CN101327624B - 成形模具及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种成形模具及其控制方法，力图利用简单廉价的结构缩短模具的成形模型的加热、冷却周期时间。在配备有对坯料进行成形的成形模型的成形模具中，作为前述成形模型，采用磁性模具材料，在沿着前述成形模型的成形面的内侧，设置致冷剂流动的冷却机构，同时，在前述冷却机构的周围，设置利用高频感应进行加热的加热机构，在利用前述成形模型对坯料进行成形时，利用前述加热机构和冷却机构反复对前述成形模型进行交替的加热和冷却。这里，前述冷却机构由设置在前述成形模型内的管体构成，在前述成形模型冷却时，致冷剂流动，在前述成形模型加热时，变成没有致冷剂的中空状态。

Description

成形模具及其控制方法
技术领域
本发明涉及力图缩短在原料的成形时的加热和在成形品的固化时的冷却之间的周期时间的成形模具及其控制方法。
背景技术
在高精度、大批量生产成形品的制品中，在采用使用多个模具的结构时，由于模具变大，所以热容量变大，模具温度升降时需要很长的时间，周期时间变长，生产率低。另外，由于模具的固定侧、可动侧的温度差引起的横向方向的热膨胀差，产生固定侧和可动侧的间距误差，存在着不能满足成形品的中央部和外侧的同心度的质量方面的问题。在图2(2)中，表示由上述间距误差产生的筒状的成形品2的左右的壁厚之差。
作为解决上述问题的对策，考虑采用使用一个模具的结构，但是，会发生不适合于大批量生产的另外的问题，为了对此进行改进，考虑加快成形周期时间。
在专利文献1中，揭示了通过分别缩短模具的加热所需要的时间和冷却所需要的时间来缩短成形周期时间的模具。另外，在专利文献2中，揭示了将热管作为传热体，能够迅速地进行模具的加热冷却的模具。
【专利文献1】特开2001-009836号公报
【专利文献2】特开2005-138366号公报
在专利文献1中，揭示了一种利用能够在短时间内均匀加热及冷却模具的模腔的整个壁面的结构来实现缩短成形周期时间的模具。但是，由于加热机构设置在模腔的内侧(壁面侧)，冷却机构设置在其外侧，所以，在冷却时，从外侧经由加热机构(管状构件、封入的热介质、壳体部20)将冷却热传递给模腔的壁面，冷却时的热容量变大，需要大的冷却热量，难以在短时间内进行冷却。另外，一般地，与加热相比，对冷却的控制比较困难，由于将这种冷却配置在外部，模腔的壁面的冷却控制变得更加困难。进而，还存在着加热用的热管价格高昂的困难。
在专利文献2中揭示了一种模具，配置有使前端面与模具的成形品接触的面接近的热管等热传导柱，在该热传导柱的后端部配置能够调节温度的热源(加热、冷却)，能够经由热传导柱对成形品进行快速的加热、冷却。但是，由于经由热传导柱向成形品传热，所以，增加了与热传导柱(在热管的情况下，包含其中的致冷剂)相应的热容量，在加热、冷却时需要大的热量，与此相应地对于成形品的加热、冷却的迅速性产生障碍。另外，在利用热管作为热传导柱的情况下，虽然热传导变快，但是存在着价格昂贵的难题。
发明内容
本发明鉴于前述现有技术的问题，其目的是提供一种力图以简单、廉价的结构缩短模具的成形模型的加热、冷却周期时间的成形模具及其控制方法。
根据本发明，在配备有对坯料进行成形的成形模型的成形模具中，作为前述成形模型，使用磁性模具材料，在沿着前述成形模型的成形面的内侧，设置致冷剂流动的冷却机构，同时，在前述冷却机构的周围，设置由高频感应进行加热的加热机构，在利用前述成形模型进行坯料的成形时，利用前述加热机构和冷却机构，反复地对前述成形模型交替地进行加热和冷却前述成形模型。这里，前述冷却机构由设置在前述成形模型内的管体构成，在进行前述成形模型的冷却时，流过致冷剂，在进行前述成形模型的加热时，变成没有致冷剂的中空状态。
另外，根据本发明，一种在沿着对坯料进行成形的成形模型的成形面的内侧设置致冷剂流动的冷却机构、同时在前述冷却机构的周围设置加热机构、在坯料成形时借助前述加热机构和冷却机构交替地反复进行对前述成形模型的加热工序和冷却工序的成形模具的控制方法，其中，在冷却工序时，使前述冷却机构为致冷剂流通状态，在加热工序时，使前述冷却机构为没有致冷剂的中空状态。这里，在前述冷却工序与加热工序之间还具有成形品取出工序，在前述冷却工序中，使前述冷却机构为致冷剂流通状态，在前述成形品取出工序中，将致冷剂从前述冷却机构中排出，在前述加热工序中，使前述冷却机构为没有致冷剂的中空状态。
附图说明
图1是本发明的采用一个成形品的结构的实施例的剖视图。
图2是本发明的实施例和现有技术例的坯料和成形品的说明图。
图3是本发明的实施例的框图结构图。
图4是表示本发明的实施例的各个部分的动作的说明图。
具体实施方式
下面利用附图说明本发明的实施形式。
图1是本发明的采用一个成形品的结构的一个实施例的剖视图，(1)(2)分别表示可动模具的上止点和下止点。1是被成形的圆柱形的坯料，2是成形加工坯料1之后的成形品(有底圆筒)，3是在内部插入坯料的成形用的固定模具(下模)，4是设置在前述固定模具3的上方、在上止点与下止点之间移动的用于对坯料1进行成形的可动模具(上模)。
在前述固定模具3上，设置在中央具有中空孔5a的圆筒状的成形模型5。成形模型5是对坯料进行挤压成形的模具部件，由热传导性良好的金属而且通过高频感应加热的磁性体(铁等)构成，为了尽可能地缩小热容量，形成小的质量、小的体积。在前述可动模具4上，朝下突出地设置下降到前述成形模型5中、对坯料1进行挤压成形的内冲头6，另外设置决定被挤压成形的坯料1的高度的外冲头7。
9是靠近前述成形模型5的成形表面5b埋设的冷却机构，由冷水等致冷剂在内部流动的管状体构成。另外，在冷却时，为了消除前述成形表面5b的温度不均，将前述冷却机构9的管状体到前述成形表面5b的距离A与管状体的纵向方向的间距B设定得基本上相同。在冷却时，致冷剂(冷水)在冷却机构9的管状体内流动，在成形品排出时(将在后面描述)，通过吹入空气排出除去冷水，变成中空状态，在加热时保持这种状态。
8是设置在前述冷却机构的周围的加热机构，在将高频感应加热线圈8a埋设到绝缘物8b内的状态下，卷绕到冷却机构的周围。由于高频感应加热的加热能力大，容易控制，所以，配置得比冷却机构更靠外侧。10是将成形后冷却并固化之后的成形品2从成形模型5向上推起的推杆。通过沿着朝上的箭头方向移动，将成形品2从中空孔5a排出。
11是将整个固定模具3保温在120℃的固定侧保温加热器，12是将整个可动模具4保温在80℃的可动侧保温加热器。从而，在成形作业中，成形模型5与固定模具3一起被保温在120℃，将可动模具4保温在80℃。14是配置在前述成形模型5的外周的隔热板，将成形模型5与固定模具3热分离，尽力缩小成形模型5的热容量。另外，由于固定模具3平时被保温在120℃，所以，通过空气传播等将成形模型5保持在同等的温度。
如上所述，模具的结构简单，价格低廉，维修性能也提高了。
图3中表示控制框图。20是包含可动、固定两个模具3、4的驱动机构的模具控制机构，21是控制固定侧保温加热器11、可动侧保温加热器12及高频感应加热线圈8a的加热控制器。另外，加热控制器21以大约25kHz的频率驱动高频感应加热线圈8a。22是向冷却机构9的管状体供应致冷剂、空气的致冷剂/空气控制器，23是控制前述模具控制机构20的动作的模具控制器，24是控制各个控制器的控制部。
下面，基于图1和图4说明上述结构的成形模具的动作。在图1(1)中，将坯料1插入到成形模型5的中空孔5a中(图4，坯料供应)，同时，开始固定模具3的成形模型5的加热(图4，T1～T2)。由于这种加热通过高频感应加热来进行，所以，借助在作为加热线圈8a的内侧的磁性体的成形模型5的表面附近发生的涡电流，直接对包含成形模型5的表面在内的整体进行加热。从而，直接将成形模型5的成形表面5b、即与坯料1接触的表面加热，所以，能够将热量高效率地向坯料1传递。
这时，借助致冷剂/空气控制器22，通过吹入空气将致冷剂(冷水)除去，冷却机构9的管状体变成中空状态，由于成形模型5的热容量变小，所以，与前述高效率的热传递相结合，可以大幅度缩短从120℃向150℃的30℃的温度上升时间(图4，加热工序T1～T4)。根据实施例，可以用2～3秒钟从120℃达到150℃。
当在图4的T4时刻变成坯料1被加热到150℃的状态时，可动模具4沿箭头方向下降，达到图1(2)所示的下止点，内冲头6对成形坯料1进行挤压，外冲头7规定成形品2的高度(图4，T4、T5)。在图2(1)中表示这种坯料1和成形品2的状态。
在上述T4～T5的成形时刻，并行地停止加热机构8的加热动作，切换成冷却机构9的冷却动作。向冷却机构9的管状体供应作为致冷剂的4℃的冷水，由于上述管状体靠近成形模型5的成形表面5b埋设，所以，从上述成形表面5b的成形模型5的内侧开始冷却，扩展到整个模型(图4，冷却工序T5～T7)。通过这种冷却，将成形模型5从150℃冷却到120℃，下降30℃的程度，由于利用热容量小的成形模型，而且从成形模型的内侧冷却，所以，可以高效率地进行成形品2的冷却，在短时间内使温度下降。根据实施例，在利用4℃的冷水作为致冷剂的情况下，大约用3秒钟就可以使温度下降30℃。
当通过冷却使成形品2硬化时，可动模具4上升，返回到图1(1)所示的上止点，接着，推杆10朝上沿着箭头方向移动(图4，T8、T9)，将成形品2从中空孔5a向上方推压(图4，T9、T10)，利用图中未示出的机构，排出到模具的外部(图4，T10)。这些T8～T10的时刻构成成形品取出工序。
与这种成形品取出工序的T8～T10的时刻大致并行，冷却机构9内的致冷剂被除去。具体地说，通过致冷剂/空气控制器22的控制，将空气吹入到冷却机构9的管状体内，除去、排出冷水，使管状体内成为中空状态。在除出水分之后，将下一个坯料1供应给成形模型5，准备下一个加热工序。这种除去水分，具有防止内部的冷水在被保温热加热的状态下在下一个加热工序中沸腾的危险性的效果。
以上的时刻T1～T11构成成形的一个循环，通过高速进行加热、冷却，可以缩短成形周期时间。另外，模具的动作只是上下运动，动作简单，成形作业及维护性能提高，容易处理。
根据本发明，由于将相对而言控制比较困难的冷却机构配置在成形模型的内侧，将比较容易控制的加热机构配置其外侧，所以，容易进行将成形模型的冷热周期时间缩短的控制。另外，在加热时，由于冷却机构变成没有致冷剂的中空状态，所以，热容量变小，缩短了加热时间。另外，由于采用由高频感应进行加热的加热机构，所以，利用发生在表面附近的涡电流直接加热成形模型本身与坯料接触的表面，所以，大幅度缩短了加热时间。而且，由于可以利用廉价、简单的结构构成模具，所以，提高了成形作业及维修性能，容易操作。进而，由于模具的热容量变小，所以减少了电力的使用量，节省能量。

Claims (1)

1.一种成形模具的控制方法，在沿着对坯料进行成形的成形模型的成形面的内侧设置作为致冷剂的水流动的冷却机构，同时，在前述冷却机构的周围设置加热机构，在进行坯料的成形时，利用前述加热机构和冷却机构反复对前述成形模型进行交替的加热工序和冷却工序，其特征在于，
在前述冷却工序和加热工序之间还具有成形品取出工序，
在前述冷却工序，使前述冷却机构成为冷却流通状态，
在前述成形品取出工序，从前述冷却机构排出致冷剂，
在前述加热工序，对前述冷却机构进行由吹入空气来实施的除水，将前述冷却机构变成中空状态。
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