製造具有適形冷卻通道的模具的方法

2023-06-21 23:20:26

專利名稱：製造具有適形冷卻通道的模具的方法
技術領域：
本發明涉及一種模具製造方法。更具體地，本發明涉及用於製造部件生產模具的方法，所述部件生產模具具有改善模具冷卻的適形冷卻通道。
背景技術：
已知多種類型的部件成型。例如,塑料部件通常通過噴射成型和其他成型技術生產。在此特別感興趣的是那些其中模具溫度必須被控制的成型技術，諸如通過冷卻來解決由熔融成型材料(例如熔融塑料)的噴射或其他引入方式帶來的熱量積累。本發明的方法也可以被用於其中需要模具加熱的成型應用，然而為了簡潔的目的，在此將只討論冷卻。通常地，通過在模具內鑽一系列相互連接的冷卻槽道並通過冷卻槽道循環諸如水 的冷卻流體來實現模具冷卻。這樣的冷卻槽道經常是從模具的後(安裝)側鑽入模具內，但是連接槽道也可以起始於其他表面。除了入口和出口，朝向模具外部的開口通常被堵塞以防止冷卻流體的意外洩漏。冷卻流體典型地通過熱交換器或者能夠將熱量從流體帶走的另一裝置，以在流出模具後降低其溫度。雖然在降低總體平均模具溫度上這種技術可能通常是有效的，但是其並不是沒有問題。一種這樣的問題是其典型地導致的不均勻冷卻。尤其是，通過鑽出的冷卻槽道循環冷卻流體的已知技術經常導致某些模具部件比其他部件更大的冷卻。因此，以此方式冷卻的模具可能具有溫度差，其能夠負面地影響部件循環次數、部件質量等。這種已知模具冷卻技術的另一個問題是其不能在模具的實際成型表面附近循環冷卻流體，至少不能以均勻的方式。如本領域技術人員應該理解的，大多數的成型表面具有波狀外形(contoured shape)，經常是高度波狀外形。不幸地，應該明顯的是，實際上不可能造出能夠模仿成型表面輪廓的冷卻槽道的鑽孔組合。同樣，成型表面通常是使用已知模具冷卻技術非均勻地冷卻的模具的一部分。由於其與熔融成型材料的直接接觸，模具的成型表面還要承受最大程度的加熱。因此，雖然在對冷卻槽道所通過的模具部分進行的冷卻方面使用鑽出的冷卻槽道可能是合理有效的，但是這樣一項技術在對模具成型表面的高效冷卻方面卻不是特別有效的。因此，應該明顯的是，能夠更均勻且更高效地冷卻模具尤其是模具的成型表面的冷卻技術將是非常有益的。本發明的方法允許具有如此改進的冷卻特徵的模具的製造。

發明內容
本發明涉及用於製造具有適形冷卻通道的部件生產模具的技術。這樣一種模具可以包括但不限制於塑料噴射、壓縮、吹塑成型或真空成型模具，或者金屬鑄造模具(硬模)。一般而言，本發明的技術可以與使用預設合作形式(cooperating preset forms)的各種工藝一起使用，以從所提供的材料供給製造物件，其中這樣一種工藝需要溫度控制。根據本發明，模具被提供有冷卻通道，所述冷卻通道基本上順應(conform to)模具的成型表面的形狀，由此與先前適合的相比而言，提供成型表面的更均勻的冷卻。本發明的方法還能夠對模具提供冷卻通道，該冷卻通道位於模具成型表面附近，由此改善了針對模具成型表面的冷卻效率。本發明的方法首先通過製造具有成型表面的模具來實施，所述成型表面基本上具有所想要的輪廓。所述成型表面不需要處於最終狀態，而應該至少基本上展示出最終表面所想要的輪廓。其次，使用計算機控制(CNC)切割機或本領域技術人員已知的其它各種技術例如但不限制於鋼鑄造、鍛造、電弧刨削等中的一種在模具的成型表面內布置一個或多個敞開槽道。槽道較佳地基本上順應其切入的成型表面的輪廓。槽道可以在數量、寬度、深度、形狀和樣式上變化，如通常事先確定的，以在冷卻流體充分循環通過槽道時對成型表面提供的適當的冷卻。 一旦敞開槽道已經被切入成型表面內，一種3-D焊接工藝，諸如TIG、MIG、棒(Stick)或者氣(GAS)焊接工藝將被用於製造密封每個槽道的橋接焊縫。用於製造這種橋接焊縫的一種特別適合的技術是3-D自動TIG焊接工藝。無論如何，所選的3-D焊接工藝製造一系列小焊珠，這些焊珠一起跨越槽道的寬度並且起到形成密封帽的作用。這種橋接焊縫製造在與切割的槽道的底部具有一定距離處，以在橋接焊縫下面留出敞開冷卻通道區域。一旦橋接焊縫操作完成，每個敞開槽道的剩餘的上部部分通過諸如焊接而被填充，而且超出的填充材料隨後被機加工處理或者以別的方式被造型成周圍的成型表面的輪廓。成型表面隨後被提供等級為A (Class A)或類似的精加工(finish)，其將成型表面置於適於形成模製部件的狀況。一旦所有的焊接完成，冷卻管線可以在特意與冷卻通道相連接的入口和出口點連接到模具。然後冷卻流體可以循環通過保留在成型表面下面的敞開冷卻通道。因為保留的冷卻通道基本上順應成型表面並且其位於成型表面附近，與先前適合的已知技術相比而言，成型表面冷卻更加均勻和高效地實現。


除了上述特徵之外，本發明的其他方面將從附圖和示例性實施例的如下描述很容易地表現出來，其中，幾個視圖中同樣的附圖標記用於相同或等同的特徵，並且其中圖I為示出迂迴冷卻通道延伸通過部件生產模具的示例性半模的透視圖；圖2為沿著圖I中的線2-2的截面視圖，描繪出在本發明方法的一個步驟中切入半模成型表面的多個敞開槽道，以形成圖I中的迂迴冷卻通道；圖3a是圖2中的敞開槽道中一個的放大截面視圖，具有在隨後的步驟中布置在其中的橋接焊縫，以形成下面的封閉冷卻通道；圖3b為示出圖3a中的先前的敞開槽道被完全填充以形成密封的冷卻通道的截面視圖；圖4示出了圖2中的半模，在形成本發明方法的冷卻通道完成以後，其具有完全形成在其中的圖I中的適形冷卻通道；
具體實施方式
具有根據本發明形成的表面下的適形冷卻通道10的示例性半模5的透視平面圖在圖I中示出。雖然半模5和冷卻通道10在此只能在兩個維度中示出，應該理解的是，從圖
2-4更容易地表現出來，所述半模一般也將具有在第三維度中的波狀外形，而不是在此所表示出的平面形狀。也就是說，雖然覆蓋冷卻通道10的半模5的一部分可以是平面的，但是其更有可能具有至少一些輪廓。如圖I所示，此特定的冷卻通道10沿著迂迴路徑從冷卻劑入口 15到冷卻劑出口20通過半模5。在此實施例中，沿著冷卻劑通道10的特定路徑只為說明的目的而提出，並且本發明不限制於任何特定的冷卻劑通道布局。同樣地，冷卻劑通道截面的尺寸和間隔以及它們之間的間隔也可以根據需要變化，以提供所想要的冷卻效果。進一步，雖然在此只示出並敘述一個冷卻劑通道，但是應該認識到的是模具的給定部分可以具有多個單獨的冷卻劑通道。在半模5中構建冷卻劑通道10的方法在圖2-4中示出。如圖2的視圖中所能理解到的，一系列相互連接的敞開槽道25首先被切入半模5的成型表面30內。槽道25可以·通過各種技術中的任何一種布置在半模5內，例如使用CNC加工設備，或者通過上面所提及的其他技術中的任何一種或者本領域中的其他已知技術。槽道25具有某一預定寬度並且延伸到成型表面下面的某一預定深度，如通常基於模具的各種物理特徵、將要成型的材料、所想要的冷卻的程度等計算出來的。這樣的冷卻設計技術對本領域的技術人員而言是眾所周知的，並且所有這樣的技術、手工的和基於計算機的，都可以結合本發明使用。如圖3a_3b最清晰所示的，一旦敞開槽道25已經被切入半模5的成型表面內，一種3-D焊接工藝，諸如TIG、MIG、棒(Stick)或者氣(GAS)焊接工藝將被用於在每個槽道內製造橋接焊縫35。例如，自動3-D TIG焊接工藝可以用於此目的。所述3-D焊接工藝製造一系列連接在一起的小焊珠40，這些焊珠一起跨越槽道25的寬度並且起到密封槽道的作用。雖然為了清楚的目的，只示出了三個用於橋接槽道25的單獨的焊珠40，但是在這一點上應該理解的是可以要求更大數量的單獨的焊珠。這種橋接焊縫35被製造在與槽道25底部具有一定距離處，以封閉橋接焊縫下面的敞開冷卻通道45。如圖3b和圖4所圖示的，一旦每個橋接焊縫操作完成，每個槽道25的位於橋接焊縫35上面的敞開區域將被填充。在此特定實施例中，每個槽道25的位於橋接焊縫35上面的敞開區域用焊接材料50填充。也可以使用其他的填充物，諸如，例如環氧樹脂。根據本發明的方法，切入模具的槽道將典型地用焊接材料50填充直到焊接材料至少輕微地延伸到半模的成型表面之上。在槽道25的剩餘部分用焊接材料50適當地填充後，超出的焊接材料被機加工處理或者以別的方式被造型成周圍的成型表面30的輪廓，同樣如圖3b所示。較好地，成型表面30隨後被提供等級為A (Class A)或類似的精加工(finish)，其將成型表面置於適於形成模製部件的狀況。如在圖4中可以被最佳觀察到的，上述的橋接焊縫35的使用和切入半模5成型表面30內的槽道25的隨後的填充允許具有位於下面的敞開冷卻劑通道10的結實的(solid)成型表面的製造。通過本發明的方法在模具中製造的冷卻劑通道可以以與其他已知的模具冷卻技術相似的方式連接到冷卻劑源。為了這樣的目的，本發明的冷卻劑通道可以被構造成具有可從模具外部接近的入口端和出口端。這樣一個典範的結構在圖I中表示出來。
從先前的描述和所附的附圖可以理解的是，本發明的方法允許部件生產模具中的表面下的適形冷卻通道的形成。這些冷卻通道能夠基本上順應(conform to)給定模具的成型表面的輪廓並且可以位於成型表面附近，以對其提供有效的和高效的冷卻。由於所產生的冷卻通道基本上順應成型表面並且位於成型表面附近，相較於先前已知的技術，成型表面冷卻更加均勻和高效地實現。本發明的方法可以用在各種類型的模具上。例如，本發明的方法可以用於在塑料噴射模具中生產冷卻流體通過其循環的適形冷卻通道。然而，如上所述，本發明的方法也可以用於在塑料壓縮吹塑成型或真空成型模具中、金屬鑄造硬模(die)中製造適形冷卻通道，並且可以與使用預設合作形式(cooperating preset forms)的其他溫度控制製造工藝一起使用以從所提供的材料供給製造物件。進一步地，雖然本說明書定向在形成用於循環冷卻流體的通道，但是在此已經闡明並且應該明顯的是本發明的方法也可以用來在模具(mold)或硬模(die)中形成適形的流體循環通道，不管被循環的流體是否用於冷卻或加熱模具/硬模。因此，雖然本發明的方法在被用來生產用於模具冷卻的適形模具冷卻通道時產生了良好的結果，但是本發明不限 於模具冷卻應用。儘管上文詳細描述了本發明的一些實施例，但是本發明的保護範圍並不被認為受限於上述公開，並且根據所附權利要求，在不偏離本發明精神的情況下，可以對本發明進行修改。
權利要求
1.一種用於在部件生產模具中形成適形流體循環通道的方法，其包括 在所涉及模具的成型表面上製造出一系列的敞開槽道，所述槽道的深度基本上順應所述成型表面的輪廓； 在每個槽道內布置橋接焊縫，所述橋接焊縫跨越並密封每個槽道並且位於與每個槽道的底部相距一定距離處以在其底部形成封閉通道； 填充每個槽道的所述橋接焊縫上面的剩餘空間以封閉每個槽道；及 對每個槽道的填充部分進行造型以與圍繞該槽道的所述成型表面相一致。
2.如權利要求I所述的方法，其中，所述適形流體循環通道形成在塑料噴射模具中。
3.如權利要求I所述的方法，其進一步包括向所述適形流體循環通道提供入口和出口，所述入口和出口可從模具的外部接近以用於連接到循環流體源。
4.如權利要求I所述的方法，其中，所述適形流體循環通道為用於循環冷卻流體的冷卻通道。
5.如權利要求I所述的方法，其中，所述每個槽道的所述橋接焊縫上面的剩餘空間通過焊接填充。
6.一種用於在部件生產模具中形成適形冷卻通道的方法，所述適形冷卻通道具有入口和出口，所述方法包括 在所涉及模具的成型表面上製造出一系列相互連接的敞開槽道，所述槽道基本上順應所述成型表面的輪廓； 在每個槽道內布置橋接焊縫，所述橋接焊縫包括一系列相連接的焊珠，所述橋接焊縫跨越並密封每個槽道並且位於與每個槽道的底部相距一定距離處以在其底部形成封閉冷卻通道； 通過焊接填充每個槽道的所述橋接焊縫上面的剩餘空間以封閉每個槽道；以及 對每個槽道的焊接填充部分進行造型以與圍繞該槽道的所述成型表面相一致。
7.如權利要求6所述的方法，其中，所述適形冷卻通道形成在塑料噴射模具中。
8.如權利要求6所述的方法，其中，所述入口和出口可從模具的外部接近以用於連接到循環流體源。
9.一種具有改進的冷卻性能的部件生產模具，其包括 位於將要被冷卻的成型表面底下的至少一個適形冷卻通道，所述至少一個適形冷卻通道由以下元件形成 布置在所述模具的成型表面內的一系列相互連接的敞開槽道，所述槽道基本上順應所述成型表面的輪廓， 位於每個槽道內的橋接焊縫，所述橋接焊縫包括一系列相連接的焊珠，所述橋接焊縫跨越並且密封每個槽道並且位於與每個槽道的底部相距一定距離處以在其底部形成封閉冷卻通道，及 多個焊珠，其結實地填充每個槽道的所述橋接焊縫上面的剩餘空間以封閉每個槽道，位於每個槽道的敞開端部的所述焊珠被造型成與所述模具的圍繞該槽道的所述成型表面相一致； 與所述至少一個適形冷卻通道相連的入口，其用於從加壓冷卻流體源接收加壓冷卻流體；以及與所述至少一個適形冷卻通道相連的出口，其用於在所述冷卻流體通過所述至少一個適形冷卻通道後將冷卻流體排出到熱移除裝置。
10.如權利要求9所述的模具，其中，所述模具為塑料噴射模具。
11.如權利要求9所述的模具，其中，所述至少一個適形冷卻通道的所述入口和出口可從所述模具的外部接近。
全文摘要
一種在部件生產模具中製造適形冷卻通道的方法和設置有這種適形冷卻通道的模具。通過在所涉及模具的成型表面內製造多個敞開槽道來製造適形冷卻通道，所述槽道基本上順應成型表面的輪廓。由多個相連接的焊珠形成的橋接焊縫形成在每個槽道內，以跨越並密封每個槽道而在其底部封閉敞開通道。每個槽道的位於其橋接焊縫上面的剩餘部分通過諸如焊接的方式被填充，並且每個槽道的區域隨後被造型以與圍繞該槽道的成型表面的輪廓相一致。表面下的適形冷卻通道由此形成在模具中。
文檔編號B29C45/73GK102971129SQ201180030255
公開日2013年3月13日 申請日期2011年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者艾倫·休斯 申請人:本田電動機有限公司