CN104923661B - 组合模具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

在一个或多个实施例中，组合模具包括限定突起并且包括第一金属的模具面以及支承模具面的模具基座，模具基座包括壳体、位于壳体内并与突起接触的第一填充物以及加固壳体的桥式组件，壳体包括不同于第一金属的第二金属。

Description

组合模具及其制造方法

技术领域

本发明的构思总体涉及组合模具及其制造方法。

背景技术

金属板成型工艺利用在各种行业中，包括那些用于汽车和航空航天产品、医疗设备、消费电器以及饮料容器。传统的金属板成型工艺通常利用一组模具在机械力作用下给出金属板三维(3D)形状。对于特定的大批量生产而言，为了强度和持久性，模具可以由铸铁或铸钢制成。在生产例如样品的少量金属板件时，为了节约成本通常利用锌合金模具或锌模具。但是，锌合金或锌模具仍需设计、铸造、加工和组装。这些处理仍然是昂贵的；但也仍需要少量生产以做出特定少量的金属板件。

发明内容

在一个或多个实施例中，组合模具包括限定突起并且包括第一金属的模具面，和支承模具面的模具基座，模具基座包括壳体、位于壳体内并支承突起的第一填充物以及加固壳体的桥式组件，壳体包括不同于第一金属的第二金属。在特定的情况下，第一填充物与突起直接接触。

模具基座可以进一步包括不同于第一填充物的第二填充物。第一填充物在成分上不同于模具表面或壳体。第一填充物可以包括不同于第一或第二金属的第三金属。

组合模具可以进一步包括接触模具基座的导热管道单元。导热管道单元可以包括与模具面和模具基座中的至少一个的对应形状相符的适形管道部分。

突起可以包括彼此分隔开的第一和第二突起。第一突起可以沿第一方向突出，第二突起可以沿不同于第一方向的第二方向突出。在特定的情况下，第一突起是凹形并且向壳体突出，第二突起是凸形并且突出远离壳体。

壳体可以包括多个侧壁以及与多个侧壁相连接的底板。多个侧壁中的至少两个在尺寸上彼此不同。

在另一个或多个实施例中，组合模具包括限定突起的模具面、支承模具面的模具基座，模具基座包括壳体、位于壳体内并且与突起接触的填充物以及与模具基座接触的导热管道单元。

在另一个或多个实施例中，组合模具包括包含了三维自由形状并且限定第一和第二突起的模具面、支承模具面的模具基座——模具基座包括壳体、与壳体和第一突起接触的第一填充物、支承壳体和第二突起的第二填充物以及加固壳体的桥式组件——以及支承模具基座并且包括与模具面和模具基座中的至少一个的对应形状相符的适形管道部分的导热管道单元。

根据本发明，提供一种组合模具，包括：

限定突起并且包括第一金属的模具面；以及

支承模具面的模具基座，模具基座包括带有不同于第一金属的第二金属的壳体、位于壳体内并与突起接触的第一填充物以及加固壳体的桥式组件。

根据本发明的一个实施例，进一步包括与模具基座接触的导热管道单元。

根据本发明的一个实施例，其中导热管道单元包括与模具面和模具基座中至少一个的对应形状一致的适形管道部分。

根据本发明的一个实施例，其中突起包括彼此分隔开的第一突起和第二突起。

根据本发明的一个实施例，其中模具基座进一步包括在成分上不同于第一填充物的第二填充物，第一填充物支承第一突起，第二填充物支承第二突起。

根据本发明的一个实施例，其中第一突起沿第一方向突出，以及第二突起沿不同于第一方向的第二方向突出。

根据本发明的一个实施例，其中模具面包括通过渐进成型产生的三维金属自由形状。

根据本发明的一个实施例，其中第一填充物包括不同于第一或第二金属的第三金属。

根据本发明的一个实施例，其中壳体包括多个侧壁以及与多个侧壁相连接的底板。

根据本发明的一个实施例，其中多个侧壁中至少两个在尺寸上彼此不同。

根据本发明，提供一种组合模具，包括：

限定突起的模具面；

包括填充物和支承模具面的模具基座；以及

与模具基座接触的导热管道单元。

根据本发明的一个实施例，其中导热管道单元包括与模具面和模具基座中的至少一个的对应形状一致的适形管道部分。

根据本发明的一个实施例，其中模具面包括第一金属以及壳体包括不同于第一金属的第二金属。

根据本发明的一个实施例，其中突起包括彼此分隔开的第一突起和第二突起。

根据本发明的一个实施例，其中第一突起沿第一方向突出，以及第二突起沿不同于第一方向的第二方向突出。

根据本发明的一个实施例，其中填充物包括支承第一突起的第一填充物以及支承第二突起的第二填充物，第一填充物和第二填充物在成分上不同。

根据本发明的一个实施例，其中第一填充物包括不同于第一或第二金属的第三金属。

根据本发明的一个实施例，进一步包括封闭填充物的壳体，壳体包括多个侧壁以及与多个侧壁相连接的底板。

根据本发明的一个实施例，其中多个侧壁中的至少两个侧壁在尺寸上彼此不同。

根据本发明，提供一种组合模具，包括：

模具面，其包括限定第一和第二突起的三维自由形状；

支承模具面的模具基座，模具基座包括壳体、与壳体以及第一突起接触的第一填充物、与壳体以及第二突起接触的第二填充物以及加固壳体的桥式组件；以及

导热管道单元，其与模具基座接触并且包括与模具面以及模具基座中的至少一个的对应形状一致的适形管道部分。

上述优势以及其他优势以及特征在下面实施例的详述与附图结合时会显而易见。

附图说明

为了更全面地理解本发明的实施例，应当参照在附图中详细描述以及以下以举例的方式说明的实施例，其中：

图1A说明性地示出了根据本发明的一个或多个实施例的组合模具；

图1B说明性地示出了参考图1A中组合模具的局部视图；

图1C说明性地示出了参考图1A中组合模具的另一局部视图；

图1D说明性地示出了参考图1A中组合模具的另一视图；

图2A说明性地示出了根据本发明的另一个或多个实施例的组合模具；

图2B说明性地示出了参考图2A中组合模具的局部视图；

图2C说明性地示出了参考图2A中组合模具的另一局部视图；

图3A-3I说明性地示出了参考图2A、2B和/或2C中的组合模具的非限制性制作工艺的各种视图；

图4说明性地示出了参考图3A-3H中的工艺的框图；以及

图5说明性地示出了参考图1A或图2A中组合模具的模具面的非限制性制作工艺的视图。

具体实施方式

如图所述，相同的附图标记指的是相同的组件。在下面的说明中，各种操作参数以及组件用于说明不同构造的实施例。这些特定的参数和组件被包括，其作为示例而并非限制的意思。

本发明的构思认为是克服了与用于相对少量生产的金属模具的已知制造相关的一个或多个问题。尤其地，根据本发明在一个或多个实施例中的金属模具在无需对所涉及产量而言成本昂贵并且消耗时间的铸造或表面加工的情况下便可以形成。

本发明在一个或多个实施例中提供了利用渐进成型的功能面作为模具表面并且粘结有支承结构的组合模具。因此，所提供的组合模具认为是提供了相对高的工艺灵活性、高能效、相对低的投资成本、相对高的时间效率和/或消除了对于大量模具铸造和加工的需求。

在一个或多个实施例中，如图1A到1C(或2A到2C)所示，组合模具100(或200)包括限定突起112(或212)并含第一金属的模具面102(或202)、支承模具面102(或202)并包括壳体114(或214)的模具基座104(或204)、位于壳体114(或214)内并且支承突起112(或212)的第一填充物134(或234)以及加固壳体114(或214)的桥式组件124(或224)，壳体114(或214)包括不同于第一金属的第二金属。

参照图1A中的组合模具100与参照图2A中的组合模具200之间的明显不同包括整体形状的不同。以举例的方式，参照图1A中的组合模具100具有总体为圆形或椭圆形的横截面。类似地，参照图2A中的组合模具200具有总体为方形或矩形的横截面。在图1A和图2A中所示的组合模具100、200的整体形状仅为说明的目的示出，并且它们可以是任何合适的几何规则或不规则的形状。

根据本发明的一个或多个实施例，在代表组合模具100(或200)时所用的词语“组合”指的是每一个模具面102(或202)和模具基座104(或204)都单独地制作，随后连接到一起形成组合模具100(或200)的结构。因此，组合模具100(或200)表示了其结构以及成形方法上与一些现存的由整体式固体形成的模具设计的背离。在这方面以及本发明其他地方所述，本发明的一个或多个实施例在提供相对提高的设计以及制造灵活性上是有优势的。例如，填充物材料的成分可以根据特定的近期项目需求而定制，以提供模具基座内的填充物材料的策略布局以及由此产生的组合模具强度的优化。

组合模具100(或200)可与具有相配的表面形状的另一个组合模具结合使用，以便可以形成所需形状的位于两个相配组合模具之间的空处。在这方面，组合模具100(或200)可以视为是一套模具中的匹配的一半公模或母模。

虽然组合模具100(或200)仅示为带有单独就位的突起112(或212)，但突起112(或212)的数量和形状可以根据给予空处所需的形状而变化。以举例的方式，如图1D中所示出的，突起112可以包括第一突起112a和第二突起112b，二者彼此分隔开，给出特定的三维形状从而在空处产生工件。也可能的是，每一个第一和第二突起112a、112b沿不同的方向突起。以举例的方式，如图1D所示，第一突起112a可以沿例如朝向壳体114或壳体114的底板154的方向的第一方向突起，并且第二突起112b可以沿例如远离壳体114或壳体114的底板154的方向的第二方向突起。

壳体114(或214)可以配置为限定容纳模具面102的突起112的空腔。为了给模具面102所需的耐久性水平，将第一填充物134(或234)和/或桥式组件124(或224)结合到壳体114(或214)以提供结构加固。

本发明的一个或多个实施例的优势在于，其壳体114(或214)通过相对便宜和/或容易加工的材料构造。模具面102(或202)在金属成分上可以不同于壳体114(或214)。尤其地，模具102(或202)可以由相对贵重的适应特定冲压需求的金属而形成。但是，由于仅有组合模具100(或200)的模具面102(或202)需要包括或由相对贵重的金属形成，而并非是组合模具的整个体积，由此产生的组合模具100(或200)可以提供相对更好的设计灵活性和更好的成本效益。

回到图1D，模具基座104可以进一步包括可选地不同于第一填充物134的第二填充物144。这种设计在适应尤其针对第一和第二突起112a和112b的变化的加强需求是尤其有用的。在这方面以及本发明其他地方所述的，第一填充物134可以是适合第一突起112a所给的特定形状的特定质地和强度的材料。同样地，第二填充物144可以是适合第二突起112b所给的特定形状的特定质地和强度的材料。因此，这种配置适应了模具基座内变化的填充物材料的组合放置，并且为强度和/或刚性需求提供了设计自由。在任何情况下，第一和第二填充物134、144在成分上都可以是任何合适的材料，此处非限制性的示例包括聚合物、水泥、玻璃、织物、金属或金属合金。在第一和/或第二填充物134、144包括金属的情况下，该金属可以不同于模具面102(或202)和/或壳体114(或214)中所包括的金属。

回到图1C和图2C，组合模具100(或200)还可以包括与模具基座104(或204)接触的导热管道单元116(或216)。导热管道单元106(或206)有助于为模具面102(或202)提供加热或冷却，尤其是冷却，在主动冲压工艺中增加或移除热能。本发明的一个或多个实施例的优势在于，其可以在传统管道通过钻枪难以达到的区域为组合模具100(或200)提供加热或冷却。此处在图1C和图2C中示意性示出，管道单元106(或206)可以包括例如图1C所示适形管道部分116的转弯，其与至少一个模具面102和模具基座104的形状一致，从而在模具基座内提供相对提高的冷却单元的几何一致性。在由金属固体制成的特定传统模具中可能无法实现这样适形的管道结构，其孔或管道需要枪钻并且由此产生的管道结构形状和复杂性是有限的。这种配置在需要冷却的情况下——例如热成型、热冲压和/或注射成型的——是尤其有用的。

可以提前利用任何合适的管道成型技术构造导热管道单元106(或206)并后续放置到壳体114(或214内)。导热管道单元106可以包括任何形状或尺寸的管道，其可以彼此连接或分开。导热管道单元106可以采用壳体114(或214)常规的内部形状，例如图1C和图2C中所示的螺旋状适形单元。

虽然组合模具100(或200)示为带有壳体114(或214)，但壳体并非必须的。例如，当形成模具基座的包含物可以固化和硬化便可以变成模具基座而无需壳体时是实用的。但是，在采用了壳体的情况下，壳体114(或214)可以由连续的材料片形成，从而得出如图1A所示的圆柱形。可选地，壳体114(或214)可以由多个侧壁264a、264b和底板254(或154)形成，底板254(或154)连接到多个侧壁。当需要的时候，多个侧壁中的任意两个——例如侧壁264a、264b——尺寸可以彼此不同。这在适应模具面102(或202)给出的特定形状和设计时是有用的。

基于图4、图3A到3I示出了非限制性程序400，通过该程序形成了组合模具200。基于图3A，在步骤402中，高硬度、高耐磨金属片渐进地成型从而产生了带有特定成型公差和表面光洁度的模具面几何形状。可以采用可选的步骤用于进一步热处理成型的模具面，从而提高其强度或者其他所需的性能属性。

基于图3B，在步骤404中，切割和/或加工金属板从而形成模具壳体的侧面和/或底板。

基于图3C，在步骤406中，可以钻孔和攻螺纹，组装这些板从而形成模具壳体。组装步骤可以利用紧固件和/或焊接来辅助。

基于图3D，在步骤408中，例如桥式组件和参照图1B和图2B中的填充物的特定加固材料可以增加到模具壳体，从而增加整个模具的强度以及刚性。该步骤对于中型或大尺寸的模具尤其有利。

基于图3E，在步骤410中，通过包括任何合适的粘接剂、钨极惰性气体保护焊(TIG)/金属惰性气体保护焊(MIG)、钎焊和/或恢复和螺钉的任何合适的方法将模具面接到模具壳体上。

基于图3F，在步骤412中，柔性夹具可用于固定地保持模具壳体或支承模具面上的树脂填充物的重量，同时保持成型公差。典型的柔性夹具可以通过组装多针床(pin beds)而构造。可选地，可以利用加工形成与模具面形状一样的形状来代替针床组件，从而支承模具面上的负荷。在这个步骤中，模具总成放置于夹具上，三维自由形状的模具面放在针床上。相应地，可以支承模具壳体并且固定模具壳体的侧面。

基于图3G，在步骤414中，在模具型腔内引入例如参照图1B和图2B中填充物的填充物。如此处以及其他地方所述，填充物可以是任何合适的材料，此处非限制性示例包括带有或不带钢粒的高密度环氧树脂。

进一步基于图3H，在步骤416和418中，固化整个模具总成并且将底板固定到模具壳体上，从而完成了模具总成的形成。

回到图1A图2A和图3A，模具面102(或202)可以渐进成型，通过图5的500总体上示出的系统来限定例如突起112a、112b的一个或多个突起。因此所形成的模具面可以称为三维自由形状。如此处或其他地方所述的，模具面102(或202)可以由具有所需成型特征的任何合适的一种或多种材料形成，例如金属、金属合金、聚合物材料或他们的组合。在特定的设计中，模具面102(或202)可以由金属板提供。模具面102(或202)可以提供在总体上是平面或至少部分地在非平面配置中预成型的初始配置中。

在渐进成型中，模具面102(或202)通过一系列的小增量变形而形成所需的配置。可以通过沿着或对着模具面102(或202)的一个或多个表面移动一个或多个工具来提供小增量变形。工具移动可以沿着预设或编程的路径发生。此外，可以基于测量的反馈——例如通过测压元件——而实时自适应编程工具的移动路径。因此，随着至少一个工具移动并且不会将材料从模具面移除的情况下，在增量中可以发生渐进成型。这样的系统500在美国专利号为8322176，名称为“用于渐进成型工件的系统和方法”，授权公开日期为2012年12月4日的专利中说明了更多细节，此处通过参考的方式将其全部引入。下面提供了系统500一些组件的简要总结。

系统500可以包括多个促进模具面102(或202)成型的组件，例如第一机械手(manipulator)522、第二机械手524以及控制器526。

提供机械手522、524用于定位第一和第二成型工具532、532'。第一和第二机械手522、524可以具有多个自由度，例如六足型机械手可以具有至少六个自由度。机械手522、524可以配置为沿例如在不同正交方向如X、Y和Z轴延伸的多个轴移动相关的工具。

成型工具532、532'可以分别容纳在第一和第二工具保持器534、534'内。在一个或多个实施例中，第一和第二工具保持器534、534'可以安置在主轴上并且配置为绕相关的转动轴线转动。

成型工具532、532'可以在不移动材料的情况下施加力，从而形成模具面102(或202)。成型工具532、532'可以具有任何合适的几何形状，包括但不限于，平面、曲面、球面或圆锥面或这些形状的组合。

可以提供用于控制系统500的操作的一个或多个控制器526或控制模块。控制器526可以适应接收计算机辅助设计(CAD)或坐标数据并且提供计算机数字控制(CNC)以形成设计规格的模具面102(或202)。此外，控制器526可以监测和控制测量系统的操作，在成型过程中提供该系统用于监测模具面102(或202)的尺寸特征。

如本发明所述，在一个或多个实施例中，本发明克服了在相对少量生成时为了获得成本和/或劳动效率而定制的金属模具已知生产所面临的挑战。但是，本领域的技术人员从这样的说明以及附图和权利要求中可以知道，在不脱离由下述权利要求所限定的本发明的真实精神以及等同范围的情况下，可以对权利要求作出各种改变、改进以及变形。

Claims (7)

1.一种组合模具，包括：

限定彼此分隔开的第一突起和第二突起并且包括第一金属的模具面；以及

支承模具面的模具基座，模具基座包括带有不同于第一金属的第二金属的壳体、位于壳体内并与第一突起接触且支承第一突起的第一填充物、在成分上不同于第一填充物且支承第二突起的第二填充物以及加固壳体的桥式组件。

2.根据权利要求1所述的组合模具，进一步包括与模具基座接触的导热管道单元。

3.根据权利要求2所述的组合模具，其中导热管道单元包括与模具面和模具基座中的至少一个的对应形状一致的适形管道部分。

4.根据权利要求1所述的组合模具，其中第一突起沿第一方向突出，以及第二突起沿不同于第一方向的第二方向突出。

5.根据权利要求1所述的组合模具，其中模具面包括通过渐进成型产生的三维金属自由形状。

6.根据权利要求1所述的组合模具，其中第一填充物包括不同于第一或第二金属的第三金属。

7.根据权利要求1所述的组合模具，其中壳体包括多个侧壁以及与多个侧壁相连接的底板。