CN110049853B - 注入方法、注入设备和弹性体类型的聚合物模具 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于将金属材料注入到聚合物基模具中的新工艺、所述工艺所需的模具、以及实施该工艺并使用该模具的设备，使得具有更大或更小柔性程度的模具用于在其上加压注入金属，通过其配置适合于系统的其余部分和材料的加压注入的新的聚合物基模具，可以控制和协调压力、流速、模具关闭和材料状况的参数。

Description

注入方法、注入设备和弹性体类型的聚合物模具

更具体地说，本发明涉及用于将具有低熔点的金属材料或合金注入到弹性体类型的聚合物基模具中以制造零件的新设备和工艺。

背景技术

用于在非柔性模具上注入材料以实现零件制造的工艺是众所周知的，因此属于现有技术。

这些工艺基于在规定压力下注入材料，以将所述材料转移到非柔性的、通常是金属的模具中，其中它们在模具内凝固、形成零件，需要打开模具以取出它们并继续制造。

所述模具的使用防止了它们的简单脱模，必须具有脱模系统以帮助其实施。

零件形式的变化意味着新金属模具的制备或其修改。每个所述模具的制备需要由成本相当的材料来制造，还需要相当长的时间段来供应所述模具、延迟每个零件的发行，更不用说在制造新模具中的关于成本和时间浪费的错误的后果。除了其他后果之外，所有这些缺点导致不可能以降低的成本产生小系列零件。

此外，还众所周知且属于现有技术的是用于在柔性模具中离心模制的工艺，在模具的产生中实现更高的速度并降低成本，但是在它们的应用中存在很大的缺陷，因为它们不能产生具有严格尺寸容差的零件，也不能产生在比离心作用更高的注入压力下可能产生的质量或表面处理。此外，所述离心法导致在每个铸件中所制造零件的变形，产生相对于离心模具的旋转轴线，与零件的位置的半径成比例的变形，这些变形极难校正和控制。

最后，与将金属注入到金属模具中相关的工艺控制，诸如待注入金属的温度或调节注入压力的可能性是已知，尽管这些参数与关于模具的关闭或真空的其他参数无关，这些其他参数在最初输入参数后，在整个工艺的实施过程中保持不变。

因此，要理解，通过金属模制在制造中干预的已知工艺和装备存在各种缺点，无论是由于供应次数还是由于制备每个新零件待采用的新模具的高成本，同时使用用于铸件的柔性模具在尺寸和表面处理方面零件都缺乏质量，同样地，缺乏对金属注入的阻力和稳定性，所有这些都是通过使用具有不受控制的基本操作参数或静态控制的、不协调的参数的工艺。

发明内容

本发明的目的是产生用于金属零件注入的新模制设备，通过使用为所述金属注入制备的聚合物模具，能够降低成本和模具的发行时间，使得能够制造具有一定复杂性、具有尺寸控制和表面处理质量控制的零件，借助于能够协调动态调节作用参数的工艺和装备，以进行到具有一定程度的柔性的模具中的所述注入。

产生合适的、能够在金属加压注入中使用的聚合物模具也是本发明的目的。

为了实现这一点，所提倡的本发明体现在用于进行具有低熔点的金属材料或合金到聚合物类型的固定模制系统中的加压注入的方法和设备，该聚合物类型是弹性体类型，优选高温硫化(HTV)有机或无机弹性体，或借助于液体硅橡胶(LSR)，因此根据所用于的具体应用，较多或较少地赋予其所产生的柔性性能，模具硬度在20Shore A和95Shore A之间。

注入具有低熔点的金属材料或具有低熔点的合金，在本说明书中下文称为“金属”，以及使用弹性体类型的聚合物模具，在本说明书中下文称为“聚合物模具”，这两个概念的结合应用必须产生具有下述特征和阶段的创新方法，这在同样的创新装备中进行，使得能够进行完全控制的和自动化的工艺，所述自动化应该是必需的，以在任何待制造的物品中实现理想的、可重复的质量，这种金属到聚合物模具中的创新注入不能与金属到金属模具中的注入相比，因为阶段控制和关闭模具参数控制、金属的注入、真空的产生等必须以协调的方式在注入期间动态地配置并且在注入工艺的整个持续时间内受到控制。

用于将金属注入到聚合物模具中的设备具有在适当条件下的待注入金属的转移和注入装置，其中所述条件基于金属供应装置中材料的理想温度条件，其应该是所述金属的熔点温度或高于此温度，以使得可以将所述金属输送到压力系统以进行所述材料的注入和正确搅拌。这些温度条件将取决于注入中待使用的金属和注入的编程持续时间，如果需要将装备中的金属温度维持较长时间直至其到达模具，因为在进行较慢注入时，存在将所述金属的温度维持在略高于熔点的选择，以防止其提前凝固。

用于转移和注入金属的装置由金属供应装置供应，优选地将所述转移和注入工具部分地或全部地插入到上述金属供应装置中，即坩埚或金属熔化炉中，在用于注入的所述理想条件下，从所述容器或对应的装备收集金属，将所述金属运输到压力系统，以便在聚合物模具上进行金属注入。

关于其中容纳熔融金属的装置，这些装置特征在于加热系统，所述加热系统具有用于所述系统的温度控制，并且这些装置具有用于搅拌、过滤的不同系统，或者这些或实现用于最佳注入的所需金属条件的其他元件的组合，因为待注入材料可以具有不同的特性。使用具有低于660℃的低熔点的金属，诸如含铅、锡、锌、铝或镁的合金，但是在该装备/工艺中也可以使用不同类型的金属。

举例来说，下表示出了可以用于本工艺的金属和合金与温度条件之间的对应，将所述材料决定保持在所述温度条件以便将其转移到为注入而准备的压力系统。必须记住，该参数是基本的，以使材料在注入工艺期间可以处于正确的温度并且防止由于必要的注入次数而过早凝固。

待注入的产品	坩埚中的温度范围
		Zamak 5(ZnAl4Cu1)	400℃–480℃
Pewter P60 Sn60Sb4Pb36	280℃–330℃

对供应装置中金属的所述温度的控制通过调整来进行，所述调整使其能够在正/负5-10摄氏度的范围内维持，目的是防止所进行的连续注入工艺中的差异。

由于在进行各种注入工艺之后，具有较低的金属液位，因此金属注入设备可以优选地具有用于监测转移和注入装置中金属液位的自动系统，使得容纳熔融金属的装置内液位的下降不会影响注入系统的动作。该自动系统可以负责向系统中添加金属，以使在其中始终存在相同的最佳液位，或者该自动系统可以是使注入设备位移或调整压力系统的位移以追求最佳液位的系统，以受控的方式改变注入系统的位移/位置。

金属转移和注入装置包括用于经由所述金属的转移和注入装置位移的装置，以及包括压力系统，通过使用所述转移装置将熔融金属输送到所述压力系统；所述压力系统负责在聚合物基模具上注入金属。

一般，这些转移和注入装置可以包括被加热的鹅颈管与压力系统，所述被加热的鹅颈管浸没在具有待注入材料的坩埚或熔炉内，所述压力系统在模具上进行注入。通常，所述转移和注入装置的特征是具有用于注入室的转移和填充装置，该转移和填充装置通常为虹吸管类型，在模具的上游，其填充有来自熔炉或坩埚的待注入金属，并且其中压力系统用于其在模具入口的注入。要理解，可以使用其它用于填充推动室的方法，条件是它们将金属维持在为金属类型建立的注入条件下。

压力系统基于元件组件，该元件组件将待注入材料在特定压力下推进到模具中，该特定压力不是大气压，可通过调节和控制装置手动或自动配置。通常，所述压力系统通过机械装置(气动活塞、液压系统、螺旋式或类似的线性致动器等)作用在布置在推动室中的金属上而操作，所述压力系统由调节和控制装置控制，可以在注入时调整材料的压力、行程、阶段和流速的参数。

注入工艺可以被分成不同阶段，根据用户的意愿或要求，可以在不同阶段执行调整，因为供应系统的有利使用，所述供应系统的位移位置及其位移流速可配置，无论是通过调整由气动或液压供给系统施加的压力，还是通过调整线性致动器系统的流速，对于注入工艺所分成的每个期间/阶段，可以调整压力系统的所述流速、位移和压力，使得能够根据待成型零件和模具的特性等控制和调整填充模具的流速。

在零件入口处的金属流速应配置在0.05m/s和10m/s之间；因此，压力系统中压力的调整将在0.1bar和50bar之间变化，取决于所采用的系统的推力表面，提供所需的加速度和最终流速，所述推力表面例如活塞的将推进金属通过鹅颈管朝向喷嘴并进入模具的表面。以上所有，通过调整所采用的活塞或注入元件的位移，以毫米精度控制所述压力系统的位移，以便控制注入到聚合物模具中的材料的量，甚至注入精确的量。与控制到金属模具中的注入压力的其他方法相比，这是创新的，因为为了使用柔性的或特征在于一定程度的柔性的聚合物模具，有必要动态地并且以更高的精度控制这些阶段，以防止对于制造零件而言不可接受的模具变形；对于金属模具不是这种情况，因为注入压力仅根据待注入物品的类型来控制；如果如同在金属模具中一样进行操作，则会出现来自聚合物模具的变形或材料溢出，从而产生无用的制造物品。

如我们所见，金属转移和注入装置的目的是将金属注入到聚合物模具中以实施物品的模制。为了正确地进行该操作，用于注入到聚合物模具上的设备特征在于模具支撑装置，该模具支撑装置关闭所述模具并且联接到转移和注入装置的对应部分，通常在转移和注入装置的金属出口压力喷嘴处。

更具体地，模具支撑和关闭装置至少由用于模具定位/定心的系统形成，通常采用模具和诸如定心装置的支撑装置之间具有互补形状的模具配件，使得模具可以位于用于其联接的正确位置，并且所述支撑和关闭装置也由用于在可调压力下关闭的系统形成。因此，聚合物基模具将根据定位/定心系统位于支撑和关闭装置中，并且组件将在一压力下关闭，使得其抵消注入压力，使得将金属在所需压力下注入到模具中可以在没有分离风险，也不会在物品上产生溢出的情况下进行，而且还可以避免由于模具上的过大压力引起的变形问题。

由支撑和关闭装置施加的用于正确关闭模具的压力是从对应的控制装置手动可调或自动可调的，优选地达到100kN，甚至可以根据工艺的注入时刻而变化。由所述支撑和关闭装置施加的压力应对应于由待注入零件的投影面积的压力施加的力，加上与所选聚合物模具的硬度以及安全系数相关的压力，因为对于具有更大或更小柔性的模具，压力可能不是相同的。作为另外的措施，在支撑和关闭装置中，可以设置密封件，该密封件集成在模具中或独立于模具，以促进在较低压力下的关闭动作。

注入设备在转移和注入装置与模具之间在工作压力下具有密封联接，优选地，在转移和注入装置的出口与保持所述模具的模具支撑和关闭装置组件之间的联接处。所述密封联接通过喷嘴和模具支撑件或模具本身之间加压的部件到部件接触来实施。这种密封联接系统特征在于互补的形状，以使得在接触中以及在压力下时，在压力下注入的金属不会通过所述接合部泄漏，记住联接必须特征在于朝向模具开口的锥形或类似形状，以能够排出凝固的熔渣。

该联接系统可以直接实施；喷嘴的金属部分抵靠模具支撑件的金属部分，但是在希望喷嘴区域绝热以防止金属在注入期间凝固的情况下，在联接形状中插入橡胶类材料的接触区域；此外，由于橡胶类材料的接触区域具有一定的柔性，它们用作在压力下联接的本体之间的密封件。

出于同样的原因，防止金属在转移和注入装置内以及在聚合物模具的入口处凝固，以这样的斜率进行金属注入到模具中：所述斜率必须在注入过程结束时，允许熔融金属通过剩余材料的重力返回被加热区域，或使喷嘴留在不能积聚可能凝固的金属的位置，或者甚至采取与容纳用于注入的熔融金属的位置不同的条件，防止金属在装备的某些位置凝固，造成不希望的堵塞。该斜率应等于或大于水平方向以下10度，并且到直至模具下方的竖直位置，以向上或向下注入。

注入设备具有用于在模具内产生真空的系统，能够抽出空气以正确地填充物品的壳体，该系统由调节和控制装置手动或自动控制。所述真空系统使其能够在工艺的任何步骤中进行调节，直到获得绝对压力为5mbar的真空。

该真空工艺在金属的调节注入之前和/或期间进行，以使得被注入到模具中的熔融金属所置换的空气体积最小，这避免可能的气泡、变形或阻止用于在模具中实施零件形成的管道和空间的正确填充的问题。

可以包括压力限制系统，以防止过度真空和阻塞用于金属通过模具的通道。用于在模具内产生真空的该系统通过真空系统喷嘴抵靠模具中的孔的压力以密封方式联接到模具，其中所述孔与所有内部通道和空间连通，所述内部通道和空间通过与其连通的独立或特定通道接收注入的加压金属，从而经由金属不会流过的最小横截面将预定形成物品的空间与真空系统连接，其中，所述横截面应小于4mm²，但是这根据所采用的金属、注入条件等，可以是可变的。

该真空系统通常应由具有真空泵、真空储器、测量元件，用于颗粒和可能的污染物的过滤器以及对应的阀和管道，以及用于连接到模具的喷嘴或装置的系统形成。

聚合物模具在注入工艺中的应用可能需要除热装置，并且在一些情况下甚至需要用于冷却模具的装置以实现物品的正确制造，并且还需要维持所述模具的性能。在聚合物具有高绝热能力的情况下，可以考虑预先加热以制备用于注入的模具的选择，或者可替代地，在模具中包括加热或冷却层或元件以促进与注入材料的热交换，在模具硫化阶段，在模具本身中包含电子元件、或用于冷却/加热流体通过的通道。在外部，一种可能的冷却形式是使用通风台，或冷却支撑和关闭装置。

装备的所有部件，无论是用于维持坩埚或熔炉中金属条件的装置、转移和注入装置、模具支撑和关闭装置，以及真空系统的操作，都由用于装备/工艺的调节和控制的装置支配，其可以手动调整和自动调整，以使设备和工艺的参数适应不同类型的物品、注入材料、模具、来自客户的说明等。

由于所述工艺调节和控制装置，进行该调节和控制，优选地，自动进行。作为根据模具、待注入材料和待获得物品的每种注入方法之前的优选方式，参数由这些调节和控制系统控制和修改，这些参数在注入工艺中可动态修改，使能够校正诸如关闭压力之类的参数，该类参数在注入工艺中动态发展并且在工艺的不同阶段需要进行不同的、协调的调整。这些参数是：

-供应装置内待注入材料的温度和搅拌参数。

-由支撑和关闭装置施加在模具上的力。

-推进熔融金属的机械装置的压力、位置和注入流速。

-对注入材料和转移装置的数量、流速、压力、温度等的控制。

-模具冷却温度和凝固时间的参数。

-真空压力参数和真空系统操作的持续时间。

迄今为止在离心机或其它类型的模制系统中用于模制金属材料所采用的聚合物基模具不可适用于加压金属注入工艺，这是由于现有技术中所述的模具的变形，并且由于所述注入中采用的高压和金属；因此，用于该注入装备的聚合物模具将取决于待注入物品的需要，可能需要从提供所述弹性性能的弹性体型模具到具有几乎微不足道的弹性的其它聚合物，采用模具的金属入口系统中的配置，以防止对其损坏以及诸如熔融金属的材料的正确分配，记住将采用更大硬度的模具以实现零件更高的质量，对于复杂的零件将采用不易变形的模具、或具有更大柔性的模具，以使得能够更容易脱模。

根据需要具有可变几何形状(无论是圆形、方形还是特征在于其他几何形状)的，并且还根据调节柔性性能的需要具有可变的聚合物组分的所述模具布置成通常的两个部分，以便进行所述模具的脱模和物品的取出，至少一个所述部分特征在于用于注入材料进入的许多装置，该装置从分配通道的所述入口通向形成物品的腔，可以特征在于各种入口，各种入口用于各种金属注入喷嘴在同一模具上同时作用。

必须在维持设计条件的同时进行材料的进入；因此，必须密封转移和注入装置与模具入口系统之间的连接，以便进行加压注入；这通常可以通过支撑和关闭装置的联接来实现，其中模具及其入口系统连结到模具的转移和注入装置，或者如上关于所述两个部件之间在加压下部件到部件之间的联接所述地，通过转移和注入装置直接连接到所述模具入口装置。

为了使聚合物基模具系统适应加压金属注入工艺，实现对注入装备工作压力的必要抵抗，模具有自己的分配装置，分配装置位于模具内部，在模具的入口系统中，位于来自转移和注入装置的来流的分支/分配点并朝向模具的填充通道。该集成在模具中的分配装置，优选地在模具的硫化/形成工艺期间固定，以具有比形成模具采用的弹性体具有更大抵抗力的材料实施，所述材料优选为具有比模具更大硬度的弹性体材料，优选为不能被所采用的压力或在所述压力下的金属流改变或损坏的金属或陶瓷材料；因此，它应特征在于这样一个部件：该部件抵抗由注入温度的热量引起的劣化并且抵抗金属流引起的机械磨损；所有这些都在每个模具的形状以及零件的通道和腔的形状内，将来流引导和分配到模具的内部通道，而注入压力不会影响聚合物模具的壁，从而防止模具变形、防止由于对所述模具的壁的直接、垂直冲击而导致可能的负载损失，并从那里被分配到通道，所述分配装置是模具的每个所述内部通道的起始点。

同样，在模具中形成独立或特定管道的新系统，该系统连接预定形成物品的空间，并因此与分配通道接触，分配通道在注入之前在其内部具有空气，并且其中所述管道连接到真空系统。

另外，模具的设计包括溢流，溢流可以收集在产生真空之后剩余的任何空气，并且一旦注入开始，溢流就可以被金属推动。

可选地，本金属注入系统中采用的模具可以在注入材料的其他冲击点处以及在从转移和分配装置的入口处呈现内部保护或新的分配部件。这些可以位于易于接收注入材料的压力和流速的点处，诸如来自喷嘴出口、分支等的直接冲击的点，以及在组合物中形成并且具有能够接收注入材料的所述压力和流速的设计，而在有利的小容差下不改变物品的最终形状，抵抗由来自注入金属的热量和机械磨损而导致的劣化，可能是像分配部件一样具有比模具的弹性体更大硬度的弹性体材料、金属或陶瓷材料。这些保护可以在模具表面，或者在内部选定的点进行以增加抵抗力，提供模具的分层，将更柔性的区域与具有更大刚度的点组合。

可替代地，可以包括混合性质的模具，其中某些部件，诸如用于物品的腔、接收直接冲击的区域和/或分支是完全刚性、固定或可移除的，使用抗变形和/或抗破损的材料。因此，可以具有在包含可互换插入件的模制区域中具有壳体的模具，以用于产生零件的刚性部件。

用于将具有低熔点的金属注入到弹性体类型的聚合物模具中的方法开始于根据期望生产的物品选择要使用的模具。该工艺通常是手动的，但可替代地，也可以通过保持在生产工艺中待使用的不同模具的旋转系统自动进行，减少模具更换之间的时间并且使得能够从模具仓库自动供应，其中模具被识别、收集并运输到注入装备，其中将模具放置在旋转系统上以便将它们插入到注入装备中，模具由负责将它们插入到注入装备的装备识别；因此，由于注入装备的调节和控制装置对所述自动系统施加的控制，在任何时刻，可以自动改变待生产的物品。

一旦在注入设备处，模具就附接到支撑和关闭装置，其中由于所提供的定心装置，模具被正确定位，并且在设定压力下关闭(手动或自动)，设定压力取决于投影面积，如较大尺寸的物品将具有较大的投影面积，并且比较小的物品需要更大的关闭压力；增加取决于模具硬度和校正系数的压力至所述投影面积压力，以防止模具过度变形。

在熔炉/坩埚内，待注入材料处于用于进行工艺的最佳条件下，可以从注入设备的调节和控制装置控制所述条件，或者它们可以是独立的。

注入设备的转移和注入装置在理想条件下从所述熔炉/坩埚收集金属，使得一旦填充阶段开始，压力系统可以在其室中具有用于其加压的对应金属，从而进行注入阶段。

在注入工艺本身开始时，在调节注入到模具中之前和/或在调节注入到模具中期间，根据工艺的阶段，用真空装置对模具施加真空以从通道和用于形成物品的空间抽出空气，所述真空装置经由为此目的设置的孔密封联接到模具。真空由调节和控制系统控制，该调节和控制系统可以是手动的或自动的，以便控制对每个时刻采用的每个模具施加的真空压力，对注入工艺的每个阶段，以及待制造的物品类型，可能具有不同的构成性能。

接下来，在聚合物基模具上以使得能够在所述模具中模制物品的压力和流速进行金属注入，并且如上所述，金属在物品入口处的流速应配置在0.05m/s和10m/s之间；因此，压力系统的压力调整应在0.1bar和50bar之间，取决于所采用的系统的推力表面提供所需的加速度和最终流速。由控制和调节装置控制的这些值使得系统能够在这样的流速和压力下操作：所述流速和压力有利地改善在现在为止在这些应用于非静止(即离心)柔性模具的工艺中可以使用的参数，因为由这些装置，对每种类型的物品和待使用的模具，可以对金属注入工艺的流速、压力和时间进行调整，这可以自动或手动地进行。

注入阶段包括不同的子阶段，这些子阶段由控制装置控制和调节，并且优选地包括至少一个接近阶段、一个注入阶段、一个减速阶段和一个压实阶段，这些子阶段与模具支撑和关闭装置和真空产生装置协调/同步，使作用在待注入金属上的压力系统的力强度、位置和流速同步，根据模具填充是开始、正在填充还是处于其最后一步，以及由模具关闭装置施加的压力，也可以根据需要与真空的产生同步或者在每个阶段中同步。通过使用控制装置，在方便用户配置工艺的情况下，可以将这种细分到多个阶段分为更多个阶段。

对于每种类型的物品和注入材料，调节所用金属的注入和凝固时间，在模具支撑和关闭装置的打开结束时进行手动或自动取出，并为下一个金属注入工艺插入新的空模具。

所述设备、工艺和模具的有利特征为本发明提供了对于由注入铸造和离心装备引起的问题的解决方案。因此，本文示出的用于将金属注入到固定柔性聚合物模具中的装备、与其相关的模具和操作工艺使得：

-关于众所周知的注入铸造：

在短时间内用于生产新金属物品的模具的可用性，因为聚合物模具可以比金属模具更快地制造，因此新金属零件的生产可以在更短时间间隔内开始，通常在1到3小时之间。

降低模具的制造成本，因为它们不必由非柔性金属材料制成，非柔性金属材料需要机械化工艺，因此成本更高。

它使得不能用非柔性金属模具制造的、具有底切的注入金属物品能够简单地脱模，这些非柔性金属模具总是需要正出口角度或者使用具有各种截面的复杂模具，其中可移动部件用于允许所述几何形状。

由于与金属模具相比制造模具的成本降低，因此能够以低成本实施小型或中型系列。

-关于众所周知的离心系统：

由于不必达到最佳转速来执行铸造，并且能够使用更高的注入压力并获得更短的凝固时间，因此具有更短的周期并因此提高了生产率。

防止由于离心力引起的零件变形，离心力使得液态金属与半径和角度转动速度的平方成比例地使柔性模具变形。

能够在物品的制造中获得较低、受控的容差(可重复的工艺)。由于工作压力较高，与离心铸件相比，它具有出众的表面处理。

由于金属的压实压力较高，因此能够制造具有更高机械性能的物品。

-关于两个已知工艺：

无论是自动还是手动，都能够控制形成装备/工艺的元件和系统的操作参数，如果需要的话，以便在每个阶段中存在的每个步骤中对其进行修改和同步，从而实现填充工艺的软件模拟。

能够控制参数，以在给定的注入压力下防止金属从关闭的模具中流出并在注入物品上溢出。

其他细节和特征将在下面的描述中揭示，其中参考本说明书所附的附图，其中，通过说明而非限制，公开了本发明的实际实施例。

附图说明

为了更好地理解上述内容，附上一组附图，其中示意性地并且通过非限制性示例描绘了实际的实施例。

图1是用于注入到聚合物模具中的装备的立体图，其中转移和注入装置部分地浸没在熔融金属的熔炉中。

图2是注入系统的正视图，其中标记了模具、关闭装置和注入装置之间的联接细节。

图3是聚合物模具、关闭装置和注入装置之间的联接细节的视图。

图4是鹅颈管类型注入系统的正视图。

图5是从内部看到的聚合物模具的上平面图。

图6是关闭装置和注入装置之间的联接细节的视图，其中，使用绝热接触区域。

具体实施方式

在本发明的优选实施例的一个中，如图1至5中可以看到的，用于注入到聚合物基模具中的新的注入设备(10)特征在于形成所述新的注入设备(10)的许多系统，包括模具(11)的支撑和关闭装置(12)、金属转移和注入装置(13)以及在图中未描绘的真空产生装置，以上均由调节和控制装置(15)支配，在本实施例中，调节和控制装置被认为是自动的。

注入设备(10)需要供应在理想的温度条件和搅拌条件下的熔融金属，以将其注入到模具(11)中，例如约为400-480℃的Zamak 5。在本实施例中，该熔融金属将由熔炉(16)供应，所述熔炉(16)特征在于用于调节所述温度条件和搅拌条件的参数，并且配备有其自身的调节和控制装置，但是可替代地，熔炉(16)的所述调节和控制装置可以连接到注入设备(10)的调节和控制装置，使得熔炉(16)也由注入设备(10)的调节和控制装置以集中的方式支配；在其他实施例中，熔炉(16)甚至可以是注入设备(10)本身的一部分。

转移和注入装置(13)由许多鹅颈管类型管道形成，在本实施例中，这些管道被加热，金属将流过这些管道，其中所述装置(13)部分地插入到熔炉(16)中的熔融金属中，鹅颈管的下部保持浸没；也就是说，用于填充推动室(21)的区域，使得推动室(21)总是经由孔(22)供给有金属。该孔由连通器形成，当鹅颈管的推动室(21)与熔炉(16)中的熔融金属连通时，并且活塞(24)处于升高的位置释放所述推动室(21)时，金属流入推动室(21)中。如果熔炉(16)中的金属液位下降，则可以使用调节系统给与活塞更长的位移，因为当金属将从较低液位进入时金属在推动室中不会如此高。

用于在模具(11)上进行金属注入的压力系统通过活塞(24)的动作致动，活塞(24)在其向前运动时在待注入的金属上提供压力和流速条件，其中压力系统的所述向前运动、行程、压力和流速由装置(15)通过知道所述活塞的位置和先前的参数控制和调节。金属在零件入口处的流速将配置成在0.05m/s和10m/s之间；因此，压力系统中的压力调节将在0.1bar和50bar之间。

如上所述，该实施例特征在于位于供应装置或熔炉(16)内的转移和注入装置(13)，但是可替代地，这些注入装置(13)可以是外部的、为冷室类型的，并且熔融金属必须经由填充对应的压力系统的转移系统供应。

转移和注入装置的由注入器喷嘴(23)形成的末端必须密封联接到容纳模具(11)的支撑和关闭装置(12)。所述密封联接通过喷嘴(23)和模具的支撑件(12)或模具(11)本身之间的部件到部件的加压接触来实施。这种气密联接系统特征在于互补的形状，使得在进入接触时和在压力下，在压力下注入的金属不会通过所述接合部泄漏，联接件为锥形，朝向模具开口，以使得能够排出凝固的熔渣。

该联接系统可以直接实施；喷嘴(23)的金属部分抵靠模具(11)支撑件(12)的金属部分，如图3中所描绘的，但是可替代地，如图6中所描绘的，在希望喷嘴(23)区域绝热以防止金属在注入期间凝固的情况下，在联接形状中插入橡胶类材料的接触区域(100)；此外，由于橡胶类材料的接触区域(100)具有一定的柔性，它们用作在压力下联接的本体之间的密封件。

该联接以与水平面成10度的斜率实施，以便通过重力收集任何多余量的注入材料。可替代地，可以改变该斜率，条件是实现熔融金属朝向注入系统的被加热区域返回。

注入设备(10)具有支撑和关闭装置(12)，根据待制造的物品类型要使用的模具(11)必须插入所述支撑和关闭装置(12)中。在本实施例中，对模具(11)的选择是手动进行的，并且所述模具将在调节和控制装置(15)处被识别，以知道所述模具(11)和物品的特性，并且用于对关闭压力、流速和注入压力所做出的任何必要调节，同样地，产品的数量，所有这些都是自动进行的。

在替代实施例中，将存在基于旋转系统的自动模具(11)供应装置，在该旋转系统上放置将在生产期间使用并且将在注入设备(10)中使用的模具。通过识别和监测模具参考和用于模具的运输/交换系统，向注入装备供应所述模具在自动化工艺中进行。

支撑和关闭装置(12)由两个平行的关闭板(31、32)形成，通过装备的结构上的位移引导装置，两个平行的关闭板之间能够相对位移，以便在所述关闭板(31、32)之间插入对应的模具(11)，并通过在模具(11)上施加特定的关闭压力来关闭模具。在本实施例中，其中一个固定的所述关闭板(31)锚固到与转移和注入装置(13)连通的结构，具有轻微的位移以便接收关闭板(32)施加在位于所述关闭板(31)上的模具(11)上的关闭压力。模具(11)在关闭板(31)上的这种放置通过定心装置(60)进行，定心装置(60)在特定位置联接到模具中的互补形状，确保模具正确放置在关闭板(31)上，并因此确保组件的正确联接。

关闭板(31、32)还可以特征在于锁定模具(11)的周边壁，以防止在施加关闭压力时，模具(11)的横向膨胀。

由关闭板(31、32)施加的模具(11)的关闭压力值对应于投影面积压力，因为具有更大体积的物品将具有更大的投影面积并且将比较小的物品需要更大的关闭压力；增加与模具硬度和校正系数对应的压力至所述投影面积压力，以防止模具过度变形；总体结果在略高于注入压力的值到高于关闭压力的值之间变化，而不需要达到注入金属模具的关闭压力。由于调节和控制装置(15)使由模具(11)的支撑和关闭装置(12)施加的压力值与注入系统的实时位置、注入系统的流速值和注入系统的活塞(24)的压力值，以及所述模具(11)内真空的产生相协调，这些自动支配的关闭压力与注入工艺的不同阶段的实施同步，注入工艺的所述阶段又与真空系统同步。

真空产生和注入阶段之间的对应关系对应于下面的表格/图表，其中可以看到的是真空的产生在注入阶段开始时开始并且将在压实阶段开始时结束。

关闭板(31)特征在于孔，该孔与注入器喷嘴(23)的位置和尺寸重合，用于其密封联接，并且还与模具(11)的入口孔(43)重合。

真空产生装置位于支撑和关闭装置(12)的关闭板(32)的后面，使得经由所述关闭板(32)中的对应孔，模具(11)可以密封联接到用于从模具(11)的通道中抽出空气的孔(44)。

注入压力系统的关闭压力参数、接近参数和流速参数，以及因此，材料的注入参数、所述材料的条件参数、模具的真空压力参数和模具的冷却参数由注入设备(10)的调节和控制装置(15)支配，调节和控制装置(15)由温度条件、压力、行程调节器、模具和待制造零件的识别等对应的传感器辅助。这种控制和调节装置(15)根据发生的阶段以协调的方式自动配置上述参数。

在注入设备(10)中采用的模具(11)是聚合物基的，因此特征在于弹性性能，该弹性性能根据其组成和处理而变化。模具(11)可以被分成两部分(41、42)以进行其脱模，对于两部分(41、42)在金属注入工艺和装备中的应用，在部分(41)中，进行注入材料的流入，为此目的预知孔(43)，孔(43)与通道(45)连通，通道(45)将金属输送到腔(46)，在腔(46)中形成零件。分配装置(47)在入口孔(43)分支到不同通道(45)的上游，分配装置(47)由比模具中采用的弹性体更有抵抗力的材料制成，优选金属或陶瓷，其能够抵抗由于注入材料的压力产生的变形以及能够抵抗模具(11)将要经受的多次注入工艺，分配装置(47)在模具(11)的内部与模具(11)结合，特殊地设计在模具(11)的内部和其通道(45)的特定配置。

所述分配装置(47)的形状使得它尽可能地防止金属入口处的负载损失，并将所述加压金属输送到通道(45)，这是所述通道(45)的开始，防止模具在接收注入冲击的区域受损，防止影响模具使用寿命和材料的正确注入以及零件正确形成的变形。

模具(11)特征在于浇口(48)以容纳由金属置换的空气，金属可以在产生真空之后保留。

模具(11)特征在于真空通道(50)，真空通道(50)与真空产生装置连通，并且真空通道(50)又与腔(46)和通道(45)连接以便抽出在其中的和在金属进入注入系统置换存在于所述注入系统中的空气时进入的空气。

模具(11)可以包括多个用于冷却和/或加热流体的通道，在硅化模具或由具有高绝热性能的树脂组成的模具的情况下，除了保持模具的温度条件外，多个用于冷却和/或加热流体的通道可以为获得物品的工艺提供必要的条件，以保持其硬度性能，硬度可以根据温度的变化而变化。

在替代实施例中，利用旋转模具供应系统，一旦模具(11)已经从注入设备(10)取出，就基于模具通风而提供模具(11)冷却装置。

关于注入设备(10)所遵循的方法，一旦模具(11)已插入到支撑和关闭装置(12)中，并且在调节和控制装置处已经识别所述模具(11)和待制造的零件，就进行以下阶段和配置：

-支撑和关闭装置实行关闭板(32)和模具(11)之间的联接，由于防止不正确联接的定心装置(60)，所以模具(11)处于其正确的位置，并与喷嘴(23)对齐以进行模具(11)和喷嘴(23)之间的气密联接。

-根据模具类型(11)的识别和在工艺中应用的注入参数，模具在由调节和控制装置(15)支配的压力下关闭，以上所有为自动地；所述压力是投影面积压力加上取决于模具硬度和校正系数的压力。

-部分插入到熔炉(16)中的熔融金属中的转移装置(13)经由连通器的孔收集推动室(21)中的熔融金属，活塞(24)处于其最高位置，使金属能够进入所述室(21)。

-由真空装置进行模具(11)中真空的产生，以从通道(45)和用于形成物品的腔(46)抽出空气，所述真空装置经由为此目的提供的孔密封联接到所述模具(11)，其中该真空系统由调节和控制系统控制，该调节和控制系统将在注入阶段开始时启动真空系统并且在压实阶段开始时停用真空系统。

-接下来，在压力和流速下进行金属在聚合物基模具(11)上的注入，所述压力和流速使得能够在所述模具(11)中模制零件，调节活塞(24)行程的参数和由所述活塞施加的压力，以便实现活塞所需的加速度。这个阶段分为不同的子阶段，分别为：接近阶段、注入阶段、减速阶段和压实阶段，这些子阶段与模具支撑和关闭装置以及真空产生装置协调/同步，以同步作用在待注入金属上的压力系统的力的强度、位置和流速，根据是否处于接近阶段，在接近阶段，活塞具有缓慢加速以将金属以低流速输送到模具(11)入口，而在模具填充开始时，在注入阶段，活塞进行大加速，金属以高流速进入模具，在由待生产的每个物品的体积确定的一段时间之后，流速将减慢，从而在填充物品之前降低流速，以使其可以是较低的流速，所述较低的流速在压实阶段进行最后填充。如上所述，所有上述均与模具关闭装置施加的压力同步，也可根据需要与真空的产生同步或在每个阶段中同步。

-对于每种类型的物品和注入材料调节金属的所述注入和凝固时间，以及模具加热/冷却元件的动作；一旦完成，继续打开模具(11)的支撑和关闭装置(12)，以便手动或自动取出模具并插入新的空模具(11)用于下一个金属注入工艺。

用于控制和调整注入设备(10)中包括的系统的操作参数的装置(15)在每个注入方法之前根据模具(11)、待注入材料和待获得物品进行静态调整，以及在注入工艺期间根据当前阶段进行动态调整，控制：

-供应装置(16)内待注入金属的参数；即温度和搅拌；

-支撑和关闭装置(12)施加在模具(11)上的力；

-活塞(24)的压力和位移，以及因此注入模具(11)中的流速。

-注入材料和转移装置(13)的数量、流速、压力、温度等。

-模具(11)冷却参数和凝固时间。

-真空系统参数。

尽管已经参考了本发明的特定实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所附权利要求限定的保护范围的情况下，所描述的发明可以容许有许多变体和修改，并且所提到的所有细节可以由其他技术上等效的细节代替。

Claims (19)

1.一种注入方法，用于将具有低熔点的金属或合金注入到弹性体类型的聚合物模具中，所述注入方法为采用注入压力控制装置并配备有真空装置的类型，其特征在于，所述注入方法至少包括以下阶段：

-根据需要生产的物品选择待采用的模具；识别所述模具并且将所述模具插入到注入设备中；

-一旦所述模具在所述注入设备中，所述模具被放置在支撑和关闭装置中，其中所述模具在设定压力下被定位并锁定；并且所述设定压力是投影面积压力加上取决于所述模具硬度和校正系数的压力；

-所述注入设备的转移和注入装置在理想条件下从熔炉/坩埚收集所述金属，这些所述理想条件是所述金属的熔点温度或更高，使得所述金属被输送到压力系统以进行注入；以及材料的正确搅拌，使得一旦填充阶段开始，所述压力系统在所述压力系统的室中具有对应的金属，从而在其上施加压力并进行注入阶段；

-在注入工艺本身开始之前，和/或在金属注入本身期间，由所述真空装置在所述模具上进行真空，以便从通道和用于形成物品的空间抽出空气，所述真空装置经由为此目的设置的孔密封联接到所述模具，其中真空系统由调节和控制系统控制；

-接下来，在压力和流速下，在聚合物模具上进行所述金属注入，所述压力和流速使得能够在所述模具中模制所述物品；所述物品的入口处的所述金属的所述流速被配置在0.05m/s和10m/s之间，因此所述压力系统的压力调节将在0.1bar和50bar之间，并且所述注入阶段被分成各种子阶段，其中到所述模具中的注入流速根据是开始注入、填充还是压实而调整，能够将所述注入阶段分成更多阶段，所有这些阶段都与调节和控制装置相协调；

-对于每种类型的零件和注入材料，所应用的金属的注入和凝固时间被调整；在其结束时，继续进行所述模具支撑和关闭装置的打开，以手动或自动取出，以及插入新的空模具用于下一个金属注入工艺；

其中，所述工艺特征在于用于控制和调整包括在所述注入设备中的系统的操作参数的装置，在每个注入方法之前根据所述模具、待注入材料和待获得物品进行静态调整，以及在所述注入工艺期间根据当前阶段进行动态调整，在每个阶段使模具关闭力与注入流速同步，并使模具关闭力随注入流速变化，以及启动或停用真空产生装置；

其中，待控制的所述操作参数至少为：

-所述待注入材料在供应装置中的温度和搅拌参数；即温度和搅拌；

-由所述支撑和关闭装置施加在所述模具上的力；

-注入压力和流速；

-所述注入材料和转移装置的数量、流速、压力和温度的控制；

-模具冷却温度和凝固时间参数；

-所述真空系统的压力；

并且其中，所述注入阶段包括不同的子阶段，所述不同的子阶段由所述控制装置控制和调节，并且与所述模具支撑和关闭装置以及所述真空产生装置协调/同步，使施加在所述模具上的力的强度同步，存在接近阶段、注入阶段、减速阶段和压实阶段，取决于是否处于所述接近阶段，使作用在待注入金属上的所述压力系统的力的强度、位置和流速同步，其中，活塞具有缓慢加速度，以将所述金属以低流速输送到所述模具(11)入口，而在所述模具填充开始时，在所述注入阶段期间，进行大加速，金属以高流速进入所述模具，在由待生产的每个所述物品的体积确定的一段时间之后，流速将减慢，从而在填充所述物品之前降低所述流速，以使其是较低的流速，所述较低的流速在所述压实阶段进行最后填充；所有上述内容，与由模具关闭装置施加的压力同步，并且同样地以这样的方式与真空的产生同步：使得所述真空产生装置将在所述注入阶段开始时被启动并且将在所述压实阶段开始时结束。

2.根据权利要求1所述的注入方法，其特征在于，在所述工艺中选择待使用的所述模具和识别所述模具通过在生产工艺中保持待使用的不同的模具的旋转系统自动地进行。

3.一种注入设备，所述注入设备为实施根据权利要求1至2中任一项所述的注入方法的类型，并且包括金属供应部，无论是包含在所述注入设备中或作为辅助装备，其特征在于所述注入设备用于将具有低熔点的金属或合金注入到聚合物模具中，所述聚合物模具为高温硫化的弹性体或液体硅橡胶类型，所述注入设备布置有：

-用于转移和注入由材料供应装置供应的、待注入的具有低熔点的所述金属或合金的转移和注入装置，其中所述装置至少由用于使所述金属通过其位移的装置、以及负责在所述聚合物模具上注入所述金属的压力系统构成；

-模具支撑和关闭装置，其至少由模具定位/定心系统，以及具有可调压力的关闭系统形成，所述模具定位/定心系统由定心装置形成，以将所述模具定位在用于其联接的正确位置；

-用于在所述模具内产生真空的系统；

-高温硫化的弹性体或液体硅橡胶类型的聚合物模具，所述聚合物模具插入到所述模具支撑和关闭装置中，所述模具支撑和关闭装置在所述模具和所述转移和注入装置之间配备有密封联接件；

-用于所述注入设备的调节和控制系统的调节和控制装置，其是手动的或自动的，其控制和调节至少用于维持所述材料供应装置中的金属的条件的装置、所述转移和注入装置、所述模具支撑和关闭装置、以及真空系统的操作。

4.根据权利要求3所述的注入设备，其特征在于，所述注入设备的所述调节和控制装置在每个注入方法之前根据所述模具、所述待注入材料和所述待获得物品静态地调节和调整，并且在在所述注入工艺期间动态地调节和调整至少以下参数：

-所述待注入材料在所述材料供应装置中的温度和搅拌参数；

-由所述支撑和关闭装置施加在所述模具上的力；

-压力、活塞行程以及因此到所述模具中的流速；

-所述注入材料和所述转移和注入装置的数量、流速、压力和温度的控制；

-所述模具冷却温度和凝固时间参数；

-所述真空系统的压力，

其中，为了协调控制所述参数，能够进行和可能需要的一样多的多个划分或阶段。

5.根据权利要求3所述的注入设备，其特征在于，所述真空系统由具有真空泵、真空储器、测量元件、用于颗粒和可能的污染物的过滤器以及对应的阀和管道的系统形成，其中，所述真空系统经由所述模具中的孔密封联接到所述模具，其中两者之间的接合部是密封的。

6.根据权利要求3所述的注入设备，其特征在于，所述转移和注入装置在所述模具的上游具有注入室，所述注入室填充有来自所述熔炉或坩埚的所述待注入材料，并且其中，所述压力系统起作用。

7.根据权利要求3所述的注入设备，其特征在于，所述转移和注入装置由部分插入待注入熔融金属中的被加热的鹅颈管形成。

8.根据权利要求3所述的注入设备，其特征在于，所述转移和注入装置的所述压力系统基于用于待注入到所述模具中的材料的推动元件的组件，这些推动元件的组件由机械装置形成，所述机械装置由所述调节和控制装置关于所述待注入材料的压力、行程、阶段和流速控制，由所述调节和控制装置手动或自动调整，并与所述模具支撑和关闭装置和所述真空系统同步。

9.根据权利要求8所述的注入设备，其特征在于，所述机械装置为气动活塞、液压活塞或螺旋钻。

10.根据权利要求3所述的注入设备，其特征在于，所述支撑和关闭装置设置有密封件，所述密封件集成在所述模具中或独立于所述模具，所述密封件有助于在较低压力下的关闭动作。

11.根据权利要求3所述的注入设备，其特征在于，所述金属注入到所述模具中是在斜面上进行的，以便通过重力收集多余材料。

12.根据权利要求3所述的注入设备，其特征在于，所述注入设备包括通过通风台或冷却所述支撑和关闭装置的模具冷却系统。

13.一种弹性体类型的聚合物模具，所述聚合物模具为在根据权利要求1至2中任一项所述的注入方法中采用的类型，所述聚合物模具由两个用于零件脱模的可分离部分构成，其特征在于：

-在所述部分的至少一个中，用于所述注入材料进入的装置，从所述入口通过分配通道进入形成所述物品的腔；

-用于金属进入的装置，其密封联接到所述注入设备的转移和注入装置；

-在入口装置中的自身分配装置，其位于来自所述转移和注入装置的来流的分支/分配点，朝向所述模具的填充通道，特定于每个模具，以用于直接分配到每个通道；

-用于所述真空系统密封联接的孔，所述真空系统设置有独立的或特定的通道，所述独立的或特定的通道与在压力下将接收注入金属的所有所述通道和内部空间连通。

14.根据权利要求13所述的弹性体类型的聚合物模具，其特征在于，集成在所述模具中的分配零件由具有比形成所述模具的弹性体更大抵抗力的材料制造，所述材料抵抗所采用的压力和温度以及抵抗在所述压力下的金属流速。

15.根据权利要求14所述的弹性体类型的聚合物模具，其特征在于，集成在所述模具中的分配零件由金属、陶瓷材料或具有比所述模具更大抵抗力的弹性体制造。

16.根据权利要求13所述的弹性体类型的聚合物模具，其特征在于，所述模具在所述注入材料的冲击点或其分支的冲击点处以及在从所述转移和注入装置的入口处设置有内部保护件或新的分配装置，所述内部保护件或新的分配装置具有比为所述模具本身选择的弹性体更大的抵抗力。

17.根据权利要求16所述的弹性体类型的聚合物模具，其特征在于，所述内部保护件或新的分配装置由金属或陶瓷材料制造。

18.根据权利要求13所述的弹性体类型的聚合物模具，其特征在于，所述真空系统和预定用于形成所述物品的所述腔之间的连接经由最小横截面进行，所述最小横截面最多应为4mm²，以防止所述金属通过。

19.根据权利要求13所述的弹性体类型的聚合物模具，其特征在于，在所述模具中，插入加热或冷却层或元件，以促进基于电子元件或冷却/加热通道与所述注入材料进行热交换。

Images