本发明涉及通过压缩和/或膨胀的模制方法来制造由塑料材料制成的部件、尤其是机动车车身部件的技术领域。
背景技术：
为了制造由塑料材料、优选地由热塑性(tp)塑料材料制成的部件，已知使用注射压缩模制方法和/或注射膨胀模制方法。该方法使用包括以下装置的模制设备：
-具有活动元件和固定元件的模具，通常由钢制成的这样两个元件在模具的闭合位置上构成模制室；
-允许使活动元件向着固定元件移动的压机，该压机一般为“动力缸(vérin)”类型的液压机或气压机。
一般性地，模具被闭合后，将熔融的塑料材料注入模制室中。所注射的材料在冷却期间被压缩。所注射的材料的体积减小的同时，模制室的体积通过活动元件借助于压机向着固定元件靠近而减小。在另一情况下，所注射的材料具有膨胀特性。该材料在模制室中膨胀，该模制室的体积通过活动元件借助于压机远离固定元件而增大。
还已知用压缩模制方法来制造由塑料材料、尤其是由热固性(td)塑料材料制成的部件。
传统地，可以布置至少一个塑料材料片材，该材料通常为被称为“smc”(“sheetmouldingcompound”即片状模塑料)的复合材料，并由热固性树脂、加强纤维以及经常存在的填充物和/或催化剂(固化剂)构成。然后，借助压机减小模制室的体积来在该塑料材料片材上施加压强，以使得该片材成型为模具内壁的形状。
目前所用的压机为高吨位的、即具有非常大的闭合力的大功率压机。传统地，压机具有在500至2000吨之间的闭合力。由于由压机控制模具的活动元件的移动，因此模制室体积的变化取决于压机的闭合力和所注射的材料的性质。实际上，某些塑料材料需要大的压强(高于30bars)，以使模腔中的材料流动、使该材料发生聚合反应等。对于常用的塑料材料，这些大功率压机在每次致动时都会导致模制室的体积发生“大”的变化或导致模制室体积的调节步长“大”。
这样的体积变化在某些情况下是有利的，例如当塑料材料经受体积快速变化时或为了在塑料材料表面获得大的压力。但是这样的体积变化也可能是约束性的，如果期望更精细地控制模制室体积的变化、即获得对应于500吨以下的压机闭合力的这样的较小的调节步长的话。然而，难以精确地操控压机的压缩动力缸以达到这样的数值。
此外，即使是能够达到500吨的压机也不能获得令人满意的结果。观察到在500吨的标称点周围有大的力变化，尤其是在模制周期开始时。因此，在压缩或膨胀开始时的压强上升或下降期间，在塑料材料内部产生大的压强变化(尤其是峰值)。这些大的压强变化会损害部件的质量。这些压强峰值使得无法确保模制时的均匀的压强。
技术实现要素：
本发明的目的在于弥补这些缺陷，并在确保模制室体积变化的稳定性的同时允许更精细地控制模制室体积的变化(即更小的调节步长)。
为此，本发明的主题特别地在于一种用于制造由塑料材料制成的部件的模具，该模具包括第一元件和第二元件，这两个元件在模具的闭合位置上限定模制室的体积。这些元件中的至少一个配备有模制室体积调节系统，所述模制室体积调节系统包括活动块和机械移动系统，该机械移动系统适于使活动块在给定方向上朝着减小模制室体积的朝向移动和/或朝着增大模制室体积的相反朝向移动。
由于该移动系统为机械系统，该移动系统允许实现活动块的小的移动并允许实现更小的调节步长，从而允许更精细地控制模制室体积的变化，并由此允许更精细地控制模制室的压强。这允许以更加令人满意的方式跟随所添加的材料的体积的变化，和生产质量更好且缺陷更少的部件。该调节系统因此有利地被用于脆弱材料或小尺寸部件。
在压缩模制或注射压缩模制时，在模具的元件之一(固定元件或活动元件)内的模制室体积调节系统能够在所需时刻变化模制室的体积，并能够在位于压缩前添加到模具中的材料的表面上方的空间里施加模制压强，以免在模具闭合时就开始压缩该材料，并避免操作参数损害所生产的部件的材料的最终特性。
其功率低于压机功率的该系统还允许通过逐渐减小模制室的体积来确保更恒定的、尤其是没有过载峰值的模制压强。
该模制室体积调节系统还允许塑料材料以大致连续且没有体积突变的方式膨胀，这有利于塑料材料通过贴合模制室的形状来逐渐成型。
活动块的模制内表面的尺寸一般与其所接触的部件的模制表面的尺寸一致。在某些情况下，例如在压缩模制方法时，可以使用与部件的接触表面较小的活动块，以实现模制室局部体积的变化。这允许例如根据待模制的部件的形状来在某些位置处精确地设定压强。
该模具还可以包括以下一个或多个特征，这些特征可以被单独考虑或被组合考虑：
-该机械移动系统包括至少一个螺丝螺母系统、以机械方式与螺丝螺母系统协作的齿轮传动系统以及至少一个连接到齿轮传动系统的驱动源，其中螺丝螺母系统包括螺丝元件和螺母元件，并且螺丝元件和螺母元件之一连接到活动块。“螺母元件”指的是在螺丝螺母系统中具有螺母功能的任何元件。该元件可以是传统地被称为“螺母”的独立元件，或其他元件的包括确保螺母功能的螺纹的部分。同样地，“螺丝元件”指的是在螺丝螺母系统中具有螺丝功能的任何元件。
与齿轮传动系统协作的该螺丝螺母系统允许更容易并更精确地地控制活动块的移动。该系统通过传统的螺丝螺母布置来工作，并不牵涉复杂的系统。该连接到活动块的元件可以是螺丝元件或螺母元件。
在螺丝元件连接到活动块的情况下，螺母元件借助于齿轮传动系统在某个朝向上转动，该转动借助于螺纹能够使连接到活动块的螺丝元件进行平移。这允许根据螺母转动的朝向来减小模制室的体积或者增大该体积。在螺母元件连接到活动块的情况下，螺丝元件的转动引起活动块在减小或增大模制室体积的朝向上平移。
并且，该移动系统允许实现小的移动，这允许调节或精确设定施加在所添加的材料上的压强。由此，配置有该移动系统的模制室体积调节系统适于压缩和/或膨胀多种多样的材料或适于局部压缩和/或膨胀部件的模制表面的某些区域。
-该齿轮传动系统包括齿轮和啮合在该齿轮中的齿条。该齿轮与螺丝螺母系统协作，以使活动块移动。“齿轮”指的是具有圆形横截面的例如呈圆柱形或圆锥形的、用于借助于机构传递功率的任何有齿元件。“齿条”指的是在该机构中与齿轮互补的、一般具有杆或棍的形式的任何元件。
该齿轮和齿条啮合，以使得一个的运动驱动另一个的运动。驱动源允许直接或间接地使齿条发生运动，特别地，齿条进行“往返”的连续平移运动。该平移运动能够使齿轮发生转动。于是，齿轮使得螺丝螺母系统发生运动，该螺丝螺母系统由此移动活动块。这些连接都是机械类型的，并不牵涉复杂或成本高昂的装置。
-该机械移动系统包括相同数量的螺丝螺母系统和齿轮。由此，一个齿轮与一个螺丝螺母系统关联，换句话说，一个螺丝螺母系统的运动是通过一个齿轮的运动产生的。
-该齿轮传动系统包括一个齿轮组和一个齿条，该齿轮组的每个齿轮都与一个螺丝螺母系统协作，该齿轮组和齿条啮合以使得一个或多个驱动源的致动(启动)能够移动活动块。该齿轮组可以以不同方式布置。例如，齿轮可以排列成行。驱动源能够使齿条和齿轮行发生运动，其中这些齿轮全都在相同朝向上转动。这些齿轮还可以被布置为与齿条配合的圆形或大致圆形的齿轮组，以使得一个的运动驱动另一个的运动。数量更多的齿轮能够增加螺丝螺母系统的数量并因此增加活动块的推动点的数量。这允许将螺丝螺母系统施加的应力更好地分布在活动块上并避免应力集中在单个点处。这还允许获得在整个活动块上更均衡的推力。
-齿轮都具有相同尺寸。优选地，齿轮全都相同。这有利于齿轮的布置并降低齿轮的成本。
-该齿轮传动系统包括一个齿轮组和两个齿条，该齿轮组的每个齿轮都与一个螺丝螺母系统协作，该齿轮组和齿条啮合以使得一个或多个驱动源的致动能够移动活动块。特别地，两个齿条被相互平行并与齿轮组平行地布置在齿轮组的两侧。在一个朝向上平移一个齿条会通过齿轮组的转动而在相反朝向上平移另一齿条。该组齿轮全部都在相同朝向上以同步的方式转动。这允许更好地控制齿轮的运动并改善螺丝螺母的运动的连续性和效率。此外，相对于单个齿条的情况，齿条与螺丝螺母系统之间的接触点的数量翻倍，这允许更好地分布施加到齿上的应力并减少齿的磨损。
-该齿轮传动系统包括两个齿轮组和一个齿条，该两个齿轮组的每个齿轮都与一个螺丝螺母系统协作，这两个齿轮组和齿条啮合以使得一个或多个驱动源的致动能够移动活动块。特别地，两个齿轮组被布置在该齿条两侧。一个齿轮组可以排列成行或排列成圆形或排列成其他任何形式。在一个朝向上平移该齿条会在两个相反朝向上转动这两个齿轮组。由此为了上文所述优点而进一步增加了齿轮的数量。
-该齿轮传动系统包括多个齿轮组和多个齿条，这些齿轮组的每个齿轮(40)都与一个螺丝螺母系统协作，齿轮(40)组和齿条(42)啮合以使得一个或多个驱动源的致动能够移动活动块。特别地，齿轮组和齿条以交替的方式进行布置。由此，一个齿轮组在其处于整体内部时与两个齿条相邻，或者在其处于端部时与一个齿条相邻。有利地，两个齿轮组可以相邻并且齿轮与齿条的布置遵循“两个齿轮组关联一个齿条”的模式。
-该齿轮传动系统(或所述一个或多个齿轮组)的齿轮和所述一个或多个螺丝螺母系统的螺母元件构成同一机械部件(40)。螺母元件由此对应于齿轮的开孔的螺纹，而螺丝元件被插在该开孔中。
-一个或多个螺丝螺母系统的螺母元件被形成于活动块中。螺母元件由此对应于活动块的开孔的螺纹，而螺丝元件被插在该开孔中。
-一个或多个驱动源被连接到一个或多个齿条。由于齿条与齿轮啮合，单个驱动源可能足以使移动系统的所有机械构件发生运动。优选地，每个齿条都被连接到一个驱动源，以便更好地控制功率和运动。
-驱动源包括发动机，该发动机与其中一个齿轮组中的一个齿轮连接。一般为电动机的发动机使其中一个齿轮组中的一个齿轮转动。该转动的齿轮将力偶传递给齿条，齿条使齿轮组的其他齿轮转动。
-驱动源包括气压或液压动力缸。
-该模具包括传感器，该传感器用于操纵模制室体积调节系统，例如是与行程传感器关联或不关联的压强传感器。该压强传感器被布置为与模制室接触，并能够测量模制室内部的压强。该压强传感器被连接到模制室体积调节系统，并能够根据模制室中的优势压强来操纵该系统。该压强传感器可以与由机械移动系统承载的行程传感器关联，以更精确地控制其运动。
-在第一元件中安置第一模制室体积调节系统和在第二元件中安置第二模制室体积调节系统。这两个模制室体积调节系统的两个活动块可以面对面，并能够在其在模制室中处于推动状态时在塑料上施加相同的压强。这两个模制室体积调节系统的两个活动块可以面对面，并能够在塑料材料上同时施加压强，以使得模制室中的塑料材料两侧的力平衡。
-第一模制室体积调节系统和第二模制室体积调节系统包括同一移动系统。单个移动系统足以使两个模制室体积调节系统发生运动，从而减小体积、材料需求和能量消耗。
本发明的主题还在于一种通过压缩来模制由塑料材料制成的部件的方法，该方法使用包括前述特征的模具。在该模具中添加塑料材料，然后通过使活动块在给定方向上朝着减小模制室的体积的朝向移动来实现所述塑料材料的压缩。
本发明的主题还在于一种通过膨胀来模制由塑料材料制成的部件的方法，该方法使用上述模具，在该模具中添加塑料材料并通过使活动块在给定方向上朝着增大模制室的体积的朝向移动来允许所述塑料材料的膨胀。
本发明的主题还在于一种通过压缩和膨胀来模制由塑料材料制成的部件的方法，该方法使用前述模具，在该模具中一次或多次添加塑料材料，并且该方法包括以下步骤：
-通过使活动块在给定方向上朝着减小模制室的体积的朝向移动来实现所述塑料材料的压缩，
-通过使活动块朝着增大模制室的体积的相反朝向移动来允许所述塑料材料的膨胀。
附图说明
下面将参照附图对本发明做进一步的说明。应理解这些附图仅仅用于图示的目的，而并不对本发明的保护范围构成任何限制，附图中：
-图1a为根据第一实施例的模具的纵向剖面示意图；
-图1b为图1a的模具的机械移动系统的纵向剖面示意图；
-图2a为与图1a类似的视图，其中模具处于压缩阶段；
-图2b为与图1b类似的视图，其中模具处于压缩阶段；
-图3a为与图1a类似的视图，其中模具处于膨胀阶段；
-图3b为与图1b类似的视图，其中模具处于膨胀阶段；
-图4为根据第二实施例的模具的机械移动系统的纵向剖面示意图；
-图5为根据第三实施例的模具的机械移动系统的纵向剖面示意图；
-图6为根据第四实施例的模具的机械移动系统的纵向剖面示意图；
-图7为根据第五实施例的模具的机械移动系统的纵向剖面示意图。
具体实施方式
用于制造塑料部件的模具10包括第一元件12(例如凹模)和第二元件14(例如凸模)。这两个元件12和14在模具10的闭合位置上限定模制室16。这些元件之一配备有模制室体积调节系统18。在图1至图7的例子中，模制室体积调节系统18被布置在第二元件14上。该系统18包括活动块20和能够使活动块20在给定方向24上移动的机械移动系统22。该方向24取决于待模制部件的待压缩和/或待膨胀表面的取向。在图1a、图2a和图3a中，该方向24沿着竖直轴线。机械移动系统22可以使活动块20在方向24上朝着减小模制室16的体积的朝向26移动和/或朝着增大模制室16的体积的相反朝向28移动。
现在参照示出了第一实施例的图1a、图1b、图2a、图2b、图3a和图3b。
机械移动系统22包括由螺丝元件32和螺母元件33构成的螺丝螺母系统30，螺丝元件32和螺母元件33之一连接到活动块20。机械移动系统22还包括与螺丝螺母系统30以机械方式协作的齿轮传动系统34和驱动该齿轮传动系统34的至少一个驱动源36。在图1a、图2a和图3a的实施例中，螺丝螺母系统中连接到活动块20的元件是螺母33。由此，螺丝元件32的转动引起活动块20在减小或增大模制室16的体积的朝向上进行平移。
在另一实施例中，连接到活动块20的是螺丝元件32。螺丝元件32包括两个端部。一个端部被锚固在活动块20中，从而将活动块20与螺丝元件32连接。另一端部是自由的。螺丝元件32由此被插在由齿轮40承载的螺母元件中。螺丝螺母系统30被加工有螺纹，以使得螺母元件朝着一个朝向转动会引起螺丝元件32在方向24上朝着对应朝向进行平移。例如，在图2a中，螺母38逆时针朝向转动会引起螺丝32在朝向26上进行平移，由此引起活动块20在朝向26上移动。
齿轮传动系统34包括齿轮40和与齿轮40啮合的齿条42。齿轮40和齿条42包括齿，这些齿的取向使它们构成齿轮传动系统。由此，齿轮40在一个朝向上的转动会引起齿条42在方向43的与齿轮40的转动朝向相关联的朝向上进行平移，反之亦然。例如，在图2b中，齿轮40在逆时针朝向44上的转动会引起齿条42在朝向45上进行平移，反之则使其在相反朝向上进行平移。同样地，齿条42在朝向45上的平移会引起齿轮40在逆时针朝向44上转动。
齿轮40与螺丝螺母系统30协作，以便移动活动块20。在该第一实施例中，螺丝元件32连接到齿轮40。由此，齿轮40的转动会引起螺丝元件32转动，并因此借助于螺母元件33引起活动块20平移。例如，在图2a和图2b中，齿条42在朝向44上平移会引发齿轮40在逆时针朝向上转动，对于另一朝向则是相反的。
在另一实施例中，螺母元件借助于在齿轮40的开孔的表面上的螺纹而由齿轮40来承载，螺丝元件32被插入该开孔中。换句话说，螺母元件和齿轮40构成同一机械部件40。由此，齿条42在方向43上的平移引起齿轮40的转动，这使得能够在方向24上平移与活动块20连接的螺丝元件32，该方向24一般与方向43正交。
齿条42被连接到驱动源36。该驱动源36可以包括液压或气压动力缸46。由此，通过在一个朝向或另一朝向上致动动力缸46，可操控齿条42在方向43上朝着相关联的朝向进行平移。
现在将描述通过使用模具10、通过压缩和/或膨胀、包括或不包括注射地模制热固性材料的方法。
首先，将呈预浸渍片材形状和/或所注射材料的形状的塑料材料48添加到模制室16内。
为了实现材料48的压缩，借助于调节系统18减小模制室16的体积，如图2a和图2b所示。为此，例如通过推动动力缸46的活塞来在朝向45上致动驱动源36，从而使齿轮传动系统34的齿条42在相同朝向上平移。这引起齿轮40在逆时针朝向上转动并因此还引起连接到齿轮40的螺丝元件32转动。螺母元件33的与螺丝元件32的螺纹相关联的螺纹使得螺母元件33能够在方向24的朝向26上进行平移。由于螺母元件33连接到活动块20，该活动块于是在相同朝向上移动，也就是说在该情况下朝着减小模制室16的体积的朝向移动。由此，活动块20压缩材料48，尤其是在活动块20与材料48之间的接触表面处。
为了允许材料48的膨胀，可借助于调节系统18增大模制室16的体积，如图3a和图3b所示。上述机构是可反向的：通过在朝向50上致动驱动源36，使块20朝着允许增大模制室16的体积的朝向28移动。图2a中，在朝向50上致动运动源36例如通过拉动动力缸46的活塞来实现。材料48由此随着块20的移动而逐渐地膨胀。
在螺母元件33由齿轮40承载并且螺丝元件32连接到活动块20的实施例中，通过应用针对该实施例描述的螺丝螺母系统的工作原理，该方法与上述方法相同。
借助于位于模具10的不同位置处的多个调节系统18，这两种压缩方法和膨胀方法可以独立地、相继地或同时地实施。
下文中，不同实施例中通用的元件将由相同附图标记来指示。应注意虽然只描述了主要的不同之处，但其他元件是类似的。
现在参照示出了第二实施例的图4。
齿轮传动系统34包括齿轮组和齿条42。在图4的示例中，齿轮组为排列在齿条42的轴线上的一行四个齿轮40。该齿轮组还可以以不同的方式来布置，例如布置成环状，齿轮40与齿条42啮合。每个齿轮40都与一个螺丝螺母系统30(未在图4至图7中示出)协作，由此螺丝螺母系统30的数量对应于存在的齿轮40的数量。以与第一实施例中相同的原理，齿轮组和齿条42啮合，以使得致动驱动源36能够移动活动块20。该齿轮组具有齿，这些齿被布置为使得齿条42的平移能够在相同朝向上同时转动所有齿轮40。使用多个齿轮40允许将应力更好地分布在活动块20上的多个推动点上，并避免应力集中。
包括根据该第二实施例的齿轮传动系统34的移动系统22的工作原理与第一实施例中所述的工作原理类似。使用配备有该移动系统22的模具的压缩和/或膨胀的模制方法也是同样的。
现在参照示出第三实施例的图5。
齿轮传动系统34包括齿轮组和两个齿条42a和42b，该齿轮组的每个齿轮40都与一个螺丝螺母系统30协作。该齿轮组与齿条42a和42b啮合，以使得致动驱动源36a和36b能够移动活动块20。两个齿条42a和42b被布置在齿轮组的两侧，该齿轮组在本实施例中为一行四个齿轮40。驱动源36a和36b包括分别连接到齿条42a和42b的两个动力缸46a和46b。这两个动力缸46a和46b被同时在相反的两个朝向50a和50b上致动，这允许使两个齿条42a和42b也在相反的朝向上平移。使得与两个齿条42a和42b啮合的齿轮组在相同朝向上转动。
在一个变型中，驱动源36仅包括一个动力缸，例如动力缸46a。致动动力缸46a能够平移齿轮42a，从而引起齿轮组转动。该转动会引起齿条42b平移。
包括根据该第三实施例的齿轮传动系统34的移动系统22的工作原理与第一实施例中所述的工作原理类似。使用配备有该移动系统22的模具的压缩和/或膨胀的模制方法也是同样的。
现在参照示出第四实施例的图6。
齿轮传动系统34包括两个齿轮组a和b和一个齿条42，这两个齿轮组a和b的每个齿轮40都与一个螺丝螺母系统30协作。两个齿轮组a和b与齿条42啮合，以使得致动驱动源36能够移动活动块20(未在图4至图7中示出)。驱动源36包括连接到齿条42的动力缸46。齿轮组a和b被布置在齿条42的两侧。齿轮40与齿条42的啮合借助于啮合齿的协作来实现，以使得齿条42的平移能够同时在相反的朝向上转动两个齿轮组a和b(例如齿轮组a沿顺时针朝向转动，齿轮组b沿逆时针朝向转动)。齿轮组a和b的布置允许将应力和驱动力更好地分布在整个活动块20上。
包括根据该第四实施例的齿轮传动系统34的移动系统22的工作原理与第一实施例中所述的工作原理类似。使用配备有该移动系统22的模具的压缩和/或膨胀的模制方法也是同样的。
现在参照示出第五实施例的图7。
该实施例类似于第二实施例。其不同之处尤其在于驱动源36包括连接到齿轮组中的一个齿轮组的其中一个齿轮p的发动机52。实际上，驱动源36不再连接到齿条42，而是连接到齿轮组的齿轮p。由此，致动驱动源36能够转动齿轮p，从而平移齿条42并因此在相同朝向上转动该齿轮组的其他齿轮40。
根据该第五实施例的驱动源36也可以以类似的方式应用于其他实施例。
包括根据该第五实施例的齿轮传动系统34的移动系统22的工作原理与第一实施例中所述的工作原理类似。使用配备有该移动系统22的模具的压缩和/或膨胀模制方法也是同样的。
并且，在前述实施例中，还可以用发动机代替驱动源36的动力缸46。
在另一实施例中，模具10配备有安置在第一元件12中的第一模制室体积调节系统和安置在第二元件14中的第二模制室体积调节系统。这两个调节系统可以包括根据实施例一至五的同一移动系统22。由此，同时致动一个或多个驱动源36能够驱动这两个模制室体积调节系统。
本发明不限于所描述的实施例，其他实施例对于本领域的技术人员而言是显而易见的。特别地，可以组合所描述的不同实施例，尤其是通过复制一个实施例或组合多个实施例来实现多齿轮和多齿条的齿轮传动系统。