CN108463565A - 制造用于压铸工艺的模具的销的方法 - Google Patents
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Abstract
制造用于模具(28)的销(46)的方法包括形成所述销(46)以包括贯通所形成的销(46)的整个结构的基本上均匀的初始硬度。然后用硬化工艺处理所形成的销(46)，使得所处理的销(46)呈现一硬度，所述硬度限定从所述销的中心内部区域(56)的初始硬度逐渐增加到所述销(46)的外表面(60)的增加的表面硬度的硬度梯度。在用所述硬化工艺处理所述销(46)之后，可以用物理气相沉积工艺将涂层(64)沉积在所述销(46)的外表面(60)上。所述涂层呈现的硬度大于所述销的外表面的增加的表面硬度的硬度。所述销(46)可以包括例如芯销、挤压销或顶出销。
Description
技术领域
本公开总体上涉及制造用于压铸工艺的模具的销的方法。
背景技术
压铸模具主要包括具有第一模半和第二模半的模组。第一模半和第二模半彼此相对，并且一起配合以形成模具，该模具限定第一模半和第二模半之间的铸造腔。将熔融金属引入铸造腔中，并且一旦固化，就形成铸造部件。模具可以包括一个或多个不同的模具销。不同类型的模具销可以包括例如芯销、挤压销或顶出销。例如，模具可以包括顶出销，用于从铸造腔中顶出铸造制品。模具销的另一个实施例可包括用于在铸造部件中形成空隙(例如，孔、孔口、孔径等)的芯销。芯销附接到多个半模中的一个，并延伸到铸造腔中。熔融金属围绕芯销流动，并且当模具组打开时，通过顶出销将铸造部件从模具中取出时，芯销将在铸造部件中留下期望的空隙。此外，模具可包括用于局部压缩的挤压销，以消除具有复杂形状和/或厚壁区域的铸件中的孔隙率。模具可以配备几种不同类型的模具销，包括但不限于芯销、顶出销和/或挤压销。
模具中使用的销通常包括明显小于模具的生命周期。当销断裂或以其他方式失效时，它将在模具中被更换。更换销需要大量的模具停机时间，并且需要重新加热模具。重新加热模具包括运行几次铸造材料穿过模具，铸造材料然后成为废料。
发明内容
提供了一种制造用于压铸工艺的模具的销的方法。所述方法包括由金属材料形成所述销以限定期望的形状。所述销形成为包括贯通所形成的销的整个结构的基本上均匀的初始硬度。然后用硬化工艺处理所形成的销，使得所处理的销呈现一硬度，所述硬度从所述销的中心内部区域的初始硬度逐渐增加到所述销的外表面的增加的表面硬度。
还提供了一种制造用于压铸工艺的模具的方法。所述方法包括由金属材料形成销以限定期望的形状。如所形成的，所述销包括贯通所形成的销的整个结构的基本上均匀的初始硬度。然后用硬化工艺处理所形成的销，使得所处理的销呈现一硬度，所述硬度限定从所述销的中心内部区域的初始硬度逐渐增加到所述销的外表面的增加的表面硬度的硬度梯度。在用所述硬化工艺处理所述销之后，可以用物理气相沉积工艺将陶瓷涂层沉积在所述销的外表面上。所述陶瓷涂层呈现的硬度大于所述销的外表面的增加的表面硬度的硬度。然后将所述销附接到第一模半,其与第二模半配合以形成限定所述压铸工艺的铸造腔的所述模具。
因此，销以增加销的硬度的方式制造，从而增加其耐用性和寿命周期，而不会使其过度脆弱。
从以下结合附图进行教导的最佳模式的详细描述中，本教导的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是压铸工艺的示意性横截面图，示出了具有第一模半和第二模半的模具。
图2是在销已经初始形成之后销的示意性横截面图，其示出了贯通整个销的均匀硬度。
图3是在用硬化工艺处理销之后销的示意性横截面图，其示出了销的中心区域和销的外表面之间的硬度梯度。
图4是涂层已经涂覆到经处理的销之后销的示意性横截面图。
图5是第一模半的放大示意性横截面图，其示出了销。
具体实施方式
本领域的普通技术人员将认识到，诸如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等的术语被描述性地用于附图，并不代表由所附权利要求限定的对本公开的范围的限制。此外，如本文所述，本教导可以在功能和/或逻辑块部件和/或各种工艺步骤的方面被描述。应该认识到，这样的块部件可以包括配置为执行特定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件。
参照附图，其中在几个视图中相同的附图标记表示相同的部件，压铸系统被示意性地以20示出。压铸系统20用于铸造制品30。尽管压铸系统20可以与任何合适的材料一起使用，但是压铸系统20特别适合于由金属(例如钢、铝或镁)铸造制品30。
参照图1，压铸系统20包括模组22。模组22包括彼此相对以形成模具28的第一模半24和第二模半26。第一模半24和第二模半26中的一个可以被称为移动模，另一个可以被称为固定模。如图所示，第一模半24是移动模，第二模半26是固定模。然而，应该理解的是，每个(模半)的相对位置可以颠倒，使得第一模半24是固定模，第二模半26是移动模。在铸造过程期间，移动模移入和移出与固定模的接合以释放形成的制品30。
第一模半24和第二模半26一起配合以在其之间限定铸造腔32和门腔34。铸造腔32形成制品30的形状。门腔34形成用于将熔融材料供给到铸造腔32中的体积。门腔34可以以任何合适的方式形成以将熔融材料适当地供给到铸造腔32中。因此，铸造腔32和门腔34两者的形状和取向将取决于待铸造的制品30的特定形状。
压铸系统20还包括熔体注射系统36。熔体注射系统36设置为与门腔34流体连通。熔体注射系统36可操作为将熔融材料引入门腔34中，并由此引入铸造腔32中。熔体注射系统36可以以能够将熔融材料引入门腔34中的任何合适的方式配置。例如，熔体注射系统36可以包括设置成与门腔34流体连通的压铸套筒38。压铸套筒38限定分级体积，并且可操作为通过压铸套筒38中的开口40将一定量的熔融材料接收到分级体积中。柱塞42可移动以穿过压铸套筒38的分级体积。柱塞42可操作为迫使压铸套筒38的分级容积中的熔融材料进入门腔34中，然后进入铸造腔32中。柱塞42可连接到致动器44并由致动器44提供动力，致动器44例如但不限于液压油缸或其他类似的线性致动器44。
第一模半24和/或第二模半26中的一个或两个可以包括一个或多个销46。销46可以包括但不限于芯销、挤压销或顶出销中的一种。如图所示，第一模半24包括销46。尽管仅示出了一个销46，但应该理解，模组22可以包括多个销46。此外，虽然图中所示的示例性实施例包括示出为附接至第一模半24的销46，但应该理解的是，销46可以替代地附接到第二模半26，或者模组22可以包括多个销46，其中一些销46附接到第一模半24，并且其余销46附接到第二模半26。销46附接到第一模半24并由第一模半24支撑，并且销46延伸到铸造腔32中。如本领域中已知的，注入到铸造腔32中的熔融材料围绕销46流动，使得销46在铸造制品30中形成空隙48。
下面描述制造用于压铸工艺的模具28的方法，特别是制造用于压铸工艺的模具28的销46的方法。参照图2，该方法包括由金属材料形成销46以限定期望的形状。优选地，销46由工具钢或高合金钢形成。然而，应该认识到，销46可以由适合在模具28内部使用的一些其他材料形成。销46的形状可以变化，并且取决于必须在铸造制品30中形成的空隙48的期望形状。例如，如果销46要在铸造制品30中形成圆柱形孔，则销46可以形成为包括相应的长形圆柱形。然而，应该理解的是，销46的形状可以不同于本文所述和附图中所示的示例性圆柱形，并且可以包括一些其他形状。
销46形成为包括贯通所形成的销46的整个结构的基本上均匀的初始硬度。换句话说，在销46的初始形成之后，销46的硬度贯通销46的整个长度和横截面上基本相同。销46的均匀的初始硬度通常由贯通图2所示横截面的一致的阴影表示。销46的初始硬度可以根据用于形成销46的特定材料而变化。例如，在示例性实施例中，销46可以包括在洛氏硬度测试限定的HRC20和HRC50的范围之间的初始硬度。
为了增加销46的耐用性，所形成的销46用硬化工艺处理。参照图3，处理的销46呈现一硬度，该硬度限定了从销46的中心内部区域56处的初始硬度逐渐增加至销46的外表面60处的增加的表面硬度58的硬度梯度。中心区域56的初始硬度通常由均匀阴影50表示，而定义硬度梯度的销46的增加的硬度通常由可变密度阴影52表示。因此，硬度梯度是销46的硬度随着距销46的中心区域56的距离的增加而增加。距销46的中心区域56越远，硬度值越高。梯度线54表示硬度梯度，并且表示销46的硬度从初始硬度增加到增加的表面硬度58。销46的硬度梯度结构显着改善了压铸过程期间的销46的刚度和疲劳寿命，从而增加了销46的寿命周期。
中心区域56可以限定为销46的中心纵向轴线62，使得硬度梯度在中心纵向轴线62处开始，并且随着距中心纵向轴线62的径向距离的增加而增加。替代地，中心区域56可以限定销46的体积或部分，其沿着销46的中心纵向轴线62居中定位。换句话说，中心区域56可以包括由销46的长度限定的体积和从销46的中心纵向轴线62测量的径向距离。如果中心区域56限定体积，如图中所示，应该理解的是，销46通过整个中心区域56的硬度不受硬化工艺的显著影响，并且中心区域56中的销46的硬度基本以销46的初始硬度保持恒定。销46的一个示例性实施例包括中心区域56，其最大体积在销46的总体积的0％和30％之间。
应当理解的是，根据硬度梯度，通过硬化工艺增加了销46的不属于中心区域56的部分的硬度，从而使得销46的外表面60呈现出的硬度等于增加的表面硬度58。在一个示例性实施例中，销46的外表面60处的增加的表面硬度58在由洛氏硬度测试限定的HRC40和HRC55的范围之间。
用于处理销46的硬化工艺可包括能够增加硬度并在销46中产生硬度梯度的任何工艺。例如，硬化工艺可包括但不限于氮化热处理工艺(Nitriding heat treatment)或强烈变形工艺(severe deformation process)。
如本领域中已知的，氮化是一种热处理工艺，其将氮扩散到金属的表面中以形成表面硬化的表面。氮可以经由气体氮化工艺、盐浴氮化工艺或等离子体氮化工艺扩散到金属的表面中。气体氮化工艺非常适合用于硬化销46，并在本文中简要描述。气体氮化工艺包括加热工件，并使氨(NH3)气与工件接触。当氨气与加热的工件接触时，氨气分解成氮气和氢气。然后氮气扩散到材料表面上，形成氮化物层。虽然本文已简要描述了气体氮化工艺，但应该使用其他氮化工艺来硬化销46并在销46中形成硬度梯度。
用于硬化销46并在销46中形成硬度梯度的强烈变形工艺可包括对销46施加高压以将销46的颗粒压缩成硬度梯度的任何工艺。例如，强烈变形工艺可包括但不限于高能爆破工艺或磨削工艺。高能爆破工艺可以包括用钢球以高速爆破销46，以压缩销46的颗粒。磨削工艺可包括在压力下施加的表面磨削工艺。
参照图4，一旦加工销46以增加销46的硬度并在销46中形成硬度梯度，就可以将涂层64沉积在销46的外表面60上。涂层64可以以任何合适的方式涂覆。例如，涂层64可以使用物理气相沉积工艺来涂覆。涂层64呈现的硬度大于销46的外表面60的增加的表面硬度58的硬度。涂层64的硬度通常用阴影66表示。优选地，涂层64包括陶瓷涂层64。然而，应该理解的是，涂层64可以包括本文未具体公开的一些其他材料，其呈现的硬度大于销46的增加的表面硬度。在示例性实施例中，涂层64呈现出大于洛氏硬度测试限定的HRC80的硬度。
物理气相沉积工艺包括各种用于将蒸发形式的涂层64材料的冷凝的薄膜沉积到工件上以形成涂层64的真空沉积方法。物理气相沉积工艺是本领域技术人员已知的，因此本文不再详细描述。
如果销46要使用气体氮化热处理工艺进行加工，则销46必须放置在腔室中。腔室可操作为密封销46使得销46可经受氨气。如果销46包括使用物理气相沉积工艺涂覆的涂层64，则可以预期物理气相沉积工艺可以在与用于进行气体氮化热处理工艺的相同腔室中与销46一起进行，而无需从腔室中取出销46。因此，该腔室都可用于进行气体氮化热处理工艺和物理气相沉积工艺。为此，将形成的销46放入腔室中，并且加工以硬化销46并使用气体氮化热处理工艺在销46中形成硬度梯度，然后在从腔室中取出销46之前，使用物理气相沉积工艺将涂层64涂覆到销46。
参照图5，一旦销46已经被处理以增加销46的硬度并形成硬度梯度，并且涂层64已经被涂覆(如果期望的话)，则销46被附接到相应的模半，即第一模半24或第二模半26中的一个。如上所述，销46连接到其中一个模半，并延伸到模具28的铸造腔32中，使得熔融材料可以围绕销46流动，从而一旦凝固就在铸造制品30中形成空隙48。销46可以以任何合适的方式附接到第一模半24。本领域技术人员熟悉用于将销46附接到模半的方法。因此，本文不详细描述将销46附接到第一模半24的具体过程。
具体实施方式和附图是本公开的支持和描述，但是本公开的范围仅由权利要求限定。尽管已经详细描述了用于执行所要求保护的教导的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本公开的各种替代设计和实施例。
Claims (20)
1.一种制造用于压铸工艺的模具的销的方法，所述方法包括：
由金属材料形成所述销以限定期望的形状，使得所述销包括贯通所形成的销的整个结构的基本上均匀的初始硬度；以及
用硬化工艺处理所形成的销，使得经处理的销呈现一硬度，所述硬度从所述销的中心内部区域处的初始硬度逐渐增加到所述销的外表面处的增加的表面硬度。
2.如权利要求1所述的方法，还包括用物理气相沉积工艺在所述销的外表面上沉积涂层，其中所述涂层呈现的硬度大于所述销的外表面的增加的表面硬度的硬度。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述涂层是陶瓷涂层。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述涂层呈现的硬度大于洛氏硬度测试限定的HRC80。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述销的初始硬度在洛氏硬度测试限定的HRC20和HRC50的范围之间。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述销的增加的表面硬度在洛氏硬度测试限定的HRC40和HRC55的范围之间。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述销的中心区域包括所述销的总体积的0％和30％之间的最大体积。
8.如权利要求1所述的方法，其中用硬化工艺处理所形成的销进一步限定为用氮化热处理工艺处理所形成的销。
9.如权利要求8所述的方法，还包括在所述氮化热处理工艺之后用物理气相沉积工艺在所述销的外表面上沉积涂层，其中所述涂层呈现的硬度大于所述销的外表面的增加的表面硬度的硬度。
10.如权利要求9所述的方法，还包括在用氮化热处理工艺处理所形成的销之前，将所形成的销放置在腔室中。
11.如权利要求10所述的方法，其中用所述氮化热处理工艺处理所形成的销和在所述氮化热处理工艺之后将所述涂层沉积在所述销的外表面上的所述步骤二者在所述销在所述腔室中的情况下进行。
12.如权利要求1所述的方法，其中用硬化工艺处理所形成的销进一步限定为用强烈变形工艺处理所形成的销。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述强烈变形工艺包括高能爆破工艺或磨削工艺中的一个。
14.如权利要求12所述的方法，还包括在所述强烈变形工艺之后用物理气相沉积工艺在所述销的外表面上沉积涂层，其中所述涂层呈现的硬度大于所述销的外表面的增加的表面硬度的硬度。
15.一种制造用于压铸工艺的模具的方法，所述方法包括：
由金属材料形成销以限定期望的形状，使得所述销包括贯通所形成的销的整个结构的基本上均匀的初始硬度；
用硬化工艺处理所形成的销，使得经处理的销呈现一硬度，所述硬度限定从所述销的中心内部区域处的初始硬度逐渐增加到所述销的外表面处的增加的表面硬度的硬度梯度；
在用所述硬化工艺处理所述销之后，用物理气相沉积工艺在所述销的外表面上沉积陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层呈现的硬度大于所述销的外表面的增加的表面硬度的硬度；以及
将所述销附接到第一模半，该第一模半与第二模半配合以形成限定用于所述压铸工艺的铸造腔的模具。
16.如权利要求15所述的方法，其中：
所述销的中心区域的初始硬度在洛氏硬度测试限定的HRC20和HRC50的范围之间；
所述销的外表面处的增加的表面硬度在洛氏硬度测试限定的HRC40和HRC55的范围之间；并且
所述陶瓷涂层呈现的硬度大于洛氏硬度测试限定的HRC80。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述销的中心区域包括所述销的总体积的0％和30％之间的最大体积。
18.如权利要求17所述的方法，其中用硬化工艺处理所形成的销进一步限定为用氮化热处理工艺处理所形成的销。
19.如权利要求18所述的方法，其中用所述氮化热处理工艺处理所形成的销和在所述氮化热处理工艺之后将所述涂层沉积在所述销的外表面上的所述步骤二者在将所述销设置在单个腔室中的情况下连续地进行。
20.如权利要求17所述的方法，其中用硬化工艺处理所形成的销进一步限定为用强烈变形工艺处理所形成的销，其中所述强烈变形工艺包括高能爆破工艺或磨削工艺中的一个。
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