СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПОДОГРЕВА ПРЕСС-ФОРМЫ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2017 года по МПК B29C33/08 

Изобретение относится к способу и к устройству для подогрева пресс-формы. В частности, но не исключительно, изобретение находит свое применение для подогрева пресс-формы, используемой в процессе литья под давлением пластического материала или металла в жидком или пастообразном состоянии и, в частности, для литья под давлением материала, содержащего усиления, например, в виде коротких волокон.

На фиг. 1А, относящейся к известному техническому решению, схематично показана тонкая деталь 100, изготавливаемая серийно посредством литья под давлением. Например, эта деталь является крышкой электронного прибора. Если она имеет большие размеры, например, если речь идет о крышке телевизора с большим экраном, указанную деталь выполняют из полимера, усиленного наполнителем в виде волокон или шариков. Как правило, такая деталь 100 содержит сторону 110, называемую внешней, являющуюся гладкой или имеющую отделочную текстуру, при этом указанная сторона остается видимой после соединения указанной детали с прибором. Согласно частному варианту выполнения, эта сторона содержит декоративный рисунок, получаемый во время литья под давлением пластического материала в пресс-форме после наложения декоративной пленки на внутреннюю сторону указанной пресс-формы. Деталь 100 содержит также сторону 120, называемую технической, которая содержит многочисленные рельефные элементы, такие как ребра 121, гнезда 122 под винты, пазы 123 и т.д. Показанную на фиг. 1В деталь 100 выполняют посредством горячего литья под давлением пластического материала, содержащего усиливающий наполнитель, в закрытой полости 122 пресс-формы 150. Эта пресс-форма содержит неподвижную часть 151 и подвижную часть 152. Нагнетаемый материал поступает в полость 153 через канал 161, выполненный в неподвижной части и соединенный с устройством нагнетания 160, например, шнеком. Для заполнения всей полости 153 и обеспечения однородного внешнего вида, в частности, внешней стороны детали, пресс-форму 150 необходимо перед нагнетанием подогреть, чтобы получить однородную температуру поверхности полости, входящей в контакт с нагнетаемым полимером. В случае процесса серийного производства желательно максимально сокращать время подогрева и охлаждения пресс-формы. Согласно известному решению, формовочные поверхности пресс-формы, в частности, формовочную поверхность, находящуюся на неподвижной части указанной пресс-формы, нагревают, например, при помощи устройств нагрева, расположенных в пазах или отверстиях под указанными формовочными поверхностями. Эти элементы являются сложными в изготовлении на пресс-формах большого размера и являются причиной механического ослабления формовочных поверхностей. Поскольку нагрев происходит за счет теплопроводности внутри самих частей пресс-формы, то нагревается большой объем материала, что приводит к чрезмерному расходу энергии и затрудняет достижение высокой скорости нагрева.

Для повышения скорости нагрева, согласно известному решению, поверхности пресс-формы с двух сторон от полости можно нагревать путем индукционного нагрева.

Такой способ подогрева, представленный на фиг. 2, описан в документе WO 2010046582. Согласно этому известному способу, обе части 151, 152 пресс-формы выполнены из электропроводящего и ферромагнитного материала, например, из стали, содержащей в основном ферритную фазу. Предпочтительно каждую из этих двух частей вставляют в каркас 251, 252, выполненный из немагнитного проводящего материала, такого как медь Cu, за исключением так называемых формовочных поверхностей 261, 262, ограничивающих полость пресс-формы. Индукционный контур 210, состоящий из одного или нескольких витков, охватывает обе части 151, 152 пресс-формы. Между двумя частями 151, 152 пресс-формы располагают промежуточную деталь 270, называемую сердечником, выполненную из электропроводящего материала. Этот сердечник электрически изолирован от обеих частей 151, 152 пресс-формы. Расположенный таким образом, сердечник 270 содержит поверхности 271, 272, отделенные небольшим расстоянием от формовочных поверхностей 261, 262 двух частей пресс-формы, ограничивая таким образом вместе с указанными формовочными поверхностями два изолирующих зазора e₁, е₂. Когда через индукционный контур пропускают переменный ток высокой частоты, на находящихся друг против друга сторонах 261, 271, 262, 272 сердечника и формовочных поверхностей по обе стороны от этих зазоров циркулируют наведенные токи, способствуя быстрому нагреву ферромагнитных формовочных поверхностей 261, 262. Повышенная магнитная проницаемость ферромагнитной стали способствует тому, что наведенные токи проходят только по поверхности на незначительной глубине от указанных формовочных поверхностей. Таким образом, этот способ подогрева позволяет быстро нагревать формовочные поверхности за счет индукции, концентрируя нагрев на этих поверхностях, когда между ними вставлен сердечник 270, при этом пресс-форма открыта. Для осуществления литья под давлением сердечник извлекают, пресс-форму 150 закрывают путем сближения двух частей 151, 152, после чего в формовочную полость чрез один или несколько каналов (не показаны) нагнетают материал в жидком или пастообразном состоянии. Температуру подогрева контролируют путем регулирования электрической мощности, подаваемой в индукционный контур, и времени нагрева. Эту температуру выбирают достаточной, что обеспечивать легкое перетекание нагнетаемого материала по всей полости, после чего тепло указанного материала удаляется через массу пресс-формы, которая предпочтительно содержит контур охлаждения, например, посредством циркуляции текучей среды в охлаждающих каналах 281, 282, выполненных в каждой из частей пресс-формы и проходящих через них в непосредственной близости от формовочных поверхностей. Таким образом, возможность нагревать только формовочные поверхности на небольшой глубине дает выигрыш в производительности как при нагреве, так и при охлаждении.

Этот известный способ является эффективным для подогрева формовочной поверхности внешней стороны детали, но он не подходит для подогрева формовочной поверхности технической стороны. Действительно, многочисленные рельефные элементы и технические приспособления, которые содержит эта сторона, такие как выдвижные блоки или кулисы, не позволяют легко получать постоянный зазор между сердечником и соответствующей формовочной поверхностью, к тому же эти неровности формы нарушают циркуляцию наведенных токов, приводя к локальным перегревам и даже к явлениям электрической дуги.

В документе АТ 504784 описаны способ и устройство подогрева пресс-формы, адаптированное для процесса литья под давлением пластического материала, содержащее устройство подогрева тепловым излучением одной из формовочных поверхностей этой пресс-формы. Для достижения быстрого подогрева указанной формовочной поверхности эта формовочная поверхность представляет собой сторону тонкой детали, отстоящей от корпуса пресс-форм, когда указанная пресс-форма находится в открытом положении. Таким образом, уменьшается объем материала, нагреваемый излучением. Однако этот вариант осуществления является сложным и не подходит для формовочной поверхности, соответствующей технической стороне детали.

В документе DE 102008060496 описаны способ и устройство подогрева, при которых часть пресс-формы, содержащую формовочную поверхность, перемещают наружу указанной пресс-формы для подогрева.

Задача изобретения состоит в устранении вышеуказанных недостатков, присущих известным техническим решениям.

Поставленная задача решена в способе подогрева первой формовочной поверхности пресс-формы, при этом пресс-форма имеет открытое положение и закрытое положение и ограничивает в этом закрытом положении закрытую полость между первой подогреваемой формовочной поверхностью и второй формовочной поверхностью, при этом указанный способ содержит следующие этапы, на которых:

a. деталь, называемую сердечником, нагревают за счет индукции снаружи пресс-формы, устанавливая указанную деталь внутри витка, через который пропускают переменный ток;

b. указанный сердечник устанавливают между формовочными поверхностями указанной пресс-формы в открытом положении;

c. осуществляют подогрев первой формовочной поверхности за счет теплопередачи между указанным сердечником и указанной формовочной поверхностью;

d. извлекают сердечник и закрывают пресс-форму.

Таким образом, заявленный способ позволяет нагревать сердечник снаружи пресс-формы и концентрировать нагрев на формовочной поверхности, избегая трудностей, связанных с формой указанной формовочной поверхности, которая, согласно этому способу, нагревается за счет теплопередачи. Поскольку индукционный нагрев сердечника отделен от формовочной зоны, указанная формовочная зона оказывается менее загроможденной, и ее легче вводить в литейный пресс по сравнению с известными техническими решениями.

Изобретение можно выполнять в соответствии с описанными ниже вариантами осуществления, которые следует рассматривать индивидуально или в любой технически допустимой комбинации.

Согласно частному варианту осуществления, этап с) осуществляют при помощи теплопередачи, в основном происходящей за счет теплопроводности. Этот вариант осуществления обеспечивает быструю теплопередачу и нагрев сердечника при меньшей температуре, но требует контакта между формовочной поверхностью и сердечником.

Согласно другому варианту осуществления, этап а) включает в себя нагрев сердечника до температуры, составляющей от 700°С до 1200°С, и этап с) осуществляют при помощи теплопередачи в основном за счет излучения. Этот вариант осуществления больше адаптирован для нагрева сложной формовочной поверхности, содержащей многочисленные рельефные элементы. Применение индукционного нагрева сердечника снаружи пресс-формы позволяет нагревать его до высокой температуры для обеспечения быстрого и бесконтактного подогрева формовочной поверхности.

Предпочтительно этап а) осуществляют в атмосфере инертного газа. Таким образом, поверхности сердечника оказываются защищенными от окисления при высокой температуре во время фазы нагрева, что повышает срок службы этого сердечника.

Предпочтительно этап а) осуществляют, помещая сердечник между двумя электропроводящими тепловыми экранами, электрически изолированными друг от друга и от сердечника, при этом весь комплекс располагают внутри витка. Таким образом, сердечник нагревается быстрее, и пресс-форма и окружающие ее технические элементы защищены от теплового излучения сердечника, нагреваемого до высокой температуры во время фазы нагрева этого сердечника.

Предпочтительно пресс-форма содержит канал для циркуляции текучей среды-теплоносителя, проходящий под первой формовочной поверхностью, и, согласно этому варианту осуществления, заявленный способ перед этапом с) содержит этап, на котором:

e. указанный канал продувают для удаления из него любой текучей среды.

Таким образом, продутый охлаждающий канал выполняет роль теплоизоляционного барьера между формовочной поверхностью и остальной частью пресс-формы.

Предпочтительно вторую формовочную поверхность тоже нагревают за счет теплопередачи во время этапа с). Таким образом, подогрев обеих формовочных поверхностей способствует однородному потоку разливаемого материала между формовочными поверхностями и позволяет избегать остаточных напряжений в детали, изготавливаемой при помощи заявленного способа.

Согласно предпочтительному варианту осуществления заявленного способа, он содержат перед этапом d) этап, на котором:

f. за счет индукции подогревают вторую формовочную поверхность, ограничивающую закрытую полость пресс-формы, помещая напротив указанной поверхности электропроводящую промежуточную деталь, электрически изолированную от указанной формовочной поверхности и образующую зазор с этой формовочной поверхностью, при этом соответствующую часть пресс-формы и указанную промежуточную деталь помещают в виток, через который пропускают переменный ток.

Этот вариант осуществления заявленного способа требует, чтобы пресс-форма тоже была оснащена индукционным контуром. В частности, но не исключительно этот вариант осуществления адаптирован к случаю литья с использованием декоративной пленки, укладываемой на вторую формовочную поверхность, и позволяет осуществлять подогрев этой второй формовочной поверхности, избегая повреждения прожиганием указанной пленки.

Согласно частому варианту заявленного способа, промежуточная деталь является сердечником, и этап f) осуществляют одновременно с этапом с), когда средства обеспечивают электропроводимость между сердечником и первой формовочной поверхностью, подогреваемой за счет теплопередачи. Таким образом, в ходе одной и той же операции подогрева обе формовочные поверхности пресс-формы нагреваются до соответствующей температуры подогрева, при этом первая формовочная поверхность нагревается только за счет теплопередачи, а вторая формовочная поверхность - в основном за счет индукции.

Предпочтительно в момент осуществления этапа f) вторую формовочную поверхность покрывают пластической декоративной пленкой, и после этапа d) способ содержит этап, на котором:

g. в закрытую полость пресс-формы нагнетают расплавленный пластический материал.

Объектом изобретения является также устройство для осуществления заявленного способа, предназначенное для подогрева пресс-формы, имеющей открытое положение и закрытое положение и ограничивающей в этом закрытом положении закрытую полость между первой формовочной поверхностью и второй формовочной поверхностью, при этом указанное устройство содержит:

- сердечник;

- индукционные средства, отдельные от пресс-формы, для индукционного нагрева сердечника внутри витка в зоне нагрева;

- средства перемещения сердечника между зоной нагрева и пресс-формой.

Таким образом, осуществление заявленного способа является автоматизированным.

Согласно первому варианту осуществления заявленного устройства, сердечник представляет собой графитовый блок. Этот электропроводящий материал можно нагреть за счет индукции до высокой температуры, и он имеет коэффициент излучения, близкий к 1, способствующий теплопередаче за счет излучения.

Согласно второму варианту осуществления заявленного устройства, сердечник выполнен из ферромагнитного металлического материала, и его поверхность, находящаяся напротив первой формовочной поверхности, имеет покрытие, коэффициент излучения которого превышает 0,9. Этот вариант осуществления позволяет добиваться более быстрого нагрева сердечника, сохраняя при этом высокий коэффициент излучения его поверхности, чтобы способствовать теплопередаче за счет излучения.

Предпочтительно покрытие сердечника согласно этому второму варианту заявленного устройства состоит из аморфного углерода. Это покрытие является исключительно стойким к окислению.

Предпочтительно сердечник является полым. Таким образом, масса указанного сердечника уменьшена, что ускоряет его нагрев и облегчает его перемещения.

Предпочтительно средства перемещения заявленного устройства представляют собой робот, при этом указанный робот дополнительно содержит средства для извлечения из пресс-формы детали, выполненной в полости пресс-формы. Таким образом, используют одно и то же устройство для извлечения детали из пресс-формы и для введения сердечника между частями пресс-формы, что позволяет уменьшить габаритные размеры устройства и повысить производительность формования, комбинируя задачи робота в ходе осуществления одной и той же кинематической операции.

Предпочтительно средства индукционного нагрева заявленного устройства содержат:

- первый экран, выполненный из электропроводящего, но не являющегося ферромагнитным материала;

- второй экран, выполненный из электропроводящего, но не являющегося ферромагнитным материала;

- средства для сдвигания и раздвигания двух экранов и средства для удержания сердечника между двумя экранами, когда они находятся в сдвинутом положении;

- индуктор, содержащий виток, охватывающий оба экрана, при этом указанный виток состоит из двух полувитков, каждый из которых связан с одним из экранов и содержит соединители для обеспечения электрической непрерывности между двумя полувитками, когда оба экрана находятся в сдвинутом положении;

- средства для электрической изоляции сердечника от двух экранов и для создания зазора между сторонами сердечника напротив сторон экранов.

Таким образом, сердечник быстро нагревают за счет индукции, создавая два зазора и защищая двумя экранами окружающую его среду от излучения сердечника.

Предпочтительно экраны являются полыми. Таким образом, ими легче манипулировать, и устройство является более компактным.

Предпочтительно экраны содержат внутренний контур охлаждения для циркуляции текучей среды-теплоносителя. Таким образом, устройство можно применять с соблюдением высоких ритмов производства без риска повреждения экранов, связанного с их перегревом при излучении сердечника.

Объектом изобретения является также устройство для литья под давлением материала в жидком или пастообразном состоянии в полости пресс-формы, содержащей две части, подвижные относительно друг друга и ограничивающие между собой закрытую полость, образованную между двумя формовочными поверхностями, при этом указанное устройство содержит устройство подогрева согласно любому из предыдущих вариантов осуществления.

Предпочтительно формовочная поверхность, в основном нагреваемая за счет теплового излучения, содержит покрытие, коэффициент излучения которого превышает 0,9. Таким образом, улучшается теплопередача за счет излучения между этой формовочной поверхностью и сердечником.

Далее следует описание предпочтительных, но неограничивающих вариантов осуществления изобретения со ссылками на фиг. 1-8, на которых:

на фиг. 1 представлено известное решение, при этом на фиг. 1А показана деталь, полученная путем литья под давлением пластического материала и содержащая внешнюю сторону и техническую сторону, а на фиг. 1В показана пресс-форма для изготовления такой детали, виды в перспективе и в разрезе соответственно;

на фиг. 2 показан пример осуществления известного устройства индукционного подогрева формовочных поверхностей пресс-формы, вид в разрезе;

на фиг. 3 представлена блок-схема примера осуществления заявленного способа;

на фиг. 4, представлены: на фиг. 4А - пример осуществления заявленного устройства, на фиг. 4В - устройство нагрева, отделенное от сердечника, на фиг. 4С - вариант осуществления сердечника, содержащего подложку и покрытие с коэффициентом излучения, близким к 1, виды в разрезе;

на фиг. 5 показан пример осуществления зоны индукционного нагрева сердечника, при этом указанная зона содержит два экрана, образующих зазоры с поверхностями сердечника, вид в разрезе;

на фиг. 6 показан пример осуществления сердечника, включающего в себя соединение двух материалов, а также примера осуществления зоны нагрева сердечника, адаптированной для этого варианта осуществления, вид в разрезе;

на фиг. 7 показан пример осуществления заявленного устройства с использованием сердечника, состоящего из двух соединенных между собой частей, как показано на фиг. 6, при этом одна формовочная поверхность нагревается за счет теплопередачи, а другая формовочная поверхность - за счет индукции, вид в разрезе;

на фиг. 8 показан пример осуществления заявленного устройства, содержащего сердечник из двух разделяемых частей, при этом одну часть нагревают за счет индукции перед ее соединением с другой частью указанного сердечника.

На фиг. 3 представлен пример осуществления заявленного способа подогрева в рамках процесса литья под давлением. На первом этапе 310, называемом этапом открывания, пресс-форму открывают. В ходе этапа 325 извлечения деталь извлекают из пресс-формы и удаляют. Параллельно во время этапа 320 введения сердечник вводят в нагретом состоянии между двумя открытыми частями пресс-формы. Части пресс-формы сдвигают, чтобы охватить ими сердечник, во время этапа 330 подогрева. Во время этого этапа подогрева, по меньшей мере, одна из формовочных поверхностей пресс-формы, которая входит в контакт со сердечником или находится вблизи него, нагревается посредством теплопередачи. Эта теплопередача происходит за счет теплопроводности, конвекции или излучения в зависимости от варианта осуществления устройства в соответствии с изобретением.

Согласно второму варианту осуществления, способ содержит этап 335 индукционного нагрева одной из формовочных поверхностей, осуществляемый, когда сердечник вводят в пресс-форму.

Таким образом, по меньшей мере, одну из формовочных поверхностей пресс-формы, предпочтительно формовочную поверхность для осуществления технической стороны нагревают посредством теплопередачи за счет теплопроводности, конвекции или излучения, а формовочную поверхность, соответствующую внешней стороне, нагревают посредством теплопередачи или за счет индукции.

Когда формовочные поверхности пресс-формы достигают соответствующей температуры, пресс-форму открывают и сердечник извлекают в ходе этапа 340 извлечения. Затем пресс-форму опять закрывают 350 под давлением, чтобы получить герметичную полость между формовочными поверхностями указанной пресс-формы. Материал для изготовления детали нагнетают в пресс-форму во время этапа 360 нагнетания, после которого следует этап охлаждения 370. После этого пресс-форму опять открывают 310 для извлечения 315 детали.

Как показано на фиг. 4А, согласно варианту осуществления заявленного устройства, пресс-форма содержит неподвижную часть 452, которая, согласно этому примеру, имеет формовочную поверхность 462, соответствующую формованию внешней стороны конечной детали, и подвижную часть 451, формовочная поверхность 461 которой соответствует формованию технической стороны конечной детали. Подвижная часть 451 связана с неподвижной частью 452 пресс-формы через кулису 411, чтобы обеспечивать открывание и закрывание полости, ограничиваемой формовочными поверхностями 461, 462 двух частей 451, 452 пресс-формы. Сердечник 470 для подогрева соединен со средствами 412, называемыми средствами перемещения, позволяющими перемещать указанный сердечник 470 между положением, показанным на фиг. 4А, в котором сердечник находится между двумя частями 451, 452 пресс-формы, и положением, показанным на фиг. 4В, в котором сердечник отделен от пресс-формы и в котором указанный сердечник 470 можно нагревать до определенной температуры в так называемой зоне нагрева. Согласно примеру осуществления, эти средства перемещения представляют собой робот или манипулятор, символично показанный на фиг. 4А, позволяющий за счет скользящей поворотной связи, обеспечивающей поворот, по меньшей мере, на 90°, помещать сердечник 470 между двумя частями 451, 452 пресс-формы и за счет поступательного движения, по существу перпендикулярного к плоскости закрывания пресс-формы, приближать или удалять указанный сердечник 470 от одной или другой из формовочных поверхностей 461, 462. Предпочтительно манипулятор 412 содержит средства не показаны, позволяющие извлекать деталь, выполненную в ходе операции литья. Таким образом, один и тот же манипулятор используют в ходе цикла, включающего в себя при открывании пресс-формы отделение от формы детали, которая остается скрепленной с поверхностью 462 формования технической стороны, причем это отделение осуществляют посредством поступательного движения по существу перпендикулярно к плоскости соединения пресс-формы, затем удаление детали поворотным движением вокруг этого направления, в то время как сердечник нагревается в зоне нагрева. Манипулятор захватывает затем нагретый сердечник и вводит его между двумя частями 451, 452 пресс-формы. Специалист может адаптировать это устройство в зависимости от кинематики операций и от габаритов пресс-формы и изготавливаемой детали.

Как показано на фиг. 4В, согласно примеру осуществления, зона нагрева включает в себя индукционный контур, содержащий индуктор 430, состоящий из двух полувитков 431, 432, которые соединены при помощи разъемов 435 и которые после соединения охватывают сердечник 470. Согласно этому примеру осуществления, сердечник выполнен из материала или из соединения материалов таким образом, чтобы его можно было быстро нагреть за счет индукции. Поскольку сердечник 470 не подвергается сильным механическим напряжениям, возможен широкий выбор материалов или соединения материалов. Согласно первому примеру осуществления, сердечник 470 выполнен из графита. Этот материал можно нагревать за счет индукции до очень высокой температуры сверх 1000°С, и он имеет коэффициент излучения, близкий к 1, что позволяет получать сильное тепловое излучение.

Как показано на фиг. 4, в альтернативном варианте сердечник содержит подложку 471 из ферромагнитного материала, что позволяет ускорить индукционный нагрев. Согласно примеру осуществления, предназначенному для нагрева формовочной поверхности 461, 462 за счет излучения, указанная подложка содержит на всех или на части своих наружных поверхностей покрытие 472, выполненное, например, из аморфного углерода, позволяющее увеличить коэффициент излучения этих поверхностей. Предпочтительно подложку выбирают таким образом, чтобы она имела высокую температуру Кюри, превышающую 700°С. В качестве не ограничивающих примеров можно указать сплавы на основе железа Fe и кобальта Со или на основе железа Fe и кремния Si, позволяющие получать такую температуру Кюри. Высокая стоимость этих материалов компенсируется уменьшением размеров сердечника 470. Поскольку он не подвергается механическим напряжениям, то его, согласно примерам осуществления, можно изготовить из простого деформированного листа с покрытием или в виде полого тела, что облегчает также его перемещение при помощи манипулятора 412 и позволяет сократить время нагрева.

Частота переменного тока, проходящего в индукторе 430, показанном на фиг. 4, составляет от 10 кГц до 100 кГц, и ее можно адаптировать в зависимости от материала сердечника 470.

После нагрева до необходимой температуры сердечник 470 вводят между двумя частями 451, 452 пресс-формы. Согласно первому примеру осуществления, нагретый сердечник 470 вводят в контакт с одной из формовочных поверхностей 461, которая нагревается за счет теплопроводности. Согласно другому варианту осуществления, указанная формовочная поверхность 461 нагревается без контакта за счет излучения и конвекции. Если сердечник 470 выполнен из графита, его коэффициент излучения превышает 0,9, и большая часть тепловой энергии, поглощенная во время фазы нагрева сердечника, опять передается за счет излучения. Таким образом, согласно этому варианту осуществления, сердечник 470 предпочтительно нагревают до высокой температуры, например, до 1000°С. Чтобы избежать ускоренного окисления графита при высокой температуре, предпочтительно во время нагрева сердечника зону нагрева окружают защитной атмосферой инертного газа.

Когда сердечник оказывается вблизи нагреваемой формовочной поверхности, тепловой поток, проходящий в направлении этой поверхности в результате излучения, достигает значении порядка 150⋅10³ Βт.м.^-2. Такой тепловой поток обеспечивает быстрый нагрев формовочной поверхности без контакта с этой поверхностью и оказывается эффективным, даже если указанная поверхность имеет многочисленные рельефные элементы, как поверхность 461 формования технической стороны отливаемой детали. Для улучшения теплопередачи за счет излучения между сердечником 470 и указанной формовочной поверхностью 461, на нее предпочтительно наносят покрытие с коэффициентом излучения, близком к 1. Для достижения этого эффекта в качестве не ограничительных примеров можно использовать покрытие из аморфного углерода, физически наносимое в паровой фазе или PVD (сокращение от "Physical Vapor Deposition") на указанную формовочную поверхность 461, химическую обработку, называемую воронением этой поверхности, или электролитическое нанесение черного хромированного покрытия.

Согласно другому примеру осуществления, обе части 451, 452 пресс-формы сближают после введения между ними сердечника таким образом, чтобы обе формовочные поверхности 461, 462 нагревались за счет теплопередачи. Согласно вариантам осуществления:

- обе формовочные поверхности 461, 462 нагревают за счет теплопроводности при контакте с указанным сердечником 470;

- обе формовочные поверхности 461, 462 нагревают за счет излучения и конвекции, удерживая их за пределами контакта со сердечником 470;

- одну из формовочных поверхностей нагревают за счет излучения и конвекции, а другую формовочную поверхность - за счет теплопроводности.

Как показано на фиг. 4А, одна из частей 452 пресс-формы или обе ее части содержат каналы 481, 482 для циркуляции текучей среды-теплоносителя. Так, согласно примеру осуществления, неподвижная часть 452 пресс-формы, соответствующая изготовлению внешней стороны детали, содержит каналы 482 для нагрева этой части и каналы 481 вблизи формовочной поверхности 462 для охлаждения полости. Согласно не показанному примеру осуществления, подвижная часть 451 тоже содержит охлаждающие каналы вблизи соответствующей формовочной поверхности 461. Предпочтительно указанные охлаждающие каналы 481 продувают перед нагревом рассматриваемой формовочной поверхности 461, 462 за счет теплопередачи, чтобы ограничить теплообмены между указанной формовочной поверхностью и остальной частью пресс-формы.

Как показано на фиг. 5, согласно примеру осуществления зоны нагрева, сердечник 470 располагают между двумя экранами 551, 552, выполненными из электропроводящего, но не ферромагнитного материала, например, из меди. Сердечник 470 электрически изолирован от этих двух экранов таким образом, чтобы образовать зазоры между поверхностями сердечника и находящимися напротив поверхностями экранов 551, 552. Согласно примеру осуществления, сердечник 470 вставляют в электропроводящий, но не ферромагнитный каркас 571, например, из меди, за пределами нагреваемых зон 561, 562. Весь комплекс помещают внутрь витка индуктора 430, при этом при пропускании переменного тока через указанный индуктор нагрев концентрируется на предназначенных для нагрева поверхностях 561, 562 сердечника. Таким образом, нагрев сердечника происходит быстрее. Предпочтительно поверхность указанных экранов 551, 552 выполняют полированной, чтобы она отражала тепловое излучение сердечника 470. Согласно примеру осуществления, указанные экраны также охлаждают, например, посредством циркуляции текучей среды-теплоносителя, таким образом, чтобы защищать их от чрезмерного конвекционного нагрева с учетом их близости к сердечнику 470, нагреваемому до высокой температуры.

Как показано на фиг. 6, согласно другому примеру осуществления, сердечник 670 выполнен путем соединения двух материалов. Первый блок 672 выполнен из электропроводящего, но не ферромагнитного материала, например, из медного или алюминиевого сплава. Этот блок 672 охватывает второй блок 671, предназначенный для индукционного нагрева до высокой температуры. Например, но не ограничительно этот второй блок 671 выполнен из графита или из ферромагнитной стали с высокой температурой Кюри и, в случае необходимости, имеет покрытие с коэффициентом излучения, близким к 1. Согласно варианту осуществления, второй блок 671 термически изолирован от первого блока 672 слоем 673 жаропрочного теплоизоляционного, но электропроводящего материала. Например, но не ограничительно этот теплоизоляционный слой выполнен из керамического материала, представляющего собой оксинитрид кремния и алюминия SiAlON. В альтернативном варианте указанный теплоизоляционный слой является композитным. Когда этот композитный сердечник 670 помещают в индукционный контур напротив электропроводящего экрана 551, поверхность второго блока 671 быстро нагревается до высокой температуры, тогда как первый блок 672 указанного сердечника нагревается лишь незначительно.

Согласно примеру осуществления, показанный на фиг. 7 такой композитный сердечник 670 используют для комбинированного нагрева посредством теплопередачи за счет теплопроводности, конвекции или излучения одной из формовочных поверхностей пресс-формы, предпочтительно формовочной поверхности 761, соответствующей технической стороне выполняемой детали, тогда как вторую формовочную поверхность 762 указанной пресс-формы, соответствующую внешней стороне, нагревают за счет индукции. Каждая часть 751, 752 пресс-формы выполнена, например, из ферромагнитной стали и вставлена в каркас 791, 792, выполненный из электропроводящего материала, например, из меди. Согласно этому примеру осуществления, первый блок 672 сердечника электрически изолирован, например, при помощи изоляционных прокладок 770 от части 752 пресс-формы, содержащей формовочную поверхность 762, соответствующую внешней стороне детали, таким образом, чтобы создать зазор между этой формовочной поверхностью и первым блоком 672 сердечника 670. Второй блок 671 сердечника, предварительно нагретый за счет индукции, вводят в контакт или помещают вблизи формовочной поверхности 761, соответствующей технической стороне детали, обеспечивая электрическую непрерывность между этой формовочной поверхностью 761 и первым блоком 672 сердечника 670. Весь комплекс помещают внутри витков индукционного контура 730, при этом указанный контур получает питание переменным током высокой частоты, при этом формовочная поверхность 762, находящаяся напротив первого блока 672 сердечника 670, нагревается за счет индукции, тогда как формовочная поверхность 761, соответствующая технической стороне детали, нагревается за счет теплопередачи между этой формовочной поверхностью и вторым блоком 671 сердечника. Этот вариант осуществления представляет особый интерес, когда на формовочную поверхность 762, соответствующую внешней стороне детали, перед литьем под давлением и перед подогревом помещают декоративную пленку. Действительно, нагрев этой формовочной поверхности посредством теплопередачи может привести к повреждению этой декоративной пленки.

Как показано на фиг. 8, согласно версии предыдущего варианта осуществления, сердечник состоит из двух отдельных частей 871, 872, соединяемых между собой в момент их введения между двумя частями пресс-формы. Первую часть указанного сердечника нагревают за счет индукции в индукционном контуре 830, отдельном от пресс-формы, до введения указанной первой части сердечника между двумя частями пресс-формы при помощи первого манипулятора 812. Согласно этому варианту осуществления, эту первую часть 872 сердечника вводят в контакт с формовочной поверхностью 862, соответствующей технической стороне детали, чтобы осуществить индукционный нагрев этой поверхности. Вторая часть 871 сердечника изготовлена из электропроводящего, но не ферромагнитного материала, такого как медный или алюминиевый сплав. Эту вторую часть 871 сердечника располагают напротив формовочной поверхности 861, соответствующей внешней стороне детали, электрически изолируют от формовочной поверхности и отделяют от нее зазором, тогда как не показанные средства обеспечивают электрическую непрерывность между формовочной поверхностью 862, соответствующей технической стороне детали, и второй частью 871 сердечника. Весь комплекс помещают внутри витков индукционного контура 835, охватывающего пресс-форму, при этом формовочная поверхность 861, соответствующая внешней стороне детали, нагревается за счет индукции.

Представленное выше описание и примеры осуществления показывают, что изобретением достигается искомый технический результат, в частности, заявленные способ и устройство обеспечивают быстрый и прямой подогрев формовочных поверхностей пресс-формы без сложной механической обработки пресс-формы и без ее ослабления. Так, часть средств заявленного устройства могут быть общими для нескольких пресс-форм, и лишь сердечник необходимо адаптировать к форме детали, причем указанный сердечник предпочтительно выполняют из материала, легко под дающегося механической обработке.

Изобретение относится к способу и устройству для подогрева пресс-формы. Пресс-форма имеет открытое положение и закрытое положение и ограничивает в этом закрытом положении закрытую полость между первой подогреваемой формовочной поверхностью и второй формовочной поверхностью. Деталь, называемую сердечником, нагревают за счет индукции снаружи пресс-формы, помещая ее внутри витка, через который пропускают переменный ток. Сердечник вводят между формовочными поверхностями пресс-формы в открытом положении. Осуществляют подогрев первой формовочной поверхности за счет теплопередачи между сердечником и формовочной поверхностью. Извлекают сердечник и закрывают пресс-форму. Изобретение обеспечивает повышение производительности процесса. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ подогрева первой формовочной поверхности (461, 761, 862) пресс-формы, при этом пресс-форма имеет открытое положение и закрытое положение и ограничивает в этом закрытом положении закрытую полость между указанной первой подогреваемой формовочной поверхностью (461, 761, 862) и второй формовочной поверхностью (462, 762, 861), отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:

a) деталь, называемую сердечником (470, 670, 872), нагревают (315) за счет индукции снаружи пресс-формы, располагая указанную деталь внутри витка (430, 830), через который пропускают переменный ток,

b) указанный сердечник устанавливают (320) между формовочными поверхностями (461, 462, 761, 762, 861, 862) указанной пресс-формы в открытом положении,

c) осуществляют (330) подогрев первой формовочной поверхности (461, 761, 862) за счет теплопередачи между указанным сердечником и указанной формовочной поверхностью,

d) извлекают (340) сердечник и закрывают (350) пресс-форму.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап с) осуществляют посредством теплопередачи, в основном происходящей за счет теплопроводности.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап а) включает в себя нагрев сердечника до температуры, составляющей от 700°С до 1200°С, и этап с) осуществляют посредством теплопередачи в основном за счет излучения.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап а) осуществляют в атмосфере инертного газа.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап а) осуществляют, устанавливая сердечник между двумя электропроводящими тепловыми экранами (551, 552), электрически изолированными друг от друга и от сердечника, при этом весь комплекс располагают внутри витка (430).

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пресс-форма содержит канал (481) для циркуляции текучей среды-теплоносителя, проходящий под первой или второй формовочной поверхностью, причем перед этапом с) (330) осуществляют этап е), на котором указанный канал (481) продувают для удаления из него любой текучей среды.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время этапа с) вторую формовочную поверхность (462) тоже нагревают за счет теплопередачи.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержит перед этапом d) этап f), на котором за счет индукции подогревают вторую формовочную поверхность, ограничивающую закрытую полость пресс-формы, помещая напротив указанной поверхности электропроводящую промежуточную деталь (672, 871), электрически изолированную от указанной формовочной поверхности и образующую зазор с этой формовочной поверхностью (762, 861), при этом соответствующую часть пресс-формы и указанную промежуточную деталь помещают в виток (730, 835), через который пропускают переменный ток.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что промежуточная деталь (762) является сердечником, и этап f) осуществляют одновременно с этапом с), при этом средства обеспечивают электропроводность между сердечником и первой формовочной поверхностью, подогреваемой за счет теплопередачи.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что во время осуществления этапа f) вторую формовочную поверхность (762, 861) покрывают пластической декоративной пленкой, при этом после этапа d) осуществляют этап g), на котором в закрытую полость пресс-формы нагнетают (350) расплавленный пластический материал.

11. Устройство для осуществления способа по п. 1, предназначенное для подогрева пресс-формы, имеющей открытое положение и закрытое положение и ограничивающей в этом закрытом положении закрытую полость между первой формовочной поверхностью (461, 761, 862) и второй формовочной поверхностью (462, 762, 861), отличающееся тем, что содержит:

- сердечник (470, 670 770, 872);

- средства (430, 830), отдельные от пресс-формы, для индукционного нагрева сердечника (470, 670 770, 872) внутри витка (430, 830) в зоне нагрева;

- средства (412, 812, 811) перемещения сердечника между зоной нагрева и пресс-формой.

12. Устройство по п. 11, в котором сердечник (470) представляет собой графитовый блок.

13. Устройство по п. 11, в котором сердечник выполнен из ферромагнитного металлического материала, и его поверхность, находящаяся напротив первой формовочной поверхности во время подогрева, имеет покрытие (473), коэффициент излучения которого превышает 0,9.

14. Устройство по п. 13, в котором покрытие (473) сердечника состоит из аморфного углерода.

15. Устройство по п. 11, в котором сердечник является полым.

16. Устройство по п. 11, в котором средства перемещения содержат робот, при этом указанный робот дополнительно содержат средства для извлечения из пресс-формы детали, изготовленной в полости пресс-формы.

17. Устройство по п. 11, в котором средства индукционного нагрева заявленного устройства содержат:

- первый экран (551), выполненный из электропроводящего, но не являющегося ферромагнитным материала;

- второй экран (552), выполненный из электропроводящего, но не являющегося ферромагнитным материала;

- средства для сдвигания и раздвигания двух экранов и средства для удержания сердечника между двумя экранами, когда они находятся в сдвинутом положении;

- индуктор (430), содержащий виток, охватывающий оба экрана, при этом указанный виток состоит из двух полувитков (431, 432), каждый из которых связан с одним из экранов и содержит соединители для обеспечения электрической непрерывности между двумя полувитками, когда оба экрана (551, 552) находятся в сдвинутом положении;

- средства для электрической изоляции сердечника от двух экранов и для создания зазора между сторонами сердечника напротив сторон экранов.

18. Устройство по п. 17, в котором экраны являются полыми.

19. Устройство по п. 17, в котором экраны содержат внутренний контур охлаждения для циркуляции текучей среды-теплоносителя.

20. Устройство для литья под давлением материала в жидком или пастообразном состоянии в полости пресс-формы, содержащей две части (451, 452, 751, 752), подвижные относительно друг друга и ограничивающие между собой закрытую полость, образованную между двумя формовочными поверхностями (461, 462, 761, 762, 861, 862), при этом указанное устройство содержит устройство подогрева по любому из пп. 11-19.

21. Устройство по п. 20, в котором формовочная поверхность, в основном нагреваемая за счет теплового излучения, содержит покрытие, коэффициент излучения которого превышает 0,9.