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用于熔芯技術的注塑機

技術領域

01. 本技術涉及一種注塑機,該注塑機包括:具有模腔的注塑工具,其中,通過利用注塑材料將由金屬制成并插入所述模腔中的模芯外模成型(overmolded),能夠制得模塑件; 和熔融工具,利用該熔融工具,外膜成型有注塑材料的模芯能夠熔融掉。
背景技術

02. 已經知道,可以使用熔芯技術(lost-core technology)的注塑方法來制造具有較長空腔的工件。通過該技術模塑制得的工件的例子為:例如用于汽車發動機的進氣歧管、機動車中的冷卻液管路等。

03. 在熔芯技術中,首先制造易熔材料(如鉍合金)的模芯,并將該模芯插入注塑模的模腔中。然后,使該模芯外模成型有合適的注塑材料,并將該注塑材料與封裝(實心的)的模芯一起從所述模中取出。為了去除模芯,到目前為止,通常利用熔芯技術,通過將模塑件 (該模塑件已經從所述模中取出)浸入熔融液體?。ɡ?,由巴斯夫股份公司(Basf AG)出售的商標名稱為“lutron”的醇化合物)中,以使模芯熔出。然后,將液化后的模芯取出,并再用于制備新的模芯。將模塑件從Iutron液體中取出,進行清潔,再繼續進行加工處理。

04. 對于用于熔芯技術的傳統的注塑系統來說,必須具有包括分開部分的生產線:注塑機、芯模塑機、多個機器人、具有作為熔融液體的Iutron的浴池、對熔融液體進行加熱、 用于熔融液體的加熱裝置、用于熔融液體的較大的加熱容器、用于將熔融液體從模塑件清除的沖洗裝置(washing means)以及用于模塑件的干燥裝置。特別是用于熔融液體的相對較大的加熱容器,以及在熔融作業后用于清潔工件的熔融液體并使該工件干燥的額外設施,必須需要空間方面的相應成本。因而,該生產線在購買和運行成本方面相對較為昂貴。 因此,盡管具有質量上吸引人的因素,但對于許多應用場合來說,到目前為止,熔芯技術仍然視為不經濟的。通常采用其他工藝方法(如:震動焊接工藝)來代替,但其他方法并不能產生相當的結果。例如,通常用于制造具有長腔的模塑件(如管)的震動焊接技術的缺點在于,為了能夠將兩個半工件焊接起來,必須在工件上形成焊接凸緣。由于焊接凸緣從制作完成的工件上突出,因而凸緣會影響外觀,而且在汽車工程中普遍存在的狹窄的安裝條件下, 凸緣會造成空間問題。

技術內容
05. 因此,需要能夠以合理的成本利用熔芯技術來制造特別是用于汽車工程領域中的零件。因而,本技術的目的是使適用于熔芯技術的注塑系統能夠得以利用,該系統的運行成本比傳統的已知系統的運行成本顯著地得以降低。

06. 根據本技術,利用如下所述類型的裝置來實現該目的,在該裝置中,熔融工具包括至少一個帶電元件,通過該帶電元件能夠在模芯的材料中產生渦電流。更具體地說,本技術提供了一種注塑機,該注塑機包括:具有模腔的注塑工具,其中,使用注塑材料,通過對插入所述模腔中的金屬的模芯進行外模成型,能夠制造模塑件,以及熔融工具,利用該熔融工具,外模成型有所述注塑材料的所述模芯能夠被熔融掉,其中,所述熔融工具包括至少一個帶電元件,通過該帶電元件,能夠在所述模芯的材料中產生渦電流,以及其中,所述熔融工具包括可封閉的腔室,該腔室用于容納所述模塑件,并且所述腔室連接有真空泵,該真空泵用于在所述腔室中產生真空。

07. 根據本技術,與目前為止用于熔芯技術中的常用手段相比,例如由鉍合金制成的模芯不是通過將塑件和外模成型的模塑件浸入Iutron浴中而融化掉,而是通過電磁感應而融化。在這種情況下,在模塑材料中產生渦電流,使模芯熔融。通過泵,可以將熔融的模芯以液體熔融物質的狀態吸出,進行加壓并再用于制造新的模芯。

08. 一旦有電流流過帶電元件,所述元件就會產生磁場。當電流隨時間變化時,一同隨時間變化的磁場在位于該磁場中的導電體中產生渦電流,從而使該導電體的溫度升高。感應加熱原理的特別優點在于:為了向模芯傳遞使該模芯加熱的能量,不需要從外部對模塑件的外模成型塑料材料進行加熱,而是有目的地在由金屬制成的模芯材料中實現模芯溫度的升高。

09. 用于熔融模芯材料的感應加熱的新應用,允許省去熔融液體的使用。在用于工藝作業所使用的支出以及工藝作業的安全性方面,這具有優勢。由于在對現有技術中用作熔融液體的醇化合物進行加熱時,有失火的巨大風險,因而特別是安全性方面扮演著重要的角色。除此之外,根據本技術,用于儲存和循環熔融液體的防護設施,特別是用于熔融液體的較大的加熱容器,都可以省去。而且,在熔融和取出模芯后,也不再需要進行清潔工件的熔融液體并干燥該工件的艱苦作業。因此,第一次能夠構造包括利用熔芯技術制造工件所需的所有部件的緊湊的注塑機。

10. 對于帶電元件來說,可以使用特別適合設計的感應線圈或感應線圈裝置,該感應線圈或感應線圈裝置圍繞所述外模成型部件設置。在這種情況下,在熔融工具中的模塑件可以優選地設置在感應線圈的內部空間的區域中,在該區域中磁力線彼此最緊密。然后,利用相對較低的能源消耗和相對緊湊的線圈尺寸,已經能夠容易地在模芯中實現足夠的溫度升高。

11. 熔融工具可以包括可封閉的或可密封的腔室,該腔室適于在其中容納模塑件。一方面,該封閉的腔室可以集成在注塑工具中,并通過例如合適的注塑工具的模腔而構成,因而,外模成型有注塑材料的模芯能夠在該合適的注塑工具中熔融。因此,可以簡化作業過程,而且注塑機可以具有非常緊湊的構造。利用該構造,將帶電元件集成在注塑工具是非常具有優勢的;注塑工具應該由不被所采用的感應作業過度加熱的材料制成。例如,注塑工具可以由非導電材料制成。由于與模芯的材料的導熱性相比,鋼的導熱性較低,因而鋼也適于作為注塑工具的材料,也具有使注塑工具與模芯相比受到更少的熱的作用。在該情況下使注塑工具加熱的熱能可以通過具有熱泵的適度加熱油路(moderate-heating oil circuit)而消散,并且該熱能可以用于其他功能,例如,用于適度地加熱具有模芯材料泵的模芯材料管線,通過該模芯材料管線來傳送熔融的模芯材料。

12. 另一方面,作為一種選擇,所述封閉的腔室可以與注塑工具分別單獨設置。然后, 將外模成型部件與模芯一起從注塑工具中取出,并置入封閉的腔室中。在該封閉的腔室中, 通過電磁感應使模芯熔融。在兩種情形中,都可以接著方便地將熔融的模芯排出,并可以例如再用于制備新的模芯。

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,還是熔融工具與注塑工具分別單獨形成,帶電元件都能夠以最簡單的形式設置在可封閉的腔室內部。例如,帶電元件可以設置或形成在該腔室的內壁上。然后,帶電元件可以立即延伸到模塑件附近,一方面,允許熔融工具具有特別緊湊的設計,另一方面,僅需要消耗相對較小的電流。例如,帶電元件還可以與模塑件的外表面相匹配。這種設置的特別優點在于,熱容量可以與要熔融的模芯的質量相匹配,因而,例如,在模芯體積較大的位置附近,可以產生相對較大的熱容量(也就是說,會產生較大的渦電流),但在其他位置可以產生較小的熱容量。

14. 帶電元件還可以設置在可封閉的腔室的外部,作為上述設置在腔室內部的另一種選擇,或者還作為對設置在腔室內部的一種額外的措施。例如,一個或多個合適形狀的感應線圈可以圍繞可封閉的腔室延伸和/或連接于該腔室的外壁。因此,只要帶電元件能夠容納在腔室中,則腔室和帶電元件的組件就能夠用于各種不同的模塑件。

15. 優選地,所述腔室可以為抽真空的。目前來說,當合適的注塑工具中發生熔融時, 這意味著所述腔室可以被抽空。然后,可以在真空狀態下實現模芯的熔融和去除。因而,可以防止熔融的模芯材料與空氣中的氧氣接觸并被氧化,熔融模芯材料的氧化會使模芯材料不能再進行使用。傳統上,可以利用熔融液體(需要不相稱的較高成本)來實現類似的氧化防護。

16. 作為選擇,所述腔室(或者可選擇地,注塑工具的模腔)能夠填充有優選為氣態的保護液,因而,在相應的保護環境中能夠實現模芯的熔融。具體來說,這里可以考慮在氮氣或選擇惰性氣體的保護氣氛中進行熔融。

17. 如果設置有模芯傳送裝置,通過該裝置能夠將熔融的模芯材料從模塑件排出,這是具有優勢的。在該情況下,優選地,模塑件位于熔融工具中。模芯傳送裝置可以具有泵裝置,通過該泵裝置,與液體模芯材料連通或適于與液體模芯材料連通的至少一個管線可以受到真空或負壓的作用,因而,能夠吸取熔融的模芯材料。術語“熔融的”在這里應理解為模芯材料的粘度足夠低以至少允許粘性流的狀態。

18. 作為選擇,模芯傳送裝置可包括壓縮裝置和/或滑動裝置,通過該壓縮裝置和/或滑動裝置可以向模芯材料施加力的作用,以將熔融的模芯材料從模塑件中推出。具體來說, 這可以通過如下方法來實現:與熔融的模芯材料連通或適于與熔融的模芯材料連通并填充有惰性液體(如氮氣或惰性液壓液)的至少一個管線可以受到正壓力的作用,從而通過模塑件的另一外部孔將熔融的模芯材料推出。對于滑動裝置,可以使用如具有附加收集筒的液壓缸。

19. 而且,注塑機可包括模芯工具,通過該模芯工具能夠制備模芯,而且可選擇地還包括傳送裝置,用于將模芯從模芯工具傳送至注塑工具,并且當模芯工具與注塑工具分別單獨形成時,用于將模芯插入注塑工具中。優選地,還設置有用于將熔融的模芯材料從熔融工具返回至模芯工具的裝置。例如,可以設置有一個或多個連接熔融工具與模芯工具的管線。這些管線的橫截面可以根據模芯材料的粘度、管線的長度以及模芯傳送裝置的動力來選擇。還可選擇地設置該管線的絕緣和/或加熱。

20. 所述模芯工具還可包括如第二模腔,可以將要鑄造的元件(該元件為要制備的模塑件的元件,如控制閥)置入該第二模腔中,然后外模成型有熔融模芯材料,以形成模芯。這樣,根據本技術的注塑機還能夠以所謂的多元件技術(例如,兩部件或三部件技術)來制備模塑件。

21. 還可以設置傳送裝置,通過該傳送裝置能夠將模塑件從注塑工具中取出,并輸送至熔融工具??蛇x擇地,傳送裝置可設置為:該傳送裝置既適于將模芯從模芯工具傳送至注塑工具,還適于將模塑件從注塑工具傳送至熔融工具。

22. 為了實現液體的熔融模芯材料從模塑件中盡可能徹底地退出或流出,并且在模芯以及模塑件的對應模腔的幾何形狀較為復雜的情況下,如果模塑件可移動地支撐在熔融工具中,這是具有優勢的。具體來說,模塑件可旋轉地或可樞轉地支撐。對應的調整裝置(如圍繞三個軸線的樞軸驅動)也可以容易地集成為上述傳送裝置的部件。

23. 如果在熔融工具中模塑件的支撐還允許模塑件的震動運動,從而提高或加速液體模芯材料的排出,能夠產生額外的優勢。為此,例如,可以將震動驅動件連接于用于支撐模塑件的樞軸。除此之外,震動驅動件可用于使模塑件在具有流過電流的感應線圈的磁場中往復運動,從而在模芯中產生渦電流,使模芯熔融。在這種情況下,即便通過流經感應裝置的直流電也可以實現模芯的完全熔融。

24. 由于根據本技術的注塑機不需要任何占用較大空間的部件,該注塑機可設置為至少容納注塑工具和熔融工具以及可選擇的模芯工具的緊湊的單個機器模塊的形式。因而, 所需的空間很難大于傳統的沒有熔芯技術的自動焊接機或注塑機的情形。該單個機器模塊可包括容納所有部件的殼體。

25. 除此之外,在單個機器模塊中或單個機器模塊處可設置有傳送裝置。在將模芯去除后,通過該傳送裝置可以將模塑件從熔融工具中取出;而且可以選擇地,模塑件和模芯一起能夠從注塑工具輸送至熔融工具;還可以選擇地,模芯可以從模芯工具輸送至注塑工具中??蛇x擇地,該輸送裝置也可集成在所述殼體中。然后,該單個機器模塊可具有機器人操縱裝置,例如用于執行單個加工工序,或者用于將模塑件從一個加工工序輸送至下一工序, 所述機器人操縱裝置優選為集中控制。因而,注塑機不但是較為緊湊的,而且能夠以極為靈活的方式加以使用。

26. 優選地,模芯由鉍合金制成。例如鉍含量約為90%重量百分比的合金具有特別的優勢。模芯材料的熔融溫度應為較低,從而在該溫度下,不會出現外模成型的塑料材料的較大的軟化現象。低于160°C (優選約為140°C)的熔融溫度不會使注塑材料的嚴重變形。

27. 熔融工具的熱容量可以根據所使用的注塑材料的軟化溫度而進行調整,例如,使模塑件的溫度約為175°C。由于根據本技術主要是模芯材料受到加熱而且僅模芯向外模成型的塑料材料傳遞熱量,因而這是足以使模芯完全熔融的原則。

28. 優選地,模塑件具有管狀空腔。模芯能夠簡單地從模塑件兩個開放端流出該模塑件。

29. 多種熱塑性塑料材料、熱固性塑料材料及其混合物都適于作為注塑材料。相對耐熱的塑料材料尤其適于制造例如機動車的進氣歧管或冷卻液歧管。

附圖說明30. 下面,參考附圖更加詳細地說明本技術。

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31. 該唯一的附圖表示技術的注塑機及其部件的高度簡化示意圖。具體實施方式

32. 除了連接于注塑機主體12的合適的注塑工具14之外,附圖中所示的熔芯型注塑機10包括注塑機主體12,該注塑機主體12包括所有的驅動部件、控制部件和對傳統的已知注塑機所必需的輔助部件。注塑機主體12具有較大的工具安裝板,從而將注塑工具14安裝在其中心,并在該安裝板上安裝模芯工具16,該模芯工具16沿橫向方向或垂直方向從注塑工具14偏移并設計為用于鑄造模芯的模芯鑄造工具。因此,熔芯注塑機10不需要單獨的模芯鑄造工具,而是采用了結合有兩個工具的單個注塑機,通過所述兩個工具能夠制造一個或多個模芯以及一個或多個模塑件。這為系統整體節省了空間和投資成本。

33. 模芯工具還可包括單獨的閉合力壓力墊(未顯示)。因而,能夠以獨立的方式制造和控制用于模芯工具16的閉合力。

34. 熔融腔室18適用于密閉地密封并被抽空,還用于模芯材料的真空熔融。該熔融腔室18以沿橫向方向或垂直方向從注塑工具14偏移的方式在注塑機14的與模芯鑄造工具 16相反的一側上連接于注塑機主體12。除此之外,注塑機10具有與該注塑機10連接的真空泵20,以用于在熔融腔室18中產生真空。真空泵20通過真空管線22與真空腔室18連通,并通過注塑機12的控制對該真空泵進行控制。

35. 在注塑工具14和真空腔室18之間,圖示的實施方式具有模芯材料泵24,以用于通過以虛線方式表示的模芯材料管線沈將液化的模芯材料從熔融腔室18傳送到模芯工具 16。除了模芯材料泵M之外,或者作為模芯材料泵M的替代,還可設置有液壓注射單元, 用于將液化的模芯材料注射到模芯工具16中,以再次使用該模芯材料。

36. 在圖示的實施方式中,例如線圈形式的感應裝置28設置在真空腔室18中。感應裝置觀與電源(未顯示)電連接,該電源也由注塑機12的控制而進行控制。當在感應裝置28和電源之間建立電接觸時,電流流過該感應裝置觀,其結果是在感應裝置28附近產生磁場。37. 當具有模芯的模塑件插入真空腔室18,并在感應裝置觀和電源之間的實現連接時,模塑件位于由感應裝置觀產生的磁場的范圍內。如果進入該模塑件的磁場的磁通量隨時間而變化,則該磁場會在模塑件的模芯中產生渦電流。通過流經感應裝置觀的電流的時間變化,或者例如通過操作與模塑件的支撐相連接的震動裝置而使模塑件在磁場中移動, 能夠實現磁通量的時間變化。渦電流致使模芯加熱,并最終使模芯熔融。

38. 只要能夠確保由感應裝置觀產生的磁場的磁通量不會被真空腔室18的壁遮擋, 還可以將感應裝置28設置在真空腔室18的外部。

39. 與真空腔室18相連的為旋轉和樞轉裝置(未顯示),模塑件通過該旋轉和樞轉裝置支撐,從而能夠在真空腔室中移動。具體來說,模塑件受到支撐并能夠圍繞至少一個軸線樞轉,優選地圍繞三個軸線樞轉。因而,所述模塑件能夠以使液化的模芯材料在重力作用下通過朝下的孔而流出模塑件的方式樞轉,優選地,液化的模芯材料沿模塑件的細長模芯或腔室的長度方向流出。通過模芯的更為復雜在幾何形狀,作為選擇,液化的模芯材料還能夠相繼地接近多個流出位置。為了提高流出,特別是為了使液化材料開始流動或者為了使流出速度加速,所述旋轉和樞轉裝置還具有與其連接的震動裝置(未顯示),通過該震動裝置,模塑件能夠沿其樞轉軸線中的一條往復運動。

40. 為了允許模芯材料的流出(flow off),在相應的控制命令下,設置在模芯材料管線沈中的閥打開。模芯材料管線沈包括全部能夠加熱的連接管或管線和漏斗,從而以防止液化的模芯材料的固化。

41. 而且,注塑機包括具有操縱裝置34的機器人30,該操縱裝置34能夠沿導軌32移動。操縱裝置34包括允許抓持模芯和模塑件的一個或多個抓持器。操縱裝置能夠從模芯工具16移動到注塑工具14,并在這里向前移動到真空腔室18,而且通過該操縱裝置34,所述模芯或模塑件適于置于對應的工具中并保持在該工具中,或者從該工具中卸開并傳送到下一加工站點。

42. 利用附圖中所示的注塑機10,用于制備具有空腔的模塑件的典型工序為:首先, 在模芯工具16中鑄造模芯。然后,通過機器人操縱裝置34將模芯從模芯工具中取出,機器人操縱裝置沿導軌32移動至注塑工具。接著,通過機器人操縱裝置34將模芯置于注塑工具14中。在注塑工具中,模芯外模成型有塑料材料。最后,模塑塑料件與外模成型的模芯由機器人操縱裝置34取出。該機器人操縱裝置34沿導軌32移動至真空腔室18,并將模塑件置于真空腔室18中,一旦將模塑件插入后,則該真空腔室18處于真空密封狀態。之后, 真空泵20對真空腔室抽真空,并在該真空腔室中產生真空。接通連接于感應線圈觀的電流,模芯熔融。一旦模芯材料充分液化,則模芯管線沈的閥打開,模芯材料由泵M抽走,并返回至模芯工具16。在該模芯工具16,對模芯材料重新進行注塑,以在下一循環中制備新的模芯?,F在具有中空或空腔的塑料件由機器人操縱裝置M從真空腔室18中取出,并傳送至生產線36,用于隨后的加工。

43. 根據本技術的注塑機還適用于制備組合件(例如,在兩部件或三部件注塑工藝中),如內部具有注塑控制閥的封閉通風管。為了制備組合件,在注塑工具14中安裝有所謂的工具族(family tool),例如在所述通風管的情況下,所述工具族用于制造通風管和內封閉翼片(inner closure flap)或者控制閥。在該情況下,首先在注塑工具14的第一凹槽中制造控制閥,然后機器人操縱裝置將所述閥從注塑工具14的第一凹槽中取出,并將該閥置于模芯工具16中,在模芯工具中,所述閥或翼片外模成型有模芯材料(mold more material)。接著,機器人操縱裝置34將內部模塑有閥的模芯取出,并將其置入注塑工具14 中,在該注塑工具14中,模芯外模成型有塑料材料。隨后的進一步工序如上文所述。

44. 所述閥材料不需要與管的材料相同。而且,在選擇翼片或閥材料時,管制造方關于兩種材料的連接或部分熔融穩定性的性能是需要考慮的,以防止閥支撐的粘連。該技術具有較高的合理性和較好的防漏密閉性。

45. 在真空條件下進行熔融。這防止熔融的模芯材料與空氣中氧氣的接觸,因而提供了防止氧化保護。作為選擇,還可以在發生熔融的真空腔室18中提供保護氣體,如氮氣或惰性氣體。然后,在任意壓力(具體為正壓)下進行熔融,從而防止周圍氣體的侵入。

46. 用作模芯材料的是具有盡可能低的熔點的金屬合金。在實際應用中,某些包含鉍作為主要成分的合金已經證明是成功的。熔融溫度應該在160°C以下,以避免對塑料覆蓋層的損害,理想地,約為140°C。而且,感應性能能夠調整,因而工件或其模芯的區域中的溫度最高達到175°C。

47. 可能制造的工件尤其是具有細長(優選為管狀)空腔的塑料體,該塑料體由相對耐熱的塑料材料制成,如用于機動車或其部件的進氣歧管,以及用于機動車的冷卻液、油和空氣的管線或管路。目前為止,這種工件大都通過(震動)焊接制造,其缺點為:必須在工件上形成突出于該最終工件的焊接凸緣,因而,會導致空間的問題。除此之外,焊縫缺陷會導致整體部件的缺陷。

 

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