制造例如包含底切(undercut)或空腔的复杂形状。这些必须通过连接各个成型部件来生产。这获得多部件铸模并且带来精确连接和定位成型部件的问题。此外，通过压缩进行成型通常会导致热膨胀行为的各向异性，因为压缩力通常仅在一个方向上作用，并且混合物中的粒子因此在其取向上对齐。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供这样的成型模具，其制造起来容易且廉价，可以采用任何所需的复杂几何形状，具有均匀的微观结构，比砂具有更好的材料性能，并且同时具有相当的稳定性和强度，从而所述成型模具适合用作用于处理熔融金属的铸模或铸芯或用作用于处理熔融玻璃的成型模具，例如吹模。该目的通过用于熔融金属或玻璃的含有粒子的成型模具来实现，至少50重量％的所述粒子由碳粒子构成，所述粒子通过粘合剂相互连接，所述成型模具具有至少90重量％的比例的所述粒子，所述成型模具具有0.7g/cm3至1.4g/cm3的几何密度，并且所述成型模具具有小于1.2的相对于热膨胀的各向异性因子。相比于由砂制成的成型模具的一个优点是，碳是导电的，因此可以在正要成型之前通过电阻加热或感应加热且以特别均匀的温度分布将本专利技术的成型模具加热。相比于由砂制成的成型模具的另一个优点是，铸芯尤其可以在铸造之后被烧掉以脱模。根据本专利技术的成型模具由于其孔隙度而特别适用于玻璃吹制。通常在玻璃吹制之前用水润湿或蒸汽处理相应的成型模具，以便在玻璃和成型模具之间形成蒸汽层。在可能的情况下，成型模具表面不会与玻璃直接接触。为此目的，需要高且均匀的孔隙度。根据本专利技术的成型模具提供所述孔隙度。在本专利技术的范围内，已经发现，对于用作铸模或铸芯以及用于处理熔融玻璃的成型模具如吹模的用途，可以通过3D打印方法获得由碳制成的足够稳定的成型模具。本专利技术的成型模具区别于已知的由焦制成的铸模在于其高的各向同性方面，据信这是由制造方法引起的。在本专利技术的范围内，小于1.2的各向异性因子意味着三个方向(x方向，y方向和z方向)中的任何一个方向上的热膨胀系数相差不超过20％。各向异性因子优选小于1.1，更优选小于1.05。根据以下实施例2中描述的具体实施方式，甚至可以获得小于1.02的各向异性因子。这种相对于热膨胀的高的各向同性有利地导致铸件的尺寸精度得以改进。在本专利技术的范围内，为了简单起见，术语“铸件”也被理解为是指通过本专利技术的成型模具生产的相应玻璃产品。因此术语“铸件”不应被理解为仅限于金属铸件。因此，在本专利技术的范围内，术语“成型模具”被理解为是指用于金属铸件或玻璃铸件的铸模或铸芯，或用于玻璃吹制的吹模。根据本专利技术，成型模具中至少50重量％的粒子由碳粒子构成。然而，为了更均匀的性质和可回收性，优选成型模具中至少90重量％的粒子由碳粒子构成，并且最优选使用未混合的粒子。成型模具优选具有有着底切或空腔的复杂几何形状，并具有均匀的结构。在本专利技术的范围内，均匀的结构意味着在成型模具中避免了接头或接缝。如果在将铸造部件从铸模中取出时，需要处理分离的形状，即由多个零件连接在一起的形状，则所述形状也被本专利技术所覆盖。对使用的碳粒子没有特别限制。它们包括无定形碳和石墨及其任何混合物。碳粒子优选包括乙炔焦，灵活焦(flexicoke)，流化焦(fluidcoke)，弹丸焦(shotcoke)，硬煤焦油沥青焦，炭黑焦，合成石墨，球状石墨，微晶天然石墨，无烟煤或焦颗粒，所述碳粒子更优选由其构成或由其混合物构成，因为相应的成型模具具有特别高的热导率。然而，宏晶天然石墨(片状石墨)以及基于针状焦的碳和石墨是较不优选的，是因为这些材料通常是不利于3D打印的粒子形式。所有类型的焦可以是已经碳化或石墨化，即在高于500℃或高于2,000℃的高温下处理的生焦形式。这同样适用于无烟煤。然而，焦的类型优选为碳化或石墨化焦的形式，因为它们含有较少的挥发物并且具有低的热膨胀。所提及的优选类型的焦是有利的，因为就形状系数(粒子宽度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于熔融金属或玻璃的成型模具，其特征在于，所述成型模具包含粒子，至少50重量％的所述粒子由碳粒子构成，所述粒子通过粘合剂相互连接，所述成型模具具有比例为至少90重量％的所述粒子，所述成型模具具有0.7g/cm3至1.4g/cm3的几何密度，并且所述成型模具具有小于1.2的相对于热膨胀的各向异性因子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.24 DE 102015223239.51.用于熔融金属或玻璃的成型模具，其特征在于，所述成型模具包含粒子，至少50重量％的所述粒子由碳粒子构成，所述粒子通过粘合剂相互连接，所述成型模具具有比例为至少90重量％的所述粒子，所述成型模具具有0.7g/cm3至1.4g/cm3的几何密度，并且所述成型模具具有小于1.2的相对于热膨胀的各向异性因子。2.根据权利要求1所述的成型模具，其特征在于，所述成型模具具有有着底切或空腔的复杂几何形状并且具有均匀的结构。3.根据权利要求1所述的成型模具，其特征在于，所述碳粒子包括乙炔焦，灵活焦，流化焦，弹丸焦，硬煤焦油沥青焦，炭黑焦，合成石墨，球状石墨，微晶天然石墨，无烟煤或焦颗粒。4.根据权利要求1所述的成型模具，其特征在于，所述碳粒子包括乙炔焦。5.根据权利要求1所述的成型模具，其特征在于，在d50的粒度范围内的所述粒子平均具有至少0.5的形状系数(宽度/长度)。6.根据权利要求1所述的成型模具，其特征在于，所述成型模具具有在室温和150℃之间测量的小于8μm/(m*K)的热膨胀系数。7.根据权利要求1所述的成型模具，其特征在于，所述成型模具在室温下具有至少0.3W/(m*K)的热导率。8.用于制造用于熔融金属或玻璃的成型模具的方法，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥斯温·奥廷格，多米尼克·里沃拉，塞巴斯蒂安·舒尔策，
申请(专利权)人：西格里碳素欧洲公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE