CN101108413A - 冷室压射套筒内的半固态材料成形 - Google Patents
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Abstract
披露了一种在铸造设备的混合套筒中制备半固态材料的方法和设备，所述半固态材料由在混合套筒中进行混合和冷却之后的熔融材料形成，其中对半固态材料的处理降至最小程度。
Description
技术领域
本发明涉及半固态材料的成形，特别是，本发明涉及在铸造设备的混合套筒中制备半固态材料的方法和设备，其中所述半固态材料由在混合套筒中进行混合和冷却之后、且在转移至压射套筒之前的熔融材料形成。
背景技术
在典型的压铸工艺中，熔融材料被引入到铸造设备的压射套筒中。然后，熔融材料受力进入模具中并且被铸造成所需要的工件。然而，熔融材料的使用可能不是所希望的或是不可行的，因而要使用半固态材料。典型地，为了形成半固态材料，在分离的冷却套筒中对熔融材料进行电磁搅拌并进行冷却。也可在分离的浇包中对半固态材料进行电磁搅拌并进行冷却。然后在半固态材料受力进入模具中之前将半固态材料转移到压射套筒内。
在分离的冷却套筒或浇包中搅拌和冷却半固态材料需要对熔融材料和半固态材料的温度进行高水平的控制。熔融材料的性质可能也需要在混合和冷却之前进行改变以促进高水平温度控制。更进一步，在分离的冷却套筒或浇包中搅拌和冷却半固态材料需要利用机器人或其它自动设备从而将半固态材料转移至压射套筒。这些机器人和设备价格极其昂贵，并且增长了铸造工艺的周期。且机器人或自动设备也会带来一些机械力学问题。
因此，所希望的是开发一种在压射套筒中成形半固态材料的方法和设备，其中对半固态材料的处理降至最小程度。
发明内容
与本发明相一致和协调地，已经成功地公开了用于在压射套筒中成形半固态材料的方法和设备，其中对半固态材料的处理降至最小程度。
在一个实施例中，铸造设备包括：混合套筒，所述混合套筒具有形成在其中用于容纳熔融材料的混合空腔；压射套筒，所述压射套筒具有形成在其中的压射套筒空腔，所述压射套筒空腔与所述混合套筒空腔流体连通；电磁回路，所述电磁回路适于产生电磁电流以在混合套筒空腔内混合熔融材料；和邻近混合套筒设置的冷却套筒，当电磁电流致使熔融材料进行混合时，冷却套筒使混合套筒空腔内的熔融材料冷却，直至熔融材料形成半固态材料。
在另一实施例中，用于进行铸造的铸型包括：混合套筒，所述混合套筒具有形成在其中用于容纳熔融材料的混合套筒空腔；压射套筒，所述压射套筒具有形成在其中的压射套筒空腔，所述压射套筒与所述混合套筒空腔流体连通；用于使熔融材料流入混合套筒的混合套筒空腔中的手段(means)；邻近混合套筒设置的电磁回路，所述电磁回路适于产生电磁电流以在混合套筒空腔内混合熔融材料；和邻近混合套筒设置的冷却套筒，当电磁电流致使熔融材料进行混合时，冷却套筒使混合套筒空腔内的熔融材料冷却，直至熔融材料形成半固态材料。
本发明还提供一种在压射套筒空腔内形成半固态材料的方法，所述方法包括以下步骤：提供一种铸造设备，所述铸造设备包括：具有形成在其中用于容纳熔融材料的混合套筒空腔的混合套筒，具有形成在其中的用于在其中容纳半固态材料的压射套筒空腔的压射套筒，用于使熔融材料基本注满混合套筒空腔的手段，用于产生电磁电流以混合熔融材料的电磁回路和冷却套筒；邻近混合套筒的至少一部分设置电磁回路和冷却套筒；将熔融材料引入铸造设备中；接通电磁回路从而在混合套筒空腔内的熔融材料中产生电磁电流，其中电磁电流致使熔融材料进行混合；并且当电磁电流致使熔融材料进行混合时，冷却套筒使熔融材料冷却，直至形成半固态材料。
附图说明
参照附图并通过以下对优选实施例的详细描述，本领域的技术人员将更容易地理解本发明的以上和其它的优点。
图1为根据本发明的一个实施例的压射套筒设备的横截面视图；
图2为图1所示压射套筒设备在浇注熔融材料过程中的横截面视图；
图3为图1所示压射套筒设备在熔融材料已经浇注之后的横截面视图；
图4为图1所示压射套筒设备在熔融材料混合过程中的横截面视图；
图5为图1所示压射套筒设备在半固态材料移动进入压射套筒过程中的横截面视图；
图6为图1所示压射套筒设备在将半固态材料注入到模具中的过程中的横截面视图；
图7为图1所示压射套筒设备在铸造工件从模具中移出时的横截面视图；
图8为根据本发明的另一实施例的压射套筒设备的横截面视图；
图9为图8所示压射套筒设备在熔融材料混合过程中的横截面视图；
图10为根据本发明的另一实施例的压射套筒设备的横截面视图。
具体实施方式
以下的详细描述和附图将说明并阐明本发明的各具体实施例。所述说明书和附图用来使本领域的技术人员能够实施和应用本发明，而不是旨在以任意方式限制发明的范围。对于所公开的方法而言，所提出的步骤在本质上为示例性的，因此，步骤的顺序不是必要或决定性的。
图1所示为压射套筒设备10，其包括：形成混合套筒空腔14的混合套筒12，致使熔融材料18(如图2-4所示)基本注满混合套筒空腔14的手段16，冷却套筒20，电磁回路22，闸门24，热电偶26和形成压射套筒空腔30的压射套筒28。熔融材料18可以是任何可铸材料，例如铝。
混合套筒12形成包括入口32和出口34的混合套筒空腔14。入口32提供混合套筒12的外部与混合套筒空腔14之间的流体连通。出口34提供混合套筒空腔14与压射套筒空腔30之间的连通。闸门24适于关闭出口34。柱塞16可滑动地设置在混合套筒空腔14内。如在所示实施例中，混合套筒12具有水平取向。应理解的是：混合套筒12可具有所期望的垂直取向或呈一定角度的取向。
在所示实施例中，致使熔融材料18基本注满混合套筒空腔14的手段16为柱塞36。柱塞36包括杆38和具有端头40的主体39。柱塞36的端头40被构造从而使得可以滑动地设置在混合套筒空腔14和压射套筒空腔30内。端头40适于与混合套筒12的内壁42和压射套筒28的内壁44形成密封。应理解的是：致使熔融材料18基本注满混合套筒空腔14的手段16可以是任何合乎需要的、能够将熔融材料18注满混合套筒空腔14的装置。
冷却套筒空腔(图中未示出)由冷却套筒20形成。冷却套筒20中含有流体(图中未示出)并且被设置在电磁回路22与混合套筒12的一部分之间。应理解的是：冷却套筒20可被设置在压射套筒设备10上的任何合乎要求的位置处，例如在电磁回路22与混合套筒12的部分之间、或邻近压射套筒28的一部分。所使用的冷却套筒20的配置取决于混合套筒14和压射套筒28的尺寸、形状、表面积和壁厚。更进一步，所使用的冷却套筒20的配置还取决于所用的熔融材料18以及熔融材料18所需要的冷却速度。在所示实施例中，流体为水。应理解的是：还可使用其它流体，如，水-乙二醇混合物或任何其它流体，或例如多用途固-液对流介质。所使用的流体取决于熔融材料18所需要的冷却速度、流体性质和其它类似的因素。
电磁回路22适于产生如图4中箭头A指示的电磁电流。应理解的是：电磁回路22可以是任何电磁体，例如螺线管或环形线圈。如图中所示，电磁回路22被设置在紧邻冷却套筒20的位置处。应理解的是：电磁回路22可被设置在压射套筒设备10上的任何位置处，在那里电磁电流流向混合套筒空腔14中的熔融材料18。
闸门24被设置在混合套筒空腔14与压射套筒空腔30之间用来阻止熔融材料18和半固态材料36从混合套筒空腔14到压射套筒空腔30的流动。如图中所示，闸门24适于从混合套筒空腔14与压射套筒空腔30之间的位置可滑动地移出。可使用例如：阀门等其它结构，从而有选择地阻止和允许混合套筒空腔14与压射套筒空腔30之间的流动。应理解的是：闸门24可用任何合乎需求的常规材料来生产。
热电偶26被设置在混合套筒12中并且延伸进入到混合套筒空腔14中。应理解的是：热电偶26可被设置在设备10上任何所期望的位置处，比如，部分地设置在混合套筒空腔14内，部分地设置在压射套筒空腔30内，并与闸门24相联。热电偶26可以是任何在所属技术领域中已公知的常规热电偶。
压射套筒28包括入口48和出口50。入口48与混合套筒12的出口34相连通。闸门24被设置在混合套筒12的出口34与压射套筒28的入口48之间。第二出口50与形成在凹压模54和凸压模56中的模具空腔52流体连通。模具空腔52可具有任何合乎需求的形状以形成所需的铸造工件。在所示实施例中，压射套筒28具有与混合套筒12线性对正的水平取向。应理解的是：压射套筒28可具有垂直取向或呈一定角度取向，或所需其它取向。尽管混合套筒12和压射套筒28如所示实施例线性对正，应理解的是：也可使用其它所需要的结构。
在使用中，在熔炉(图中未示出)或其它加热装置中产生熔融材料18。典型地，然后熔融材料18被引入到压射套筒设备10中。熔融材料18从浇包19中通过第一入口32注入到混合套筒12的混合套筒空腔14中，如图2、3所示。应理解的是：可使用其它结构将熔融材料18引入到混合套筒空腔14中。
如图4所示，然后致使柱塞36移动到将熔融材料18基本注满混合套筒空腔14的位置上。柱塞36阻止熔融材料18或半固态材料46流向柱塞36的杆38。应理解的是：柱塞36也可按照所要求的将半固态材料46从混合套筒空腔14转移到压射套筒空腔30和模具空腔52中。一旦混合套筒空腔14的部分基本充满熔融材料18，则接通电磁回路22向熔融材料18提供电磁电流A。电磁电流在混合套筒空腔14内引起熔融材料18的混合。电磁回路22需要产生的所需电磁电流A的量取决于在混合套筒空腔14部分中的熔融材料18的量、熔融材料18的材料特性、所需混合的量和熔融材料18的混合速度。电磁回路22接通的同时，流体被引导注入冷却套筒20。在冷却套筒20的冷却套筒空腔中的流体导致在混合套筒12中的熔融材料18开始冷却。在混合套筒12中的熔融材料18的温度由热电偶26测量。混合套筒12中的熔融材料18的同时混合并冷却导致熔融材料18的材料特性改变直至形成半固态材料46。熔融材料18继续混合并冷却直至达到所需温度。随后电磁回路22被断开以停止混合。所需温度基于使用的熔融材料18的材料特性和要形成的半固态材料46的所需特性而决定。应理解的是：冷却步骤和混合步骤根据需要可大致同时或在不同时间发生。
在达到所需温度且电磁回路22被断开后，闸门24和热电偶26缩回，致使柱塞36在混合套筒空腔14中可滑动地进行移动并且致使半固态材料46移动到压射套筒空腔30中，如图5所示。当柱塞36被设置在压射套筒28中时，控制系统(图中未示出)调节柱塞36的速度和压力从而将半固态材料46压射进模具空腔52中，如图6所示。所述控制系统可以是任何包括，如定时器、开关和热电偶等装置的常规系统。
如图7所示，一旦在模具空腔52中的半固态材料46已经固化并被冷却到所需温度，凸压模56打开并将所要的铸造工件从其中移出。应理解的是：凸压模56可利用本领域所熟知的自动装置打开，或者凸压模56可被人工打开。一旦所要的铸造工件从模具空腔52中移出，可实施典型的打开暂停活动，如清理和机械加工铸造工件。
图8示出了根据本发明的另一实施例的压射套筒设备60，其包括：柱塞62，形成混合套筒空腔66的混合套筒64，致使熔融材料68基本注满混合套筒空腔66的手段(图中未示出)，冷却套筒70，电磁回路72，热电偶74和形成压射套筒空腔78的压射套筒76。
柱塞62包括杆80和具有端头82的主体81。加工柱塞62的端头82的尺寸使其可以滑动地设置在混合套筒空腔66和压射套筒空腔78内。端头82适于与混合套筒64的内壁84和压射套筒76的内壁86形成密封。
在所示实施例中，致使熔融材料68基本注满混合套筒空腔66的手段为重力。应理解的是：致使熔融材料68基本注满混合套筒空腔66的手段可以是任何能够将熔融材料68注满混合套筒空腔66中的设备或力，如，柱塞。在所示实施例中，混合套筒64具有呈一定角度的取向。应理解的是：混合套筒64可具有所需要的垂直取向或水平取向。
冷却套筒70形成冷却套筒空腔(图中未示出)，其与流体(图中未示出)流体连通。如图中所示，冷却套筒70位于电磁回路72和混合套筒64的一部分之间。应理解的是：冷却套筒70可位于压射套筒设备60上的所需要的任何位置，如，电磁回路72和混合套筒64之间，或邻近压射套筒76的一部分。使用的冷却套筒70的配置取决于混合套筒64和压射套筒76的尺寸、形状、表面积和壁厚。更进一步，使用的冷却套筒70的配置也取决于使用的熔融材料68以及熔融材料68所需要的冷却速度。在所示实施例中，流体为水。应理解的是：可使用其它的流体，如，水-乙二醇混合液或其它液体，或例如多功能固-液转换介质。使用的流体取决于所需要的熔融材料68的冷却速度、流体的性质和其它类似的因素。
电磁回路72适于产生如图9中箭头B所指示的电磁电流。应理解的是：电磁回路72可以是任何电磁体，例如螺线管或环形线圈。如图中所示，电磁回路72邻近冷却套筒70进行设置。应理解的是：电磁回路72可被设置在压射套筒设备60上的任何位置处，其中电磁电流流向混合套筒空腔66中的熔融材料68。
热电偶74被设置在混合套筒64中并延伸到混合套筒空腔66中。应理解的是：热电偶74可被设置在设备60上的合乎需求的任何位置处，如部分被设置在混合套筒空腔66中以及部分被设置在压射套筒空腔78中。热电偶74可以是本领域已公知的任何常规热电偶。
压射套筒76包括入口88。入口88与压射套筒空腔78和混合套筒空腔66流体连通。当凸压模94邻近凹压模92和压射套筒76时，第一入口88也与模具空腔90流体连通，所述模具空腔90由凹压模92和凸压模94形成。模具空腔90可具有任意所需的形状以形成所要的铸造工件。在所示实施例中，压射套筒76具有相对于水平线呈一定角度的取向。应理解的是：压射套筒76可具有所需要的水平取向或垂直取向或其它取向。尽管混合套筒64和压射套筒76在所示实施例中为线性对正，但要理解可使用其它的合乎需求的结构。
在使用中，熔融材料68在熔炉(图中未示出)或其它加热装置中产生。然后熔融材料68引入压射套筒设备60中。熔融材料68从浇包69经入口88注入，如图8所示。致使熔融材料68基本注满混合套筒空腔66的手段在所示实施例中为重力。熔融材料68流入混合套筒空腔66并基本充满其中的一部分。
一旦混合套筒空腔66的一部分基本充满熔融材料68时，接通电磁回路72为熔融材料68提供电磁电流B。电磁电流导致熔融材料68在混合套筒空腔66部分中发生混合。由电磁回路72产生的所需的电磁电流B的量取决于在混合套筒空腔66的部分中的熔融材料68的量、熔融材料68的材料性质、所需的混合量和熔融材料68的混合速度。电磁回路72接通的同时，流体被引导注入冷却套筒70。在冷却套筒70的冷却套筒空腔中的流体导致在混合套筒64中的熔融材料68开始冷却。在混合套筒中的熔融材料68的温度由热电偶74测量。在混合套筒64中的熔融材料68的同时混合并冷却导致熔融材料68的材料特性发生改变直至形成半固态材料(图中未示出)。熔融材料68继续混合并冷却直至达到所需温度。电磁回路72被断开以停止混合。所需温度基于使用的熔融材料68的特性和要形成的半固态材料的所需特性而决定。应理解的是：冷却步骤和混合步骤可根据需要大致同时或在不同时间发生。
在达到所需温度且电磁回路72被断开后，热电偶74缩回，致使柱塞62在混合套筒空腔66中可滑动地进行移动并且致使半固态材料移动通过混合套筒空腔66并进入压射套筒空腔78中，如图1-7所示。当柱塞62位于压射套筒76中时，控制系统(图中未示出)调节柱塞62的速度和压力将半固态材料压射进模具空腔90。控制系统可以是任何包括，例如定时器、开关和热电偶等装置的常规系统。
一旦在模具空腔90中的半固态材料已经凝固并冷却到所需温度，凸压模94打开并将所要的铸造工件从中移出。应理解的是：凸压模94可利用本领域所公知的自动装置打开，或者凸压模94可人工打开。一旦所要的铸造工件从模具空腔90中移出，可实施典型的打开暂停活动，如清理和机械加工铸造工件。
图10所示为根据本发明的另一实施例的压射套筒设备60’。与图8、9中重复的结构使用相同的附图标记进行表示，并且为了清楚起见，在其右上角用(’)加以区别。其描述和使用不在此重复。熔融材料68’利用浇包69’或金属泵(图中未示出)，或真空吸管(图中未示出)被引入压射套筒设备60’。
通过前面的描述，本领域的技术人员能够易于确定本发明的必要技术特征并且可在不偏离本发明的精神和保护范围的情况下对本发明作出各种使其适应各种用途和条件的变型和改进。
Claims (20)
1.一种铸造设备，包括：
混合套筒，所述混合套筒具有形成在其中用于容纳熔融材料的混合套筒空腔；
压射套筒，所述压射套筒具有形成在其中的压射套筒空腔，所述压射套筒空腔与所述混合套筒空腔流体连通；
电磁回路，所述电磁回路适于产生电磁电流(A、B)以在混合套筒空腔内混合熔融材料；和
邻近所述混合套筒设置的冷却套筒，当电磁电流(A、B)致使熔融材料进行混合时，所述冷却套筒使混合套筒空腔内的熔融材料冷却，直至熔融材料形成半固态材料。
2.如权利要求1所述的设备，进一步包括致使熔融材料流入所述混合套筒的混合套筒空腔中的手段。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述致使熔融材料基本注满混合套筒空腔的手段为柱塞。
4.如权利要求2所述的设备，其中所述致使熔融材料基本注满混合套筒空腔的手段为重力。
5.如权利要求1所述的设备，进一步包括用于阻止熔融材料从混合套筒空腔流入压射套筒空腔中的闸门。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述压射套筒基本上与所述混合套筒线性对正。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述压射套筒和所述混合套筒沿垂直取向、水平取向和相对于水平线成一定角度取向中的其中一个取向进行设置。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述冷却套筒被设置在所述混合套筒与所述电磁回路之间。
9.如权利要求1所述的设备，进一步包括用于测量在混合套筒空腔内的熔融材料和半固态材料的温度的热电偶。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述混合套筒具有形成在其中的入口。
11.一种铸造设备，包括：
混合套筒，所述混合套筒具有形成在其中用于容纳熔融材料的混合套筒空腔；
压射套筒，所述压射套筒具有形成在其中的压射套筒空腔，所述压射套筒与所述混合套筒空腔流体连通；
用于使熔融材料流入所述混合套筒的混合套筒空腔中的手段；
邻近所述混合套筒设置的电磁回路，所述电磁回路适于产生电磁电流(A、B)以在混合套筒空腔内混合熔融材料；和
邻近所述混合套筒设置的冷却套筒，当电磁电流(A、B)致使熔融材料进行混合时，所述冷却套筒使混合套筒空腔内的熔融材料冷却，直至熔融材料形成半固态材料。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述致使熔融材料基本注满混合套筒空腔的手段为柱塞。
13.如权利要求11所述的设备，其中所述致使熔融材料基本注满混合套筒空腔的手段为重力。
14.如权利要求11所述的设备，进一步包括用于阻止熔融材料从混合套筒流入压射套筒空腔中的闸门。
15.如权利要求11所述的设备，其中所述压射套筒基本上与所述混合套筒线性对正。
16.如权利要求15所述的设备，其中所述压射套筒和所述混合套筒沿垂直取向、水平取向和相对于水平线成一定角度取向中的其中一个取向进行设置。
17.如权利要求11所述的设备，进一步包括用于测量在混合套筒空腔内的熔融材料和半固态材料的温度的热电偶。
18.一种在压射套筒空腔内形成半固态材料的方法，所述方法包括以下步骤：
提供一种铸造设备，所述铸造设备包括：具有形成在其中用于容纳熔融材料的混合套筒空腔的混合套筒，具有形成在其中的用于在其中容纳半固态材料的压射套筒空腔的压射套筒，用于使熔融材料基本注满混合套筒空腔的手段，用于产生电磁电流(A、B)以混合熔融材料的电磁回路和冷却套筒；
邻近混合套筒的至少一部分设置电磁回路和冷却套筒；
将熔融材料引入铸造设备中；
接通电磁回路从而在混合套筒空腔内的熔融材料中产生电磁电流(A、B)，其中电磁电流(A、B)致使熔融材料进行混合；以及
当电磁电流(A、B)致使熔融材料进行混合时，冷却套筒使熔融材料冷却，直至形成半固态材料。
19.如权利要求18所述的方法，进一步提供用于阻止熔融材料从混合套筒流入压射套筒空腔中的闸门。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述致使熔融材料基本注满混合套筒空腔的手段为柱塞和重力中的一个。
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