用於壓鑄的流動系統的製作方法
2023-05-29 08:35:41 1
專利名稱：用於壓鑄的流動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及在壓鑄合金中使用的改進的合金流動系統。
在許多近來的專利申請中，我們已經公開了與利用所謂可控擴張埠(或者CEP)來壓鑄合金有關的發明。這些申請包括涉及鎂合金壓鑄的PCT/AU98/00987和涉及鋁合金壓鑄的PCT/AU01/01290，它們還包括進一步的申請PCT/AU01/00595和PCT/AU01/01290，以及於2001年8月23日提交的澳大利亞臨時申請PR7214，PR7215，PR7216，PR7217和PR7218。這些其它申請涉及對鎂、鋁以及其它可壓鑄合金的壓鑄的變型以及在壓鑄那些合金中使用的設備及裝置。
如所述，CEP用在上述發明專利申請中。CEP是合金流動路徑的較短部分，該合金流動路徑的橫截面面積從CEP的入口端至出口端增大，以使流經CEP的合金在出口端處具有遠低於入口端的流速。流速降低是這樣的以使在合金流經CEP時其經過狀態變化。也就是說，對於CEP的入口端從加壓供應源接收的熔融合金，從入口端處至出口端處獲得的流速降低是這樣的，使合金狀態從入口端處的熔融狀態變化為出口端處的半固態或者觸變態。
在合金從出口端流出且基本上流過與流動路徑連通的整個模腔時，其最好保持半固態或者觸變態。利用模腔內合金的充分迅速固化以及從該模腔回到或者回入CEP，所製得的鑄件能夠具有這樣一種微觀結構特性，該微觀結構在次生相基質中具有細球狀或者圓形的退化樹枝狀初生顆粒。
在我們的共同未決申請PCT/AU03/00195中，公開了一種用於高壓模鑄的金屬流動系統以及一種使用高壓模鑄機來製造合金鑄件的方法。該申請的系統和方法利用一種不僅包括CEP、還包括稱為CEM的CEP出口模塊的流動路徑，來自CEP出口的合金在其流至模腔時經過CEM。在CEP中，由於流速在CEP中從CEP入口端處的適當流速起充分降低，合金經歷從熔融狀態至半固態的狀態變化。CEM具有這樣一種形狀，該形狀能夠控制合金流以使合金流速從位於CEP出口端處的水平起逐漸降低，從而在流動路徑與模腔連通的位置處，合金流速在明顯低於CEP出口端處水平的水平，在填充模腔的基本整個過程中維持CEP中發生的狀態變化，且合金能夠在模腔內迅速固化並沿著流動路徑回流向CEP。
我們已經發現其它申請也可得益於CEM的形狀。CEM形狀的這種利用是相當令人驚訝的，因為其與高壓模鑄的傳統做法、系統及裝置相反。
如上所述，「CEM」代表一種用於CEP的出口模塊。此術語不適用於未採用CEP的本發明。更確切的，本發明採用具有這樣一種出口模塊的流動路徑，合金經由該出口模塊從澆道流至模腔。儘管本發明的出口模塊具有適於CEM的形狀，但在這裡其被區別為流動路徑出口模塊或「FEM」。
本發明提供一種用於高壓模鑄合金的金屬流動設備，採用一種具有或者可操作性地提供熔融合金加壓源和模具的機器，該模具限定了至少一個模腔，其中，該設備限定了金屬流動路徑，自加壓源接收的合金可經由該金屬流動路徑流入模腔，其中(a)流動路徑的長度的第一部分包括或者包含澆道；以及(b)從澆道的出口端起的流動路徑的長度的第二部分包括流動路徑出口模塊(FEM)；以及其中，FEM具有這樣一種形狀，該形狀控制合金的流動以使合金的流速從在澆道的出口端處的水平起逐漸降低，由此，在流動路徑與模腔連通的位置處，合金流速在顯著低於澆道的出口端處的水平，從而在填充模腔時，合金能夠在模腔內經歷固化並沿著流動路徑回向澆道。
另外，本發明提供一種用於高壓模鑄合金的壓鑄機，該壓鑄機具有或者可操作性地提供熔融合金加壓源、限定至少一個模腔的模具、以及限定金屬流動路徑的金屬流動設備，自加壓源接收的合金可經由該金屬流動路徑流入模腔，其中(a)流動路徑的長度的第一部分包括或者包含澆道；以及(b)從澆道的出口端起的流動路徑的長度的第二部分包括流動路徑出口模塊(FEM)；以及其中，FEM具有這樣一種形狀，該形狀控制合金的流動以使合金的流速從在澆道的出口端處的水平起逐漸降低，由此，在流動路徑與模腔連通的位置處，合金流速在顯著低於澆道的出口端處的水平，從而在填充模腔時，合金能夠在模腔內經歷固化並沿著流動路徑回向澆道。
本發明還提供一種採用高壓模鑄機來製造合金鑄件的方法，該高壓模鑄機具有熔融合金加壓源和限定至少一個模腔的模具，其中，合金沿著流動路徑從加壓源流至模腔，其中(a)在流動路徑的第一部分內，使合金沿著澆道流動；以及(b)在位於第一部分與模腔之間且包括流動路徑出口模塊(FEM)的流動路徑的第二部分內，控制合金的流動以使流速從在澆道的出口端處的水平起逐漸降低至在流動路徑與模腔連通處顯著低於澆道的出口處水平的水平上的流速。
如所述，流動路徑的第二部分使合金流速降低至低於澆道出口端處的流速水平。這裡，流動路徑的第二部分被簡稱為「流動路徑出口模塊」或「FEM」。
優選的，澆道至少在其出口端處具有這樣的橫截面面積，從而以機器能生成的合金質量流率，澆道將在該澆道的出口端處導致對於鎂合金而言超過約60m/s至約180m/s的合金流速以及對於鎂合金以外的合金而言超過約40m/s至約120m/s的合金流速。在一種結構中，FEM的橫截面面積沿著延伸過澆道的出口端的方向增大，由此合金的流速的降低可避免合金從熔融態至表現出觸變性的半固態的狀態變化。在另一種布置中，橫截面面積這樣增大，從而流速的降低可阻止合金經歷狀態變化，以使模腔能夠由熔融合金填充。在流動路徑的出口端處限定的澆口可對經過其的合金流進行壓縮，儘管其不需要提供這種壓縮。在一種形式中，澆口位於FEM的出口端處。在另一種形式中，FEM的出口端經由第二澆道與澆口隔開，該第二澆道的橫截面面積至少等於FEM的出口端處的橫截面面積。
採用本發明，可利用熔融合金實現模腔填充。也就是說，合金可在其熔融狀態下從加壓源接收入流動路徑，並可保持在此狀態直至其在模腔內固化。這不同於我們早先基於採用CEP的發明，在這些發明中，熔融狀態的合金轉變為其表現出觸變性的半固狀。在這點上，本發明類似於傳統高壓模鑄做法。然而，本發明進一步地且顯著地不同於傳統做法。
採用我們早先基於採用CEP的發明，所得到的半固態合金通常具有使其能夠表現出觸變性的固體含量。為此，合金具有超過約25wt％的固體，通常至少約30wt％例如高達約60wt％至65wt％的固體。儘管本發明可利用熔融金屬進行模腔填充，但情況卻是接收入模腔內的合金具有低固體含量。本發明可獲得的低固體含量不足以使合金表現出觸變性。
採用冷室壓力模機，可在壓射缸內形成初生枝狀顆粒。這些顆粒在高達約60μm或者更大的範圍內，並對鑄件不利。在本發明用於冷室機的情況下，這種顆粒仍然可能形成在壓射缸內。當此情況發生時，變型顆粒包括或者組成流入模腔內的合金的固體含量。
還發現，採用本發明，由於合金沿著流動路徑流動，可形成低水平的固體。這些固體的重量百分比不足以使合金處於完全觸變狀態的合金性能。固體含量在低於約25wt％例如低於約20wt％或22wt％、更通常少於約17wt％的水平。在採用冷室機的情況下，即便由於合金沿著流動路徑流動形成的固體與由形成在壓射缸內的枝狀顆粒導致的固體相結合，這也適用。
採用本發明時，流入模腔內的合金中存在的固體達到這樣一種程度以致於該固體具有相當小的粒徑。這能夠通過採用本發明製造的充分迅速固化鑄件的微觀結構來形成。因此，鑄件可顯示具有尺寸不超過約50μm的初生枝狀顆粒的微觀結構，表明在合金沿著流動路徑流動過程中製造的固體具有大約該尺寸或更小的顆粒。
具有小粒徑的固體表明合金在沿著流動路徑流動過程中受到相當劇烈的切變力。那些力來自於當合金經過FEM時其流速自澆道內的流速起顯著降低。顯而易見，力的強度來自於流動模型測定。通過可在使用本發明製造的鑄件中獲得的微觀結構的主要特性，也表明了劇烈切變力。
第一微觀結構特性是上述圓形初生枝狀顆粒以及那些顆粒的細粒徑和均勻分布。第二微觀結構特性是在採用冷室機的情況下基本不存在可形成於壓射缸內的較大枝狀顆粒。似乎是切變力足夠劇烈以使這種顆粒破碎。熱和冷室機的另一特性是基本不存在由氣孔導致的壓鑄缺陷。利用本發明製造的鑄件的微觀結構具有由例如內部氣泡導致且以極細和基本均勻分布形式存在的任何氣體，而在隔離區域不顯示這種由於夾帶氣體導致的缺陷。任何氣體的細密且均勻分布使得可基本避免對物理特性的負面結果。
使合金流速降低的FEM的形狀是這樣的，其需要沿著合金流動方向增大橫截面面積。合金流可以基本固定的質量流率。然而，由於FEM的橫截面面積增大，合金流速從位於澆道出口端處的水平起至該合金進入模腔的位置經歷一種逐漸但大幅的流速降低。在使流速降低的過程中，FEM獲得與在CEP中所獲得的類似結果。儘管具有類似性，但這種降低不是使合金從其熔融狀轉變為導致觸變性程度的半固態，即便澆道內的合金流速類似於為進行狀態變化而在CEP的入口端處所需要的流速。也就是說，FEM的流速降低是這樣的，以避免至少在該程度內的狀態變化。
由於FEM的橫截面面積沿著流動方向增大，依據本發明的流動設備不同於在傳統模鑄做法中採用的流動系統。在傳統做法中，除了在流動路徑與模腔連通的位置處，通常維持基本恆定的流速。在傳統做法採用的流動系統中，在稱為澆口的位置提供的壓縮使合金經歷流速的急劇增大，以便該合金作為細高速噴流流入模腔。在本發明的金屬流動設備中，流動路徑在其與模腔連通位置處的橫截面面積大於澆道的橫截面面積。在傳統做法中，澆口面積小於其澆道的橫截面面積。然而，儘管依據本發明的流動路徑不需要具有澆口壓縮，但這不是一定的，在至少一些情況中可提供壓縮澆口。在任何情況中，無論是否提供壓縮澆口，本發明的流動路徑都不同於傳統做法。流動路徑的包括澆道的第一部分的橫截面面積顯著小於傳統澆道的橫截面面積。同時，流動路徑的位於澆道出口端與FEM出口端之間的第二部分的橫截面面積沿著流動方向增大，從而導致經由FEM的合金流速的規定降低。在這些方面，流動路徑有點類似於PCT/AU03/00195，儘管有必要且重要的差異。
如這裡隨後所述，在採用本發明時，澆道流速需要比在傳統壓鑄機中採用的流速高。對於可操作用於以給定質量流率供應合金的壓鑄機，本發明要求澆道需要具有比傳統澆道小的橫截面面積，從而以該質量流率實現較高的流速。就此方面而言，本發明的澆道基本與PCT/AU03/00195的教義相同。然而，在本發明的流動路徑中，來自澆道出口端的合金流直接流入FEM。相反，在PCT/AU03/00195的裝置中，來自澆道出口端的合金流直接流入CEP，並從CEP的出口直接或間接流入FEM。此外，本發明限制合金可改變其狀態至半固狀的程度，以避免顯示觸變性。相反，PCT/AU03/00195裝置中的FEM幫助維持在CEP中生成且具有觸變性的半固態合金。
FEM的出口端可位於流動路徑與模腔連通的位置處。儘管這是優選的，但FEM的出口端也可經由不顯著限制合金流的第二澆道與該位置隔開。因此，第二澆道的橫截面面積可基本與FEM的出口面積相同。如將理解的，本發明系統中的第二澆道將具有比流動路徑的第一部分的澆道更大的橫截面面積，這同傳統壓鑄做法中第二澆道與主澆道之間的關係相反。
本發明設備的FEM可採取多種形式。在第一種形式中，FEM限定或者包括一種寬度遠遠超過深度且橫截面面積大於澆道出口面積的通道，該通道可自澆道出口接收熔融合金。在第一種形式中，通道的超過其深度至少一數量級的寬度優選設置在相對於澆道橫向延伸的平面內。該通道是這樣的，其使合金從澆道流入其內以徑向擴散，從而經歷流速降低。通道的橫截面面積沿著合金流動方向增大，從而導致合金流速進一步降低。
在第一種形式中，通道基本平坦，或者如果適於給定鑄件的模腔，其可橫過其寬度彎曲。然而選擇性的，其可具有鋸齒或者波紋狀構造以限定橫過其寬度的峰和溝，有點類似於冷卻通風口的形式。由於通道的寬度和深度之一方沿其長度恆定而另一方優選均勻地逐漸增大，所以該通道的橫截面面積增大。然而如果需要，寬度和深度中的每個可都沿著合金流動方向增大。採用鋸齒或者波紋形式，通常更便於僅寬度增大，儘管這種形式具有使澆道出口與流動路徑同模腔連通位置之間的給定距離的流動長度最大化的優點。
對於FEM限定了一種寬度遠超過其深度的通道的第一種形式，該裝置通常是這樣的，使合金流動路徑經由一種寬度遠超過其深度的開口與模腔連通。這良好地適用於通過間接或邊緣供給來進行模腔填充，尤其在該模腔用於製造薄鑄件時。
在第二種形式中，依據本發明設備的FEM限定或者包括一種其寬度和深度具有相同數量級尺寸且橫截面面積沿著合金流動方向逐漸增大的通道。這種具有逐漸增大橫截面的形式還在流動路徑與模腔連通的位置處提供規定的低流速。
對於在流動路徑與模腔連通位置處的該模腔的形狀，FEM的第二種形式的通道可在其遠離澆道的端部處敞開，通道自該澆道接收熔融合金，且該敞開端限定了所述位置。然而優選的，該位置由沿著通道側面延伸的細長開口限定。在此優選布置中，通道自澆道起沿著模腔的側緣基本線性延伸，且細長開口沿著靠近模腔邊緣的通道側面。然而優選的，通道彎曲以便其具有適當長度，從而提供該通道的遠離澆道且沿著模腔側緣延伸的端部。對於這種弧形通道，特別的，流動路徑可沿著合金流動方向在澆道以外分支，從而提供至少兩條通道，每條通道都具有這種帶細長開口的端部。在分支布置中，每條通道的開口可在模腔的公共邊緣或者各自邊緣處與該模腔連通。當兩條彎曲通道在公共邊緣處與模腔連通時，每條通道的遠離澆道的端部可終止於相互隔開較短距離，以便它們的側開口沿著模腔的公共邊緣縱向隔開。然而在一種可供選擇的布置中，兩條通道在那些端部處匯合，從而形成閉環的各個臂，在這種情況中，開口同樣隔開，或者它們形成供每個臂公用的單個細長開口。
本發明金屬流動系統的FEM內的合金流速的逐漸降低以及導致該降低的第二部分的橫截面面積的逐漸增大可以是連續的。同時，流速的逐漸降低和面積的逐漸增大沿著至少第二部分的一部分基本均勻，或者其是逐步的。上述用於FEM的第一和第二種形式良好地適用於提供流速的連續降低，該流速的連續降低是通過例如沿著第二部分的長度的主要部分連續增大橫截面面積導致的。
在提供流速的逐步降低的第三種形式中，FEM包括這樣一種室，自澆道接收的合金流入該室，且該室實現合金流速的逐步降低。在第三種形式中，FEM包括使室與模腔連通的通道裝置，該通道裝置具有這樣一種形狀，該形狀至少基本維持在室內獲得的流速水平。這種用於連通的通道裝置可具有與上述FEM的第一種形式相類似的形狀，但其具有基本一致或者略微增大的橫截面。選擇性的，通道裝置包括至少一條通道、但優選至少兩條通道，類似於上述FEM的第二種形式，只是如果需要，此通道或者每條通道具有基本一致的橫截面。
第三種形式的室具有各種適當形狀。在一個適宜布置中，其具有環形盤狀。此布置適用於連通裝置為至少一條通道的情況。在此布置中，當連通裝置包括至少兩條通道時，這些通道可與公共模腔或者各自模腔連通。
FEM的第三種形式的連通裝置的至少一條通道在該通道的端部開口處或者在如參照第二種形式所述的細長側開口處通向其模腔。
在本發明的每種形式中，最優選的，FEM平行於限定模腔的模具的分模面設置。流動路徑的第一部分類似地設置，使其澆道也平行於該面，且從穿過一個模具部分延伸至該面的澆口或澆道部接收合金。選擇性的，流動路徑的第一部分延伸過這些模具部分，且澆道的出口在分模面處或者緊靠該分模面。
上述專利申請中詳述了CEP在實現合金從其熔融態至具有觸變性的半固態的變化過程中採用的流速。然而，對於鎂合金，CEP入口端處的流速一般超過約60m/s，優選約140m/s至165m/s。對於鋁合金，入口端的流速一般超過40m/s、例如約80m/s％至120m/s。對於其它合金，例如可轉化為具有觸變性的半固態的鋅和銅合金，CEP入口端的流速一般類似於鋁合金，但可隨著各種合金的獨特性質而變化。在CEP中實現的流速降低一般是這樣的，以致於使CEP出口端處的流速是入口端處流速的從約50％至80％，例如從65％至75％。
採用依據本發明的FEM，不採用CEP。同時，合金在其流至模腔的過程中保持熔融，即便形成一些固體，該合金也不會經歷導致觸變性程度的狀態變化。儘管這樣，至少澆道出口端處的澆道流速可以類似於採用CEP時所需要的流速。因此，對於鎂，澆道出口端處或者FEM入口端處的流速可超過約60m/s，優選從約130m/s至160m/s，但高達約180m/s的範圍。對於鋁合金和其它合金例如鋅和銅合金，澆道出口端處或者FEM入口端處的流速如上採用CEP所述的。
在FEM內實現的流速降低通常相當顯著。實際上，這種降低可超過在採用CEP時獲得的。因此，儘管CEP內的流速降低使流速為CEP入口端處流速的50％至80％，例如從65％至75％，但FEM可實現更大的流速降低。實踐考慮促使FEM具有儘可能短的有效流動長度。FEM的長度隨著其平均橫截面面積而變化，但可從約15mm至35mm。同時，FEM優選具有小於其有效流動長度的總長度，因為其具有增大流動系統內回壓的起伏、波狀或者鋸齒狀構造。
如同CEP，FEM的長度隨著其接收合金流的澆道出口端處的橫截面面積而變化。因為CEP將導致合金狀態從熔融態至表現觸變性的半固態的變化，所以預計對於給定的澆道出口端橫截面面積，FEM具有比CEP短的長度。較長的長度可使FEM的橫截面面積從澆道入口起更逐漸地增大，這對於提供適於完全避免狀態變化或者至少到CEP所需程度的條件而言似乎是必要的。然而，我們已經發現情況不是這樣。相反，我們已經發現對於澆道出口端處的給定橫截面面積，FEM的長度需要比提供用於這種澆道的CEP所規定的長度短。
本發明的前述說明參照一個模腔。然而應理解的是，本發明可應用於多腔模具。在這種情況中，由本發明系統限定的FEM可分支或者延伸以提供至公共模腔或至少兩個模腔中每個的獨立流。實際上，如這裡參照附圖所示的，提供這種來自公共FEM的獨立流往往有助於實現合金流速的規定降低。
為了本發明更易於被理解，現在參照附圖進行說明，其中
圖1是在固定鑄模部與活動鑄模部之間的分模面上取的兩個腔模裝置的示意表示，說明本發明的第一實施例；圖2是在圖1的線II上取且以放大比例表示的剖視圖；圖3是類似於圖1的示意表示，但說明具有單模腔的本發明第二圖19是一種利用本發明第七實施例製造的鑄件的俯視圖；圖20是第七實施例在俯視圖中的部分示意表示；以及圖21是圖20所示裝置的側視圖。
參照圖1和2，這裡表示了由固定模具半部12和活動模具半部13限定的兩個模腔10和11，兩個模腔用於在高壓鑄造機(未表示)中製造相應的鑄件。每個模腔10和11設置用以自鑄造機的熔融合金加壓供應源接收合金，合金通過依據本發明第一實施例的公共合金供給設備14流至每個模腔。該實施例是依據如上所述本發明第一種形式的合金供給設備14限定了供熔融合金使用且具有第一部分和第二部分18的流動路徑，該第一部分由噴嘴16限定且更詳細地表示在圖2中，該第二部分18被稱為在此早先所述的FEM且在每個模腔之間和橫過噴嘴16的出口端延伸。
在總體形狀和細節上，噴嘴16包括細長環形外殼20，金屬流動路徑的第一部分通過該外殼20限定了具有澆道22的孔。外殼20的出口端巧妙容納在固定模具半部12的嵌入件26中，而其入口端抵靠壓板29的接頭配件28。電阻線圈30(外部線圈30)和一層絕緣件32圍繞外殼20。同時，除了在外殼20的出口端處該外殼20與嵌入件26金屬對金屬接觸的短距離以外，絕緣間隙34提供在絕緣件32與該嵌入件26之間。另外，間隙34在絕緣件32與接頭配件28之間延伸。線圈30和絕緣件32提供用於控制外殼20的熱能級以及流經澆道22的合金的溫度。
在噴嘴16的結構中，除了澆道22出口端處的短距離以外，澆道22沿其整個長度具有恆定截面積，澆道22在該出口端處逐漸縮小至其出口端22a的截面積。從澆道22的出口端22a起，外殼20的孔在相當短的端部35上擴張。這可提供至金屬流動路徑的FEM18的過渡，且像FEM18那樣用於相對於合金在澆道22的出口端22a處的流速水平降低其流速。選擇性的，此擴張端部35可與例如參照圖3和4所述的擴張錐協作，在這種情況中，擴張端部35可更顯著地降低合金流速。
合金流動路徑的FEM18由狹窄的矩形通道36限定，外殼20的孔通向該通道36的中央。通道36由模具半部12和13限定且具有與該模具半部12與13之間的分模面P-P平行的寬度和長度尺寸。因此，通道36垂直於噴嘴16。
通道36給每個模腔10和11提供合金流，在模腔10和11中，合金的流速降低至比在澆道22的出口端22a處更低的水平。這是通過合金從端部22a起在通道36內徑向朝外擴散獲得的，如圖1中的虛線圈所示。因此，熔融合金可從端部22a起在通道36內的與徑向相切的擴散前鋒(expanding front)上前進。合金的擴散流被受限於到達通道36的相對側，但被分離為繼續以降低流速流動至通道36的每個敞開端36a和36b，該通道36經由敞開端36a和36b分別與模腔10和11連通。在通道36通向模腔10的部分上，該通道36的相對側基本平行，以便在敞開端36a之前的短距離處獲得用於模腔10的規定降低流速。然而，對於通道36通向模腔11的部分，相對側沿流動方向發散，以便流速可繼續降低，從而在用於模腔11的敞開端36b處獲得不同的規定降低流速。合金繼續流動以填充每個模腔10，11。經過每個模腔10，11全部的合金流可具有比澆道22的出口端22a處的流速低的充分低流速，且對該合金流的回壓可維持在適當水平。
模具半部12，13的布置是這樣的，以便在完成模腔填充時，通過從每個模腔12，13內的合金提取熱能來提供每個模腔10，11內合金的迅速固化以及沿著通道36回到澆道22的出口端22a。通道36的細截面有助於此。同時，通過主要利用模具半部12和其嵌入件26來提取熱能，儘管利用線圈30加熱，但由於外殼20與嵌入件26在端部22a的周圍金屬對金屬接觸，也可使冷卻回到該端部22a內。
圖3和4表示鑄件製造裝置的第二實施例，在此例中利用高壓鑄造機的單腔模具。第二實施例也依據如上所述的本發明第一種形式，但採用一種鋸齒形通道形式，而不是如圖1和2中所示的平面通道。與圖1和2對應的那些部件具有相同參考數字，但加上100。然而，未表示模具半部，而僅表示了噴嘴116的部分外殼120。
在圖3和4中，FEM118的通道136的端部具有與澆道122連通的圓端平部40。同時，如上所述，通道136具有位於部分40與模腔110之間的部分42，該部分42具有一種限定了齒峰42a和齒溝42b的鋸齒形，該齒峰42a和齒溝42b相對於合金流經該部分42的方向橫向延伸。
儘管未表示活動模具半部，但表示了該半部的擴張錐46。當模具半部被夾緊到一起時，擴張錐46容納在位於澆道122的出口端122a以外的噴嘴外殼120的孔的擴張端部135內。因此，自澆道122流來的合金在進入通道136之前呈截錐狀地擴散。依據端部135和擴張錐46的錐角，進入通道136的合金的流速可與在澆道122的出口端122a處獲得的流速相同或者略微不同，但其通常將基本不變。
在通道136內，從澆道122接收的熔融合金首先徑向擴散，因而流速降低。在流經通道136的部分42時，由於該通道136的相對側朝向敞開端136a發散，流速進一步降低直至到達該敞開端136a。因此，流入並填充模腔110的合金可維持適當回壓。通道136的部分42的鋸齒狀構造(具有一個或多於一個的齒)把回壓增大至規定水平。除所述不同外，圖3和4所示裝置的總體性能與參照圖1和2所述的基本相同。
圖5表示圖3和4所示實施例的第一種變型。圖5所示變型在總體形狀上與圖3和4相同，只是澆道122的出口端122a直接與通道136連通。也就是說，外殼120的孔不具有擴張部，因而不需要擴張錐。
圖6的局部示圖(未表示模腔)表示圖3和4所示實施例的第二種變型。圖6所示變型在總體形狀上與圖3和4相同，只是FEM118的通道136的部分42為起伏或者波狀構造而不是鋸齒構造。然而，圖6所示構造同樣提供適當的回壓。
圖7和8所示的第三實施例同樣依據如上所述的本發明第一種形式。在圖7和8所示的裝置中，與圖1和2對應的那些部件具有相同參考數字，但加上200。
如同圖3和4所示的實施例，圖7和8所示的第三實施例用於利用單腔模具來製造鑄件。然而，在此例中，FEM118的通道236不具有鋸齒狀構造的部分。而是，通道236具有平的頂主面和底主面。同時，儘管那些表面沿著合金經由其流至敞開端236a和模腔210的方向略微會聚，但通道236的相對側沿該方向發散。此布置是這樣的，通道236的橫截面面積沿著流動方向朝向細長的窄敞開端236a增大，以使合金流速逐漸降低至端部236a處的適當水平，在該端部236a處，流速顯著低於在澆道222的出口端222a處的流速。
在圖7和8所示的實施例中，澆道222平行於模具半部212，213之間的分模面P-P延伸，並與通道236遠離模腔210的那個端部連通。澆道222由半部212，213而不是由噴嘴限定，且該澆道222與FEM218的通道236的中心線以及模腔210對齊。對澆道222的入口端的合金供給可經由主澆道或者噴嘴孔來實現，此主澆道或者噴嘴孔穿過固定模具半部212例如相對於面P-P垂直。
通道236內具有在其頂主面與底主面之間延伸的弧形壁50。壁50限定了朝向澆道222的出口端222a敞開的凹進52，以能夠俘獲並阻擋來自前一鑄造周期且與合金一起帶入室236內的固體熔渣或其類似物。
一般，從相對於圖1和2以及圖3和4的說明可以理解圖7和8所示實施例的操作。
圖9和10所示的第四實施例在許多方面都類似於圖1和2所示的第一實施例。圖9和10也依據如上所述的本發明第一種形式，與圖1和2對應的那些部件具有相同參考數字，但加上300。
在圖9和10所示的實施例中，該裝置同樣提供用於利用高壓鑄造機來製造鑄件。此鑄造機具有這樣一種模具，該模具在其模具半部312，313之間限定了兩個模腔310，311。模具半部還限定了在模腔310，311之間平行於分模面P-P延伸的細長通道336。通道336形成熔融合金流動路徑的FEM318，該合金流動路徑的第一部分由澆道332提供。澆道332由相對於面P-P以直角安裝在固定模具半部312內的噴嘴的外殼320限定。澆道332在模腔310，311之間的中途與通道336連通，以使合金分離為沿著相反方向流至每個模腔310，311。
從澆道322的出口端322a起，合金在外殼320的孔的端部335內擴散，然後進入通道336的中央區域54。在區域54處，通道336的深度增大以使該區域54提供一種幫助穩定合金流的環形凹進。自區域54合金被分離以沿著相反方向流至通道336的每個敞開端336a和336b，然後進入相應的模腔310，311。
使從鑄造機的加壓源接收入澆道322內的合金在FEM318內經歷流速降低。合金流動路徑是這樣的，使流速從澆道322的出口端322a的值起在端部336內降低，然後進一步降低直至到達通道336的各個敞開端336a，336b。此進一步降低是由合金從外殼320的出口端起在區域54內以及通道336的相對側允許的範圍內徑向擴散導致的。然後，合金沿著通道336流至相對端336a和336b中的每個，其中，由於相對側從區域54至相對端336a，336b略微發散，流速進一步降低。最後，由於通道336相對於每個模腔310，311的敞開端336a和336b分別與之連通的端部以一定角度傾斜，所以端部336a和336b的面積大於同通道336的縱向範圍正交的橫截面面積，從而能夠在端部336a和336b處進一步降低合金的流速。
該結構是這樣的，從而流經敞開端336a和336b的合金具有遠低於澆道322的出口端322a處的流速。大大降低的流速是這樣的，以便在填充模腔310，311的過程中幫助維持合金上的足夠回壓。該裝置還有助於在完成模腔填充時迅速固化模腔310，311內的合金，以使此固化能夠迅速地從模腔310，311起沿著通道316回到澆道322的出口端322a。
在依據圖9的一個例子中，通道336的敞開端336a，336b的總面積比澆道322的出口端322a處的面積大將近45％，導致流速在端部336a，336b處相應降低。在這點上應理解的是，儘管每個敞開端336a，336b的面積小於澆道端部322a的面積，但每個敞開端336a，336b容納總合金流的大約一半(如同在圖1和2所示裝置的端部36a，36b的情況)。
在此例中，敞開端336a，336b具有30mm的寬度和0.9mm的深度。該裝置適用於與面P-P正交的深度尺寸為2mm的模腔310以及具有對應尺寸1mm的模腔311。在每個模腔中，合金可在前鋒上流動以實現模腔填充，當該合金移離各個敞開端336a，336b時其擴散。由此，在每個模腔310，311內進一步降低的合金流速能夠維持足夠的回壓。
在圖9和10所示結構中，敞開端336a，336b這樣傾斜以便引導合金橫過各個模腔310，311的角部，這被發現是有益的。這種傾斜已被發現可增大合金流的回壓。同時，在端部336b附近，通道336提供有相對於面P-P傾斜的短段336c，這也有助於維持適當回壓。
圖11和12表示依據上述本發明第二種形式的本發明第五實施例。在圖11和12中，所示合金流動設備具有這樣一種合金流動路徑，該流動路徑平行於固定模具半部60與活動模具半部61之間的分模面P-P延伸至模腔62。此流動路徑包括限定了其第一部分的澆道63。流動路徑的第二部分包括呈通道66形式的FEM，該通道66具有相互對向的C形臂67，68。僅表示了部分臂67，但其具有與臂68相同的形狀，只是相互對向。
FEM通道66的每個臂67，68具有各自的第一部分67a，68a，該第一部分67a，68a從澆道63的出口端63a處的擴張部69起橫向朝外延伸。從部分68a的外端起，臂68具有沿著與澆道63相同的方向但離開該澆道63延伸的第二部分68b。在部分68b外，臂68具有朝向澆道63的延續線橫向朝內延伸的第三部分68c。儘管未表示，但臂67也具有在部分67a外與臂68的部分68b和68c對應的相應第二和第三部分。每個臂67，68在位於模腔62端部的U形凹進72內與該模腔62連通。
澆道63和FEM通道66在橫截面內為雙邊對稱的梯形，如圖12中為臂67的部分67a所表示的。澆道63在其大部分長度上具有一致的橫截面面積，但在其出口端附近，其逐漸縮小至該澆道63的出口端63a處的面積。從流動路徑的擴張部69起，通道66的每個臂67，68的橫截面面積增大直至在其遠端附近到達最大。
基於圖11和12且適於在具有單模腔模具的熱室壓鑄機上製造鎂合金鑄件的一例具有這樣一種布置，使來自壓鑄機源的熔融鎂合金在壓力下供應給澆道63的入口端，在該入口端處流速為50m/sec。在澆道63的出口端63a的錐形處，熔融合金流速增大至達到112.5m/s。從擴張部69起，合金被等分以沿著每個臂流動。相對於為臂68所示的位置A至E，合金流速逐漸降低以在A處為90m/sec，在B處為80m/sec，在C處為70m/sec，在D處為60m/sec以及在E處為50m/sec。
每個臂都具有使其與模腔62連通的細長開口。相對於位置C，D，E和臂68的端部，用於臂68(以及類似用於臂67)的開口從C至D具有0.5mm的平均寬度、從D至E具有0.6mm的平均寬度以及從E至該端部具有0.8mm的平均寬度。因此，每個槽的總長度為35.85mm，流經其的總合金流速從C處的70m/sec降低至在E以外的每個臂的端部處小於50m/s。
圖13表示圖11和12所示裝置的一種變型，對應部件具有相同參考數字，但加上100。圖13表示了一種把合金供應給澆道163的主澆道70。在此例中，FEM通道166的臂167，168都沿著模腔的直線端與該模腔連通。使用鎂合金的此裝置在澆道163的出口端163a處提供150m/sec的熔融合金流速。在通道166的每個臂內，合金流速可在A處降低至125m/sec，在B處降低至110m/sec，在C處降低至95m/sec以及在每個臂167，168的端部處降低至80m/sec。每個臂至模腔的開口從正好每個位置D之前到每個臂的端部。此裝置的操作如同為圖11和12所述的。
圖14和15表示圖13所示變型的澆道163和通道FEM166的更明確細節。為此，如相對於圖13所述的用於鎂合金的適當橫截面面積和流速如下位置面積(mm2)163a8.5A 6.0
B6.8C8.0D9.6如將理解的，位置A至D所示的面積對應於FEM166的一個臂。然而，把這些面積與澆道163的出口端163a的面積相互聯繫起來需要考慮到每個臂僅供流經澆道的一半合金流動。
圖16表示垂直於分模面看的用於本發明另一實施例的流動設備的部分。圖17和18表示圖16所示結構的可供選擇方式。
在圖16至18中，對於供熔融合金流動的澆道，僅表示了限定出口端80a的末端部80。然而，澆道80形成了流動系統的流動路徑的第一部分，而通道82、室84以及通道86形成了該流動系統的第二部分或FEM。熔融合金從澆道80流至通道82、進入室84、然後經由每條通道86流至單個或者各個模腔(未表示)。通道82具有比澆道80的出口端大的橫截面面積，該橫截面面積可以恆定或者其可以增大至室84。在任一情況中，其都提供比在澆道80的出口端處獲得的流速要低的合金流速。在室84中，合金流可以擴散，導致流速進一步降低。從室84起，合金流分離以沿著每條通道86延伸，且類似於通道82，每條通道86在其內或者沿著其提供合金流速的進一步降低。假設合金流分離，通道86可具有比通道82更小的橫截面面積，而仍然能夠實現流速的降低。
室84可如圖17所示比通道82和通道86薄，或者其可如圖18所示更厚。選擇性的，其可具有與該通道相以的厚度。
參照前述實施例的說明，一般將理解圖16至18所示裝置的操作。
圖19表示一種可採用本發明另一實施例製造的鑄件90。該鑄件包括一對在相鄰端部處利用金屬條92串接的橫向相鄰拉力杆91，該金屬條92在供金屬流動且位於鑄造拉力杆91的各個模腔之間的通道內固化。所示鑄件90為鑄出後不加工保留黑皮的狀態，因此其包括沿著把合金供應給模腔的金屬流動路徑的一部分固化的金屬93。該金屬93包括在金屬流動路徑的FEM內固化的金屬部94以及在金屬流動路徑的澆道內固化的金屬部95。
為獲得拉力杆91，可沿著金屬條92的每個端部以及每根拉力杆91的各自側面切割鑄件90，同時從該拉力杆91的與金屬93連接的側面切斷該金屬93。被切斷的金屬93的形狀更詳細地表示在圖20和21中。毫無疑問的，金屬93具有與依據本發明的金屬流動設備的對應部96相同的形狀，並參照如同代表對應部96的金屬93來進一步說明圖20和21中的金屬93。因此，金屬部94和95被認為分別代表對應金屬流動系統的FEM97和澆道98。陰影表示可在分模線P-P上分離且限定了模腔和金屬流動系統的各個模具半部101和102。
如自圖20和21可見，FEM97具有整體矩形，且澆道98與之縱向成一直線。澆道98的出口端98a在FEM的一個端部的中間處與FEM97連通。由此，熔融合金沿著澆道98流動，且合金經由FEM97從該澆道98流向該FEM97的遠離澆道出口98a的端部。然而，朝向該遠端，FEM97橫向通往第二短澆道100，合金可經由該第二澆道100流至串接模腔中的第一個，在該串接模腔中鑄造拉力杆91。
沿著從澆道出口98a起的FEM長度的第一部分，FEM97具有一種對所流經的合金流產生阻力的形狀。這通過由各自模具半部所限定的交替肋101a和102a來實現，該交替肋相對於經過FEM97的合金流橫向延伸且伸入FEM的大致矩形內。計算FEM97的寬度和相鄰肋之間的最短距離A以實現給定合金的規定流速。因此例如，在熔融鎂合金流經FEM97的過程中，其流速可從在澆道98的入口98a處的150m/s起降低。
在附圖所示的實施例中，澆道內的熔融合金流速優選相當大，如這裡先前所述的。因此，對於鎂合金，澆道內以及FEM入口處的流速可以超過60m/s，例如高達約180m/s，但優選從約130m/s至160m/s。對於其它合金，例如，鋁、鋅和銅合金，流速可以超過40m/s，例如高達約60m/s，但優選從約80m/s至120m/s。這是因為對於可產生給定合金質量的流速的熔融合金加壓源，與傳統壓鑄機中採用的為適應相當小的澆道流速所需要的澆道相比，本發明中採用的澆道具有對應較小的橫截面。這便於熔融合金在鑄造周期結束時從固/液界面起沿著澆道撤回，這裡，該界面緊鄰澆道的出口端。同時，由於澆道內的熔融合金的質量減少，更易於幫助控制該澆道內的熔融合金的溫度。
在上述範圍內，更可取的合金澆道流速隨著所採用的FEM的形狀以及所要製造的鑄件的形狀和尺寸而變化。FEM的形狀、尤其是其有效流動路徑長度可隨著FEM內所要實現的合金流速降低而變化。通常在FEM內所要實現的流速降低超過澆道流速的20％，更優選超過澆道流速的30％、並可超過澆道流速的50％。通常，採用較高澆道流速時，需要實現較高程度的流速降低。在任何情況下，流速降低都要足夠平緩以至少在合金從入口流至模腔的過程中避免合金從熔融狀至半固狀的大幅變化，在半固狀，該合金表現出觸變性。
如此所述，FEM通過從澆道出口端處的面積起增大流動路徑的橫截面面積來實現流速降低。流速可降低至傳統壓鑄中採用的水平。結果，橫截面面積可沿著FEM增大至其出口端處面積與傳統澆道的橫截面面積相同。儘管如此，FEM的容積卻遠小於對應長度傳統澆道的容積。這與本發明要求的大大減小的澆道截面相結合，使得鑄造周期結束時在流動系統內固化且需要移離鑄件並再回收的金屬體積遠少於在傳統做法中再回收的熔渣/澆道金屬。由此，對於製造給定鑄件的每個鑄造周期，需要更少的注入量，這導致了降低再回收成本、加快周期時間、減小模型鍛造面積以及在至少一些情況中採用較冷模具的其它好處。然而除這些好處以外，重要的是，本發明能夠製造良好鑄件，即便不總是具有較低的固有多孔性水平，該多孔性是由採用CEP實現的半固態填充導致的。
圖1至21所示實施例的每個金屬流動設備將隨著其被使用的機器而變化。因此，該設備需要能按照規定方式以機器能夠工作的合金質量流率來操作。由此，設備的流動路徑的第一部分的澆道需要具有一種以該質量流率在其內生成規定合金流速的橫截面面積。不需要在澆道的大部分長度上都具有此橫截面面積，而是可以例如僅在澆道的出口端部處提供此橫截面面積。因此，在該端部處，澆道可從較大橫截面面積起逐漸縮小以在出口端部內獲得規定流速。另外，FEM具有一定長度且其橫截面面積沿著該長度以及流動方向增大，以便在合金內生成的切變力不把該合金的狀態改變為具有觸變性的半固態。如果切變在合金內產生任何固體，這應當在少於25％、優選少於約20％至22％例如少於約17wt％的範圍內。然而，不需要完全不產生任何固體，因為即便在此情況中，也發現獲得如上所述的優良微觀結構。也就是說，看起來似乎劇烈切變力適應於充分熔融的合金，以便在鑄造合金固化時實現此微觀結構。顯而易見，切變力有助於生成晶核或核化熔融面。
依據傳統做法和本發明操作在兩組實驗中製造一定範圍的商品鑄件。第一組中，在一種(類型和容量)熱室機上製造鎂合金鑄件。第二組中，在一種(類型和容量)冷室機上製造鋁合金鑄件。對於鎂鑄件，傳統做法和依據本發明做法所共有的細節列在表1中，而每種做法所特有的特徵分別列在表2和3中。對於鋁鑄件，相應的數據列在表4至6中。在表2，3，5和6中的每張表中，平均活塞速度值以及平均澆道速度值用於2nd級快速填充操作狀態。
表1鎂合金鑄件
表2鎂合金鑄件-傳統做法
表3鎂合金鑄件-本發明做法
表4鋁合金鑄件
表5鋁合金鑄件-傳統做法
表6鋁合金鑄件-本發明做法
表1中描述的用於每種產品的各個鎂合金鑄件是在表2所述傳統鑄造條件以及表3所述本發明條件下製造的。對於在表3所述條件下製造的每個鑄件，採用與圖14和15所示實施例對應的金屬流動設備。在表2或表3中提供了其細節的每個鑄件已發現是完好的。然而，依據本發明製造的那些鑄件顯示出優良的微觀結構。此優良性是就整個鑄件的微觀結構的均勻性以及微觀結構的組成方式而言。在傳統條件下製造的鑄件顯示出較大的普通分枝狀圖案單粒，且在某些情況中由於內部氣泡導致1.5％或更大程度的多孔區域。相反，依據本發明製造的鑄件顯示出細球狀或者圓形單粒。同時，後一鑄件基本沒有多孔區域，多孔範圍被確定在小於1.5％的程度以及基本均勻並相當細碎地分布。
依據本發明製造的鑄件M1，M2和M3的微觀結構指示利用具有少於約20％的較小程度固體含量的合金進行的模腔填充。這與鑄件M4的微觀結構的情況不同，因為其指示利用幾乎不具有任何固體含量的合金進行的模腔填充。然而，在鑄件M4的情況中，由於變速箱的較大質量以及所導致的較緩慢冷卻，模腔內會發生固體再熔融。
表4中描述的用於每種產品的各個鋁合金鑄件類似地在表5(傳統)和表6(本發明)條件下製成。在表6條件下的試驗A1和A2中製造的每個鑄件採用與圖20和21所示實施例對應的金屬流動設備。試驗A3和A5的那些鑄件採用與圖14和15所示實施例對應的設備。試驗A4以及A6至A10中每個的鑄件採用下述的試驗設備。同樣，與在傳統條件下製造的對應鑄件的微觀結構相比，依據本發明製造的每個鑄件顯示出優良的微觀結構。微觀結構的差異基本如上相對於鎂合金鑄件所述的。
託架鑄件A8和A9的微觀結構清楚地表現為是利用這樣一種熔融合金進行模腔填充導致的，該熔融合金具有可忽略的任何固體含量。對於鑄件A1至A7的微觀結構，狀況則不太清楚，儘管看起來這些鑄件中的每個都是利用僅相當少固體含量的合金進行模腔填充導致的。鑄件A1至A9中任一的微觀結構都沒有在壓射缸內顯示出由於初相固化導致的大孤立顆粒。在每種情況中，看起來好象如果任何此大顆粒形成在壓射缸內，則在FEM內劇烈切變力佔優勢的情況下，它們會破裂，增大細微顆粒的數量。
上述用於試驗A4以及A6至A10中每個的試驗金屬流動設備形成在每個模具部分的相應表面上，該模具部分限定了位於那些部分之間的分模面。也就是說，澆道和FEM都沿著分模面延伸。垂直於分模面看，FEM具有沿著這樣一種方向相互發散的側緣，該方向是離開澆道出口端至相對於該澆道長度橫向延伸的細長澆口的方向。因此，澆道終止於FEM的頂點，在該圖中，FEM具有德耳塔形或者三角形。在平行於分模面的側視圖中看，由於一個模具部分的表面凸且另一個模具部分的表面凹，FEM在澆道的出口端與澆口之間呈弧形或者拱形。該裝置是這樣的以致於凸表面部分橫過澆道的端部彎曲，於是自該澆道的出口流來的合金經由該表面部分偏轉，導致該合金在經過細長澆口時填充FEM的三角形容積。
最後，應理解的是，各種替換、修正和/或添加可被引入先前所述部件的結構和布置中，而不脫離本發明的實質或範圍。
權利要求
1.一種用於高壓模鑄合金的金屬流動設備，採用一種具有或者可操作性地提供熔融合金加壓源和模具的機器，所述模具限定了至少一個模腔，其中，所述設備限定了金屬流動路徑，自所述加壓源接收的所述合金可經由所述金屬流動路徑流入所述模腔，其中(c)所述流動路徑的長度的第一部分包括或者包含澆道；以及(d)從所述澆道的出口端起的所述流動路徑的長度的第二部分包括流動路徑出口模塊(FEM)；以及其特徵在於，所述FEM具有這樣一種形狀，所述形狀控制所述合金流以使所述合金流速從在所述澆道的所述出口端處的水平起逐漸降低，藉此，在所述流動路徑與所述模腔連通的位置處，所述合金流速在顯著低於所述澆道的所述出口端處的水平，以致於在填充所述模腔時，所述合金能夠在所述模腔內經歷固化並沿著所述流動路徑回向所述澆道。
2.權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述澆道至少在其出口端處具有這樣一種橫截面面積，以便以所述機器能生成的合金質量流率，所述澆道將在所述澆道的出口端處導致對於鎂合金而言超過約60m/s至約180m/s的合金流速以及對於鎂合金以外的合金而言超過約40m/s至約120m/s的合金流速。
3.權利要求2所述的設備，其特徵在於，所述FEM的橫截面面積沿著在所述澆道的所述出口端外延伸的方向增大，藉此所述合金流速的降低可避免所述合金從熔融態至表現出觸變性的半固態的狀態變化。
4.權利要求2所述的設備，其特徵在於，所述橫截面面積這樣增大，以使所述流速的降低可阻止所述合金經歷狀態變化，從而使模腔能夠由熔融合金填充。
5.權利要求3所述的設備，其特徵在於，所述橫截面面積這樣增大，以使所述合金能夠獲得少於25wt％的固體含量。
6.權利要求3所述的設備，其特徵在於，所述橫截面面積這樣增大，以使所述合金能夠獲得少於約20wt％或22wt％的固體含量。
7.權利要求3所述的設備，其特徵在於，所述橫截面面積這樣增大，以使所述合金能夠獲得少於約17wt％的固體含量。
8.權利要求1至7中任一項所述的設備，其特徵在於，在所述流動路徑的所述出口端處限定了澆口，所述澆口對經過其的合金流進行壓縮。
9.權利要求1至7中任一項所述的設備，其特徵在於，在所述流動路徑的所述出口端處限定了澆口，所述澆口不對經過其的合金流進行壓縮。
10.權利要求8或權利要求9所述的設備，其特徵在於，所述澆口位於所述FEM的所述出口端處。
11.權利要求8或權利要求9所述的設備，其特徵在於，所述FEM的所述出口端經由第二澆道與所述澆口隔開，所述第二澆道的橫截面面積至少等於所述FEM的所述出口端處的橫截面面積。
12.一種用於高壓模鑄合金的壓鑄機，所述機器具有或者可操作性地提供熔融合金加壓源、限定至少一個模腔的模具、以及限定金屬流動路徑的金屬流動設備，自所述加壓源接收的所述合金可經由所述金屬流動路徑流入所述模腔，其中(a)所述流動路徑的長度的第一部分包括或者包含澆道；以及(b)從所述澆道的出口端起的所述流動路徑的長度的第二部分包括流動路徑出口模塊(FEM)；以及其特徵在於，所述FEM具有這樣一種形狀，所述形狀控制所述合金流以使所述合金流速從在所述澆道的所述出口端處的水平起逐漸降低，藉此，在所述流動路徑與所述模腔連通的位置處，所述合金流速在顯著低於所述澆道的所述出口端處的水平，以致於在填充所述模腔時，所述合金能夠在所述模腔內經歷固化並沿著所述流動路徑回向所述澆道。
13.權利要求12所述的機器，其特徵在於，所述澆道至少在其出口端處具有這樣一種橫截面面積，以便以所述機器能生成的合金質量流率，所述澆道將在所述澆道的出口端處導致對於鎂合金而言超過約60m/s至約180m/s的合金流速以及對於鎂合金以外的合金而言超過約40m/s至約120m/s的合金流速。
14.權利要求13所述的機器，其特徵在於，所述FEM的橫截面面積沿著在所述澆道的所述出口端外延伸的方向增大，藉此所述合金流速的降低可避免所述合金從熔融態至表現出觸變性的半固態的狀態變化。
15.權利要求13所述的機器，其特徵在於，所述橫截面面積這樣增大，以使所述流速的降低可阻止所述合金經歷狀態變化，從而能夠利用熔融合金進行模腔填充。
16.權利要求14所述的機器，其特徵在於，所述橫截面面積這樣增大，以使所述合金能夠獲得少於25wt％的固體含量。
17.權利要求14所述的機器，其特徵在於，所述橫截面面積這樣增大，以使所述合金能夠獲得少於約20wt％或22wt％的固體含量。
18.權利要求14所述的機器，其特徵在於，所述橫截面面積這樣增大，以使所述合金能夠獲得少於約17wt％的固體含量。
19.一種採用高壓模鑄機來製造合金鑄件的方法，所述高壓模鑄機具有熔融合金加壓源和限定至少一個模腔的模具，其中，所述合金沿著所述流動路徑從所述加壓源流至所述模腔，其特徵在於(c)在所述流動路徑的第一部分內，使所述合金沿著澆道流動；以及(d)在所述流動路徑的第二部分內，所述第二部分位於所述第一部分與所述模腔之間且包括流動路徑出口模塊(FEM)，控制所述合金流以使流速從在所述澆道的出口端處的水平起逐漸降低至在所述流動路徑與所述模腔連通處顯著低於所述澆道的所述出口處水平的流速。
20.權利要求19所述的方法，其特徵在於，所述澆道至少在其出口端處具有這樣一種橫截面面積，以便以所述機器能生成的合金質量流率，所述澆道將在所述澆道的出口端處導致對於鎂合金而言超過約60m/s至約180m/s的合金流速以及對於鎂合金以外的合金而言超過約40m/s至約120m/s的合金流速。
21.權利要求20所述的方法，其特徵在於，所述FEM的橫截面面積沿著在所述澆道的所述出口端外延伸的方向增大，藉此所述合金流速的降低可避免所述合金從熔融態至表現出觸變性的半固態的狀態變化。
22.權利要求20所述的方法，其特徵在於，所述橫截面面積這樣增大，以使所述流速的降低可阻止所述合金經歷狀態變化，從而能夠利用熔融合金進行模腔填充。
23.權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述橫截面面積這樣增大，以使所述合金能夠獲得少於25wt％的固體含量。
24.權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述橫截面面積這樣增大，以使所述合金能夠獲得少於約20wt％或22wt％的固體含量。
25.權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述橫截面面積這樣增大，以使所述合金能夠獲得少於約17wt％的固體含量。
26.權利要求19至25中任一項所述的方法，其特徵在於，利用限定在所述流動路徑的所述出口端處的澆口來壓縮合金流。
27.權利要求19至25中任一項所述的方法，其特徵在於，不利用限定在所述流動路徑的所述出口端處的澆口來壓縮合金流。
全文摘要
一種用於高壓模鑄合金的金屬流動設備，採用一種具有或者可操作性地提供熔融合金加壓源和模具的方法或機器，該模具限定有至少一個模腔，該設備限定一金屬流動路徑，自加壓源接收的合金可經由該金屬流動路徑流入模腔。流動路徑的長度的第一部分包括或者包含澆道；而從澆道的出口端起的流動路徑的長度的第二部分包括流動路徑出口模塊(FEM)。FEM具有這樣一種形狀，該形狀控制合金的流動以使合金流速從在澆道的出口端處的水平起逐漸降低，由此，在流動路徑與模腔連通的位置處，合金流速在顯著低於澆道的出口端處的水平，從而在填充模腔時，合金能夠在模腔內經歷固化並沿著流動路徑回向澆道。
文檔編號B22D35/00GK1856378SQ200480027495
公開日2006年11月1日 申請日期2004年8月16日 優先權日2003年8月15日
發明者B·R·芬寧 申請人:聯邦科學和工業研究組織