專利名稱：用于鍛造的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍛造，具體涉及用于具有復(fù)雜形狀和均勻結(jié)構(gòu)的制品的方 法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的液態(tài)鍛造或者模壓鑄造通過(guò)在固化過(guò)程中在至少局部熔化的金 屬上施加高壓來(lái)生產(chǎn)具有細(xì)粒微結(jié)構(gòu)的金屬制品。所形成的制品具有較高 的密度，且理想地沒(méi)有孔隙。例如，在沖模移動(dòng)進(jìn)入凹模以完全封閉一定 容量的至少局部熔化的金屬時(shí)，至少局部熔化的金屬在沖模的液壓壓力連 續(xù)施加的外部壓力作用下固化成制品。模壓鑄造或者液態(tài)鍛造也減小了在 冷卻過(guò)程中金屬收縮出現(xiàn)的制品的熱撕裂或者熱裂縫。這樣的金屬收縮能 夠通過(guò)在固化過(guò)程中施加脈動(dòng)擠壓力或者通過(guò)兩倍的作用壓力來(lái)提高制品 強(qiáng)度和韌性。
所獲得的制品的實(shí)際體積取決于所供應(yīng)的至少局部熔化金屬的量。為 了不管所用的至少局部熔化的金屬的量如何變化都能獲得具有預(yù)定尺寸的 制品，可以通過(guò)模腔基部施加補(bǔ)償壓力。此補(bǔ)償壓力允許過(guò)量的金屬(其 體積根據(jù)制品不同而變化)延伸超過(guò)實(shí)際制品尺寸。在彈出制品之后，固 化的多余材料被去除。
當(dāng)前的技術(shù)適合于生產(chǎn)具有比較簡(jiǎn)單形狀的堅(jiān)固的韌性制品。然而， 更復(fù)雜形狀要求更嚴(yán)格的尺寸公差，而這是現(xiàn)有技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)的。例如， 較細(xì)部分過(guò)早固化，導(dǎo)致了與制品其余部分相比在較細(xì)的部分中產(chǎn)生較大 的孔隙，這導(dǎo)致了非均勻結(jié)構(gòu)。同時(shí)，當(dāng)前液態(tài)鍛造或者模壓鑄造技術(shù)還 未能夠形成具有比較小且公差極小的通孔的部件。然而，復(fù)雜制品還常常 要求均勻的高強(qiáng)度和韌性，這些屬性本身易于通過(guò)鍛造來(lái)實(shí)現(xiàn)。
此外，當(dāng)處理薄壁部分時(shí)，經(jīng)常顆粒尺寸會(huì)接近于與壁厚度相同的大
小數(shù)量級(jí)。在此情況下， 一個(gè)顆粒的損失會(huì)造成壁厚度和壁強(qiáng)度的顯著降 低。例如，顆粒尺寸可以是100微米，壁可以是300微米厚度。這在諸如 用于小的磁盤驅(qū)動(dòng)器的殼體的小產(chǎn)品中比較重要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一優(yōu)選方面，提供一種用于形成制品的設(shè)備。該設(shè)備包括至少 一個(gè)凹模，凹模具有接收材料的模腔，材料至少部分熔化；和至少一個(gè)凸
模，凸模適于可滑動(dòng)地配合模腔，并將成形壓力施加在布置在模腔中的材 料上。還包括用于形成制品特征的至少一個(gè)銷子。銷子適于可滑動(dòng)地配合 凹模，并接觸材料，銷子還適于在施加成形壓力時(shí)后退，并當(dāng)后退時(shí)施加 特征成形壓力，由此當(dāng)材料在成形壓力下固化時(shí)形成具有制品特征的制品.根據(jù)第二方面，提供一種形成具有制品特征的制品的方法。該方法包
括
(a) 相對(duì)于模腔將至少一個(gè)銷子定位在第一位置處；
(b) 將用來(lái)形成制品的熔化材料插入模腔中；
(C)銷子相對(duì)于模腔移動(dòng)以接觸熔化材料，從而形成制品；以及 (d)至少一個(gè)銷子相對(duì)于模腔移動(dòng)到第二位置，至少一個(gè)銷子的移
動(dòng)是在熔化材料固化之前進(jìn)行的。
當(dāng)材料固化時(shí)，銷子可以與凸模接觸；或者當(dāng)材料固化時(shí)，銷子可以
從模腔后退出來(lái)。
特征成形壓力可以小于成形壓力；由于凸模移動(dòng)使得至少一個(gè)銷子移 動(dòng)。凸模可以在凸模接觸熔化金屬之前接觸至少一個(gè)銷子。當(dāng)凸模接觸至 少一個(gè)銷子時(shí)，凸?？梢詫N子從第一位置壓到第二位置?？蛇x地，或者 附加地，由于凸模施加到熔化材料的壓縮力，使得熔化材料可以使銷子從 第一位置移動(dòng)到第二位置。
當(dāng)至少一個(gè)銷子在第一位置時(shí)，至少一個(gè)銷子的上端可以與模腔的下 表面大致共面。當(dāng)至少一個(gè)銷子在第二位置時(shí)，銷子的上端可以后退到下 表面的下方。
可選地或者附加地，當(dāng)至少一個(gè)銷子在第一位置，并且熔化材料插入 在模腔中時(shí)，至少一個(gè)銷子的上端可以位于熔化材料的頂面上方。


為了使本發(fā)明可以得到充分的理解并易于實(shí)施，現(xiàn)在將以非示例性示 例的方式僅僅描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，描述是參照附圖來(lái)進(jìn)行的。 在附圖中
圖1是在施加成形壓力之前第一實(shí)施例的截面圖2是在施加成形壓力的過(guò)程中與第一實(shí)施例的圖1相對(duì)應(yīng)的垂直橫 截面圖3是根據(jù)第一實(shí)施例形成的制品的側(cè)視圖4是在施加成形壓力之前第二實(shí)施例的垂直截面圖5是在施加成形壓力過(guò)程中與第二實(shí)施例的圖4對(duì)應(yīng)的視圖。
圖6是根據(jù)第二實(shí)施例形成的制品的側(cè)視圖7是在施加成形壓力之前第三實(shí)施例的垂直橫截面圖8是在施加成形壓力的過(guò)程中與第三實(shí)施例的圖7相對(duì)應(yīng)的視圖9是根據(jù)第三實(shí)施例形成的制品的側(cè)視圖；以及
圖IO是處理的流程圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)一方面，提供一種用于形成至少一個(gè)制品的鍛造設(shè)備。由該設(shè)備 形成的制品能夠包括通孔和較細(xì)的部分，同時(shí)具有均勻的結(jié)構(gòu)。
參照附圖，設(shè)備IO包括凹模12，凹模12具有模腔14以接收至少部 分熔化的材料16。例如，材料16可以是完全熔化的金屬、半固體金屬或 者具有液相或者半固體金屬相的合成材料。
設(shè)備包括凸模20，凸模20適于以滑動(dòng)但是通常密封配合的方式與模 腔14配合，并適于將成形壓力施加在設(shè)置在模腔14中的材料16上。例 如，可以通過(guò)液壓壓力提供成形壓力。
設(shè)備10還包括用于形成制品特征的銷子24。設(shè)備10形成為銷子24
以滑動(dòng)配合的方式與凹模12配合。銷子24能夠延伸進(jìn)入模腔14中以接觸 材料16，并后退到模腔14的外部。銷子24還構(gòu)造成施加特征成形壓力， 并能夠用于在模制的產(chǎn)品中形成特征。
在第一實(shí)施例中，如圖l所示，材料16設(shè)置在模腔14中。在銷子24 已經(jīng)延伸直到其接觸凸模20或者至少在材料16的預(yù)定表面水平26的上方 之后材料16插入到模腔14中。這是銷子24的第一位置。因而，當(dāng)材料 16插入到模腔14中時(shí)，銷子24開(kāi)始延伸到材料16的表面水平26的上 方。隨著凸模20接近材料16，并施加成形壓力，凸模20在接觸材料16 之前接觸銷子24，并將力施加到銷子24。該力足以克服施加到銷子24的 使其移動(dòng)并保持在所示延伸或者第一位置的力。在施加成形壓力的同時(shí)銷 子24相應(yīng)地后退。特征成形壓力小于成形壓力，并能夠例如由相同的液 壓壓力提供?？蛇x地，其可以與成形壓力大致相同。當(dāng)凸模20接觸材料 16時(shí)，其將成形壓力施加到材料以壓縮材料而形成制品，并與銷子24 — 起形成特征。當(dāng)凸模20停止移動(dòng)時(shí)，銷子24處于后退或者第二的位置。
如圖2所示，材料16的固化產(chǎn)生圖3所示的制品30。在第一實(shí)施例 中，制品特征是通孔32。例如，銷子24能夠具有圓形橫截面，使得通孔 32是圓形。銷子24能夠具有不同的橫截面，或者沿著其長(zhǎng)度具有多個(gè)不 同的橫截面，這取決于通孔32的所期望的形狀。
以此方式，材料16保持液體達(dá)足以使在固化之前形成制品特征的時(shí) 段。其還使過(guò)早固化(即，在凸模20將其力施加到材料16之前)的風(fēng)險(xiǎn) 最小化。這有助于允許材料16釆用更一致和均勻的結(jié)構(gòu)，并減小了顆粒 尺寸。
而且，如果銷子24在材料16插入到模腔14中之后移動(dòng)，則其必須穿 過(guò)在圍繞模腔14的材料16上形成的表面層。穿過(guò)表面層會(huì)影響銷子24、 制品特征和材料16固化之后的結(jié)構(gòu)。在凸模20接觸材料16之后，材料 16由于熱傳遞到凸模并通過(guò)凸模而很快固化。
在第二實(shí)施例中，如圖4所示，材料16設(shè)置在模腔14中。在材料16 插入模腔14之前，銷子24首先與模腔14的下表面36平齊，并且不延伸 進(jìn)入模腔14。這是銷子24的第一位置。參照?qǐng)D5，當(dāng)材料16插入到模腔
14中時(shí)，由于凸模20將成形壓力施加在材料16上，受壓的材料16使銷 子24從孔34后退到模腔14的外部。同時(shí)，銷子24將特征成形壓力施加 在材料16上。隨著銷子24后退，材料16突起到銷子24在后退之前先前 所占的空間38中。當(dāng)銷子24已經(jīng)充分移動(dòng)或者后退時(shí)，其停止在第二或 者后退位置(圖5)。通過(guò)在銷子24和凸模20之間保持對(duì)材料16的壓 力，通過(guò)材料填充孔34到銷子24的頂部形成該特征，并且填充孔34的材 料與材料16的其余部分均勻。
如圖5所示材料16，固化形成圖6所示的制品40。在第二實(shí)施例 中，制品特征是頸部44。例如，銷子24可以具有較細(xì)的橫截面，使得頸 部44是較細(xì)的部分。由于固化在由凸模20和銷子24兩者提供的壓力下進(jìn) 行，所以減小了與頸部44過(guò)早固化有關(guān)的問(wèn)題。頸部44的結(jié)構(gòu)因而與制 品40的其余部分均勻。銷子24能夠具有不同的橫截面，或者沿其長(zhǎng)度具 有多個(gè)不同橫截面，這取決于所期望的頸部14的形狀。
在第三實(shí)施例中，如圖7所示，設(shè)備10包括兩個(gè)銷子46、 48。在第 三實(shí)施例中，其中一個(gè)銷子46根據(jù)第一實(shí)施例的銷子24構(gòu)造和工作，而 另一個(gè)銷子48根據(jù)第二實(shí)施例的銷子24構(gòu)造和工作。在凸模20將成形壓 力施加到設(shè)置在模腔14中材料16上時(shí)，如圖8所示，材料16的固化形成 圖9所示的制品50。在第三實(shí)施例中，形成了兩個(gè)制品特征，通孔52和 頸部54。在第三實(shí)施例中，制品50結(jié)合了第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的特 征和處理。
盡管所描述的實(shí)施例描述了一個(gè)凸模和一個(gè)凹模，可以提供結(jié)合類似 于較早描述的實(shí)施例構(gòu)造的多個(gè)不同的凹模、凸模和銷子的其它實(shí)施例以 形成具有多個(gè)制品特征的多個(gè)制品。這些特征可以是孔、突起、頸部、凹 部或者它們的組合。這種制品和制品特征可以具有各種形狀和尺寸。因而 能夠形成具有復(fù)雜形狀和均勻結(jié)構(gòu)的制品。而且，銷子24、 46、 48和/或 凸模20的表面可以具有表面處理以形成更復(fù)雜或者復(fù)合的特征。
圖10圖示了以上所述的處理。銷子24在處理開(kāi)始時(shí)(101)在第一 位置。該位置是在圖1、圖4和圖7中所示的位置。然后插入材料16 (102)，凸模20移動(dòng)(103)。如果凸模20在凸模20接觸材料16之前
接觸銷子24 (即，圖1至圖3，圖7至圖9) (104)，則凸模20使銷子 16移動(dòng)到第二位置(107)，并壓縮材料16 (106)以形成制品和制品特 征(107)。如果凸模20首先接觸材料16 (108)(圖4至圖6，圖7至圖 9)，則其壓縮材料(109)以推動(dòng)銷子24后退到第二位置(110)以形成 制品和制品特征(107)。
盡管已經(jīng)在前述描述中已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域 技術(shù)人員將理解到在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以對(duì)設(shè)計(jì)或者構(gòu)造的 細(xì)節(jié)進(jìn)行許多變化或者修改。
權(quán)利要求
1.一種用于形成制品的設(shè)備，所述設(shè)備包括(a)至少一個(gè)凹模，所述至少一個(gè)凹模具有接收材料的模腔，所述材料至少部分熔化；(b)至少一個(gè)凸模，所述至少一個(gè)凸模適于可滑動(dòng)地配合所述模腔，并將成形壓力施加在布置在所述模腔中的所述材料上；以及(c)至少一個(gè)銷子，所述至少一個(gè)銷子用于形成制品特征，并適于可滑動(dòng)地配合所述凹模，并接觸所述材料，所述至少一個(gè)銷子還適于在施加所述成形壓力時(shí)移動(dòng)，并當(dāng)后退時(shí)施加特征成形壓力，由此，當(dāng)所述材料在所述成形壓力下固化時(shí)形成具有所述制品特征的所述制品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述材料固化時(shí)，所述至少 一個(gè)銷子與所述至少一個(gè)凸模接觸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述材料固化時(shí)，所述至少 一個(gè)銷子從所述模腔后退出來(lái)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的設(shè)備，其中，所述特征成形壓力從以下 項(xiàng)組成的組中選擇小于所述成形壓力和與所述成形壓力相同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的設(shè)備，其中，由于所述至少一個(gè)凸模移動(dòng)使得所述至少一個(gè)銷子移動(dòng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)凸模在所述至少一個(gè)凸模接觸所述材料之前接觸所述至少一個(gè)銷子。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，在所述至少一個(gè)凸模接觸所述至少一個(gè)銷子之后，所述至少一個(gè)凸模將所述至少一個(gè)銷子從第一位置壓 到第二位置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，由于所述至少一個(gè)凸模施加到 所述材料的所述成形壓力使得所述材料使所述銷子從第一位置移動(dòng)到第二 位置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述至少一個(gè)銷子在所述第 一位置時(shí)，所述至少一個(gè)銷子的上端與所述模腔的下表面大致共面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述至少一個(gè)銷子在 所述第二位置時(shí)，所述銷子的所述上端后退到所述下表面下方。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述至少一個(gè)銷子在所述 第一位置和所述材料插在所述模腔中時(shí)，所述至少一個(gè)銷子的上端位于所 述材料的頂面上方。
12. —種形成具有制品特征的制品的方法，所述包括(a) 相對(duì)于模腔將至少一個(gè)銷子定位在第一位置處；(b) 將用來(lái)形成所述制品的熔化材料插入所述模腔中；(C)至少一個(gè)凸模相對(duì)于所述模腔移動(dòng)以接觸所述熔化材料，從而 形成所述制品；以及(d)所述至少一個(gè)銷子相對(duì)于所述模腔移動(dòng)到第二位置，所述至少一個(gè)銷子的移動(dòng)在所述熔化材料固化之前進(jìn)行。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，由于所述至少一個(gè)凸模移動(dòng) 使得所述至少一個(gè)銷子移動(dòng)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，在所述至少一個(gè)凸模接觸所 述熔化材料之前，所述至少一個(gè)凸模接觸所述至少一個(gè)銷子。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，在所述至少一個(gè)凸模接觸所 述至少一個(gè)銷子之后，所述至少一個(gè)凸模將所述銷子從第一位置壓到第二 位置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，由于所述凸模施加到所述熔 化材料的成形壓力，所述熔化材料使所述銷子從所述第一位置移動(dòng)到所述 第二位置。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，當(dāng)所述至少一個(gè)銷子在所述 第一位置時(shí)，所述至少一個(gè)銷子的上端與所述模腔的下表面大致共面。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，當(dāng)所述至少一個(gè)銷子在所述 第二位置時(shí)，所述銷子的所述上端后退到所述下表面的下方。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，當(dāng)所述至少一個(gè)銷子在所述 第一位置并且所述熔化材料插在所述模腔中時(shí)，所述至少一個(gè)銷子的上端 位于所述熔化材料的頂面的上方。
全文摘要
一種用于通過(guò)鍛造形成制品的設(shè)備(10)，該設(shè)備包括至少一個(gè)凹模(12)，該至少一個(gè)凹模具有接收材料的模腔，所述材料(16)至少部分熔化；和至少一個(gè)凸模(20)，該至少一個(gè)凸模適于可滑動(dòng)地配合模腔，并將成形壓力施加在布置在模腔中的材料上。還包括用于形成制品特征的至少一個(gè)銷子(24)。銷子適于可滑動(dòng)地配合凹模，并接觸材料，銷子還適于在施加成形壓力時(shí)后退，并當(dāng)后退時(shí)施加特征成形壓力，由此當(dāng)材料在成形壓力下固化時(shí)形成具有制品特征的制品(30)。
文檔編號(hào)B21J5/02GK101189083SQ200580049695
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者何明光, 卜紹輝, 楊明憲, 童慶光 申請(qǐng)人:新加坡科技研究局