CN104661774A - 用于制造压铸件的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助压铸模具制造压铸件的方法，其中，抽出压铸模具中包含的空气并且测量在抽出空气中包含的湿度。在该方法中根据本发明，在抽气期间测量湿度。用于制造压铸件的设备，所述设备包括压铸模具、用于抽出在压铸模具中的空气的抽气装置、至少一个用于检测抽出空气的湿度的传感器以及用于控制所述设备的控制装置，该设备构造和设计成用于实施根据上述要求之一的方法。

Description

用于制造压铸件的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于制造压铸件的方法和设备。

背景技术

借助压铸制造构件在技术上是众所周知的。在此闭合通常是两件式的永久铸型，熔化的材料在高压下并且以相对大的速度被送入模具中并使其在压力下凝固。之后打开模具、取出工件、必要时净化模具并且可开始新的铸造周期(注料)。周期通常以涂覆分离剂或润滑剂开始，所述分离剂或润滑剂也应防止材料附着在模具的金属上。尽管模具被吹干，但仍可有剩余湿度保留在模具中。压铸模具中的剩余湿度也可在浇铸时例如通过真空、有缺陷的喷射器、不密封性等到达模腔内并且可导致铸件孔隙率升高并且在最坏的情况导致废品增多。如在铸造问题或废品增多的情况下才发现剩余湿度，则可能对于湿度问题的反应过晚。因而有可能已经生产了一些工件，这可导致增加的废品成本和可能的供应问题。

由DE19628870A1已知，在用铸造材料填充之前借助抽气线将压铸模具抽真空，在抽气线中可借助两个并联连接的止回阀形成参考空间。在关闭止回阀后参考空间中存在的环境参数大致与在关闭止回阀之前在压铸模具中存在的环境参数相同。借助传感器在闭合的参考空间内测量环境参数、如剩余湿度、温度和/或压力。这些测量值用于控制铸造过程。为了实现给出的传感器响应时间——其根据DE19628870A1约为15秒，测量在10～30秒的时间范围内进行。

在使用上述方法时下限的周期时间受到测量所需时间的限制。在10秒的测量时间下每小时最多可进行360次注料，在30秒的测量时间下每小时最多可进行120次注料。不能采用技术上大约可实现的、每小时直至1000次注料的更少的周期时间(http://de.wikipedia.orgwiki/Druckguss)。用于实现参考空间的设备耗费和控制耗费是昂贵的并且在形成参考空间之后不再能进一步抽真空。

发明内容

本发明的任务在于，避免现有技术的缺点，并且提供一种改进的用于制造压铸件的方法及一种相应设备。

上述任务通过根据本发明的具有权利要求1特征的方法以及具有权利要求9特征的设备得以解决。本发明的其它特征和细节由从属权利要求、说明书和附图给出。在此结合本发明方法所描述的特征和细节当然也适用于本发明设备，反之亦然，因此关于本发明各方面的公开内容可始终被相互引用。

根据本发明的一个方面，提出一种用于借助压铸模具制造压铸件的方法，其中，抽出压铸模具中包含的空气并且测量在抽出空气中包含的湿度。根据本发明在该方法中在抽气期间测量湿度。

因为抽出压铸模具中的空气，也就是将压铸模具抽真空，所以可减小压铸模具中的剩余湿度。通过测量在抽出空气中包含的湿度也可推断出压铸模具中的剩余湿度，因为抽出空气相应于压铸模具中包含的空气。因此也可由在抽出空气中包含的湿度推断出真空质量。因此可提前对压铸模具中升高的剩余湿度做出反应并且据此进行抽真空或其它工艺过程。由此也可避免气孔和缩孔的形成并且改善铸件的质量。由于根据本发明测量在抽气期间进行，所以无需等待闭合的参考空间中的测量。实际上完全无需用于保持环境参数的参考空间，而是准实时地测量湿度并将其直接用作方法参数。这总体上简化压铸设备的控制以及结构。也可实现更短的周期时间，因为无需等待参考空间的形成以及接下来的测量。抽气(测量)优选在注入铸造材料之前进行。但也可能希望抽气和铸造至少部分重叠地进行。在此情况下有利的是，抽气线不用于形成参考空间，因为只有这样才能实现抽气和铸造的重叠。有利的还有，在注入铸造材料时抽气线是释放的，以致可能尚于存压铸模具中的空气能够经由抽气线被挤出压铸模具。这仅在抽气线未被截止时才可能实现。测得的湿度优选是相对湿度，但也可以是绝对湿度。测量优选通过适合的传感器进行。当然空气仅是可存在于压铸模具中并且可含有湿度的任意气体的一种示例。

在一种优选实施方式中这样扩展本方法：附加地测量抽出空气的温度和/或压力。从湿度和温度可推断出露点、绝对湿度、焓和蒸汽压。另外压力测量能实现对真空的更好检查。

在一种优选实施方式中这样扩展本方法：借助测得的抽出空气特性控制和/或调节本方法的过程参数。过程参数按本发明的意义可理解为任何涉及铸造过程、固化过程、包括模具温度控制在内的模具控制、模具净化、分离剂涂覆以及随后的模具吹干或抽真空过程的参数。由此也可这样改善过程控制和优化抽真空，使得真空不会太强，也不会太弱。从而可进一步提高铸造质量并且也能够进一步缩短周期时间。

在一种优选实施方式中这样扩展本方法：所述测量在压铸模具附近进行。由此也可直接获取模具内的环境参数并且尽可能减小空气离开模具和测量之间的时间延迟。

在一种优选实施方式中这样扩展本方法：为了测量而确定出定义的测量时间，该测量时间小于10秒，优选约为1秒或更少。

如果已知定义的测量时间，即使在不完全稳态的条件下也可通过数值评估、例如通过内插或外插可变参数来确保逆算出当前特性。由此并且通过尽可能短的测量时间也可实现准连续的测量或者说准实时的测量。在此传感器的响应时间优选小于所选择的测量时间。但即使传感器的响应时间长于所选择的测量时间，在已知测量时间并且通过计算补偿或模拟传感器的瞬变响应或响应延时的情况下，也可借助不完全的测量记录获得有意义的结果。

在一种替换的、但也优选的实施方式中这样扩展本方法：所述测量连续地进行。为此如上所述，优选通过计算补偿或模拟传感器的瞬变响应或响应延时。可实现准实时的测量以及测量值的良好检查。

在一种优选实施方式中这样扩展本方法：在两次测量时间之间、优选在一个铸造周期内至少一次净化用于检测测量特性的传感器，在此优选用净化剂喷洒传感器并且特别优选在喷洒之后用压缩空气吹扫传感器。通过净化可去除尤其是通过分离剂蒸气产生的沉积物，从而净化剂优选与所使用的分离剂协调。净化应优选尽可能快地进行，以避免对测量造成干扰。作为净化剂可理解为纯水或具有化学物质的溶液，术语“化学物质”可包括合成以及生物的或天然存在的化学物质。

在一种优选实施方式中这样扩展本方法：抽气通过与真空源连接进行。作为真空源可使用负压蓄压器、真空泵或类似物。在此涉及众所周知的可掌握的且可良好控制的设备技术。当使用负压蓄压器作为基本上无源的真空源时，本方法就此而言比在突然的泵故障时更可靠。

根据本发明的另一方面提出一种用于制造压铸件的设备，所述设备包括压铸模具、用于抽取压铸模具中的空气的抽气装置、至少一个用于检测抽出空气湿度的传感器和用于控制所述设备的控制装置。根据本发明所述设备构造和设计成用于实施上面所描述的方法。通过所述设备基本上实现与根据本发明方法相同的优点和效果。

在一种优选实施方式中可这样扩展本设备：所述传感器具有少于1秒的响应时间。由此测量可在1秒内完全结束并且可实现具有高测量密度和精确度的准连续的测量。

在一种优选实施方式中可这样扩展本设备：所述传感器设计成用于检测相对湿度和/或温度。通过组合传感器也可简化结构、校准、匹配以及测量值处理。

在一种优选实施方式中可这样扩展本设备：所述传感器设置在抽气线中、优选在压铸模具上的接口附近或直接设置在该接口上。如上所述，可通过尽可能靠近模具的传感器位置确保基本上直接获取模具内的环境参数，这具有已描述的优点和效果。

在一种优选实施方式中可这样扩展本设备：在传感器上设置保护罩，该保护罩优选在入流方面被优化。通过这种保护罩可减小流动对测量的影响(如滞止压力等)。通过入流方面的优化可减少抽气线中抽气流的由传感器引起的涡流。

在一种优选实施方式中可这样扩展本设备：所述传感器安装在具有观察窗的壳体中，由此也可实现有效的视觉污染检查。壳体优选构成抽出空气的流动路径的一部分，其方式是：壳体例如直接设置在压铸模具上的抽气接口和抽气线之间。

在一种优选实施方式中可这样扩展本设备：设置第一抽气线和第二抽气线，优选传感器仅设置在第一和第二抽气线之一中。通过这种结构可实现多个优点和效果。一方面，抽真空可更快速且更可靠地进行。另外当具有传感器的抽气线具有较小的抽气功率时，所呈现的流动速度较小并且流动条件和测量条件因而更加稳定。这也可实现更好的传感器响应特性或在分析测量数据时更好的数值评估。具有传感器的抽气线可被优化用于可靠的测量，而没有传感器的抽气线可被优化用于抽真空过程本身，例如尽可能快速的抽真空。

附图说明

本发明的其它特征、优点、任务和效果由下述优选实施例详细说明和附图给出。附图如下：

图1为用于说明本发明实施例的压铸设备的示意性总图；

图2为用于说明变型方案的传感器布置的示意性局部剖面图。

具体实施方式

下面借助附图详细说明优选实施例和变型方案。当然附图是纯示意性的并且可放大或以其它方式强调地示出用于说明本发明的特征，且不应为此在具体尺寸比例方面加以确定。

在图1中示意性示出具有有助于理解本发明的元件的压铸设备。为简化视图省却一些压铸设备运行所需或使用的元件。在此所描述的压铸设备是按本发明意义的设备。

根据图1的显示，压铸设备包括压铸模具1、具有活塞3的注料部2、真空分配器4和真空源5。在该图中，仅示出压铸模具1的固定侧，并且仅示意性示出注料部2的活塞3和不同的测量仪器。当然，压铸模具1可具有其它部件、如可去除且可闭合的模具部件(可动侧)、接头、测量装置、净化装置、分离剂涂覆装置、送风机等。注料部2的活塞3也可理解为压铸模具1的可动侧部件或集成在其中。注料部2也可构造为压铸模具1可动侧的唯一部件。

借助注料部2或活塞3可将液态金属注入模具中，该液态金属在压力下保持在模具中直至凝固，以便形成工件。如开头所述，在工件凝固后从模具中取出工件并且接着净化模具、用分离剂润湿模具并且必要时以压缩空气送风。在随后闭合模具后，将模具抽真空以便减小剩余湿度，之后进行下一注料以便制造下一工件。

为了将模具1抽真空，将模具与真空分配器4连接，该真空分配器本身在初级侧与真空源5连接。抽真空设备构造成两级的，这在附图中以标记I、II来表示。在第一线路I中真空分配器4在初级侧通过真空线6与真空源5连接。在真空线6中设有用于控制连接状态的阀7。另外，在真空线6中设置分离器8，以便从吸入空气中去除湿气。同样地，在线路II中设有用于连接真空分配器4与真空源5的真空线9，在该真空线中设有阀10和分离器11。真空源5例如可以是真空容器(未详细示出)，该真空容器通过真空泵(未详细示出)被朝环境空气抽真空，以便维持预定的负压。作为替换方案，可为每个线路I、II设置一个真空泵(未详细示出)，阀7、10和真空源5与未详细示出的设备控制装置连接，以便控制真空线6、9的连接状态和通过真空源5提供的负压。

在次级侧，真空分配器4在线路I中通过真空线12与真空块13连接，该真空块本身设置在压铸模具1上。另外，从真空分配器4伸出两个信号线、即控制线14和测量线15，所述线也与真空块13连接。同样地，线路II在次级侧由真空线16、真空块17、控制线18和测量线19构成。两个缆线支架20、21设置用于汇总和支撑各个线12、14～16、18和19。缆线支架20、21也可配置为接线区，分配器侧和模具侧的线12、14～16、18和19分别通入该接线区，从而在压铸装置1、2或初级侧的真空装置4～10位置移动时或在更换另一模具1时无需分离模具侧或分配器侧的连接并且因此可避免在模具1和/或真空分配器4上的接头的机械应力、密封问题或磨损现象。

湿度传感器22设置在线路II的次级侧的真空线16中。湿度传感器22设置用于测量经由真空线16抽出的空气的相对湿度。有利的是，也可设置用于测量经由真空线16抽出的空气的温度的传感器。通过参数：相对湿度rF和温度T例如也可计算绝对湿度。

另外在测量线15、19中分别设置用于测量压力的压力表23、24。

另外的测量技术设置在注料部2中。在此位移传感器25提供活塞3的进给行程s并且两个压力表26、27提供活塞3的环形室3a或金属室3b中的压力。

经由未详细标出的信号线，湿度传感器22、压力表23、24、26、27和位移传感器25与接口28连接，该接口本身与用于监控运行参数的监视器29耦合。

分配器4和接口28与未详细示出的设备控制装置连接。该设备控制装置控制或调节运行参数，如活塞压力、金属温度、真空压力等。接口28和/或监视器29可具有未详细示出的输入元件、如开关、键盘、指针等，以便为操作者提供输入规定值或操纵的可能性。通过连接湿度传感器22也可这样配置设备控制装置，以便从某一界限值起自动执行过程中断。例如可这样预先确定该界限值，使得该界限值表示一个阈值，超过该阈值时模具中的剩余湿度如此之高，以致通过铸件中的缩孔形成或者说气孔引起的质量损失预计达到不可接受的程度。

例如名称为“CON-HYTELOG-USB”的市售湿度－温度传感器已证明适合用作湿度传感器22。该传感器具有用于温度检测的精密型NTC和长期稳定的、电容性的、用于测量相对湿度的聚合物传感器并且被制造成各种配置。在第一种配置中，传感器具有10～95％之间的相对湿度测量范围且典型精确度为±3％以及-20～+60℃的温度测量范围。在第二配置中，相对湿度测量范围为0～100％且典型精确度为±2％，并且温度测量范围为-40～+80℃。在两种配置中通常相对湿度的分辨率为0.01％并且温度的分辨率为0.01K并且精确度在0～40℃之间时为±0.5K。传感器具有USB插头，用于直接连接到个人电脑上，在此供电也通过USB接口进行。为了与传感器通信，设置COM端口模拟器。传感器特性和控制的其它细节例如可由通过http:/www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/175000-199999/183018-da-01-de-FEUCHTE TEMP MESSFUEHLER EDELSTAHL USB.pdf(调取时间为2012年10月8日)提供的产品数据页得知。在该湿度传感器中响应特性已表明是特别有利的，该响应特性具有少于1秒的响应时间。响应时间在此理解为直至传感器在环境参数变化时显示出可在根据本发明的压铸设备的抽真空范畴内用于控制或调节目的的、优选稳定的输出变化所经过的时间。

当这种传感器用于压铸模具上的湿度测量系统中时，能实现剩余湿度迅速且极灵敏的识别。由此可立即对过程干扰作出反应。由此通过缩短的反馈时间减少废品并且提高压铸件的质量。另外孔隙敏感的过程、如LOS能够更容易地进行。

使用两个真空线(抽气线)12、16除了具有更高的可靠性外还具有这样的优点：不同地控制或调节第一真空线路I和第二真空线路II中的抽气功率。例如第一真空线路I可设计成用于最大抽气功率，以便能够尽可能快速地将模具1抽真空。相反，第二真空线路II设计成用于尽可能单义且快速响应的测量。

图2以示意性局部剖面图示出在图1实施例的一种修改方案中具有传感器壳体的温度传感器22的布置。

在当前变型方案中设置传感器壳体30，该传感器壳体直接安装在压铸模具1(参见图1)的第二真空线路II(参见图1)的真空块17上。更准确地说，传感器壳体30的端面30a通过第二真空线路II(参见图1)的次级侧真空线16的一个短的线段16a与真空块17的真空接口(未详细示出)连接。与之对置的端面30b与线段16b连接，该线段通往模具侧的缆线支架21(参见图1)并且构成第二真空线路II(参见图1)的次级侧真空线16的一部分。

在侧壁30c中设置旋入件31，湿度传感器22可穿过该旋入件伸入传感器壳体30的内部空间中。更准确地说，湿度传感器22具有传感器管22a和手柄22b，在手柄22b的后端部上设有接头部22c。在传感器管22a的前端部上设置具有开口22e的尖部22d，经由开口22e环境空气可接近湿度传感器22的真正的传感元件。湿度传感器22这样穿过旋入件31，使得传感器管22a沿圆周方向贴靠在旋入件31的密封装置31a上并且尖部22d完全伸入传感器壳体30的内部空间中。

在传感器壳体30的第二侧壁30d上净化喷嘴32这样旋入，使得净化剂束到达湿度传感器22的尖部22d。在批量生产运行中由铸造模具(模具1)而出的分离剂蒸汽留下蜡状残留物，该残留物借助水、必要时在添加其它合成和/或天然化学物质的情况下再次溶化。为此指出不仅纯水而且添加其它化学物质的水可理解为净化剂。该过程也必须非常快地进行，由此净化剂不会对测量造成干扰。净化喷嘴通过净化剂线33从净化剂容器37供应净化剂36，在净化剂线中设有净化剂泵34和净化剂阀35。如上所述净化剂36可以是纯水或添加有其它化学物质的水。

在传感器壳体30的第二侧壁30d上还旋入吹气喷嘴38，该吹气喷嘴也朝向湿度传感器22的尖部22d定向。借助吹气喷嘴38可在净化后以压缩空气DL吹扫湿度传感器22的尖部22d，以便尽可能降低由净化剂RM引起的测量记录中的干扰。吹气喷嘴38通过压缩空气线39从蓄压器41供应压缩空气，在压缩空气线中设有压缩空气阀40。蓄压器41由压缩机供应压缩的环境空气43并且保持预定的过压。用于调节过压的装置在附图中未详细示出并且可由技术人员根据这种或那种形式的要求毫无问题地实现。

在传感器壳体30的第三侧壁30e中设置观察窗44。该观察窗44允许操作者观察暴露于压铸模具45排出空气45下的传感器22并且对可能的污染或其它不希望的事件作出反应。

为完整起见应指出，设置在湿度传感器22手柄22b上的接头部22c在运行中可与连接线46的插头46a耦合，该连接线又可与接口28(参见图1)耦合。

在采用所示布置的情况下，在一个铸造周期结束后随着真空装置的起动在真空线16中测量剩余湿度。测量直接在模具1上进行并且测量持续时间约为1秒。短的测量时间是有利的，因为立即产生结果并且当测量结果不正常时可立即中断下一铸造周期。接着，在一个周期内借助净化剂RM和压缩空气DL再次净化传感器。

这相对于传感器响应时间较长的传统系统构成优点。这种传感器只能在稳态条件下提供可靠结果，因而需要形成参考空间，在参考空间中可进行10至30秒的无干扰测量。由于参考空间必须在抽气线中实现，所以在该时间内不能进行进一步的抽真空并且因此不能进行进一步的注料。

在上面借助优选实施例和修改和变型方案描述并且在附图中示例性且示意性地示出本发明。当然本发明不局限于所显示和描述的实施例，因为这些都仅仅用于说明和解释本发明构思。技术人员知识和技能范畴内的修改和补充也属于本发明的范围，只要它们落在所附权利要求书技术方案的文字或等效应用之中。

作为替换方案，例如也可使用具有1秒以上响应时间的传感器。在此情况下，如通过计算补偿响应特性，可获得有用的结果。例如在测量输出变化时已经提前从一阶或更高阶导数推断出测量输出的进一步发展。因此也可在一定限度内接近准连续的测量，其尤其是与参考测量相比可提前识别与正常特性的偏离。在任何情况下测量时间应低于10秒、优选远低于10秒，以便能够最佳地利用本发明装置或本发明方法的优点。

在一种未详细示出的变型方案中，湿度传感器22的尖部22d通过保护罩覆盖，该保护罩在排出空气对于测量来说最佳的入流方面被优化。保护罩例如可提前集成在传感器壳体30的一个侧壁中或可事后通过观察窗44开口进行安装。

在另一种修改方案中，例如短的线段16a被缩短为旋入传感器壳体30端壁30a中的旋入管接头，借助该旋入管接头传感器壳体30可作为整体被旋拧到真空块17上。更进一步地，真空块17可与传感器壳体30集成，这进一步简化结构。

在一种未详细示出的变型方案中，设置用于将来自另一容器的化学物质混入净化剂线33(参见图2)中的混合装置。

线46也可在没有插塞连接装置的情况下直接安装到手柄22b上。

本发明也可用于仅具有真空线或者说抽气线的设备中。

附图标记列表

1   压铸模具(固定侧)

2   注料部

3   注料筒体

3a  环形室

3b  金属室

4   真空分配器

5   真空源

6   真空线(初级I)

7   真空阀(初级I)

8   分离器(初级I)

9   真空线(初级II)

10  真空阀(初级II)

11  分离器(初级II)

12  真空线(次级I)

13  真空块(次级I)

14  控制线(次级I)

15  测量线(次级I)

16  真空线(次级II)

16a 短的线段

16b 线段

17  真空块(次级II)

18  控制线(次级II)

19  测量线(次级II)

20  缆线支架(分配器侧)

21  缆线支架(模具侧)

22  湿度传感器

22a 传感器管

22b 手柄

22c 接头部

22d 尖部

22e 开口

23  压力表(次级I)

24  压力表(次级II)

25  位移传感器(注料部)

26  压力表(环形室)

27  压力表(金属室)

28  接口

29  监视器

30  传感器壳体

30a、30b 端壁

30c、30d、30e 侧壁

31  旋入件

31a 密封装置

32  净化喷嘴

33  净化剂线

34  净化剂泵

35  净化剂阀

36  净化剂容器

37  净化剂

38  吹气喷嘴

39  压缩空气线

40  压缩空气阀

41  蓄压器

42  压缩机

43  环境空气

44  观察窗

45  排出空气

46  测量线

46a 插头

rF  以百分比表示的相对湿度

s   行程

I   第一真空线路

II  第二真空线路

COM (串联)通信接口

DL  压缩空气

PC  个人电脑(工作站计算机)

RM  净化剂

T   温度

USB 通用串行总线

上述附图标记列表是说明书的一体的组成部分。

Claims (15)

1.用于借助压铸模具制造压铸件的方法，其中，抽出压铸模具中包含的空气并且测量在抽出空气中包含的湿度，其特征在于，在抽气期间测量湿度。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，附加地测量抽出空气的温度和/或压力。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，借助测得的抽出空气特性控制和/或调节本方法的过程参数。

4.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述测量在压铸模具附近进行。

5.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，为了测量而确定出定义的测量时间，该测量时间小于10秒、优选约为1秒或更少。

6.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，所述测量连续地进行。

7.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，在两次测量时间之间、优选在一个铸造周期内至少一次净化用于检测测量特性的传感器，优选用净化剂喷洒传感器并且特别优选在喷洒之后用压缩空气吹扫传感器。

8.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，抽气通过与真空源连接进行。

9.用于制造压铸件的设备，所述设备包括压铸模具、用于抽出在压铸模具中的空气的抽气装置、至少一个用于检测抽出空气的湿度的传感器以及用于控制所述设备的控制装置，其特征在于，所述设备构造和设计成用于实施根据上述权利要求之一的方法。

10.根据权利要求9的设备，其特征在于，所述传感器具有少于1秒的响应时间。

11.根据权利要求9或10的设备，其特征在于，所述传感器设计成用于检测相对湿度和/或温度。

12.根据权利要求9至11之一的设备，其特征在于，所述传感器设置在抽气线中、优选在压铸模具上的接口附近或直接设置在该接口上。

13.根据权利要求9至12之一的设备，其特征在于，在传感器上设置保护罩，该保护罩优选在入流方面被优化。

14.根据权利要求9至13之一的设备，其特征在于，所述传感器安装在具有观察窗的壳体中。

15.根据权利要求9至14之一的设备，其特征在于，设置第一抽气线和第二抽气线，优选传感器仅设置在第一和第二抽气线之一中。