IMD模具、具有这种IMD模具的注塑装置以及用于制造膜装饰的塑料部件的方法

摘要

一种用于制造膜装饰的塑料部件的IMD模具(2)包括：面向膜的半型模(6)以及背向膜的半型模(8)，其中，所述两个半型模能够以相对应的模具分离面(14a，14b)彼此以如下方式贴靠，即：所述两个半型模在其之间形成了基本上对外封闭的型腔(10)。在此情况下，至少面向膜的半型模(6)的模具分离面(14a)由包围型腔(10)的内部区域(12a)和又包围内部区域(12a)的外部区域(13a)来形成，其中，外部区域(13a)内的模具分离面(14a)处在至少基本上平坦的或一维弯曲的模具分离平面(F)中，并且其中，内部区域(12a)的模具分离面(14a)相对于模具分离平面(F)回缩或能够回缩。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造膜装饰的塑料部件的IMD(模内装饰)模具，其包括：面向膜的半型模以及背向膜的半型模，其中，这两个半型模能以相对应的模具分离面彼此贴靠，使得在这两个半型模之间形成对外封闭的型腔。这种IMD模具例如在DE 10 2007 007 409A1中公开。此外，本发明涉及一种具有这样的IMD模具的注塑装置，以及涉及一种用于借助这种注塑装置来制造膜装饰的塑料部件的方法。

背景技术

膜装饰的塑料部件通常制造为注塑部件，其设有装饰漆层，其中，后者可以具有浮雕状的表面结构。漆层的涂覆例如通过所谓的模内装饰(In-Mold-Decoration，IMD)技术来进行。在IMD技术中，漆层首先被涂覆到可揭起的平坦的载体膜上。带有漆层的载体膜以下简称为膜。该膜被置入打开的IMD模具中，使得漆层向内朝向背向膜的半型模。在IMD模具闭合时，膜在彼此贴合的模具分离面的区域中夹持在IMD模具的两个半型模之间。在这时，膜被从后方注射塑料，其中，膜在由塑料熔液施加的注射压力下被压向面向膜的半型模。在此情况下，膜发生延展(伸展)。在注塑过程中，漆层与冷却的塑料物质相连。在打开IMD模具(脱模)时或其之后，将载体膜从漆层上揭起，在这时，该漆层形成注塑制品的可见面。

对于IMD技术可替选地，存在所谓的嵌件模铸。在嵌件模铸中，将漆层涂覆到与IMD膜相比明显更厚的而且因此有限地形状稳定的嵌入膜上。设有漆层的嵌入膜发生热变形，被切割并且被以塑料从后方注射。在此，嵌入膜在制成的注塑部件中呈夹层状地处于漆层与塑料本体之间。

传统的IMD技术的缺点在于，IMD膜仅能在比较小的范围内伸展，典型地可伸展达到大约30％。对可见面进行很强的3D结构化的塑料膜因此不能以IMD技术来装饰，尤其是膜在这种情况下易于形成折痕或甚至撕裂。借助嵌件模铸尽管基本上也可以装饰比较强轮廓构型的制品。但是，该技术明显比IMD方法更昂贵。

发明内容

本发明基于如下任务，即：借助IMD技术实现了制备具有程度很大地轮廓构型的表面的膜装饰的塑料部件的改进的方案。

该任务根据本发明通过用于制造膜装饰的塑料部件的IMD模具来解决。IMD模具包括面向膜的半型模以及背向膜的半型模。在此情况下，这两个半型模能够以相对应的模具分离面以如下方式彼此贴靠，使得在这两个半型模之间形成基本上对外封闭的型腔。在此情况下，至少在面向膜的半型模上由包围型腔的内部区域和又包围内部区域的外部区域来形成模具分离面。在外部区域中，模具分离面处在平坦的或一维弯曲的模具分离平面中。而在内部区域中，面向膜的半型模的模具分离面相对于模具分离平面回缩或可回缩。

在此情况下，IMD膜按规定在注入过程之前或期间安置于其上的半型模称作是“面向膜”的。IMD模具的与该“面向膜”的半型模相配属的侧以下也称作“脱模侧”。与之相对照地，那个从其出发从后方注射IMD膜的半型模称作是“背向膜”的。因此，IMD模具的与该“背向膜”的半型模相配属的侧也称作“注入侧”。

尤其是在根据本发明的IMD模具的基于其简洁性优选的实施方案中，模具分离面在内部区域中“回缩”，其中，面向膜的半型模至少在模具分离面的区域中形成刚性单元。在该情况下，背向膜的半型模具有互补构造的模具分离面，其具有外部区域和突出于外部区域的内部区域。

对此可替选地，但在本发明的范围中也可以考虑如下IMD模具，其中，面向膜的半型模多件式地构造，使得模具分离面的内部区域和外部区域(或至少模具分离面的至少一部分)构造在半型模的不同部件上。在此情况下，这两个部件能以如下方式彼此相对运动，即：模具分离面的内部区域相对于外部区域能以可逆的方式“回缩”。

此外，该任务根据本发明通过具有这种IMD模具的注塑装置来解决，该注塑装置具有用于在闭合姿态与打开姿态之间在移动方向上移动该模具的机构以及用于将IMD膜置入半型模之间的机构。

此外，该任务通过用于制造膜装饰的塑料部件的方法来解决，其中，根据本发明采用这种注塑装置。

通过两个上面所描述的IMD模具的构造变形方案实现的是，IMD膜在置入IMD模具中时首先仅安置于面向膜的半型模的模具分离面的外部区域上，而IMD膜自由地在模具分离面的内部区域上方铺展(überspannen)。因此，该膜能在整个被外部区域围绕的面的上方自由地延展，进而还在超出型腔横截面的面的上方自由地延展，由此，有效地避免了局部发生过度延展而形成裂纹或形成折痕。这在注塑方法的变形方案中是特别有利的，其中，膜在闭合模具之前被加热和/或(尤其通过负压)被拉到面向膜的半型模中。

相应地，在根据本发明的注塑装置的范围中优选设置有加热装置，尤其是红外线(IR)辐射器或呈热空气鼓风机形式的加热装置，其在模具的打开姿态中可以移动到半型模之间，用以加热膜。

对此附加地或替选地，模具和/或注塑装置具有用于在面向膜的半型模与IMD膜之间产生负压的机构。在模具侧，所述机构尤其通过真空通道来形成，真空通道通入型腔壁或型腔壁的周围中，并且在该情况下尤其是通入模具分离面的内部区域中。在此情况下，一般而言在脱模侧的膜侧与注入侧的膜侧之间负的压力差称作“负压”。优选地，该负压通过产生真空，即产生相对于大气压降低的压力来产生。而可替选地或附加地，负压也可以通过将相对于大气压提高的空气压力施加到注入侧的膜侧上来产生。尤其是在程度很大地轮廓构型的型腔表面的情况下，从注入侧施加这样的过压对于将膜精确地贴靠于脱模侧的型腔表面上是有利的，尤其是通过过压施加(不同于在单纯地制造真空)可以产生明显超过大气压的压力差。

在与对膜加热相结合下，IMD模具的根据本发明的构造方案尤其具有如下优点：不仅自由地在型腔上方铺展而且自由地在加热模具分离面的内部区域上方铺展的膜在其整个面区域中被加热到如下温度，所述温度明显超过模具温度(通常大约70℃)。也就是说，置入模具中的膜首先仅与膜分离面的外部区域相触碰，从而从膜向模具中的热量散发也仅在该外部区域中进入到模具中。在被模具分离面的外部区域围绕的面内，膜由于缺少与模具的热量关联而使提高的温度保持特别长时间，尤其是直至膜发生伸展。膜由温度引起的提高的可塑性在此进一步减小了形成折痕或形成裂纹的危险。

在对膜进行拉深时，膜在脱模侧的半型模的整个被颈缘(Kragen)的外边缘围绕的壁区域之上被特别均匀的伸展。因此，与膜基本上仅在型腔的区域中得到伸展的传统IMD模具相比，在型腔表面的给定的轮廓构型的情况下，明显地减小了膜的单位面积的局部伸展。由此，同样进一步减小了膜形成折痕或形成裂纹的危险。

在本发明的优选实施方案中，面向膜的半型模的模具分离面在内部区域中形成颈缘，该颈缘斜向于模具分离平面安设。颈缘优选形成了在横截面中平直的斜面，该斜面具有沿着倾斜度恒定的安设角(Anstellwinkel)。但为此可替选地，颈缘也可以在横截面上(凹地或凸地)弯拱。附加地或可替选地，在颈缘的区域中可以设置有一个或多个梯级或平台。尤其是在本发明的范围中，这种平台可以设置在颈缘与型腔之间。

通过倾斜的壁走向，面向膜的半型模的颈缘形成了漏斗状的结构，该漏斗状的结构朝向脱模侧逐渐变细。在脱模侧，模具分离面在颈缘的区域中因此形成凹的形状。注入侧的模具分离面优选与脱模侧的模具分离面互补地构造。因此，背向膜的半型模的模具分离面在颈缘的区域中形成凸的结构。有赖于倾斜的颈缘，模具分离面在脱模侧在颈缘的内边缘处完全通过钝角过渡为型腔的壁。因此，在脱模侧的模具分离面的内边缘处避免了锐利的或突出的边沿。由此，在模具分离面的内边缘处的膜程度较轻地折弯并且承受负荷相应低。此外，膜可以通过在模具分离面的内边缘处降低的边沿明晰度而在该区域中更好地“工作”。尤其地，膜可以更好地在与型腔相配属的面之上延展，并且更好地补偿了点状的应力峰值。通过这些作用明显地降低了膜形成折痕或形成裂纹的危险，由此，也能以IMD方法对具有程度比较大地轮廓构型的可见面的塑料部件加以装饰。

然而通过根据本发明的造型，与传统的IMD模具相比，产生了提高的膜消耗，尤其是膜也在模具分离面的内部区域中伸展并且因此作为废品附带产生。内部区域构造得越宽，膜额外消耗总体上就越大。一方面，为了有效地利用根据本发明的模具构造方案的优点，而另一方面为了将膜额外消耗保持在合理的范围中，已证明为特别有利的是，被内部区域的外边缘围绕的面与被内部区域的内边缘围绕的面(即对型腔的横截面)之比在大约1.75到大约4之间选取。

在模具分离面的内部区域通过倾斜的颈缘来形成的模具的实施方案中，出于相同的原因也已证明为特别有利的是，颈缘相对于模具分离平面的安设角在10°与40°之间选取。

为了在膜消耗尽可能小的情况下实现膜的伸展特性与要制造的塑料部件的复杂几何结构的最优匹配，根据另一优选的构造方案，安设角的数值绕颈缘的圆周变化。于是，安设角的数值对于同一塑料部件的情况，根据型腔的几何结构在围绕颈缘的圆周的不同部位处通常不同地选取。同样，通常在内部区域或颈缘的内边缘与外边缘之间的间距围绕型腔的圆周变化。

为了在塑料部件的材料中构造窗口或凹陷部，通常在脱模侧在型腔中设置有一个或多个凸起部(例如以所谓的中心销形式)。这些凸起部可以是在型腔底部上的与半型模固定连接的抬高部。但这些凸起部也可以是模具推杆，其相对于半型模可运动。只要在脱模侧的半型模有至少一个这样的凸起部，则在脱模侧的模具分离面的内部区域相对于外部区域优选以如下方式回缩或可回缩，即：使得被外部区域围绕的面并不被凸起部穿过。换言之，即内部区域的外边缘相对于型腔的在脱模侧的壁的底部的高度这样设定尺寸，即：该高度超过该凸起部或每个凸起部的相对于同样的参考点所测得的高度。通过该构造特点实现了如下作用，置于半型模之间的膜首先未平放在凸起部上，从而在该区域中同样未出现从膜到模具的热量散发，并且保证了膜的均匀伸展。

优选地，注塑装置附加地具有用于夹持IMD膜的机构，尤其是夹紧框架。这些机构在此情况下布置在模具分离面的外部区域中，而在内部区域中(尤其是在可能存在的颈缘的区域中)没有相应的机构。有赖于夹紧机构布置在外部区域中的方案，膜可以在模具分离面的整个内部区域上不受限地延展。

附图说明

结合附图更为详细地阐述了本发明的实施例。其中：

图1以横截面示出了处于打开姿态中的根据本发明的IMD模具，

图2以根据图1的图示示出了处于闭合姿态中的IMD模具，

图3以根据图1的图示示出了传统的IMD模具的在脱模侧的半型模，

图4以根据图1的图示示出了这里的IMD模具的在脱模侧的半型模，

图5以俯图示示出了根据图1的IMD模具的在脱模侧的半型模，

图6以根据图1的图示示出了根据本发明的IMD模具的第二实施方案的在脱模侧的半型模，

图7和8以截取的放大的横截面示出了在根据本发明的IMD模具的在脱模侧的半型模处的形成模具分离面的颈缘的不同实施方案，以及

图9和10在根据图1的图示中示出了处于打开姿态或闭合姿态中的根据本发明的IMD模具的另一实施方案。

具体实施方式

在附图中作用相同的部件设有相同的附图标记。

在图1和2中示出了处于打开姿态或处于闭合姿态中的未详细示出的注塑装置的IMD(模内装饰)模具2。借助IMD模具2来制造塑料部件，塑料部件的可见面设有装饰漆层。漆层的涂覆通过模内装饰技术借助载体膜来进行，在载体膜上涂覆漆层。载体膜与漆层一起形成可延展的膜4，膜4在IMD模具2的打开姿态中被置于模具2的在脱模侧的半型模6前方。膜4在该优选的实施方案中是“无端膜”，即成卷材料，其在大量注塑过程中被顺次地开卷。膜4在此通过未详细示出的输送装置而被引导通过模具2。

为了制造塑料部件，在脱模侧的半型模6和在注入侧的半型模8在移动方向9上相对于彼此推移，并且在此被送入根据图2的闭合姿态中。在闭合姿态中，在半型模6、8之间形成型腔10，型腔10限定了塑料部件的形状。在模具2闭合之后，膜4被注塑材料压向在脱模侧的半型模6，其中，注塑材料通过注入通道11被注入到型腔10中。半型模6因此也称作“面向膜的半型模”，而半型模8也称作“背向膜的半型模”。

在型腔10的周围，不仅在脱模侧的半型模6处而且在注入侧的半型模8处设置有模具分离面14a及14b，借助模具分离面14a及14b使半型模6和8在闭合姿态中彼此贴靠。

在图3中示出了传统的IMD模具的在脱模侧的半型模6a，其中，所配属的模具分离面14a处在(这里为平坦的即未弯曲的)模具分离平面F中。模具分离面14a的内部边缘16围绕面A，面A的横截面基本上相应于型腔10的横截面。

与此相对照地，根据本发明的IMD模具2的模具分离面14a和14b在两个半型模6、8处分别包括直接包围型腔10的内部区域12a或12b以及又包围内部区域12a或12b的外部区域13a、13b。在此情况下，外部区域13a、13b通过模具分离面14a和14b的在那里的取向而对模具分离平面F加以限定，模具分离平面F在所示的例子中又平坦地而且垂直于移动方向9地取向。但模具分离平面F也可以与此不同地斜向于移动方向9地取向和/或一维地即类似圆柱体侧壳面地在一个方向上弯曲，而该模具分离平面F在垂直于其的方向上未弯曲。

与之相对照地，在内部区域12a、12b中，模具分离面14a、14b形成斜向于模具分离平面F或斜向于外部区域13a、13b的颈缘15a或15b。在脱模侧的半型模6的颈缘15a因此形成漏斗状结构。如从根据图1和图4的侧图示中可看到的那样，在脱模侧的颈缘15a形成了凹的形状，而在注入侧的颈缘15b形成了凸的形状。

如尤其是从图4中可看到的那样，在脱模侧的半型模6的颈缘15a以内边缘18直接连至型腔10，并且以外边缘20连至模具分离面14a的外部区域13a。在此情况下，外边缘20围绕面A₁，而内边缘19围绕相应于型腔10的横截面的较小的面A。面A₁与A之比根据要装饰的表面的尺寸和轮廓构型而在大约为1.75的最小值到大约为4的最大值之间变动。在所示的模具2的情况下，该比例如大约为2.3。

倾斜的颈缘15a、15b相对于模具分离平面F的安设角α(图4)在10°到40°之间。在所示的实施例中，α＝25°。在根据图1、图2、图4和图5的IMD模具2的简化的图示中，绕颈缘15a、15b的圆周的安设角α是恒定的。但也可行的是，颈缘15a、15b的如下实施方案，其中，绕颈缘15a、15b的圆周的安设角α的数值变动。

此外，模具2包括用以在型腔10的在脱模侧的壁区域22处产生真空的机构。所述机构在半型模6的区域中通过真空通道23形成，尤其是还处于模具2的打开姿态中，型腔10中的空气通过真空通道被吸走，从而能够延展的膜4被拉深至壁区域22上。在此情况下，真空通道23优选并不直接通入型腔10的壁区域22中，而是通入包围壁区域22的颈缘15a中。在此情况下，真空通道23通入压力补偿槽24中，该压力补偿槽24以小的间隔完全或部分地包围颈缘15a的内边缘18。

为了使膜4更好的伸展，在所示的实施例中还设置有加热装置25，加热装置25在打开姿态中，驶入半型模6、8之间。加热装置25可以是红外线辐射器或可替选地可以是热空气鼓风机。

在模具2的图6所示的实施方式中，在型腔10的壁区域22处构造有凸起部26，借助凸起部26在塑料部件中产生窗口。在此情况下，颈缘15a、15b以如下方式设定尺寸，即：使得凸起部26并不穿过通过颈缘15a的外边缘20来界定的面A₁，并且因此在置入时也不触碰膜4。

塑料部件的制造以如下方式进行：首先在IMD模具2的打开姿态中置入膜4，膜4借助未示出的夹紧框架在模具分离面14a的外部区域13a中得到夹持，并且借助加热装置25加热(参见图1)。接下来，通过真空通道23在膜4与处于脱模侧的壁区域22之间产生真空，由于真空而将模具4吸附在壁区域22上。在该拉深过程中，膜4在整个面区域中至少近似均匀地伸展，其中，该膜4以该面区域贴靠在壁区域22以及颈缘15上。

在IMD模具2闭合之后(参见图2)，通过注入通道11将注塑材料注入到型腔10中，并且于是塑料部件成型。在注塑材料硬化之后，IMD模具2又被打开。塑料部件被从打开的IMD模具2中移出(脱模)，其中，膜4的载体层被揭起。载体层本身在注塑过程中保持不受损。尤其是，载体层在注塑过程中未被冲裁或切割。借助输送装置最后将作为无端材料存在的膜4的新的未经使用的部分被置入和夹持在IMD模具2中，这样该制造过程得以重复。

在上面所描述的IDM模具2中，膜4的有效伸展(被装饰的部分面，即壁区域22的面，其通过型腔10的横截面来划分)得以实现，膜4的该有效伸展明显超过了膜4的局部伸展(膜4的单位面积的延展)。尤其是，达到了超过100％的有效伸展，而膜4不撕裂或形成折痕。

颈缘的可替选的实施方案在图7和8中示出。于是，颈缘15a在根据图7的实施方案中在横截面上并非斜向平直的，而是遵循在横截面上弯拱的走向。弯拱部在此情况下可以是凹的或(如虚线所示)是凸的。同样地，混合形状(譬如S形弯拱部)是可行的。根据图8，又基本上通过在横截面上平直的倾斜面形成了颈缘15a。但倾斜面并不直接邻接型腔10。而是在倾斜面与型腔10之间形成了平台28。在所有迄今所介绍的实施方案中，在注入侧的半型模8的模具分离面14b基本上与在脱模侧的半型模6的模具分离面14互补地构造。

根据本发明的模具2的另一实施方案在图9和10中示出。在该实施方案中，在脱模侧的半型模6由两个部件30和32形成。在此情况下，在环形的外部部件30上构造有模具分离面14a的外部区域13a，而模具分离面14a的内部区域以及型腔10的在脱模侧的壁区域22构造在第二部件32上。这两个部件30和32以如下方式在移动方向9上可彼此相对推移，即：在模具2的打开姿态中内部区域12a相对于外部区域13a回缩，并且在模具2的闭合姿态中，内部区域12a和外部区域13a平齐地处在(在此也示例性平坦地示出的)模具分离平面F中。

附图标记列表

2         IMD模具

4         膜

6         (在脱模侧的)半型模

6a        (在脱模侧的)半型模

8         (在注入侧的)半型模

9         移动方向

10        型腔

11        注入通道

12a、12b  内部区域

13a、13b  外部区域

14a、14b  模具分离面

15a、15b  颈缘

16        边缘

18        内边缘

20        外边缘

22        壁区域

23        真空通道

24        压力补偿槽

25        加热装置

26        凸起部

28        平台

30    部件

32    部件

A、A₁ 面

α    角