CN101189083B - 用于锻造的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于通过锻造形成制品的设备(10)，该设备包括至少一个凹模(12)，该至少一个凹模具有接收材料的模腔，所述材料(16)至少部分熔化；和至少一个凸模(20)，该至少一个凸模适于可滑动地配合模腔，并将成形压力施加在布置在模腔中的材料上。还包括用于形成制品特征的至少一个销子(24)。销子适于可滑动地配合凹模，并接触材料，销子还适于在施加成形压力时后退，并当后退时施加特征成形压力，由此当材料在成形压力下固化时形成具有制品特征的制品(30)。

Description

用于锻造的方法和设备

技术领域

本发明涉及锻造，具体涉及用于具有复杂形状和均匀结构的制品的方法和设备。

背景技术

传统的液态锻造或者模压铸造通过在固化过程中在至少局部熔化的金属上施加高压来生产具有细粒微结构的金属制品。所形成的制品具有较高的密度，且理想地没有孔隙。例如，在冲模移动进入凹模以完全封闭一定容量的至少局部熔化的金属时，至少局部熔化的金属在冲模的液压压力连续施加的外部压力作用下固化成制品。模压铸造或者液态锻造也减小了在冷却过程中金属收缩出现的制品的热撕裂或者热裂缝。这样的金属收缩能够通过在固化过程中施加脉动挤压力或者通过两倍的作用压力来提高制品强度和韧性。

所获得的制品的实际体积取决于所供应的至少局部熔化金属的量。为了不管所用的至少局部熔化的金属的量如何变化都能获得具有预定尺寸的制品，可以通过模腔基部施加补偿压力。此补偿压力允许过量的金属(其体积根据制品不同而变化)延伸超过实际制品尺寸。在弹出制品之后，固化的多余材料被去除。

当前的技术适合于生产具有比较简单形状的坚固的韧性制品。然而，更复杂形状要求更严格的尺寸公差，而这是现有技术不能实现的。例如，较细部分过早固化，导致了与制品其余部分相比在较细的部分中产生较大的孔隙，这导致了非均匀结构。同时，当前液态锻造或者模压铸造技术还未能够形成具有比较小且公差极小的通孔的部件。然而，复杂制品还常常要求均匀的高强度和韧性，这些属性本身易于通过锻造来实现。

此外，当处理薄壁部分时，经常颗粒尺寸会接近于与壁厚度相同的大小数量级。在此情况下，一个颗粒的损失会造成壁厚度和壁强度的显著降低。例如，颗粒尺寸可以是100微米，壁可以是300微米厚度。这在诸如用于小的磁盘驱动器的壳体的小产品中比较重要。

发明内容

根据第一优选方面，提供一种用于形成制品的设备。该设备包括至少一个凹模，凹模具有接收材料的模腔，材料至少部分熔化；和至少一个凸模，凸模适于可滑动地配合模腔，并将成形压力施加在布置在模腔中的材料上。还包括用于形成制品特征的至少一个销子。销子适于可滑动地配合凹模，并接触材料，销子还适于在施加成形压力时后退，并当后退时施加特征成形压力，由此当材料在成形压力下固化时形成具有制品特征的制品。

根据第二方面，提供一种形成具有制品特征的制品的方法。该方法包括：

(a)相对于模腔将至少一个销子定位在第一位置处；

(b)将用来形成制品的熔化材料插入模腔中；

(c)销子相对于模腔移动以接触熔化材料，从而形成制品；以及

(d)至少一个销子相对于模腔移动到第二位置，至少一个销子的移动是在熔化材料固化之前进行的。

当材料固化时，销子可以与凸模接触；或者当材料固化时，销子可以从模腔后退出来。

特征成形压力可以小于成形压力；由于凸模移动使得至少一个销子移动。凸模可以在凸模接触熔化金属之前接触至少一个销子。当凸模接触至少一个销子时，凸模可以将销子从第一位置压到第二位置。可选地，或者附加地，由于凸模施加到熔化材料的压缩力，使得熔化材料可以使销子从第一位置移动到第二位置。

当至少一个销子在第一位置时，至少一个销子的上端可以与模腔的下表面大致共面。当至少一个销子在第二位置时，销子的上端可以后退到下表面的下方。

可选地或者附加地，当至少一个销子在第一位置，并且熔化材料插入在模腔中时，至少一个销子的上端可以位于熔化材料的顶面上方。

附图说明

为了使本发明可以得到充分的理解并易于实施，现在将以非示例性示例的方式仅仅描述本发明的优选实施例，描述是参照附图来进行的。

在附图中：

图1是在施加成形压力之前第一实施例的截面图；

图2是在施加成形压力的过程中与第一实施例的图1相对应的垂直横截面图；

图3是根据第一实施例形成的制品的侧视图；

图4是在施加成形压力之前第二实施例的垂直截面图；

图5是在施加成形压力过程中与第二实施例的图4对应的视图。

图6是根据第二实施例形成的制品的侧视图；

图7是在施加成形压力之前第三实施例的垂直横截面图；

图8是在施加成形压力的过程中与第三实施例的图7相对应的视图；

图9是根据第三实施例形成的制品的侧视图；以及

图10是处理的流程图。

具体实施方式

根据一方面，提供一种用于形成至少一个制品的锻造设备。由该设备形成的制品能够包括通孔和较细的部分，同时具有均匀的结构。

参照附图，设备10包括凹模12，凹模1 2具有模腔14以接收至少部分熔化的材料16。例如，材料16可以是完全熔化的金属、半固体金属或者具有液相或者半固体金属相的合成材料。

设备包括凸模20，凸模20适于以滑动但是通常密封配合的方式与模腔14配合，并适于将成形压力施加在设置在模腔14中的材料16上。例如，可以通过液压压力提供成形压力。

设备10还包括用于形成制品特征的销子24。设备10形成为销子24以滑动配合的方式与凹模12配合。销子24能够延伸进入模腔14中以接触材料16，并后退到模腔14的外部。销子24还构造成施加特征成形压力，并能够用于在模制的产品中形成特征。

在第一实施例中，如图1所示，材料16设置在模腔14中。在销子24已经延伸直到其接触凸模20或者至少在材料16的预定表面水平26的上方之后材料16插入到模腔14中。这是销子24的第一位置。因而，当材料16插入到模腔14中时，销子24开始延伸到材料16的表面水平26的上方。随着凸模20接近材料16，并施加成形压力，凸模20在接触材料16之前接触销子24，并将力施加到销子24。该力足以克服施加到销子24的使其移动并保持在所示延伸或者第一位置的力。在施加成形压力的同时销子24相应地后退。特征成形压力小于成形压力，并能够例如由相同的液压压力提供。可选地，其可以与成形压力大致相同。当凸模20接触材料16时，其将成形压力施加到材料以压缩材料而形成制品，并与销子24一起形成特征。当凸模20停止移动时，销子24处于后退或者第二的位置。

如图2所示，材料16的固化产生图3所示的制品30。在第一实施例中，制品特征是通孔32。例如，销子24能够具有圆形横截面，使得通孔32是圆形。销子24能够具有不同的横截面，或者沿着其长度具有多个不同的横截面，这取决于通孔32的所期望的形状。

以此方式，材料16保持液体达足以使在固化之前形成制品特征的时段。其还使过早固化(即，在凸模20将其力施加到材料16之前)的风险最小化。这有助于允许材料16采用更一致和均匀的结构，并减小了颗粒尺寸。

而且，如果销子24在材料16插入到模腔14中之后移动，则其必须穿过在围绕模腔14的材料16上形成的表面层。穿过表面层会影响销子24、制品特征和材料16固化之后的结构。在凸模20接触材料16之后，材料16由于热传递到凸模并通过凸模而很快固化。

在第二实施例中，如图4所示，材料16设置在模腔14中。在材料16插入模腔14之前，销子24首先与模腔14的下表面36平齐，并且不延伸进入模腔14。这是销子24的第一位置。参照图5，当材料16插入到模腔14中时，由于凸模20将成形压力施加在材料16上，受压的材料16使销子24从孔34后退到模腔14的外部。同时，销子24将特征成形压力施加在材料16上。随着销子24后退，材料16突起到销子24在后退之前先前所占的空间38中。当销子24已经充分移动或者后退时，其停止在第二或者后退位置(图5)。通过在销子24和凸模20之间保持对材料16的压力，通过材料填充孔34到销子24的顶部形成该特征，并且填充孔34的材料与材料16的其余部分均匀。

如图5所示材料16，固化形成图6所示的制品40。在第二实施例中，制品特征是颈部44。例如，销子24可以具有较细的横截面，使得颈部44是较细的部分。由于固化在由凸模20和销子24两者提供的压力下进行，所以减小了与颈部44过早固化有关的问题。颈部44的结构因而与制品40的其余部分均匀。销子24能够具有不同的横截面，或者沿其长度具有多个不同横截面，这取决于所期望的颈部14的形状。

在第三实施例中，如图7所示，设备10包括两个销子46、48。在第三实施例中，其中一个销子46根据第一实施例的销子24构造和工作，而另一个销子48根据第二实施例的销子24构造和工作。在凸模20将成形压力施加到设置在模腔14中材料16上时，如图8所示，材料16的固化形成图9所示的制品50。在第三实施例中，形成了两个制品特征，通孔52和颈部54。在第三实施例中，制品50结合了第一实施例和第二实施例的特征和处理。

尽管所描述的实施例描述了一个凸模和一个凹模，可以提供结合类似于较早描述的实施例构造的多个不同的凹模、凸模和销子的其它实施例以形成具有多个制品特征的多个制品。这些特征可以是孔、突起、颈部、凹部或者它们的组合。这种制品和制品特征可以具有各种形状和尺寸。因而能够形成具有复杂形状和均匀结构的制品。而且，销子24、46、48和/或凸模20的表面可以具有表面处理以形成更复杂或者复合的特征。

图10图示了以上所述的处理。销子24在处理开始时(101)在第一位置。该位置是在图1、图4和图7中所示的位置。然后插入材料16(102)，凸模20移动(103)。如果凸模20在凸模20接触材料16之前接触销子24(即，图1至图3，图7至图9)(104)，则凸模20使销子16移动到第二位置(107)，并压缩材料16(106)以形成制品和制品特征(107)。如果凸模20首先接触材料16(108)(图4至图6，图7至图9)，则其压缩材料(109)以推动销子24后退到第二位置(110)以形成制品和制品特征(107)。

尽管已经在前述描述中已经描述了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员将理解到在不脱离本发明的范围的情况下可以对设计或者构造的细节进行许多变化或者修改。

Claims (18)

1.一种用于形成制品的设备，所述设备包括：

(a)至少一个凹模，所述至少一个凹模具有接收材料的模腔，所述材料至少部分熔化；

(b)至少一个凸模，所述至少一个凸模适于可滑动地配合所述模腔，并将成形压力施加在布置在所述模腔中的所述材料上；以及

(c)至少一个销子，所述至少一个销子用于形成制品特征，并适于可滑动地配合所述凹模，并接触所述材料，

所述至少一个销子还适于

由于所述至少一个凸模为了施加所述成形压力而移动使得所述至少一个销子移动，并且所述至少一个销子当后退时施加特征成形压力，由此，当所述材料在所述成形压力和特征成形压力下固化时形成具有所述制品特征的所述制品。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，当所述材料固化时，所述至少一个销子与所述至少一个凸模接触。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，当所述材料固化时，所述至少一个销子从所述模腔后退出来。

4.根据权利要求1至3其中之一所述的设备，其中，所述特征成形压力从以下项组成的组中选择：小于所述成形压力和与所述成形压力相同。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个凸模在所述至少一个凸模接触所述材料之前接触所述至少一个销子。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，在所述至少一个凸模接触所述至少一个销子之后，所述至少一个凸模将所述至少一个销子从第一位置压到第二位置。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，由于所述至少一个凸模施加到所述材料的所述成形压力使得所述材料使所述销子从第一位置移动到第二位置。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，当所述至少一个销子在所述第一位置时，所述至少一个销子的上端与所述模腔的下表面大致共面。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，当所述至少一个销子在所述第二位置时，所述销子的上端后退到下表面下方。

10.根据权利要求6所述的设备，其中，当所述至少一个销子在所述第一位置和所述材料置入所述模腔中时，所述至少一个销子的上端位于所述材料的顶面上方。

11.一种形成具有制品特征的制品的方法，所述方法包括：

(a)相对于模腔将用于形成制品特征的至少一个销子定位在第一位置处；

(b)将用来形成所述制品的熔化材料置入所述模腔中；

(c)至少一个凸模相对于所述模腔移动以接触所述熔化材料，从而形成所述制品；以及

(d)由于所述至少一个凸模为了施加成形压力而移动使得所述至少一个销子相对于所述模腔移动到第二位置，所述至少一个销子的移动在所述熔化材料固化之前进行；

其中，所述至少一个销子适于可滑动地配合形成有所述模腔的凹模，并接触所述材料。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述至少一个凸模接触所述熔化材料之前，所述至少一个凸模接触所述至少一个销子。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述至少一个凸模接触所述至少一个销子之后，所述至少一个凸模将所述销子从第一位置压到第二位置。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，由于所述凸模施加到所述熔化材料的成形压力，所述熔化材料使所述销子从所述第一位置移动到所述第二位置。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，当所述至少一个销子在所述第一位置时，所述至少一个销子的上端与所述模腔的下表面大致共面。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，当所述至少一个销子在所述第二位置时，所述销子的所述上端后退到所述下表面的下方。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，当所述至少一个销子在所述第一位置并且所述熔化材料置入所述模腔中时，所述至少一个销子的上端位于所述熔化材料的顶面的上方。

18.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括

(e)当所述至少一个销子在所述第二位置时，施加有特征成形压力。

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