DE3808363A1

DE3808363A1 - Core for injection mould and process for its production

Info

Publication number: DE3808363A1
Application number: DE19883808363
Authority: DE
Inventors: Hans-Martin Wolff
Original assignee: WOLFF HANS MARTIN
Current assignee: WOLFF HANS MARTIN
Priority date: 1988-03-12
Filing date: 1988-03-12
Publication date: 1989-09-21

Abstract

A core (4) for an injection mould comprises a core sleeve (5), forming a steel skeleton, the inner cavity (7) of which is cast with copper (8) in a vacuum or under inert gas. The copper (8), intimately bonded with the core sleeve (5), brings about good heat dissipation from the core (4). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Kern für ein Spritzgießwerkzeug mit einer Kühleinrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Kerns.The invention relates to a core for a Injection mold with a cooling device and a Process for making the core.

Derartige Kerne bilden Teile von Spritzgießwerkzeugen. Die Bezeichnung "Kern" wird insbesondere für diejenigen Teile der Spritzgießwerkzeuge, die überwiegend von dem Formhohlraum umschlossen werden, in die das auszuformende Material, insbesondere Kunststoff, eingespritzt wird. Diese Kerne formen vor allem die Hohlräume von meist dünnwandigen Kunststoff-Spritzgußteilen.Such cores form parts of injection molds. The Designation "core" is used especially for those parts of the injection molds, mostly from the Mold cavity are enclosed in which the to be molded Material, especially plastic, is injected. These cores mostly form the cavities of most thin-walled plastic injection molded parts.

Die mit verhältnismäßig hoher Temperatur in die Spritzgießwerkzeuge eingespritzten Formmassen geben eine erhebliche Wärmemenge an das Spritzgießwerkzeug ab, das deshalb in den meisten Fällen gekühlt werden muß. Hierzu ist es bekannt, im Spritzgießwerkzeug beispielsweise Kühlkanäle vorzusehen, durch die eine Kühlflüssigkeit geleitet wird. In den oftmals schmalen und/oder kompliziert geformten Kernen steht in den meisten Fällen kein ausreichender Platz für derartige Kühlkanäle zur Verfügung. Außerdem ist die Herstellung der Kühlkanäle aufwendig und schwierig. The relatively high temperature in the Injection molding tools give a molding compound considerable amount of heat to the injection mold, which therefore in most cases it must be cooled. For this it is known, for example, in the injection mold To provide cooling channels through which a coolant is directed. In the often narrow and / or complicated shaped cores are available in most cases not enough space for such cooling channels Available. In addition, the manufacture of the cooling channels complex and difficult.

Es ist deshalb bekannt, in derartige Kerne Bohrungen vorzusehen, in die Kupferstifte eingesetzt werden, die aus dem Kern bis in gekühlte Bereiche des Spritzgießwerkzeugs führen und die Wärme aus dem Kern abführen sollen. Ebenso wie bei Kühlkanälen bestehen auch hier die Schwierigkeiten, daß die Bohrungen für die Kupferstifte in schmaler und/oder kompliziert gestaltete Kerne nicht oder nicht ausreichend tief eingebracht werden können. Außerdem besteht zwischen dem aus Stahl gefertigten Kern und dem eingesetzten Kupferstift ein mehr oder minder breiter, bei der Fertigung kaum zu kontrollierender Luftspalt, der den Wärmeübergang wesentlich beeinträchtigt. Wenn diese beschriebenen, direkt oder indirekt wirkenden Kühleinrichtungen nicht vorgesehen werden können oder nur unzureichend arbeiten, dann besteht die Gefahr, daß der Kern bei rasch aufeinanderfolgenden Spritzgießvorgängen eine zu hohe Temperatur erreicht. Dadurch wird das Aushärten des gespritzten Werkstücks beeinträchtigt oder verhindert, beispielsweise wenn ein temperaturabhängig vernetzender Kunststoff verarbeitet wird.It is therefore known to drill holes in such cores to be provided, in which copper pins are inserted, from the core down to the cooled areas of the injection mold lead and remove the heat from the core. As well as with cooling channels, there are also Difficulties that the holes for the copper pins in narrower and / or complex cores are not or cannot be inserted deep enough. Furthermore exists between the steel core and the used copper pin a more or less wide, at the manufacturing hardly controllable air gap that the Heat transfer significantly impaired. If those described, directly or indirectly acting Cooling devices can not be provided or only work insufficiently, there is a risk that the The core of rapidly successive injection molding processes reached too high a temperature. This will make it Hardening of the sprayed workpiece impaired or prevents, for example, if a temperature-dependent cross-linking plastic is processed.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kern der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der auch bei schmaler und/oder komplizierter Gestaltung ausreichend gekühlt werden kann, ohne daß dadurch seine mechanische Festigkeit wesentlich beeinträchtigt wird.The object of the invention is therefore to provide a core of to create the type mentioned above, which also at narrow and / or complicated design sufficient can be cooled without losing its mechanical Strength is significantly affected.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kern ein tragendes Stahlskelett mit Aussparungen aufweist, die mit Kupfer ausgegossen sind.This object is achieved in that the Core has a load-bearing steel skeleton with recesses, which are poured out with copper.

Das Stahlskelett gibt dem Kern die nötige mechanische Festigkeit und Formhaltigkeit. Das die Ausnehmungen des Stahlskeletts ausfüllende Kupfer, das eingegossen und deshalb innig mit dem Stahlskelett verbunden ist, so daß eine sehr gute Wärmeübertragung zwischen dem Stahl und dem Kupfer sichergestellt ist, bewirkt eine gute Wärmeableitung aus dem Kern, zumindest bis in diejenigen Bereiche der Flächen des Kerns hinein, die mit einer gekühlten Formplatte des Spritzgießwerkzeugs in Verbindung stehen.The steel skeleton gives the core the necessary mechanical Strength and shape retention. The recesses of the Steel skeletons filling copper, which is poured and is therefore intimately connected to the steel skeleton, so that a very good heat transfer between the steel and the Copper is guaranteed to cause good Heat dissipation from the core, at least down to those Areas of the areas of the core that are marked with a cooled mold plate of the injection mold in connection stand.

Da die Aussparungen des Stahlskeletts vollständig mit Kupfer ausgegossen sind, bestehen keine Luftspalte, die die Wärmeübertragung beeinträchtigen könnten.Since the recesses of the steel skeleton are completely with Copper are poured out, there are no air gaps could affect heat transfer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Stahlskelett eine geschlossene Kernhülse bildet, deren innerer Hohlraum die mit Kupfer ausgegossene Aussparung bildet. Diese Kernhülse kann verhältnismäßig dünnwandig ausgeführt werden, so daß ein möglichst großer Querschnitt für die Wärmeableitung durch das Kupfer zur Verfügung steht.According to a preferred embodiment of the invention provided that the steel skeleton was a closed Core sleeve forms, the inner cavity of which with copper poured recess forms. This core sleeve can relatively thin-walled, so that a the largest possible cross section for heat dissipation the copper is available.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Stahlskelett aus miteinander verbundenen Wänden, Lamellen od. dgl. besteht und daß die dazwischen bestehenden, mit Kupfer ausgegossenen Aussparungen bis zur Außenfläche des Kerns reichen. Damit lassen sich auch sehr kompliziert gestaltete Kerne so herstellen, daß eine optimale Wärmeableitung sichergestellt ist.According to another advantageous embodiment of the Invention is provided that the steel skeleton interconnected walls, slats or the like and that those in between, with copper poured recesses up to the outer surface of the core pass. This can also be very complicated Manufacture designed cores so that an optimal Heat dissipation is ensured.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kerns, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Aussparungen eines tragenden Stahlskeletts in Vakuum oder unter Schutzgas mit Kupfer ausgegossen werden. Unter diesen Gießbedingungen wird eine sehr innige, diffundierende Verbindung des tragenden Stahlskeletts, beispielsweise einer Kernhülse, mit dem Kupferkörper erreicht, der lunkerfrei hergestellt werden kann. The invention further relates to a method for Making such a core by doing so is marked that recesses of a load-bearing Steel skeletons in vacuum or under protective gas with copper be poured out. Under these casting conditions, a very intimate, diffusing connection of the supporting Steel skeletons, for example a core sleeve, with the Copper body reached, which are manufactured without voids can.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Advantageous refinements of the inventive concept are Subject of further subclaims.

Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung von "Kupfer" als Material zum Ausgießen der Aussparungen gesprochen wird, so sind darunter selbstverständlich auch Kupferlegierungen zu verstehen.When in connection with the invention of "copper" as Material for pouring out the recesses is spoken So of course there are also copper alloys to understand.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigtThe following are exemplary embodiments of the invention explained, which are shown in the drawing. It shows

Fig. 1 in einem senkrechten Teilschnitt ein Spritzgießwerkzeug mit einem mit Kupfer ausgegossenen Kern, Fig. 1 in a vertical sectional view of an injection molding tool with an insert molded with a copper core,

Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 is a partial section along the line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch ein anderes Spritzgießwerkzeug mit einem mit Kupfer ausgegossenen Kern, Fig. 3 is a vertical sectional view of another injection molding tool with an insert molded with a copper core,

Fig. 4 in einem senkrechten Schnitt einen Kern für ein Spritzgießwerkzeug mit einem darauf angeordneten Spritzgußteil, Fig. 4 in a vertical section a core for an injection mold with an injection-molded part arranged thereon,

Fig. 5 in räumlicher Darstellungsweise den Kern nach Fig. 3, Fig. 5, in a spatial representation of the core of FIG. 3

Fig. 6 in einem senkrechten Schnitt eine weitere Ausführungsform eines mit Kupfer ausgegossenen Kerns für ein Spritzgießwerkzeug mit darauf angeordnetem Spritzgußteil und Fig. 6 in a vertical section a further embodiment of a core cast with copper for an injection mold with an injection molded part arranged thereon and

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6 durch den Kern. Fig. 7 is a section along the line VII-VII in Fig. 6 through the core.

Das in den Fig. 1 und 2 in Teilschnitten dargestellte Spritzgießwerkzeug für ein beispielsweise napfförmiges Kunststoff-Spritzgußteil 1 besteht aus mehreren übereinander angebrachten Formplatten 2, die jeweils von einer Kühlflüssigkeit durchflossene Kühlkanäle 3 aufweisen.The injection mold shown in FIGS . 1 and 2 for a cup-shaped plastic injection molded part 1 , for example, consists of several superimposed mold plates 2 , each of which has cooling channels 3 through which a cooling liquid flows.

Ein die Form des Hohlraums des Spritzgußteils 1 bildender Kern 4 besteht aus einer äußeren Kernhülse 5, die außer einer unteren Öffnung 6 geschlossen ist und ein tragendes Stahlskelett für den Kern 4 bildet. Ein innerer Hohlraum 7 der Kernhülse 5 bildet eine innere Aussparung des Stahlskeletts und ist mit Kupfer 8 ausgegossen.A core 4 forming the shape of the cavity of the injection molded part 1 consists of an outer core sleeve 5 which, apart from a lower opening 6 , is closed and forms a supporting steel skeleton for the core 4 . An inner cavity 7 of the core sleeve 5 forms an inner recess of the steel skeleton and is filled with copper 8 .

Wie man aus Fig. 2 erkennt, handelt es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um einen verhältnismäßig schmalen, kompliziert gestalteten Kern 4, in dem kein Platz für Kühlkanäle vorhanden ist. Das den Hohlraum 7 vollständig ausfüllende Kupfer 8 gewährleistet eine optimale Wärmeübertragung von der Kernhülse 5 in die mit Kühlkanälen 3 versehenen Formplatten.As can be seen from FIG. 2, the illustrated embodiment is a relatively narrow, complexly designed core 4 , in which there is no space for cooling channels. The copper 8 completely filling the cavity 7 ensures optimum heat transfer from the core sleeve 5 into the shaped plates provided with cooling channels 3 .

Zur Herstellung des Kerns 4 wird die Kernhülse 5 im Vakuum oder unter Schutzgas mit Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgegossen. Die Kernhülse 5 wurde hierfür zunächst mit äußerem Übermaß hergestellt. Die Außenkontur des Kerns 4 wurde nach dem Ausgießen auf das Fertigmaß spanend abgearbeitet. Auf diese Weise ist es möglich, den mit dem Kupfer 8 zu füllenden Hohlraum 7 so groß wie möglich auszuführen, so daß ein möglichst großer Querschnitt für die Wärmeableitung zur Verfügung steht. Die verbleibende Wanddicke der Kernhülse nach der spanenden Bearbeitung wird nur so groß gewählt, wie dies für die geforderte mechanische Festigkeit des Kerns 4 notwendig ist. To manufacture the core 4 , the core sleeve 5 is cast in a vacuum or under protective gas with copper or a copper alloy. For this purpose, the core sleeve 5 was initially produced with an external oversize. The outer contour of the core 4 was machined to the finished size after pouring. In this way it is possible to make the cavity 7 to be filled with the copper 8 as large as possible, so that the largest possible cross section is available for heat dissipation. The remaining wall thickness of the core sleeve after machining is chosen only as large as is necessary for the required mechanical strength of the core 4 .

Zweckmäßigerweise wird der Kern 4 nach dem Ausgießen ausgeglüht, anschließend spanend fertigbearbeitet und dann in der für die gewählte Stahlsorte vorgegebenen Weise gehärtet, vorzugsweise im Vakuum oder unter Schutzgas und angelassen. Das mit der Kernhülse 5 diffus verbundene Kupfer 8 erträgt diese Wärmebehandlungen problemlos, da die Gießtemperaturen des Kupfers wesentlich höher liegen als die Temperaturen dieser Wärmebehandlung.The core 4 is expediently annealed after pouring, then machined and then hardened in the manner specified for the selected steel grade, preferably in a vacuum or under protective gas and tempered. The copper 8 diffusely connected to the core sleeve 5 can easily withstand these heat treatments, since the casting temperatures of the copper are significantly higher than the temperatures of this heat treatment.

Auf diese gesonderte Wärmebehandlung kann auch verzichtet werden. Bei geeigneter Auswahl der verwendeten Stahlsorte erfolgt bereits beim Gießverfahren eine Härtung. Der Kern kann dann unmittelbar nach dem Gießen fertigbearbeitet werden; stattdessen kann er auch schon vor dem Gießen mit Fertigmaß ausgeführt sein. In manchen Fällen wird höchstens noch ein Anlassen erforderlich sein.This separate heat treatment can also be dispensed with will. With a suitable selection of the steel grade used hardening takes place during the casting process. The core can then be finished immediately after casting will; instead, he can also use it before watering Finished dimension. In some cases no more than one start is required.

Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Kerns 9, der aus einer Kernhülse 10 besteht, deren innerer Hohlraum 11 mit Kupfer 12 in der beschriebenen Weise ausgegossen ist. Der Kern 9 bildet die innenliegende Form eines Spritzgießwerkzeugs zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses 13, das innere Trennwände 14 aufweist. Die äußere Form 15 des Spritzgießwerkzeugs ist in Fig. 3 nur vereinfacht angedeutet. Fig. 3 shows another embodiment of a core 9 , which consists of a core sleeve 10 , the inner cavity 11 is poured with copper 12 in the manner described. The core 9 forms the internal shape of an injection mold for producing a plastic housing 13 which has inner partitions 14 . The outer shape 15 of the injection mold is only indicated in a simplified manner in FIG. 3.

Man erkennt am Beispiel der Fig. 3, daß auch ein kompliziert gestalteter, insbesondere zerklüfteter Kern 9 so gestaltet werden kann, daß eine wirksame Wärmeableitung aus allen Teilen des Kerns sichergestellt ist. Die äußere Kernhülse 10 gibt auch in diesem Fall dem Kern 9 die notwendige mechanische Festigkeit. Nach der Kernherstellung können Bohrungen für Auswerferstifte od. dgl. durch das Kupfer 12 und die stählerne Kernhülse 10 gebohrt werden (nicht dargestellt). It can be seen from the example in FIG. 3 that a complicatedly designed, in particular jagged core 9 can also be designed in such a way that effective heat dissipation from all parts of the core is ensured. In this case too, the outer core sleeve 10 gives the core 9 the necessary mechanical strength. After the core has been produced, holes for ejector pins or the like can be drilled through the copper 12 and the steel core sleeve 10 (not shown).

In den Fig. 4 und 5 ist ein Kern 16 in Verbundausführung dargestellt. Sein tragendes Stahlskelett 17 weist mehrere im Abstand zueinander angeordnete Wände 18 auf, in denen Formausnehmungen 19 ausgespart sind.In Figs. 4 and 5, a core is shown in composite type 16. Its load-bearing steel skeleton 17 has a plurality of walls 18 which are arranged at a distance from one another and in which recesses 19 are left out.

Der Kern 16 dient zum Spritzgießen eines länglichen, am Boden offenen Kunststoffteiles 20, das nach innen ragende Stifte 21 aufweist, die in den Aussparungen 19 geformt werden.The core 16 is used for injection molding an elongated plastic part 20 which is open at the bottom and has inwardly projecting pins 21 which are formed in the recesses 19 .

Zwischen den Wänden 18 sind flache Aussparungen 22 gebildet, die in der schon beschriebenen Weise mit Kupfer 23 ausgegossen sind. Wie man aus Fig. 5 erkennt, reicht bei diesem Ausführungsbeispiel das Kupfer 23 bis zur Außenfläche des Kerns 16. Die aus Kupfer bestehenden Teile der Außenfläche sind in Fig. 5 durch eine Punktierung angedeutet.Flat recesses 22 are formed between the walls 18 and are poured out with copper 23 in the manner already described. As can be seen from FIG. 5, the copper 23 extends to the outer surface of the core 16 in this exemplary embodiment. The parts of the outer surface made of copper are indicated in FIG. 5 by dotting.

In Fig. 5 ist auch gezeigt, daß jeweils unter den Aussparungen 19 Bohrungen 24 für Auswerferstifte vorgesehen werden können, um das kompliziert gestaltete Gießteil 20 auszuwerfen. Bereits diese Bohrungen 24 würden die Anbringung von Kühlkanälen unmöglich machen. Durch die gute Leitfähigkeit des Kupfers 23 ist aber eine ausreichende Wärmeabführung aus dem Kern 16 in die ihn aufnehmende Formplatte 2 gewährleistet.In FIG. 5 it is also shown that bores 24 for ejector pins can be provided in each case under the cutouts 19 in order to eject the cast part 20 , which has a complicated design. Already these bores 24 would make the installation of cooling channels impossible. Due to the good conductivity of the copper 23 , sufficient heat dissipation from the core 16 into the mold plate 2 receiving it is ensured.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Dort ist gezeigt, daß in einen Kern 25, der ebenfalls aus einer Kernhülse 26 besteht, deren innerer Hohlraum 27 mit Kupfer 28 ausgegossen ist, eine Kühlschlange 29 eingegossen werden kann, die vorzugsweise aus korrosionsfestem Stahl besteht. Obwohl die Kühlschlange 29 - wie in Fig. 7 angedeutet - wegen der Anordnung von Bohrungen 30 für Auswerferstifte od. dgl. nur durch einen Teil des Kerns 25 geführt werden kann, ist eine gleichmäßige Wärmeabfuhr aus allen Bereichen des Kerns 25 wegen der sehr guten Wärmeleitfähigkeit des Kupfers 28 sichergestellt. Der Kern 25 dient zur Herstellung eines beispielsweise napfförmigen, dünnwandigen Kunststoffteils 31. Die Bohrungen 30 für Auswerferstifte od. dgl. sind vorzugsweise durch Hülsen 31 gebildet, die ebenso wie die Kühlschlange 29 in das Kupfer 28 eingegossen sind.Another embodiment is shown in FIGS. 6 and 7. It is shown there that a cooling coil 29 , which preferably consists of corrosion-resistant steel, can be cast into a core 25 , which likewise consists of a core sleeve 26 , the inner cavity 27 of which is poured out with copper 28 . Although the cooling coil 29 - as indicated in FIG. 7 - can only be guided through part of the core 25 because of the arrangement of bores 30 for ejector pins or the like, there is uniform heat dissipation from all areas of the core 25 because of the very good thermal conductivity of the copper 28 ensured. The core 25 serves to produce, for example, a cup-shaped, thin-walled plastic part 31 . The bores 30 for ejector pins or the like are preferably formed by sleeves 31 which, like the cooling coil 29, are cast into the copper 28 .

Die wesentlich verbesserte Kühlung der Kerne 4, 9, 16, 25 ermöglicht eine wesentliche Verkürzung der Zykluszeiten, so daß die Produktionsgeschwindigkeit wesentlich gesteigert und damit die Produktionskosten gesenkt werden können. Infolge der festen und luftspaltfreien, diffundierenden Verbindung des Kupfers mit dem Stahlskelett entsteht nicht nur ein optimaler Wärmeableitkontakt, sondern auch eine mechanisch so stabile Verbindung, als sei der gesamte Kern aus einem einzigen Stück hergestellt. An den hochbelasteten Stellen des Kerns übernimmt das tragende Stahlskelett die Beanspruchungen, so daß auch in mechanischer Hinsicht eine hohe Standzeit des Kerns gewährleistet ist.The significantly improved cooling of the cores 4, 9, 16, 25 enables a significant reduction in the cycle times, so that the production speed can be increased significantly and the production costs can thus be reduced. As a result of the firm and air-gap-free, diffusing connection of the copper to the steel skeleton, not only does an optimal heat dissipation contact arise, but also a mechanically stable connection as if the entire core were made from a single piece. The load-bearing steel skeleton takes over the stress at the highly stressed areas of the core, so that a long service life of the core is also guaranteed in mechanical terms.

Anstelle der beschriebenen Kühlschlange 29 ist es auch möglich, am Fuß des Kerns einen von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlboden anzuordnen, der die dorthin übertragene Wärme abführt.Instead of the cooling coil 29 described , it is also possible to arrange a cooling base through which a cooling liquid flows and which dissipates the heat transferred there at the foot of the core.

Claims

1. core for injection mold with a cooling device, characterized in that the core ( 4, 9, 16, 25 ) has a supporting steel skeleton ( 5, 10, 18, 26 ) with recesses ( 7, 11, 22, 27 ), the are poured out with copper ( 8, 12, 23, 28 ).

2. Core according to claim 1, characterized in that the steel skeleton forms a closed core sleeve ( 4, 9, 25 ), the inner cavity of which forms the recess ( 7, 11, 27 ) cast with copper ( 8, 12, 28 ).

3. Core according to claim 1, characterized in that the steel skeleton consists of interconnected walls ( 18 ), lamellae or the like. And that the intervening, with copper ( 23 ) poured recesses ( 22 ) to the outer surface of the core ( 16 ) are sufficient.

4. Core according to one of claims 1 to 3, characterized in that a cooling coil ( 29 ) is inserted into the recess ( 27 ) cast with copper ( 28 ).

5. Core according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the contained in the recess Copper communicates with a cooling floor.

6. Core according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the copper ( 28 ) poured recess ( 27 ), a sleeve ( 31 ) for an ejector pin or the like is inserted.

7. Process for the production of a core according to one of the Claims 1 to 6, characterized in that A supporting steel skeleton in a vacuum or recesses be poured out with copper under protective gas.

8. The method according to claim 7, characterized in that the core is initially made in excess and that the Outer contour of the core after pouring out to the finished size is machined.

9. The method according to claim 7, characterized in that after pouring, the core annealed with copper, hardened and started.