[发明专利]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

说明书

本发明涉及根据权利要求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.-Ing Ingo Brexeler和Nico Küls(BREXLER等人)的wt Werkstatttechnik online(第99(200)期，第11/12卷，第830-836页)中，在文章“Funktionaledynamisch temperiert”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，本发明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发明的主要特征。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，本发明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。