用于制造模具的方法及由此获得的模具的制作方法

专利名称：用于制造模具的方法及由此获得的模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造模具的方法。在后文中，术语“成型”指的是利用模具加工出某种物品的过程。与上述定义不相冲突，术语“造型”指利用被称为模型的元件制作模具的过程。术语“造型材料”指的是用于制作模具的材料；术语“可模塑材料”指的是用于利用模具成型物品的材料。
背景技术：
现有的各种用于制作模具的方法使用不同的材料，采用不同的模具制造步骤，所获得的模具形状及应用模式不同。从各种方法中选择一种，是通过被复制形状的复杂性、待制造物品的数量、可模塑(可成型)材料等而确定的。
现有各种模具制造方法，用于制造出可由石膏、水泥、树脂或其它热固塑料(duroplastic)、膨胀发泡材料等加工出物品的模具，在这些方法中，下面的是需要提及的。
—简单造型，其包括制作出模板壳体，壳体内安置并固定着模型；利用造型材料充填壳体，所述造型材料是根据模型的形状而从石膏、硅氧烷弹性体和藻酸酯中选择出来的；然后，将模型脱模。模具可以被制作成单一部件，然后，如有必要，被切割；或者，被制作成两件或多件。这种方法无疑相对简单，但由于造型材料需要干燥或硬化，因此制造时间通常较长。
—浸渍造型，其包括在液体造型材料的硬化阶段将模型浸没在该造型材料中；反复进行上述操作，直至模型上沉积出一个涂层；等待，直至涂层完全干燥；然后将涂层从模型上脱离。造型材料选自蜡、乳胶或其它适宜的热固塑料。这种方法的局限性在于所需的输送操作次数以及造型材料的硬化时间。
—压缩(挤压)成形，其包括将造型材料施加在模型的表面上；向着模型压缩造型材料，或相反地压缩，以产生模槽；然后分离出模型。为了进行上述过程，要利用受到石膏或是选自灰浆或胶的糊状造型材料处理的带料来形成坚硬的模具，或者利用选自乳胶、硅氧烷弹性体和藻酸酯的凝胶材料以单件或多件的形式形成柔性模具，该柔性模具被石膏或石膏处理带料制成的坚硬支承壳体覆盖。如有必要，该支承壳体被剖分，以实现脱模。也可以使用可层合材料，作为示例，可将多片玻璃纤维垫施加在模型的表面上，并向它们渗透聚脂树脂。这里，同样需要多次手工(难以自动)操作，并且需要造型材料和/或壳体材料的干燥或固化时间，这会导致这种方法的生产率较低。
—在壳体中流动造型，其包括利用隔离膜(例如铝箔)保护模型；在其上覆盖一层均匀的糊状材料，例如plastilina或粘土；利用如此覆盖的模型压力成形出石膏壳体；在石膏固化后使所述壳体脱离；在壳体中形成多个流动孔；从模型上取下糊状材料和隔离膜；将模型再次放置在壳体中并且以密封的方式将其封闭(除了流动孔以外)；向壳体中浇注硅氧烷弹性体，以占据模型与壳体之间的空间。模具可以被制成为单件或多件。这种方法显然特别漫长和复杂。
此外，在铸造行业中使用的已有模具和模具制造方法中(模具用于接收熔态合金)，下面的是需要提及的。
—由砂子(二氧化硅颗粒等)或其它难熔(耐高温)的不含硅材料(锆、亚铬酸盐、橄榄石、铝矾土)制成的模具。通过在型箱中挤压砂子，这种模具被构造成两件式，每个部件分别大致对应于模型的一半。砂子因此而被压缩在型箱与模型之间，然后模型被抽出。砂子的粘聚性通过粘合剂而获得，粘合剂特别选自潮湿粘土、硅酮凝胶、合成树脂、水泥等；或者，粘聚性通过高温下产生的陶瓷型结合作用而获得。尽管被广泛使用，但这种方法具有下述缺点·所获得的砂模在脱模时被损坏，因此只能使用一次；由于存在粘合剂，因此砂子难以甚至不能回收；·砂子的输送是麻烦且危险的；挥发性的二氧化硅粉末导致必须配戴面罩；·所需砂子的数量决定了铸造位置(靠近砂矿)；·由于砂模是冷的，因此固化是沿着模具壁开始的，并且必然终止于冒口(提供的额外成型体积，从而随着金属在固化时收缩，浇注的液态金属的体积大于成品部件的固态金属体积)；物品厚部的冷却非常慢；相反，物品薄部的冷却较快并且充填困难；充填速度必须大于固化速度；·模具的表面质量以及模具中浇注的物品的表面质量较为粗糙；需要对物品或模具进行精整操作(例如抛光)；·物品铸件沿着模具的两部分之间的会合平面带有分型线；—模壳，其由造型材料形成两部分式金属模具，造型材料选自铸铁、铝合金、黄铜、铜铝合金和钢，这取决于模具所要接收的金属合金以及将液态合金引入模具中的方法(利用重力、在低压下、在高压下、利用离心力进行合金铸造)。模壳被成型在含有模型的型箱中，和/或被机加工成模型的形状。与砂模不同，模壳是可再次使用的，具有良好的尺寸精度和量好的表面质量。另一方面，它们特别昂贵，并且与砂模不同的是，不能实现容纳在其中的熔态合金的受控冷却；—失蜡铸造，其包括利用传统造型方法由蜡制作出可解体的模型(与前面描述的其它方法中使用的永久性模型不同)；利用难熔制品覆盖蜡模型；在形成模具的难熔制品硬化后，将蜡熔化并从模具抽出；然后焙烧模具。该方法可以制作出高精度的模具，从而物品铸件没有分型线或表面缺陷。另一方面，其相对复杂和昂贵，每制造一个模具就需要一个模型，并且由于模具必须被解体才能取出物品铸件，因此模具只能被使用一次。
应当指出，为了制造很长的金属杆，公知的是使用由石墨制成的模具，其被称作锭模，用于构成模具以使熔态合金从中连续浇注。用于制作这种锭模的石墨是人造石墨，其由含有碳的基质材料例如碳黑(来自煤烟或原油)、焦炭(冶金焦炭或来自原油)以及天然石墨和工业石墨(源于再研磨的电化石墨)制成。在经过研磨、筛分和选择后，粉末状基质材料与粘合剂例如焦油、沥青以及酚醛树脂和糠基树脂混合；如此获得的糊状材料被研磨和压延，然后被焙烧、再研磨和再混合。然后，该材料被挤出以形成圆坯料或中空锭；坯料或锭然后被焙烧，以使粘合剂碳化，并且使含碳基质材料聚结，然后，通过加热到2000℃以上而石墨化。应当指出，坯料或锭在焙烧过程中会显著收缩，并且所形成的烧结表面需要被后续机加工。为了防止被氧化和腐蚀，如此获得的锭模的表面通常被覆盖一个高温碳(由碳氢化合物例如甲烷在800至2000℃的温度范围内热解而获得)沉积层，或被覆盖柔性石墨膜，一种已知的柔性石墨膜的商品名为Papyex(由膨胀天然石墨的层合鳞片获得)。制造这种锭模显然特别复杂、麻烦和昂贵。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种制造模具的方法以减小上述缺点，本发明的方法特别简单、快速和低成本。
本发明的一个特别目的是提出一种模具制造方法，其非常快速，并且包括显著减少的操作次数，此外，如有必要，其可以自动进行，而不需要使用复杂或昂贵的专用设备。
本发明的另一个目的是提供一种模具制造方法，其能够制造具有高尺寸精度和优异表面质量的模具，而不需要专门的表面质量提高处理(通过机加工、抛光、沉积精饰涂层等进行精整)。本发明的另一个目的是提供一种模具，其可以制造不带分型线的物品。
总体而言，本发明的另一个目的是提出一种模具制造方法，其不需要采用机加工操作或模具精整操作。
本发明的另一个目的是提出一种模具制造方法，其可以制造出具有抗腐蚀和氧化的模具，而不需要专门的表面处理(化学或电化学处理，施加保护涂层等等)。
本发明的另一个目的是提出一种模具制造方法，其可以使用永久性模型，即模型可以用于制造多个相同的模具。
本发明的另一个目的是提出一种模具制造方法，其可以制造适合于铸造操作的难熔(耐高温)模具。在一种优选的模式中，本发明的一个目的是提出一种铸造模具，其内的熔态合金的温度可被控制。
本发明的另一个目的是提出一种模具制造方法，其制造的模具可以多次使用，特别是非常大量次数地使用，而不会显著降低表面质量，即使是可模塑材料是腐蚀性的和/或被加热到非常高的温度(例如熔态合金)。
本发明的另一个目的是提出一种模具制造方法，其可以简单地实施，并且不会给操作者造成大的危险。特别地讲，所提出的方法在实施时不需要任何专门的防护(例如配戴面罩或专用的单件式防护服)。
本发明的另一个目的是提出一种可回收的模具。
在其第一种形式中，本发明涉及一种用于制造模具的方法，所述模具利用被称作可模塑材料的材料成型物品，待成型物品的模型被使用并且被覆盖被称作造型材料的材料，其中膨胀石墨被用作造型材料，所述模型被膨胀石墨覆盖而形成一个连续的膨胀石墨层，或是形成分布在模型上的彼此分开的多个膨胀石墨层，所述膨胀石墨层被向模型压缩，以使每个层形成不可被所述可模塑材料渗入的压实石墨块。
封闭式模型预开放式模型是截然不同的，封闭式模型的将被施压的外表面是封闭表面，而开放式模型的将被施压的外表面是开放表面。换言之，封闭式模型是其所有表面将要被整体复制的物体，开放式模型是物体的一部分，例如一个表面或一侧(物体的其它部位不需要被模制)。在开放式模型的情况下，通常较为简单地形成单层膨胀石墨。在封闭式模型的情况下，如果形成单一的连续石墨层，则该层包围模型的所有侧。因此，如果模型是永久性模型的话，可以切开所获得的压实块以取出模型；如果模型是可解体模型的话(例如由蜡或聚苯乙烯制成)，可以破坏掉模型(通过熔化或化学反应)。作为一种改型，多层膨胀石墨围绕着模型形成。特别地讲，第一层可以形成在模型一侧，第二层形成在模型另一侧，从而完全包围模型，以获得两部分式模具(即具有两个块)。作为一种改型，还包括围绕模型形成两层以上。特别地讲，层数是根据待成型的形状(即模型)的复杂性来确定的。应当指出，两个相邻层通过例如间隔片材而彼此分开，所述间隔片材优选是平且硬质的，以提供平坦的会合表面。
本发明在其第二种形式中涉及一种用于制造模具的方法，所述模具利用被称作可模塑材料的材料成型物品，待成型物品的模型被使用并且被覆盖被称作造型材料的材料，其中膨胀石墨被用作造型材料，通过在至少一个方向上压缩膨胀石墨而形成的密度为30至50kg/m3的被称作预压实石墨层的至少一层被使用，所述预压实层被放置在模型上，然后，所述预压实层被向着模型压缩，以覆盖模型，并且使每个层形成不可被所述可模塑材料渗入的压实石墨块。
换言之，在第二种形式中，膨胀石墨不是直接(以膨胀形式)放置在模型上，而是以略微压缩的膨胀石墨的形式放置，此时膨胀石墨由于被压实而可被操纵(搬运)，但仍具有低压下的可模塑性。
因此，本发明在其上述两种形式中涉及第一点，将膨胀石墨用作可模塑材料，并且将所述材料以仍然膨胀的状态(无粘着性)或预压缩状态(略微压缩的膨胀石墨)向模型上挤压，第二点，如果多层石墨(膨胀或预压缩)被形成，则同时围绕着模型压缩各层。具体地讲，本发明提出了制造两部分或更多部分式模具的方法，其中，通过共同的操作(各层一起压缩)而同时形成模具的所有部分(部件)。
根据本发明的方法较为简单，与前面在背景技术部分中提到的已知方法不同。本发明的方法的执行速度也令人惊讶简单地同时压缩膨胀或预压缩石墨层就足以形成模具；模型可以立即被取下，而不需要像前述现有技术那样等待造型材料的干燥、硬化或焙烧。除了简单以及执行速度以外，根据本发明的方法还具有下述多项优点—提供了制造复杂形状的模具的可能性；—所获得的模具具有优异的尺寸精度和表面质量，从而可以取消通常的精整操作(机加工、抛光等)；利用这种模具成型出的物品没有分型线；—由于压缩膨胀石墨的润滑特性，利用这种模具成型出的物品的脱模较为方便；—所获得模具具有有利的机械性能(硬度等)、化学性能(抗腐蚀和氧化等)和热学性能(难熔、在热学条件变化较大时尺寸变化仍较小，等等)，从而可以被多次使用，并且具有长使用寿命。特别地讲，尽管在频繁的热学(可模塑材料的温度升高，不被使用和在浇铸可模塑材料的操作时的温度变化大，等等)和化学(腐蚀、氧化等)侵蚀性环境中被高强度地使用，但模具仍能保持良好的表面质量。
—不需要为模具制作砂箱。可以在模型预压力机的板之间直接压缩膨胀或预压缩石墨层；—生产过程没有危险，膨胀石墨既无毒又无害；—所用模型可以是永久性的，从而可以利用统一模型制作出多个模具；—所获得的模具容易回收；只要使用插层溶液(intercalationsolution)使压实块中的石墨层离即可。
应当指出，膨胀石墨优选采用膨胀的天然石墨，如有必要，将其研磨(但优选以层离后获得的状态使用)。
根据本发明，膨胀或预压缩石墨层被有利地压缩，以获得一个或多个压实块；在模具用在低温应用(石膏、弹性体、塑料等类型的可模塑材料)的情况下，压实块的密度大于40kg/m3；在在模具用在高温应用(铸造模具，熔态合金类型的可模塑材料)的情况下，压实块的密度优选大于100kg/m3。密度大于100kg/m3可以使石墨的压实块具有优异的热扩散性能从而可以调节模具的温度，并因此而调节可模塑材料的冷却速度。在任何情况下，密度大于40kg/m3可以确保模具对于最精细的可模塑材料以及大多数可模塑材料而言具有不渗透性，还能获得特别精细的模具表面质量。
膨胀或预压缩石墨层可被沿多个方向、特别是三个正交方向压缩。作为一种改型，膨胀或预压缩石墨层被沿单一方向压缩。
在这两种方式之间作出选择，需要取决于，首先，模型的形状，其次，石墨模具的预期热学性能(导热性、热扩散性等)。在模具具有复杂形状(即使是回旋的)时，优选采用多轴压缩(在多个方向上压缩)，以确保模型的正确造型。单轴压缩(沿单一方向压缩)将导致所制出的石墨压实块具有高各向异性(沿压缩方向C获得的热学或其它性能不同于沿其它预方向C正交的所有方向A获得的性能)，沿所有方向压缩(例如沿三个正交方向压缩所得到的结果)将导致所制出的石墨压实块具有很小的各向异性。通过改变沿每个方向施加到每个膨胀或预压缩石墨层上的压缩应力，可以调节和控制所获得的模具的热学和机械性能。
膨胀或预压缩石墨层在每个方向上优选经受单次压缩操作。换言之，膨胀或预压缩石墨层在每个方向上只被压缩一次。
根据本发明，膨胀或预压缩石墨层有利地经受单次压缩操作，不论是所述层是在单一方向上压缩还是同时在多个方向上压缩。在本发明的第一种形式中(其中膨胀石墨直接放置在模型上)，根据本发明的模型造型因此而简化至只有两步围绕模型形成一层或多层石墨，然后压缩石墨。
作为一种改型，膨胀或预压缩石墨层在至少一个方向上经受多次不同的压缩操作。这一改型在本发明第一种形式中更为有利。例如，在有关方向上实施第一次压缩，用于压实膨胀石墨层，以使其能够被操纵(搬运)，然后实施第二次操作，以使压实块具有预期的密度。
根据本发明，在其第一种形式中，至少一层膨胀石墨被有利地至少部分地覆盖一层膨胀蛭石，然后，如此形成的所有层被压缩到一起，以对应于所形成的每个蛭石层获得一个压实石墨/蛭石块，称作混合块，其包括一层压实蛭石和一层压实石墨，所述块不可被可模塑材料渗入。
类似地，在本发明的第二种形式中，使用了至少一个被称作混合层的预压实层，其由至少两个彼此叠加的层构成，一个为膨胀石墨层，另一个为膨胀蛭石层，二者被沿至少一个方向压缩到一起，以使得石墨的密度为30至50kg/m3，而蛭石被压实。所用的每个混合预压实层被放置在模型上，以使其石墨层被定位成朝向模型。向模型上压缩这种混合预压实层将导致产生前面定义的混合块。可以利用至少一个石墨预压实层和至少一个混合预压实层来制造相同的模具。
本发明的发明人已经惊异地注意到，可以将膨胀石墨和膨胀蛭石的叠层压缩在一起，同时，尽管石墨和蛭石之间具有结构差异(在结晶结构、颗粒度、压实模式等方面)和机械差异(压缩阻抗、粘性等)，但仍能压实各层，同时还能使各层结合。最后面的结果是令人惊讶的，因为要考虑到石墨首先被压实并且形成一定次序的层合结构，其中平行的鳞片会彼此相对滑动，从而给再次压缩的石墨赋予润滑特性，而且蛭石的压实是在石墨压实之后直接进行的，并且导致产生无秩结构。因此，人们可能会认为颗粒度大于石墨的蛭石本身不能固定在压实石墨层的平整且光滑的表面上。然而，尽管如此，仍能实现结合，并且在各压实层之间的交界面处观察到石墨表面鱼蛭石颗粒之间存在略微的瓦状(鳞状)叠覆。
因此，根据本发明，所获得的模具包括由压缩的膨胀石墨形成的与可模塑材料接触的内侧部分和由压缩的膨胀蛭石形成的至少部分地覆盖石墨部分的外侧部分。由于压缩后的膨胀蛭石是非常好的绝热体，因此蛭石部分构成隔离保护体，其在模具被设计成接收已被加热到高温的可模塑材料的情况下被证明非常有用。其可以使得模具在成型物品的操作过程中被搬运，而不会由烫伤人的危险。
应当指出，在可模塑材料是在高温下浇注的情况下(例如熔态合金)，根据本发明的方法所获得的模具的热学性能特别有利压缩膨胀石墨的良好导热性和热扩散性使得所获得的模具为热模具(与砂模具不同)。根据本发明的模具的这一特性可以解决在先技术中的模具充填问题，该问题是在浇注操作没有完成的情况下因可模塑材料与冷模具接触而过早冷却而产生的。本发明的这一特性还可以获得各向同性的模具。此外，更为重要的是，使得模具的温度可以调节，因此可模塑材料的冷却速度可以控制，如后面所解释。
根据本发明，加热/冷却元件，例如电路的一部分(电阻器)或液压回路的一部分，在至少一个膨胀或预压缩石墨层的形成过程中(石墨处在膨胀状态时)被安置在该层中。应当指出，如果使用混合预压实层，则冷却/加热元件被布置在石墨层中。应当记住的是，压缩后的膨胀石墨是良好的热导体(特别是在压缩方向上)，并且还具有低热惯性，冷却/加热元件用于控制模具温度以及因此而控制可模塑材料(例如熔态合金)的冷却和固化速度。还应指出，在设有冷却/加热元件的情况下，为形成模具而施加的压缩应力被选择为足够低，以不损坏所述元件，并且特别是要足够低，以使得所产生的块的密度(对于石墨而言)低于400kg/m3。
作为一种改型(或者可选地，作为组合)，适于接收加热/冷却流体的至少一个通道直接形成在至少一个块的石墨体中，其中可解体(通过化学反应、加热等)或可撤出的至少一个管在至少一个膨胀或预压缩石墨层的形成过程中被安置在该层中。在所述块被压实后，所述管被解体或撤出。压缩应力被选择为足够高，以使获得的石墨密度可为形成的通道提供流体密封性和机械强度。例如，膨胀或预压缩石墨层优选以下述方式压缩，即压实块的密度为150kg/m3以上。
作为一种改型或组合，由于压缩后的膨胀石墨具有可视觉选择性和良好的热扩散性，因此可以通过将至少一个混合压实块或石墨块的至少一个石墨表面(称作为表面)暴露于与模具相隔一段距离布置在模具外侧的红外射线源，而在不接触的情况下加热模具，或者更一般而言，控制其温度。可以理解，“外表面”指的是石墨层或混合层的石墨表面，因此也就是相应压实块的石墨表面，其被构造成朝向模具外侧定位，并且在模具使用中是可见的，从而其可以暴露在红外射线源下。
根据本发明，在石墨层被压缩时，可以俘获红外波的开放式内凹结构(concave form)，这里称作俘获结构(capture form)，被有利地压制在至少一个膨胀或预压缩石墨层(混合或非混合)的至少一个外表面上。压制的俘获结构的至少一个前侧(开放侧)尺寸为1μm至2cm，优选为100μm至1cm，深度为1μm至10cm，优选为5mm至5cm。
设置俘获结构，可以提高辐射加热中的热量供应量进入俘获结构内的入射波在俘获结构的对置表面之间经历多次反射；波的能量最终几乎被俘获结构区域中的石墨完全吸收(入射波通量被反射到俘获结构之外的部分，也就是损失部分，所占的比例非常小)。另外，由于增加了外表面的表面积，因此俘获结构不只促进了热量供应，而且还能够在石墨块冷却时促进热量的耗散。最后，俘获结构可以降低压实石墨块的热惯性，当然由于压实石墨块的固有性能已经导致其热惯性已经很低了。
压制的俘获结构可以是线性凹陷，例如直或弯曲的沟、凹槽、凹坑等，其具有圆形、正方形或三角形等形状的横截面，或者可以是点状凹陷，其具有金字塔形、圆锥形、半球形或圆柱形形状(正方形或圆形横截面)，等等。或者，俘获结构可以具有复杂得多的形状。压制的俘获结构的几何形状是根据被吸收的波长以及压实石墨块的预期热响应而选择的。
通过这种方式，本发明使得模具可以设有调节其温度的装置，而不需要附加的加热/冷却元件，或者说，在模具制造方法中不需要为添加这些元件而提供附加的步骤。在压缩膨胀或预压缩石墨层的过程中，在形成压实石墨块的同时，就形成了俘获结构。此外，通过石墨的本质特性，俘获结构可以以极高的尺寸精度形成，从而在根据待俘获波的类型适宜地选择俘获结构的几何形状和尺寸的情况下，实现红外波的高效俘获。俘获结构的产生被精密地控制，而不需要使用复杂且昂贵的精密加工设备。
应当指出，如果形成一或多层的膨胀石墨和蛭石，并且使用一个或多个混合预压实层(石墨/蛭石)，那么，只有在模具的至少一个外表面(在模具使用时可见)是由石墨形成的，才能通过辐射加热模具；而如果完全被蛭石覆盖，则不能如此。在这种石墨表面上，有利地压制着俘获结构。
特别地讲，本发明的两种形式可以应用于制造铸造模具。
本发明还可以应用于为了矫形的目的而成型人体的一部分，例如手、臂、腿甚至脸，以便随后成型矫形器或假肢；当然，本发明也可以用于艺术的目的。应当指出，可以利用本发明的方法直接在石墨中制作矫形器。所述方法还被证明可以用于电影工业(制造手成型模具或面罩等)。对于这些应用，优选采用本发明的第二种形式。轻轻地压缩就足以产生精确且完整的模具。应当指出，如果模型是脸，则其可以是开放式模型(只有一侧被复制)，因此只需要单一的预压实层。
本发明的范围包括由根据本发明的方法获得的模具，特别是铸造模具，用于成形矫形器或假肢的矫形模具，以及艺术作品模具(用于复制雕塑、塑像等类型的艺术作品)。
根据本发明，模具有利地包括至少一个被称作混合块的压实块，所述块具有至少两个结合层，其中包括一个压缩的膨胀石墨层和一个至少部分地覆盖所述膨胀石墨层的压缩的膨胀蛭石层。
根据本发明，模具有利地包括至少一个压实的混合块或石墨块，所述块具有至少一个被称作外表面(模具使用时可以从外侧看到)的石墨表面，该表面设有被称作俘获结构的适合于俘获红外波的敞开式压入结构。俘获结构的至少一个前侧尺寸为1μm至2cm，优选为100μm至1cm，深度为1μm至10cm，优选为5mm至5cm。
本发明的范围还包括用于成型物品的方法，其中使用了根据本发明的模具。特别地讲，本发明的范围包括利用根据本发明的铸造模具铸造熔态合金的方法，利用根据本发明的矫形模具制造矫形器或假肢的方法，以及利用根据本发明的艺术作品模具复制雕塑类型的艺术作品的方法。
本发明还涉及一种模具和模具制造方法，其特征在于组合了前面以及后面所描述的各种特性中的一些或全部。


通过下面参照附图所作说明，本发明的其它目的、特点和优点可以更清楚地展现出来，附图中示出了以非限定的方式给出的本发明的优选实施例。
图1是根据本发明第一种形式的用于制造模具的压力机的示意性剖视图。
图2是根据本发明的两部分式模具的透视图。
图2a是图2中的模具的外表面的局部剖视图。
图3是根据本发明第一种形式的用于制造模具的另一种压力机的示意性局部剖切透视图。
图4是根据本发明的另一种两部分式模具的透视图。
图5是显示根据本发明第二种形式的方法的透视图。
具体实施例方式
图1中示出了根据本发明第一种形式的模具制造方法。模型3被放置在单轴压力机1中，模型具有将要利用模具制造的物品的形状，压力机具有正方形或矩形截面的板2，沿着模型3的中平面将压力机分隔为两部分的横向间隔片材7，以及延伸于模型3与压力机1的壁之间的硬质可移动或可解体的管4，该管优选被充填。
然后，第一层膨胀石墨5形成在间隔片材7的一侧，即围绕着模型3的第一半部，第二层膨胀石墨6形成在间隔片材7的另一侧，即围绕着模型3的另一半部。如此形成的各层5、6因此而完全覆盖模型3。
然后，通过驱动压力机的至少一个板2而压缩各层膨胀石墨，直至将它们压实。所施加的压缩比是基于模具的预期用途、特别是可模塑材料而选择的。在铸造模具的情况下，各层被如此压缩，以获得密度大于100kg/m3的压实石墨块。
通过压缩而被压实形成的两个平行六面体(长方体)石墨块5a、6a被从压力机中撤出，然后沿着由间隔片材7划分边界的结合部将它们分开。所述分隔片材、模型3和管4被撤出。由此获得了具有两部件11、10的模具，这两部件分别对应于一个压实块。部件11包括内凹部9，其形成在压实石墨块6a中，并且基本上对应于模型的一半。部件10包括内凹部8，其形成在压实石墨块5a中，并且基本上对应于模型的另一半，以及流道12，其是由管4形成的，并且延伸于内凹部8与该石墨块的外表面之间。
每个部件10、11还在它们的被施加压力机板的外表面15、16上包括采用凹槽形式的线性俘获结构13和采用带尖角或定向凹腔形式的点式俘获结构14。为了实现这一点，所用压力机的板分别设有压印模，压印模具有相应的带尖角或定向突起和肋(未示出)，它们的深度(沿压缩方向的尺寸)为1cm至5cm，宽度为1mm至1cm。各层膨胀石墨5、6的压缩导致所述俘获结构被压入块10、11的表面15、16中。这些结构的尺寸和几何形状适合于俘获红外波。线性俘获结构可以是例如具有半圆形(如附图标记13所示)、正方形、三角形或梯形横截面的直凹槽或沟，或具有任何横截面的弯曲凹槽或沟，等等。点式俘获结构可以是例如具有正方形、三角形或半球形横截面的锥形或金字塔形凹陷，等等。
俘获结构的几何形状可以更为复杂，并且可以针对特定的应用、特别是针对具有给定波长的发射源而进行数学计算来确定尺寸。应当指出，可以在同一模具上产生不同且变化的俘获结构(如图示的那样)，或者提供仅仅一种类型的俘获结构(线性或点式)，或者提供单一图案或特定形状。
俘获结构13、14既可以俘获从外界源向模具发出的红外波，又可以增大模具的热交换表面面积，以增强通过模具与外界之间的辐射而实现的热交换，从而提高辐射的加热或冷却效率。
图3和4示出了根据本发明第一种形式的另一种模具制造方法。在三轴压力机23的中央布置着—模型24，其用于复制将利用模具制造的物品；—间隔片材25，其沿模型的中平面围绕着模型；—由硬质管制成的网架26，其设置在间隔片材中，并且被设计成在模具中形成用于接收加热/冷却液体的管道；—管(未示出)，其至少延伸于模型与压力机的两个柱的交界面之间，以形成伸入模具中的流道。
膨胀石墨32被引入位于模型两侧的各个柱34、35、36中，以形成由间隔片材25分隔的两层膨胀石墨。用于覆盖各层膨胀石墨的膨胀蛭石31从压力机的各个柱34、35、36的每个端部引入所述柱中。
然后，通过使压力机的六个板向压力机中心移动，所形成的各层被压缩，其中，柱35的板被沿着方向C驱动，柱34的板被沿着方向B驱动，柱36的板被沿着方向A驱动，直至它们相遇而形成一个立方体。
如此形成的模具随后被从压力机中撤出，然后沿着由间隔片材25划定边界的结合平面33打开。片材25、由管制成的网架26、流道管和模型24被从模具中撤出。通过这种方式，获得了具有两个部件21、22的模具，每个部件对应于一个混合压实块。模具的每个部件或半部包括内部压实层32a，其由压缩的膨胀石墨形成并且限定出凹部29，以及外部压实层31a，其由压缩的膨胀蛭石形成并且覆盖着内部压实层32a，以形成模具的隔离(绝热)保护部。
引入压力机中以形成各层的膨胀石墨和膨胀蛭石的量基于压力机的尺寸以及压实层31a、32a的预期最终密度而被选择。
每个模具半部21、22还包括槽27、28，所述槽与另一模具半部上的对偶槽一起形成用于供模具加热/冷却液体流通的通道。至少一个模具半部21、22还包括延伸于模具外表面与凹部29之间的流道30。该流道用于引入或注射可模塑材料，优选为液态。
应当指出，用于加热/冷却液体流通的独立回路可以形成在每个模具半部的石墨层32a中。这种方案由于能够确保回路的完整流体密封性而是优选的。还应指出，可以在任何压缩之前在么哥膨胀石墨层中嵌入电阻(电缆)，其被设计成连接到电流发生器，以便通过辐射而加热模具。
为了获得根据本发明的模具，也可以使用图1所示的单轴压力机，以形成两层膨胀石墨，每层位于模型的相应一侧，然后，形成两层膨胀蛭石，每层位于膨胀石墨层的相应一侧，然后，沿单一方向压缩各层。如此获得平行六面体(长方体)模具(由两个混合块构成)，其只有两个相反表面被蛭石压实层隔离。
作为一种改型，前面压实的四层(与模型一起)被放置在单轴压力机中，以使蛭石层平行于压力机的压缩方向延伸，然后各层被压缩。如此获得的模具是由依次在两个正交方向上被压缩后的两个混合块构成的。可以重复操作，以便在与前两个方向正交的第三方向上压缩各层。
在每个所述第二、第三次压缩操作之前，可以形成由膨胀蛭石构成的两个新层，每层位于已被压实的各层的相应一侧上。通过这种方式，可以获得平行六面体(长方体)模具(由两个混合块构成)。如果只进行了两次压缩的话，则模具在其四个表面被蛭石压实层隔离；如果进行了三次压缩的话，则模具在其六个表面被蛭石压实层隔离应当指出，在模具的至少一个表面没有隔离(绝热)蛭石压实层的情况下，可以通过使所述表面接触加热(或冷却)体而加热/冷却所述表面，以实现对模具内的温度控制。这样，作为再次压缩的膨胀石墨的有利热性能的结果，不需要为了能够控制模具在凹部周围的温度而在石墨层中形成或嵌入加热/冷却回路。
图5示出了根据本发明的第二种形式成型一只手的方法。为了完成这一目的，使用了两个预压实层40、41，它们已经在单轴压力机(例如图1所示)中沿一个方向被略微压缩。在图示的实施例中，各层已被沿着平行时方向D的方向压缩从而被预压实。应当指出，可以使用在多个方向、特别是在三个正交方向上被压缩后的膨胀石墨形成的预压实层。然而，这种做法显然会增加制造成本。
层40、41的密度优选为30至45kg/m3，即比膨胀石墨的实体密度略高。这种预压实层因此而仍然具有很高的可模塑性。低压力足以在石墨中留下凹坑。
根据本发明，将被模塑的手42被放置在两层40、41之间，然后，所述各层被沿着方向D向手上压缩。特别地，压缩历史家在层41的上表面上，直至各层完全包围手，也就是各层的对置表面相会。这两个压实层被称作压实块，它们随后被分开，以使手从模具中撤出。
根据这种方法，不需要再两层40、41之间提供间隔片材。由于各层被预压缩，因此它们具有由可以彼此相对滑动的平行鳞片构成的层合结构，所述鳞片与各层的预压缩方向正交，在本例中与方向D正交。施加在层40、41上以形成模具的力通过与平行鳞片正交的应力传递到构成表面43、44的平行鳞片上，所述应力不足以导致所述鳞片呈瓦状(鳞状)叠覆。
显然，本发明可以对前面描述以及图中示出的各个实施例作出各式各样的改造。
特别地讲，本发明不但能够制造两部分式模具，例如图示的那些，而且可以制造单部分式模具(这种模具必须被弄破才能取出物品)或三部分式、更多部分式模具。另外，压力机可以是任何类型的，并且可以具有任何截面。
权利要求
1.一种用于制造模具的方法，所述模具利用被称作可模塑材料的材料成型物品，待成型物品的模型被使用并且被覆盖被称作造型材料的材料，其中膨胀石墨被用作造型材料，所述模型(3)被膨胀石墨覆盖而形成一个连续的膨胀石墨层，或是形成分布在模型上的彼此分开的多个膨胀石墨层(5，6)，所述膨胀石墨层被向模型压缩，以使每个层形成不可被所述可模塑材料渗入的压实石墨块(5a，6a)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一层(5)膨胀石墨形成在模型的一侧，第二层(6)石墨形成在模型的另一侧，以完全包围模型(3)，从而获得两部件(10，11)形式的模具。
3.一种用于制造模具的方法，所述模具利用被称作可模塑材料的材料成型物品，待成型物品的模型被使用并且被覆盖被称作造型材料的材料，其中膨胀石墨被用作造型材料，通过在至少一个方向上压缩膨胀石墨而形成的被称作预压实石墨层(40，41)的密度为30至50kg/m3的至少一层被使用，所述预压实层(40，41)被放置在模型(42)上，然后，所述预压实层被向着模型压缩，以覆盖模型并且使每个层形成不可被所述可模塑材料渗入的压实石墨块。
4.如权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，所述膨胀石墨层(5，6)或预压实石墨层(40，41)被压缩以获得一个或多个密度大于40kg/m3的压实块。
5.如权利要求1至4中任一所述的方法，其特征在于，所述膨胀石墨层(5，6)或预压实石墨层(40，41)被压缩以获得一个或多个密度大于100kg/m3的压实块。
6.如权利要求1至5中任一所述的方法，其特征在于，所述膨胀石墨层(32)或预压实石墨层在多个方向上被压缩。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述膨胀石墨层(32)或预压实石墨层在三个正交方向上被压缩。
8.如权利要求1至5中任一所述的方法，其特征在于，所述膨胀石墨层(5，6)或预压实石墨层(40，41)在单一方向上被压缩。
9.如权利要求1至8中任一所述的方法，其特征在于，所述膨胀石墨层(5，6，32)或预压实石墨层(40，41)在每个方向上经受单次压缩操作。
10.如权利要求1至9中任一所述的方法，其特征在于，所述膨胀石墨层(5，6，32)或预压实石墨层(40，41)经受单次压缩操作。
11.如权利要求1至9中任一所述的方法，其特征在于，所述膨胀石墨层或预压实石墨层在至少一个方向上经受多次不同的压缩操作。
12.如权利要求1或11所述的方法，其特征在于，沿所述方向实施压实膨胀石墨层的第一次压缩，以使得所述膨胀石墨层被形成为可被搬运，接下来实施第二次压缩，以获得具有预期密度的压实块。
13.如权利要求1至12中任一所述的方法，其特征在于，所述膨胀石墨采用天然膨胀石墨。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个膨胀石墨层(32)被膨胀蛭石层(31)至少部分地覆盖，然后，所形成的所有层被一起压缩，从而对应于所形成的每个蛭石层获得由压实的石墨/蛭石构成的被称作混合块(22)的块。
15.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所使用的至少一个预压实层是被称作混合层的层，其由至少两个叠加的层构成，其中一层为膨胀石墨，另一层为膨胀蛭石，所述各层沿至少一个方向被压缩，以使得石墨的密度为30至50kg/m3，并且蛭石被压实，所用的每个混合层以下述方式布置在模型上，即石墨层被朝向模型定位。
16.如权利要求1至15中任一所述的方法，其特征在于，在至少一个膨胀石墨层或预压实石墨层的形成过程中，加热/冷却元件被安置在所述层中。
17.如权利要求1至15中任一所述的方法，其特征在于，通过在相应的膨胀石墨层(32)或预压实石墨层的形成过程中在所述层中放置至少一个可解体或可拆除的管(26)，从而在至少一个块的石墨体中直接形成可接收加热/冷却流体的至少一个通道(27，28)，在所述块被压实后，所述管被解体或撤出。
18.如权利要求1至17中任一所述的方法，其特征在于，在膨胀石墨层或预压实石墨层被压缩的过程中，被称作俘获结构的适合于俘获红外波的敞开式凹入结构被压入形成在至少一个块的至少一个被称作外表面的表面中。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，压入形成的俘获结构的至少一个前侧尺寸为1μm至2cm，深度为1μm至10cm。
20.一种利用如权利要求1至19中任一所述的方法制成的模具。
21.如权利要求20所述的模具，其特征在于，其包括至少一个被称作混合块的压实块，所述块具有至少两个结合层，其中包括一个压缩的膨胀石墨层和一个至少部分地覆盖所述膨胀石墨层的压缩的膨胀蛭石层。
22.如权利要求20或21所述的模具，其特征在于，其包括至少一个压实块，所述压实块具有至少一个被称作外表面的石墨表面，该表面设有被称作俘获结构的适合于俘获红外波的敞开式内凹的压入结构。
23.如权利要求22所述的模具，其特征在于，俘获结构的至少一个前侧尺寸为1μm至2cm，深度为1μm至10cm。
24.如权利要求20至23中任一所述的模具，其特征在于，所述模具为铸造模具。
25.如权利要求20至23中任一所述的模具，其特征在于，所述模具为矫形模具，用于成型矫形器或假肢。
26.如权利要求20至23中任一所述的模具，其特征在于，所述模具为艺术作品模具。
27.一种成型物品的方法，其使用了如权利要求20至26中任一所述的模具。
28.一种浇铸熔态合金的铸造方法，其使用了如权利要求24所述的铸造模具。
29.一种成型矫形器或假肢的方法，其使用了如权利要求25所述的模具。
30.一种复制雕塑类艺术作品的方法，其使用了如权利要求26所述的模具。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造模具的方法，所述模具利用被称作可模塑材料的材料成型物品，待成型物品的模型被使用并且被覆盖被称作造型材料的材料，其中膨胀石墨被用作造型材料，所述模型(3)被膨胀石墨覆盖而形成一个连续的膨胀石墨层，或是形成分布在模型上的彼此分开的多个膨胀石墨层(5，6)，所述膨胀石墨层被向模型压缩，以使每个层形成不可被所述可模塑材料渗入的压实石墨块。本发明的一种改型包括使用至少一个预压实石墨层，其通过在至少一个方向上被压缩而具有30至50kg/m
文档编号B22C9/00GK1863622SQ200480029123
公开日2006年11月15日 申请日期2004年10月5日 优先权日2003年10月6日
发明者塞尔日·达席尔瓦, 皮埃尔·格罗, 塞德里克·勒冈, 雅克·普罗斯多奇米, 西尔万·皮布法特 申请人:6T-Mic 工程公司