DE69914509T2

DE69914509T2 - Verfahren zur Herstellung einer dreiteiligen Spritzgiessdüse und eines Spritzgiesshohlraumeinsatzes und zum Kühlen eines Formhohlraumes

Info

Publication number: DE69914509T2
Application number: DE69914509T
Authority: DE
Inventors: Jobst Ulrich Georgetown Gellert; Itsuto Toronto Nakanishi
Original assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Current assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2019-01-30
Also published as: EP1151842B1; JP2000202871A; ATE211429T1; CN1099950C; DE69914509D1; EP1151842A3; PT934810E; EP0934810B1; ES2167967T3; ATE258488T1; EP0934810A1; EP1151842A2; DE69900727D1; US6030202A; BR9900393A; DE19903614A1; CA2228931C; CN1229713A; CA2228931A1; DE69900727T2

Description

Druckgußvorrichtungen mit Anschnitt- und Hohlraumeinsätzen mit Kühlfluid-Durchlässen, die einen Abschnitt des Hohlraums bilden und durch die der Anschnitt zum Transport der Schmelze von einer beheizten Düse zum Hohlraum verläuft, sind wohlbekannt. Zum Beispiel zeigt das US-Patent Nr. 4.622.001 an Bright u. a., erteilt am 11. November 1986, einen Anschnitt- und Hohlraumeinsatz, der aus zwei getrennten, miteinander verschraubten Stücken hergestellt ist. Das neuere US-Patent Nr. 5.443.381 an Gellert, erteilt am 22. August 1995, zeigt einen einteiligen Anschnitt- und Hohlraumeinsatz, der aus einer inneren und aus einer äußeren Komponente oder aus einem inneren und aus einem äußeren Teilstück hergestellt ist, die einteilig miteinander verbunden sind, wobei ein Kühlfluid-Durchlaß durch sie verläuft. Die äußere Komponente besteht aus einem geeigneten Stahl wie etwa aus H13-Stahl oder rostfreiem Stahl, während die innere Komponente aus einer Beryllium-Nickel-Legierung besteht, die eine bessere Wärmeleitfähigkeit und eine höhere Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Obwohl diese früheren Konfigurationen für viele Anwendungen ausreichend sind, wurde beobachtet, daß beim Schmelzen bestimmter Materialien unter bestimmten Bedingungen ein unangemessen hoher Verschleiß im Anschnittgebiet auftritt.
Aus der EP 0 468 484 ist eine Druckgussvorrichtung bekannt, deren Ziel es ist, Kühlflüssigkeit über Kanäle zum Düsenboden und nahe an den Anschnitt zu bringen. Die Kühlleistung dieser herkömmlichen Vorrichtung hat sich jedoch häufig als nicht befriedigend herausgestellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Folglich besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung dann, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines einstückigen Druckguss-Anschnitt- und Formhohlraum-Einsatzes zu schaffen, welches in einer Gießform zwischen einer beheizten Düse und einem Formhohlraum vorgesehen wird.
Die oben genannte Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen und weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben.
Gemäß einer weiteren Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ein neues Verfahren zum Kühlen eines Gießformhohlraums in einem Druckguss-System vorgeschlagen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 5 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Unteransprüchen 6 bis 8 angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen eines Gießformhohlraumes lehrt einen Anschnitt- und Formhohlraum-Einsatz, welcher die Düse vollständig umgibt. Der Zweck besteht darin, die Gießform durch Zirkulieren der Kühlflüssigkeit innerhalb von Kühlkanälen in den Anschnitt- und Hohlraumeinsatz zu kühlen. Das Kühlen erfolgt durch direkten Kontakt des Anschnitt- und Formhohlraum-Einsatzes mit der Gießformplatte. Der Anschnitt- und Hohlraum-Einsatz ist hergestellt durch metallurgisches Verbinden eines inneren, zylindrischen Teils und eines äußeren Teils.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Teil eines Mehrfachhohlraum-Druckgußsystems, der einen Anschnitt- und Hohlraumeinsatz gemäß einer Ausführung der Erfindung zeigt;
2 eine isometrische Explosionsdarstellung, die das innere Teilstück, das äußere Teilstück und das Anschnittteilstück des in 1 dargstellten Anschnitt- und Hohlraumeinsatzes in der richtigen Lage des Zusammenbaus zeigt;
3 einen Querschnitt, der das innere Teilstück, das äußere Teilstück und das Anschnittteilstück zusammengesetzt zeigt;
4 einen Querschnitt des vollständigen Anschnitt- und Hohlraumeinsatzes;
5 eine isometrische Darstellung des inneren Teilstücks des Anschnitt- und Hohlraumeinsatzes, die die Struktur des Kühlmittelflusses um dieses Teilstück zeigt, und
6 einen Querschnitt eines Anschnitt- und Hohlraumeinsatzes gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung.
Zunächst zeigt 1 einen Querschnitt eines Teils eines Mehrfachhohlraum-Druckgußsystems oder einer Mehrfachhohlraum-Druckgußvorrichtung, die einen einteiligen Anschnitt- und Hohlraumeinsatz 10 gemäß einer Ausführung der Erfindung zeigt. In einer Gießform 14 sind eine Anzahl verlängerter beheizter Düsen 12 angebracht, deren hintere Enden 16 mit den Schrauben 20 an einem stählernen Schmelzeverteiler 18 befestigt sind. Obwohl die Gießform 14 in Abhängigkeit von der Anwendung eine größere Anzahl von Platten haben kann, sind in diesem Fall zur Erleichterung der Darstellung nur eine Verteilerplatte 22 und eine Klemmplatte 24, die mit Schrauben 26 aneinander befestigt sind, sowie einer Hohlraumunterstützungsplatte 28 und eine Hohlraumplatte 30 gezeigt.
Jeder Anschnitt- und Hohlraumeinsatz 10 besitzt eine ausgesparte hintere Innenfläche 32, die den Düsenbehälter bildet, eine vordere Fläche 34, die in dieser Ausführung einen Abschnitt der hinteren Fläche 36 eines Hohlraums 38 bildet, und einen Anschnitt 40, der mittig von dem Düsenbehälter 32 zu der vorderen Fläche 34 verläuft, um die Schmelze von der Düse 12 zum Hohlraum 38 zu transportieren. Der Anschnitt- und Hohlraumeinsatz 10 ist in eine Öffnung 42, die durch die Hohlraumunterstützungsplatte 28 verläuft, und in eine auf sie ausgerichtete Öffnung 44, die durch die Hohlraumplatte 30 verläuft, eingepaßt, wobei sein hinteres Ende 46 an die Verteilerplatte 22 angrenzt. Ein Doppelschraubenlinien-Kühlfluiddurchlaß 48, der durch den Anschnitt- und Hohlraumeinsatz 10 verläuft, ist durch die Kühlfluid-Einlaßleitung 50 und durch die Kühlfluid-Auslaßleitung 52 an eine (nicht gezeigte) Quelle eines geeigneten Kühlfluids wie etwa Wasser angeschlossen. Ein Haltestift 54, der von dem Anschnitt- und Hohlraumeinsatz 10 in die Hohlraumunterstützungsplatte 28 verläuft, stellt sicher, daß der Kühlfluiddurchlaß 48 richtig auf die Einlaßleitung 50 und auf die Auslaßleitung 52 ausgerichtet ist.
Ein Schmelzedurchlaß 56 verzweigt in den Schmelzeverteiler 18, wobei er durch eine mittige Schmelzebohrung 58 in jeder beheizten Düse 12 zu dem Anschnitt 40 verläuft, der zu dem Hohlraum 38 führt. Der Schmelzeverteiler 18 besitzt einen zylindrischen Einlaßabschnitt 60, der von einem Fixierring 62 umgeben ist und von einem einteiligen elektrischen Heizelement 64 beheizt wird. Zwischen der Verteilerplatte 22 und der Klemmplatte 24 ist der Schmelzeverteiler 18 mit einem mittigen Verteilerhalter 66 und mit einer Anzahl von Druckscheiben 68, die einen isolierenden Luftraum 70 zwischen dem beheizten Verteiler 18 und der ihn umgebenden Gießform 14 schaffen, die dadurch gekühlt wird, daß ein Kühlfluid wie etwa Wasser durch die Kühlleitungen 72 gepumpt wird, angebracht.
Jede Düse 12 besitzt ein einteiliges elektrisches Heizelement 74, das um die mittige Schmelzebohrung 58 verläuft. In dieser Ausführung hat jede beheizte Düse 12 außerdem einen Spitzeneinsatz 76 mit einer nach vorn zulaufenden Spitze 78, die von einer Gewinde-Haltemanschette 80 festgehalten wird. Die Haltemanschette 80 grenzt an den Anschnitt- und Hohlraumeinsatz 10 an und ist an diesem fixiert, um die zulaufende Spitze 78 des Spitzeneinsatzes 76 genau auf den in den Hohlraum 38 führenden Anschnitt 40 auszurichten. Außerdem besitzt die beheizte Düse 12 einen an ihr hinteres Ende 16 angrenzenden Flanschabschnitt 82, der in einen kreisförmigen Sitz 84 in der Verteilerplatte 22 eingepaßt ist. Dadurch wird die beheizte Düse 12 mit einem isolierenden Luftzwischenraum 86 fixiert, der zwischen der Außenfläche 88 der beheizten Düse 12 und der hinteren Innenfläche 32 des Anschnitt- und Hohlraumeinsatzes 10 verläuft.
Mit Bezug auf die 2–5 werden nun der Anschnitt- und Hohlraumeinsatz 10 gemäß dieser Ausführung und ein Verfahren seiner Herstellung ausführlich beschrieben. Wie in 2 gezeigt ist, ist der Anschnitt- und Hohlraumeinsatz 10 aus drei Komponenten oder Teilstücken, einem hohlen inneren Teilstück 90, einem hohlen äußeren Teilstück 92 und einem Anschnittteilstück 94, hergestellt. Das innere Teilstück 90 besitzt eine geriefte Außenfläche 96, die in das äußere Teilstück 92 eingepaßt ist, um zwischen ihnen den Kühlfluiddurchlaß 48 zu bilden. Wie die Pfeile in 5 zeigen, verläuft der Kühlfluiddurchlaß 48 von einem auf die Kühlfluid-Einlaßleitung 50 ausgerichteten Einlaß 98 nach vom durch eine doppelte Schraubenlinie, um das vordere Ende 110 des inneren Teilstücks 90 und dann durch die doppelte Schraubenlinie 52 zu dem auf die Kühlfluid-Auslaßleitung 52 ausgerichteten Auslaß 102 zurück. Entlang der gerieften Außenfläche 96 wird ein Wulst 104 aus einer Nickellegierung-Hartlotmasse aufgebracht, wobei das innere Teilstück 90 in das äußere Teilstück 92 eingesetzt wird. Außerdem wird auf das Anschnittteilstück 94 ebenfalls ein Wulst 105 der Nickellegierung-Hartlotmasse 104 aufgebracht, wobei es in die angrenzenden Öffnungen 106, 108 in den vorderen Enden 110, 112 des inneren Teilstücks 90 und des äußeren Teilstücks 92 eingesetzt wird. Das innere Teilstück 90 und das äußere Teilstück 92, die in Kontakt mit dem durch den Doppelschraubenlinien-Durchlaß 48 fließenden Kühlwasser stehen, sind aus einem oder aus mehreren korrosionsbeständigen Materialien wie etwa aus nichtrostendem Stahl hergestellt, während das Anschnittteilstück 94, durch das der Anschnitt 40 verläuft, aus einem verschleiß- und wärmeschockbeständigeren und besser leitenden Material wie etwa aus H13-Werkzeugstahl oder Wolframkarbid hergestellt ist.
Die zusammengesetzte Struktur aus dem inneren Teilstück 90, dem äußeren Teilstück 92 und dem Anschnittteilstück 94 wird in einem Vakuumofen allmählich auf eine Temperatur von ungefähr 1052°C, oberhalb des Schmelzpunkts der Nickellegierung, erwärmt. Während des Erwärmens wird der Ofen auf einen relativ hohen Unterdruck evakuiert, um im wesentlichen allen Sauerstoff zu entfernen, wobei er dann teilweise mit einem Edelgas wie etwa Argon oder mit Stickstoff wieder gefüllt wird. Wenn der Schmelzpunkt der Nickellegierung erreicht ist, schmilzt sie und fließt durch die Kapillarwirkung zwischen das Anschnittteilstück 94 und das innere Teilstück 90 und das äußere Teilstück 92, um die drei Teilstücke miteinander zu einem einzigen Teil hartzuverlöten und so den in 3 gezeigten einteiligen Anschnitt- und Hohlraumeinsatz 10 zu bilden. Dadurch, daß die Teilstücke in dieser Weise in dem Vakuumofen miteinander hartverlötet werden, wird eine metallurgische Verbindung zwischen ihnen geschaffen, um eine maximale Festigkeit des Anschnitt- und Hohlraumeinsatzes 10 zu erzielen und ein Ausfließen des Kühlwassers zu verhindern. Nach dem Entfernen des Anschnitt- und Hohlraumeinsatzes 10 aus dem Vakuumofen wird er bearbeitet, um die in 4 gezeigte Funktionsgröße und -konfiguration zu erhalten.
Im Betrieb wird die Druckgußvorrichtung oder das Druckgußsystem zunächst wie in 1 gezeigt zusammengesetzt. Während zur Erleichterung der Darstellung nur ein einzelner Hohlraum 38 gezeigt ist, ist klar, daß der Schmelzeverteiler 18 normalerweise wesentlich mehr Schmelzedurchlaßverzweigungen hat, die in Abhängigkeit von der Anwendung zu mehreren Hohlräumen 38 verlaufen. Durch die Heizelemente 64, 74 in dem Verteiler 18 und in den Düsen 12 wird ein elektrischer Strom geschickt, um sie auf eine vorgegebene Betriebstemperatur zu erwärmen. Zum Kühlen des Anschnitt- und Hohlraumeinsatzes 10 und der Gießform 12 wird dem Doppelschraubenlinien-Kühlfluiddurchlaß 48 und der Kühlleitung 72 Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlfluid mit vorgegebenen Temperaturen zugeführt. Wie gezeigt ist, ist das durch den Schraubenliniendurchlaß 48 fließende Kühlwasser nur in Kontakt mit dem inneren Teilstück 90 und mit dem äußeren Teilstück 92 des Anschnitt- und Hohlraumeinsatzes 10, die aus dem korrosionsbeständigen Material hergestellt sind, und nicht mit dem Anschnittteilstück 94, das aus einem verschleiß- und wärmebeständigeren Material hergestellt ist. Dann wird durch einen mittigen Einlaß 114 gemäß einem vorgegebenen Zyklus in herkömmlicher Weise die heiße, mit Druck beaufschlagte Schmelze aus einer (nicht gezeigten) Schmelzemaschine in den Schmelzedurchlaß 56 eingespritzt. Die Schmelze fließt durch die Schmelzebohrungen 58 in den beheizten Düsen 12 in die Hohlräume 38. Wenn die Hohlräume 38 gefüllt sind, wird der Einspritzdruck vorübergehend zum Verdichten gehalten und dann entspannt. Nach einer kurzen Kühlperiode wird die Gießform 14 für das Ausstoßen geöffnet. Nach dem Ausstoßen wird die Gießform 14 geschlossen und zum Neufüllen der Hohlräume 38 erneut mit dem Einspritzdruck beaufschlagt. Dieser Zyklus wird mit einer von der Größe der Hohlräume 38 und der Art des geschmolzenen Materials abhängigen Frequenz ständig wiederholt.
In 5 ist eine weitere Ausführung der Erfindung gezeigt. In dieser Ausführung ist der Anschnitt- und Hohlraumeinsatz 10 nicht verlängert, wobei der Kühlfluid-Durchlaß 48 nicht wie in der obenbeschriebenen Ausführung in einer Schraubenlinie verläuft, sondern wie in der gleichzeitig eingereichten kanadischen Patentanmeldung des Anmelders mit dem Titel "Injection Molding Cooled Gate Insert" (Gekühlter Druckguß-Anschnitteinsatz) sowohl nach vom und nach hinten als auch nach innen und nach außen verläuft. Jedoch hat er ein inneres Teilstück 90 und äußeres Teilstück 92, die aus einem korrosionsbeständigen Material gebildet sind, und ein aus einem verschleiß- und wärmeschockbeständigeren Material gebildetes Anschnittteilstück 94 und wird mit dem gleichen Verfahren hergestellt und in der gleichen Weise verwendet, wie es oben beschrieben wurde.
Obwohl die Beschreibung des Druckguß-Anschnitt- und -Hohlraumeinsatzes aus drei Teilstücken mit Bezug auf zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gegeben wurde, ist offensichtlich, daß verschiedene weitere Modifikationen möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er vom Fachmann verstanden und in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zum Kühlen eines Gießform-Hohlraums in einem Druckguss-System, enthaltend die folgenden Schritte: – Vorsehen einer Druckguss-Düse (12) mit einem Schmelzekanal (58) und einem Heizelement (74), – Vorsehen einer Gießform-Platte (30), welche eine Gießform (38) umgibt und die Druckguss-Düse (12) umgibt, – Vorsehen eines einteiligen Anschnitt- und Formhohlraum-Einsatzes (10), welcher in der Gießform-Platte (30) vorgesehen ist und die Druckguss-Düse (12) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlen der Gießform (38) erreicht wird durch Zirkulieren eines Kühlfluids innerhalb der Kühlkanäle (48) des Anschnitt- und Formhohlraum-Einsatzes (10) vermittels direktem Kontakt mit der Gießform-Platte (30), wobei der Anschnitt- und Formhohlraum-Einsatz (10) durch metallurgisches Verbinden eines inneren, zylindrischen Teilstückes (90) und eines äußeren Teilstückes (92) hergestellt wird.
Verfahren zum Kühlen eines Gießform-Hohlraumes in einem Druckguss-System nach Anspruch 1, wobei zusätzliches Kühlen an der Frontoberfläche (34) herbeigeführt wird durch Befestigen eines Anschnittteils (94) an den Anschnitt- und Formhohlraum-Einsatz (10).
Verfahren zum Kühlen eines Gießform-Hohlraumes in einem Druckguss-System nach Anspruch 1, wobei das Kühlmedium rings um die Düse (12) fließt.
Verfahren zum Herstellen eines Kühlapparates, umfassend die folgenden Schritte: – Vorsehen einer Druckguss-Düse (12) mit einem Schmelzekanal (58) und einem Heizelement (74), – Vorsehen einer Gießform-Platte (30), welche eine Gießform (38) umgibt und die Druckguss-Düse (12) umgibt, – Vorsehen eines einstückigen Anschnitt- und Formhohlraum-Einsatzes (10), welcher in der Gießform-Platte (30) vorgesehen ist und die Druckguss-Düse (12) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschnitt- und Formhohlraum-Einsatz (10) in direktem Kontakt mit der Gießform-Platte (30) angeordnet ist und der Anschnitt- und Gießform-Einsatz (10) hergestellt wird durch metallurgisches Verbinden eines inneren, zylindrischen Teilstückes (90) und eines äußeren Teilstückes (92), um die die Druckguss-Düse (12) umringenden Kühlkanäle (48) auszubilden.