專利名稱：成形模具及其控制方法
技術領域：
本發明涉及力圖縮短在原料的成形時的加熱和在成形品的固化時 的冷卻之間的周期時間的成形模具及其控制方法。
技術背景在高精度、大批量生產成形品的制品中，在采用使用多個模具的 結構時，由于模具變大，所以熱容量變大，模具溫度升降時需要很長 的時間，周期時間變長，生產率低。另外，由于模具的固定側、可動 側的溫度差引起的橫向方向的熱膨脹差，產生固定側和可動側的間距 誤差，存在著不能滿足成形品的中央部和外側的同心度的質量方面的問題。在圖2(2)中，表示由上述間距誤差產生的筒狀的成形品2的 左右的壁厚之差。作為解決上述問題的對策，考慮采用使用一個模具的結構，但是， 會發生不適合于大批量生產的另外的問題，為了對此進行改進，考慮 加快成形周期時間。在專利文獻l中，揭示了通過分別縮短模具的加熱所需要的時間 和冷卻所需要的時間來縮短成形周期時間的模具。另外，在專利文獻 2中，揭示了將熱管作為傳熱體，能夠迅速地進行模具的加熱冷卻的模具。專利文獻1特開2001 - 009836號公報專利文獻2特開2005 - 138366號公報在專利文獻1中，揭示了一種利用能夠在短時間內均勻加熱及冷 卻模具的模腔的整個壁面的結構來實現縮短成形周期時間的模具。但 是，由于加熱機構設置在模腔的內側(壁面側)，冷卻機構設置在其外 側，所以，在冷卻時，從外側經由加熱機構(管狀構件、封入的熱介 質、殼體部20)將冷卻熱傳遞給模腔的壁面，冷卻時的熱容量變大，需要大的冷卻熱量，難以在短時間內進行冷卻。另外， 一般地，與加 熱相比，對冷卻的控制比較困難，由于將這種冷卻配置在外部，模腔 的壁面的冷卻控制變得更加困難。進而，還存在著加熱用的熱管價格 高昂的困難。在專利文獻2中揭示了一種模具，配置有使前端面與模具的成形 品接觸的面接近的熱管等熱傳導柱，在該熱傳導柱的后端部配置能夠 調節溫度的熱源(加熱、冷卻)，能夠經由熱傳導柱對成形品進行快速 的加熱、冷卻。但是，由于經由熱傳導柱向成形品傳熱，所以，增加 了與熱傳導柱(在熱管的情況下，包含其中的致冷劑)相應的熱容量，在加熱、冷卻時需要大的熱量，與此相應地對于成形品的加熱、冷卻 的迅速性產生障礙。另外，在利用熱管作為熱傳導柱的情況下，雖然 熱傳導變快，但是存在著價格昂貴的難題。 發明內容本發明鑒于前述現有技術的問題，其目的是提供一種力圖以簡單、 廉價的結構縮短模具的成形模型的加熱、冷卻周期時間的成形模具及 其控制方法。根據本發明，在配備有對坯料進行成形的成形模型的成形模具中， 作為前述成形模型，使用磁性模具材料，在沿著前述成形模型的成形 面的內側，設置致冷劑流動的冷卻機構，同時，在前述冷卻機構的周 圍，設置由高頻感應進行加熱的加熱機構，在利用前述成形模型進行 坯料的成形時，利用前述加熱機構和冷卻機構，反復地對前述成形模 型交替地進行加熱和冷卻前述成形模型。這里，前述冷卻機構由設置 在前述成形模型內的管體構成，在進行前述成形模型的冷卻時，流過 致冷劑，在進行前述成形模型的加熱時，變成沒有致冷劑的中空狀態。另外，根據本發明， 一種在沿著對坯料進行成形的成形模型的成 形面的內側設置致冷劑流動的冷卻機構、同時在前述冷卻機構的周圍 設置加熱機構、在坯料成形時借助前述加熱機構和冷卻機構交替地反 復進行對前述成形模型的加熱工序和冷卻工序的成形模具的控制方 法，其中，在冷卻工序時，使前述冷卻機構為致冷劑流通狀態，在加熱工序時，使前述冷卻機構為沒有致冷劑的中空狀態。這里，在前述 冷卻工序與加熱工序之間還具有成形品取出工序，在前述冷卻工序中，使前述冷卻機構為致冷劑流通狀態，在前述成形品取出工序中，將致 冷劑從前述冷卻機構中排出，在前述加熱工序中，使前述冷卻機構為 沒有致冷劑的中空狀態。
圖1是本發明的采用一個成形品的結構的實施例的剖視圖。圖2是本發明的實施例和現有技術例的坯料和成形品的說明圖。 圖3是本發明的實施例的框圖結構圖。 圖4是表示本發明的實施例的各個部分的動作的說明圖。
具體實施方式
下面利用
本發明的實施形式。圖1是本發明的采用一個成形品的結構的一個實施例的剖視圖， (1)(2)分別表示可動模具的上止點和下止點。l是被成形的圓柱形 的坯料，2是成形加工坯料1之后的成形品(有底圓筒)，3是在內部 插入坯料的成形用的固定模具(下模)，4是設置在前述固定模具3的 上方、在上止點與下止點之間移動的用于對坯料1進行成形的可動模 具(上模)。在前述固定模具3上，設置在中央具有中空孔5a的圓筒狀的成形 模型5。成形模型5是對坯料進行擠壓成形的模具部件，由熱傳導性 良好的金屬而且通過高頻感應加熱的磁性體(鐵等)構成，為了盡可 能地縮小熱容量，形成小的質量、小的體積。在前述可動模具4上， 朝下突出地設置下降到前述成形模型5中、對坯料l進行擠壓成形的 內沖頭6，另外設置決定被擠壓成形的坯料1的高度的外沖頭7。9是靠近前述成形模型5的成形表面5b埋設的冷卻機構，由冷水 等致冷劑在內部流動的管狀體構成。另外，在冷卻時，為了消除前述 成形表面5b的溫度不均，將前述冷卻機構9的管狀體到前述成形表面 5b的距離A與管狀體的縱向方向的間距B設定得基本上相同。在冷 卻時，致冷劑(冷水)在冷卻機構9的管狀體內流動，在成形品排出時(將在后面描述)，通過吹入空氣排出除去冷水，變成中空狀態，在 加熱時保持這種狀態。8是設置在前述冷卻機構的周圍的加熱機構，在將高頻感應加熱 線圏8a埋設到絕緣物8b內的狀態下，巻繞到冷卻機構的周圍。由于 高頻感應加熱的加熱能力大，容易控制，所以，配置得比冷卻機構更 靠外側。IO是將成形后冷卻并固化之后的成形品2從成形模型5向上 推起的推桿。通過沿著朝上的箭頭方向移動，將成形品2從中空孔5a 排出。11是將整個固定模具3保溫在120°C的固定側保溫加熱器，12是 將整個可動模具4保溫在80。C的可動側保溫加熱器。從而，在成形作 業中，成形模型5與固定模具3 —起被保溫在120°C，將可動模具4 保溫在80。C。 14是配置在前述成形模型5的外周的隔熱板，將成形模 型5與固定模具3熱分離，盡力縮小成形模型5的熱容量。另外，由 于固定模具3平時被保溫在120°C,所以，通過空氣傳播等將成形模 型5保持在同等的溫度。如上所述，模具的結構簡單，價格低廉，維修性能也提高了。圖3中表示控制框圖。20是包含可動、固定兩個模具3、 4的驅 動機構的模具控制機構，21是控制固定側保溫加熱器11、可動側保溫 加熱器12及高頻感應加熱線圏8a的加熱控制器。另外，加熱控制器 21以大約25kHz的頻率驅動高頻感應加熱線圈8a。 22是向冷卻機構 9的管狀體供應致冷劑、空氣的致冷劑/空氣控制器，23是控制前述模 具控制機構20的動作的模具控制器，24是控制各個控制器的控制部。下面，基于圖1和圖4說明上述結構的成形模具的動作。在圖1 (1)中，將坯料1插入到成形模型5的中空孔5a中(圖4，坯料供 應)，同時，開始固定模具3的成形模型5的加熱(圖4, T1~T2)。 由于這種加熱通過高頻感應加熱來進行，所以，借助在作為加熱線圏 8a的內側的磁性體的成形模型5的表面附近發生的渦電流，直接對包 含成形模型5的表面在內的整體進行加熱。從而，直接將成形模型5 的成形表面5b、即與坯料l接觸的表面加熱，所以，能夠將熱量高效率地向坯料1傳遞。這時，借助致冷劑/空氣控制器22，通過吹入空氣將致冷劑(冷水) 除去，冷卻機構9的管狀體變成中空狀態，由于成形模型5的熱容量 變小，所以，與前述高效率的熱傳遞相結合，可以大幅度縮短從120°C 向150。C的30。C的溫度上升時間(圖4，加熱工序T1~T4)。根據實 施例，可以用2~3秒鐘從120。C達到150°C。當在圖4的T4時刻變成坯料1被加熱到150。C的狀態時，可動模 具4沿箭頭方向下降，達到圖1 (2)所示的下止點，內沖頭6對成形 坯料l進行擠壓，外沖頭7規定成形品2的高度(圖4， T4、 T5)。 在圖2 (1)中表示這種坯料1和成形品2的狀態。在上述T4 T5的成形時刻，并行地停止加熱機構8的加熱動作， 切換成冷卻機構9的冷卻動作。向冷卻機構9的管狀體供應作為致冷 劑的4。C的冷水，由于上述管狀體靠近成形模型5的成形表面5b埋設， 所以，從上述成形表面5b的成形模型5的內側開始冷卻，擴展到整個 模型(圖4，冷卻工序T5 T7)。通過這種冷卻，將成形模型5從150°C 冷卻到120°C，下降30。C的程度，由于利用熱容量小的成形模型，而 且從成形才莫型的內側冷卻，所以，可以高效率地進行成形品2的冷卻， 在短時間內使溫度下降。根據實施例，在利用4。C的冷水作為致冷劑 的情況下，大約用3秒鐘就可以使溫度下降30。C。當通過冷卻使成形品2硬化時，可動模具4上升，返回到圖1(1) 所示的上止點，接著，推桿10朝上沿著箭頭方向移動(圖4， T8、 T9)，將成形品2從中空孔5a向上方推壓(圖4， T9、 TIO)，利用圖 中未示出的機構，排出到模具的外部(圖4， TIO)。這些T8 T10的 時刻構成成形品取出工序。與這種成形品取出工序的T8~T10的時刻大致并行，冷卻機構9 內的致冷劑被除去。具體地說，通過致冷劑/空氣控制器22的控制， 將空氣吹入到冷卻機構9的管狀體內，除去、排出冷水，使管狀體內 成為中空狀態。在除出水分之后，將下一個坯料l供應給成形模型5， 準備下一個加熱工序。這種除去水分，具有防止內部的冷水在被保溫熱加熱的狀態下在下一個加熱工序中沸騰的危險性的效果。以上的時刻T1 T11構成成形的一個循環，通過高速進行加熱、 冷卻，可以縮短成形周期時間。另外，模具的動作只是上下運動，動 作簡單，成形作業及維護性能提高，容易處理。根據本發明，由于將相對而言控制比較困難的冷卻機構配置在成 形模型的內側，將比較容易控制的加熱機構配置其外側，所以，容易 進行將成形模型的冷熱周期時間縮短的控制。另外，在加熱時，由于 冷卻機構變成沒有致冷劑的中空狀態，所以，熱容量變小，縮短了加 熱時間。另外，由于采用由高頻感應進行加熱的加熱機構，所以，利 用發生在表面附近的渦電流直接加熱成形模型本身與坯料接觸的表 面，所以，大幅度縮短了加熱時間。而且，由于可以利用廉價、簡單 的結構構成模具，所以，提高了成形作業及維修性能，容易操作。進 而，由于模具的熱容量變小，所以減少了電力的使用量，節省能量。
權利要求
1.一種成形模具，包括對坯料進行成形的成形模型，其特征在于，采用磁性模具材料作為前述成形模型，在沿著前述成形模型的成形面的內側，設置致冷劑流動的冷卻機構，同時，在前述冷卻機構的周圍，設置由高頻感應進行加熱的加熱機構，在利用前述成形模型進行坯料的成形時，利用前述加熱機構和冷卻機構反復對前述成形模型進行交替的加熱和冷卻。
2. 如權利要求1所述的成形模具，其特征在于，前述冷卻機構由 設置在前述成形模型內的管體構成，在前述成形模型冷卻時流過致冷 劑，在前述成形模型加熱時變成沒有致冷劑的中空狀態。
3. 如權利要求2所述的成形模具，其特征在于，前述冷卻機構對 前述成形模型的內側進行冷卻，前述加熱機構對包含沒有致冷劑的中 空狀態的冷卻機構在內的前述成形模型的內側進行加熱。
4. 一種成形模具，包括對坯料進行成形的成形模型，其特征在于， 采用磁性模具材料作為前述成形模型，設置致冷劑在前述成形模型內流動的冷卻機構和由高頻感應進行 力口熱的力口熱才幾構，前述冷卻機構在前述成形模型冷卻時變成致冷劑流通的狀態，在 前述成形模型加熱時變成沒有致冷劑的中空狀態。
5. 如權利要求4所述的成形模具，其特征在于，前述冷卻機構對 前述成形模型的內側進行冷卻，前述加熱機構對包含沒有致冷劑的中 空狀態的冷卻機構在內的前述成形模型的內側進行加熱。
6. —種成形模具的控制方法，在沿著對坯料進行成形的成形模型 的成形面的內側設置致冷劑流動的冷卻機構，同時，在前述冷卻機構 的周圍i殳置加熱才幾構，在進4亍坯料的成形時，利用前述加熱才幾構和冷 卻機構反復對前述成形模型進行交替的加熱工序和冷卻工序，其特征 在于，機構變成致冷劑流通的狀態，在加熱 工序時，將前述冷卻機構變成沒有致冷劑的中空狀態。
7. 如權利要求6所述的成形模具的控制方法，其特征在于，在前 述冷卻工序中，對前述成形模型的內側進行冷卻，在前述加熱工序中， 對包含處于沒有致冷劑的中空狀態的冷卻機構在內的前述成形模型的 內側進行加熱。
8. 如權利要求6或7所述的成形模具的控制方法，其特征在于， 在前述冷卻工序和加熱工序之間還具有成形品取出工序，在前述冷卻 工序中，將前述冷卻機構變成致冷劑流通的狀態，在前述成形品取出 工序中，將致冷劑從前述冷卻機構排出，在前述加熱工序，將前述冷 卻機構變成沒有致冷劑的中空狀態。
9. 一種成形用模具的控制方法，所述方法設置致冷劑在對坯料進 行成形的成形模型內流動的冷卻機構和利用高頻感應進行加熱的加熱 才幾構，在坯料成形時，利用前述加熱機構和冷卻機構反復對前述成形 模型進行交替的加熱工序和冷卻工序，其特征在于，在冷卻時將前述冷卻機構變成致冷劑流通的狀態，在加熱時，將 前述冷卻機構變成沒有致冷劑的中空狀態。
10. 如權利要求9所述的成形模具的控制方法，其特征在于，在 前述冷卻工序和加熱工序之間還具有成形品取出工序，在前述冷卻工 序中，將前述冷卻機構變成致冷劑流通的狀態，在前述成形品取出工 序中，將致冷劑從前述冷卻機構中排出，在前述加熱工序中，將前述 冷卻機構變成沒有致冷劑的中空狀態。
全文摘要
本發明提供一種成形模具及其控制方法，力圖利用簡單廉價的結構縮短模具的成形模型的加熱、冷卻周期時間。在配備有對坯料進行成形的成形模型的成形模具中，作為前述成形模型，采用磁性模具材料，在沿著前述成形模型的成形面的內側，設置致冷劑流動的冷卻機構，同時，在前述冷卻機構的周圍，設置利用高頻感應進行加熱的加熱機構，在利用前述成形模型對坯料進行成形時，利用前述加熱機構和冷卻機構反復對前述成形模型進行交替的加熱和冷卻。這里，前述冷卻機構由設置在前述成形模型內的管體構成，在前述成形模型冷卻時，致冷劑流動，在前述成形模型加熱時，變成沒有致冷劑的中空狀態。
文檔編號B21C29/04GK101327624SQ20081008227
公開日2008年12月24日 申請日期2008年2月29日 優先權日2007年6月20日
發明者草野光雄, 鈴木和也 申請人:株式會社日立產機系統