压铸模具以及借助伞形浇口制造空心塑料模制件的方法
【专利摘要】本发明涉及一种压铸模具(10)和一种方法用于制造由纤维增强塑料材料(2)构成的空心模制件(1)，该压铸模具(10)至少包括一个具有喷嘴(13、22)的第一模具半部(11)和一个具有至少一个型芯(14)的第二模具半部(12)。在型芯(14)和第一模具半部(11)之间构成可填充塑料材料的型腔(15)，该型腔通过伞形的浇道(3)与喷嘴(13、22)相连，该浇道具有球形区域(3a)。塑料材料借助喷嘴(13)通过伞形的浇道(3)在构成伞形浇口件(4)的情况下喷射到型腔(15)内，塑料材料(2)首先流过浇道(3)的球形区域(3a)并且接着进入型腔(15)中。
【专利说明】压铸模具以及借助伞形浇口制造空心塑料模制件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压铸模具及一种用于由纤维增强塑料材料制造空心模制件的方法。该模具至少包括一个具有喷嘴的第一模具半部和一个至少具有型芯的第二模具半部，其中，在型芯和第一模具半部之间构成可填充塑料材料的型腔，该型腔通过伞形的浇道与喷嘴相连。
【背景技术】
[0002]旋转对称的、尤其是管状的塑料模制件在使用伞形浇口的情况下进行注塑，这是众所周知的。由此实现均匀地填充型腔的整个横截面，不会在压铸模具制件时产生降低强度的接缝。
[0003]按照现有技术，伞形浇口通过中心输入的、漏斗形的浇道形成。该浇道将中心的、与要制造的注塑件共轴的喷射点与型腔连接。直接在伞形浇口之前，即在将液体的塑料模塑材料输入到浇道中的通道的喷嘴侧的端部上，存在空间区域、即所谓的浇口锥体，喷嘴将塑料材料喷射到浇口锥体内。浇口锥体过渡到伞形浇口中，其中，在过渡区域上伞形浇口几何体具有大于135°的锥角，从而塑料模塑材料在锥形输送通道的端部上转向到一个具有径向分量的方向上。接着，塑料模塑材料以相对于模制件轴恒定的角度伞形地向型腔流动。按照现有技术，喷射出的塑料模塑材料在浇道的靠近型腔的端部再次转向大约90°，即该塑料模塑材料沿轴向方向进入型腔中。在其他实施方案中，伞形的浇道以钝角过渡到型腔中。
[0004]在制成注塑的模制件之后，移除伞形浇口件连同浇口锥体。在此产生了废料并且此外需要再加工模制件。尽管如此，伞形浇口适用于制造具有高尺寸稳定性的高品质模制件。
[0005]业已证明，当使用纤维增强塑料时在常规的伞形浇口几何形状中产生剪切力，由此增强纤维会被破坏，尤其是被折断。此外，在喷射时塑料模塑材料的转向会导致聚合物分子的拉伸，由此塑料模塑材料的特性会改变。另外，转向位置、台阶、边缘，侧凹部和其他在浇道中的障碍物始终导致在流动的塑料模塑材料中的涡流，由此不会实现定义的纤维定向。然而，对于高品质的纤维增强塑料模制件而言，期望在模制件中十分确定的纤维定向，因为纤维定向一方面影响机械强度特性并且另一方面影响塑料的收缩和因而已制成的模制件的尺寸稳定性。
【发明内容】
[0006]因此本发明的任务在于，克服上述缺点并且提供一种用于制造空心塑料模制件的伞形浇口几何形状，该伞形浇口几何形状对于喷射到型腔中的塑料模塑材料而言是有利于流动的并且导致增强纤维的针对性的定向。
[0007]本任务通过按照权利要求1的压铸模具以及通过按照权利要求17的制造方法解决。方法或模具的有利的进一步改进在各从属权利要求中给出。
[0008]按照本发明，建议一种用于制造由纤维加强塑料材料制成的空心模制件的压铸模具，其至少包括一个带有喷嘴的第一模具半部和一个至少带有型芯的第二模具半部，其中，在型芯和第一模具半部之间构造有可填充塑料材料的型腔，该型腔通过伞形的浇道与喷嘴相连，其中，浇道具有球形区域。浇道在填满塑料后形成伞形浇口件，该伞形浇口件要从制成的注塑件上分离，以便得到所希望的模制件。
[0009]不同于漏斗状的浇道，如其在现有技术中使用的那样，因此本发明建议:将浇道构造成球形的，从而浇口几何形状和在注塑过程之后最终存在的伞形浇口件是半球壳或球截形式的球形的。在此然而不是强制所需的是:球形区域构成完整的半球壳。该球形区域也可以由一个半球壳部分构成。
[0010]从喷嘴出发，塑料材料在中心喷射到球形区域并且随后弧形地在本发明的浇道中引导，以便接着进入型腔中。这意味着，浇道在横截面上至少部分是半圆形或半圆的部分形状的。由此，虽然与按现有技术的在横截面上是Y形的漏斗状的浇道的实施形式相比，在浇道内的流道变大，但是浇道的球形几何形状提供了利于流动的特性，另外的原因是，由于该球形几何体是旋转对称的。塑料材料被较小地剪切，从而增强纤维受到更小的破坏并且塑料聚合物的高分子不会受到拉伸。此外，增强纤维可以最优定位在流动方向上，从而该增强纤维在进入型腔时不具有不规则结构。这进一步导致了更好的和可复制的模制件特性，如下面进一步说明。
[0011]球形区域可以直接通到型腔中，即轴向平行地过渡到型腔中。在这种情况下，球形区域通过完整的半球壳构成。由此避免可能导致流动涡流的进一步的模塑材料转向。
[0012]作为替代方案，浇道具有至少两个不同几何形状的区域。每个几何形状在此都会引起特殊的优点。所以可以在球形区域和型腔之间尤其是附加有一个锥形区域和/或一个或两个圆柱形区域。这在下面还会加以解释。
[0013]例如有意义的是，浇道在其球形区域和型腔之间还具有锥形区域。由此，球形区域的直径可以被减小和/或不需要构成完整的半球壳，从而浇道的球形区域的体积也会变小。由此，通过待分离的伞形浇口件产生较少的废料，这尤其在高品质、昂贵的塑料模塑材料的情况下是特别重要的并且导致经济制造。
[0014]在减少废料的背景下，浇道的宽度，即两个对置的、限定浇道的壁的垂直于流动方向的距离，通常保持尽可能的小，以便使伞形浇口几何形状的总体积最小。因此，通常型腔的宽度、即待制造的模制件的壁厚要大于浇道的宽度，即大于所构成的伞形浇口件的壁厚。型腔与浇道的连接部的横截面因此小于模制件本身的横截面。这也归功于这样的愿望:可以更容易地将伞形浇口件从模制件上移除。
[0015]然而由此在从伞形浇口几何形状到型腔的过渡(下面称为分型面)的后面对于塑料模塑材料而言构成侧凹部。当塑料材料轴向平行地从浇道流入型腔时，于是可以形成所谓的自由喷射，即导致在型腔的侧面上的超前流动，该流动与型腔的外壁没有或仅有不充分的接触。虽然该接触通过塑料模塑材料的不断喷入和与之相关联的在型腔内建立的压力得到改善，但是这也没有引起塑料材料和型腔外壁之间的最佳的接触。部分地，这种效果也可能在型芯这一侧上出现。
[0016]为了避免或至少最小化自由喷射形成的上述效果，浇道的锥形区域直接通到型腔中，从而在进入型腔时模塑材料的流动完全地朝型腔外壁的内侧面定向。可以由此改善塑料模塑材料和型腔外壁之间的接触。所述的实施方案导致在横截面上是铃铛形的伞形浇口件。
[0017]已证实尤其有利的是，锥形区域、尤其是主要流动方向与型芯的轴线(伞形浇口中心轴线)构成20°到40°、尤其是20°到30°、优选22°到23°的半锥角时。由此尽可能地避免型腔外壁的接触损失。
[0018]优选浇道在球形区域和型腔之间、尤其是球形区域和锥形区域之间具有另外的构造为圆柱形的区域。这具有两个作用。一方面，通过该圆柱形区域可以具体地按照使用的塑料模塑材料确定喷嘴和型腔之间的距离。因为该圆柱形区域增大了到型腔的距离。这在喷嘴与型腔之间必须存在特别高的温差是有利的，这会因此引起热隔离。
[0019]如果使用例如塑化的热塑性塑料如PEEK (聚醚醚酮)作为塑料模塑材料来制造模制件，该模制件在型腔温度大约为200°C时并且模塑材料温度大约为400°C时进行加工，喷嘴或者第一模具半部的紧邻喷嘴的区域相应地具有超过200°C的温度。与之相对，型腔必须在注塑期间或注塑之后被冷却。为了实现喷嘴和型腔的热分离，可以相应地确定圆柱形区域的长度，例如为Imm到1mm之间或为浇道的球形区域的最大外直径的3%至30%。
[0020]另一方面，圆柱形区域构成用于塑料材料的进口路程，在该进口路程中纤维在进入型腔之前可以在流动方向上定向，从而在进入型腔时纤维在流动的塑料模塑材料中的定向业已按照规定。这又会引起，大多数纤维已经在型腔的始端很好地定向在流动方向上，由此会实现沿着模制件的轴向长度地均匀地收缩并且模制件由此是尺寸稳定的。这还会在下面加以解释。
[0021]第一模制件半部和第二模制件半部可以在圆柱形区域的区域内具有导热性差的元件，例如陶瓷板，以便额外支持热分离。
[0022]一般来说，可以通过圆柱形几何形状位置的结合已经在早期的型腔填充阶段中就可以实现更为均匀的纤维定向。另一方面，可以通过圆柱形元件在热塑性塑料的情况下为相应的材料最佳地调整或适配到模具的热侧(喷嘴侧)或到热道喷嘴的距离，以便实现足够的热分离。由此，到实际的模制件几何形状的必要距离可以被优化，即模制件的收缩较少地或者说在绝对必不可少的程度上受到热侧的热影响。由此，尤其在加工高温热塑性塑料时产生更稳定的加工工艺窗并且最后产生具有可再生质量的尺寸稳定的模制件。
[0023]浇道可以在过渡到型腔之前、即在分型面之前具有一个壁厚，该壁厚至少为过渡之后的型腔壁厚的40%。对于流动的塑料模塑材料而言位于分型面后面的侧凹部因而最大为直接在分型面之前的浇道的壁厚的60%。通过伞形浇口以相对于模制件壁厚的至少40%的壁厚横截面的连接，保证均匀的和良好的压力传递。这相对于传统的常见的具有非常小的、通常只有0.1mm的连接横截面的伞形浇口在注塑过程中的过程控制方面和在高精度件的情况下通过后续压力控制来影响模制件尺寸方面具有显著的优点。
[0024]通过所述的侧凹部在型腔中形成一个区域，在该区域中增强纤维在塑料模塑材料流入型腔时垂直于流动方向、即垂直(径向)于模制件中心轴线定向。这又会导致，在注塑塑料模制件的情况下始终存在的径向收缩在该区域内更小地出现，因为纤维的径向定向减少了在径向上的收缩。这又会引起，管状的模制件在塑料模塑材料硬化之后在模塑材料进入型腔的区域内、即在邻近伞形浇口的区域内获得与在远离伞形浇口的区域内、即尤其是在对置的轴向端部上不同的模制件直径。塑料模制件由此得到了不希望的喇叭形的形状。
[0025]这可以避免，方式为将侧凹部相对于浇道的宽度选择成尽可能小的或者避免侧凹部。然而，这仅仅在一定的范围内是可行的，因为待加工的塑料模制件一定必然具有特定壁厚并且相对于此浇道应该是最小的，以便通过分离伞形浇口件产生的废料量保持很小，尤其是在这种情况下，即使用高品质、昂贵的塑料模塑材料时，该塑料模塑材料特别是不可以再利用。40%到60%的宽度的分型面在此证明是一种折中方案，由此，可以尽量避免增强纤维的径向定向、即垂直于流动方向的定向。所提到的宽度选择不仅对其中球形区域轴向地或与轴向平行地过渡到型腔的实施方案适用，而且对带有锥形区域的实施方案(在此方案中塑料模塑材料相对于模制件轴线倾斜地进入型腔)适用。
[0026]当所述浇道均匀地扩展到型腔的壁厚时，产生一种尤其有利的进一步构造。这意味着，不存在侧凹部，即所述分型面是环形的表面，其而后构成制成的模制件的端面。由此会完全防止了增强纤维在靠近分型面的区域沿径向定向，从而沿着待制的模制件的整个轴向长度在塑料模塑材料硬化时存在均匀的收缩，由此达到特别好的尺寸稳定性。在此要忍受浇道的体积增大并且因而废料量提高。
[0027]所述扩展例如可以在浇道的锥形区域中、尤其是从其起点开始进行或(如果在按本发明的伞形的浇道中不存在锥形区域)朝向球形区域的末端进行，或在另外的可选方案中在圆柱形区域中进行，该圆柱形区域与球形区域相连。最后也可能的是，浇道宽度的扩展在两个或所有区域中进行。
[0028]在按本发明的压铸模具中，所述型芯在其与喷嘴对置的区域内可以具有锅形的、构成自由空间的凹口，该凹口用于收集熔体、即作为熔体收集器。该凹口引起，首先直接在喷嘴前面在构成容器收集器的凹口中收集从喷嘴轴向流出的塑料模塑材料，其中，所述塑料随后从该容器出发径向地进入浇道的球形区域中并且被弧形地转向。这引起在至少一部分增强纤维中的第一定义的定向、尤其是沿流动方向的定向。
[0029]此外，所述熔体收集器的作用在于，收集固化的模塑材料在喷嘴上可能形成的凝块，该凝块可能在最后的注塑过程之后已经形成，从而塑料模塑材料的固化部分不能进入浇道中并且从而不能进入型腔中。否则由于局部产生的纤维不均匀性，将强烈损害材料特性尤其是机械稳定性、收缩性并且因而尺寸稳定性。通过使用熔体收集器、即按本发明的与喷嘴相对的凹口，可能的凝块被收集并且塑料模塑材料在凝块旁边流进球形浇道。
[0030]在型芯中的凹口因而构成一种具有尤其是圆形的横截面的锅的形状，从而制造是特别简单的。所述横截面在尺寸上应该至少等于喷嘴的宽度、即等于喷嘴的喷嘴开口的直径，其中，优选应当选择横截面比喷嘴开口宽10%至30%，从而保证，塑料模塑材料可以充分地在可能收集的凝块旁边流过。
[0031]为了避免塑料模塑材料和包含在其中的增强纤维受到剪切，有利的是，型芯从型芯中的凹口到浇道的球形区域的过渡区域倒圆角，尤其加强倒圆角，其例如具有至少等于伞壁厚的2/3的半径。在此，进入浇道的球形部分中的流入区域变宽，由此支持纤维定向。
[0032]优选按本发明的压铸模具的第二模具半部具有顶料器，该顶料器共轴地穿过型芯引导，其中，该型芯朝向喷嘴定向的轴向端部限定浇道。这导致，顶料器的轴向端面贴靠在制成的注塑件的伞形浇口件的内侧面上，从而所述顶料器在相对于型芯运动时施加压力到伞形浇口件上，由此注塑件被轴向地从型芯向下推出。在该脱开过程中，注塑件必然受到机械应力，尤其是由于在型芯上的附着而被拉伸，其中，在使用仅作用在伞形浇口件上的顶料器时，该应力被限制在伞形浇口件上。所述制成的空心的塑料模塑材料由此不会机械负载。
[0033]如果所述型芯具有作为熔体收集器的凹口，那么顶料器的朝向喷嘴定向的轴向端部至少在底面上限定凹口或自由空间。这意味着，在塑料模塑材料的固化状态中在顶料器前面存在固化的塑料的实心块，所述顶料器可以挤压该实心块。由此，由顶料器施加的作用力更好地传递到伞形浇口件上并且该伞形浇口件由此在从型芯上脱开模制件时被很小地拉伸。
[0034]所述顶料器的轴向端部可以是T形的。尤其在端面上可以构造为凸的，例如在端面上具有球区段的形状，该球区段构成浇道的径向内置的壁。由此，可以实现顶料器到伞形浇口件的大面积的力传递。在该实施方案中，顶料器的轴向端部仿佛构成型芯的前面部分。只要型芯具有用于收集熔体的凹口，该凹口就设置在顶料器中。
[0035]此外，顶料器作用也可以设计成所谓的Z形顶料器，以便在模具打开运动时将模制件可靠地保持在顶料器侧面上。
[0036]此外还可能的是，顶料器的轴向端部具有侧凹部。这引起，在模具打开运动时所述顶料器可靠地将注塑件保持在型芯上并且注塑件不会由于强烈的附着力而保持附着在第一模具半部中。侧凹部例如可以通过如下方式实现:顶料器的端部区段在横截面上是Z形成型的。这意味着，在顶料器的轴向端部在其中一个边缘侧面上在轴向方向上突出一个齿，该齿朝向一侧如此倾斜，使得该齿在其自由端部上比在其基部上宽。熔体收集器几何形状由此在轴向上变长。
[0037]根据按本发明的压铸模具的上述实施方案的另一有利的进一步构造，基本上是圆柱形的区域与锥形区域相连，该圆柱形区域以与型腔相同的壁厚通入该型腔中并且在外部具有倒圆角的凸肩，其中，从锥形区域到圆柱形区域的过渡具有内圆角，该内圆角的半径等于或大于所述凸肩的半径。该实施方案导致伞形浇口的改进的外轮廓，该外轮廓在两组分式注塑方法中使得可以在制成的塑料模制件的按本发明的伞形浇口件上放置另一具有最佳流动特性的伞形浇口件。这意味着，所述按本发明的在第一注塑阶段制成的伞形浇口件然后构成第二伞形浇注通道的内限制壁、即仿佛在接下来的第二注塑阶段构成型芯。由于这个原因所需的是，内部伞形浇口件在其外侧面上的伞形几何形状具有尽可能强烈的倒圆，因而该倒圆对于在第二注塑阶段喷射在内部伞形浇口件的塑料模塑材料而言是利于流动的。
[0038]根据按本发明的压铸模具的另一优选的进一步构造，所述喷嘴可以具有可关闭的喷嘴开口，该喷嘴开口直接通入浇道的球形区域中。由此避免在传统的伞形浇口情况下始终存在的且导致废料的浇口锥体。喷嘴开口的关闭例如可以借助喷嘴针阀实现，该喷嘴针阀在关闭状态时限定浇道的球形区域。
[0039]此外，按本发明提出一种用于由塑料材料制造空心的塑料模制件的方法，借助喷嘴通过构造伞形浇口的伞形浇道将该塑料材料喷射到型腔内，其中，所述塑料材料首先流过浇道的球形区域并且接着进入型腔中。这可以直接或间接发生。
[0040]如上所述，由此最大化降低塑料材料受到的剪切、即一方面聚合分子的拉伸以及另一方面增强纤维的损坏、尤其是折断。此外，所述球形区域基于流动的塑料模塑材料不存在有角度的转向而确保增强纤维的改进的定向。
[0041]优选所述塑料材料在球形区域之后经由至少一个另外区域、如浇道的一个锥形区域流进型腔中。后者意味着，塑料斜着流入型腔中，由此防止形成自由喷射，并且改进塑料材料与型腔外壁的接触。
[0042]在一个有利的进一步构造中，所述塑料材料在球形区域之后经由浇道的一个圆柱形区域并且在此之后才经由浇道的一个锥形区域流入型腔中。通过轴向长度可以自由规定的圆柱形区域，可以预定在喷嘴和型腔之间的距离，由此实现喷嘴区域和型腔的热分离，该喷嘴区域和型腔具有不同的温度。此外，所述圆柱形区域用于构成用于所述型腔构造的进口路程，在该进口路程中所述增强纤维可以业已尽可能地在流动方向上定向。
[0043]最后，为了在制成的模制件硬化之后将其顶出，顶料器可以与型芯共轴地运动。该顶料器可以直接朝填满的浇道、即朝伞形浇口件，或朝型腔中填充塑料的、与喷嘴对置的凹口挤压，并且可以将模制件沿轴向方向从型芯推出来。由此避免:制成的模制件在从压铸模具上顶出时受到机械应力，尤其是被轴向拉伸并且由此可能变形。
[0044]塑料模塑材料或者塑料材料按本发明不仅可以是热塑性塑料而且可以是热固性塑料。在前一种情况下，热的塑料熔体从喷嘴喷入浇道和型腔中，紧接着型腔必须被冷却。在热固性塑料的情况下，与之相反，型腔必须被加热，以便导致聚合作用、即塑料模塑材料的硬化。
[0045]作为增强纤维例如可以使用玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维或金属纤维。
[0046]所述按本发明的方法适用于制造任意的空心的、尤其是旋转对称的模制件。因此，例如可以制成由塑料制成的用于离心泵的滑动轴承、用于湿运行泵的缝管或缝罐或带有圆柱形凹口的复杂模制件。在多组分的支承单元的情况下，用于第一材料阶段的第一浇口几何形状及其到实际的模制件的过渡的利于流动的结构可以用于提供利于流动的用于第二材料阶段的第二浇口几何形状。然而最终这在其他空心模制件的情况下也是可能的。
[0047]因此，按本法明的方法也由此有利地进一步设计:喷射另外的塑料材料到由第一材料组分组成的伞形浇口件上以构成另外的伞形浇口件(“伞上伞”注塑)。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]本发明的另外的优点和特征借助于下面的实施例和附图进一步描述。其中:
[0049]图1示出了在喷射过程之前处于关闭状态的按本发明的压铸模具；
[0050]图2示出了按图1的带有打开的喷嘴针阀的压铸模具；
[0051]图3示出了按图1的带有打开的喷嘴针阀和形成的注塑件的压铸模具；
[0052]图4示出了按图1的带有关闭的喷嘴针阀和形成的注塑件的压铸模具；
[0053]图5示出了制成的模制件毛坯的侧视图；
[0054]图6示出了制成的模制件毛坯的透视图；
[0055]图7示出了模制件毛坯的轴向剖视图；
[0056]图8示出了带有尺寸标注的模制件毛坯的轴向剖视图；
[0057]图9示出了模制件毛坯的锥度说明；
[0058]图10示出了制成的模制件毛坯的第二实施方案的轴向剖视图；
[0059]图11示出了模制件毛坯的第二实施方案的透视图；
[0060]图12示出了具有Z型结构的顶料器和模制件毛坯；
[0061]图13示出了具有Z型结构的顶料器、模制件毛坯和附在里面型芯；
[0062]图14示出了按本发明的带有Z形顶料器的压铸模具在喷射过程之前处于关闭状态；
[0063]图15示出了按图14的压铸模具处于关闭状态，带有形成的注塑件；
[0064]图16示出了按图14的压铸模具处于打开状态压铸模具；
[0065]图17示出了按图14的压铸模具处于打开状态并且脱模注塑件压铸模具；
[0066]图18示出了按图14的压铸模具处于打开状态并且移去注塑件压铸模具；
[0067]图19示出了借助伞上伞注塑制成的支承单元的毛坯件；
[0068]图20示出了移去伞形浇口件的支承单元。
【具体实施方式】
[0069]图1至4示出了用于制造空心模制件的压铸模具10，该压铸模具包括第一模具半部11和第二模具半部12。第一模具半部具有带有喷嘴13的喷射单元和可将开口 21关闭的喷嘴针阀22。喷嘴针阀22通过塑化的塑料材料2的容器进行延伸。第二模具半部12包括型芯14，该型芯与模具板构造成一体并且在压铸模具10的关闭状态时与喷嘴13共轴地伸入第一模具半部11中。第一模具半部和第二模具半部是可以彼此相对共轴运动的。在型芯14和第一模具半部11之间以环形空间结构构造有可以填充塑料材料2的、旋转对称的型腔15，该型腔在一端通过伞形的浇道3与喷嘴13相连。浇道3在填满塑料2之后构成伞形浇口件4，该伞形浇口件之后会与制成的注塑件Ia分离，以便得到想要的模制件I。
[0070]经过图1至4示出的制造过程待制造的模制件I是用于泵的、尤其是湿运行结构类型离心泵的塑料滑动轴承。所述塑料材料是玻璃纤维或碳纤维增强的热塑性塑料，如PEEK、PPS (硫化聚苯醚)或PEI (聚醚酰亚胺)。
[0071]所述浇道3是旋转对称的并且沿轴向看具有多个不同几何形状的区域3a、3b、3c、3d，下面参考图5至7详细地说明这些区域。
[0072]图1示出了关闭状态的压铸模具。也就是说，第二模具半部12以型芯14伸入第一模具半部11中并且在型芯14和第一模具半部11之间构造型腔15。喷嘴13的开口 21直接通到浇道3的球形区域3a中。喷嘴13的喷嘴针阀22关闭开口 21。
[0073]图2示出带有打开的喷嘴13的压铸模具。喷嘴针阀22从其在开口 21中的密封座上抬起，从而释放开口 21并且塑料模塑材料2可以进入浇道3中并接着进入型腔15中。因此，从在开口 21上的中心喷射点出发在轴向上不断填充型腔15。
[0074]在图3中喷嘴13仍是打开的。型腔15当前完全被模塑材料2填满并且容纳了注塑件，该注塑件形成待制造的模制件I的毛坯形状la。毛坯形状Ia包括希望的模制件I和填满浇道3的伞形浇口件4。
[0075]在图4中喷嘴13再次关闭，并且喷嘴针阀22限定浇道3，同时在伞形浇口件4上构成喷嘴接触面5 (见图5至7)。喷嘴接触面5因而构成注塑件Ia的中心注塑点。这对于多腔模具是尤其有利的:由此可以避免之后导致废料的冷部分或避免热的熔体分布(热通道梁等)。接触面5此外能够适配相应的喷嘴横截面。
[0076]在图1至4中浇道3包括四个区域3a、3b、3c和3d，其构成轴向区段。第一区域3a构造成球形的。第一区域对应于完整的半球壳(球截)的形状并且首先在径向上将塑料从中心注塑点5均匀地伞形地分布到型腔15中并且随后随着轴向的方向矢量的增加弧形地分布到型腔15中。第二区域3b沿流动方向与第一区域3a相连，第二区域构造为圆柱形的、即构成一个直径恒定的环形空间。第三区域3c沿流动方向与第二区域3b相连，第三区域构造成圆锥形的、即构成一个具有渐增的直径的环形空间。最后，第四区域3d沿流动方向与第三区域3c相连，该第四区域也构造为圆柱形并且完全地过渡到型腔15中。
[0077]尤其如图2表示的，按照本发明所述塑料材料2从喷嘴13出发沿轴向方向在中心喷射到球形区域3a中并且随后在按本发明的浇道3中被弧形地引导，以便接着进入型腔15。因此，所述球形区域3a的任务在于，将在轴向上且从中心点喷入的模塑材料2弧形地转向并且同时分布在环形浇道上。浇道3的球形几何形状为塑料模塑材料2提供了特别利于流动的特性，因为塑料材料2更小地被剪切，从而增强纤维和可能的填充材料、例如玻璃纤维和/或碳纤维受到更少地损伤并且塑料聚合物2的高分子不会发生拉伸。所述增强纤维在球形的浇道3中穿流期间沿流动方向定向，从而该增强纤维在进入型腔15时不再具有不规则的结构。另外，这导致了更好的、均匀的和可复制的模制件特性。
[0078]由于第一圆柱形区域3b，热的喷嘴13和待冷却的型腔15之间的距离变大，从而实现这两个部件的更好的热分离。此外，圆柱形区域3b构成塑料材料2的进口路程，在该进口路程中纤维还可以更好地沿流动方向定向，因为此处流动不会改变方向。
[0079]通过使用锥形区域3c，将在球形区域3a端部的或在圆柱形区域3b端部上存在的环形空间的直径扩大为更大直径的环形空间，尤其是扩大到大约为型腔所具有的环形空间的直径。这意味着，在锥形区域3c端部的环形空间大于在球形区域3a端部的环形空间。由此也实现了，浇道3的球形区域3a的体积与一个这样的球形区域的体积相比更小，该球形区域的端部具有的环形空间的直径与型腔具有的环形空间的直径相等。由此，通过待分离的伞形浇口件4产生更少的废料，这尤其是在高品质、昂贵的塑料模塑材料的情况下是特别重要的并且导致经济的制造。
[0080]另外的相对较短的圆柱形区域3d与锥形区域3c相连。该圆柱形区域以与型腔15相同的壁厚通到型腔中。型腔15的横截面因而相应于待制造的模制件I的整个端面。由于锥形区域3c，塑料相对于型芯轴线8以a/2的角度(见图9)流入圆柱形区域3d中。这防止了所谓形成自由喷射的已知现象、即塑料2在型芯14上的超前，并且促使模塑材料2与型腔外壁有良好的接触。锥形区域3c的宽度、即界定在锥形区域内的浇道的两个对置的壁之间的垂直于流动方向的距离小于圆柱形区域3d的宽度，从而在模塑材料进入圆柱形区域3d中的进入位置之后存在侧凹部并且圆柱形区域3d于是可以无台阶地过渡到型腔15中。
[0081]图5至9示出了从模具I中提取的注塑件，即由待制造的模制件I和还需除去的伞形浇口件4构成的模制件毛坯la。所述伞形浇口件分成四个几何形状不同的轴向区段4a、4b、4c、4d，尤其见图5至8。图5示出模制件毛坯Ia的一个侧视图，图6示出一个透视图以及图7至9各示出一个轴向横截面。
[0082]第一轴向区段4a是半球壳形的并且由浇道3的球形区域3a构成。第二轴向区段4b是空心圆柱形的并且由浇道3的圆柱形区域3b构成。第三轴向区段4c是漏斗部分形状的并且由浇道3的锥形区域3c构成。最后，第四轴向区段4d也是空心柱形的并且由浇道3的第二圆柱形区域构成。
[0083]如图8所示，伞形浇口件4的壁厚ds在前面三个轴向区段4a、4b、4c中是一致的。然而，该壁厚小于模制件I的壁厚dw，由此减少了废料量。第四轴向区段4d的壁厚大于其他轴向区段4a、4b、4c的壁厚并且等于模制件I的壁厚dw。
[0084]第四轴向区段4d在外部具有倒圆的凸肩19(见图7)。此外，通过内倒圆20构成从锥形区域4c到柱形区域4d的过渡。按照图5至9的实施方案导致伞形浇口件4的最佳的外轮廓，该外轮廓使得在两组份式注塑方法中能够实现:在注塑件的按照本发明的伞形浇口件4上放置具有最佳流动特性的另外的伞形浇口件。
[0085]如在图7至9中示出的横截面示出，直接在中心注塑点5前面,所述伞形烧口件4具有由塑料实心材料构成的自由端6。以在图1和2中的浇道3的形状为参考通过如下方式形成该自由端6:型芯14在其与喷嘴13对置的区域上具有锅状的凹口 16 (见图2)，该凹口用于收集熔体、即作为熔体收集器。凹口 16引起，从喷嘴13轴向流出的塑料模塑材料2首先直接在该喷嘴13之前聚集在构成容器的凹口 16中，其中，塑料2随后以该容器为出发点径向地进入到浇道3的球形的成型区域3a中并且弧形地转向90°。这引起至少一部分增强纤维的第一定义的定向、尤其是沿流动方向的定向。
[0086]此外，熔体收集器具有这样的作用，即收集可能由于最后的喷射周期在喷嘴13上形成的凝块熔体“冷熔体”、即固化的模塑材料，从而该凝块不会阻塞浇道3。
[0087]在型芯14中的凹口 16构成具有优选圆的横截面的锅。根据图8明显的是，凹口16的直径b至少等于宽度a、即喷嘴孔21的直径。凹口 16的直径b例如为喷嘴孔21的直径a的1.4倍至1.5倍。凹口 16的深度h优选为凹口 16的直径b的40%到50%。这保证了:足够的塑料模塑材料2可以在可能收集的凝块上流过。
[0088]为了进一步避免塑料模塑材料2以及包含在其中的增强纤维受到剪切，型芯14从凹口 16到浇道3的球形区域3a的过渡区域倒有半径为Rl的圆角(见图8)。该半径Rl优选为伞形壁厚ds或浇道3宽度的2/3。所述熔体随后可以不受剪切地流入球形区域3a并且冷却的熔体凝块有效地被挡在圆柱形凹口 16中。
[0089]浇道3的浇道几何形状在其中心端面上被削平以提供用于热通道喷嘴13或喷嘴针阀22的接触面5。这在图8中是很明显的。所述接触面5在该端面上构造成高台。
[0090]如由图8另外显而易见的是，在上面的三个轴向区段4a，4b，4c中伞形浇口件4的壁厚ds或在上面的三个区域3a、3b、3c中浇道3的宽度为待制造的模制件I的壁厚dw的40%至50%。第四轴向区段4d的壁厚ds或第四浇道区域3d的宽度与之相对直接等于待制造的模制件I的壁厚第四轴向区段4d的凸肩19具有半径R2，该半径优选等于模制件壁厚4的一半。为了构造凸肩19，在第一模制件11的第二圆柱形区域3d中浇道3具有相应的内圆角。
[0091]图8示出了另外的半径R3和R4。伞形浇口件4的外部几何形状在从锥形轴向区段4c到第二圆柱形轴向区段4d的过渡中的内半径用R3表示。伞形浇口件4的外部几何形状在从第一圆柱形轴向区段4b到锥形轴向区段4c的过渡中的内半径用R4表示。两个半径优选等于I倍至2倍的凸肩半径R2、即模制件壁厚dw的50%至100%。
[0092]所述伞形浇口几何形状，如在图8中所示，通过倒角/半径如此在流动技术上优化，使得一种或多种另外塑料组份可以利于流动地(即带有少量剪切力和最佳的纤维定向)围绕模制件毛坯Ia的伞形浇口件4喷射(见图19、20)。
[0093]图9形象地说明锥形区域3c或第三轴向区段4c的锥度。由于锥形轴向区段4c在其轴向长度上是一样厚的、即内壁和外壁平行延伸(见虚线)，所以主要流动方向、锥形轴向区段4c或浇道3的相应区域3c的内壁面和外壁面相对于模制件轴线8具有同样的半锥角α/2，按照图9该半锥角大约为23.2°，从而锥形伞形区域4a的锥形孔角α大约为46.4°。在上述的半锥角α/2的情况下，熔体2流入浇口的第二圆柱形区域3d中或在缺少这个区域的情况下(见图10、11)直接流入型腔15中。
[0094]图10和11示出了一种带有按照本发明的伞形浇口几何形状的模制件毛坯la，该伞形浇口几何形状基本上相应于在图5至7中所示和说明的几何形状。然而，该几何形状与所述伞形浇口几何形状的区别在于，第四轴向区段4d、即在浇道方面第四区域3d是不存在的。因此，锥形轴向区段4c直接过渡到模制件I中，即浇道3的相应的锥形区域3c直接通到型腔15中。图5至9的实施方案具有外部优化的伞形浇口几何形状，该伞形浇口几何形状尤其适用于在两组分注塑方法中的压力注塑包封，而按照图10、11的浇口几何形状更简单地构造并且设置用于传统的单组分注塑。
[0095]由于锥形区域3c直接通入型腔15中，虽然对于塑料模塑材料2而言在从浇道3到型腔15的过渡的后面存在侧凹部，然而通过以所述半锥角a/2流入型腔15避免:模塑材料2在型芯15的圆周面上超前，并且由此达到与型腔外壁没有或很小的接触。因为在有角度地进入型腔15时，模塑材料2的流动完全地朝向型腔15的外壁的内侧面定向，由此塑料模塑材料2和型腔外壁之间的接触可以被改善。此外，通过倾斜地进入进一步防止，增强纤维在侧凹部中径向定向，这在冷却模制件毛坯Ia时会导致模制件毛坯在该区域内比其他情况时更小的收缩。更确切地说，纤维更多地在轴向或径向-轴向定向，从而由于均匀的收缩实现更好的尺寸稳定性。
[0096]作为一个特殊之处，浇道3和相应的伞形浇口件4在两个实施方案(图5至9和10,11)中具有环形的几何形状单元4a、4b、4c、尤其是由圆柱形单元和锥形单元构成的组合。通过锥形的几何形状单元3c、4c，避免形成自由喷射、即塑料模塑材料2在模具型芯14上仅单侧滑过，与型腔外壁无接触或有不充分接触，这种自由喷射在经由圆柱形的伞形单元纯笔直连接时会出现。此外，按本发明的伞形浇口 4相对于盘状的、纯径向伞形浇口或所谓的盘状浇口具有如下优点:不阻碍浇口附近的径向收缩。
[0097]在图1至4中还可以看到，按本发明的压铸模具10的第二模具半部12具有顶料器17，该顶料器共轴地穿过型芯14引导。顶料器的朝向喷嘴13定向的轴向的端部18限定浇道3，其中，顶料器17的轴向端部18在底面上限定凹口 16。这导致了，顶料器17的轴向端面贴靠在注塑之后形成的末端6上并且因而贴靠在制成的注塑件的伞形浇口件4的内侧面上，从而顶料器17在相对于型芯14作相对运动时可以施加压力到末端6上并且因而施加压力到伞形浇口件4上，由此注塑件轴向地从型芯14向下推出。所制成的空心的塑料模制件Ia由此不再机械性受载。
[0098]在另一在图12至18中示出的实施方案中，下面尤其是见图12，顶料器17的轴向端部18具有侧凹部23。该侧凹部在注塑期间形锁合地由塑料模塑材料2填满。由于所述侧凹部23，熔体收集器几何形状、即用于啮合Z形顶料器17的凹口 16的深度变大。
[0099]侧凹部23引起:顶料器17可以使注塑件Ia在两个轴向方向上、即不仅朝向喷嘴13而且远离喷嘴运动。该侧凹部23通过如下方式构成:顶料器17的端部区段18在横截面上是Z型的。这意味着，在顶料器17的轴向端部18上，在边缘侧面25上沿轴向方向突出齿24，该齿相对于顶料器17的轴线是如此倾斜的，即该齿在其自由端部上比在其基部上更宽。因此，由于在齿24附近形成侧凹部23的空间区域，熔体收集器几何尺寸在轴向上变大。图13示出顶料器17连同第二模具半部12和型芯14。
[0100]与图13相比，在图14中也示出第二模具半部11，其中，型腔15还未被填充。因此，所述压铸模具10是封闭的并且处于注塑过程的开始。图15示出压铸模具10连同制成的注塑件la。在图16中，两个模具半部11、12、即模具10是打开的，从而靠在型芯14上的注塑件Ia可以自由接近。在打开过程期间，顶料器以其Z形端部18将注塑件1、4可靠地保持在模具型芯14上，从而可靠地避免注塑件1、4的喷嘴侧的“粘住”。这又导致少量的次品并且避免在制造过程中的起动问题。由此提高过程稳定性。
[0101]随后为使注塑件1、4从模具型芯14脱模，以图16为出发点，使顶料器17朝向第一模具半部11的方向共轴地运动，其中，该顶料器在型芯14中引导。所述顶料器17挤压伞形浇口件4的末端6。由此，注塑件1、4脱离型芯14。因此，力作用点处在熔体收集器16上或在伞形浇口件4上，从而作用在实际的模制件I上的脱模力显著降低。脱模状态在图17中描述。
[0102]随后，所述模制件毛坯Ia从顶料器17上脱下或者在有很小附着力的情况下直接从该顶料器上落下，见图18。两个模具半部11、12于是又合拢，从而压铸模具10处于其按照图14的初始状态。
[0103]在图19和20中示出一种毛坯形式的塑料模制件(图19)的和一种最终形式的塑料模制件(图20)。所述模制件毛坯包括图5至9的注塑件Ia和另外的、借助2组分注塑方法在第一注塑件Ia上注塑的第二注塑件7a。
[0104]所述第一注塑件Ia包括模制件1，该模制件此处是用于支承泵轴的轴承，并且所述第一注塑件Ia包括伞形浇口件4，该伞形浇口件通过按本发明的注塑过程形成并且之后必须被移除。所述第二注塑件7a包括模制件7，该模制件此处是用于轴承的轴承支承件，并且所述第二注塑件7a包括伞形浇口件9，该伞形浇口通过按本法明的注塑过程形成并且之后必须被移除。所述第二伞形浇口件9被注塑在第一模制件毛坯Ia的第一伞形浇口件4上。
[0105]为了制造塑料模制件，所述第一模制件毛坯Ia构成型腔内接触面，该内接触面在相应模具的第一模具半部中构成了外接触面。第一和第二注塑件优选由不同的材料制成。所以构成轴承的模制件例如可以由具有良好的摩擦工艺特性的材料、如聚醚聚酮制成，构成轴承支承件的模制件例如可以由硫化聚苯醚制成。
[0106]在图20中示出制成的模制件，即由塑料制成的用于泵、尤其是湿运行泵的一体的支承单元。两个伞形浇口件4、9是分离的。所述模制件包括内部的、构成滑动轴承的模制件1，以及外部的、构成轴承支承件的模制件7。
[0107]附图标记清单
[0108]I待制造的模制件
[0109]Ia模制件毛坯
[0110]2塑料材料
[0111]3浇道
[0112]3a浇道3的球形区域
[0113]3b浇道3的圆柱形区域
[0114]3c浇道3的锥形区域
[0115]3d浇道3的圆柱形区域
[0116]4伞形浇口件
[0117]4a伞形烧口件4的球形轴向区段
[0118]4b伞形烧口件4的圆柱形轴向区段
[0119]4c伞形浇口件4的锥形轴向区段
[0120]4d伞形浇口件4的圆柱形轴向区段
[0121]5中心注塑点/喷嘴接触面
[0122]6末端
[0123]7第二模制件
[0124]7a第二模制件毛坯
[0125]8型芯轴线，模制件轴线
[0126]9第二注塑件的伞形浇口件
[0127]10压铸模具
[0128]11第一模具半部
[0129]12第二模具半部
[0130]13喷嘴
[0131]14型芯
[0132]15型腔
[0133]16在型芯中的凹口
[0134]17顶料器
[0135]18顶料器的轴向端部
[0136]19凸肩
[0137]20内圆角
[0138]21喷嘴开口
[0139]22喷嘴针阀
[0140]23侧凹部
[0141]24齿
[0142]25边缘侧面
【权利要求】
1.一种用于由纤维增强的塑料材料(2)制造空心模制件(I)的压铸模具(10)，该压铸模具至少包括具有喷嘴(13、22)的第一模具半部(11)和具有至少一个型芯(14)的第二模具半部(12)，其中，在型芯(14)和第一模具半部(11)之间构成可填充塑料材料的型腔(15)，该型腔通过伞形的浇道(3)与喷嘴(13、22)相连，其特征在于，所述浇道(3)具有球形区域(3a)。
2.按照权利要求1所述的压铸模具(10)，其特征在于，所述浇道(3)具有至少两个不同几何形状的区域(3a、3b、3c、3d)。
3.按照权利要求1或2所述的压铸模具(10)，其特征在于，所述浇道(3)在其球形区域(3a)和型腔(15)之间具有锥形区域(3c)。
4.按照权利要求3所述的压铸模具(10)，其特征在于，所述锥形区域(3c)直接地通到型腔(15)中。
5.按照权利要求3或4所述的压铸模具(10)，其特征在于，所述锥形区域(3c)与型芯(14)的轴线(8)构成一个处于20°和40°之间、尤其是20°至30°、优选在22°至23°之间的角度。
6.按照上述权利要求任一项所述的压铸模具(10)，其特征在于，所述浇道(3)在其球形区域(3a)和型腔(15)之间、尤其在所述球形区域和所述锥形区域(3c)之间具有圆柱形区域(3d) ο
7.按照上述权利要求任一项所述的压铸模具(10)，其特征在于，所述浇道(3)在过渡到型腔(15)之前具有一个壁厚，其至少为在该过渡之后的型腔(15)的壁厚的40%。
8.按照上述权利要求任一项所述的压铸模具(10)，其特征在于，所述浇道(3)均匀地扩展到型腔(15)的壁厚。
9.按照上述权利要求任一项所述的压铸模具(10)，其特征在于，所述型芯(14)相对于喷嘴(15)具有锅形的、构成自由空间的凹口(16)以用于收集熔体。
10.按照权利要求9所述的压铸模具(10)，其特征在于，所述型芯(14)的从凹口(16)到浇道(3)的球形区域(3c)的过渡区域是倒圆的。
11.按照上述权利要求任一项所述的压铸模具(10)，其特征在于，所述第二模具半部(12)具有共轴地穿过型芯(14)引导的顶料器(17)，该顶料器的朝向喷嘴(13、22)定向的轴向端部(18)限定烧道(3)。
12.按照引用权利要求9或10的权利要求11所述的压铸模具(10)，其特征在于，顶料器(17)的所述轴向端部(18)至少限定所述自由空间的底面。
13.按照权利要求11或12所述的压铸模具(10)，其特征在于，顶料器(17)的所述轴向端部(18)具有侧凹部(23)、尤其是Z形横截面形状。
14.按照上述权利要求任一项所述的压铸模具(10)，其特征在于，在所述锥形区域(3c)上连接基本上圆柱形的区域(3d)，该基本上圆柱形的区域(3d)以与型腔(15)相同的壁厚通入该型腔中并且在外部具有倒圆的凸肩(19)，其中，从锥形区域(3c)到圆柱形的区域(3d)的过渡具有内圆角(20)，该内圆角的半径等于或大于所述凸肩(19)的半径。
15.按照上述权利要求任一项所述的压铸模具(10)，其特征在于，喷嘴(13、22)的可关闭的喷嘴开口(21)直接通入浇道(3)的球形区域(3a)中。
16.按照权利要求15所述的压铸模具(10)，其特征在于，喷嘴开口(21)能借助喷嘴针阀(22)关闭，该喷嘴针阀在关闭状态时限定浇道(3)的球形区域(3a)。
17.一种用于由塑料材料(2)制造空心的模制件(I)的方法，塑料材料借助喷嘴(13)通过伞形的浇道⑶在构成伞形浇口件⑷的情况下喷射到型腔(15)内，其特征在于，所述塑料材料(2)首先流过浇道(3)的球形区域(3a)并且接着进入型腔(15)中。
18.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，所述塑料材料(2)在球形区域(3a)之后经由浇道(3)的锥形区域(3c)流进型腔(15)中。
19.按照权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述塑料材料(2)在球形区域(3a)之后经由浇道(3)的圆柱形区域(3b)并且而后经由浇道的锥形区域(3c)流入型腔(15)中。
20.按照权利要求17至19之一所述的方法，其特征在于，为了将制成的模制件(I)顶出，将顶料器(17)与型芯(14)共轴地移动，该顶料器压向填满塑料的浇道(3)、尤其是压向型腔(14)中的与喷嘴(13)对置的凹口(16)的塑料填料，并且将模制件(I)从型芯(14)上推开。
21.按照权利要求17至20之一所述的方法，其特征在于，喷射另外的塑料材料到伞形浇口件⑷上以构成另外的伞形浇口件。
【文档编号】B29C45/27GK104512009SQ201410513516
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】B·屈斯特 申请人:威乐欧洲股份公司