TWI625213B - 用於鑄模物件的工具系統及製造物件的方法 - Google Patents

Abstract

一種用於模鑄物件的工具系統，其係包括：一具有一工具表面用以形成物件的工具，該工具表面包括多個工具分區，用以引導加熱或冷卻流體流至個別工具分區的多條流體流徑，包括用於加熱通過一各別加熱流體流徑之流體之一在線加熱器的加熱構件，以及包含一冷卻流體流徑的冷卻構件，該冷卻流體流徑旁通該加熱流體流徑之該在線加熱器。

Description

用於鑄模物件的工具系統及製造物件的方法

本發明係有關於鑄模工具的溫度管理。更特別的是，本發明有關於用流體加熱及冷卻之鑄模工具的溫度之主動電力及流動管理技術。

特別是，由本案申請人早期公開申請案的世界專利第WO 2011/048365號可得知鑄模工具的流體加熱技術。在此文獻中，描述基於流體及與鑄模工具之個別分區獨立關聯的加熱及冷卻構件，同時控制構件係經設計成可控制該加熱及冷卻構件以個別加熱或冷卻該等工具分區以便在模鑄製程期間的任何特定時間，調節在各個工具分區進出待模鑄物件的熱傳遞。

此類鑄模工具通常可用於兩種不同用途。

第一種鑄模工具用途是大量連續生產，其特徵在於每個工件的熱循環時間短，以及在模鑄前一個工件後就模鑄各個新的工件。鑄模工具係以此方式在生產值班期間連續使用。

第二種鑄模工具用途是少量間歇性生產，其特徵在於每個工件的熱循環時間較長，以及鑄模工具在工件的 鑄模之間經歷一段“停機時間”。這可能是由安裝工件於鑄模工具上及卸除的複雜性引起，例如，由於需要輔助設備。

這兩種鑄模工具用途對於鑄模工具使用者有挑戰性。

圖1為用於大量連續生產之習知鑄模工具(例如揭示於世界專利第WO 2013/021195號者)的溫度循環。加熱及冷卻流動係通過線內空氣加熱器。當冷卻時，切斷加熱器。用此方法快速加熱及冷卻每個工件。

當由加熱切換到冷卻時，相對於總工件循環時間，要花相當長的時間轉移離開在線加熱器(in-line heater)及周圍另件內的餘熱，使得通過在線加熱器的流動不再加熱。

另外，當由冷卻切換到加熱時，相對於總工件循環時間，在線加熱器及周圍鑄模工具結構要花相當長的時間充分升溫使得由在線加熱器排出的流體有所欲溫度。

在這些轉移階段，在線加熱器以錯誤的溫度有效垛推進流體而具有有害的影響。

圖2為用於少量間歇性生產之習知鑄模工具(例如揭示於世界專利第WO 2013/021195號者)的溫度循環。相對於用於大量連續生產之鑄模工具的溫度循環，每個工件的加熱及冷卻時間較長。

兩者的明顯關鍵差異是在卸下處理後的第一工件與開始處理下一個工件之間有較長的“停機時間”。這顯示有20至25分鐘以及45至50分鐘。在此“停機時間”期 間，鑄模工具失去餘熱，這在鑄模工具進入下一個循環時需要較大的調昇(ramp up)，需要更多熱能以及加劇“停機時間”的長度。

特別與有短期循環時間及本質上利用在線加熱器的鑄模工具有關的另一個挑戰係有關於最大流體流率。流體加熱及冷卻速率傾向不同是因為與用同一個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。如世界專利第WO 2013/021195號所揭示的習知層狀鑄模工具，通常冷卻流體流率與加熱流體流率的比率為三比一(3：1)。對於小型鑄模工具，實現有最佳流動特性的流體流動，(例如，紊流位準)，冷卻可能有問題，在此在線加熱器的加熱元件部份在負責輸送冷卻流體的導管中起阻障作用。

此外，在線加熱器在由加熱轉移至冷卻時的餘熱以及在轉移時需要增加流體流動的組合效果造成高溫“突跳”，這對鑄模工具及工件兩者可能會有有害影響。

本發明的目標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於生產部件及整體工具效率的循環時間。

根據本發明的第一方面，提供一種用於模鑄物件的工具系統，該系統包括：一具有一工具表面用以形成一物件的工具，該工具表面包括多個工具分區，能引導一加熱或一冷卻流體流至個別工具分區的多條流體流徑，加熱 及冷卻構件；該加熱構件包括一在線加熱器用以加熱通過一各別加熱流體流徑的流體，該等加熱器獨立與該等工具分區中之至少一些的該加熱流徑關聯，該冷卻構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之該在線加熱器。

藉由提供加熱及冷卻流動的交替流體流徑，可優 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域中提供交替的流體流動途徑，不需要安排冷卻流體流動的路線通過該加熱流體流動途徑的在線加熱器。有利的是，該在線加熱器因此對於該冷卻流體流動不會起阻障作用。此外，當在加熱、冷卻之間切換時，該在線加熱器的無用餘熱不會輸送至該工具表面，這在冷卻流體流動路由通過在線加熱器時會出現這種情形，因此在轉移後不會有除熱突跳(heat stripping spike)。再者，在冷卻流體經由該冷卻流體途徑通過時，該在線加熱器可設定至特定溫度，使得當該工具由冷卻轉移到加熱時，該在線加熱器可立刻在必要的溫度。

在一較佳具體實施例中，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途徑與該冷卻流體流動途徑的特別客製化，例如提供有較大橫截面面積的冷卻流體流動途徑以適應與冷卻流體流動關聯相對於加熱流體流動的大流體流率。此外，該加熱流體流動途徑與該冷卻流體流動途徑之導管的容積效應對於對方加熱及冷卻該鑄模工具沒有不利影響，否則這對大量生產的短循 環時間有害。此配置更在用冷卻流體流動冷卻個別工具分區時，允許通過在線加熱器的流體流動反向運行，這對個別工具分區的除熱有利。

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。

在本發明的一較佳具體實施例中，用於模鑄物件 的該工具系統可具有：在該工具表面對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之邊界，該流體腔室有一排出裝置，以及使用時支撐該鑄模層的另一層，該加熱及冷卻構件配置於該另一層與該鑄模層之間。

該加熱及該冷卻流體流徑可包括入口位於該另 一層中以及出口位於該流體腔室中的一導管。

在一較佳具體實施例中，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。

該加熱流體流徑可由入口位於該另一層中以及 出口位於該流體腔室中的一導管界定，以及該冷卻流體流徑可由入口位於該中間層中以及出口位於該流體腔室中的一導管界定。該中間層因此可用作冷流體貯池，它可用來迅速減少該流體腔室(從而該工具表面)的溫度。

在一較佳具體實施例中，該中間層可與一冷凍構 件流體相通。這進一步支援該中間層作為冷流體貯池的角色。

在一替代具體實施例中，該冷卻流體流徑與該加 熱流體流徑可共享一共用導管，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。這在該鑄模工具內提供空間有效的配置。

在另一較佳具體實施例中，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之上游的一共用導管。在另一較佳具體實施例中，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之下游的一共用導管。這些配置允許更有效率地使用構成該工具之結構佈置的材料及設計。

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用支撐結構。

在一較佳具體實施例中，該工具更可包括適合控 制該加熱及冷卻構件的控制構件。

可將該控制構件組配成藉由選擇性地引導經由 該加熱及/或該冷卻流體流徑的流體流動，可個別加熱或冷卻該等工具分區。

該選擇可為被動式，其係利用負責流體流率的 閥，以及冷卻流體流動傾向含有大於加熱流體流動的流體流率。

本發明的第二方面提供一種製造物件的方法，其 係包含下列步驟：提供用於模鑄物件的一工具系統，該系統包括：一具有一工具表面用以形成一物件的工具，該工具表面包括多個工具分區，能引導一加熱或一冷卻流體流 至個別工具分區的多條流體流徑，加熱及冷卻構件；該加熱構件包括一在線加熱器用以加熱通過一各別加熱流體流徑的流體，該等加熱器獨立與該等工具分區中之至少一些的該加熱流徑關聯，該冷卻構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之該在線加熱器；放置一待模鑄物件於該工具表面上；藉由激活該加熱構件來改變各個工具分區的工具表面溫度以加熱該物件；以及藉由激活該冷卻構件來改變各個工具分區的工具表面溫度以冷卻該物件。

在一較佳具體實施例中，該方法可更包括下列步 驟：在模鑄製程期間的任何特定時間，藉由選擇性地引導經由該加熱及/或該冷卻流體流徑的流體流動來主動控制該加熱及冷卻構件以調節在各個工具分區進出該物件的熱傳遞。

在一較佳具體實施例中，在經由該加熱流徑選擇 性地引導流體流動的步驟期間，主動控制該等在線加熱器以使該流體由一冷卻流體變成一加熱流體。

在一較佳具體實施例中，該方法可更包括下列步 驟：在放置待模鑄於該工具表面上的該物件的步驟之前，激活該加熱器組件及加熱流體流動。這允許預熱該鑄模工具是有利的。

在一較佳具體實施例中，該方法可更包括下列步 驟：在激活該冷卻構件的步驟期間使該加熱器組件及該加熱流體流動保持起作用，藉此預熱該加熱器組件以備妥下 一次由冷卻流體流動至加熱流體流動的轉移。該在線加熱器的熱起動可減少循環時間。

在一較佳具體實施例中，該方法可更包括下列步 驟：在激活該冷卻構件的步驟期間使該加熱器組件及該加熱流體流動以一降低位準保持起作用，藉此預熱該加熱器組件以備妥下一次由冷卻流體流動至加熱流體流動的轉移。對於時間相對短的冷卻及加熱，假定冷卻流動相對於加熱流動有較高的相關流體流率足以“打開”該冷卻流體流動而不必“關閉”該加熱流體流動。

在一較佳具體實施例中，該方法可更包括下列步 驟：當在加熱該物件的步驟及冷卻該物件的步驟之間轉移時，使通過該線內空氣加熱器的該流體流動逆向。通過該加熱流體流動途徑暫時“拉回”熱流體有助於加速該工具表面的冷卻，同時維持一流動通過該加熱器以免“燒壞”。

100‧‧‧工具

102‧‧‧第一層

104‧‧‧第二層

106‧‧‧第三層

108‧‧‧支撐組件

110‧‧‧工具面

112‧‧‧溫度控制表面

114‧‧‧周壁

116‧‧‧第二末端

118‧‧‧腔室

120‧‧‧腔室壁

122‧‧‧肋條

124‧‧‧塊體

125‧‧‧通孔

128‧‧‧內部端口

130‧‧‧排出端口

132‧‧‧塊體

134‧‧‧通孔

136‧‧‧密封板

138‧‧‧盲孔

140‧‧‧支撐板/線內空氣加熱器

142‧‧‧工字樑

144‧‧‧第一墊片

146‧‧‧第二墊片

150‧‧‧加熱器組件

152‧‧‧長形管體

153‧‧‧入口

154‧‧‧旁通部份

155‧‧‧出口

156‧‧‧上游加熱器組件閥

157‧‧‧下游加熱器組件閥

158‧‧‧孔板

170、171‧‧‧虛線箭頭

190‧‧‧壓縮空氣源

191‧‧‧箭頭

192‧‧‧多通道主控制器

200‧‧‧鑄模工具

202‧‧‧第一層

212‧‧‧工具主體

212‧‧‧溫度控制表面

222‧‧‧肋條

230‧‧‧排出端口

240‧‧‧線內空氣加熱器

250‧‧‧加熱器組件

251‧‧‧長形管體

251‧‧‧冷卻流體流動途徑

252‧‧‧長形管體

253‧‧‧入口

255‧‧‧出口

256‧‧‧入口

257‧‧‧出口

290‧‧‧壓縮空氣源

291‧‧‧箭頭

292‧‧‧主控制器

300‧‧‧鑄模工具

302‧‧‧第一層

304、306‧‧‧第二、第三層

340‧‧‧線內空氣加熱器

350‧‧‧加熱器組件

351、352‧‧‧長形管體

353、356‧‧‧入口

355、357‧‧‧出口

360‧‧‧中間層

362‧‧‧單一流體腔室

364‧‧‧主體

366‧‧‧端口

390‧‧‧壓縮空氣源

391‧‧‧箭頭

392‧‧‧主控制器

400‧‧‧鑄模工具

404‧‧‧組合層

412‧‧‧溫度控制表面

420‧‧‧線內空氣加熱器組件

430‧‧‧排出端口

440‧‧‧線內空氣加熱器組件

451‧‧‧長形管體

452‧‧‧長形管件

456‧‧‧入口

490‧‧‧壓縮空氣源

491‧‧‧通道

551‧‧‧長形管體

552‧‧‧長形管件

614‧‧‧周壁

620‧‧‧腔室壁

651‧‧‧長形管體

B‧‧‧區域

圖1為使用於大量連續生產之習知層狀鑄模工具的溫度曲線；圖2a為使用於少量間歇性生產之習知層狀鑄模工具的溫度曲線；圖2b為圖2a用預熱充電循環操作之習知層狀鑄模工具的溫度曲線；圖3a的示意圖根據本發明圖示鑄模工具熱管理系統的第一具體實施例；圖3b為圖3a中之區域B的詳圖； 圖3c為圖3a中之區域B的詳圖，其中該鑄模工具熱管理系統處於替代組態；圖4的示意圖根據本發明圖示鑄模工具熱管理系統的第二具體實施例；圖5的示意圖根據本發明圖示鑄模工具熱管理系統的第三具體實施例；圖6a的示意圖根據本發明圖示鑄模工具熱管理系統的第四具體實施例；圖6b為鑄模工具熱管理系統沿著圖6中之直線A-A繪出的部份剖面圖；圖6c為有替代組態之鑄模工具熱管理系統沿著圖6中之直線A-A繪出的部份剖面圖；圖6d為有替代組態之鑄模工具熱管理系統沿著圖6中之直線A-A繪出的部份剖面圖。

請參考圖3a，工具100包括第一層102，第二層104，第三層106，以及支撐組件108。

第一層102包括工具面110。工具面110界定待形成之工件的形狀，以及使用時與對置工具(未圖示)關聯。在工具面110的底面上，界定如以下所述的溫度控制表面112。

第一層102被周壁114包圍以便界定一圍封容積。第一層102界定在第一末端以溫度控制表面112之一部份為邊界以及在第二末端116開放的許多離散腔室 118。腔室118用由溫度控制表面112延伸至開放末端116的腔室壁120分開。同樣地，第一層102界定一種由許多離散細胞狀腔室118構成的蜂巢結構。

該溫度控制表面包括許多肋條122。該等肋條提 供溫度控制表面的大表面積供接觸腔室118內的流體從而促進流體與溫度控制表面112之間的熱傳遞。同樣地，瞬間在腔室118內的任何流體會通過第一層102的傳導來影響工具面110的溫度。

第二層104包括有許多通孔125界定於其中的塊 體124。相鄰通孔125皆經由內部端口(internal port)128流體相通。緊鄰塊體124周邊的通孔界定與通孔125流體相通的排出端口(exhaust port)130。

第三層106包括有一序列之通孔134的塊體 132。每個通孔134包含以下將描述之線內空氣加熱器的安裝裝置。

支撐組件108包括有多個盲孔138界定於其中的 密封板136、支撐板140及多個工字樑142。

除了上述另件以外，提供第一墊片144與第二墊片146。

工具100的組裝如下：工字樑142形成工具的反應結構藉此可產生由對置工具(未圖示)施加於工具面110上的任何壓縮負載。支撐板140裝在工字樑142上以及密封板136置於支撐板140上面，如圖3a所示。然後，安裝第三層106至支撐板使得 每個通孔134各自與密封板的盲孔138對齊。

提供有加熱器組件150的線內空氣加熱器140，以及長形管體152，入口153，出口155和旁通部份154。加熱器組件150裝在有通孔134的第三層106內。各自在加熱器組件150的上游及下游安置上游加熱器組件閥156與下游加熱器組件閥157。上游加熱器組件閥因此控制通過加熱器組件150及旁通154的流動。應注意，有多個此類加熱器裝入每個通孔134。也會安裝向上突出的熱電耦。

第二墊片放在第三層106上面。第二墊片146包括在加熱器150之管體152四周形成緊密密封件的多個孔板(orifice)136。同樣地，當每個加熱器150及墊片146裝上時，每個通孔134用在下面的密封板136及上面的墊片146密封。

第二層104隨後放在第三層106上面使得每個通孔125各自與通孔134對齊。同樣地，每個通孔125有收容於其中的空氣加熱器管體(tube section)125之一部份。

第一墊片144放在第二層104上面。第一墊片144包括一序列實質比加熱器140之區段152寬的孔板158使得通孔125都向上開放。

第一層102堆疊於第二層104上使得每個腔室118各自與通孔125對齊。同樣地，通孔125與腔室118各自相互流體相通。

由圖3可見，在組好時，管體152的出口155噴出鄰近流體及打在第一層102的溫度控制表面112上。

每個墊片144、146由絕熱材料構成。該材料的 導熱性低於用來構造層102、104的材料。同樣地，可最小化第一層102與第二層104之間的傳導。

同樣，由於第二墊片146而可最小化第二層104 與第三層106之間的傳導。此外，由於孔板136在加熱器140的管體152四周形成緊密密封件，不允許流體在通孔125與通孔134之間通過。同樣地，不允許第二層104與第三層106之間有經由傳導及對流的熱傳遞。

在組好時，每個線內空氣加熱器140提供包括加 熱器組件150、長形管體152、入口153及出口155的加熱流體流動途徑，以及包括旁通部份154、長形管體152、入口153及出口155的冷卻流體流動途徑。同中心地配置旁通部份154於線內空氣加熱器140的加熱器組件150四周。 同樣地，該加熱流體流動途徑與該冷卻流體流動途徑共享一共用導管，除了在加熱器組件150的區域以外。該加熱及該冷卻流體流動途徑的入口153由壓縮空氣源190供給(箭頭191)，壓縮空氣源190用經由一序列溫度控制感測器(未圖示)接收來自工具主體112之反饋的多通道主控制器192控制。

因此，使用時，可用各種方式操作工具100。

當工件需要加熱(參考圖3b)時，激活加熱器組件150以及驅策加壓流體通過線內空氣加熱器140的入口153。上游加熱器組件閥156與下游加熱器組件閥都處於第一位置藉此經由加熱流體流徑驅策加壓流體通過加熱器組 件150以加熱該流體。受熱流體在長形管體152向上流動，以及在出口155離開線內空氣加熱器140以打在溫度控制表面112的肋條122上。在受熱流體打在第一層102的溫度控制表面112上後，受熱流體經由如虛線箭頭170所示的開放末端116從第一層102的每個腔室118流到第二層104的腔室125。然後，流體沿著第二層104在壓力下通過內部端口128而在此過程中逐漸混合。然後，流體經由如虛線箭頭171所示的排出端口130離開第二層104而排到周遭大氣。

當工件需要冷卻時，加壓流體的流動採用替代的 冷卻流體流徑(參考圖3c)，在上游加熱器組件閥156移到允許流體經由在線加熱器旁通154流動的第二位置時，下游加熱器組件閥157也移到允許流體在長形管體152向上流動以及實質防止流動通過加熱器組件150的第二位置。 然後，冷卻流體在出口155離開線內空氣加熱器140打在溫度控制表面112的肋條122上。在冷卻流體打在第一層102的溫度控制表面112後，冷卻流體遵循與受熱流體相同的路徑，亦即，經由排出端口130最終排到周遭大氣。

在冷卻流動期間，加熱器組件150可去激活，維 持恆壓，或甚至“預熱”準備下一個加熱階段。下游閥157的配置使得在處於第二位置時，允許少量流體流動通過加熱器組件150以防過熱，但是不會多到對於冷卻流動有明顯有害的影響。

上游、下游加熱器組件閥156、157的運動可為 被動式，因為它是由進入流體質流率從而壓力的增加誘發，這與加熱及冷卻流動之間的轉移關聯。例如，這可用只在有預定壓力時打開的彈性舌閥(resilient flap valve)達成。替換地，可為主動式，因為該等閥是用習知方式致動。

在一替代配置中，加熱器組件旁通部份154可比 第三層106遠地延伸，這取決於加熱器組件154在線內空氣加熱器140內的配置。

翻到圖4，其係圖示與圖3a類似的鑄模工具 200，其中類似元件同相同的元件符號表示。工具100、200的主要差異是線內空氣加熱器240的配置。(如同圖3a，也只詳細圖示線內空氣加熱器240)。

該加熱流體流動途徑包括有加熱器組件250、長形管體252、入口253及出口255的線內空氣加熱器240。冷卻流體流動途徑包括長形管體251、入口256及出口257。該冷卻流體流動途徑的長形管體251係同中心地配置於該加熱流體流動途徑的長形管體252四周以及延伸線內空氣加熱器240的全高。該加熱及該冷卻流體流動途徑的入口253、256由壓縮空氣源290供給(箭頭291)，壓縮空氣源290用經由一序列溫度控制感測器(未圖示)接收來自工具主體212之反饋的主控制器292控制。

如同圖3a的具體實施例，可用各種方式操作鑄模工具200的在線加熱器組件240。

當工件需要加熱時，激活加熱器組件250以及驅策加壓流體通過線內空氣加熱器240的入口253。受熱流體 在長形管體252向上流動，以及在出口255離開線內空氣加熱器240以打在溫度控制表面212的肋條222上。

當工件需要冷卻時，加壓流體的流動採用冷卻流 體流動途徑上的替代路徑，因為它被驅策通過入口256，沿著長形管體251以及在出口255離開冷卻流體途徑以打在溫度控制表面212上。在冷卻流體打在第一層202的溫度控制表面212上後，冷卻流體遵循與受熱流體相同的路徑，亦即，經由排出端口230最終排到周遭大氣。

在冷卻流動期間，加熱器組件250可去激活，以 減少的流動操作，式甚至激活準備“熱起動”下一個加熱階段。

熱起動的執行如下：如圖1所示，在加熱0秒至65秒的時間後，在需要5秒時段以卸下已處理工件及換上下一個待處理工件之前，冷卻工件持續35秒。然後，加熱換上的工件。同樣地，工件只有40秒不會被加熱。由於該冷卻流徑旁通加熱器組件，因此在由加熱轉移至冷卻時，有可能停止式減緩加熱流體流動，停止式減少給在線加熱器的電力從而保持加熱器組件的熱能位準。在需要加熱換上的工件時，流體流動可重新開始通過仍然是熱的加熱器組件以幾乎立即地提供加熱流體流動給鑄模工具表面。

在冷卻流動一般時間後，可“預熱”加熱器組件250以準備下一個加熱階段。

預熱的執行如下： 如上述，在第一工件在處理後卸下與開始處理下一個工件之間的“停機時間”常與鑄模工具的少量間歇性生產用途關聯，以及圖2a顯示時間有20至25分鐘以及45至50分鐘。

如圖2b所示，在此停機時間期間，鑄模工具的 在線加熱器係通過約達最大工具溫度之50%的五個短暫加熱爆發循環。這有用熱能“充飽”在線加熱器、加熱器組件及周圍工具結構的效用，使得在需要加熱工件時，鑄模工具內有較少的熱慣性(thermal inertia)以防工具表面快速加熱。

循環數不限於五個，以及可按需要有任何數目， 以及循環溫度也不限於最大工具溫度的50%。在預備第一次使用的鑄模工具時，也可使用此方法，例如在晚上休止後第一次使用於白天。

因此，預熱的效果是確保在線加熱器及周圍工具主體起作用，仿佛它們正好完成循環備妥下一個循環。

在冷卻流動期間，通過加熱器組件250的流體流動可向後運行，藉此在經由冷卻流體流動途徑251引發冷卻流動時可吸熱離開第一層202。

翻到圖5，其係圖示與圖3及圖4類似的鑄模工具300，其中類似元件同相同的元件符號表示。工具100、200及300的主要差異是冷卻流體流動途徑的配置以及提供中間層360。

中間層360設於第二、第三層304、306之間以 及包括界定與端口366流體相通之單一流體腔室362的主體364。

如同鑄模工具200，加熱流體流動途徑包括有加 熱器組件350、長形管體352、入口353及出口355的線內空氣加熱器340。冷卻流體流動途徑包括長形管體351、入口356及出口357。該冷卻流體流動途徑的長形管體351係同中心地配置於長形管體352四周以及由中間層306延伸至該加熱流體流動途徑之長形管體352的出口355，其中該冷卻流體途徑的入口356係配置於中間層306中，以及該冷卻流體途徑的出口357配置於該加熱流體流動途徑的出口355附近。同樣地，第一層302與中間層360經由該冷卻流體流動途徑流體相通。該加熱及該冷卻流體途徑的入口353、356由壓縮空氣源390供給(箭頭391)，壓縮空氣源390用主控制器392控制。

當工件需要加熱時，線內空氣加熱器組件340 用慣常方式操作。如果需要極快地冷卻，可從中間層360經由冷卻流體流動途徑351輸送“冷氣爆”。

中間層360內可能需要有點正的壓力以避免發 熱。替換地式另外，冷凍構件可安置成與中間層360流體相通以維持冷卻流體的貯池。

翻到圖6a，其係圖示與圖5類似的鑄模工具 400，其中類似元件同相同的元件符號表示。工具400、300的主要差異是組合排出層與中間層以形成組合層404。藉由組合層404的堆垛形成物使得此一完全整合冷氣爆層有可 能，其係經由通道491同時由壓縮空氣源490供給加壓冷卻流體至冷卻流體流動途徑在組合層404之一側上的入口456以及在打在溫度控制表面412上後通過在組合層404之另一側上的排出端口430排出流體。

此外，該冷卻流體流徑由多個長形管體451提供，其係與設於長形管件452內的加熱流體流徑隔離。

圖6b、圖6c與圖6d圖示提供該加熱及該冷卻流徑的替代組態。

在圖6b的具體實施例中，藉由配置於長形管件四周的兩個長形管體451，每一個線內空氣加熱器組件420提供兩條冷卻流體流動途徑。

在圖6c的具體實施例中，藉由配置於加熱流體流動途徑之長形管件552四周的四個長形管體551，每一條線內空氣加熱器組件440提供四條冷卻流體流動途徑。在圖6d的替代具體實施例中，在形成於腔室壁620的凸座(boss)以及周壁614上裝設四個長形管體651。

應瞭解，雖然已用單一工具面描述本發明，然而根據本發明，在使用工具兩面的許多應用中，上工具面也可與下工具面結合以提供工具兩面的主動加熱及冷卻。

變體都落在本發明的範疇內。可能有使用本發明的其他流動途徑組態，包括線內空氣加熱器的旁通。

除空氣加熱及冷卻外，其他流體可用來控制溫度，例如液體。

Claims (15)

1. 一種用於模鑄物件的工具系統，該系統包含：一工具，其具有：一鑄模層，該鑄模層具有一用以形成一物件的工具表面及一與該鑄模層相對之溫度控制表面，該工具表面包含多個工具分區，該溫度控制表面至少部份形成多個流體腔室之邊界，該等多個流體腔室的每一者具有一排出裝置；使用時支撐該鑄模層的另一層；一中間層，該中間層定位在該鑄模層與該另一層之間；及加熱及冷卻構件，該加熱構件包含多個在線加熱器用以加熱通過一各別加熱流體流徑的流體，該加熱流體流徑由其入口位於該另一層中且其出口位於各別流體腔室中的一導管來界定，該等加熱器獨立地與該等工具分區中之至少一些的該加熱流徑關聯；及該冷卻構件包括一冷卻流體流徑，該冷卻流體流徑由其入口位於該中間層中且其出口位於各別流體腔室中的一導管來界定，該冷卻流體流徑旁通該加熱流體流徑之該在線加熱器。
2. 如請求項1所述用於模鑄物件的工具系統，其包含一介於該中間層與該鑄模層之間之排出層，其中該等多 個流體腔室的該等排出裝置排放到該排出層中。
3. 如請求項1所述用於模鑄物件的工具系統，其包含一由該中間層及一排出層構成之組合層，該組合層係經組配成可同時提供：在該組合層的一側上，將加壓冷卻流體從一加壓空氣源經由一通道供應至該冷卻流體流徑的該入口；及在該組合層的另一側上，將隨後打在該溫度控制表面上的流體通過一排出端口排放。
4. 如請求項1所述用於模鑄物件的工具系統，其中該中間層與一冷凍構件流體相通。
5. 如請求項1所述用於模鑄物件的工具系統，其中該冷卻流體流徑與該加熱流體流徑同中心地配置。
6. 如請求項1至5中之任一項所述用於模鑄物件的工具系統，其係具有適合控制該加熱及冷卻構件的一控制構件。
7. 如請求項6所述用於模鑄物件的工具系統，其中該控制構件係經組配成藉由選擇性地引導經由該加熱及/或該冷卻流體流徑的流體流動，可個別加熱或冷卻該等工具分區。
8. 一種製造物件的方法，其係包括下列步驟：提供如請求項1所述的一工具系統；放置一待模鑄物件於該工具表面上；藉由激活該加熱構件來加熱該物件以改變各個工具分區的工具表面溫度；以及 藉由激活該冷卻構件來冷卻該物件以改變各個工具分區的工具表面溫度。
9. 如請求項8所述之方法，其更包含下列步驟：在模鑄製程期間的任何特定時間，藉由選擇性地引導經由該加熱及/或該冷卻流體流徑的流體流動來主動控制該加熱及冷卻構件以調節在各個工具分區進出該物件的熱傳遞。
10. 如請求項9所述之方法，其中在選擇性地引導經由該加熱流徑之流體流動的步驟期間，主動控制該等多個在線加熱器以使該流體由一冷卻流體變成一加熱流體。
11. 如請求項8所述的方法，其中該在線加熱器具有一加熱器總成，且其中該方法更包含下列步驟：在放置一待模鑄物件於該工具表面上的步驟之前，激活該加熱器總成及加熱流體流動。
12. 如請求項8所述的方法，其中該在線加熱器具有一加熱器總成，且其中該方法更包含下列步驟：在激活該冷卻構件的步驟期間，維持該加熱器總成及該加熱流體流動作用，使得該加熱器總成已被預熱以供隨後由冷卻流體流動至加熱流體流動的轉移。
13. 如請求項8所述的方法，其中該在線加熱器具有一加熱器總成，且其中該方法更包含下列步驟：在激活該冷卻構件的步驟期間，維持該加熱器總成及該加熱流體流動作用於一降低位準，使得該加熱器總成已被預 熱以供隨後由冷卻流體流動至加熱流體流動的轉移。
14. 如請求項8所述的方法，其更包含下列步驟：當在加熱該物件的步驟及冷卻該物件的步驟之間轉移時，使通過該在線空氣加熱器的該流體流動逆向。
15. 如請求項8所述的方法，其更包含下列步驟：在冷卻該物件的步驟之後，由該工具表面卸下該待模鑄物件；放置另一待模鑄物件於該工具表面上；重覆加熱及冷卻該物件的步驟。