鑄模工具熱轉(zhuǎn)移管理技術(shù)的制作方法
【專利說(shuō)明】鑄模工具熱轉(zhuǎn)移管理技術(shù)
[0001]本發(fā)明有關(guān)于鑄模工具的溫度管理。更特別的是，本發(fā)明有關(guān)于用流體加熱及冷卻的鑄模工具的溫度的主動(dòng)電力及流動(dòng)管理技術(shù)。
[0002]特別是，由本案申請(qǐng)人早期公開申請(qǐng)案第W0 2011/048365號(hào)可得知鑄模工具的流體加熱技術(shù)。在此文獻(xiàn)中，描述基于流體及與鑄模工具的個(gè)別分區(qū)獨(dú)立關(guān)聯(lián)的加熱及冷卻構(gòu)件，同時(shí)控制構(gòu)件經(jīng)設(shè)計(jì)成可控制該加熱及冷卻構(gòu)件以個(gè)別加熱或冷卻這些工具分區(qū)以便在模鑄制程期間的任何特定時(shí)間，調(diào)節(jié)在各個(gè)工具分區(qū)進(jìn)出待模鑄對(duì)象的熱傳遞。
[0003]此類鑄模工具通?？捎糜趦煞N不同用途。
[0004]第一種鑄模工具用途是大量連續(xù)生產(chǎn)，其特征在于每個(gè)工件的熱循環(huán)時(shí)間短，以及在模鑄前一個(gè)工件后就模鑄各個(gè)新的工件。鑄模工具以此方式在生產(chǎn)值班期間連續(xù)使用。
[0005]第二種鑄模工具用途是少量間歇性生產(chǎn)，其特征在于每個(gè)工件的熱循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，以及鑄模工具在工件的鑄模之間經(jīng)歷一段“停機(jī)時(shí)間”。這可能是由安裝工件于鑄模工具上及卸除的復(fù)雜性引起，例如，由于需要輔助設(shè)備。
[0006]這兩種鑄模工具用途對(duì)于鑄模工具使用者有挑戰(zhàn)性。
[0007]圖1為用于大量連續(xù)生產(chǎn)的公知的鑄模工具(例如公開于第W0 2013/021195號(hào)者)的溫度循環(huán)。加熱及冷卻流動(dòng)是通過(guò)線內(nèi)空氣加熱器。當(dāng)冷卻時(shí)，切斷加熱器。用此方法快速加熱及冷卻每個(gè)工件。
[0008]當(dāng)由加熱切換到冷卻時(shí)，相對(duì)于總工件循環(huán)時(shí)間，要花相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間轉(zhuǎn)移離開在線加熱器(in-line heater)及周圍零件內(nèi)的余熱，使得通過(guò)在線加熱器的流動(dòng)不再加熱。
[0009]另外，當(dāng)由冷卻切換到加熱時(shí)，相對(duì)于總工件循環(huán)時(shí)間，在線加熱器及周圍鑄模工具結(jié)構(gòu)要花相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間充分升溫使得由在線加熱器排出的流體有所需的溫度。
[0010]在這些轉(zhuǎn)移階段，在線加熱器以錯(cuò)誤的溫度有效地推進(jìn)流體而具有有害的影響。
[0011]圖2為用于少量間歇性生產(chǎn)的公知的鑄模工具(例如公開于第W0 2013/021195號(hào)者)的溫度循環(huán)。相對(duì)于用于大量連續(xù)生產(chǎn)的鑄模工具的溫度循環(huán)，每個(gè)工件的加熱及冷卻時(shí)間較長(zhǎng)。
[0012]兩者的明顯關(guān)鍵差異是在卸下處理后的第一工件與開始處理下一個(gè)工件之間有較長(zhǎng)的“停機(jī)時(shí)間”。這顯示有20至25分鐘以及45至50分鐘。在此“停機(jī)時(shí)間”期間，鑄模工具失去余熱，這在鑄模工具進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)時(shí)需要較大的調(diào)升(ramp up)，需要更多熱能以及加劇“停機(jī)時(shí)間”的長(zhǎng)度。
[0013]特別與有短期循環(huán)時(shí)間及本質(zhì)上利用在線加熱器的鑄模工具有關(guān)的另一個(gè)挑戰(zhàn)是有關(guān)于最大流體流率。流體加熱及冷卻速率傾向不同是因?yàn)榕c用同一個(gè)鑄模工具冷卻所需的流體流率相比，加熱鑄模工具需要較低的流體流率。如第W0 2013/021195號(hào)所公開的公知的層狀鑄模工具，通常冷卻流體流率與加熱流體流率的比率為三比一(3:1)。對(duì)于小型鑄模工具，實(shí)現(xiàn)有最佳流動(dòng)特性的流體流動(dòng)，(例如，紊流位準(zhǔn))，冷卻可能有問題，在此在線加熱器的加熱組件部份在負(fù)責(zé)輸送冷卻流體的導(dǎo)管中起阻障作用。
[0014]此外，在線加熱器在由加熱轉(zhuǎn)移至冷卻時(shí)的余熱以及在轉(zhuǎn)移時(shí)需要增加流體流動(dòng)的組合效果造成高溫“突跳”，這對(duì)鑄模工具及工件兩者可能會(huì)有有害影響。
[0015]本發(fā)明的目標(biāo)是要提高鑄模工具的熱敏捷性以允許鑄模面有較大的控制和減少用于生產(chǎn)部件及整體工具效率的循環(huán)時(shí)間。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于模鑄對(duì)象的工具系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:一具有一工具表面用以形成一對(duì)象的工具，該工具表面包括多個(gè)工具分區(qū)，能引導(dǎo)一加熱或一冷卻流體流至個(gè)別工具分區(qū)的多條流體流徑，加熱及冷卻構(gòu)件；該加熱構(gòu)件包括一在線加熱器用以加熱通過(guò)一各自加熱流體流徑的流體，這些加熱器獨(dú)立與這些工具分區(qū)中的至少一些的加熱流徑關(guān)聯(lián)，該冷卻構(gòu)件包括一冷卻流體流徑，該冷卻流體流徑旁通該加熱流體流徑的該在線加熱器。
[0017]藉由提供加熱及冷卻流動(dòng)的交替流體流徑，可優(yōu)化這兩條不同途徑的加熱及冷卻功能。藉由在在線加熱器的區(qū)域中提供交替的流體流動(dòng)途徑，不需要安排冷卻流體流動(dòng)的路線通過(guò)該加熱流體流動(dòng)途徑的在線加熱器。有利的是，該在線加熱器因此對(duì)于該冷卻流體流動(dòng)不會(huì)起阻障作用。此外，當(dāng)在加熱、冷卻之間切換時(shí)，該在線加熱器的無(wú)用余熱不會(huì)輸送至該工具表面，這在冷卻流體流動(dòng)路由通過(guò)在線加熱器時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情形，因此在轉(zhuǎn)移后不會(huì)有除熱突跳(heat stripping spike)。再者，在冷卻流體經(jīng)由該冷卻流體途徑通過(guò)時(shí)，該在線加熱器可設(shè)定至特定溫度，使得當(dāng)該工具由冷卻轉(zhuǎn)移到加熱時(shí)，該在線加熱器可立刻處在必要的溫度。
[0018]在一較佳具體實(shí)施例中，該冷卻流體流徑全部與該加熱流徑交替。此配置允許該加熱流體流動(dòng)途徑與該冷卻流體流動(dòng)途徑的特別客制化，例如提供有較大橫截面面積的冷卻流體流動(dòng)途徑以適應(yīng)與冷卻流體流動(dòng)關(guān)聯(lián)相對(duì)于加熱流體流動(dòng)的大流體流率。此外，該加熱流體流動(dòng)途徑與該冷卻流體流動(dòng)途徑的導(dǎo)管的容積效應(yīng)對(duì)于(另一方)加熱及冷卻該鑄模工具沒有不利影響，否則這對(duì)大量生產(chǎn)的短循環(huán)時(shí)間有害。此配置更在用冷卻流體流動(dòng)冷卻個(gè)別工具分區(qū)時(shí)，允許通過(guò)在線加熱器的流體流動(dòng)反向運(yùn)行，這對(duì)個(gè)別工具分區(qū)的除熱有利。
[0019]該加熱及該冷卻流體流徑可相互隔離。此配置允許這兩種流體途徑有較大的熱隔離。
[0020]在本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例中，用于模鑄對(duì)象的該工具系統(tǒng)可具有:在該工具表面對(duì)面的一溫度控制表面以界定一鑄模層，該溫度控制表面至少部份形成一流體腔室的邊界，該流體腔室有一排出裝置，以及使用時(shí)支撐該鑄模層的另一層，該加熱及冷卻構(gòu)件配置于該另一層與該鑄模層之間。
[0021]該加熱及該冷卻流體流徑可包括入口位于該另一層中以及出口位于該流體腔室中的一導(dǎo)管。
[0022]在一較佳具體實(shí)施例中，該工具更可包括一中間層，該中間層位在該鑄模層與該另一層之間。
[0023]該加熱流體流徑可由入口位于該另一層中以及出口位于該流體腔室中的一導(dǎo)管界定，以及該冷卻流體流徑可由入口位于該中間層中以及出口位于該流體腔室中的一導(dǎo)管界定。該中間層因此可用作冷流體貯池，它可用來(lái)迅速減少該流體腔室(及由此該工具表面)的溫度。
[0024]在一較佳具體實(shí)施例中，該中間層可與一冷凍構(gòu)件流體相通。這進(jìn)一步支持該中間層作為冷流體貯池的角色。
[0025]在一替代具體實(shí)施例中，該冷卻流體流徑與該加熱流體流徑可共享一共享導(dǎo)管，除了與該在線加熱器毗鄰的一部份之外，其中該冷卻流體流徑界定一在線加熱器旁通。這在該鑄模工具內(nèi)提供空間有效的配置。
[0026]在另一較佳具體實(shí)施例中，該冷卻流體流徑與該加熱流體流徑可共享只在在線加熱器的上游的一共享導(dǎo)管。在另一較佳具體實(shí)施例中，該冷卻流體流徑與該加熱流體流徑可共享只在在線加熱器的下游的一共享導(dǎo)管。這些配置允許更有效率地使用構(gòu)成該工具的結(jié)構(gòu)布置的材料及設(shè)計(jì)。
[0027]該冷卻流體流徑與該加熱流體流徑可同中心地配置。這提供空間有效的配置以及允許這兩種途徑共享支撐結(jié)構(gòu)。
[0028]在一較佳具體實(shí)施例中，該工具更可包括適合控制該加熱及冷卻構(gòu)件的控制構(gòu)件。
[0029]可將該控制構(gòu)件組配成藉由選擇性地引導(dǎo)經(jīng)由該加熱及/或該冷卻流體流徑的流體流動(dòng)，可個(gè)別加熱或冷卻該等工具分區(qū)。
[0030]該選擇可為被動(dòng)式，其是利用負(fù)責(zé)流體流率的閥，以及冷卻流體流動(dòng)傾向含有大于加熱流體流動(dòng)的流體流率。
[0031]本發(fā)明的第二方面提供一種制造對(duì)象的方法，其包含下列步驟:提供用于模鑄對(duì)象的一工具系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:一具有一工具表面用以形成一對(duì)象的工具，該