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用于熔芯技术的注塑机

技术领域

01. 本技术涉及一种注塑机,该注塑机包括:具有模腔的注塑工具,其中,通过利用注塑材料将由金属制成并插入所述模腔中的模芯外模成型(overmolded),能够制得模塑件; 和熔融工具,利用该熔融工具,外膜成型有注塑材料的模芯能够熔融掉。
背景技术

02. 已经知道,可以使用熔芯技术(lost-core technology)的注塑方法来制造具有较长空腔的工件。通过该技术模塑制得的工件的例子为:例如用于汽车发动机的进气歧管、机动车中的冷却液管路等。

03. 在熔芯技术中,首先制造易熔材料(如铋合金)的模芯,并将该模芯插入注塑模的模腔中。然后,使该模芯外模成型有合适的注塑材料,并将该注塑材料与封装(实心的)的模芯一起从所述模中取出。为了去除模芯,到目前为止,通常利用熔芯技术,通过将模塑件 (该模塑件已经从所述模中取出)浸入熔融液体浴(例如,由巴斯夫股份公司(Basf AG)出售的商标名称为“lutron”的醇化合物)中,以使模芯熔出。然后,将液化后的模芯取出,并再用于制备新的模芯。将模塑件从Iutron液体中取出,进行清洁,再继续进行加工处理。

04. 对于用于熔芯技术的传统的注塑系统来说,必须具有包括分开部分的生产线:注塑机、芯模塑机、多个机器人、具有作为熔融液体的Iutron的浴池、对熔融液体进行加热、 用于熔融液体的加热装置、用于熔融液体的较大的加热容器、用于将熔融液体从模塑件清除的冲洗装置(washing means)以及用于模塑件的干燥装置。特别是用于熔融液体的相对较大的加热容器,以及在熔融作业后用于清洁工件的熔融液体并使该工件干燥的额外设施,必须需要空间方面的相应成本。因而,该生产线在购买和运行成本方面相对较为昂贵。 因此,尽管具有质量上吸引人的因素,但对于许多应用场合来说,到目前为止,熔芯技术仍然视为不经济的。通常采用其他工艺方法(如:震动焊接工艺)来代替,但其他方法并不能产生相当的结果。例如,通常用于制造具有长腔的模塑件(如管)的震动焊接技术的缺点在于,为了能够将两个半工件焊接起来,必须在工件上形成焊接凸缘。由于焊接凸缘从制作完成的工件上突出,因而凸缘会影响外观,而且在汽车工程中普遍存在的狭窄的安装条件下, 凸缘会造成空间问题。

技术内容
05. 因此,需要能够以合理的成本利用熔芯技术来制造特别是用于汽车工程领域中的零件。因而,本技术的目的是使适用于熔芯技术的注塑系统能够得以利用,该系统的运行成本比传统的已知系统的运行成本显著地得以降低。

06. 根据本技术,利用如下所述类型的装置来实现该目的,在该装置中,熔融工具包括至少一个带电元件,通过该带电元件能够在模芯的材料中产生涡电流。更具体地说,本技术提供了一种注塑机,该注塑机包括:具有模腔的注塑工具,其中,使用注塑材料,通过对插入所述模腔中的金属的模芯进行外模成型,能够制造模塑件,以及熔融工具,利用该熔融工具,外模成型有所述注塑材料的所述模芯能够被熔融掉,其中,所述熔融工具包括至少一个带电元件,通过该带电元件,能够在所述模芯的材料中产生涡电流,以及其中,所述熔融工具包括可封闭的腔室,该腔室用于容纳所述模塑件,并且所述腔室连接有真空泵,该真空泵用于在所述腔室中产生真空。

07. 根据本技术,与目前为止用于熔芯技术中的常用手段相比,例如由铋合金制成的模芯不是通过将塑件和外模成型的模塑件浸入Iutron浴中而融化掉,而是通过电磁感应而融化。在这种情况下,在模塑材料中产生涡电流,使模芯熔融。通过泵,可以将熔融的模芯以液体熔融物质的状态吸出,进行加压并再用于制造新的模芯。

08. 一旦有电流流过带电元件,所述元件就会产生磁场。当电流随时间变化时,一同随时间变化的磁场在位于该磁场中的导电体中产生涡电流,从而使该导电体的温度升高。感应加热原理的特别优点在于:为了向模芯传递使该模芯加热的能量,不需要从外部对模塑件的外模成型塑料材料进行加热,而是有目的地在由金属制成的模芯材料中实现模芯温度的升高。

09. 用于熔融模芯材料的感应加热的新应用,允许省去熔融液体的使用。在用于工艺作业所使用的支出以及工艺作业的安全性方面,这具有优势。由于在对现有技术中用作熔融液体的醇化合物进行加热时,有失火的巨大风险,因而特别是安全性方面扮演着重要的角色。除此之外,根据本技术,用于储存和循环熔融液体的防护设施,特别是用于熔融液体的较大的加热容器,都可以省去。而且,在熔融和取出模芯后,也不再需要进行清洁工件的熔融液体并干燥该工件的艰苦作业。因此,第一次能够构造包括利用熔芯技术制造工件所需的所有部件的紧凑的注塑机。

10. 对于带电元件来说,可以使用特别适合设计的感应线圈或感应线圈装置,该感应线圈或感应线圈装置围绕所述外模成型部件设置。在这种情况下,在熔融工具中的模塑件可以优选地设置在感应线圈的内部空间的区域中,在该区域中磁力线彼此最紧密。然后,利用相对较低的能源消耗和相对紧凑的线圈尺寸,已经能够容易地在模芯中实现足够的温度升高。

11. 熔融工具可以包括可封闭的或可密封的腔室,该腔室适于在其中容纳模塑件。一方面,该封闭的腔室可以集成在注塑工具中,并通过例如合适的注塑工具的模腔而构成,因而,外模成型有注塑材料的模芯能够在该合适的注塑工具中熔融。因此,可以简化作业过程,而且注塑机可以具有非常紧凑的构造。利用该构造,将带电元件集成在注塑工具是非常具有优势的;注塑工具应该由不被所采用的感应作业过度加热的材料制成。例如,注塑工具可以由非导电材料制成。由于与模芯的材料的导热性相比,钢的导热性较低,因而钢也适于作为注塑工具的材料,也具有使注塑工具与模芯相比受到更少的热的作用。在该情况下使注塑工具加热的热能可以通过具有热泵的适度加热油路(moderate-heating oil circuit)而消散,并且该热能可以用于其他功能,例如,用于适度地加热具有模芯材料泵的模芯材料管线,通过该模芯材料管线来传送熔融的模芯材料。

12. 另一方面,作为一种选择,所述封闭的腔室可以与注塑工具分别单独设置。然后, 将外模成型部件与模芯一起从注塑工具中取出,并置入封闭的腔室中。在该封闭的腔室中, 通过电磁感应使模芯熔融。在两种情形中,都可以接着方便地将熔融的模芯排出,并可以例如再用于制备新的模芯。

13. 不管是熔融工具集成在注塑工具中,并且在注塑工具中使模芯熔融掉,还是熔融工具与注塑工具分别单独形成,带电元件都能够以最简单的形式设置在可封闭的腔室内部。例如,带电元件可以设置或形成在该腔室的内壁上。然后,带电元件可以立即延伸到模塑件附近,一方面,允许熔融工具具有特别紧凑的设计,另一方面,仅需要消耗相对较小的电流。例如,带电元件还可以与模塑件的外表面相匹配。这种设置的特别优点在于,热容量可以与要熔融的模芯的质量相匹配,因而,例如,在模芯体积较大的位置附近,可以产生相对较大的热容量(也就是说,会产生较大的涡电流),但在其他位置可以产生较小的热容量。

14. 带电元件还可以设置在可封闭的腔室的外部,作为上述设置在腔室内部的另一种选择,或者还作为对设置在腔室内部的一种额外的措施。例如,一个或多个合适形状的感应线圈可以围绕可封闭的腔室延伸和/或连接于该腔室的外壁。因此,只要带电元件能够容纳在腔室中,则腔室和带电元件的组件就能够用于各种不同的模塑件。

15. 优选地,所述腔室可以为抽真空的。目前来说,当合适的注塑工具中发生熔融时, 这意味着所述腔室可以被抽空。然后,可以在真空状态下实现模芯的熔融和去除。因而,可以防止熔融的模芯材料与空气中的氧气接触并被氧化,熔融模芯材料的氧化会使模芯材料不能再进行使用。传统上,可以利用熔融液体(需要不相称的较高成本)来实现类似的氧化防护。

16. 作为选择,所述腔室(或者可选择地,注塑工具的模腔)能够填充有优选为气态的保护液,因而,在相应的保护环境中能够实现模芯的熔融。具体来说,这里可以考虑在氮气或选择惰性气体的保护气氛中进行熔融。

17. 如果设置有模芯传送装置,通过该装置能够将熔融的模芯材料从模塑件排出,这是具有优势的。在该情况下,优选地,模塑件位于熔融工具中。模芯传送装置可以具有泵装置,通过该泵装置,与液体模芯材料连通或适于与液体模芯材料连通的至少一个管线可以受到真空或负压的作用,因而,能够吸取熔融的模芯材料。术语“熔融的”在这里应理解为模芯材料的粘度足够低以至少允许粘性流的状态。

18. 作为选择,模芯传送装置可包括压缩装置和/或滑动装置,通过该压缩装置和/或滑动装置可以向模芯材料施加力的作用,以将熔融的模芯材料从模塑件中推出。具体来说, 这可以通过如下方法来实现:与熔融的模芯材料连通或适于与熔融的模芯材料连通并填充有惰性液体(如氮气或惰性液压液)的至少一个管线可以受到正压力的作用,从而通过模塑件的另一外部孔将熔融的模芯材料推出。对于滑动装置,可以使用如具有附加收集筒的液压缸。

19. 而且,注塑机可包括模芯工具,通过该模芯工具能够制备模芯,而且可选择地还包括传送装置,用于将模芯从模芯工具传送至注塑工具,并且当模芯工具与注塑工具分别单独形成时,用于将模芯插入注塑工具中。优选地,还设置有用于将熔融的模芯材料从熔融工具返回至模芯工具的装置。例如,可以设置有一个或多个连接熔融工具与模芯工具的管线。这些管线的横截面可以根据模芯材料的粘度、管线的长度以及模芯传送装置的动力来选择。还可选择地设置该管线的绝缘和/或加热。

20. 所述模芯工具还可包括如第二模腔,可以将要铸造的元件(该元件为要制备的模塑件的元件,如控制阀)置入该第二模腔中,然后外模成型有熔融模芯材料,以形成模芯。这样,根据本技术的注塑机还能够以所谓的多元件技术(例如,两部件或三部件技术)来制备模塑件。

21. 还可以设置传送装置,通过该传送装置能够将模塑件从注塑工具中取出,并输送至熔融工具。可选择地,传送装置可设置为:该传送装置既适于将模芯从模芯工具传送至注塑工具,还适于将模塑件从注塑工具传送至熔融工具。

22. 为了实现液体的熔融模芯材料从模塑件中尽可能彻底地退出或流出,并且在模芯以及模塑件的对应模腔的几何形状较为复杂的情况下,如果模塑件可移动地支撑在熔融工具中,这是具有优势的。具体来说,模塑件可旋转地或可枢转地支撑。对应的调整装置(如围绕三个轴线的枢轴驱动)也可以容易地集成为上述传送装置的部件。

23. 如果在熔融工具中模塑件的支撑还允许模塑件的震动运动,从而提高或加速液体模芯材料的排出,能够产生额外的优势。为此,例如,可以将震动驱动件连接于用于支撑模塑件的枢轴。除此之外,震动驱动件可用于使模塑件在具有流过电流的感应线圈的磁场中往复运动,从而在模芯中产生涡电流,使模芯熔融。在这种情况下,即便通过流经感应装置的直流电也可以实现模芯的完全熔融。

24. 由于根据本技术的注塑机不需要任何占用较大空间的部件,该注塑机可设置为至少容纳注塑工具和熔融工具以及可选择的模芯工具的紧凑的单个机器模块的形式。因而, 所需的空间很难大于传统的没有熔芯技术的自动焊接机或注塑机的情形。该单个机器模块可包括容纳所有部件的壳体。

25. 除此之外,在单个机器模块中或单个机器模块处可设置有传送装置。在将模芯去除后,通过该传送装置可以将模塑件从熔融工具中取出;而且可以选择地,模塑件和模芯一起能够从注塑工具输送至熔融工具;还可以选择地,模芯可以从模芯工具输送至注塑工具中。可选择地,该输送装置也可集成在所述壳体中。然后,该单个机器模块可具有机器人操纵装置,例如用于执行单个加工工序,或者用于将模塑件从一个加工工序输送至下一工序, 所述机器人操纵装置优选为集中控制。因而,注塑机不但是较为紧凑的,而且能够以极为灵活的方式加以使用。

26. 优选地,模芯由铋合金制成。例如铋含量约为90%重量百分比的合金具有特别的优势。模芯材料的熔融温度应为较低,从而在该温度下,不会出现外模成型的塑料材料的较大的软化现象。低于160°C (优选约为140°C)的熔融温度不会使注塑材料的严重变形。

27. 熔融工具的热容量可以根据所使用的注塑材料的软化温度而进行调整,例如,使模塑件的温度约为175°C。由于根据本技术主要是模芯材料受到加热而且仅模芯向外模成型的塑料材料传递热量,因而这是足以使模芯完全熔融的原则。

28. 优选地,模塑件具有管状空腔。模芯能够简单地从模塑件两个开放端流出该模塑件。

29. 多种热塑性塑料材料、热固性塑料材料及其混合物都适于作为注塑材料。相对耐热的塑料材料尤其适于制造例如机动车的进气歧管或冷却液歧管。

附图说明30. 下面,参考附图更加详细地说明本技术。

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31. 该唯一的附图表示技术的注塑机及其部件的高度简化示意图。具体实施方式

32. 除了连接于注塑机主体12的合适的注塑工具14之外,附图中所示的熔芯型注塑机10包括注塑机主体12,该注塑机主体12包括所有的驱动部件、控制部件和对传统的已知注塑机所必需的辅助部件。注塑机主体12具有较大的工具安装板,从而将注塑工具14安装在其中心,并在该安装板上安装模芯工具16,该模芯工具16沿横向方向或垂直方向从注塑工具14偏移并设计为用于铸造模芯的模芯铸造工具。因此,熔芯注塑机10不需要单独的模芯铸造工具,而是采用了结合有两个工具的单个注塑机,通过所述两个工具能够制造一个或多个模芯以及一个或多个模塑件。这为系统整体节省了空间和投资成本。

33. 模芯工具还可包括单独的闭合力压力垫(未显示)。因而,能够以独立的方式制造和控制用于模芯工具16的闭合力。

34. 熔融腔室18适用于密闭地密封并被抽空,还用于模芯材料的真空熔融。该熔融腔室18以沿横向方向或垂直方向从注塑工具14偏移的方式在注塑机14的与模芯铸造工具 16相反的一侧上连接于注塑机主体12。除此之外,注塑机10具有与该注塑机10连接的真空泵20,以用于在熔融腔室18中产生真空。真空泵20通过真空管线22与真空腔室18连通,并通过注塑机12的控制对该真空泵进行控制。

35. 在注塑工具14和真空腔室18之间,图示的实施方式具有模芯材料泵24,以用于通过以虚线方式表示的模芯材料管线沈将液化的模芯材料从熔融腔室18传送到模芯工具 16。除了模芯材料泵M之外,或者作为模芯材料泵M的替代,还可设置有液压注射单元, 用于将液化的模芯材料注射到模芯工具16中,以再次使用该模芯材料。

36. 在图示的实施方式中,例如线圈形式的感应装置28设置在真空腔室18中。感应装置观与电源(未显示)电连接,该电源也由注塑机12的控制而进行控制。当在感应装置28和电源之间建立电接触时,电流流过该感应装置观,其结果是在感应装置28附近产生磁场。37. 当具有模芯的模塑件插入真空腔室18,并在感应装置观和电源之间的实现连接时,模塑件位于由感应装置观产生的磁场的范围内。如果进入该模塑件的磁场的磁通量随时间而变化,则该磁场会在模塑件的模芯中产生涡电流。通过流经感应装置观的电流的时间变化,或者例如通过操作与模塑件的支撑相连接的震动装置而使模塑件在磁场中移动, 能够实现磁通量的时间变化。涡电流致使模芯加热,并最终使模芯熔融。

38. 只要能够确保由感应装置观产生的磁场的磁通量不会被真空腔室18的壁遮挡, 还可以将感应装置28设置在真空腔室18的外部。

39. 与真空腔室18相连的为旋转和枢转装置(未显示),模塑件通过该旋转和枢转装置支撑,从而能够在真空腔室中移动。具体来说,模塑件受到支撑并能够围绕至少一个轴线枢转,优选地围绕三个轴线枢转。因而,所述模塑件能够以使液化的模芯材料在重力作用下通过朝下的孔而流出模塑件的方式枢转,优选地,液化的模芯材料沿模塑件的细长模芯或腔室的长度方向流出。通过模芯的更为复杂在几何形状,作为选择,液化的模芯材料还能够相继地接近多个流出位置。为了提高流出,特别是为了使液化材料开始流动或者为了使流出速度加速,所述旋转和枢转装置还具有与其连接的震动装置(未显示),通过该震动装置,模塑件能够沿其枢转轴线中的一条往复运动。

40. 为了允许模芯材料的流出(flow off),在相应的控制命令下,设置在模芯材料管线沈中的阀打开。模芯材料管线沈包括全部能够加热的连接管或管线和漏斗,从而以防止液化的模芯材料的固化。

41. 而且,注塑机包括具有操纵装置34的机器人30,该操纵装置34能够沿导轨32移动。操纵装置34包括允许抓持模芯和模塑件的一个或多个抓持器。操纵装置能够从模芯工具16移动到注塑工具14,并在这里向前移动到真空腔室18,而且通过该操纵装置34,所述模芯或模塑件适于置于对应的工具中并保持在该工具中,或者从该工具中卸开并传送到下一加工站点。

42. 利用附图中所示的注塑机10,用于制备具有空腔的模塑件的典型工序为:首先, 在模芯工具16中铸造模芯。然后,通过机器人操纵装置34将模芯从模芯工具中取出,机器人操纵装置沿导轨32移动至注塑工具。接着,通过机器人操纵装置34将模芯置于注塑工具14中。在注塑工具中,模芯外模成型有塑料材料。最后,模塑塑料件与外模成型的模芯由机器人操纵装置34取出。该机器人操纵装置34沿导轨32移动至真空腔室18,并将模塑件置于真空腔室18中,一旦将模塑件插入后,则该真空腔室18处于真空密封状态。之后, 真空泵20对真空腔室抽真空,并在该真空腔室中产生真空。接通连接于感应线圈观的电流,模芯熔融。一旦模芯材料充分液化,则模芯管线沈的阀打开,模芯材料由泵M抽走,并返回至模芯工具16。在该模芯工具16,对模芯材料重新进行注塑,以在下一循环中制备新的模芯。现在具有中空或空腔的塑料件由机器人操纵装置M从真空腔室18中取出,并传送至生产线36,用于随后的加工。

43. 根据本技术的注塑机还适用于制备组合件(例如,在两部件或三部件注塑工艺中),如内部具有注塑控制阀的封闭通风管。为了制备组合件,在注塑工具14中安装有所谓的工具族(family tool),例如在所述通风管的情况下,所述工具族用于制造通风管和内封闭翼片(inner closure flap)或者控制阀。在该情况下,首先在注塑工具14的第一凹槽中制造控制阀,然后机器人操纵装置将所述阀从注塑工具14的第一凹槽中取出,并将该阀置于模芯工具16中,在模芯工具中,所述阀或翼片外模成型有模芯材料(mold more material)。接着,机器人操纵装置34将内部模塑有阀的模芯取出,并将其置入注塑工具14 中,在该注塑工具14中,模芯外模成型有塑料材料。随后的进一步工序如上文所述。

44. 所述阀材料不需要与管的材料相同。而且,在选择翼片或阀材料时,管制造方关于两种材料的连接或部分熔融稳定性的性能是需要考虑的,以防止阀支撑的粘连。该技术具有较高的合理性和较好的防漏密闭性。

45. 在真空条件下进行熔融。这防止熔融的模芯材料与空气中氧气的接触,因而提供了防止氧化保护。作为选择,还可以在发生熔融的真空腔室18中提供保护气体,如氮气或惰性气体。然后,在任意压力(具体为正压)下进行熔融,从而防止周围气体的侵入。

46. 用作模芯材料的是具有尽可能低的熔点的金属合金。在实际应用中,某些包含铋作为主要成分的合金已经证明是成功的。熔融温度应该在160°C以下,以避免对塑料覆盖层的损害,理想地,约为140°C。而且,感应性能能够调整,因而工件或其模芯的区域中的温度最高达到175°C。

47. 可能制造的工件尤其是具有细长(优选为管状)空腔的塑料体,该塑料体由相对耐热的塑料材料制成,如用于机动车或其部件的进气歧管,以及用于机动车的冷却液、油和空气的管线或管路。目前为止,这种工件大都通过(震动)焊接制造,其缺点为:必须在工件上形成突出于该最终工件的焊接凸缘,因而,会导致空间的问题。除此之外,焊缝缺陷会导致整体部件的缺陷。

 

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