一种制造薄壁的金属元件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制造压铸的薄壁金属元件的方法以及适用于所述方法的模具中的装置。
【背景技术】
[0002]压铸的金属部件当前被普遍使用。这些压铸的金属部件用于对轻重量、功能和精度有高要求的许多不同的领域。通过铸锭铸造获得的元件在铸造后需要被全面处理以实现所期望的精度。由于无法加压，这类元件还需要形成适当厚度的制件才能保证完全注满模具的型腔。后者会增加成品工件的重量，这是不期望的。旨在具有特定容量的元件的内部容积也会减小。例如铝的注模可以应用所谓的流变铸造，所述流变铸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风险。在670至720°C的温度范围内进行铝的注模。使用高压以尤其在采用流变铸造时来生产薄壁部件。这意味着，由于熔体粘度低并且易于蠕动进入分模面，因此对模具中的密封面的要求很高。因此传统上认为设计具有塌缩型芯的注模元件是不可行的，因为这会大大缩短模具的预期寿命。
[0003]现有技术中一种已知方法是采用独立型芯来提供侧凹部。这些独立型芯在进行模制前组装到模具内并在模制后从模制的部件上撬出或敲出。该已知的方法存在诸多问题。
[0004]第一，模制的部件会收紧到独立型芯上从而脱模角必须相当大，通常大于5°。这当然会限制形成侧凹部的方法的实际应用。
[0005]第二，由于模具须在每次模制前进行组装，因此将增长周期时间。
[0006]第三，由于所有的操作尤其是将独立型芯从铸件上敲出时，独立型芯会损坏。这将影响模具的密封从而限制模具本身的使用寿命。
[0007]第四，模具温度对模制元件的质量至关重要，并且没有能够在进行模制周期之前以及模制过程中对独立型芯进行调质的方法。
[0008]第五，因为独立型芯的敏感边缘上无法避免的凹痕，因此采用独立型芯还将加大对模制后处理的需求，因为所述凹痕会在模具中形成密封面，这会导致所谓的毛刺和飞边。
[0009]第六，将独立型芯从模制的部件移除的撬敲操作不仅会增加损坏独立型芯的风险，而且还会增加损坏模制的部件本身的风险。由于会出现与例如金属疲劳相关的那些裂缝相似的细小开裂或裂纹，这就需要对具有重要功能的模制的部件(例如特定的关键的车辆构件)进行大量测试。
[0010]第七，在模制过程中独立型芯需要固定在它们合适的位置中，这就要求在模具的相对侧设置一个或更多个支承销。这些支承销会在模制的部件内留下孔并且这些孔在模制后在多数情况下都需要被塞住。
[0011]第八，由于增加了操作、延长了周期时间、模具的预期寿命缩短、废品量增加、模制的部件的平均质量降低、增加了测试以保证质量从而最终对每个模制的部件的工作投入量增加，因此以上列举的所有问题将不可避免地显著增加模制品的成本。
【发明内容】
[0012]本发明相应地涉及一种生产具有侧凹部的薄壁的金属元件的方法。模具装备有第一半模和第二半模。本发明的特征在于第一半模装备有型芯和活动型芯，所述活动型芯使所述侧凹部成形，其中，
[0013]a)用能够凝固的熔融金属填充处于闭合位置的模具，其后
[0014]b)通过抽取第二半模将所述模具打开，此时，
[0015]c)活动型芯与至少一个顶出销一起被推出由此将金属元件从模具顶出，于是，
[0016]d)将金属元件从活动型芯取走。
[0017]根据本发明的一个实施例，铝的熔融金属在上述步骤a)中被注入模具的型腔。熔融金属的温度处于670°C至720°C的范围内同时压力则处于700巴至1000巴的范围内。
[0018]模具还有利地设置有至少一个顶出销，顶出销在步骤c)中与活动型芯一起被推出并且所述顶出销在步骤d)之前被抽取。传统地，注模的制品沿模具的打开方向被取走。根据本发明的一个实施例，模制的金属元件以与模具的打开方向主要成直角地方式从活动型芯被取走。这能够通过例如机器人来实现，该机械人进而将作为模具的注射系统的延伸部分使用。在打开的模具中的半模之间的空间有限的情况下，金属元件可以通过曲线运动来被取走，这能够有利地通过所述机器人来实现。
[0019]根据本发明的优选实施例，活动型芯布置成以便与至少一个顶出销成α1角来移动，使得侧凹部的内部面与活动型芯的相应的成形面之间的相对空间随着金属元件从模具被顶出而增加。
[0020]根据本发明的一个实施例，模具还设置有至少一个可缩式模侧，用于模制薄壁金属元件的外侧的功能部分。一个或多个可缩式模侧在步骤c)之前打开。
[0021]活动型芯适当地以可活动的方式附接到顶出板。第二顶出板进而适当地布置成以便实现顶出销的独立运动。由此可以实现在模制的金属元件被顶出后使顶出销回缩，以有助于将金属元件从模具取走。
[0022]活动型芯有利地设置有用于冷却介质的内部通道。这使得模具中具有更佳的温度分布，从而实现缩短周期时间、减少在金属元件的材料中形成应力、使模具的操作更为顺畅进而延长模具本身的寿命。
[0023]根据本发明的一个优选实施例，第一半模设置有布置在活动型芯的至少一侧的脱模表面。所述脱模表面的脱模角α 11小于角α工，由此该侧凹部能够从活动型芯快速脱模。
[0024]该侧凹部相应地与金属件的顶出相关联地从活动型芯脱模。
[0025]根据本发明的一个实施例，该至少一个顶出销中的至少一个顶出销被用来获得至少一个凹口。所述至少一个凹口与所述至少一个顶出销配合进而用来引导顶出的方向。活动型芯的顶出方向和开口方向是分开的。
[0026]根据本发明的一个实施例，从打开模具(步骤b))到开始顶出(步骤C))的时间短于10秒钟。
[0027]在高于值Λ的温度下适当地开始进行顶出(步骤C))，其中值Λ是环境温度(23°C )与所注入的金属的固化或凝固温度之间的温差的1/2大小。使侧凹部从活动型芯快速脱模很有好处。所有金属都会热胀冷缩。亦即，当任由冷却过度时，金属件会收缩而紧贴在活动型芯上。事实上其可能在活动型芯上紧贴到使得实际上无法在不破坏部件本身或者破坏模具的情况下取出金属元件。事实上，应力可能如此之大以至金属元件中可能出现应力断裂。如以上所论，脱模角需要适合于上述的收缩，并且通过前述的已知的方法，所述脱模角必须设置为5°或大于5°。在以本文公开的发明进行试验的过程中，所述侧凹部以仅为1.5°的脱模角极为成功地通过了试验。
[0028]根据本发明的一个实施例，材料进口设置成使得熔融金属向活动型芯(11)施加压力以使其被压向型芯(10a)。由此可以限制在型芯(1a)与活动型芯(11)之间的分模面内泄漏的风险。否则，所述泄漏会导致所谓的飞边或毛刺，其需要通过多余的后续加工来消除。泄漏也会通过加大磨损来限制模具的使用寿命。
[0029]根据本发明的可选实施例，流动通道被布置成以使熔融金属向活动型芯(11)施加压力以使其被压向型芯(10a)，其中，在型芯(1a)与活动型芯(11)之间的分模面内泄漏的风险如上所述一样得到限制。采用这个方法，上述的相同的问题也相应地得到避免。
[0030]在使模具闭合以便进入下一个模制周期之前包括净化步骤也是有利的。这可以例如通过喷吹处于调整的高压下的流体以便将不期望的颗粒、碎片和毛刺从模具的敏感的功能表面上除去来实现。该流体可以包括气体，例如空气(可以具有少量的润滑剂和/或水)。
[0031]本发明相应地包括一种制造具有侧凹部的薄壁金属元件的模具。该模具相应地设置有第一半模和第二半模。第一半模装备有型芯和活动型芯，活动型芯使所述侧凹部成形。活动型芯与至少一个顶出销一起被推出由此将金元属件从模具顶出。与