DE19745909A1 - Discontinuous process forming molding in cavity by volumetric displacement - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen diskontinuierlichen Umformprozeß (Preßprozeß) für Kunststoffe nach dem Arbeitsprinzip der Volumsverdrängung in der Kavität eines Werkzeuges mittels eines differenzierten Preßprozesses sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens und gemäß dem Verfahren bzw. in der Vorrichtung hergestellte Bauteile. Der erfindungsgemäße Preßprozeß gestattet es, die bei Preßprozessen nach dem Stand der Technik jeweils vor allem am Ende des Preßprozesses notwendigen hohen auftretenden Preßkräfte und damit Preßleistungen beträchtlich zu reduzieren und somit den Bauaufwand für die Pressen entsprechend zu vermindern.The invention relates to a discontinuous forming process (pressing process) for Plastics based on the principle of volume displacement in a cavity Tool by means of a differentiated pressing process and devices for Implementation of the method and according to the method or in the device manufactured components. The pressing process according to the invention allows the Pressing processes according to the prior art, especially at the end of each Press process necessary high occurring pressures and thus To considerably reduce press performance and thus the construction costs for the Reduce presses accordingly.
Sowohl bei der Darstellung des Stand es der Technik als auch der Erfindung werden einige Begriffe verwendet, die wie folgt definiert werden:Both in depicting the state of the art and the invention some terms are used, which are defined as follows:
Der verwendete Begriff "Kavität" ist definiert als der in seiner Oberfläche und seinem Volumen während des Formgebungsprozesses veränderbare Raum, begrenzt durch Werkzeugoberflächen sowie durch Flächen, entlang denen das Werkzeug geschlossen wird. Die vom Werkzeug gebildete Kavität ist am Ende des Formgebungsprozesses mit der Geometrie des herzustellenden Produktes (Bauteil) ident. Die Kavität wird üblicherweise von Oberflächen zweier Werkzeughälften begrenzt. Zusatzkavitäten (z. B. Fließkanäle), welche für den Formgebungsprozeß wichtig sind, aber nicht zur Bauteilgeometrie gehören, sind im Begriff "Kavität" nicht mit enthalten.The term "cavity" used is defined as that in its surface and its Volume that can be changed during the molding process, limited by Tool surfaces as well as surfaces along which the tool is closed. The cavity formed by the tool is at the end of the Shaping process with the geometry of the product to be manufactured (component) ident. The cavity is usually from surfaces of two tool halves limited. Additional cavities (e.g. flow channels), which are used for the molding process are important, but do not belong to the component geometry, are not in the term "cavity" included.
Unter "produktbeaufschlagter Kavität" versteht man den Teil bzw. das Teilvolumen der Kavität, welches zum jeweiligen Zeitpunkt des Formgebungsprozesses mit umzuformendem Material gefüllt ist. “Product-loaded cavity” means the part or the partial volume the cavity, which at the time of the molding process with material to be formed is filled.
Mit dem Begriff "produktbeaufschlagte Oberfläche" wird jene Oberfläche der Kavität bezeichnet, welche zum jeweiligen Zeitpunkt des Formgebungsprozesses in Kontakt mit dem umzuformenden Material steht.With the term "product-loaded surface" that surface of the cavity denotes which are in contact at the respective point in time of the shaping process with the material to be formed.
Das Arbeitsprinzip eines Umformprozesses (bzw. Formgebungsprozesses) durch Volumsverdrängung besteht darin, daß auf eine verformbare Masse Druck ausgeübt wird, um diese in eine bestimmte Form zu zwingen. Unter dem Begriff der "Energieeinbringung in das umzuformende Material" versteht man das Einbringen von mechanischer Energie in das umzuformende Material in externen Aggregaten oder durch entsprechende Bewegung der produktbeaufschlagten Kavitätsober flächen.The working principle of a forming process (or shaping process) Displacement consists in exerting pressure on a deformable mass to force them into a certain shape. Under the concept of "Introducing energy into the material to be formed" means the introduction of mechanical energy in the material to be formed in external units or by appropriate movement of the product-loaded cavity top surfaces.
Prozesse nach dem Stand der Technik, auf die die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, sind:Prior art processes to which the present invention is based can be used are:
Unter Preßprozessen gemäß Stand der Technik bezeichnet man jene formgebenden Verarbeitungsverfahren, bei denen das Arbeitsprinzip der Volumsverdrängung direkt in der Kavität abläuft. Beim Schließen der in sich starren Werkzeughälften während des Formgebungsprozesses wird der Abstand der beiden Werkzeughälften reduziert, wodurch sich das Volumen der Kavität verringert. Mit der Reduktion der Werkzeugöffnung wird Umformenergie über die produktbeaufschlagten Oberflächen der Kavität in das umzuformende Material eingebracht.Press processes according to the prior art are those which give shape Processing methods in which the working principle of volume displacement directly expires in the cavity. When closing the rigid tool halves during the molding process is the distance between the two tool halves reduced, which reduces the volume of the cavity. With the reduction of Tool opening becomes forming energy via the surfaces exposed to the product the cavity into the material to be formed.
Bei Preßverfahren nach Stand der Technik wird die gesamte Materialmasse direkt vor Beginn des Preßprozesses in die geöffnete Kavität eingebracht. Der Preßprozeß selbst beginnt mit der Bewegung einer oder beider Werkzeughälften, wobei die für den Formgebungsprozeß entscheidende Energieeinbringung auf das umzuformende Material über die produktbeaufschlagte Kavitätsoberfläche erfolgt. Mit zunehmender Verringerung der Werkzeugöffnung während des Formgebungsprozesses vergrößert sich die produktbeaufschlagte Kavitätsoberfläche. Der Preßprozeß gilt als beendet, wenn die Bewegungen der Werkzeughälften zum Stillstand gekommen sind, und damit keine Umformenergie mehr eingebracht wird. Während der Schließbewegung der Werkzeughälften verharren an sich bewegliche Werkzeugteile der Werkzeughälften, welche der Oberfläche der Kavität angehören, wie etwa Auswerfer oder Schieber, in ihrer, der Kontur entsprechenden Grundstellung, so daß die Oberflächenkonturen der Kavität beider Werkzeughälften während des gesamten Preßprozesses als starr angesehen werden können.In the case of pressing processes according to the prior art, the entire mass of material becomes direct placed in the open cavity before the start of the pressing process. The pressing process itself begins with the movement of one or both tool halves, the for the shaping process decisive energy input on the to be reshaped Material takes place over the product-loaded cavity surface. With increasing Tool opening reduction during molding process increased the product-loaded cavity surface. The pressing process is considered finished, when the movements of the tool halves have stopped, and so that no more forming energy is introduced. During the closing movement of the tool halves persist in moving tool parts Tool halves that belong to the surface of the cavity, such as ejectors or slide, in their, the contour corresponding basic position, so that the Surface contours of the cavity of both tool halves throughout Pressing process can be viewed as rigid.
Das Arbeitsprinzip der Volumsverdrängung bedingt, daß es während des Formgebungsprozesses zu "Materialflüssen" kommt. Die Größenordnung der Materialbewegung oder auch Materialbeanspruchung während des Formgebungsprozesses in Preßprozessen erlaubt ebenfalls eine Differenzierung der Preßprozesse in ein Formpreßverfahren und in ein Fließpreßverfahren.The working principle of volume displacement means that during the Shaping process comes to "material flows". The order of magnitude of Material movement or material stress during the Shaping process in pressing processes also allows a differentiation of the Press processes in a compression molding process and in an extrusion process.
Unter dem Formpreßverfahren ist das Umformen zum Preßteil zu verstehen, bei dem die in die geöffnete Kavität eingebrachte Preßmasse in ihrer Gestalt weitestgehend der projizierten Fläche der Bauteilkontur entspricht, wodurch keine großen Fließwege des zu verpressenden Materials während des Formpreßprozesses notwendig sind. Im Formpreßprozeß werden die durch die Schließbewegung der Werkzeughälften eingebrachten Preßenergien vorwiegend in lokal beschränkten plastischen Material-Umformungen und in Kompressionsarbeit dissipiert.The compression molding process is to be understood as forming into the pressed part in which the molding compound introduced into the opened cavity is largely in its shape corresponds to the projected area of the component contour, which means no large ones Flow paths of the material to be pressed during the compression molding process are necessary. In the molding process, the closing movement of the Half of the tool energy introduced mainly in locally restricted plastic material transformations and dissipated in compression work.
Beim Fließpreßverfahren nach Stand der Technik wird vor Beginn des Preßprozesses die gesamte Preßmasse in die Kavität eingebracht, wobei die Masse des eingebrachten Preßgutes der Masse des Bauteiles entspricht. Durch den Preßprozeß wird das Fließvermögen des zu verpressenden Preßgutes bei den gewählten Verarbeitungsparametern (Druck, Temperaturen, Zeit) genützt, um die Kavität zu füllen. Da beim Fließpreßprozeß die in die geöffnete Kavität eingebrachte Preßmasse in ihrer Gestalt wesentlich kleiner als die projizierten Flächen der Bauteilkontur ist, erfolgt die Umformung des in das Werkzeug eingebrachten Materials zum Bauteil durch Zurücklegung großer Fließwege.In the extrusion process according to the prior art, before Pressing process introduced the entire molding compound into the cavity, the mass corresponds to the mass of the component. By the Pressing process is the fluidity of the material to be pressed at the selected processing parameters (pressure, temperatures, time) used to the Fill cavity. Because during the extrusion process, the inserted into the open cavity The molding compound is significantly smaller in shape than the projected areas of the Is component contour, the deformation of the inserted into the tool takes place Material to the component by covering large flow paths.
Bei einer Variante des Preßverfahrens, dem Spritzpreßverfahren, umfaßt ein Teil der Spritzzylinderoberfläche einen Teil einer Werkzeughälfte. Beim Spritzpreßverfahren wird das der vollständig geschlossenen Kavität entsprechende Materialvolumen direkt bei geöffneten Werkzeughälften in die durch den Spritzpreßzylinder zusätzlich gebildete Kavität eingelegt. Sodann werden die Werkzeughälften ohne Einbringung von Umformenergie auf das Sollmaß geschlossen. Die entscheidende Energieeinbringung in das umzuformende Material erfolgt ausschließlich über die produktbeaufschlagte Oberfläche des Spritzpreßzylinders, welcher sich als in sich starrer Körper bewegt. Der Formgebungsprozeß endet mit der Bewegung des Spritzpreßzylinders zu dem Zeitpunkt, an dem die Geometrie der gesamten Kavitätsoberfläche mit der gewünschten Bauteilgeometrie ident ist.In a variant of the pressing process, the transfer molding process, a part comprises the injection cylinder surface part of a mold half. At the The injection molding process becomes that of the completely closed cavity Material volume directly with the tool halves open in the through the Injection molding cylinder additionally inserted cavity. Then the Tool halves without the introduction of forming energy to the nominal size closed. The decisive energy input into the material to be formed takes place exclusively via the product-loaded surface of the Injection molding cylinder, which moves as a rigid body. Of the Shaping process ends with the movement of the injection molding cylinder to that Point in time at which the geometry of the entire cavity surface matches the desired component geometry is identical.
Beim Spritzprägeverfahren, einem Sonderverfahren des Spritzpreßverfahrens, wird vorerst über Fließkanäle von außen das der Bauteilmasse entsprechende Preßgut in ein noch nicht gänzlich geschlossenes Werkzeug eingebracht. Dies erfolgt durch Einbringung von Umformenergie in das umzuformende Material in externen Aggregaten, wie zum Beispiel durch Spritzgießmaschinen (Spritzprozeß). Die weitere Umformung des in die Kavität eingebrachten Materials bis zur endgültigen Bauteilgeometrie erfolgt nach Stand der Technik mit der Schließbewegung einer oder beider Werkzeughälften (Prägevorgang). Die im Prägevorgang entscheidende Energieeinbringung auf das eingebrachte Material erfolgt ausschließlich durch die Schließbewegung der starren Werkzeughälften. Während der Schließbewegung der Werkzeughälften verharren an sich bewegliche Werkzeugteile der Werkzeughälften, welche der Oberflächenkontur der Kavität angehören, in ihrer der Kontur entsprechenden Grundstellung. Der Schließvorgang der Kavitäten während des Prägevorganges ist ein Fließpreßprozeß.The injection molding process, a special process of the injection molding process, is for the time being, via flow channels from the outside, the pressed material corresponding to the component mass introduced a tool that has not yet been completely closed. This is done by Introduction of forming energy into the material to be formed in external Units, such as by injection molding machines (injection process). The further shaping of the material introduced into the cavity until the final one Component geometry takes place according to the prior art with the closing movement of a or both tool halves (stamping process). The decisive one in the stamping process Energy input to the material brought in is carried out exclusively by Closing movement of the rigid tool halves. During the closing movement of the Tool halves remain on moving tool parts of the tool halves, which belong to the surface contour of the cavity, in their the contour corresponding basic position. The closing process of the cavities during the Embossing is an extrusion process.
Große Schwierigkeit bereitet bei praktisch allen obengenannten Verfahren eine optimale rheologische Auslegung des Umformprozesses. Unter einer optimalen rheologischen Auslegung des Umformprozesses versteht man die Verwirklichung von optimalen Fließfrontverläufen, Fließweglängen und Druckverhältnissen während der Füllphase. Oft sind auch definierte Orientierungen vor allem bei faserverstärkten Werkstoffen erwünscht, welche aber mit den Preßprozessen nach Stand der Technik kaum erreichbar sind. Aus Manipulationsgründen können nur wenige Einleger, erwünscht ist meist nur einer, in die geöffnete Werkzeugkavität eingelegt werden und dies keineswegs immer an die für den Fließpreßvorgang optimalen Stellen. Aufgrund der Preßgutherstellung ist man meist an vorgegebene Einlagegeometrien gebunden, was eine Optimierung der Einlagesituation weiters erschwert.Great difficulty arises in practically all of the above-mentioned processes optimal rheological design of the forming process. Under an optimal rheological interpretation of the forming process means the realization of optimal flow front profiles, flow path lengths and pressure conditions during the filling phase. Often there are also defined orientations, especially for fiber-reinforced ones Materials desired, but which with the pressing processes according to the state of the Technology can hardly be reached. For manipulation reasons, only a few can Inlays, usually only one is desired, inserted in the opened tool cavity are and by no means always the optimal for the extrusion process Put. Due to the production of pressed material, one is usually at predetermined ones Insert geometries bound, which further optimizes the insert situation difficult.
In einem Preßprozeß ist die vollständige Ausfüllung der Kavität mit zu verpressendem Material bei noch zulässigen Verarbeitungsparametern und bei festgesetzten Preßkräften und mechanischer oder hydraulischer Pressenleistungen der vorhandenen Maschinen oftmals von vorrangiger Bedeutung. Die benötigten Preßkräfte zum Schließen der Werkzeughälften werden gegen Ende des Fließpreßprozesses extrem hoch, so daß sehr hohe Preßenergien und vor allem Preßleistungen für vollständige Werkzeugfüllungen vonnöten sind. Daher sind Pressen, welche für den Fließpreßprozeß zum Einsatz kommen, auf deren Preßleistung zu dimensionieren, was unter anderem dadurch erreicht wird, daß die hohe kinetische Energie der bewegten Werkzeughälfte zur Steigerung der maximalen Preßleistung verwendet wird, wodurch aber wiederum ein erheblicher Aufwand zur Steuerung und Regelung dieser Energie notwendig wird. Zudem besteht beim Fließpreßprozeß die große Tendenz einer drohenden Werkzeugkippung während des Schließens der Werkzeughälften, welche nur durch erheblichen technischen Aufwand unterdrückt werden kann.In a pressing process, the cavity is completely filled pressing material with still permissible processing parameters and specified press forces and mechanical or hydraulic press performance of the existing machines are often of primary importance. The necessities Pressing forces for closing the tool halves are towards the end of Extrusion process extremely high, so that very high press energies and above all Press capacities are required for complete tool fillings. Therefore are Presses, which are used for the extrusion process, on their Dimensioning press performance, which is achieved, among other things, that the high kinetic energy of the moving tool half to increase the maximum pressing capacity is used, but this in turn is a considerable Effort to control and regulate this energy is necessary. In addition there is a great tendency of an impending threat in the extrusion process Tool tilt during the closing of the tool halves, which only by considerable technical effort can be suppressed.
Der diskontinuierliche Preßprozeß nach Stand der Technik verursacht eine enorme Vergeudung von Preßenergien und Preßleistungen. Dies spiegelt sich in erheblichem technischen Aufwand, in hohen Investitionskosten für entsprechend große, exakt arbeitende Pressen und in hohen Energiekosten eines Preßprozesses wider. Zudem ist der Formgebungsprozeß bei Fließpreßprozessen nach heutigem Stand der Technik in der Preßkontrolle in hohem Maße indifferent.The discontinuous pressing process according to the prior art causes an enormous Waste press energy and press performance. This is reflected in considerable technical effort, in high investment costs for accordingly large, precisely working presses and in high energy costs of a pressing process contrary. In addition, the shaping process in extrusion processes is modern State of the art in press control largely indifferent.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die bei der Umformung im Preßprozeß von Kunststoffen benötigten Preßkräfte, Preßenergien und Preßleistungen zu reduzieren, wodurch beträchtliche Einsparungen an Energie und apparativem Aufwand ermöglicht werden. Dies wird gemäß vorliegender Erfindung durch die zeitliche und örtliche Differenzierung des Preßprozesses in mehrere Teilpreßprozesse erreicht.The object of the present invention was that of the forming in the pressing process Pressing forces, pressing energies and pressing capacities required by plastics reduce, thereby saving considerable energy and equipment Effort. This is according to the present invention by the Differentiation in time and place of the pressing process into several Partial press processes reached.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zum diskontinuierlichen Umformen von Kunststoffen durch Volumsverdrängung in der Kavität, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung der Umformenergie in das umzuformende Material durch mindestens zwei bewegte Teile der Kavitäts oberfläche erfolgt, wobei mindestens eine Werkzeughälfte einen oder mehrere relativ zu ihr bewegte Teile enthält, und zumindest ein Teil der Umformenergie durch die Relativbewegung dieser Teile eingebracht wird. Die Umformenergie wird bevor zugt zeitlich und örtlich differenziert gesteuert eingebracht.The present invention accordingly relates to a method for discontinuous forming of plastics by displacement in the Cavity, characterized in that the introduction of the forming energy in the material to be formed by at least two moving parts of the cavity Surface takes place, with at least one tool half one or more contains moving parts relative to it, and at least part of the forming energy by the relative movement of these parts is introduced. The forming energy is coming up introduced in a time-controlled and spatially differentiated manner.
Die Bewegungen der Kavitätsoberflächen werden bevorzugt so gesteuert, daß ein Stillstand von Fließfronten vermieden wird bzw. gezielte rheologische Strömungen und Druckverhältnisse während der Formgebung verwirklicht werden, was positive Konsequenzen in den erreichbaren Bauteilqualitäten, den möglichen Bauteildesigns und der gesamten Prozeßstabilität eines Fließpreßprozesses zur Folge hat.The movements of the cavity surfaces are preferably controlled so that a Stagnation of flow fronts is avoided or targeted rheological currents and pressure ratios can be realized during molding, which is positive Consequences in the achievable component qualities, the possible component designs and the overall process stability of an extrusion process.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an der Einbringung der Umformenergie über den gesamten Umformprozeß gesehen die gesamte nicht parallel zur Bewegungsrichtung der sich schließenden Werkzeug hälften liegende Kavitätsoberfläche mindestens einer Werkzeughälfte beteiligt.In a preferred embodiment of the method according to the invention is on seen the introduction of the forming energy over the entire forming process overall not parallel to the direction of movement of the closing tool half of the cavity surface involved at least one tool half.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an der Einbringung der Umformenergie über den gesamten Umformprozeß gesehen nur ein Teil der gesamten nicht parallel zur Bewegungsrichtung der sich schließenden Werkzeughälften liegenden Kavitätsoberfläche mindestens einer Werkzeughälfte beteiligt.In a further embodiment of the method according to the invention Introducing the forming energy over the entire forming process seen only one Part of the total not parallel to the direction of movement of the closing Tool surface lying cavity surface of at least one tool half involved.
Die genannten Ausführungsformen beziehen sich ausschließlich auf die Arbeitsweise der Volumsverdrängung innerhalb der Kavität, unabhängig davon ob sich vor Beginn des Umformprozesses bereits das gesamte dem Bauteil entsprechende umzuformende Material in der geöffneten Werkzeugkavität befindet, oder aber, daß die Arbeitsweise der Volumsverdrängung innerhalb der Kavität simultan mit einer externen Einbringung von umzuformenden Material in der Kavität erfolgt. Demnach kann sich das gesamte umzuformende Material bereits zu Beginn des Umformprozesses in der Kavität befinden. Es ist jedoch auch möglich, daß während des Umformprozesses umzuformendes Material von außen in die Kavität gebracht wird.The embodiments mentioned relate exclusively to the How volume displacement works within the cavity, regardless of whether the entire component is already in place before the forming process begins appropriate material to be formed is located in the open mold cavity, or that the method of displacement within the cavity simultaneous with an external introduction of material to be formed in the cavity he follows. Accordingly, all of the material to be reshaped can begin at the beginning of the forming process are in the cavity. However, it is also possible that material to be formed from the outside into the cavity during the forming process brought.
Die genannten Ausführungsformen beziehen sich sowohl auf Umformprozesse, bei denen das in die Kavität eingebrachte umzuformende Material große Materialbewegungen in Form von Fließwegen zurücklegen muß, als auch auf Prozesse, bei denen schon geringe Materialbewegungen in Form von lokal plastischem Fließen bzw. lokal plastischen Verformungen ausreichen, um die Geometrie der auf das Sollmaß geschlossenen Kavität exakt auszufüllen, womit die Formgebung zum gewünschten Bauteil garantiert ist.The embodiments mentioned relate both to forming processes, at which the material to be molded into the cavity is large Movements of material in the form of flow paths must cover as well Processes in which even small material movements in the form of local plastic flow or locally plastic deformations are sufficient to achieve the The geometry of the cavity closed to the target dimension must be filled in exactly Shape to the desired component is guaranteed.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß in der Kavität befindliches, umzuformendes Material zunächst durch die Bewegung einer Werkzeughälfte teilweise in ein Reservoir gefördert wird, das durch Zurückweichen eines bewegten Teils der Kavitätsoberfläche in eine negative Relativposition gebildet wird, und anschließend durch positive Relativbewegung dieses bewegten Teils der Kavitätsoberfläche aus dem Reservoir in andere Bereiche der Kavität gefördert wird. Dabei wird während der Schließbewegung des Werkzeuges umzuformendes Material zunächst in das Reservoir gefördert, das wie oben erwähnt, dadurch gebildet wird, daß ein Teil der Kavitätsoberfläche zurückweicht, d. h. eine negative Relativbewegung ausführt und dadurch in eine negative Relativposition gelangt und anschließend sich wieder in Richtung der Kavität bewegt, d. h. eine positive Relativbewegung ausführt. Durch diese positive Relativbewegung wird das Material aus dem Reservoir in andere Bereiche der Kavität gefördert. Durch entsprechende Positionierung und Gestaltung eines oder mehrerer derartiger Reservoirs ist es möglich, die bei Preßprozessen nach dem Stand der Technik erforderlichen hohen Preßkräfte gegen Ende des Preßvorganges gänzlich zu vermeiden.Another preferred embodiment of the present invention consists in that the material to be formed in the cavity is initially formed by the Movement of a tool half is partially promoted in a reservoir that by A moving part of the cavity surface recedes into a negative one Relative position is formed, and then by positive relative movement this moving part of the cavity surface from the reservoir to other areas the cavity is promoted. It is during the closing movement of the Tool to be reshaped material first conveyed into the reservoir, which like mentioned above, is formed in that part of the cavity surface backs away, d. H. executes a negative relative movement and thereby into a negative relative position and then again in the direction of Cavity moves, d. H. carries out a positive relative movement. Through this positive Relative movement is the material from the reservoir to other areas of the Cavity promoted. By positioning and designing an or several of such reservoirs, it is possible, which after the pressing processes State of the art required high pressing forces towards the end of the pressing process to avoid entirely.
Die zur Umformung im Preßprozeß erforderlichen Preßenergien, Preßleistungen und maximal erlaubten Schließkräfte können mit der vorliegenden Erfindung individuell optimal an vorhandene Maschinengrößen angepaßt werden, so daß auch mechanische Schließ- und Verriegelungssysteme zum Einsatz kommen können, wodurch verschiedenste Größen von Bauteilen kostengünstigst hergestellt werden können. The press energies, press capacities and required for forming in the press process maximum permitted closing forces can be customized with the present invention can be optimally adapted to existing machine sizes, so that too mechanical locking and locking systems can be used, whereby the most diverse sizes of components can be manufactured at low cost can.
Die vorliegende Erfindung erlaubt es zudem, den technischen Aufwand für Steuerungs- und Regelungseinrichtungen, welche die Kinetik der auftretenden Energien erfordert und zur Unterdrückung der großen Tendenz einer drohenden Werkzeugkippung während des Preßprozesses notwendig sind, auf ein Minimum zu reduzieren, was letztendlich die Kosten einer der Erfindung entsprechenden Preßeinrichtung drastisch reduzieren wird.The present invention also allows the technical effort for Control devices that control the kinetics of the occurring Requires energy and suppresses the great tendency of an impending Tool tilting during the pressing process are necessary to a minimum reduce what is ultimately the cost of an invention Press device will drastically reduce.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum diskontinuierlichen Pressen von Kunststoffen in einer Kavität, sowie eine Vorrichtung zum Spritzprägen von Kunststoffen in einer Kavität, bei denen mindestens zwei Teile der Kavitätsoberfläche beweglich gestaltet sind, wobei mindestens eine Werkzeughälfte einen oder mehrere relativ zu ihr bewegte Teile enthält, und durch die Relativbewegung dieser Teile zumindest ein Teil der Umformenergie in den Kunststoff eingebracht wird. Die beweglichen Teile der Kavitätsoberflächen sind dabei bevorzugt Zusatzpressen. Bevorzugte Zusatzpressen sind beispielsweise mechanische oder hydraulische Pressen, bzw. Auswerfer oder Schieber.Another object of the invention is a device for discontinuous Pressing plastics in a cavity, as well as a device for injection stamping of plastics in a cavity in which at least two parts of the Cavity surface are designed to be movable, with at least one tool half contains one or more parts moved relative to it, and by the Relative movement of these parts at least part of the forming energy in the Plastic is introduced. The moving parts of the cavity surfaces are preferably additional presses. Preferred additional presses are, for example mechanical or hydraulic presses, or ejectors or slides.
Ein Werkzeug, welches nach dem Prinzip des diskontinuierlichen differenzierten Fließpreßverfahrens arbeitet, besteht üblicherweise aus zwei Werkzeughälften. Die stempelseitige Werkzeughälfte des Werkzeuges ist bevorzugt entweder mit einem Hydraulikkolben oder einem mechanischen Verriegelungssystem verbunden und führt die Schließ- bzw. die Öffnungsbewegung des Pressenwerkzeuges aus. Die matrizenseitige Werkzeughälfte ist dabei auf der Presse fix montiert.A tool which is differentiated according to the principle of discontinuous Extrusion process works, usually consists of two mold halves. The stamp-side tool half of the tool is preferably either with a Hydraulic piston or a mechanical locking system connected and executes the closing or opening movement of the press tool. The The die side of the die is permanently mounted on the press.
Eine oder beide Werkzeughälften besitzen einen oder mehrere der Werkzeugkontur angehörende bewegliche Teile, welche gegenüber ihren Werkzeughälften Relativbewegungen ausführen können, wobei es dahingestellt bleibt, welcher Teil einer Werkzeughälfte die Bewegung ausführt. Alle beweglichen Teile, welche der Werkzeugkontur angehören, werden, wenn sie während des Umformprozesses relative Bewegungen gegenüber ihren angehörenden Werkzeughälften durchführen, und zudem mit ihrer Bewegung Umformenergie in das Preßgut einbringen, unabhängig von der Größe der beschreibenden Kontur, als Zusatzpressen bezeichnet.One or both tool halves have one or more of the tool contours associated moving parts, which are opposite their tool halves Can perform relative movements, it remains unclear which part one half of the tool performs the movement. All moving parts which the Tool contour belong when they are during the forming process perform relative movements relative to their associated tool halves, and also bring forming energy into the pressed material with their movement, regardless of the size of the descriptive contour, as additional presses designated.
Die positive Relativposition einer Zusatzpresse gegenüber weiteren Zusatzpressen ihrer Werkzeughälfte kann bereits zu Beginn des Preßvorganges vorliegen, oder aber durch Relativbewegungen während des differenzierten Fließpreßprozesses erreicht werden. Die positive Relativposition zwischen einer Zusatzpresse und ihrer Werkzeughälfte wird während der Kavitätsfüllung im differenzierten Fließpreßprozesses dahingehend benutzt, daß zunächst im Konturbereich der Zusatzpresse eine geringere Kavitätswanddicke simuliert wird, was der Ausbildung gezielter Strömungsvorgänge am Beginn oder während des differenzierten Fließpreßverlaufes von Nutzen ist.The positive relative position of an additional press compared to other additional presses your tool half can already be at the beginning of the pressing process, or but through relative movements during the differentiated extrusion process can be achieved. The positive relative position between an additional press and hers Tool half is differentiated during cavity filling Extrusion process used in such a way that first in the contour area Additional press a smaller cavity wall thickness is simulated, which is the training targeted flow processes at the beginning or during the differentiated Extrusion course is useful.
Die negative Relativposition einer Zusatzpresse gegenüber weiteren Zusatzpressen ihrer Werkzeughälfte kann bereits zu Beginn des Preßvorganges vorliegen, oder aber durch Relativbewegungen während des differenzierten Fließpreßprozesses erreicht werden. Der Zweck einer negativen Relativposition zwischen einer Zusatzpresse und ihrer Werkzeughälfte während der Formfüllung im differenzierten Fließpreßprozeß besteht darin, während der Füllphase zusätzliches Volumen in der Werkzeugkavität für temporäre Materialreservoirs zu schaffen, da im Konturbereich der Zusatzpresse eine größere Kavitätswanddicke simuliert wird.The negative relative position of an additional press compared to other additional presses your tool half can already be at the beginning of the pressing process, or but through relative movements during the differentiated extrusion process can be achieved. The purpose of a negative relative position between one Additional press and its tool half during the mold filling in the differentiated Extrusion process consists of additional volume in the filling phase To create tool cavity for temporary material reservoirs, because in the contour area the additional press simulates a larger cavity wall thickness.
Zusatzkavitäten eines entsprechenden Werkzeuges, welche nicht Teil der Werkzeugkavität sind, aber mit dieser in Verbindung stehen, und über welche während des Formfüllvorganges weder Preßmasse noch Energie in die Preßmasse der produktbeaufschlagten Werkzeugkavität eingebracht wird, können zum Ausgleich von eingelegten Preßmasseschwankungen dienen. Additional cavities of a corresponding tool that are not part of the Are tool cavity, but are connected to it, and via which neither molding compound nor energy into the molding compound during the mold filling process of the product-loaded tool cavity can be used for Compensate for fluctuations in the molding compound.
Die Hauptaufgabe einer Zusatzpresse liegt darin, während der Füllphase des differenzierten Fließpreßvorganges, die Kavitätskontur nicht starr beizubehalten, sondern durch die möglichen Bewegungen der Zusatzpressen zusätzliche gezielte Volumskavitäten in der Werkzeugkavität zu bilden, welche als temporäre Materialreservoirs dienen. Während der positiven Relativbewegung einer Zusatzpresse wird Preßgut verpreßt, wobei das verdrängte Preßgut zum einen der Ausformung der entsprechenden Werkzeugkavität dient, und zum anderen gegebenenfalls zum Füllen von einem oder mehreren weiteren Materialreservoirs, die durch die negativen Relativpositionen der jeweiligen Zusatzpressen gebildet werden. Die Schließbewegung einer Zusatzpresse endet an der der gewünschten Bauteildicke oder knapp darüber (Schwindung) entsprechenden Position. Die weiteren Teilkavitätsfüllungen erfolgen analog durch die positiven Relativbewegungen der einzelnen Zusatzpressen, wobei die einzelnen Bewegungen der Zusatzpressen zeitlich simultan, überlappend oder auch sequentiell erfolgen können. Die gesamte Formgebung des Bauteiles im differenzierten Fließpreßprozeß ist beendet, wenn jede beliebige Stelle der Bauteiloberfläche mit der Oberflächenkontur des Werkzeuges übereinstimmt, und jeder Teilpreßvorgang beendet ist, was bei einer exakten Massendosierung und Einbringung der zu verpressenden fließfähigen Masse in die geöffnete Werkzeugkavität am Beginn des differenzierten Fließpreßvorganges der Fall ist. Zu diesem Zeitpunkt ist dies gesamte Kavitätsoberfläche produktaufschlagt.The main task of an additional press is during the filling phase of the differentiated extrusion process, not to keep the cavity contour rigid, but through the possible movements of the additional presses additional targeted To form volume cavities in the tool cavity, which are temporary Serve material reservoirs. During the positive relative movement one Additional press is pressed material, the displaced material on the one hand Forming the corresponding tool cavity, and the other optionally for filling one or more additional material reservoirs, which are formed by the negative relative positions of the respective additional presses become. The closing movement of an additional press ends at that of the desired one Component thickness or position just above (shrinkage). The Further partial cavity fillings are carried out analogously by the positive ones Relative movements of the individual additional presses, the individual movements the additional presses take place simultaneously, overlapping or sequentially can. The entire shape of the component in the differentiated extrusion process is finished when any part of the component surface with the Surface contour of the tool matches, and each partial pressing process is finished, what with an exact mass dosing and introduction of the compressing flowable mass into the open mold cavity at the beginning of the differentiated extrusion process is the case. At this point in time, that's all Cavity surface added to the product.
Die benötigte Kraftaufbringung für die Bewegungen und zur Wahrung des statischen Gleichgewichts der einzelnen Zusatzpressen während des differenzierten Fließpreßvorganges kann sowohl mechanisch als auch hydraulisch erfolgen. Die mechanisch durchgeführten Bewegungen der Zusatzpressen erfolgen über entsprechende Hebel (Kniehebel) oder Federelemente. So ist es auch durchaus vorstellbar, daß entsprechende Hubfunktionen von im Werkzeug integrierten Auswerfern oder Schiebern die Funktion der Zusatzpressen übernehmen. Die benötigte Kraftaufbringung der einzelnen Zusatzpressen kann aber auch hydraulisch erfolgen.The required force for the movements and to maintain the static Balance of the individual additional presses during the differentiated Extrusion process can be done both mechanically and hydraulically. The mechanically performed movements of the additional presses take place via corresponding levers (toggle levers) or spring elements. That's how it is conceivable that corresponding lifting functions of integrated in the tool Ejectors or sliders take over the function of the additional presses. The The required force application of the individual additional presses can also be done hydraulically respectively.
Die Steuerung bzw. die Regelung der einzelnen Bewegungen der Zusatzpressen kann sowohl Stempelweg- als Preßzeit-abhängig erfolgen. Die Steuerung bzw. die Regelung der Bewegungen der Zusatzpressen kann aber auch auf Basis von gemessenen mechanischen oder hydraulischen Schließkräften oder auch auf Basis von in der Werkzeugkavität an beliebiger Stelle gemessenen Forminnendrücken erfolgen.The control or regulation of the individual movements of the additional presses can be done depending on the stamp path and the pressing time. The control or the Regulation of the movements of the additional presses can also be based on measured mechanical or hydraulic clamping forces or also based of mold internal pressures measured anywhere in the tool cavity respectively.
In den Abb. 1 bis 4 ist eine bevorzugte Form der zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Vorrichtung, das heißt, des Werkzeuges, in 4 typischen Positionen entsprechend dem Verfahrensablauf des diskontinuierlichen differenzierten Fließpreßverfahrens dargestellt. Die am Beginn des differenzierten Preßprozesses in die Kavität eingebrachte Preßgutmasse entspricht der Bauteil masse, so daß während des differenzierten Preßprozesses in die Kavität keine zusätzliche Preßmasse eingebracht wird. Da am Beginn des Preßprozesses die produktbeaufschlagte Oberfläche der Kavität wesentlich kleiner als die gesamte Oberfläche der Kavität am Ende des Umformprozesses ist, erfolgt die Umformung zum Großteil durch das Fließvermögen der Preßmasse, wobei relativ große Fließwege auftreten.In Figs. 1 to 4 is a preferred form of the apparatus used for implementing the method, that is, of the tool shown in Figure 4 typical positions corresponding to the process flow of the discontinuous differentiated Fließpreßverfahrens. The mass of pressed material introduced into the cavity at the beginning of the differentiated pressing process corresponds to the component mass, so that no additional molding compound is introduced into the cavity during the differentiated pressing process. Since at the beginning of the pressing process the surface of the cavity exposed to the product is significantly smaller than the entire surface of the cavity at the end of the forming process, the forming is largely done by the fluidity of the molding compound, with relatively large flow paths occurring.
Abb. 1 zeigt die für den differenzierten Fließpreßprozeß benötigten werkzeugtechnischen Komponenten und deren Ausgangsstellung eines differenzierten Fließpreßprozesses. Die matrizenseitige Werkzeughälfte (1) ist in sich starr ausgeführt und fix montiert, wobei deren Werkzeugoberflächenkonturen mit der entsprechenden Bauteilgeometrie ident ist. Die stempelseitige Werkzeughälfte besteht aus den bewegliche Kavitätsoberflächen bildenden Werkzeugteilen (3), (4) und (5). Das in die geöffnete Werkzeugkavität eingebrachte zu verpressende Preßgut, dessen Masse der gewünschten Masse des Bauteiles entspricht, ist mit (2) bezeichnet. Das eingebrachte Preßgut liegt unter den gewählten Prozeßparametern in fließfähiger Form vor. Fig. 1 shows the tooling components required for the differentiated extrusion process and their starting position for a differentiated extrusion process. The die-side tool half ( 1 ) is rigid in itself and is permanently installed, the tool surface contours of which are identical to the corresponding component geometry. The die side of the die consists of the tool parts ( 3 ), ( 4 ) and ( 5 ) which form movable cavity surfaces. The material to be pressed, which is introduced into the opened mold cavity and whose mass corresponds to the desired mass of the component, is designated by ( 2 ). The material to be pressed is in a flowable form under the selected process parameters.
Die benötigte Kraftaufbringung für die Bewegungen und zur Wahrung der benötigten Schließkräfte der einzelnen bewegten Werkzeugteile kann in der genannten Ausführungsform sowohl mechanisch als auch hydraulisch erfolgen. Die einzelnen Bewegungen der Werkzeugteile (3), (4) und (5) können sowohl zeitlich simultan, überlappend oder auch sequentiell gesteuert erfolgen.The required application of force for the movements and for maintaining the required closing forces of the individual moving tool parts can take place mechanically as well as hydraulically in the embodiment mentioned. The individual movements of the tool parts ( 3 ), ( 4 ) and ( 5 ) can take place simultaneously, overlapping or sequentially controlled.
Abb. 2 zeigt schematisch den Beginn des diskontinuierlichen differenzierten Preßprozesses. Durch die Schließbewegung des Werkzeugteiles (3) wird Umformenergie in das umzuformende Preßgut eingebracht, wobei es zu einer Umformung des in die Presse eingelegten Preßgutes kommt. Die Schließbewegung des Werkzeugteiles (3) endet in diesem Fall an der der gewünschten Bauteildicke entsprechenden Stellung und verharrt während der restlichen Formgebung im differenzierten Preßprozeß in dieser Stellung. Der in den Werkzeugteil (3) eingebaute bewegliche Werkzeugteil (4) führt in dieser Phase des differenzierten Preßprozesses dieselbe Schließbewegung wie der bewegte Werkzeugteil (3) aus. Durch die negative Relativposition des Werkzeugteiles (4) zum Werkzeugteil (3) am Beginn des differenzierten Preßprozesses ist es möglich, im entsprechenden Kavitätsbereich des Werkzeugteiles (4) ein temporäres Materialreservoir anzulegen. Der bewegliche Werkzeugteil (5) führt in der ersten Phase des differenzierten Preßprozesses keine Bewegung aus. Fig. 2 shows schematically the beginning of the discontinuous, differentiated pressing process. The closing movement of the tool part ( 3 ) introduces forming energy into the material to be formed, which results in the pressing of the material placed in the press. The closing movement of the tool part ( 3 ) ends in this case at the position corresponding to the desired component thickness and remains in this position during the remaining shaping in the differentiated pressing process. In this phase of the differentiated pressing process, the movable tool part ( 4 ) built into the tool part ( 3 ) performs the same closing movement as the moving tool part ( 3 ). Due to the negative relative position of the tool part ( 4 ) to the tool part ( 3 ) at the beginning of the differentiated pressing process, it is possible to create a temporary material reservoir in the corresponding cavity area of the tool part ( 4 ). The movable tool part ( 5 ) does not move in the first phase of the differentiated pressing process.
Die nächste Prozeßphase des diskontinuierlichen differenzierten Preßprozesses wird in Abb. 3 gezeigt. Die Schließbewegung des beweglichen Werkzeugteiles (5) erzeugt einen Formschluß zwischen der stempelseitigen und der matrizenseitigen Werkzeughälfte, um die Dichtheit der Kavität zu garantieren, welche für den vollständigen Umformprozeß von Nöten ist. Durch die Erlangung einer entsprechend frühzeitigen Dichtheit der Kavität durch den Formschluß des beweglichen stempelseitigen Werkzeugteiles (5) mit der matrizenseitigen Werkzeughälfte (1) ist ein Tauchkantenwerkzeug nicht von Nöten. Mit der Schließbewegung des Werkzeugteiles (5) kann, muß aber nicht zwingend, Umformenergie über etwaige produktbeaufschlagte Oberflächen in das Preßgut eingebracht werden. Die übrigen beweglichen Werkzeugteile (3) und (4) führen in dieser Phase des beschriebenen Ablaufes des differenzierten Preßprozesses keine Bewegungen aus und bringen somit keine Umformenergie in das Preßgut ein.The next process phase of the discontinuous differentiated pressing process is shown in Fig. 3. The closing movement of the movable tool part ( 5 ) creates a positive connection between the die side and the die side of the die in order to guarantee the tightness of the cavity, which is necessary for the complete forming process. Due to the fact that the cavity is sealed at an early stage by the positive locking of the movable die-side tool part ( 5 ) with the die-side tool half ( 1 ), a plunge edge tool is not necessary. With the closing movement of the tool part ( 5 ), forming energy can, but does not necessarily have to be introduced into the material to be pressed via any surfaces that are exposed to the product. The remaining movable tool parts ( 3 ) and ( 4 ) do not make any movements in this phase of the described process of the differentiated pressing process and thus do not introduce any forming energy into the material to be pressed.
Die noch verbleibende Umformung des Preßgutes zum endgültigen Bauteil im differenzierten Preßprozeß erfolgt laut Abb. 4 durch die Schließbewegung des beweglichen stempelseitigen Werkzeugteiles (4).The remaining shaping of the pressed material to the final component in the differentiated pressing process takes place according to Fig. 4 by the closing movement of the movable die-side tool part ( 4 ).
Die Aufbringung eines erforderlichen Nachdruckes (Schwindung) erfolgt über zu sätzliche kleine Schließbewegungen aller beweglicher stempelseitiger Werkzeug teile, welche nicht über einen direkten Formschluß mit der matrizenseitigen Werkzeughälfte in Kontakt stehen.The required reprint (shrinkage) is applied via zu additional small closing movements of all movable die-side tools parts that do not have a direct positive connection with the die side Half of the tool are in contact.
Sowohl Größe und Form der einzelnen beweglichen stempelseitigen Werkzeugteile können aus werkzeugtechnischen Gründen und aus rheologischen Gegebenheiten individuell angepaßt werden. Die einzelnen Bewegungsabläufe der bewegten stempelseitigen Werkzeugteile können zusätzlich individuell gesteuert werden. Diese Gegebenheit eröffnet eine Vielfalt von Freiheitsgraden zur Findung des idealen Formgebungsprozesses in einem diskontinuierlichen differenzierten Preßprozeß. In diesem Sinne werden in der Praxis die hier beschriebenen Schließphasen von der streng sequenziellen Reihenfolge der Bewegungsabläufe in simultan ablaufende Schließbewegungen der einzelnen beweglichen Werkzeugteile erfolgen. Im Sinn der vorliegenden Erfindung entspricht es jedoch einer bevorzugten Ausführungsform des diskontinuierlichen differenzierten Preßprozesses, daß die letzten Phasen des Umformprozesses, also die vollständige Formfüllung, durch Einbringung von Umformenergie über jene Kavitätsoberflächen der beweglichen Werkzeugteile erfolgt, welche die geringsten Kavitätsoberflächen besitzen.Both the size and shape of the individual movable die-side tool parts can for reasons of tool technology and rheological conditions can be customized. The individual movements of the moving Stamp-side tool parts can also be controlled individually. This fact opens up a variety of degrees of freedom to find the ideal shaping process in a discontinuous differentiated Pressing process. In this sense, those described here are used in practice Closing phases from the strictly sequential order of movements in simultaneous closing movements of the individual moving tool parts respectively. In the sense of the present invention, however, it corresponds to a preferred one Embodiment of the discontinuous differentiated pressing process that the last phases of the forming process, i.e. the complete filling of the mold Introduction of forming energy over those cavity surfaces of the movable Tool parts are made which have the smallest cavity surfaces.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung eignet sich zum Verpressen aller preßfähigen Kunststoffe, insbesondere von solchen, die unter den Preßbedingungen plastisch bzw. fließfähig vorliegen. Bevorzugt werden duromere oder thermoplastische Kunststoffe, wie z. B. Harnstoff-, Melamin- oder Phenolharze, Epoxide, Polyolefine, wie z. B. Polyethylen, oder Polypropylen, Polyamide, Polyimide, Polyester, Polyetherketone, Polyesterketone, Polysulfide, Polysulfone, Aramide, eingesetzt. Die genannten Kunststoffe können sowohl ungefüllt als auch gefüllt bzw. unter Zusatz von üblichen Additiven verwendet werden. Das erfindungs gemäße Verfahren sowie die Vorrichtung eignet sich auch zum Verpressen von Metallen und keramischen Materialien.The method according to the invention and the device are suitable for pressing all pressable plastics, in particular those which are among the Press conditions are plastic or flowable. Thermosets are preferred or thermoplastics, such as. B. urea, melamine or phenolic resins, Epoxies, polyolefins such as e.g. B. polyethylene, or polypropylene, polyamides, Polyimides, polyesters, polyether ketones, polyester ketones, polysulfides, polysulfones, Aramids. The plastics mentioned can be both unfilled and filled or used with the addition of conventional additives. The invention according to the method and the device is also suitable for pressing Metals and ceramic materials.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Bauteile, wie z. B. Maschinenteile oder Bauteile für Kraftfahrzeuge, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, bzw. Bauteile, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden.Another object of the invention are components such. B. machine parts or Components for motor vehicles, which are produced by the method according to the invention are, or components that are produced in the device according to the invention become.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1997145909 DE19745909A1 (en) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | Discontinuous process forming molding in cavity by volumetric displacement |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE1997145909 DE19745909A1 (en) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | Discontinuous process forming molding in cavity by volumetric displacement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=7845833
Family Applications (1)
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| DE1997145909 Withdrawn DE19745909A1 (en) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | Discontinuous process forming molding in cavity by volumetric displacement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19745909A1 (en) |
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