模具插入件和制作模具插入件的方法与流程

本公开涉及制造包括至少两个金属板的模具插入件的方法，并且涉及包括彼此紧密邻接以形成至少一个细丝腔体的至少两个金属板的模具插入件。

背景技术：

众所周知，包括基部和从基部延伸的细丝的整体刷头可以通过用高压将熔融塑性材料注射到限定基部和细丝的腔体中并施加保持压力一定时间来制造。为了在模具中限定整体刷头的基部和细丝，使用模具插入件。已知的是，这种模具插入件可以由多个堆叠的金属板制成，所述金属板包括凹槽，这些凹槽在金属板的顶部表面上开口并且朝下端渐缩以限定整体刷头的细丝。专利说明书gb868957大体描述了这种堆叠的模具插入件。

模拟和实验已经证明，具有细丝末端的长细丝代表了该技术的问题，即，由于熔融塑性材料与限定细丝的模具壁之间的摩擦大并导致熔融塑料凝固，使得熔融塑料在细丝结构被填充之前完全固化，所以细结构不能被熔融塑性材料填充。

现在在同一申请人提交的共同未决专利申请中描述了具有适于例如牙刷的长度并具有不能由已知的注塑模制方法制作的小细丝末端的细丝可以通过注射压缩模制制造，其中熔融塑性材料在低于用于常规注射模制的压力的压力下被注射到模具腔体中，然后将冲压工具浸入到注射的塑性材料中以将压缩压力施加到填充限定整体刷头的基部的腔体的熔融塑料上，该压缩压力如此之高，以致熔融塑料被推入细丝腔体中并填充那些细丝腔体直到细丝末端。

本公开的目的是提供一种制造用于限定细丝腔体的模具插入件的方法，所述模具插入件可以在所提及的制作整体刷头的注射压缩模制方法中使用，并且本公开的目的是提供适用于该任务的模具插入件。

技术实现要素：

根据一个方面，提供了一种制造用于注射模制、特别是注射压缩模制整体刷头的模具插入件的方法，所述整体刷头具有基部和从该基部延伸的细丝，该方法包括以下步骤：

-至少提供第一插入板和第二插入板，所述插入板各自具有至少一个前面；

-将至少一个细丝腔体的一部分形成到所述第一插入板或第二插入板的所述前面中的至少一个中，使得所述细丝腔体在所述插入板的顶部表面处开口但不延伸贯穿到所述插入板的底部表面；

-将通气腔体形成到与所述细丝腔体形成于其中的前面相同的前面中，其中所述通气腔体形成有在介于1μm与20μm之间、特别地介于2μm与10μm之间的范围内的深度，使得所述通气腔体与所述细丝腔体的盲孔端形成空气传导连接；以及

使第一插入板的前面和第二插入板的前面紧密邻接，从而形成至少一个细丝腔体。

根据一个方面，提供了一种模具插入件，该模具插入件限定至少一个细丝腔体并包括至少第一插入板和第二插入板的堆叠，其中第一板具有紧密邻接第二插入板的前面的前面，至少一个细丝腔体的至少一部分设置在第一插入板或所述第二插入板的至少一个前面中，使得所述细丝腔体在所述模具插入件的顶部表面处开口但不延伸到所述模具插入件的底部表面，在插入板的相同前面中设置有通气腔体，所述通气腔体设置在所述至少一个细丝腔体的所述部分中，所述通气腔体与细丝腔体的盲孔端形成空气传导连接，并且所述通气腔体在基本上垂直于相应的所述第一插入板或所述第二插入板的所述前面的方向上具有一定的深度，所述深度在介于1μm与20μm之间、特别地介于2μm与10μm之间的范围内。

根据一个方面，提供了包括如本文所讨论的模具插入件的注射压缩模制机。

附图说明

本公开将通过所提出的方法和所提出的模具插入件的示例实施方案的详细描述来进一步阐明，其中在描述中参考附图。在图中，

图1包括根据本说明书的整体刷头的牙刷的示意描绘图；

图2包括两个模具插入件的模具条的描绘图；

图3由插入板的堆叠组装的示例性模具插入件的描绘图；

图4根据本说明书结构化的示例插入板的前侧正视图；

图5具有模具插入件的模具条和处于起始位置的冲压工具的横截面图；

图6a包括由堆叠的插入环制成的模具插入件的另一个实施方案的模具条的描绘图；以及

图6b单个示例性插入环的描绘图。

具体实施方式

为了提供用于制造具有至少一根细丝的整体刷头的模制机，所述细丝具有在介于5μm与40μm之间的范围内的小尺寸细丝末端直径，需要提供相应的细丝腔体的模具插入件。当熔融塑料被推入细丝腔体中时，需要对细丝腔体进行通气，以便可以填充细丝腔体直到其末端。必须以空气可以离开细丝腔体的方式来实现通气，但是在通气基本上受到抑制的情况下，尽管使用高压来填充细丝腔体，熔融塑性材料也离开了细丝腔体。为了实现这一点，提供了与细丝腔体的盲孔端形成空气传导连接的通气腔体，但是该通气腔体本身太薄，使得当用于进入通气腔体的压力变得太高且熔融塑料停止其流动并固化时，熔融塑料基本上不能进入通气腔体。根据细丝末端的尺寸、所使用的材料(并且特别根据所选择的注塑材料的粘度)以及用于将熔融塑性材料推入细丝腔体中的压力，通气腔体的厚度在介于1μm与20μm之间的范围内，特别地在介于2μm与10μm之间的范围内，并且进一步特别地在3μm与6μm的范围内，包括在这些范围内的所有值，诸如4μm和5μm。

为了实现提供薄的通气腔体和/或细丝腔体，可以应用各种材料去除技术，诸如精密电化学加工(pecm)或利用激光烧蚀材料。特别地，应用具有在一飞秒至十皮秒范围内的脉冲长度的超短激光脉冲是能够实现被控制得很好的材料烧蚀的技术，从而可以以高精度形成薄的通气通道。

超短脉冲激光烧蚀技术意指通过应用在飞秒至十皮秒范围内的超短激光脉冲来烧蚀材料，其中材料基本上直接蒸发而不产生任何材料熔融物，由此相比于例如纳秒或微秒或毫秒脉冲激光烧蚀，产物上的热损伤和熔融物堆积在实质上减少。因此，超短脉冲激光烧蚀技术提供了表面质量的高精度、可重现性，和对烧蚀深度的高度控制。超快脉冲激光烧蚀装置可从各种公司获得，例如来自德国迪琴根通快集团(trumpfgmbh&co.kg,ditzingen,germany)的trumicro装置。使用超短脉冲激光技术来制作细丝腔体和/或通气腔体不应排除还使用其他技术，例如纳秒或微秒脉冲激光烧蚀，以便受益于更高的烧蚀速率(特别是用于形成细丝腔体、或通气腔体的不与细丝腔体的盲端孔直接接触的一部分)。也不应排除应用其他材料去除技术，例如放电机加工(edm)。例如，在插入板中提供凹陷部(所述凹陷部应当限定细丝腔体的至少一部分)的方法可以包括使用edm技术相对粗糙但有效(即高烧蚀速率)去除材料的第一步骤和以较低烧蚀速率进行相对精确的激光烧蚀的第二步骤。

制作插入板的材料可以是含铬的esu钢材型号，诸如1.2083esux40cr14。

在一些实施方案中，通气腔体的一部分的宽度比通气腔体的深度大得多。在操作中，当插入板的前面被特别是高压推到一起以避免插入板在施加的高注塑模制压力(或注射压缩模制压力)下移开时，插入板的材料可以变形，因此可能在一定程度上变形进入通气腔体。为了避免对通气腔体的这种填充，通气腔体可以包括一个或几个间隔元件，所述间隔元件从通气腔体的底部突出并且可以具有与通气腔体的深度重合的高度，即，间隔元件的前端或几个间隔元件的几个前端位于与插入板的前面相同的平面上。虽然不应排除间隔元件可以通过材料沉积技术(例如通过激光添加技术)制成，但特别提及的是，间隔元件通过仅去除间隔元件周围的材料以形成通气腔体而产生。虽然间隔元件可以具有任何尺寸和形状，但是它们特别可以具有在通气腔体沿其延伸的两个维度中的每个维度(不是深度维度)上的宽度，该宽度在介于10微米至10毫米之间的范围内，特别地在介于100微米至5毫米之间的范围内。

在制造整体刷头时，可以使用由至少两个插入板的竖直堆叠组装的模具插入件(以下通常仅称为插入件)，其中细丝腔体由一个插入板的端面侧(和邻接的另一个插入板的无结构端面侧)中的一个凹陷部或由这些插入板的邻接端面侧中的两个协作凹陷部限定。这不应排除可以在至少一个端面侧上形成一个突起部或几个突起部，所述一个或多个突起部延伸到由凹陷部形成的腔体中，从而使细丝腔体成形。术语“竖直”在这里意指细丝腔体(多个细丝腔体)由插入板的邻接端面侧而不是由插入板的水平堆叠中的通孔(以及潜在地一个盲端孔)限定。一般来讲，对于icm制作的整体刷头，不排除使用插入板的水平堆叠，但是在下文中，本申请聚焦在插入板的竖直堆叠。使用的插入板越多，可以限定的细丝腔体“行”就越多。对于在长度和宽度方向上介于1cm与3cm之间的典型刷头尺寸和1mm的典型细丝距离，可以使用约十一至三十一个插入板。在本文件中，基本上平面的插入板被示出为一个示例，并且圆形插入板(或插入环)被示出为第二示例。这不应是限制性的，并且也设想了以其他方式弯曲的插入板。对于平面的插入板，细丝将排列成行，而对于圆形或环状的插入板，细丝将排列成环。对于以其他方式成形的插入板，细丝可以排列在其他线(例如椭圆或波形线)上。还设想了插入板在一侧上具有一种曲率，在另一侧上具有另一种曲率。另外，虽然本申请中所示的细丝都基本上垂直于基部表面延伸，但细丝中的至少一根或几根或甚至全部可以以不同于约90度的角度从基部延伸(并且特别地，该角度和/或倾斜方向在这些倾斜细丝中的两根或更多根之间可以不同)。

图1是示例牙刷1的示意描绘图，该示例牙刷包括具有基部3和以整体方式从基部3延伸的细丝4的整体刷头2，以及与整体刷头2连接的柄部5。在该所示的实施方案中，柄部在基部3下方延伸，使得牙刷1的头部部分由前侧(细丝所处的位置)上的整体刷头1和柄部5的头部部分形成。柄部5可以特别地在注射模制方法中与整体刷头1连接，所述注射模制方法即下述方法：其中整体刷头被插入模具腔体中，柄部随后被注射模制并通过材料粘附/粘结(分别需要在被选择用于整体刷头和柄部的材料之间的亲和力)与整体刷头连接。

图2是具有置于框架310中的两个插入件320a和320b的模具条300的描绘图。模具条300将被插入注射模制机的模具半部的模具板中。所示的模具条300适用于pim(注塑模制)和icm(注射压缩模制)。插入件320a和320b中的每一个分别限定整体刷头的第一腔体部分330a和330b，其中第一腔体部分330a、330b限定细丝腔体以及基部(或前基部)腔体的至少一部分。虽然在这种情况下，模具条300具有两个插入件320a、320b，但模具条通常可以具有任何其他数量的插入件，诸如一个插入件、三个插入件、四个插入件、八个插入件、十个插入件等。虽然这里描述了模具条300被插入模具半部的模具板中，但是多于一个模具条可以被插入模具板中，例如两个模具条、三个模具条、四个模具条等。虽然这里示出插入件320a和320b基本上相同，但模具条的这些插入件中的每一个可以与其他插入件不同，即，可以限定不同的整体刷头。在将几个模具条插入一个模具板的情况下，这些模具条中的每一个可以与其他模具条不同(即，可以具有不同数量的插入件)。根据整体刷头的尺寸，单个模具板可以具有八个或十个或十二个或16个或20个或24个或32个或64个等插入件，使得在一个单次注射中，可以制作相应数量的整体刷头。为了完整起见，不应排除替代使用附加模具条的做法，将插入件直接放置在模具板中。在一组不同的模具条中，每个模具条可以总是具有相同的外形，但是不同的模具条可以包括不同尺寸的插入件。因此，只需要更换模具条，但仍可以使用相同的模具板。

图3是可以插入图2中所示的框架310中的插入件400的描绘图。插入件400包括插入板410、430和420的竖直堆叠。多个结构化的插入板430夹在两个端板410与420之间。在该所示的实施方案中，使用被标记为4301至4327的27个结构化插入板430来限定细丝腔体431。结构化插入板430的厚度可以在介于0.7mm至2.0mm之间的范围内。约1.0mm的厚度导致细丝在竖直方向上的距离为1.0mm，这可以被认为是用于刷牙的整体刷头的合理值。尽管结构化插入板431在这里被示出为在竖直方向上都具有相同的厚度，但是这些结构化插入板的厚度可以变化，并且可以特别地在介于0.7mm至2.0mm之间的范围内变化。虽然结构化的插入板在这里被示出为都具有包括限定细丝腔体的结构的第一端面侧和没有任何结构的第二端面侧，但是这些插入板通常可以包括在两个端面侧上结构化的插入板和/或可以包括非结构化的插入板，这些结构化的插入板和非结构化的插入板可以交替排列，但是可以使用单侧结构化的插入板、双侧结构化的插入板和非结构化的插入板的任何其他混合排列方式。虽然端板410和420在这里被示出为非结构化的端板，但是这些端板中的至少一个也可以是结构化的。

图4是可以用在如图3中所示的插入件400或者图2中所示的插入件320a或320b中的结构化插入板800的端面侧正视图。插入板800具有结构化的前面侧801和另一个背端面侧802(不可见)，该另一个背端面侧可以是结构化的，但也可以是非结构化的。插入板800在其顶部区域808中具有切口820，该切口820用于限定基部(或前基部)腔体的一部分。另外，插入板800具有圆形切口830和831，这些圆形切口用于借助杆元件来对齐多个插入板，这些杆元件在组装状态下分别延伸穿过圆形切口830和831。数量为七个的多个部分细丝腔体810设置在插入板800的前面侧801中。在一些实施方案中，在组装状态下，另一个插入板的非结构化端面侧邻接所示插入板800的结构化前面侧801，并且部分细丝腔体810连同另一个插入板的非结构化端面侧一起限定相应的细丝腔体。在一些实施方案中，另一个插入板包括至少一个部分细丝腔体，该部分细丝腔体在位置上与所示插入板800的部分细丝腔体810中的一个重合，并且一起形成细丝腔体。一般来讲，结构化的插入板在其端面侧之一中具有至少一个部分细丝腔体(因此，非结构化的插入板仅具有平面的端面侧)。虽然这里示出了数量为七个的多个部分细丝腔体，但是任意数量的部分细丝腔体可以设置在插入板的结构化端面侧中。另外，尽管这里的所有部分细丝腔体810具有相同的形式，但部分细丝腔体中的至少一个可以具有与其他部分细丝腔体的形式不同的形式，并且特别地，所有部分细丝腔体可以彼此不同。

该所示的实施方案指示部分细丝腔体810被分成基部部分811和末端部分812。基部部分811的长度和末端部分812的长度可以类似(即，基部部分的长度可以是部分细丝腔体的总长度的40％或60％)，或者甚至可以相同。基部部分可以具有小于1度的总变形倾斜角(即拔模角)，而末端部分812可以朝部分细丝腔体的盲孔端813更快地渐缩。已经发现，这种分开的细丝腔体结构(其中基部部分保持基本上相同，而末端部分则限定待制作的细丝的特定结构)倾向于具有良好的填充特性和良好的变形特性。

插入板800还包括设置在插入板800的前面侧801中的通气腔体890。通气腔体890与部分细丝腔体810的盲孔端813中的每一个形成空气传导连接。通气腔体809可以具有在介于2μm与10μm之间的范围内、特别地在介于3μm与7μm之间的范围内，并且进一步特别地为约5μm的深度。通气腔体890可以特别地通过激光烧蚀技术并且特别地通过应用超短激光脉冲来制成。通气腔体890具有非常小的深度。由于icm技术适用于填充最前末端向上的直径在介于40μm下至约5μm之间的范围内的细丝腔体，所以到通气腔体890的空气传导连接必须相对较薄(其中该厚度可以针对特定的细丝几何形状和材料进行选择—在上述实验中使用的通气腔体的厚度是5μm)。即使在如上所述的冲压工具施加的高压下，由于填充该小腔体所需的压力随后过高，所以熔融塑性材料也将基本上不进入通气腔体809。显然，即使在部分细丝腔体10的盲孔端813与通气腔体890之间的这种小连接也足以在组装状态下对细丝腔体进行除气。在通气腔体890内设置有几个止挡元件891，在那里没有材料被烧蚀以形成通气腔体890。在组装状态下和在使用中，插入件被保持在压力下，并且插入板可能倾向于变形并进入小的通气腔体。通过提供止挡元件891有效地避免了这种变形。在所示的实施方案中，通气通道892在底部区域809处将通气腔体890和插入板800的外侧连接。通气通道892可以由任何常规的材料烧蚀技术制成，这与制作延伸至插入板800的底部区域809的激光烧蚀通气腔体890相比，成本较低。

图5是具有特别限定前基部腔体530的模具插入件520的模具条510和被实现为冲压压模的冲压工具550的横截面描绘图，该冲压压模被布置用于一旦填充熔融塑性材料就浸入到前基部腔体530中，以便将熔融塑料推入细丝腔体540中。在该所示的实施方案中，冲压工具550具有与前基部腔体基本上相同的形状，使得冲压工具550在所有细丝腔体540上延伸。需要说明的是，为了便于呈现，在细丝腔体的端部处的通气腔体被示出具有显著增加的深度。如所讨论的，通气腔体的深度在几微米的范围内。

在一些实施方案中，冲压工具通过模具半部中的一个实现，并且这些模具半部然后朝向彼此相对移动以产生将熔融塑料驱动到至少一个细丝腔体中的所需压力。在一些实施方案中，冲压工具是如上所述可以相对于模具半部独立移动的元件。

在一些实施方案中，选择将熔融塑性材料注射到模具腔体中的压力，使得至少一个细丝腔体基本上不被填充，即，将注射压力选择为低到以至于熔融塑性材料不被推入细丝腔体中。换句话讲，如果需要压力值p来至少部分地填充细丝腔体，则将塑料注射到基部腔体中所用的压力选择为使得在细丝腔体的位置处熔融塑性材料中的压力低于该压力p。这确保了熔融塑性材料在冲压工具的压力下填充整个薄的细丝腔体之前，在细丝腔体中尚未固化。虽然在将冲压工具浸入到前基部腔体中之前，熔融塑料可以形成在细丝腔体上延伸的相对冷的塑性材料的薄表皮，但冲压工具施加的高压将推动仍为液体的塑性材料穿过冷却的表皮进入细丝腔体中。由于突然的高压，熔融塑性材料填充薄的细丝腔体直到小盲孔端。在一些实施方案中，至少一个细丝腔体具有在介于3.0mm与20.0mm之间、特别地介于8.0mm与12.0mm之间的范围内的高度，并且具有在介于5μm与40μm之间、特别地介于8μm与20μm之间的范围内的盲孔端直径。

虽然这里使用了细丝腔体的术语“盲孔端”，但这不应排除细丝腔体具有用于将空气引导到细丝腔体之外的通气结构。这种通气结构特别可以具有与细丝腔体的盲孔端形成空气传导连接的通气腔体。至少在通气腔体与细丝腔体的盲孔端形成空气传导连接的位置处，通气腔体的厚度在介于2μm与10μm之间的范围内、特别地在介于3μm与7μm之间的范围内，并且进一步特别地为约5μm。

如前所提及的，本文所述的制造整体刷头的方法可以用于制造适用于电动牙刷的替代刷的整体刷头。特别地，可以制成具有圆形或椭圆形/卵形形状的整体刷头，然后可以将其与包括联接部分的驱动节段连接。如前所述，细丝可以排列在矩形网格的顶点上，或者细丝可以排列成环。对于后一种排列，可以提供具有圆形或椭圆形/卵形形状的插入板(特别地，例如两个半圆形插入板可以一起形成圆形插入板)。

图6a是包括模具插入件910的示例模具条900的一部分的顶视图，该模具插入件910包括形成多个细丝腔体930的几个基本上环状(这里为椭球体)的插入板920、921、922、923、924、925和926，使得细丝最终基本上排列在环上。图6b是可以用于如图6a中所示的模具插入件910中的单个示例插入环950的透视图。插入环950包括形成在该插入环的外端面侧970上和插入环950的内端面侧971上的部分细丝腔体960和961。如图6a中所示，部分细丝腔体960和961可以与邻接的环状插入板中的相应部分细丝腔体协作以形成用于形成整体刷头的细丝腔体。在图6a中所示的示例中，堆叠的环状插入板的对称排列的部分细丝腔体由于插入板的椭球体形状而自动对齐。在圆形插入板的情况下，这些插入板可以具有用于对齐插入板的至少一对协作沟槽和突起部。同样，虽然图6a和图6b示出了具有结构化的外侧端面和结构化的内侧端面的插入板，但是在其他实施方案中，仅一个侧面可以被结构化以形成细丝腔体。与上述平面插入板相关的情况基本上也是如此。

本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。

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