一種制造薄壁的金屬元件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造壓鑄的薄壁金屬元件的方法以及適用于所述方法的模具中的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]壓鑄的金屬部件當(dāng)前被普遍使用。這些壓鑄的金屬部件用于對(duì)輕重量、功能和精度有高要求的許多不同的領(lǐng)域。通過(guò)鑄錠鑄造獲得的元件在鑄造后需要被全面處理以實(shí)現(xiàn)所期望的精度。由于無(wú)法加壓，這類(lèi)元件還需要形成適當(dāng)厚度的制件才能保證完全注滿(mǎn)模具的型腔。后者會(huì)增加成品工件的重量，這是不期望的。旨在具有特定容量的元件的內(nèi)部容積也會(huì)減小。例如鋁的注?？梢詰?yīng)用所謂的流變鑄造，所述流變鑄造提供了更高的一致性并且降低了在模制的制件中形成孔的風(fēng)險(xiǎn)。在670至720°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行鋁的注模。使用高壓以尤其在采用流變鑄造時(shí)來(lái)生產(chǎn)薄壁部件。這意味著，由于熔體粘度低并且易于蠕動(dòng)進(jìn)入分模面，因此對(duì)模具中的密封面的要求很高。因此傳統(tǒng)上認(rèn)為設(shè)計(jì)具有塌縮型芯的注模元件是不可行的，因?yàn)檫@會(huì)大大縮短模具的預(yù)期壽命。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中一種已知方法是采用獨(dú)立型芯來(lái)提供側(cè)凹部。這些獨(dú)立型芯在進(jìn)行模制前組裝到模具內(nèi)并在模制后從模制的部件上撬出或敲出。該已知的方法存在諸多問(wèn)題。
[0004]第一，模制的部件會(huì)收緊到獨(dú)立型芯上從而脫模角必須相當(dāng)大，通常大于5°。這當(dāng)然會(huì)限制形成側(cè)凹部的方法的實(shí)際應(yīng)用。
[0005]第二，由于模具須在每次模制前進(jìn)行組裝，因此將增長(zhǎng)周期時(shí)間。
[0006]第三，由于所有的操作尤其是將獨(dú)立型芯從鑄件上敲出時(shí)，獨(dú)立型芯會(huì)損壞。這將影響模具的密封從而限制模具本身的使用壽命。
[0007]第四，模具溫度對(duì)模制元件的質(zhì)量至關(guān)重要，并且沒(méi)有能夠在進(jìn)行模制周期之前以及模制過(guò)程中對(duì)獨(dú)立型芯進(jìn)行調(diào)質(zhì)的方法。
[0008]第五，因?yàn)楠?dú)立型芯的敏感邊緣上無(wú)法避免的凹痕，因此采用獨(dú)立型芯還將加大對(duì)模制后處理的需求，因?yàn)樗霭己蹠?huì)在模具中形成密封面，這會(huì)導(dǎo)致所謂的毛刺和飛邊。
[0009]第六，將獨(dú)立型芯從模制的部件移除的撬敲操作不僅會(huì)增加損壞獨(dú)立型芯的風(fēng)險(xiǎn)，而且還會(huì)增加損壞模制的部件本身的風(fēng)險(xiǎn)。由于會(huì)出現(xiàn)與例如金屬疲勞相關(guān)的那些裂縫相似的細(xì)小開(kāi)裂或裂紋，這就需要對(duì)具有重要功能的模制的部件(例如特定的關(guān)鍵的車(chē)輛構(gòu)件)進(jìn)行大量測(cè)試。
[0010]第七，在模制過(guò)程中獨(dú)立型芯需要固定在它們合適的位置中，這就要求在模具的相對(duì)側(cè)設(shè)置一個(gè)或更多個(gè)支承銷(xiāo)。這些支承銷(xiāo)會(huì)在模制的部件內(nèi)留下孔并且這些孔在模制后在多數(shù)情況下都需要被塞住。
[0011]第八，由于增加了操作、延長(zhǎng)了周期時(shí)間、模具的預(yù)期壽命縮短、廢品量增加、模制的部件的平均質(zhì)量降低、增加了測(cè)試以保證質(zhì)量從而最終對(duì)每個(gè)模制的部件的工作投入量增加，因此以上列舉的所有問(wèn)題將不可避免地顯著增加模制品的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明相應(yīng)地涉及一種生產(chǎn)具有側(cè)凹部的薄壁的金屬元件的方法。模具裝備有第一半模和第二半模。本發(fā)明的特征在于第一半模裝備有型芯和活動(dòng)型芯，所述活動(dòng)型芯使所述側(cè)凹部成形，其中，
[0013]a)用能夠凝固的熔融金屬填充處于閉合位置的模具，其后
[0014]b)通過(guò)抽取第二半模將所述模具打開(kāi)，此時(shí)，
[0015]c)活動(dòng)型芯與至少一個(gè)頂出銷(xiāo)一起被推出由此將金屬元件從模具頂出，于是，
[0016]d)將金屬元件從活動(dòng)型芯取走。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，鋁的熔融金屬在上述步驟a)中被注入模具的型腔。熔融金屬的溫度處于670°C至720°C的范圍內(nèi)同時(shí)壓力則處于700巴至1000巴的范圍內(nèi)。
[0018]模具還有利地設(shè)置有至少一個(gè)頂出銷(xiāo)，頂出銷(xiāo)在步驟c)中與活動(dòng)型芯一起被推出并且所述頂出銷(xiāo)在步驟d)之前被抽取。傳統(tǒng)地，注模的制品沿模具的打開(kāi)方向被取走。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，模制的金屬元件以與模具的打開(kāi)方向主要成直角地方式從活動(dòng)型芯被取走。這能夠通過(guò)例如機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)，該機(jī)械人進(jìn)而將作為模具的注射系統(tǒng)的延伸部分使用。在打開(kāi)的模具中的半模之間的空間有限的情況下，金屬元件可以通過(guò)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)來(lái)被取走，這能夠有利地通過(guò)所述機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，活動(dòng)型芯布置成以便與至少一個(gè)頂出銷(xiāo)成α1角來(lái)移動(dòng)，使得側(cè)凹部的內(nèi)部面與活動(dòng)型芯的相應(yīng)的成形面之間的相對(duì)空間隨著金屬元件從模具被頂出而增加。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，模具還設(shè)置有至少一個(gè)可縮式模側(cè)，用于模制薄壁金屬元件的外側(cè)的功能部分。一個(gè)或多個(gè)可縮式模側(cè)在步驟c)之前打開(kāi)。
[0021]活動(dòng)型芯適當(dāng)?shù)匾钥苫顒?dòng)的方式附接到頂出板。第二頂出板進(jìn)而適當(dāng)?shù)夭贾贸梢员銓?shí)現(xiàn)頂出銷(xiāo)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。由此可以實(shí)現(xiàn)在模制的金屬元件被頂出后使頂出銷(xiāo)回縮，以有助于將金屬元件從模具取走。
[0022]活動(dòng)型芯有利地設(shè)置有用于冷卻介質(zhì)的內(nèi)部通道。這使得模具中具有更佳的溫度分布，從而實(shí)現(xiàn)縮短周期時(shí)間、減少在金屬元件的材料中形成應(yīng)力、使模具的操作更為順暢進(jìn)而延長(zhǎng)模具本身的壽命。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一半模設(shè)置有布置在活動(dòng)型芯的至少一側(cè)的脫模表面。所述脫模表面的脫模角α 11小于角α工，由此該側(cè)凹部能夠從活動(dòng)型芯快速脫模。
[0024]該側(cè)凹部相應(yīng)地與金屬件的頂出相關(guān)聯(lián)地從活動(dòng)型芯脫模。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該至少一個(gè)頂出銷(xiāo)中的至少一個(gè)頂出銷(xiāo)被用來(lái)獲得至少一個(gè)凹口。所述至少一個(gè)凹口與所述至少一個(gè)頂出銷(xiāo)配合進(jìn)而用來(lái)引導(dǎo)頂出的方向?；顒?dòng)型芯的頂出方向和開(kāi)口方向是分開(kāi)的。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，從打開(kāi)模具(步驟b))到開(kāi)始頂出(步驟C))的時(shí)間短于10秒鐘。
[0027]在高于值Λ的溫度下適當(dāng)?shù)亻_(kāi)始進(jìn)行頂出(步驟C))，其中值Λ是環(huán)境溫度(23°C )與所注入的金屬的固化或凝固溫度之間的溫差的1/2大小。使側(cè)凹部從活動(dòng)型芯快速脫模很有好處。所有金屬都會(huì)熱脹冷縮。亦即，當(dāng)任由冷卻過(guò)度時(shí)，金屬件會(huì)收縮而緊貼在活動(dòng)型芯上。事實(shí)上其可能在活動(dòng)型芯上緊貼到使得實(shí)際上無(wú)法在不破壞部件本身或者破壞模具的情況下取出金屬元件。事實(shí)上，應(yīng)力可能如此之大以至金屬元件中可能出現(xiàn)應(yīng)力斷裂。如以上所論，脫模角需要適合于上述的收縮，并且通過(guò)前述的已知的方法，所述脫模角必須設(shè)置為5°或大于5°。在以本文公開(kāi)的發(fā)明進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，所述側(cè)凹部以?xún)H為1.5°的脫模角極為成功地通過(guò)了試驗(yàn)。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，材料進(jìn)口設(shè)置成使得熔融金屬向活動(dòng)型芯(11)施加壓力以使其被壓向型芯(10a)。由此可以限制在型芯(1a)與活動(dòng)型芯(11)之間的分模面內(nèi)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。否則，所述泄漏會(huì)導(dǎo)致所謂的飛邊或毛刺，其需要通過(guò)多余的后續(xù)加工來(lái)消除。泄漏也會(huì)通過(guò)加大磨損來(lái)限制模具的使用壽命。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例，流動(dòng)通道被布置成以使熔融金屬向活動(dòng)型芯(11)施加壓力以使其被壓向型芯(10a)，其中，在型芯(1a)與活動(dòng)型芯(11)之間的分模面內(nèi)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)如上所述一樣得到限制。采用這個(gè)方法，上述的相同的問(wèn)題也相應(yīng)地得到避免。
[0030]在使模具閉合以便進(jìn)入下一個(gè)模制周期之前包括凈化步驟也是有利的。這可以例如通過(guò)噴吹處于調(diào)整的高壓下的流體以便將不期望的顆粒、碎片和毛刺從模具的敏感的功能表面上除去來(lái)實(shí)現(xiàn)。該流體可以包括氣體，例如空氣(可以具有少量的潤(rùn)滑劑和/或水)。
[0031]本發(fā)明相應(yīng)地包括一種制造具有側(cè)凹部的薄壁金屬元件的模具。該模具相應(yīng)地設(shè)置有第一半模和第二半模。第一半模裝備有型芯和活動(dòng)型芯，活動(dòng)型芯使所述側(cè)凹部成形?；顒?dòng)型芯與至少一個(gè)頂出銷(xiāo)一起被推出由此將金元屬件從模具頂出。與