具有层加热部的模具镶块、具有这种模具镶块的模板以及用于操作这种模具镶块的方法技术

注射成型模具的加热模具型腔需要长的加热和冷却阶段，使得由于用于温度控制的能量而导致单位构件的产量低，单位成本高以及效率水平低。因此本发明专利技术的问题是消除或减少这些缺点。根据本发明专利技术，这通过如下方式来解决：一种用于至少部分地界定在注射成型模具的模板中配置的型腔的模具镶块，所述注射成型模具用于由可流动材料制造部件，所述模具镶块具有主体，所述主体包括用于所述型腔的成形正面和与所述成形正面相反的背面，其中所述主体在其成形正面上支承层加热部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有层加热部的模具镶块、具有这种模具镶块的模板以及用于操作这种模具镶块的方法本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的模具镶块、根据权利要求16的具有这种模具镶块的模板和根据权利要求22的用于操作这种模具镶块的方法。注射成型模具通常包括具有型腔的模板，经加热的自由流动的材料、特别是塑料通过至少一个浇口而被引入该型腔中。自由流动的材料在型腔内固化，从而产生部件。然后将该部件从模具中取出。在最简单的情况下，模板以两个部分构成，并且为了从模具中的取出，半模彼此分开。然而，已知实施方案具有大量模板分段(fragments)或所谓的滑动浇口，以使具有倒扣的复杂结构可以从模具中取出。问题在于将自由流动的材料引入到型腔期间和固化期间的温度分布。特别地，由此引起的已知缺陷类型是气泡、不完全充满型腔、剪切线(也称为虎线)、熔接线和不完整的粒状压印等。这些缺陷不仅是视觉缺陷，而且在对于安全具有重要性的部件的情况下还带来风险。在制造具有高深宽比的部件的情况下特别有问题。这是由从浇口起的型腔深度与型腔的最小横向延伸的比值以及由部件的整体尺寸所决定的。部件越小，深宽比越高。在对于具有高深宽比的型腔的填充过程中，自由流动的材料在尚在运动的同时被冷却至其堵塞的程度(产生剪切线，并且型腔可能不完全填充)，粒状结构不完全填充(产生不完整的粒状压印)，在材料前沿产生硬化膜，使得在两个分流彼此汇合时产生熔接线。对于目前部件上的需求，仅通过高注射压力不再能够克服这些问题。由此已知在注射成型喷嘴和模板一侧的加热装置以及模板侧的冷却装置，使得可以对温度分布施加影响。这旨在帮助防止缺陷的发生。用于模板温度调节的最著名方法包括用于传送经温度调节的流体的通道结构、内部和外部的感应加热元件、在模具打开时的红外辐射和电阻加热元件。已经确立了利用水或者油作为传热介质的温度调节，但是其具有低效率的缺点。这是由于供给线上的高损耗和温度变化的动态缓慢造成的。温度变化的动态缓慢是需要的，以便在将自由流动的材料引入到型腔的期间和之前加热模板并随后通过冷却使之固化。而且，热调节限于约160℃至200℃。利用感应加热元件可以获得较高的性能，但是集成到注射成型模具中是非常复杂和昂贵的。而且，在此还加热质量相对大的部件，其温度变化缓慢。这使生产周期减慢。通过红外辐射进行的加热采用热辐射的原理。在此处，通过热辐射从外部加热型腔表面。然而，由于型腔表面通常被非常精细加工，加热效率低且散热系数高。而且，可达到的温度受发射器的功率分布和尺寸限制。最后，在模具打开时发生辐射，因此大幅延长生产周期。在Dipl.-IngIngoBrexeler和NicoKüls(BREXLER等人)的wtWerkstatttechnikonline(第99(200)期，第11/12卷，第830-836页)中，在文章“Funktionaledynamischtemperiert”中描述了高动态模具温度调节。该文章提供了集成到具有高性能陶瓷(CPH)和靠近型腔冷却的模具中的模具镶块。然而，根据BREXLER等人，此处的缺点是加热元件具有相对较大的加热质量。这导致型腔冷却缓慢，其涉及长的周期时间。通过所提出的利用冷却介质通过流体通道的冷却方法，仅可以在有限的程度上弥补该缺点。因此，本专利技术的问题是克服现有技术的缺点并且提供一种装置，利用该装置能够在由自由流动的材料、特别是由塑料制造部件中实现最快的可能周期时间，同时具有高的部件品质。特别地，该装置应该使得能够进行型腔的高动态温度调节(其可以变化地适应于所需温度)；所述装置易于安装，操作可靠，具有成本效益，并且具有高的效率水平。在权利要求1和22的特征部分中陈述了本专利技术的主要特征。实施方案是对应的权利要求16和权利要求2至15、17至21以及23至27的主题。模具镶块用于至少部分地限定构建于注射成型模具的模板中的型腔，所述注射成型模具用于由自由流动的材料来制造部件，所述模具镶块具有主体，所述主体包括用于型腔的成形正面和与成形正面相反的背面，本专利技术规定主体在其成形正面上支承有层加热部。利用这种模具镶块，因为层加热部指向型腔的方向，所以由自由流动的材料来制造部件能够实现非常快速的周期时间。因此不需要穿透主体进行加热。由此层加热部极快地加热模具镶块的成形表面。当层加热部停止加热时，该薄层的少量的热能被非常快地带走，特别地进入到主体中然后从主体进入到模具的模板中。由于层加热部的最低限度的加热质量，导致短的加热时间和快速的冷却时间，因此实现了非常快速的周期温度曲线。由于直接在表面进行加热，所以在模具镶块和/或模具镶块的主体之后将模板连续冷却至低温没有不利影响。通过调节层加热部还可以控制自由流动的材料的固化速度。通过使带状加热导体的横截面不同、带状加热导体和/或分开的带状加热导体的目标分布不同，温度调节甚至可以以局部调整的方式来进行而对相邻表面区域不存在显著的热影响。因而可以利用表面上的高温度梯度实现型腔的高动态温度调节并实现高效率。因此，利用根据本专利技术的模具镶块，可以由自由流动的材料、特别是塑料制造部件，其具有非常高的部件品质。因此，特别地，自由流动的材料的流动不受快速冷却的熔体前沿阻碍。较低的注射压力因此足以填充型腔。由此可以实现具有小合模力的合模单元，这导致每个部件的较低的单位成本。此外，由此实现改进的表面结构/纹理结构的成型、对于薄壁零件更容易进行模具填充、以及减少熔接线、剪切线和流线。为此目的，例如，可以在注射自由流动的材料前不久将型腔表面升温至其玻璃化温度或者熔化温度，以及在填充过程之后将其冷却至脱模温度，如果需要的话由在冷却通道中流动的传热介质协助冷却。此外，在实践中，已经在许多场合尝试和试验模具镶块的安装，使得具有层加热部的根据本专利技术的模具镶块还可以以简单的方式容易地安装。层加热部应该基本上为10至500μm厚。然而，特别是在型腔表面轮廓需要这样时当然还可以提供达到2mm的局部峰值厚度。薄膜和厚膜技术特别适合于层加热部的制造。在本专利技术的一个发展方案中，规定层加热部包括以厚膜技术制造的带状加热导体。由此可以实现1至50μm的带状加热导体的优选厚度。可以看出，由此导致非常低的待加热质量，这使得能够进行非常动态的温度调节。材料银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、钌(Ru)和金(Au)、或者这些材料的组合特别适合于制造带状加热导体。为了形成表面轮廓，可推荐以3D打印工艺、特别是通过喷墨工艺、气溶胶工艺、点胶工艺或者微点胶来制造带状加热导体。移印工艺或者丝网印刷工艺也可能是适宜的。根据依据本专利技术的层加热部的一个更详细的实施方案，该层加热部具有以厚膜技术制造且在正面方向上覆盖带状加热导体的第一电绝缘层。因此保护操作模具的人免受电击。由此防止由于例如由机械桥接引起的短路和由于机械损坏引起的对带状加热导体的损坏。最后，通过绝缘层可以补偿由带状加热导体引起的微小波痕。为了执行该功能，第一电绝缘层应该为10至50μm厚，但是为了形成型腔的表面几何形状，达到2mm的局部峰值厚度可能是必要的。利用这种材料厚度，待加热的质量仍维持较低，能够实现高动态的温度调节。玻璃、玻璃陶瓷或搪瓷特别适合作为用于制造第一绝缘层的材料。应该寻求这些材料关于高热导率的优化。这样，为了复制型腔的表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模具镶块(1)，其用于至少部分地限定构建于注射成型模具(100)的模板(101)中的型腔(102)，所述注射成型模具(100)用于由自由流动的材料(M)来制造部件(P)，所述模具镶块(1)具有主体(10)，其包括用于所述型腔(102)的成形正面(S1)和与所述成形正面(S1)相反的背面(S2)，其特征在于所述主体(10)在其成形正面(S1)上支承有层加热部(20)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.11 DE 102012103120.71.一种模具镶块(1)，其用于至少部分地限定构建于注射成型模具(100)的模板(101)中的型腔(102)，所述注射成型模具(100)用于由自由流动的材料(M)来制造部件(P)，所述模具镶块(1)具有主体(10)，其包括用于所述型腔(102)的成形正面(S1)和与所述成形正面(S1)相反的背面(S2)，其中所述主体(10)在其成形正面(S1)上支承有层加热部(20)，其特征在于，所述层加热部(20)包括以厚膜技术制造的带状加热导体(21)，其中，所述层加热部(20)包括以厚膜技术制造并且在所述成形正面(S1)方向上覆盖所述带状加热导体(21)的第一电绝缘层(22)。2.根据权利要求1所述的模具镶块(1)，其特征在于所述层加热部(20)包括在所述带状加热导体(21)和所述主体(10)之间的以厚膜技术制造的第二电绝缘层(23)。3.根据权利要求1至2中任一项所述的模具镶块(1)，其特征在于所述带状加热导体(21)具有设置在所述主体(10)的舌状部(11)上的连接触点(24)，其中所述舌状部(11)位于所述型腔(102)之外，并且在所述舌状部(11)上在所述成形正面(S1)的方向上构建有密封面(12)，所述密封面界定所述成形正面(S1)的成形区域。4.根据权利要求1或2所述的模具镶块(1)，其特征在于所述带状加热导体(21)具有在所述背面(S2)的方向上被引导穿过所述主体(10)的连接触点(24)。5.根据权利要求1或2所述的模具镶块(1)，其特征在于所述层加热部(20)在所述成形正面(S1)的方向上被构成所述成形正面(S1)的最终的轮廓层(26)覆盖。6.根据权利要求5所述的模具镶块(1)，其特征在于所述轮廓层(26)为50至500μm厚。7.根据权利要求5所述的模具镶块(1)，其特征在于通过爆炸涂覆或者通过微锻造来制造所述轮廓层(26)。8.根据权利要求5所述的模具镶块(1)，其特征在于以电镀技术或者通过化学涂覆工艺来制造所述轮廓层(26)。9.根据权利要求5所述的模具镶块(1)，其特征在于所述轮廓层(26)由金属制成。10.根据权利要求5所述的模具镶块(1)，其特征在于在所述轮廓层(26)的下方设置有耐化学腐蚀的中间层(27)。11.根据权利要求1或2所述的模具镶块(1)，其特征在于所述主体(10)由硬金属制成。12.根据权利要求1或2所述的模具镶块(1)，其特征在于所述主体(10)由陶瓷制成。13.根据权利要求1或2所述的模具镶块(1)，其特征在于所述主体(10)在所述成形正面(S1)的方向上支承层温度传感器(30)。14.根据权利要求5所述的模具镶块(1)，其特征在于所述轮廓层(26)由工具钢或者由镍制成。15.根据权利要求1或2所述的模具镶块(1)，其特征在于所述主体(10)由工具钢、或者包含铬、钨、镍、钼和碳的合金、或者包含铬、锰、磷、硅、硫和碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫伯特·君特，西格丽德·佐默，弗雷德里克·齐默尔曼，托尔斯滕·施奈尔，
申请(专利权)人：君特注塑系统有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE