专利名称：用于加工塑性材料的模具中的模具销的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的模具销，如成型模具销、芯销、顶出销等等，用于在加工塑性材料的模具特别是注塑模上使用。
背景技术：
在开头所述类型的模具方面存在的问题是，由液态熔液释放到模具内的热量从模具中排出并实现模制件均匀的冷却。设置在模具内的冷却通道在特殊的应用情况下并非始终足够。因此例如模制件很难得到均匀冷却。特别是随着如盲孔沉积物或者旋接圆顶这种材料堆积常常出现导致制品报废的应力和裂纹。
从文献中无据可查的现有技术中已知，加工具有例如由铍化铜这种高导热性材料组成的顶出销的模具，以便可以以这种方式更好地从型腔向外排出热量。这种铍化铜顶出销由DreiS-Werk公司公开应用。但铍化铜顶出销只能以很差的切削加工性进行加工。此外它易受例如在阻燃塑料中使用的腐蚀性熔液侵蚀。此外铍化铜顶出销的缺点是，由于耐磨强度不够而使用寿命相当短。
为避免这些缺点，本专利探索者进行了广泛的试验。其中，一个设有一个轴向孔的钢制顶出销设有一个收缩的铜芯。试验表明，在铜芯和钢外壳之间在径向上作用的固定连接在整个轴向长度上至少部分是不可能的，从而不存在均匀的结合。因为模具销通常作为标准件进入市场，也就是首先缩短到规定长度，然后还必须由模具制造商配合各自的使用情况再次缩短，所以在缩短的平面上可以看出不均匀性。这种不均匀性不仅使导热性降低和芯与外壳之间的连接不充分，而且它们在收缩的铜芯与钢外壳之间的接触面上还表现出部分的不均匀性，特别是在制成的注塑制品中形成不允许的凹陷部位。
从DE 196 32 507 A1中已知，在一个套管的轴向孔内引导顶出销。这种结构只能起到易于更换磨损件的作用，却不能从模具中排出热量。
从WO 94/26496已知，在一个脱模套管的轴向孔内引导顶出销。这种结构的目的是，借助于脱模套管的锥形收缩的孔达到降低顶出销的磨损。采用这种公开的结构达不到更好地排出热量。
从DE 44 39 984 C1已知，在至少部分由复合材料组成的内部成型表面的区域内制成金属铸件、塑料铸件和玻璃铸件的永久铸模。其中，表面层具有一种低导热性、但高温度突变和高耐磨性的材料。然而，这种由极不同的热膨胀系数的材料组成的复合材料只是很难制造。它们的缺点在于尺寸稳定性和使用寿命。
最后从DE 694 03 513 T2已知一种注塑喷嘴，其鱼雷形管(Torpedo)由外部钢套制成，而且后者设有铜填料，而在此方面却没有提到钢和铜之间的结合。
发明内容
从开头提到的公开的应用出发，本发明的目的在于，提供一种模具销，其中，改善导热性、使用寿命及其强度特性。
本发明通过权利要求1的特征，特别是通过其特征部分的特征达到该目的，即模具销具有一个钢制外壳区，它至少在一个轴向分区域上设有一个轴向孔，在所述轴向孔内设置由高导热性材料制成的销子芯，其中，外壳区和销子芯的材料在销子芯的外壳面和销子外壳的内壳面之间形成持久和无间隙连接的情况下相互交错地嵌接。
本发明的原理因此主要在于，模具销例如顶出销或者芯销在整个轴向长度或者其中一部分上具有由高导热性材料制成的芯，环绕该芯设置一个由耐磨的、可良好切削的和对温度突变敏感的材料例如钢制成的外壳。其中，芯的材料和外壳的材料相互交错地嵌接，也就是说，这些材料可以通过粘附力、机械啮合或者也可以借助于金属结合持久和无间隙地相互连接。
本发明的优点在于，由于由高导热性材料制成的芯，热量明显更好地特别是从如盲孔或者旋接圆顶这种材料堆积部和模制件的其他问题区域导出。由耐磨和对温度突变敏感的材料例如钢制成的外壳区域保证模具销高的使用寿命。此外，加工也比现有技术简单，因为钢具有良好的可切削性。利用依据本发明的模具销明显缩短了成型过程的循环时间。
通过销子芯的材料和销子外壳的材料在模具销的整个轴向长度上紧密和无间隙地相互连接，这种空间上的连接结构仅由于其非常良好的强度特性就非常适合作为成型模具销也就是芯销和顶出销的标准件。不仅在标准件的加工时而且在使用时形成的径向缩短面-也在磨片(Anschliff)中-均表现出芯材料和外壳材料之间的一种无间隙的过渡。因此在该区域内-与上述试验的收缩结构大致不同-在按本发明的标准件中绝对不存在其他情况下在制成的塑料制品中以难以接受的形式形成的凹陷部位。
本发明使用Dr.Betz GmbH，45478 Mülheim(DE)公司的MECOBOND方法用于制造模具销。利用这种方法可以避免在具有不同热膨胀系数的金属情况下制造复合材料时的上述问题。在这种方法中，冷却两种材料时施加一超过两种材料中至少一种材料的屈服点的压力，从而该材料-至少在微区域内-塑性变形。压力在此也可以有针对性地仅施加到两种材料之一上-例如仅施加到由铜或者铜合金组成的销子芯上。
MECOBOND方法在DE 102 29 994 C1中有介绍，其中，该文献并没有建议使用该方法用于制造按本发明有利的专用模具销。具体地说，MECOBOND方法涉及一种具有不同热膨胀系数的至少两种材料的立体复合材料，其中，该复合材料在其制造时和/或者热处理时加热并然后冷却。在冷却期间复合材料经过一个温度间隔，在该间隔中两种材料处于固态的聚合状态下，而且在经过温度间隔期间向复合材料施加一高于至少其中一种材料的热屈服点的均匀压力，从而该材料至少在微区域内塑性变形。
依据本发明的另一实施方式，销子芯由铜或者铜合金构成。铜的优点是高的导热性，从而热量可以最佳地并非常有针对性地从模具的热难点区域导出。以这种方式可以实现均匀冷却模制件。代替铜，销子芯也可以选择地由铜合金或者其他的高导热性材料构成。
对于这样一种结构，MECOBOND方法特别规定，即铜或者铜合金与工具钢之间的复合材料通过高温-高压金属扩散过程在形成持久的金属连接的情况下制造，其中，温度设定在850℃和1200℃之间，压力设定在100×105Pa和5000×105Pa之间。
依据本发明的另一种构成，轴向孔在至少型腔侧的端部区域上借助于钢板封闭。因为模具销是一种缩短到所要求长度的标准件，所以销子芯在轴向孔的型腔侧的开口的区域内会与腐蚀性模制材料接触。为防止这一点，轴向孔的开口借助钢板封闭。钢板例如可以借助于焊接连接来固定在模具销的钢外壳上。
依据本发明的另一种构成，轴向孔在至少型腔侧的端部区域上借助于涂层封闭。这种涂层可以通过堆焊，例如通过激光堆焊制造。以这种方式轴向孔至少在型腔侧密封地封闭，从而熔液不会与材料芯接触。
依据本发明的另一种构成，相邻于模具销设置冷却通道。借助于冷却通道可以对与模具销相邻的区域进行水冷，从而由模具销从模具和由熔液吸收的热量可以非常直接地释放到冷却通道并从模具中排出。
依据另一种实施方式，轴向孔在模具销的整个轴向区域上延伸。以这种方式，可以在模具销的整个轴向长度上设置高导热材料制成的销子芯。
依据本发明的另一种构成，销子芯在模具销的整个轴向区域上延伸。模具销然后在其整个长度上设有轴向孔，该轴向孔完全由销子芯填充。因此可以在模具销的整介长度区域上从模具中吸收热量并排出到其他区域，在这些区域上热能例如可以释放到冷却水或者外部空气中。
依据本发明的另一种构成，销子芯在模具销的整个轴向分区域上延伸。与模具销是在其整个轴向区域上还是仅在一个分区域上设有孔无关，可以仅在模具销的一个分区域内设置销子芯。例如如果仅在模具销的一个分区域内需要排热的话，便可以是这种情况。此外，例如由于强度原因，模具销仅在一个分区域内具有轴向孔并设有销子芯。
依据本发明的另一种构成，模具销具有10mm的最小直径。因为铜的强度特性不如钢，所以利用这种最小直径保证模具销的足够强度。
借助对附图中示出的实施例的以下的说明得出本发明的其他优点。其中图1示意示出带有本发明模具销的注塑模的纵剖视图；图2示出按图1的模具销的单个部件图；以及图3示意示出按图2中局部III的模具销分区域的部分纵剖视图。
具体实施例方式
附图中用于加工塑性材料的模具整体上用附图标记10标注。相同的附图标记在不同附图中补充小写字母的情况下也表示相应的部件。
模具10依据图1在喷嘴侧具有一个基础底板11以及一个模板12。模具10在脱模侧设有一个基础底板13、两个脱模器固定板14、15、一个模板16以及一个型芯17。此外模具10具有脱模板18和19。横臂20a和20b支撑模板16以防止由于出现的模具内部压力而弯曲。模具销21固定在基础底板13上并穿过脱模器固定板14和15、模具固定板16以及模板17，从而模具销21的端部区域36设置在型腔41内。
模具销21用于在模制件(注塑件)38内成型一个盲孔23。在模具销21上引导一个套管22。该套管用于模制件38的脱模。为此脱模器固定板14和15在模具10打开期间向模具固定板16的方向运动，其中，套管22也同步运动。套管22因此相对于模具销21运动。在模具销21和套管22之间因此设有一个间隙43，该间隙用于模具销21的无载运转。
在喷嘴侧在模板12上固定模具销24、25，其用于成型模制件38的圆顶26和27并且可以称为成型销或者芯销。因此模具销24和25的端部区域45和46伸入型腔41内。
模具销21具有钢制的销子外壳44，它在其整个轴向长度上具有一个轴向孔28。在轴向孔28内容纳一个铜制销子芯31。按照相同的方式模具销24和25具有带轴向孔29或30的销子外壳50或51，在轴向孔29或30内设置铜制的销子芯32或33。
图2示出作为单个部件的模具销21。模具销21的结构与同样具有成型功能的模具销24和25的结构基本上没有区别。依据图2销子芯31的外壳面34与销子外壳44的内壳面37材料锁合连接，其中，在销子芯31的外壳面34和销子外壳44的内壳面37之间具有金属连接。为制造这种连接，使用Dr.BetzGmbH，45478 Mülheim(DE)的MECOBOND方法。在这种方法中，向铜制销子芯31施加超过其屈服点的压力，从而该销子芯至少在微区域内塑性变形并与模具销21的钢制销子外壳44达到无间隙的连接。铜制销子芯31使模具销21具有非常良好的导热性。此外，通过钢制销子外壳保证非常良好的耐磨性。MECOBOND方法在DE 102 29 994 C1中有介绍。
按照图1，模具10处于模制件38即将脱模之前，其中，塑料熔液此前借助于已加热的喷嘴39通过一个浇注口40注入型腔41内。特别是来自于圆顶26和27区域内的塑料熔液热能借助于按本发明的模具销24和25非常迅速地排到与模具销24和25直接相邻设置的水冷的冷却通道42a、42b、42c和43d。特别是来自于模制件38盲孔23区域内的热能由按本发明的模具芯21从型腔41向基础底板13的方向排出并释放到外部空气中。
为防止腐蚀性塑料熔液侵蚀销子芯31、32和33，轴向孔28、29和30的注塑侧开口47、48、49各自通过激光堆焊层35a、35b、35c涂覆。代替相应的激光堆焊层，也可以设想产生同样有利的保护效果的钎焊上的或者例如借助于激光焊接上的钢板。销子外壳44、50和51由具有良好的耐温度突变性和耐弯性的钢构成。
为了尽管存在销子芯31、32和33仍保证模具销21、24和25的足够的强度，后者具有10mm的最小直径。
虽然本发明在实施例中仅在成型的芯销21、24和25上使用，但本发明也可以在既具有脱模功能也具有成型功能的顶出销或者模具销上使用。
权利要求
1.一种用于加工塑性材料的模具尤其是注塑模中的模具销(21、24、25)，如成型模具销、芯销、顶出销等，包括至少一个界定型腔(41)的成型模具件(12、17)，如模板或者模具嵌件，该模具件具有至少一个用于容纳杆形模具销(21、24、25)的导向孔，模具销至少部分由高导热性材料如铍化铜等制成，其特征在于，模具销(21、24、25)具有一个钢制外壳区(44、50、51)，它至少在一个轴向分区域上设有轴向孔(28、29、30)，在所述轴向孔内设置一由高导热性材料制成的销子芯(31、32、33)，其中，外壳区(44、50、51)和销子芯(31、32、33)的材料相互交错地嵌接，在销子芯(31、32、33)的外壳面(34)和销子外壳(44、50、51)的内壳面(37)之间形成持久和无间隙连接。
2.按权利要求1所述的模具销，其特征在于，销子芯(31、32、33)由铜或者铜合金构成。
3.按权利要求1或2所述的模具销，其特征在于，销子芯(31、32、33)的外壳面(34)与销子外壳(44、50、51)的内壳面(37)在形成一种金属连接的情况下材料锁合地相互连接。
4.按前述权利要求之一所述的模具销，其特征在于，轴向孔(28、29、30)至少在与型腔(41)相邻的端部区域(36、45、46)上借助于一钢板封闭。
5.按权利要求1-3之一所述的模具销，其特征在于，轴向孔(28、29、30)至少在与型腔(41)相邻的端部区域(36、45、46)上借助于一涂层(35a、35b、35c)封闭。
6.按前述权利要求之一所述的模具销，其特征在于，相邻于模具销(21、24、25)设置冷却通道(42a、42b、42c、42d)。
7.按前述权利要求之一所述的模具销，其特征在于，轴向孔(28、29、30)在模具销(21、24、25)的整个轴向区域上延伸。
8.按前述权利要求之一所述的模具销，其特征在于，销子芯(31、32、33)在模具销(21、24、25)的整个轴向区域上延伸。
9.按权利要求1-7之一所述的模具销，其特征在于，销子芯(31、32、33)在模具销(21、24、25)的一个轴向分区域上延伸。
10.按前述权利要求之一所述的模具销，其特征在于，模具销(21、24、25)具有一个10mm的最小直径。
全文摘要
本发明涉及一种用于加工塑性材料的模具特别是注塑模中的模具销，如成型模具销、芯销、顶出销等，包括至少一个界定型腔的成型模具件，如模板或者模具嵌件，该模具件包括至少一个导向孔，用于容纳一可相对于导向孔移动的杆形的模具销(21)如顶出销或者芯销等。本发明的目的在于提供一种模具，其中散热得到改进，而不会对使用寿命产生不利影响。该模具销具有一个钢制外壳区(44)，它至少在一个轴向分区域上设有轴向孔(28)，在所述轴向孔内设置一由高导热性材料制成的销子芯(31)，其中，外壳区(44)和销子芯(31)的材料在销子芯(31)的外壳面(34)和销子外壳(44)的内壳面(37)之间形成持久和无间隙连接的情况下相互交错地嵌接。
文档编号B29C45/26GK1827344SQ200510048300
公开日2006年9月6日 申请日期2005年11月30日 优先权日2004年11月30日
发明者D·波伊克特 申请人:哈斯库精灵兔有限及两合公司