用于半固态铸造的先进进给系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种用于将半固态金属合金引入压铸机的进给系统，其包括用于接收金属合金坯和用于制备半固态金属合金坯的第一室。第一室包括加热器和切割系统。金属合金坯被加热器加热，并且被切割系统切割为预先确定的长度，以形成半固态金属合金部分。进给系统还包括第二室，该第二室通过通道连接到第一室以接收半固态金属合金部分。第二室包括打开和关闭通道的门、以及柱塞系统，该柱塞系统将半固态金属部分引入压铸机。气氛控制系统与第一室和第二室流体连通。气氛控制系统从进给系统移除氧。还提供了使用进给系统的方法。
【专利说明】用于半固态铸造的先进进给系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属铸造的方法，更具体地涉及用于半固态金属(SSM)铸造部件的进给系统和方法。
【背景技术】
[0002]半固态金属(SSM)铸造(也称为半固态成型)是结合了铸造和锻造元素的混合制造方法。半固态金属铸造(SSM)是压铸的近终形变体。压铸是一种用于形成金属或金属合金部件的受欢迎的金属成型技术。压铸在各种技术中都有应用，例如汽车部件、飞机部件、玩具、器皿等。在典型的压铸工艺中，熔融金属或金属合金在高压下进入模具腔中。
[0003]与典型的压铸不同，SSM工艺是以半固态中的非枝晶微结构引入生料。在金属处于其液相温度和固相温度之间的温度完成SSM。理想地，金属应该是30%至65%的固态。金属必须具有低粘度以便可用，并且为了达到该低粘度，材料需要被液相围绕的球状初晶。可能的温度范围取决于材料，并且对于铝合金来说是5-10°C，但对于窄熔融范围的铜合金来说可能仅是一度的十分之几。
[0004]半固态金属(SSM)铸造通常用于带有非铁金属(诸如铝、铜和镁)的高端铸造。对于铝合金来说，常见的部件包括发动机悬挂安装件、空气歧管传感器线束、发动机本体和油泵过滤器壳体。
[0005]在SSM工艺中，金属通常通过将金属或金属合金坯切割为预先限定的长度和宽度而被制备以引入压铸机中。然后原料被加热到半固态，并且引入铸造机中。由于金属在被放置到铸造机中之前通常在大气中加热，因此金属(表面)受到氧污染，通常在金属部分上形成一层氧化物。这种污染可能降低所成型的部件的质量，导致性能问题。
[0006]因此，本发明利用提出的先进的进给系统和制造该进给系统的方法而提供一种制造高质量半固态金属铸件的改进的方法。
【发明内容】
[0007]通过在至少一个实施例中提供了用于半固态金属铸造的进给系统，本发明解决了现有技术的一个或多个问题。进给系统包括用于接收金属合金坯的第一室。第一室包括加热器和切割系统。金属合金坯被加热器加热，并且被切割系统切割为预先确定的长度，以形成半固态金属合金部分。进给系统还包括第二室，该第二室通过通道连接到第一室以接收半固态金属合金部分。第二室包括打开和关闭通道的门、以及柱塞系统，该柱塞系统将半固态金属部分引入压铸机。气氛控制系统与第一室和第二室流体连通。气氛控制系统从进给系统移除氧。
[0008]在另一实施例中，提供了一种用于半固态金属铸造的进给系统。进给系统包括用于接收金属合金还的第一室。第一室还包括加热器和切割系统。金属合金还被加热器加热，并且被切割系统切割为预先确定的长度，以形成半固态金属部分。第二室通过通道连接到第一室。第二室包括打开和关闭通道的门、以及柱塞系统，该柱塞系统将半固态金属部分引入压铸机。气体吹扫系统与第一室和第二室流体连通，并且将正压力的惰性气体提供给第
一室和第二室。
[0009]在另一实施例中，提供了一种使用上述进给系统将金属合金坯进给到压铸机的方法。该方法包括将合金坯引入具有加热器和切割系统的第一室中的步骤。在第一室中在基本不含氧的环境中将合金坯加热到合金坯是半固态的温度。然后在第一室中将合金坯切割为具有预先确定的长度的半固态金属合金部分。通过第一室和第二室之间的通道将半固态金属合金部分引入第二室中。第二室包括打开和关闭通道的门、以及柱塞系统。通过柱塞系统将半固态金属合金部分引入压铸机中。
[0010]此外，本发明还涉及以下技术方案。
[0011]1.一种用于半固态金属铸造的进给系统，该系统包括:
用于接收金属合金坯的第一室，所述第一室包括加热器和切割系统，所述金属合金坯被所述加热器加热并且被所述切割系统切割为预先确定的长度以形成半固态金属合金部分，所述第一室与气氛控制系统流体连通；
第二室，该第二室通过通道连接到所述第一室以便接收所述半固态金属合金部分，所述第二室包括打开和关闭所述通道的门、以及柱塞系统，所述柱塞系统将所述半固态金属部分引入压铸机；和
气氛控制系统，用于从所述进给系统移除氧，所述气氛控制系统与所述第一室和所述第二室流体连通。
[0012]2.如技术方案I所述的进给系统，其中，所述柱塞系统包括柱塞，该柱塞将所述半固态金属推入所述压铸机中。
[0013]3.如技术方案2所述的进给系统，其中，所述柱塞可以定位在第一位置，使得所述第二室接收半熔融的金属部分，并且可以定位在第二位置，在该第二位置，所述门被关闭。
[0014]4.如技术方案3所述的进给系统，其中，所述柱塞系统还包括护套，该护套操作为所述门，所述护套随着所述柱塞移动。
[0015]5.如技术方案4所述的进给系统，其中，所述柱塞系统还包括偏置部件，该偏置部件作用使得所述护套朝向所述压铸机移动。
[0016]6.如技术方案3所述的进给系统，其中，所述柱塞系统还包括用于移动所述柱塞的液压系统。
[0017]7.如技术方案I所述的进给系统，其中，所述气氛控制系统是将惰性气体引入所述第一室中的惰性气体吹扫系统。
[0018]8.如技术方案I所述的进给系统，其中，惰性气体被引入所述第二室中。
[0019]9.如技术方案I所述的进给系统，其中，所述金属合金坯包括具有凝固范围的合金。
[0020]10.如技术方案I所述的进给系统，其中，所述金属合金坯包括铝合金。
[0021]11.如技术方案10所述的进给系统，其中，所述铝合金包括铝以及从由铜、镁、锰、硅、锌及其组合所组成的组中所选的成分。
[0022]12.如技术方案10所述的进给系统，其中，所述铝合金包括铝和硅。
[0023]13.如技术方案10所述的进给系统，其中，所述金属合金坯包括从由镁合金、锡合金、锌合金和铜合金组成的组中所选的成分。[0024]14.一种用于半固态金属铸造的进给系统，该系统包括:
用于接收金属坯的第一室，所述第一室包括加热器和切割系统，所述第一室适于接收合金坯，其中，所述坯被所述加热器加热并且被所述切割系统切割为预先确定的长度以形成半固态金属部分，所述第一室与气氛控制系统流体连通，
气体吹扫系统，用于将正压力的惰性气体提供给所述第一室；以及第二室，该第二室通过通道连接到所述第一室，所述第二室包括打开和关闭所述通道的门、以及柱塞系统，所述柱塞系统将所述半固态金属部分引入压铸机。
[0025]15 一种将合金坯进给到压铸机的方法，所述方法包括:
将所述合金还引入包括加热器和切割系统的第一室中；
在第一室中在基本不含氧的环境中将所述合金坯加热到所述合金坯是半固态的温
度；
在所述第一室将所述合金坯切割为具有预先确定的长度的半固态金属合金部分；
通过所述第一室和第二室之间的通道将所述半固态金属合金部分引入所述第二室中，所述第二室包括打开和关闭所述通道的门、以及柱塞系统；以及通过所述柱塞系统将所述半固态金属合金部分引入压铸机中。
[0026]16.如技术方案15所述的方法，其中，惰性气体被引入所述第二室中。
[0027]17.如技术方案15所述的方法，其中，所述合金坯包括具有凝固范围的合金。
[0028]18.如技术方案17所述的方法，其中，所述合金坯包括铝合金。
[0029]19.如技术方案18所述的方法，其中，所述铝合金包括铝以及从由铜、镁、锰、硅、锌及其组合所组成的组中所选的成分。
[0030]20.如技术方案18所述的方法，其中，所述铝合金包括铝和硅。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]根据详细说明和附图可以更加完整地理解本发明的示范性实施例，其中:
图1提供了进给系统的示意性图示，该进给系统用于将半固态金属或金属合金进给到压铸机中；以及
图2A、2B和2C提供了使用图1的系统将半固态金属合金进给到压铸机中的方法的示意性流图。
【具体实施方式】
[0032]现在将详细参考本发明当前的优选组成、实施例以及方法，其构成了当前为发明人所知的实施本发明的最佳方式。这些图都不一定是按比例的。然而，要理解的是，所公开的实施例都仅仅是本发明的示例，其可以以各种的以及替代性的形式来实施。因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制性的，而是仅仅作为关于本发明任何方面的代表性基础，和/或作为用于教导本领域技术人员来以各种方式使用本发明的代表性基础。
[0033]除非在示例中，或者以另外的方式明确地指明，否则在本说明书中指示了材料量、或反应和/或使用条件的全部数字量在描述本发明的最宽范围时都应被理解为由措词“大约”加以修饰。在所述数字限制内的实施通常是优选的。同样，除非明确相反地声明，否则百分比、“部分”、以及比值都是按照重量的；对用作与本发明有关的给定目的的合适或优选的材料的组或类别的描述暗示了这些组或类别中的任何两个或更多个成员的混合物同样是合适的或优选的；对化学术语中的成分的描述涉及在添加到该描述中指定的任何组合中时的成分，并且不必排除一旦混合则混合物成分中的化学相互作用；简称或其他缩写的第一次定义应用于本文中随后使用的全部相同的缩写，并且对该最初限定的缩写的正常语法变化应用必要的变更；并且，除非明确相反地声明，否则对特性的测量是通过如本文前面或后面所参考的用于相同特性的技术来加以确定。
[0034]还要理解的是，本发明不局限于如下所述的具体实施例和方法，这是因为具体的构件和/或情况当然可能会有所变化。此外，本文中使用的术语仅仅用于对本发明的具体实施例进行描述的目的，而不意图以任何方式进行限制。
[0035]还必须注意的是，如在说明书和所附权利要求中所使用的那样，单数形式“一”、“一个”以及“该”都包括复数对象，除非上下文清楚地另外进行了指示。例如，以单数形式对构件的提及意在包括多个构件。
[0036]在整个本申请中，当参考了出版物时，将这些出版物的全部公开内容通过引用并入到本申请中，以便更完全地描述本发明所属【技术领域】的现状。
[0037]本文所用术语“坯”指的是生的金属材料，诸如棒材料。因此，金属合金坯是金属合金棒材料。
[0038]参考图1，其提供了进给系统的示意性图示，该进给系统用于将半固态金属或金属合金进给到压铸机中。进给系统10将金属合金坯引入压铸机12中。进给系统10包括第一室14，其将金属合金坯16接收到接收段18中。在一个改型中，金属合金16被手动引入第一室14中。在另一个改型中，金属合金坯16被机动驱动系统20提供到第一室14中。第一室14还包括加热器22和切割系统24。金属合金还16被加热器22加热到足够的温度，使得坯变成半固态。金属合金坯16被切割系统24切割为预先确定的长度，以形成半固态金属合金部分。切割的长度被选择成对将在压铸系统12中成型的部件提供足够材料。半固态金属合金部分被接收到室14的传递段中。进给系统10还包括通过通道30连接到第一室14的第二室28。第二室28包括门32，其打开和关闭通道30。第二室28还包括柱塞系统36，其将半固态金属部分引入压铸机12中。
[0039]仍然参考图1，气氛控制系统40与第一室14和第二室28流体连通。气氛控制系统40从进给系统移除氧。在一个改型中，气氛控制系统40是惰性气体吹扫系统，其通过入口端口 42将惰性气体引入第一室中。通常，惰性气体然后通过通道30被引入第二室中。适当的惰性气体的示例包括氮、氦、氩等。在另一个改型中，气氛控制系统40是真空系统，其通过将进给系统10保持在较低的压力而除去氧。可以使用可选的控制器41来既控制加热器又控制气氛控制系统40。
[0040]仍然参考图1，柱塞系统36包括柱塞44,其将半固态金属部分推入压铸机12中。柱塞36可以定位在第一位置Pl，使得第二室接收半熔融的金属部分，并且可以定位在第二位置P2，在该第二位置P2，门32被关闭。在图1所示的具体变型中，柱塞系统36还包括护套46，该护套46通过与柱塞44 一起移动而用作门32。在该变型中，当柱塞42处于位置P2时，护套46的段48挡住通道30，而在位置Pl时，通道30被打开。在一个改型中，柱塞系统36还包括偏置部件，诸如弹簧50，其接触护套，并且用于提供偏置力，用于使护套46朝向压铸机12移动。在一个改型中，柱塞系统30还包括液压系统52，用于使柱塞在位置Pl和P2之间移动。
[0041]参考图1和2A-C，提供了一种将金属合金进给到压铸机的方法。图2A-C提供了该方法的示意性流图。进给系统10将合金坯16接收到第一室14中，如步骤a)所示。具体而言，合金坯16被接收到接收段18中。如上所述，第一室12包括加热器22和切割系统24。在步骤b)中，合金坯16在第一室16中在基本上无氧环境中被加热到合金坯16是半固态的温度，在图2A中由标号16’所示。由气氛控制系统利用惰性气体吹扫或将第一室14保持在真空下而除去氧。在步骤c)中，合金坯16在第一室14中被切割为具有预先确定的长度的半固态金属合金部分56。在步骤d)中，通过第一室和第二室之间的通道30将半固态金属合金部分56引入(传递到)第二室28中。应该意识到，柱塞44位于位置P1，使得通道30被打开,并且半固态金属合金部分56之一可以进入第二室28。在步骤e)中，柱塞44移动到位置P2，造成护套46的段48挡住通道30。在步骤f)中，柱塞44沿着方向(I1进一步移动，使得半固态金属合金部分56之一被引入压铸机12中。在步骤g)中，柱塞30返回到位置P1，使得另一个半固态金属合金部分可以传递到第二室28中。
[0042]如上所述，进给系统和相关的方法的变型和实施例被用于将合金引入压铸系统中。在一个改型中，金属合金坯包括带有凝固范围(在液相和固相之间)的合金。凝固范围的存在将通常意味着，在该范围内不同时存在纯的液相和固相。在另一个改型中，凝固范围从大约5°C到大约100°C，这取决于合金成分。在另一改型中，金属合金坯包括铝合金。这种铝合金通常包括铝以及从包括铜、镁、锰、硅、锌及其组合的组中所选的成分。在这种铝合金中，铝的量从大约80%重量至大约99.95%重量，并且其它合金元素的量从大约0.05%至大约20%重量。在很多铝合金中，铝的量少于大约99%重量。很多铸造铝合金是亚共晶合金，其在固化期间首先形成铝枝晶相。例如，一种类型的有用的铝合金包括铝和硅。在这种合金中，硅的量通常从大约4%至14%重量，其它成分是铝(86%至96%重量)或铝加以上所述的其它合金元素(0.05%至20%重量)。在另一改型中，合金坯包括从包括镁合金、锡合金、锌合金和铜合金组成的组中所选的成分。
[0043]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但不是说这些实施例就示出和描述了本发明的全部可能形式。相反地，在本说明书中使用的措词都是说明性措词而不是限制性措词，并且要理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种变化。
【权利要求】
1.一种用于半固态金属铸造的进给系统，该系统包括: 用于接收金属合金坯的第一室，所述第一室包括加热器和切割系统，所述金属合金坯被所述加热器加热并且被所述切割系统切割为预先确定的长度以形成半固态金属合金部分，所述第一室与气氛控制系统流体连通； 第二室，该第二室通过通道连接到所述第一室以便接收所述半固态金属合金部分，所述第二室包括打开和关闭所述通道的门、以及柱塞系统，所述柱塞系统将所述半固态金属部分引入压铸机；和 气氛控制系统，用于从所述进给系统移除氧，所述气氛控制系统与所述第一室和所述第二室流体连通。
2.如权利要求1所述的进给系统，其中，所述柱塞系统包括柱塞，该柱塞将所述半固态金属推入所述压铸机中。
3.如权利要求2所述的进给系统，其中，所述柱塞可以定位在第一位置，使得所述第二室接收半熔融的金属部分，并且可以定位在第二位置，在该第二位置，所述门被关闭。
4.如权利要求3所述的进给系统，其中，所述柱塞系统还包括护套，该护套操作为所述门，所述护套随着所述柱塞移动。
5.如权利要求4所述的进给系统，其中，所述柱塞系统还包括偏置部件，该偏置部件作用使得所述护套朝向所述压铸机移动。
6.如权利要求3所述的进给系统，其中，所述柱塞系统还包括用于移动所述柱塞的液压系统。
7.如权利要求1所述的进给系统，其中，所述气氛控制系统是将惰性气体引入所述第一室中的惰性气体吹扫系统。
8.如权利要求1所述的进给系统，其中，惰性气体被引入所述第二室中。
9.一种用于半固态金属铸造的进给系统，该系统包括: 用于接收金属坯的第一室，所述第一室包括加热器和切割系统，所述第一室适于接收合金坯，其中，所述坯被所述加热器加热并且被所述切割系统切割为预先确定的长度以形成半固态金属部分，所述第一室与气氛控制系统流体连通， 气体吹扫系统，用于将正压力的惰性气体提供给所述第一室；以及 第二室，该第二室通过通道连接到所述第一室，所述第二室包括打开和关闭所述通道的门、以及柱塞系统，所述柱塞系统将所述半固态金属部分引入压铸机。
10.一种将合金坯进给到压铸机的方法，所述方法包括: 将所述合金还引入包括加热器和切割系统的第一室中； 在第一室中在基本不含氧的环境中将所述合金坯加热到所述合金坯是半固态的温度； 在所述第一室将所述合金坯切割为具有预先确定的长度的半固态金属合金部分； 通过所述第一室和第二室之间的通道将所述半固态金属合金部分引入所述第二室中，所述第二室包括打开和关闭所述通道的门、以及柱塞系统；以及 通过所述柱塞系统将所述半固态金属合金部分引入压铸机中。
【文档编号】B22D17/30GK103506603SQ201310258502
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2012年6月26日
【发明者】W.杨, Q.王 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司