CN112775407A - 真空压铸方法和用于真空压铸的模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种真空压铸方法。该真空压铸方法可以包括以下步骤：将固定模具和可动模具彼此联接；通过在套筒中操作的注射柱塞封闭形成在套筒上的熔融金属浇注孔，该套筒形成在固定模具或可动模具的下侧；通过真空减压装置对形成在固定模具和可动模具之间的型腔进行真空减压，该真空减压装置连接到设置在固定模具和可动模具的上部的激冷排气块；在进行真空减压的步骤完成之后，通过连接到激冷排气块的氧气供应装置向型腔供应氧气；以及通过熔融金属浇注孔向型腔供应熔融金属。
Description
技术领域
本公开涉及一种压铸(die casting)方法和模具，并且更特别地，涉及一种通过在模具的型腔(cavity)中产生真空来压铸的压铸方法和模具。
背景技术
通常，高压铸造(压铸)可以以如下方式进行：将熔融铝、镁和锌等的轻质有色金属合金的熔融金属通过浇注套筒的浇注孔注入，并且将熔融金属通过注射柱塞以高速和高压填充到模具的型腔中以注射成型。
在该过程中，填充在型腔中的诸如空气和水蒸汽的气体可能一起混合并且保留在以高速填充并压缩在型腔中的熔融金属中。特别地，在具有复杂形状的产品的情况下，可能更难以排出型腔中的空气、水蒸汽和残留气体。混合在熔融金属中的空气、水蒸汽和残留在型腔中的气体可能在模具中在熔融金属冷却和凝固的过程中引起铸造缺陷(气孔、缩松缺陷等)，这使产品的强度降低。
高真空压铸是用于显著减少通过这种压铸方法制造的产品的气泡的技术。根据该技术，密封模具，并且使用真空泵将模具型腔中的空气降低至50mbar以下，以使模具型腔处于真空状态，然后，将熔融金属注入到型腔中以制造产品。因此，产品中没有气孔，因而在热处理时产品的强度可以提高。
即，一般的压铸部件的情况下，由于内部铸造缺陷，不能进行热处理。但是，高真空压铸产品没有内部铸造缺陷，因此可以通过热处理使机械性能提高约40％。
然而，高真空设备非常昂贵，并且制造成本增加。
前述内容仅旨在帮助理解本公开的背景，而并非旨在表示本公开落入本领域普通技术人员已知的现有技术的范围内。
发明内容
本公开致力于提供一种可以在不使用昂贵设备的同时去除模具型腔中的空气来制造高质量且高强度的部件的真空压铸方法和用于真空压铸的模具。
根据本公开的一方面，一种真空压铸方法可以包括以下步骤：将固定模具和可动模具彼此联接；通过在套筒中操作的注射柱塞封闭形成在套筒上的熔融金属浇注孔，该套筒形成在固定模具或可动模具的下侧；通过真空减压装置对形成在固定模具和可动模具之间的型腔进行真空减压，该真空减压装置连接到设置在固定模具和可动模具的上部的激冷排气块；在进行真空减压的步骤完成之后，通过连接到激冷排气块的氧气供应装置向型腔供应氧气；以及通过熔融金属浇注孔向型腔供应熔融金属。
另外，真空减压装置可以通过真空减压管道连接到激冷排气块。氧气供应装置可以通过真空减压管道和氧气供应管道连接到激冷排气块。
另外，在进行真空减压的步骤中，可以根据指示熔融金属浇注孔封闭的信号，控制设置在真空减压管道中的真空减压阀打开。
在进行真空减压的步骤中，可以进行真空减压直到型腔内的压力达到200mmHg以下。
此外，向型腔供应氧气的步骤可以包括：进行一次氧气供应，直到型腔内的压力达到1200mbar以上。可以在一次氧气供应完成之后进行向型腔供应熔融金属的步骤。向型腔供应氧气的步骤可以进一步包括：在向型腔供应熔融金属的步骤开始之后，进行二次氧气供应，在所述二次氧气供应中供应比一次氧气供应更少的氧气。
熔融金属可以是熔融铝。
另外，真空压铸方法可以进一步包括以下步骤：在向型腔供应熔融金属的步骤之后，通过操作注射柱塞来进行注射步骤。可以在注射步骤中注射柱塞通过熔融金属浇注孔的时间点完成二次氧气供应。
根据本公开的另一方面，一种用于真空压铸的模具可以包括：固定模具和可动模具；注射柱塞，在套筒中操作，该套筒形成在固定模具或可动模具的下侧；真空减压装置，连接到设置在固定模具和可动模具的上部的激冷排气块，并且对形成在固定模具和可动模具之间的型腔进行真空减压；以及氧气供应装置，连接到激冷排气块并且向型腔供应氧气。
另外，用于真空压铸的模具可以进一步包括：真空减压管道，从真空减压装置连接到激冷排气块；真空减压阀，设置在真空减压管道上；氧气供应管道，从氧气供应装置连接到激冷排气块；以及氧气供应阀，设置在氧气供应管道上。
可以根据设置在型腔中的真空传感器的信号来控制真空减压阀。可以根据设置在型腔中的氧气传感器的信号来控制氧气供应阀。
激冷排气块可以成对地分别形成在固定模具和可动模具中。激冷排气块可以具有熔融金属入口，在固定模具和可动模具彼此联接时，熔融金属入口与型腔的上端连通以引入熔融金属。激冷排气块可以具有从熔融金属入口扩展的熔融金属凝固流动路径和与真空减压管道连通的排气孔。
另外，熔融金属凝固流动路径的间隙可以为1.0至1.2mm。
另外，熔融金属凝固流动路径中凸部和凹部重复并且弯曲多次从而横截面可以具有三角形的凹凸结构。
此外，凸部和凹部中的每一个的内角可以具有40度以下的角度。
激冷排气块可以具有使冷却剂有效流动的等角(conformal)冷却通道。
根据本公开的实施例，装置可以通过使用相对低成本的活性氧气和真空辅助而简单。而且，该装置的铸造成本可以是高真空设备的成本的约10％至20％，因此可以显著降低成本。
这种简单装置可以去除模具型腔中的空气，并且可以制造高质量且高强度的部件。
与其它一般的压铸装置相比，该装置的强度可以提高约30％或更多。
因此，本公开中的装置可以抑制由残留气体引起的铸造缺陷，从而进一步扩展了具有优异生产率的压铸的应用领域。特别地，伴随着车辆的电动化和环保化的趋势，该装置可以使压铸用于制造高性能部件。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中，应更清楚地理解本公开的上述和其它目的、特征及优点，其中：
图1是示出根据本公开的真空压铸方法的流程图；
图2A至图2G顺序地示出根据本公开的真空压铸方法；
图3A和图3B示出作为根据本公开的用于真空压铸的模具的部分的激冷排气块；
图4示出图3A的一部分；以及
图5A和图5B比较地示出图3A和图3B的激冷排气块的熔融金属凝固流动路径的侧面形状。
具体实施方式
为了充分理解本公开、本公开的操作优点以及通过本公开的实施例实现的目的，应参照示出本公开的实施例的附图和附图中描述的内容。
在描述本公开的实施例时，已经缩短或省略与本公开相关的已知技术的详细且重复的描述，否则可能模糊本公开的要点。
图1是示出根据本公开的真空压铸方法的流程图。图2A至图2G顺序地示出根据本公开的真空压铸方法。
在下文中，参照图1的流程图和图2A至图2G的顺序过程描述根据本公开的实施例的真空压铸方法和用于真空压铸的模具。
本公开涉及一种通过压铸制造车辆等的部件的方法和用于实施该方法的模具。根据本公开的该技术，可以在无需单独的用于在模具型腔中形成真空的昂贵真空泵的情况下形成真空，从而铸造产品不产生气泡缺陷，因此可以进行热处理。因此，可以以相对简单的构造和低成本来制造具有优异的强度的铸造部件。
用于真空压铸的模具可以包括固定模具110和可动模具120。首先，如图2A所示，可以将脱模剂喷雾剂130喷射到模具型腔的表面，然后可以关闭模具(S11)。以这种方式，可以准备铸造操作。
激冷排气块160和160-1可以设置在分别对应于型腔的上部的固定模具110和可动模具120的上部。由此，模具中的气体可以在短时间内通过激冷排气块160和160-1排出，并且可以防止熔融金属泄漏。
此外，作为熔融金属的路径的套筒140可以形成在固定模具110的下侧。由此，从套筒140到型腔形成熔融金属的注入路径。
注入熔融金属的熔融金属浇注孔141可以形成在套筒140上，并且联接到注射柱塞，注射柱塞沿着套筒140的纵向方向操作。
如图2B所示，当通过S11固定模具110和可动模具120彼此联接时，注射柱塞头150可以向前移动以封闭熔融金属浇注孔141(S12)。
真空减压装置210和氧气供应装置310可以设置在模具外部，以在型腔中形成真空。分别从真空减压装置210和氧气供应装置310连接的真空减压管道220和氧气供应管道320可以连接到激冷排气块160和160-1。
如图所示，氧气供应管道320可以通过连接到真空减压管道220而连接到激冷排气块160和160-1。
根据指示熔融金属浇注孔141封闭(S12)的信号，可以控制设置在真空减压管道220中的真空减压阀230打开(S21)，使得可以对型腔进行真空减压(S22)。
可以进行真空减压直到满足预设减压条件和时间(S23)。此后，如图2C所示，可以控制真空减压阀关闭(S24)。例如，S23中的减压条件可以被设定为200mmHg以下。
可以在型腔中设置真空传感器以检查S23中的条件。可以通过真空传感器的信号控制S24。
当真空减压阀关闭(S24)时，可以控制设置在氧气供应管道320中的氧气供应阀330打开(S25)，使得可以通过激冷排气块160和160-1向型腔供应氧气。
可以进行氧气供应直到满足预设压缩条件和时间(S26)。此后，如图2D所示，注射柱塞头150可以向后移动(S13)以打开熔融金属浇注孔141。可以通过打开的熔融金属浇注孔141向型腔定量地供应熔融金属m(S14)。当熔融金属供应完成时，如图2E所示，可以进行注射(S15)。
可以在型腔中设置氧气传感器以检查S26中的条件。可以通过氧气传感器的信号控制S13。
可以进行氧气的填充或供应以在短时间内具有最大填充容量。可以在例如3秒内并在设定为例如1200mbar以上的设定压力下进行氧气的填充，即氧气供应。
即使在熔融金属的供应开始之后，氧气供应可能不立即停止，而是可以继续供应(S27)。然而，与S25中的氧气供应量相比，从熔融金属浇注孔141打开的时间点开始，氧气供应量可以减少。
在本公开中，可以通过S25中的一次氧气供应利用活性氧气替换型腔和套筒中的空气。活性氧气与熔融金属之间可以通过最大的一次氧气供应之后供应的熔融金属和注射而发生化学反应。
例如，熔融金属可以是熔融铝。当熔融金属与活性氧气之间发生化学反应时，可能形成细氧化物(Al2O3)，以在型腔中形成局部瞬时真空。可以通过注射去除未能与熔融金属反应的残留氧气和反应产物。
因此，为了在型腔中形成局部瞬时真空，如图2D所示，还需要在注射之前的熔融金属供应S14中进行氧气供应。S27中的二次氧气供应可以为S25中的一次氧气供应的15％至40％。
另外，当利用氧气填充模具型腔，即向模具型腔供应氧气时，即使氧气供应被控制为具有设定供应时间和调整的供应量，根据型腔的各种分模线(parting line)的密封情况，也可能无法保证每次注料(shot)都供应完整量的氧气。为了解决这个问题，本公开使用数字压力计作为氧气传感器来检查是否向型腔稳定地填充氧气。
接下来，如图2E所示，当在S15中开始注射并且注射柱塞头150封闭熔融金属浇注孔141(S16)时，可以根据指示浇注孔封闭的信号而控制氧气供应阀330关闭。因此，可以阻断氧气供应(S28)。
另外，当以高速切换注射柱塞头150(S17)时，可以打开真空减压阀230以排出模具型腔中的残留气体(S29)。
此后，凝固并冷却熔融金属。然后，如图2G所示，可以打开模具以取出铸造产品P(S18)。
在本公开中，假设通过套筒140供应氧气以形成真空的情况，可以利用通过套筒的氧气填充流道部分。然后，可以利用通过具有窄横截面面积的浇口的氧气来填充型腔。因此，实际需要填充氧气的模具型腔部分在氧气通过具有窄横截面面积的浇口之后最终被填充。因此，模具型腔可能没有完全填充氧气。
因此，本公开使用在相反方向上填充氧气，即通过模具的上端部分上的激冷排气块填充氧气。因此，可以首先供应氧气以填充作为控制功能质量的核心部分的模具型腔，然后填充浇口、流道和套筒。通过这种方式，可以有效地最大化模具型腔中所需的氧气填充，这在型腔中形成瞬时真空方面有利。
在本公开中，可以通过如上所述的激冷排气块160和160-1进行氧气供应。另外，通过激冷排气块160和160-1的规格和结构，可以有效地减少氧气供应的时间，最大化氧气供应量，并且防止熔融金属泄漏。
图3A和图3B示出作为根据本公开的用于真空压铸的模具的部分的激冷排气块。图4示出图3A的一部分。
激冷排气块可以成对地分别形成在固定模具110和可动模具120以彼此对应。图3A示出形成在固定模具上的激冷排气块160，图3B示出形成在可动模具上的激冷排气块160-1。激冷排气块可以彼此联接以形成激冷排气流动路径。激冷排气块160和160-1可以以凹凸关系彼此对应。凹凸关系可以与所公开的实施例中描绘和描述的凹凸关系相反。
例如，固定模具110侧的激冷排气块160可以具有：熔融金属入口161，与型腔的上端连通以引入熔融金属；熔融金属凝固流动路径162，在宽度方向上从熔融金属入口161延伸；以及排气孔163，形成在熔融金属凝固流动路径162上方并且排气孔163与真空减压管道220连通。
可动模具120侧的激冷排气块160-1也可以具有与固定模具110侧的激冷排气块160的熔融金属凝固流动路径162对应的熔融金属凝固流动路径162-1。熔融金属凝固流动路径162和162-1两者可以彼此联接以在熔融金属凝固流动路径162和162-1之间形成流动路径。
另外，可以在熔融金属凝固流动路径162-1上方形成排气孔163-1。如图所示，可动模具120侧的激冷排气块160-1的排气孔163-1可以紧密地***到固定模具110上的激冷排气块160的相应排气孔163中。***结构也可以相反地设置或形成，反之亦然。
在现有技术的一般的压铸中，激冷排气块被设计成具有0.3至0.5mm的最大间隙，以防止以高速和高压注射的熔融金属泄漏。然而，在本公开中，为了有效真空减压和氧气供应，熔融金属入口161和由两个熔融金属凝固流动路径162和162-1形成的熔融金属凝固流动路径可以具有彼此不同的间隙。
换言之，熔融金属入口161可以具有3至4mm的间隙g0。熔融金属凝固流动路径可以被设计成具有1.0至1.2mm的间隙g1或g2，间隙g1或g2是传统的间隙的3至4倍。可以维持从g1到g2的相同间隙。通过这种方式，可以顺利地供应活性氧气并且也可以使供应时间最少。
此外，从熔融金属入口161的间隙到熔融金属凝固流动路径开始的点的间隙(标记为g1)可以逐渐减小。
为此，激冷排气块160和160-1可以具有与普通或常规激冷排气块不同的形状。换言之，为了在以高速和高压进行注射时，防止熔融金属泄漏的同时顺利真空减压和氧气供应，激冷排气块160和160-1可以在特征方面被设计成具有搓板状的形状，以使熔融金属凝固流动路径的横截面面积最大化，并且具有使冷却液有效流动的等角冷却通道。具有弯曲形式的等角冷却通道更有效。
换言之，如图所示，熔融金属凝固流动路径的横截面可以具有三角形即锯齿状的凹凸结构。以这种方式，交替的凸部162-3和凹部162-4在熔融金属凝固流动路径162和162-1中的每一个中重复并弯曲多次。在示例中，凸部162-3可以形成至少六次并且至多十五次。
形成为连续弯曲或锯齿形的凸部和凹部可能在具有较多级时对防止熔融金属泄漏更有利。另一方面，具有较少级的凸部和凹部可以减少诸如恢复率和模具尺寸的损失。因此，为了防止熔融金属泄漏和损失，凸部和凹部需要具有上述级数。
另外，凸部162-3和凹部162-4中的每一个的内角可以具有如图5B的示例中的40度以下的角度，而不是如图5A中所示的约90度的角度。
当如图5A所示，内角为约90度时，可以容易地排出熔融金属。然而，当如图5B所示，内角为40度以下时，可以有利地使熔融金属凝固流动路径的横截面面积最大化。因此，在通过每个具有狭窄横截面面积的凸部162-3期间，熔融金属可以更容易地凝固并且因此可以防止熔融金属泄漏。
如上所述，在本公开中，可以在没有任何高真空压铸设备的情况下使压铸中产生的缺陷最少，因此可以改善铸造产品的物理性质。下表示出上述比较。
虽然已经参照附图描述了本公开，但是对于本领域普通技术人员应显而易见的是，本公开不限于上述实施例。可以在不脱离本公开的思想和范围的情况下，对所公开的实施例进行各种修改和改变。因此，这些修改和改变应被认为属于本公开的权利要求书，并且本公开的范围将基于以下权利要求书来解释。
Claims (15)
1.一种真空压铸方法，包括以下步骤：
将固定模具和可动模具彼此联接；
通过在套筒中操作的注射柱塞封闭形成在所述套筒上的熔融金属浇注孔，所述套筒形成在所述固定模具或所述可动模具的下侧；
通过真空减压装置对形成在所述固定模具和所述可动模具之间的型腔进行真空减压，所述真空减压装置连接到设置在所述固定模具和所述可动模具的上部的激冷排气块；
在进行所述真空减压的步骤完成之后，通过连接到所述激冷排气块的氧气供应装置向所述型腔供应氧气；以及
通过所述熔融金属浇注孔向所述型腔供应熔融金属。
2.根据权利要求1所述的真空压铸方法，其中，
所述真空减压装置通过真空减压管道连接到所述激冷排气块，并且
所述氧气供应装置通过所述真空减压管道和氧气供应管道连接到所述激冷排气块。
3.根据权利要求1所述的真空压铸方法，其中，
在进行所述真空减压的步骤中，根据指示所述熔融金属浇注孔封闭的信号，控制设置在真空减压管道中的真空减压阀打开。
4.根据权利要求3所述的真空压铸方法，其中，
进行所述真空减压直到所述型腔内的压力达到200mmHg以下。
5.根据权利要求1所述的真空压铸方法，其中，
向所述型腔供应氧气的步骤包括：进行一次氧气供应，直到所述型腔内的压力达到1200mbar以上，
在所述一次氧气供应完成之后进行向所述型腔供应所述熔融金属的步骤，并且
向所述型腔供应氧气的步骤进一步包括：在向所述型腔供应所述熔融金属开始之后，进行二次氧气供应，在所述二次氧气供应中供应比所述一次氧气供应更少的氧气。
6.根据权利要求5所述的真空压铸方法，其中，
所述熔融金属是熔融铝。
7.根据权利要求5所述的真空压铸方法，进一步包括以下步骤：
在向所述型腔供应所述熔融金属之后，通过操作所述注射柱塞来进行注射；以及
在所述注射期间所述注射柱塞通过所述熔融金属浇注孔的时间点完成所述二次氧气供应。
8.一种用于真空压铸的模具，所述模具包括：
固定模具和可动模具；
注射柱塞，在套筒中操作，所述套筒形成在所述固定模具或所述可动模具的下侧；
真空减压装置，连接到设置在所述固定模具和所述可动模具的上部的激冷排气块，并且对形成在所述固定模具和所述可动模具之间的型腔进行真空减压；以及
氧气供应装置，连接到所述激冷排气块并且向所述型腔供应氧气。
9.根据权利要求8所述的模具，进一步包括：
真空减压管道，从所述真空减压装置连接到所述激冷排气块；
真空减压阀，设置在所述真空减压管道上；
氧气供应管道，从所述氧气供应装置连接到所述激冷排气块；以及
氧气供应阀，设置在所述氧气供应管道上。
10.根据权利要求9所述的模具，其中，
根据设置在所述型腔中的真空传感器的信号来控制所述真空减压阀，并且
根据设置在所述型腔中的氧气传感器的信号来控制所述氧气供应阀。
11.根据权利要求8所述的模具，其中，
所述激冷排气块成对地分别形成在所述固定模具和所述可动模具中，并且
所述激冷排气块具有熔融金属入口，在所述固定模具和所述可动模具彼此联接时，所述熔融金属入口与所述型腔的上端连通以引入所述熔融金属，并且所述激冷排气块具有从所述熔融金属入口扩展的熔融金属凝固流动路径和与所述真空减压管道连通的排气孔。
12.根据权利要求11所述的模具，其中，
所述熔融金属凝固流动路径的间隙为1.0至1.2mm。
13.根据权利要求11所述的模具，其中，
所述熔融金属凝固流动路径中凸部和凹部重复并且弯曲多次从而横截面具有三角形的凹凸结构。
14.根据权利要求13所述的模具，其中，
所述凸部和所述凹部中的每一个的内角为40度以下。
15.根据权利要求8所述的模具，其中，
所述激冷排气块具有使冷却剂有效流动的等角冷却通道。
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