用於冷卻壓射塞料的方法和裝置的製作方法
2023-06-13 01:37:06 2
專利名稱：用於冷卻壓射塞料的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於壓鑄部件的方法和裝置，尤其涉及一種通過冷卻壓射塞料或缸料來壓鑄部件的方法和裝置。
背景技術：
高壓壓鑄對於大量的且低成本的工件製造而言是重要工藝。機動車工業中的示例包括自動傳動裝置殼體、活塞頭、和齒輪箱部件。在該工藝中，熔化的或半熔化的金屬(通常為鋁合金)以高速(大約50-100m/s)且非常高的壓力經複合鑄口和流道系統注射到模具中。
在特別適於應用本發明的冷腔壓鑄中，熔化的或半熔化的金屬在壓力下注射到通常為水冷的硬化鋼模具中。保持在獨立的爐中的熔化金屬藉助鑄勺輸送並澆注到延伸管(通常稱為壓射缸)中，該延伸管從進入位置突伸到模具中。
常規的壓鑄機通常包括由套模半模和衝模半模構造成的模具中。套模半模和衝模半模沿分型面彼此配合併且共同地限定多個模腔。套模半模是靜止的，而衝模半模是可動的，以便當熔化進料注射到其中且凝固時，衝模半模隨後與套模半模移動分開，從而可取出在每一模腔內的凝固的進料。
將要壓鑄的熔化或半熔化的金屬藉助加料組件射壓到模腔中，該加料組件包括壓力缸或「壓射缸」以便接收來自入口的熔化金屬、在壓射缸內可移動的活塞以便迫使熔化金屬進入模腔、和在壓射缸中延伸且與模具連接的壓射塊。來自壓射缸的熔化金屬經由通道或「流道」供應到模腔中，通道或「流道」限定在套模半模和衝模半模之間位於分型面中。冷卻流動通道可設置壓射塊中，以便通過使用作為冷卻介質的水、油、或其它液體來冷卻該壓射缸並由此間接地冷卻缸料(biscuit)。
該柱塞沿壓射缸移動並推壓熔化金屬經過壓射缸進入流道和模腔。該熔化進料(所需更多的進料來填充鑄件)用於迫使額外的金屬進入模腔以便補充在凝固過程中出現的合金收縮。因此，在實際工作中，當模腔內的金屬完全凝固時，在壓射缸中的金屬進料(通常稱為「缸料」)通常仍然是熔化的，或者至少是部分熔化的。互連的部件和缸料必須充分地冷卻以形成凝固的金屬部件，當從壓鑄模具中取出時該金屬部件由鑄件、流道、溢流部分、飛邊、和缸料構造成。一旦在模腔內的金屬凝固，半模彼此分開並且凝固的鑄件從其中被頂出以便進行進一步加工。
所希望的總是，縮短壓鑄操作中的循環時間以便提高效率和提供產量。並且，由於在從模具中取出部件之前缸料通常是最後才被充分冷卻的部件部分，缸料的冷卻率的任何提高將明顯地縮短循環時間。通常，缸料充分凝固所花的時間代表實現縮短商業應用的壓鑄操作的循環時間的25-50％的限制因素。因此，在本領域存在著這樣的需要，即通過在模具分開之前增加缸料的冷卻率來實現循環時間的縮短。
現有技術試圖增加缸料冷卻率的成效不大。如上所述，在壓射塊中設置有冷卻管路，以便使得熱量從壓射缸的端部排散出去。儘管這些冷卻管路從壓射缸中帶走了一些熱量，但是通常能夠提供給缸料的冷卻效果非常小。
最重要的是，已經認識到，壓射缸的持續冷卻和加熱導致其本身變形或在其中出現彎曲。這樣的壓射缸變形或彎曲對於所製成的壓鑄部件而言具有有害影響。
即使在正常操作中，由殘留的熔化金屬形成在壓射缸內部上的薄金屬皮冷卻並粘附到壓射缸通道上。在重複操作中，彎曲的壓射缸導致柱塞刮去並使得金屬皮破裂，從而在金屬進料中形成顆粒雜質，這導致壓鑄部件中的成核現象。因此，在本領域存在著這樣的需要，即提高對於缸料的冷卻效果同時還防止由壓射缸變形或彎曲而引起的顆粒雜質的產生。
發明內容
本發明包括優於現有技術的多個優點和有益效果。特別是，本發明使用的壓射塊沒有如同現有技術已知一樣圍繞壓射缸，使得由壓射塊提供的冷卻效果直接作用於缸料，而不是間接地經由壓射缸作用於缸料。因此，作用於缸料的改進的冷卻效果實現了壓鑄操作的總循環時間的減小。通過減小壓射缸的長度並且在壓射塊內設置冷卻凹槽，使得循環時間下降10-15％，並且可能下降更多。
藉助緊靠模具和壓射缸的壓射塊實現了本發明。這種壓射塊包括具有彼此面對的第一和第二接合表面的主體。該第一接合表面抵靠壓射缸，第二接合表面抵靠模具。一通道縱向延伸穿過該主體並在該第一接合表面處限定一開口並且在該第二接合表面處限定一開口，以便使得熔化或半熔化的金屬進料在壓力下從壓射缸經過該通道進入模腔。位於該主體內的冷卻通道，以便使得流體經其循環從而吸收位於所述通道的至少一部分中的所述進料(即缸料)的熱量。
參照對優選實施例的下列描述並結合附圖，可以更好地理解本發明的目的和優點及其操作，在附圖中圖1是現有技術的冷腔壓鑄操作的截面圖，其中示出了在壓射塊內的壓射缸；圖2是圖1所示的連接的截面圖，其包括在壓射塊中鑽成的冷卻管路；圖3是依據本發明的冷腔壓鑄操作的壓射缸連接的截面圖；圖4是依據本發明的壓射塊的平面圖；圖5是圖4所示的壓射塊沿線A-A截取的截面圖；和圖6是圖4所示的壓射塊沿線B-B截取的截面圖。
具體實施例方式
在如圖1所示的典型的冷腔壓鑄操作中，熔化金屬在壓力下注射到通常為水冷的硬化鋼模具中。保持在獨立的爐中的熔化金屬藉助鑄勺輸送並澆注到從壓射塊12突伸的延伸管或壓射缸10中。熔化金屬注射到由流道塊16形成的流道14中，並由此迫使熔化金屬進入由模具形成的模腔中。
由於壓射塞料或缸料20對於許多壓鑄過程的循環時間而言是限制因素，因此圖2示出了已知的增加壓射缸10的冷卻率的方案，由此提高缸料20的冷卻率。冷卻管路18形成在壓射塊12中並且充注有冷卻溶液，通常是水，以便有助於壓射缸10的熱量的排散。然而，儘管該工藝有助於冷卻壓射缸10，但是其對於缸料20的快速冷卻而言幾乎沒有效果，並且沒有使得循環時間明顯減少。在不使用水管路的其它情況下，不能實現對於缸料20的冷卻效果的明顯增加。
本發明使用如上所述的相似結構。本發明使用了缸料經由壓射塊直接冷卻的結構。因此，本發明的壓射缸不在壓射塊內延伸，由此與現有技術中已知的不同，在現有技術中經由壓射缸間接冷卻缸料。另外，冷卻通道或槽形成在覆蓋壓射塊中並且充注有冷卻溶液，通常為水，以便將熱量從缸料排散出去。因此，縮短的壓射缸提供了直接冷卻，以便經壓射塊藉助冷卻槽使得缸料凝固。這種結構還防止了如上所述的壓射缸的可能出現的變形或彎曲以及與此相關的缺點。
特別參照圖3，依據本發明的壓鑄機用於由熔化或半熔化的金屬進料來製造壓鑄部件，該壓鑄機總體上由附圖標記40表示並且包括模具42、壓射塊44、和壓射缸46、和柱塞48。
儘管可提供任何的模具結構，但是通常為第一模具和第二模具構造成沿分型面彼此面對接合併且在其間共同地限定至少一個模腔。通常經流道50可進入到該模腔中。通過使用柱塞48或相似裝置，壓射缸46將熔化或半熔化的金屬進料供應到壓鑄機40中。藉助在壓射缸46中的金屬進料，柱塞48迫使進料經過壓射塊44並進入模腔中。
壓射缸46具有穿過其中的通道52，以便傳輸金屬進料。壓射缸46抵靠壓射塊44，其中壓射缸通道與壓射塊通道流體連通，以便將金屬進料輸送到壓射塊通道中。如圖1和2所示，現有技術使得壓射缸插入到壓射塊中以便將熔化金屬進料輸送到模腔中。
壓射塊44靠近模具和壓射缸46。壓射塊44包括主體51，其具有彼此面對的第一和第二接合表面53、55。第一接合表面53抵靠壓射缸，第二接合表面55抵靠模具。通道54縱向延伸穿過主體51，並在第一接合表面53處限定一開口57，在第二接合表面55處限定一開口59，以便在壓力下經通道54輸送熔化或半熔化的金屬進料。冷卻通道56位於主體51中，以便使得流體經其循環從而吸收位於壓射塊通道的至少一部分(即缸料60)中的金屬進料的熱量。設置在壓射缸通道52內的柱塞48迫使金屬進料經過壓射缸通道52。
當壓射塊44定位成緊靠模具50和壓射缸46時，該柱塞必須能夠進入壓射塊通道54以便繼續在壓力下將金屬進料供應到模腔。因此，儘管壓射缸46抵靠壓射塊44並且以常規方式保持就位，但是壓射塊通道54的直徑與壓射缸通道52的直徑大致相當並優選為大致相等。因此，壓射缸46不進入壓射塊通道54中，並且壓射缸通道52與壓射塊通道54對準以便提供熔化的進料。另外，這種結構使得柱塞可經壓射缸通道52移動並進入到壓射塊通道54中以便在壓力下供應熔化的進料。
優選的是，壓射缸通道52和壓射塊通道54具有大致柱形的構形並且具有一致的直徑。另外，優選的是，柱塞的直徑大致等於壓射缸和壓射塊通道的直徑，以便改善熔化的進料的輸送。然而，明確的是，只要壓射缸通道、壓射塊通道、和柱塞的截面構形是一致的，壓射缸通道、壓射塊通道、和柱塞的任何構形均以相同的方式工作。這種構形可包括但不限於，正方形、矩形、橢圓形、圓形、三角形等。
本發明的裝置和方法通過縮短壓射缸46從而經由具有冷卻通道56的壓射塊44提供了對於缸料的直接冷卻，這是優於現有技術的改進。冷卻通道56位於壓射塊通道54的徑向外側。如圖4-6所示，冷卻通道56在壓射塊44中縱向延伸，並且至少部分地周向圍繞壓射塊通道54延伸。因此，冷卻流體可圍繞壓射塊通道54的至少一部分輸送以便使得缸料60的熱量排散出去，從而增加對其的冷卻。因此，優化了從正凝固的金屬進料的熱量傳遞，實現循環時間的明顯減小，其中缸料凝固時間是決定性因素。該技術還可用於大型的流道塊。
如圖3所示，壓射塊44可藉助金屬直接沉積(DMD)技術來製造，該技術利用由CNC(計算機數控)控制的雷射來熔化金屬粉末，其可快速地凝固，(由此提供較小的受熱影響的區域和細顆粒結構)。一步一步地、一層一層地沉積該物件，最後製成最終的物件。
儘管已經參照優選實施例描述了本發明，但是本領域的普通技術人員在閱讀並理解本說明書之後應當理解其它實施例、變型、和修改也覆蓋在後附的權利要求限定的範圍內。
權利要求
1.一種用於由熔化或半熔化的金屬進料製成壓鑄部件的壓鑄機，該壓鑄機包括第一模具和第二模具，其構造成沿分型面彼此面對接合併且在其間共同地限定至少一個模腔；壓射塊，該壓射塊具有穿過其延伸的通道，該通道與所述模腔流體連通以便將熔化或半熔化的金屬進料傳輸到所述模腔中；位於所述主體內的冷卻通道，以便使得流體經其循環從而吸收位於所述壓射塊通道的至少一部分中的所述進料的熱量；具有通道的壓射缸，該壓射缸抵靠該壓射塊，其中該壓射缸通道與該壓射塊通道流體連通，以便將所述進料輸送到壓射塊通道中；設置在該壓射缸通道內的柱塞，以便迫使所述進料經過壓射缸；和其中，所述壓射缸通道的截面與所述壓射塊通道的截面大致相等，以便所述柱塞能夠進入所述壓射塊通道。
2.如權利要求2所述的壓鑄機，其特徵在於，該壓射塊通道是大致柱形的。
3.如權利要求3所述的壓鑄機，其特徵在於，該壓射缸通道是大致柱形的。
4.如權利要求3所述的壓鑄機，其特徵在於，該柱塞的截面與該壓射缸通道的截面大致相同。
5.如權利要求1所述的壓鑄機，其特徵在於，該冷卻通道位於該壓射塊通道的徑向外側。
6.如權利要求5所述的壓鑄機，其特徵在於，該冷卻通道在該壓射塊內縱向延伸。
7.如權利要求5所述的壓鑄機，其特徵在於，該冷卻通道至少部分地周向圍繞該壓射塊通道延伸。
8.一種用於由熔化或半熔化的金屬進料製成壓鑄部件的壓鑄機，該壓鑄機包括第一模具和第二模具，其構造成沿分型面彼此面對接合併且在其間共同地限定至少一個模腔；壓射塊，該壓射塊具有穿過其延伸的大致柱形通道，該通道與所述模腔流體連通以便將熔化或半熔化的金屬進料傳輸到所述模腔中，該通道具有一直徑；位於所述主體內的冷卻通道，以便使得流體經其循環從而吸收位於所述通道的至少一部分中的所述進料的熱量；具有大致柱形通道的壓射缸，該通道具有一直徑，該壓射缸抵靠該壓射塊，其中該壓射缸通道與該壓射塊通道流體連通，以便將所述進料經其輸送到壓射塊通道中；設置在該壓射缸通道內的柱塞，以便迫使所述進料經過壓射缸；和其中，所述壓射缸通道的直徑與所述壓射塊通道的直徑大致相等，以便所述柱塞能夠進入所述壓射塊通道。
9.如權利要求8所述的壓鑄機，其特徵在於，該冷卻通道位於該壓射塊通道的徑向外側。
10.如權利要求9所述的壓鑄機，其特徵在於，該冷卻通道在該壓射塊內縱向延伸。
11.如權利要求10所述的壓鑄機，其特徵在於，該冷卻通道至少部分地周向圍繞該壓射塊通道延伸。
12.一種用於壓鑄機的壓射塊，其中該壓射塊在壓射缸與具有模腔的模具之間提供熔化或半熔化的金屬進料的流體連通，該壓射塊包括具有彼此面對的第一和第二接合表面的主體，該第一接合表面可與壓射缸抵靠接合，該第二接合表面可與具有模腔的模具抵靠接合；縱向延伸穿過該主體的通道，該通道在該第一接合表面處限定一開口並且在該第二接合表面處限定一開口，以便使得熔化或半熔化的金屬進料在壓力下經過該通道；位於所述主體內的冷卻通道，以便使得流體經其循環從而吸收位於所述通道的至少一部分中的所述進料的熱量。
13.如權利要求12所述的壓射塊，其特徵在於，該通道是大致柱形的。
14.如權利要求12所述的壓射塊，其特徵在於，該冷卻通道位於該通道的徑向外側。
15.如權利要求14所述的壓射塊，其特徵在於，該冷卻通道在該壓射塊內縱向延伸。
16.如權利要求15所述的壓射塊，其特徵在於，該冷卻通道至少部分地周向圍繞該通道延伸。
全文摘要
藉助緊靠模具和壓射缸的壓射塊實現了本發明。這種壓射塊包括具有彼此面對的第一和第二接合表面的主體。該第一接合表面抵靠壓射缸，第二接合表面抵靠模具。一通道縱向延伸穿過該主體並在該第一接合表面處限定一開口並且在該第二接合表面處限定一開口，以便使得熔化或半熔化的金屬進料在壓力下從壓射缸經過該通道進入模腔。位於該主體內的冷卻通道，以便使得流體經其循環從而吸收位於所述通道的至少一部分中的所述進料(即缸料)的熱量。
文檔編號B22D17/20GK1905968SQ200480039955
公開日2007年1月31日 申請日期2004年11月8日 優先權日2003年11月6日
發明者W·F·斯奎裡斯 申請人:金屬達因有限責任公司