ITBO20130146A1 - MACHINE AND METHOD OF PRESSOCOLATE IN SEMISOLIDO - Google Patents
MACHINE AND METHOD OF PRESSOCOLATE IN SEMISOLIDOInfo
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
“MACCHINA E METODO DI PRESSOCOLATA IN SEMISOLIDO†⠀ œMACHINE AND SEMI-SOLID PRESS-COOKING METHODâ €
SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR
La presente invenzione à ̈ relativa ad una macchina e ad un metodo di pressocolata in semisolido. The present invention relates to a machine and a semi-solid diecasting method.
ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART
Nell’industria degli autoveicoli, l’introduzione di norme sempre più restrittive da parte dei legislatori in riferimento agli agenti inquinanti continua a costituire una spinta ineluttabile verso la ricerca di soluzioni finalizzate alla riduzione dei consumi sia attraverso l’efficienza della combustione del motore sia, soprattutto, con l’introduzione di leghe leggere o di tecnopolimeri per il contenimento della massa complessiva dei veicoli. In the automotive industry, the introduction of increasingly restrictive regulations by legislators with regard to pollutants continues to constitute an ineluctable push towards the search for solutions aimed at reducing consumption both through the efficiency of combustion of the engine and, above all, with the introduction of light alloys or technopolymers to contain the overall mass of the vehicles.
In tale contesto le leghe di alluminio possono rappresentare una soluzione ottimale in considerazione di bassi valori di densità , di adeguate caratteristiche tecnologiche e di completa riciclabilità . Tuttavia, anche se i processi di trasformazione dell’alluminio, in particolare quelli fusori, si avvalgono di sempre più raffinate metodologie di simulazione e di controllo di processo, di fatto negli ultimi decenni non si à ̈ assistito a stravolgimenti che abbiano cambiato lo scenario produttivo: la pressocolata, la fusione in gravità e quella in bassa pressione costituiscono la quasi totalità dei processi di formatura. In this context, aluminum alloys can represent an optimal solution in consideration of low density values, adequate technological characteristics and complete recyclability. However, even if the aluminum transformation processes, in particular the smelting ones, make use of more and more refined simulation and process control methodologies, in fact in the last decades there have not been any upheavals that have changed the scenario. production: die casting, gravity casting and low pressure casting make up almost all of the forming processes.
I componenti pressocolati, in particolare, grazie alla possibilità di ottenere sezioni sottili e soluzioni integrate, permettono significative riduzioni di peso e di costo ma non consentono il raggiungimento di caratteristiche strutturali che, generalmente, rimangono di pertinenza delle fusioni in gravità . Die-cast components, in particular, thanks to the possibility of obtaining thin sections and integrated solutions, allow significant weight and cost reductions but do not allow the achievement of structural characteristics which generally remain pertinent to gravity castings.
Sono quindi comprensibili gli sforzi delle fonderie per migliorare la qualità dei getti pressocolati con tecniche di iniezione sottovuoto o in regime laminare di riempimento stampo per evitare l’inglobamento di aria e quindi permettere l’esecuzione del trattamento termico di bonifica. Ben più difficile, però, risulta l’eliminazione dei ritiri di solidificazione in quanto, in pressocolata, à ̈ ben difficile l’alimentazione del getto in fase di solidificazione. Per tale motivo, quando alcuni decenni fa sono stati depositati i primi brevetti relativi alle modalità di ottenimento di particolari microstrutture che preludevano alla possibilità di eseguire processi di formatura in fase semi-solida, di pari passo crescevano le aspettative per lo sviluppo di nuove tecnologie fusorie che potessero coniugare bassi costi di trasformazione con eccellenti caratteristiche metallurgiche e meccaniche. The efforts of the foundries to improve the quality of the diecastings with vacuum injection techniques or in the laminar mold filling regime are therefore understandable to avoid the incorporation of air and therefore allow the execution of the heat treatment of reclamation. However, the elimination of solidification shrinkage is much more difficult since, in diecasting, it is very difficult to feed the casting during the solidification phase. For this reason, when the first patents relating to the methods of obtaining particular microstructures were filed a few decades ago, a prelude to the possibility of performing semi-solid phase forming processes, at the same time expectations for the development of new casting technologies grew. that could combine low transformation costs with excellent metallurgical and mechanical characteristics.
All’inizio degli anni ’70, presso il M.I.T. di Boston, venne dimostrato che à ̈ possibile ottenere una microstruttura globulare (non dendritica) della fase solida purché il bagno metallico venga mantenuto in vigorosa agitazione nel corso della solidificazione e quindi sia in pratica impossibilitato l’accrescimento delle dendriti. Una lega a microstruttura globulare possiede, a temperature comprese nell’intervallo di solidificazione, proprietà pseudoplastiche e tixotropiche, ovvero la sua viscosità diminuisce con l’aumentare dell’agitazione e con il tempo. Tali caratteristiche consentono operazioni di formatura mediante convenzionali processi di deformazione o di colata in quanto il semi-solido, sottoposto a scorrimento, conserva in pratica le proprietà caratteristiche dei liquidi. At the beginning of the 70s, at the M.I.T. of Boston, it was demonstrated that it is possible to obtain a globular (non-dendritic) microstructure of the solid phase as long as the metal bath is kept under vigorous agitation during solidification and therefore it is practically impossible to grow the dendrites. An alloy with a globular microstructure possesses, at temperatures included in the solidification range, pseudoplastic and thixotropic properties, ie its viscosity decreases with increasing agitation and with time. These characteristics allow forming operations by means of conventional deformation or casting processes as the semi-solid, subjected to flow, practically retains the characteristic properties of liquids.
Per quanto riguarda la pressocolata, in particolare, i vantaggi principali che derivano dall’impiego di una lega allo stato semi-solido sono ormai noti e riguardano sia il prodotto sia il processo. As regards diecasting, in particular, the main advantages deriving from the use of an alloy in the semi-solid state are now known and concern both the product and the process.
La condizione essenziale per l’ottenimento di una microstruttura con proprietà tixotropiche consiste nel promuovere la formazione del maggior numero possibile di nuclei seguita da condizioni di solidificazione che realizzino la “moltiplicazione delle dendriti†: ciò à ̈ reso possibile da un rapido raffreddamento della lega metallica con una contemporanea agitazione durante i primi stadi della solidificazione. The essential condition for obtaining a microstructure with thixotropic properties consists in promoting the formation of the largest possible number of nuclei followed by solidification conditions that achieve the â € œmultiplication of the dendritesâ €: this is made possible by a rapid cooling of the metal alloy with simultaneous agitation during the first stages of solidification.
Nel corso degli ultimi decenni sono state sviluppate, ed in parte industrializzate, le più svariate tecniche in grado di ottenere leghe metalliche a microstruttura globulare. Over the last few decades, the most varied techniques capable of obtaining metal alloys with a globular microstructure have been developed and partly industrialized.
Oltre a quelle note basate su miscelazioni di tipo meccanico ed elettromagnetico sono da ricordare anche quelle inerenti il trattamento di un bagno metallico con l’immersione di una sonda a ultrasuoni: in questo caso il meccanismo per la formazione della struttura fine nondendritica à ̈ basato su vibrazioni ultrasonore di alta potenza le quali inducono nella lega metallica fenomeni di cavitazione e di scorrimento acustico: l’entità dei fenomeni coinvolti nella crescita e nel collasso delle bolle instabili genera onde idrauliche che producono sorgenti artificiali di nuclei di solidificazione. In addition to the known ones based on mechanical and electromagnetic mixes, the ones inherent to the treatment of a metal bath with the immersion of an ultrasonic probe should also be remembered: in this case the mechanism for the formation of the nondendritic fine structure is based on high power ultrasonic vibrations which induce cavitation and acoustic sliding phenomena in the metal alloy: the entity of the phenomena involved in the growth and collapse of unstable bubbles generates hydraulic waves that produce artificial sources of solidification nuclei.
Per quanto riguarda le modalità operative per la produzione di getti, una prima classificazione tecnologica à ̈ basata sulla possibilità di impiegare il materiale metallico a microstruttura globulare per la produzione di getti direttamente a partire dalle fase liquida (Rheocasting) o sull’impiego di materiale preparato precedentemente e successivamente preriscaldato a partire dalla fase solida (thixocasting). As regards the operating methods for the production of castings, a first technological classification is based on the possibility of using the metallic material with a globular microstructure for the production of castings directly starting from the liquid phase (Rheocasting) or on the use of material previously prepared and subsequently preheated starting from the solid phase (thixocasting).
Nel processo thixocasting, la billetta tixotropica viene tagliata in masselli (di peso corrispondente al getto da produrre) che vengono posizionati su una tavola di riscaldo a induzione, portati ad una temperatura compresa nell’intervallo di solidificazione e prelevati da un robot che provvede al loro caricamento nel contenitore di iniezione di una macchina di pressocolata per la successiva iniezione nello stampo. Dopo l’estrazione dallo stampo, il getto viene tranciato per separare il pezzo dai canali di alimentazione e dalle materozze di tracimazione che vengono inoltrate per il riciclaggio generalmente “out-source†. In the thixocasting process, the thixotropic billet is cut into blocks (of weight corresponding to the casting to be produced) which are positioned on an induction heating table, brought to a temperature included in the solidification range and picked up by a robot which they are loaded into the injection container of a diecasting machine for subsequent injection into the mold. After extraction from the mold, the casting is sheared to separate the piece from the feed channels and overflow sprues which are sent for recycling generally â € œout-sourceâ €.
Per molti anni le varie produzioni di componenti sono state realizzate (e in parte lo sono tuttora) secondo il processo thixocasting sulla base di evidenti vantaggi industriali: da una parte i produttori di materia prima in grado di produrre le billette a microstruttura globulare a partire da processi di colata continua, dall’altra i trasformatori, ovvero le fonderie con esclusive competenze per la produzione di getti. For many years the various component productions have been made (and in part still are) according to the thixocasting process on the basis of evident industrial advantages: on the one hand the producers of raw materials able to produce globular microstructure billets starting from continuous casting processes, on the other hand transformers, or foundries with exclusive skills for the production of castings.
Nonostante gli entusiasmi tecnologici iniziali e un progressivo generale interesse per i processi di formatura in semi-solido da parte dei costruttori di autoveicoli, già a partire dagli inizi degli anni ’90 si percepivano le difficoltà legate a vere produzioni di massa in considerazione di una serie di fattori quali i costi per l’acquisizione della materia prima, costi aggiuntivi legati al riciclaggio degli scarti e, soprattutto, un know-how ancora troppo specialistico per la realizzazione dei getti. Despite the initial technological enthusiasm and a progressive general interest in semi-solid forming processes on the part of vehicle manufacturers, the difficulties linked to true mass production were already perceived starting from the early 1990s in consideration of a series of factors such as the costs for the acquisition of the raw material, additional costs related to the recycling of waste and, above all, a know-how that is still too specialized for the realization of the castings.
In ogni caso il problema dei costi industriali, relativi alla necessità di investire su attrezzature specifiche per il preriscaldo del materiale tixotropico, ponevano i processi di trasformazione in semi-solido in un ambito industriale non ben definito: la tecnologia del semi-solido si presentava sicuramente competitiva rispetto a processi di formatura quali la forgiatura o la colata in conchiglia (anche se con il limite di alcune caratteristiche prestazionali), ma con significativi costi aggiuntivi rispetto alla pressocolata convenzionale (anche se con riconosciuti miglioramenti metallurgici e meccanici dei pezzi prodotti). Conseguentemente risultavano in numero ridotto le effettive applicazioni industriali a fronte di una potenzialità ben più significativa. Era, per esempio, difficile competere economicamente con i pezzi pressocolati troppo spesso definiti “good-enough†e a volte poteva apparire addirittura velleitario paragonarsi da un punto di vista di sanità metallurgica con pezzi prodotti in gravità . E’ solo dalla fine degli anni ’90 che si à ̈ potuto assistere ad una nuova rinascita della formatura in semisolido: a partire da questo periodo sono state infatti sviluppate nuove tecniche del processo di Rheocasting, ovvero la variante tecnologica basata sull’utilizzo immediato del materiale tixotropico (“slurry on demand†). In any case, the problem of industrial costs, relating to the need to invest in specific equipment for the preheating of the thixotropic material, placed the semi-solid transformation processes in an industrial environment that was not well defined: the semi-solid technology certainly presented itself competitive compared to forming processes such as forging or die casting (albeit with the limit of some performance characteristics), but with significant additional costs compared to conventional die casting (albeit with recognized metallurgical and mechanical improvements of the parts produced). Consequently, the actual industrial applications were reduced in number compared to a much more significant potential. For example, it was difficult to economically compete with die-cast parts too often defined as â € œgood-enoughâ € and at times it could even seem unrealistic to compare oneself from a metallurgical sanity point of view with pieces produced in gravity. It was only at the end of the 90s that a new renaissance of semi-solid molding could be witnessed: starting from this period new techniques of the Rheocasting process were developed, that is the technological variant based on the ™ immediate use of the thixotropic material (â € œslurry on demandâ €).
Tutte queste nuove tecniche traevano spunto dalla semplice considerazione che à ̈ sufficiente operare un rapido raffreddamento del bagno metallico (per favorire l’incremento dei nuclei di solidificazione) e contemporaneamente una adeguata miscelazione (da applicare comunque soltanto nei primi stadi della solidificazione) per promuovere la moltiplicazione dendritica (nelle fasi in cui le dendriti sono estremamente sottili ed instabili in considerazione di un rapporto elevato tra superficie e volume) e, soprattutto, l’omogeneizzazione termica della carica semi-solida in formazione. All these new techniques were inspired by the simple consideration that it is sufficient to operate a rapid cooling of the metal bath (to favor the increase of the solidification cores) and at the same time an adequate mixing (to be applied in any case only in the first stages of solidification) to promote dendritic multiplication (in the phases in which the dendrites are extremely thin and unstable in consideration of a high ratio between surface and volume) and, above all, the thermal homogenization of the semi-solid charge being formed.
I vantaggi derivanti dall’utilizzo immediato del materiale semi-solido sono innegabili: non si rende più necessario l’impiego di sistemi di preriscaldo del materiale tixotropico (generalmente effettuato con tecniche a induzione o a convezione forzata) e risulta inoltre possibile riciclare direttamente “in-house†le materozze, i canali di colata e gli eventuali scarti. The advantages deriving from the immediate use of the semi-solid material are undeniable: the use of preheating systems of the thixotropic material is no longer necessary (generally carried out with induction or forced convection techniques) and it is also possible to recycle directly â € œin-houseâ € sprues, sprues and any waste.
Tali tecniche risultano generalmente in grado di generare materiale metallico a microstruttura globulare e di permetterne l’immediato utilizzo nei noti processi di formatura in semi-solido. These techniques are generally able to generate metallic material with a globular microstructure and to allow its immediate use in the known semi-solid forming processes.
Aspetti comuni, pur se con differenti varianti operative, riguardano le modalità di prelievo del materiale fuso da un forno di attesa ad un recipiente intermedio per la preparazione del semi-solido (1° trasferimento) e le successive fasi di versamento della carica metallica da detto recipiente nel contenitore di iniezione dei vari tipi di presse (2° trasferimento). Common aspects, albeit with different operational variants, concern the methods of withdrawing the molten material from a holding furnace to an intermediate vessel for the preparation of the semi-solid (1st transfer) and the subsequent phases of pouring the metal charge from said container in the injection container of the various types of presses (2nd transfer).
Ed anche se le operazioni finalizzate alla creazione della desiderata microstruttura risultano adeguate, nondimeno possono essere le suddette fasi di trasferimento del materiale metallico a penalizzare significativamente le caratteristiche metallurgiche e la difettosità dei getti prodotti. Infatti, ad ogni versamento del metallo corrisponde un inglobamento di ossidi (“bi-films†) i quali comportano deleteri effetti sulla sanità e sulle caratteristiche meccaniche dei pezzi; se inoltre il metallo, dopo la miscelazione, deve essere necessariamente versato nel contenitore di iniezione della macchina di pressocolata, à ̈ ovvio che la frazione di solido (in dipendenza dell’entità del trasferimento termico operato) debba necessariamente essere limitata: in caso contrario il 2° versamento non risulterebbe praticabile con la conseguenza di condizionare negativamente l’entità dei ritiri di solidificazione all’interno dei getti. And even if the operations aimed at creating the desired microstructure are adequate, nevertheless it may be the above-mentioned steps of transferring the metallic material that significantly penalize the metallurgical characteristics and the defectiveness of the castings produced. In fact, each pouring of the metal corresponds to an incorporation of oxides (â € œbi-filmsâ €) which have deleterious effects on the health and mechanical characteristics of the pieces; moreover, if the metal, after mixing, must necessarily be poured into the injection container of the diecasting machine, it is obvious that the fraction of solid (depending on the extent of the thermal transfer performed) must necessarily be limited: otherwise the 2nd payment would not be practicable with the consequence of negatively affecting the amount of solidification shrinkage inside the castings.
Un processo in grado di ridurre le suddette criticità à ̈ il “Sub Liquidus Casting†(SLC). In esso, la preparazione del metallo viene eseguita direttamente all’interno del contenitore di iniezione della pressa: in tal modo viene evitato il secondo versamento e, conseguentemente, non si pongono neanche vincoli all’entità della frazione di solido iniettabile. In un’altra variante tecnologica, definita EMS, contrariamente al processo SLC che non prevede alcun tipo di miscelazione, viene impiegato un miscelatore elettromagnetico per accelerare la preparazione del semisolido. Le suddette tecnologie, tuttavia, necessitano di presse ad iniezione verticale le quali, oltre ad essere poco diffuse, nascono già dedicate per la tecnologia del semi-solido. A process capable of reducing the aforementioned criticalities is the â € œSub Liquidus Castingâ € (SLC). In it, the preparation of the metal is carried out directly inside the injection container of the press: in this way the second pouring is avoided and, consequently, no restrictions are placed on the size of the fraction of the injectable solid. In another technological variant, called EMS, unlike the SLC process which does not require any type of mixing, an electromagnetic mixer is used to accelerate the preparation of the semisolid. The aforementioned technologies, however, require vertical injection presses which, in addition to being not very widespread, are already dedicated to semi-solid technology.
E’ il caso di sottolineare che il successo commerciale dei singoli processi à ̈ legato non soltanto al perseguimento delle desiderate caratteristiche metallurgiche e meccaniche dei getti prodotti ma, soprattutto, agli investimenti e ai costi di gestione delle varie attrezzature impiegate e alla affidabilità dei processi produttivi: in caso contrario le nuove tecnologie si applicano a nicchie di mercato con i risultati di scarsa penetrazione per le produzioni di massa. It is necessary to underline that the commercial success of the individual processes is linked not only to the pursuit of the desired metallurgical and mechanical characteristics of the castings produced but, above all, to the investments and management costs of the various equipment used and to the reliability of the processes. productive: otherwise the new technologies are applied to market niches with the results of poor penetration for mass productions.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire una macchina ed un metodo di pressocolata in semisolido che siano privi degli inconvenienti sopra descritti e siano nel contempo di facile ed economica realizzazione. The object of the present invention is to provide a machine and a method of semi-solid diecasting which are free from the drawbacks described above and are at the same time easy and economical to produce.
Secondo la presente invenzione vengono forniti una macchina ed un metodo di pressocolata in semisolido, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate. BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI According to the present invention, a machine and a method of semi-solid diecasting are provided, as claimed in the attached claims. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate some non-limiting examples of embodiment, in which:
• la figura 1 à ̈ una vista schematica di una macchina di pressocolata in semisolido realizzata in accordo con la presente invenzione; â € ¢ Figure 1 is a schematic view of a semi-solid diecasting machine made in accordance with the present invention;
• le figure 2-5 sono viste schematiche della macchina di pressocolata in semisolido della figura 1 durante successive fasi del processo di pressocolata; e â € ¢ Figures 2-5 are schematic views of the semi-solid diecasting machine of Figure 1 during subsequent stages of the diecasting process; And
• la figura 6 à ̈ una vista schematica di una variante della macchina di pressocolata in semisolido della figura 1. â € ¢ Figure 6 is a schematic view of a variant of the semi-solid diecasting machine of Figure 1.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE PREFERRED FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Nella figura 1, con il numero 1 Ã ̈ indicata nel suo complesso una macchina di pressocolata in semisolido. In figure 1, the number 1 indicates as a whole a semi-solid diecasting machine.
La macchina 1 di pressocolata in semisolido comprende uno stampo 2 di pressocolata, all’interno del quale à ̈ ricavata una camera 3 di stampaggio che riproduce in negativo la forma del pezzo che si vuole realizzare ed à ̈ destinata a ricevere il getto di metallo fuso per la successiva solidificazione del getto stesso. Lo stampo 2 di pressocolata à ̈ composto da una matrice 4 mobile e da una matrice 5 fissa che durante l’alimentazione del getto di metallo fuso sono tra loro meccanicamente accoppiate per costituire la camera 3 di stampaggio; una volta che il getto di metallo fuso si à ̈ sufficientemente solidificato, la matrice 4 mobile viene allontanata dalla matrice 5 fissa per permettere l’estrazione del pezzo dallo stampo 2. The semi-solid diecasting machine 1 comprises a diecasting mold 2, inside which a molding chamber 3 is obtained which reproduces in negative the shape of the piece to be made and is intended to receive the metal casting. melted for the subsequent solidification of the casting itself. The diecasting mold 2 is composed of a mobile die 4 and a fixed die 5 which, during the feeding of the molten metal jet, are mechanically coupled together to form the molding chamber 3; once the cast of molten metal is sufficiently solidified, the mobile die 4 is moved away from the fixed die 5 to allow the extraction of the piece from the mold 2.
Lo stampo 2 di pressocolata à ̈ supportato da una pressa 6 di iniezione, la quale alimenta in pressione il getto di metallo fuso all’interno della camera 3 di stampaggio. La pressa 6 di iniezione comprende un piano 7 di supporto verticale, al quale viene meccanicamente fissata la matrice 5 fissa dello stampo 2. La pressa 6 di iniezione comprende un contenitore 8 di iniezione tubolare cilindrico, il quale si sviluppa orizzontalmente ed à ̈ disposto attraverso una corrispondente cavità ricavata nel piano 7 di supporto ed attraverso una corrispondente cavità ricavata attraverso la matrice 5 fissa dello stampo 2 di pressocolata. The diecasting mold 2 is supported by an injection press 6, which pressures the jet of molten metal into the molding chamber 3. The injection press 6 comprises a vertical support plane 7, to which the fixed matrix 5 of the mold 2 is mechanically fixed. The injection press 6 comprises a cylindrical tubular injection container 8, which extends horizontally and is arranged through a corresponding cavity obtained in the support plane 7 and through a corresponding cavity obtained through the fixed matrix 5 of the diecasting mold 2.
All’interno del contenitore 8 di iniezione à ̈ ricavata una camera 9 di preparazione cilindrica in cui viene versato il metallo fuso (liquido) prima di iniettare il metallo fuso (semisolido) stesso all’interno della camera 3 di stampaggio. Ad una estremità opposta allo stampo 2 di pressocolata, la camera 9 di preparazione à ̈ delimitata da un pistone 10 di iniezione che à ̈ montato assialmente scorrevole lungo la camera 9 di preparazione stessa; in corrispondenza dello stampo 2 di pressocolata (ovvero dal lato opposto del pistone 10 di iniezione) la camera 9 di preparazione à ̈ delimitata da un controgetto 11 che à ̈ ricavato nella matrice 4 mobile dello stampo 2 di pressocolata ed à ̈ affacciato ed opposto al pistone 10 di iniezione. Dal lato opposto dello stampo 2 di pressocolata (ovvero esternamente al piano 7 di supporto), il contenitore 8 di iniezione presenta una apertura 12 di alimentazione che à ̈ ricavata passante attraverso una parete superiore del contenitore 8 di iniezione ed in uso viene utilizzata per alimentare il metallo fuso all’interno della camera 9 di preparazione. In corrispondenza del controgetto 11 à ̈ disposto un canale 13 di alimentazione del getto che mette in comunicazione una porzione superiore della camera 9 di preparazione con una porzione inferiore della camera 3 di stampaggio. Inside the injection container 8 there is a cylindrical preparation chamber 9 into which the molten metal (liquid) is poured before injecting the molten metal (semisolid) itself inside the molding chamber 3. At an opposite end to the diecasting mold 2, the preparation chamber 9 is delimited by an injection piston 10 which is mounted axially sliding along the preparation chamber 9 itself; in correspondence with the diecasting mold 2 (i.e. on the opposite side of the injection piston 10) the preparation chamber 9 is delimited by a counterjet 11 which is obtained in the movable die 4 of the diecasting mold 2 and is facing and opposite the injection piston 10. On the opposite side of the diecasting mold 2 (i.e. outside the support surface 7), the injection container 8 has a feed opening 12 which is formed passing through an upper wall of the injection container 8 and in use is used to feed the molten metal inside the preparation chamber 9. In correspondence with the counter-jet 11 there is a channel 13 for feeding the jet which puts an upper portion of the preparation chamber 9 in communication with a lower portion of the molding chamber 3.
E’ previsto un dispositivo 14 ad ultrasuoni, il quale à ̈ accoppiato al contenitore 8 di iniezione della macchina 1 di pressocolata ed à ̈ atto a generare delle vibrazioni meccaniche ad altissima frequenza nel contenitore 8 di iniezione e quindi nel metallo fuso contenuto nella camera 9 di preparazione; in particolare, il dispositivo 14 ad ultrasuoni genera degli ultrasuoni che vengono canalizzati verso il contenitore 8 di iniezione. Il dispositivo 14 ad ultrasuoni comprende un trasduttore 15 piezoelettrico che costituisce la fonte degli ultrasuoni ed un sonotrodo 16 che convoglia gli ultrasuoni verso il contenitore 8 di iniezione. Il trasduttore 15 piezoelettrico viene pilotato da un controllore 17 elettronico che invia al trasduttore 15 piezoelettrico le onde elettriche di pilotaggio che il trasduttore 15 piezoelettrico trasforma in onde meccaniche. Preferibilmente, il dispositivo 14 ad ultrasuoni comprende anche un sensore 18 (tipicamente un accelerometro), il quale à ̈ meccanicamente accoppiato al contenitore 8 di iniezione, misura le vibrazioni del contenitore 8 di iniezione e comunica con il controllore 17 elettronico. An ultrasonic device 14 is provided, which is coupled to the injection container 8 of the diecasting machine 1 and is able to generate very high frequency mechanical vibrations in the injection container 8 and therefore in the molten metal contained in the chamber. 9 of preparation; in particular, the ultrasound device 14 generates ultrasounds which are channeled towards the injection container 8. The ultrasound device 14 comprises a piezoelectric transducer 15 which constitutes the source of the ultrasounds and a sonotrode 16 which conveys the ultrasounds towards the injection container 8. The piezoelectric transducer 15 is driven by an electronic controller 17 which sends to the piezoelectric transducer 15 the electrical driving waves which the piezoelectric transducer 15 transforms into mechanical waves. Preferably, the ultrasonic device 14 also comprises a sensor 18 (typically an accelerometer), which is mechanically coupled to the injection container 8, measures the vibrations of the injection container 8 and communicates with the electronic controller 17.
In uso, il controllore 17 elettronico genera i segnali elettrici di pilotaggio del trasduttore 15 piezoelettrico con una logica a retroazione basata sulle misure ricevute dal sensore 18: in sostanza, il controllore 17 elettronico varia frequenza, ampiezza e/o forma dei segnali elettrici di pilotaggio del trasduttore 15 piezoelettrico fino a trovare la combinazione ottimale che permette di massimizzare la trasmissione degli ultrasuoni al contenitore 8 di iniezione. In use, the electronic controller 17 generates the electrical driving signals of the piezoelectric transducer 15 with a feedback logic based on the measurements received from the sensor 18: essentially, the electronic controller 17 varies the frequency, amplitude and / or shape of the electrical driving signals. of the piezoelectric transducer 15 until the optimal combination is found which allows to maximize the transmission of the ultrasounds to the injection container 8.
A titolo di esempio, il dispositivo 14 ad ultrasuoni potrebbe venire realizzato e controllato secondo quanto descritto nella domanda di brevetto EP1238715A1. By way of example, the ultrasound device 14 could be made and controlled according to what is described in patent application EP1238715A1.
Preferibilmente, il trasduttore 15 piezoelettrico à ̈ disposto all’esterno del contenitore 8 di iniezione e dello stampo 2 di pressocolata ed il sonotrodo 16 à ̈ disposto in un foro ricavato attraverso la matrice 5 fissa dello stampo 2 di pressocolata. Eventualmente, anche il contenitore 8 di iniezione potrebbe presentare un piccolo foro cieco per avvicinare la punta del sonotrodo 16 alla camera 9 di preparazione. E’ importante osservare che il dispositivo 14 ad ultrasuoni à ̈ disposto in corrispondenza di una estremità del contenitore 8 di iniezione disposta in prossimità del canale 13 di alimentazione del getto. Preferably, the piezoelectric transducer 15 is arranged outside the injection container 8 and the diecasting mold 2 and the sonotrode 16 is arranged in a hole formed through the fixed matrix 5 of the diecasting mold 2. Eventually, the injection container 8 could also have a small blind hole to bring the tip of the sonotrode 16 closer to the preparation chamber 9. It is important to note that the ultrasound device 14 is arranged in correspondence with one end of the injection container 8 arranged in proximity to the jet feed channel 13.
Secondo una preferita forma di attuazione, à ̈ previsto un dispositivo 19 riscaldatore (tipicamente una termoresistenza) che à ̈ disposto in prossimità della camera 9 di preparazione ed à ̈ atto a venire attivato per riscaldare il metallo fuso contenuto nella camera 9 di preparazione. Nella forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, il dispositivo 19 riscaldatore à ̈ annegato all’interno del contenitore 8 di iniezione (ad esempio il dispositivo 19 riscaldatore potrebbe avere una forma anulare e potrebbe quindi essere disposto tutto attorno alla camera 9 di preparazione). According to a preferred embodiment, a heating device 19 (typically a thermoresistance) is provided which is arranged in proximity to the preparation chamber 9 and is able to be activated to heat the molten metal contained in the preparation chamber 9. In the embodiment illustrated in the attached figures, the heating device 19 is embedded inside the injection container 8 (for example the heating device 19 could have an annular shape and could therefore be arranged all around the preparation chamber 9) .
Infine, la macchina 1 di pressocolata in semisolido comprende una unità 20 di controllo che sovraintende al funzionamento della macchina 1 di pressocolata in semisolido stessa. Finally, the semisolid diecasting machine 1 comprises a control unit 20 which supervises the operation of the semisolid diecasting machine 1 itself.
Viene di seguito descritto il funzionamento della macchina 1 di pressocolata in semisolido per la produzione di un pezzo 21 meccanico (illustrato nella figura 5). A titolo puramente esemplificativo, il metallo utilizzato per realizzare il pezzo 21 meccanico potrebbe essere una lega di alluminio e silicio, ad esempio la lega A356 avente una temperatura di liquidus pari a 617 °C. The operation of the semi-solid diecasting machine 1 for the production of a mechanical part 21 is described below (illustrated in Figure 5). Purely by way of example, the metal used to make the mechanical part 21 could be an aluminum and silicon alloy, for example alloy A356 having a liquidus temperature of 617 ° C.
Inizialmente e come illustrato nella figura 1, la macchina 1 di pressocolata in semisolido à ̈ completamente vuota (ovvero à ̈ priva di metallo fuso) ed il pistone 10 di iniezione à ̈ completamente ritratto per conferire alla camera 9 di preparazione la dimensione massima. Initially and as illustrated in Figure 1, the semi-solid diecasting machine 1 is completely empty (i.e. it is free of molten metal) and the injection piston 10 is completely retracted to give the preparation chamber 9 the maximum size.
Successivamente e come illustrato nella figura 2, del metallo 22 fuso allo stato completamente liquido viene alimentato all’interno della camera 9 di preparazione attraverso l’apertura 12 di alimentazione. In particolare, il metallo 22 fuso viene prelevato allo stato completamente liquido da un forno di attesa alla temperatura di circa 650°C e viene versato mediante una generica tazza di colata all’interno del contenitore 8 di iniezione attraverso l’apertura 12 di alimentazione. Subsequently and as illustrated in Figure 2, molten metal 22 in a completely liquid state is fed into the preparation chamber 9 through the feed opening 12. In particular, the molten metal 22 is taken in a completely liquid state from a holding oven at a temperature of about 650 ° C and is poured by means of a generic pouring cup into the injection container 8 through the opening 12 of Power supply.
In seguito e come illustrato nella figura 3, il pistone 10 di iniezione viene traslato a bassa velocità ed assialmente lungo la camera 9 di preparazione per ridurre la dimensione assiale della camera 9 di preparazione e quindi concentrare il metallo 22 fuso in prossimità del controgetto 11, ovvero in prossimità del canale 13 di alimentazione del getto. In sostanza, il pistone 10 di iniezione avanza a bassa velocità per ridurre il volume della camera 9 di preparazione fino a quando il metallo 22 fuso non occupa sostanzialmente tutto il volume utile della camera 9 di preparazione stessa. Subsequently and as illustrated in Figure 3, the injection piston 10 is translated at low speed and axially along the preparation chamber 9 to reduce the axial dimension of the preparation chamber 9 and therefore concentrate the molten metal 22 in proximity to the counterjet 11, or in the vicinity of the jet feed channel 13. Basically, the injection piston 10 advances at low speed to reduce the volume of the preparation chamber 9 until the molten metal 22 occupies substantially the entire useful volume of the preparation chamber 9 itself.
Una volta concentrato il metallo 22 fuso in prossimità del controgetto 11, ovvero in prossimità del canale 13 di alimentazione del getto e come illustrato nella figura 3, viene atteso un intervallo di tempo di solidificazione parziale (avente una durata di qualche decina di secondi, ad esempio 42-52 secondi) durante il quale una parte del metallo 22 fuso si solidifica all’interno della camera 9 di preparazione. La solidificazione parziale del metallo 22 fuso avviene per effetto del raffreddamento indotto dal contatto con le pareti della camera 9 di preparazione (ovvero con le pareti del contenitore 8 di iniezione), in quanto il contenitore 8 di iniezione presenta una temperatura decisamente inferiore rispetto alla temperatura del metallo 22 fuso. Durante tutto l’intervallo di tempo di solidificazione parziale, il dispositivo 14 ad ultrasuoni viene mantenuto attivo per generare delle vibrazioni meccaniche ad altissima frequenza nel contenitore 8 di iniezione e quindi nel metallo 22 fuso contenuto nella camera 9 di preparazione; tali vibrazioni meccaniche determinano un continuo mescolamento vorticoso del metallo 22 fuso. In altre parole, il dispositivo 14 ad ultrasuoni induce forti oscillazioni meccaniche all’interno del metallo 22 fuso che determinano un continuo mescolamento vorticoso del metallo 22 fuso stesso. Once the molten metal 22 has been concentrated in the vicinity of the counterjet 11, that is, in the vicinity of the jet feed channel 13 and as illustrated in Figure 3, a partial solidification time interval is expected (lasting a few tens of seconds, for example example 42-52 seconds) during which a part of the molten metal 22 solidifies inside the preparation chamber 9. The partial solidification of the molten metal 22 occurs due to the cooling induced by the contact with the walls of the preparation chamber 9 (i.e. with the walls of the injection container 8), since the injection container 8 has a much lower temperature than the temperature. of the molten metal 22. During the entire partial solidification time interval, the ultrasonic device 14 is kept active to generate very high frequency mechanical vibrations in the injection container 8 and therefore in the molten metal 22 contained in the preparation chamber 9; these mechanical vibrations cause a continuous whirling mixing of the molten metal 22. In other words, the ultrasonic device 14 induces strong mechanical oscillations inside the molten metal 22 which cause a continuous whirling of the molten metal 22 itself.
In sostanza, durante l’intervallo di tempo di solidificazione parziale il metallo 22 fuso contenuto nella camera 9 di preparazione à ̈ sottoposto sia ad una elevata velocità di raffreddamento determinata dal contatto con le pareti metalliche del contenitore 8 di iniezione, sia ad un continuo mescolamento vorticoso e pertanto vengono a realizzarsi le due condizioni necessarie e sufficienti per ottenere un materiale a microstruttura globulare: miscelazione e rapido raffreddamento. Tale microstruttura globulare sarà quindi in grado di conferire al metallo 22 fuso delle spiccate caratteristiche reologiche che ne consentono l’iniezione allo stato pastoso a temperature comprese nell’intervallo di solidificazione. Basically, during the partial solidification time interval, the molten metal 22 contained in the preparation chamber 9 is subjected to both a high cooling rate determined by contact with the metal walls of the injection container 8, and to a continuous swirling mixing and therefore the two necessary and sufficient conditions are achieved to obtain a material with a globular microstructure: mixing and rapid cooling. This globular microstructure will therefore be able to give the molten metal 22 marked rheological characteristics which allow it to be injected in a pasty state at temperatures within the solidification range.
Sotto l’azione del campo ultrasonoro indotto dal sonotrodo 16 montato sulla parte inferiore del contenitore 8 di iniezione e per effetto del raffreddamento determinato dal contatto con le pareti del contenitore 8 di iniezione stesso, il metallo 22 fuso à ̈ sottoposto alla duplice azione di mescolamento e di parziale solidificazione fino al raggiungimento di una temperatura compresa nell’intervallo di solidificazione (ad esempio 585 °C con una frazione di solido pari al 50%). Ovviamente, il dispositivo 19 riscaldatore può venire utilizzo per controllare la temperatura del metallo 22 fuso durante tutto il tempo richiesto agli ultrasuoni per esercitare la loro azione sulla microstruttura della carica metallica. Under the action of the ultrasonic field induced by the sonotrode 16 mounted on the lower part of the injection container 8 and due to the cooling effect caused by the contact with the walls of the injection container 8 itself, the molten metal 22 is subjected to the double action of mixing and partial solidification until reaching a temperature included in the solidification range (for example 585 ° C with a solid fraction equal to 50%). Obviously, the heating device 19 can be used to control the temperature of the molten metal 22 during all the time required by the ultrasounds to exert their action on the microstructure of the metal charge.
Una volta terminata la fase di solidificazione parziale del metallo 22 fuso per ottenere uno stato semisolido, ovvero al termine dell’intervallo di tempo di solidificazione parziale, il pistone 10 di iniezione viene ulteriormente traslato assialmente lungo la camera 9 di preparazione (come illustrato nella figura 4) per ridurre ulteriormente la dimensione assiale della camera 9 di preparazione e quindi spingere (iniettare) il metallo 22 allo stato semisolido attraverso il canale 13 di alimentazione del getto e quindi dentro alla camera 3 di stampaggio. Once the partial solidification phase of the molten metal 22 has been completed to obtain a semi-solid state, that is, at the end of the partial solidification time interval, the injection piston 10 is further axially translated along the preparation chamber 9 (as illustrated in figure 4) to further reduce the axial dimension of the preparation chamber 9 and then push (inject) the metal 22 in the semi-solid state through the jet feed channel 13 and then into the molding chamber 3.
Una volta terminato il riempimento della camera 3 di stampaggio con il metallo 22 allo stato semisolido ed una volta atteso un adeguato tempo di raffreddamento per dare modo al metallo 22 fuso di raffreddarsi abbastanza per assumere lo stato solido (ovvero per assumere una forma propria non più modificabile), lo stampo 2 di pressocolata viene aperto traslando la matrice 4 mobile per estrarre il pezzo 21 meccanico finito (come illustrato nella figura 5). Once the filling of the molding chamber 3 with the metal 22 in the semi-solid state has been completed and an adequate cooling time has been waited to allow the molten metal 22 to cool down enough to assume the solid state (i.e. to assume its own shape no longer modifiable), the diecasting mold 2 is opened by translating the movable die 4 to extract the finished mechanical piece 21 (as illustrated in Figure 5).
E’ importante osservare che il dispositivo 14 ad ultrasuoni non necessita di essere immerso all’interno del metallo fuso (ovvero del bagno metallico liquido) per indurre la propagazione di energia ultrasonora; infatti, mediante il dispositivo 14 ad ultrasuoni la potenza ultrasonica multifrequenza à ̈ in grado di superare spesse barriere metalliche, come ad esempio le pareti del contenitore 8 di iniezione, e gli ultrasuoni vengono introdotti nel metallo fuso attraverso la risonanza delle pareti del contenitore 8 di iniezione in grado di creare un gradiente di pressione acustica. Fenomeni di cavitazione e di streaming acustico inducono pertanto quei fenomeni di miscelazione nel metallo 22 fuso necessari per conferire forma globulare alle particelle solide in formazione; la cavitazione, in particolare, promuove anche il processo di nucleazione eterogenea con il risultato aggiuntivo di un affinamento della microstruttura. It is important to note that the ultrasonic device 14 does not need to be immersed inside the molten metal (ie the liquid metal bath) to induce the propagation of ultrasonic energy; in fact, by means of the ultrasonic device 14 the multi-frequency ultrasonic power is able to overcome thick metal barriers, such as the walls of the injection container 8, and the ultrasounds are introduced into the molten metal through the resonance of the walls of the container 8 of injection capable of creating an acoustic pressure gradient. Cavitation and acoustic streaming phenomena therefore induce those phenomena of mixing in the molten metal 22 necessary to give globular shape to the solid particles being formed; cavitation, in particular, also promotes the heterogeneous nucleation process with the additional result of a refinement of the microstructure.
Secondo una possibile forma di attuazione, il controgetto 11 à ̈ montato mobile per spostarsi tra una posizione di iniezione (illustrata nelle figure 1-4) in cui il controgetto 11 non interferisce con il canale 13 di alimentazione del getto, ed una posizione di trattamento (illustrata nella figura 6) in cui il controgetto 11 chiude l’accesso al canale 13 di alimentazione del getto (ovvero impedisce al metallo 22 fuso presente nella camera 9 di preparazione di entrare nel canale 13 di alimentazione del getto). Il controgetto 11 viene disposto nella posizione di trattamento (illustrata nella figura 6) quando viene alimentato il metallo 22 fuso nella camera 9 di preparazione e fino a quando non viene concluso il processo di solidificazione parziale del metallo 22 fuso; al termine del processo di solidificazione parziale del metallo 22 fuso, il controgetto 11 viene disposto nella posizione di iniezione (illustrata nelle figure 1-4) per permettere l’iniezione del metallo 22 fuso nella camera 3 di stampaggio. According to a possible embodiment, the counterjet 11 is movably mounted to move between an injection position (illustrated in Figures 1-4) in which the counterjet 11 does not interfere with the jet supply channel 13, and a treatment position (illustrated in Figure 6) in which the counterjet 11 closes the access to the jet feed channel 13 (ie it prevents the molten metal 22 present in the preparation chamber 9 from entering the jet feed channel 13). The counterjet 11 is placed in the treatment position (illustrated in Figure 6) when the molten metal 22 is fed into the preparation chamber 9 and until the partial solidification process of the molten metal 22 is completed; at the end of the partial solidification process of the molten metal 22, the counterjet 11 is placed in the injection position (illustrated in Figures 1-4) to allow the injection of the molten metal 22 into the molding chamber 3.
La macchina 1 di pressocolata in semisolido sopra descritta presenta numerosi vantaggi. The semi-solid die casting machine 1 described above has numerous advantages.
In primo luogo, la macchina 1 di pressocolata in semisolido sopra descritta à ̈ di realizzazione estremamente economica, in quanto à ̈ del tutto identica ad una macchina 1 di pressocolata commerciale con la sola aggiunta del dispositivo 14 ad ultrasuoni ed, eventualmente, del dispositivo 19 riscaldatore. Di conseguenza, per realizzare la macchina 1 di pressocolata in semisolido sopra descritta à ̈ possibile partire da una macchina 1 di pressocolata commerciale a cui vengono aggiunte le parti mancanti (il dispositivo 14 ad ultrasuoni ed il dispositivo 19 riscaldatore). E’ quindi evidente che risulta semplice ed economico anche l’†aggiornamento†di una macchina 1 di pressocolata esistente eventualmente direttamente presso l’impianto produttivo. In the first place, the semi-solid diecasting machine 1 described above is extremely economical to manufacture, as it is completely identical to a commercial diecasting machine 1 with the sole addition of the ultrasonic device 14 and, possibly, of the device 19 heater. Consequently, to make the semi-solid die casting machine 1 described above, it is possible to start from a commercial die casting machine 1 to which the missing parts are added (the ultrasonic device 14 and the heater device 19). It is therefore evident that even the â € ™ upgradeâ € ™ of an existing diecasting machine 1 directly in the production plant is simple and economical.
Inoltre, la macchina 1 di pressocolata in semisolido sopra descritta permette di procedere direttamente all’iniezione del metallo 22 allo stato semisolido all’interno dello stampo 2 di pressocolata senza necessità di alcun trasferimento aggiuntivo in quanto, come descritto, il metallo 22 allo stato semisolido viene preparato direttamente nel contenitore 8 di iniezione della macchina 1 di pressocolata in semisolido. In questo modo la miscelazione indotta dagli ultrasuoni può protrarsi all’interno del contenitore 8 di iniezione per tutto il tempo necessario al raggiungimento di elevate frazioni di solido (anche fino al 52%) che sarebbero difficilmente raggiungibili con differenti modalità operative. I processi noti, infatti, prevedono che la fase di miscelazione venga effettuata all’interno di recipienti o attrezzature dedicate ed à ̈ solo alla fine di questa operazione che il materiale pastoso può essere versato all’interno del contenitore di iniezione: conseguentemente la frazione di solido non potrà superare valori dell’ordine del 10-15% altrimenti l’alta viscosità del semi-solido potrebbe verosimilmente impedire l’operazione stessa di versamento. Furthermore, the semi-solid diecasting machine 1 described above allows to proceed directly with the injection of the metal 22 in the semi-solid state inside the diecasting mold 2 without the need for any additional transfer since, as described, the metal 22 at the the semisolid state is prepared directly in the injection container 8 of the semisolid diecasting machine 1. In this way, the mixing induced by the ultrasounds can continue inside the injection container 8 for all the time necessary to reach high fractions of solid (even up to 52%) which would be difficult to reach with different operating modes. The known processes, in fact, require the mixing phase to be carried out inside dedicated containers or equipment and it is only at the end of this operation that the pasty material can be poured into the injection container: consequently the solid fraction cannot exceed values of the order of 10-15% otherwise the high viscosity of the semi-solid could probably prevent the pouring operation itself.
Infine, nella macchina 1 di pressocolata in semisolido sopra descritta il trasduttore 15 piezoelettrico del dispositivo 14 ad ultrasuoni à ̈ relativamente distanziato dallo stampo 2 di pressocolata e dal contenitore 8 di iniezione, ovvero à ̈ relativamente lontano dalla parti più calde che vengono a contatto con il metallo 22 fuso; in questo modo à ̈ possibile mantenere il trasduttore 15 piezoelettrico del dispositivo 14 ad ultrasuoni ad una temperatura di lavoro contenuta (non superiore a 100-120°) che non ne pregiudica né il funzionamento, né la vita utile. Finally, in the semisolid diecasting machine 1 described above, the piezoelectric transducer 15 of the ultrasonic device 14 is relatively spaced from the diecasting mold 2 and from the injection container 8, i.e. it is relatively far from the hottest parts that come into contact with the molten metal 22; in this way it is possible to keep the piezoelectric transducer 15 of the ultrasound device 14 at a low working temperature (not higher than 100-120 °) which does not affect its operation or its useful life.
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5192709A (en) * | 1975-02-12 | 1976-08-14 | KAKYOSHOARUMINIUMUUKEISOKEIGOKINNO SHOSHOKEISOBISAIKAHO | |
US5951163A (en) * | 1996-10-16 | 1999-09-14 | National Research Council Of Canada | Ultrasonic sensors for on-line monitoring of castings and molding processes at elevated temperatures |
WO2004009273A2 (en) * | 2002-07-19 | 2004-01-29 | Bühler AG | Moulding of a crystallisable material in the liquid or pasty state |
EP1413373A2 (en) * | 2002-09-25 | 2004-04-28 | Hong Chunpyo | Method and apparatus for pressure diecasting a semi-solid metallic slurry |
US20050279479A1 (en) * | 2004-06-17 | 2005-12-22 | Qingyou Han | Method and apparatus for semi-solid material processing |
DE102008055506A1 (en) * | 2008-12-11 | 2010-06-17 | Bühler Druckguss AG | Pressure die-casting the parts made of metal alloy e.g. aluminum using horizontal cold chamber die-casting machine, comprises filling respective dosage of metal melt into casting chamber and subsequently pressing the melt by casting piston |
-
2013
- 2013-04-03 IT IT000146A patent/ITBO20130146A1/en unknown
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5192709A (en) * | 1975-02-12 | 1976-08-14 | KAKYOSHOARUMINIUMUUKEISOKEIGOKINNO SHOSHOKEISOBISAIKAHO | |
US5951163A (en) * | 1996-10-16 | 1999-09-14 | National Research Council Of Canada | Ultrasonic sensors for on-line monitoring of castings and molding processes at elevated temperatures |
WO2004009273A2 (en) * | 2002-07-19 | 2004-01-29 | Bühler AG | Moulding of a crystallisable material in the liquid or pasty state |
EP1413373A2 (en) * | 2002-09-25 | 2004-04-28 | Hong Chunpyo | Method and apparatus for pressure diecasting a semi-solid metallic slurry |
US20050279479A1 (en) * | 2004-06-17 | 2005-12-22 | Qingyou Han | Method and apparatus for semi-solid material processing |
DE102008055506A1 (en) * | 2008-12-11 | 2010-06-17 | Bühler Druckguss AG | Pressure die-casting the parts made of metal alloy e.g. aluminum using horizontal cold chamber die-casting machine, comprises filling respective dosage of metal melt into casting chamber and subsequently pressing the melt by casting piston |
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