专利名称：用于冷却压射塞料的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于压铸部件的方法和装置，尤其涉及一种通过冷却压射塞料或缸料来压铸部件的方法和装置。
背景技术：
高压压铸对于大量的且低成本的工件制造而言是重要工艺。机动车工业中的示例包括自动传动装置壳体、活塞头、和齿轮箱部件。在该工艺中，熔化的或半熔化的金属(通常为铝合金)以高速(大约50-100m/s)且非常高的压力经复合铸口和流道系统注射到模具中。
在特别适于应用本发明的冷腔压铸中，熔化的或半熔化的金属在压力下注射到通常为水冷的硬化钢模具中。保持在独立的炉中的熔化金属借助铸勺输送并浇注到延伸管(通常称为压射缸)中，该延伸管从进入位置突伸到模具中。
常规的压铸机通常包括由套模半模和冲模半模构造成的模具中。套模半模和冲模半模沿分型面彼此配合并且共同地限定多个模腔。套模半模是静止的，而冲模半模是可动的，以便当熔化进料注射到其中且凝固时，冲模半模随后与套模半模移动分开，从而可取出在每一模腔内的凝固的进料。
将要压铸的熔化或半熔化的金属借助加料组件射压到模腔中，该加料组件包括压力缸或“压射缸”以便接收来自入口的熔化金属、在压射缸内可移动的活塞以便迫使熔化金属进入模腔、和在压射缸中延伸且与模具连接的压射块。来自压射缸的熔化金属经由通道或“流道”供应到模腔中，通道或“流道”限定在套模半模和冲模半模之间位于分型面中。冷却流动通道可设置压射块中，以便通过使用作为冷却介质的水、油、或其它液体来冷却该压射缸并由此间接地冷却缸料(biscuit)。
该柱塞沿压射缸移动并推压熔化金属经过压射缸进入流道和模腔。该熔化进料(所需更多的进料来填充铸件)用于迫使额外的金属进入模腔以便补充在凝固过程中出现的合金收缩。因此，在实际工作中，当模腔内的金属完全凝固时，在压射缸中的金属进料(通常称为“缸料”)通常仍然是熔化的，或者至少是部分熔化的。互连的部件和缸料必须充分地冷却以形成凝固的金属部件，当从压铸模具中取出时该金属部件由铸件、流道、溢流部分、飞边、和缸料构造成。一旦在模腔内的金属凝固，半模彼此分开并且凝固的铸件从其中被顶出以便进行进一步加工。
所希望的总是，缩短压铸操作中的循环时间以便提高效率和提供产量。并且，由于在从模具中取出部件之前缸料通常是最后才被充分冷却的部件部分，缸料的冷却率的任何提高将明显地缩短循环时间。通常，缸料充分凝固所花的时间代表实现缩短商业应用的压铸操作的循环时间的25-50％的限制因素。因此，在本领域存在着这样的需要，即通过在模具分开之前增加缸料的冷却率来实现循环时间的缩短。
现有技术试图增加缸料冷却率的成效不大。如上所述，在压射块中设置有冷却管路，以便使得热量从压射缸的端部排散出去。尽管这些冷却管路从压射缸中带走了一些热量，但是通常能够提供给缸料的冷却效果非常小。
最重要的是，已经认识到，压射缸的持续冷却和加热导致其本身变形或在其中出现弯曲。这样的压射缸变形或弯曲对于所制成的压铸部件而言具有有害影响。
即使在正常操作中，由残留的熔化金属形成在压射缸内部上的薄金属皮冷却并粘附到压射缸通道上。在重复操作中，弯曲的压射缸导致柱塞刮去并使得金属皮破裂，从而在金属进料中形成颗粒杂质，这导致压铸部件中的成核现象。因此，在本领域存在着这样的需要，即提高对于缸料的冷却效果同时还防止由压射缸变形或弯曲而引起的颗粒杂质的产生。
发明内容
本发明包括优于现有技术的多个优点和有益效果。特别是，本发明使用的压射块没有如同现有技术已知一样围绕压射缸，使得由压射块提供的冷却效果直接作用于缸料，而不是间接地经由压射缸作用于缸料。因此，作用于缸料的改进的冷却效果实现了压铸操作的总循环时间的减小。通过减小压射缸的长度并且在压射块内设置冷却凹槽，使得循环时间下降10-15％，并且可能下降更多。
借助紧靠模具和压射缸的压射块实现了本发明。这种压射块包括具有彼此面对的第一和第二接合表面的主体。该第一接合表面抵靠压射缸，第二接合表面抵靠模具。一通道纵向延伸穿过该主体并在该第一接合表面处限定一开口并且在该第二接合表面处限定一开口，以便使得熔化或半熔化的金属进料在压力下从压射缸经过该通道进入模腔。位于该主体内的冷却通道，以便使得流体经其循环从而吸收位于所述通道的至少一部分中的所述进料(即缸料)的热量。
参照对优选实施例的下列描述并结合附图，可以更好地理解本发明的目的和优点及其操作，在附图中图1是现有技术的冷腔压铸操作的截面图，其中示出了在压射块内的压射缸；图2是图1所示的连接的截面图，其包括在压射块中钻成的冷却管路；图3是依据本发明的冷腔压铸操作的压射缸连接的截面图；图4是依据本发明的压射块的平面图；图5是图4所示的压射块沿线A-A截取的截面图；和图6是图4所示的压射块沿线B-B截取的截面图。
具体实施例方式
在如图1所示的典型的冷腔压铸操作中，熔化金属在压力下注射到通常为水冷的硬化钢模具中。保持在独立的炉中的熔化金属借助铸勺输送并浇注到从压射块12突伸的延伸管或压射缸10中。熔化金属注射到由流道块16形成的流道14中，并由此迫使熔化金属进入由模具形成的模腔中。
由于压射塞料或缸料20对于许多压铸过程的循环时间而言是限制因素，因此图2示出了已知的增加压射缸10的冷却率的方案，由此提高缸料20的冷却率。冷却管路18形成在压射块12中并且充注有冷却溶液，通常是水，以便有助于压射缸10的热量的排散。然而，尽管该工艺有助于冷却压射缸10，但是其对于缸料20的快速冷却而言几乎没有效果，并且没有使得循环时间明显减少。在不使用水管路的其它情况下，不能实现对于缸料20的冷却效果的明显增加。
本发明使用如上所述的相似结构。本发明使用了缸料经由压射块直接冷却的结构。因此，本发明的压射缸不在压射块内延伸，由此与现有技术中已知的不同，在现有技术中经由压射缸间接冷却缸料。另外，冷却通道或槽形成在覆盖压射块中并且充注有冷却溶液，通常为水，以便将热量从缸料排散出去。因此，缩短的压射缸提供了直接冷却，以便经压射块借助冷却槽使得缸料凝固。这种结构还防止了如上所述的压射缸的可能出现的变形或弯曲以及与此相关的缺点。
特别参照图3，依据本发明的压铸机用于由熔化或半熔化的金属进料来制造压铸部件，该压铸机总体上由附图标记40表示并且包括模具42、压射块44、和压射缸46、和柱塞48。
尽管可提供任何的模具结构，但是通常为第一模具和第二模具构造成沿分型面彼此面对接合并且在其间共同地限定至少一个模腔。通常经流道50可进入到该模腔中。通过使用柱塞48或相似装置，压射缸46将熔化或半熔化的金属进料供应到压铸机40中。借助在压射缸46中的金属进料，柱塞48迫使进料经过压射块44并进入模腔中。
压射缸46具有穿过其中的通道52，以便传输金属进料。压射缸46抵靠压射块44，其中压射缸通道与压射块通道流体连通，以便将金属进料输送到压射块通道中。如图1和2所示，现有技术使得压射缸插入到压射块中以便将熔化金属进料输送到模腔中。
压射块44靠近模具和压射缸46。压射块44包括主体51，其具有彼此面对的第一和第二接合表面53、55。第一接合表面53抵靠压射缸，第二接合表面55抵靠模具。通道54纵向延伸穿过主体51，并在第一接合表面53处限定一开口57，在第二接合表面55处限定一开口59，以便在压力下经通道54输送熔化或半熔化的金属进料。冷却通道56位于主体51中，以便使得流体经其循环从而吸收位于压射块通道的至少一部分(即缸料60)中的金属进料的热量。设置在压射缸通道52内的柱塞48迫使金属进料经过压射缸通道52。
当压射块44定位成紧靠模具50和压射缸46时，该柱塞必须能够进入压射块通道54以便继续在压力下将金属进料供应到模腔。因此，尽管压射缸46抵靠压射块44并且以常规方式保持就位，但是压射块通道54的直径与压射缸通道52的直径大致相当并优选为大致相等。因此，压射缸46不进入压射块通道54中，并且压射缸通道52与压射块通道54对准以便提供熔化的进料。另外，这种结构使得柱塞可经压射缸通道52移动并进入到压射块通道54中以便在压力下供应熔化的进料。
优选的是，压射缸通道52和压射块通道54具有大致柱形的构形并且具有一致的直径。另外，优选的是，柱塞的直径大致等于压射缸和压射块通道的直径，以便改善熔化的进料的输送。然而，明确的是，只要压射缸通道、压射块通道、和柱塞的截面构形是一致的，压射缸通道、压射块通道、和柱塞的任何构形均以相同的方式工作。这种构形可包括但不限于，正方形、矩形、椭圆形、圆形、三角形等。
本发明的装置和方法通过缩短压射缸46从而经由具有冷却通道56的压射块44提供了对于缸料的直接冷却，这是优于现有技术的改进。冷却通道56位于压射块通道54的径向外侧。如图4-6所示，冷却通道56在压射块44中纵向延伸，并且至少部分地周向围绕压射块通道54延伸。因此，冷却流体可围绕压射块通道54的至少一部分输送以便使得缸料60的热量排散出去，从而增加对其的冷却。因此，优化了从正凝固的金属进料的热量传递，实现循环时间的明显减小，其中缸料凝固时间是决定性因素。该技术还可用于大型的流道块。
如图3所示，压射块44可借助金属直接沉积(DMD)技术来制造，该技术利用由CNC(计算机数控)控制的激光来熔化金属粉末，其可快速地凝固，(由此提供较小的受热影响的区域和细颗粒结构)。一步一步地、一层一层地沉积该物件，最后制成最终的物件。
尽管已经参照优选实施例描述了本发明，但是本领域的普通技术人员在阅读并理解本说明书之后应当理解其它实施例、变型、和修改也覆盖在后附的权利要求限定的范围内。
权利要求
1.一种用于由熔化或半熔化的金属进料制成压铸部件的压铸机，该压铸机包括第一模具和第二模具，其构造成沿分型面彼此面对接合并且在其间共同地限定至少一个模腔；压射块，该压射块具有穿过其延伸的通道，该通道与所述模腔流体连通以便将熔化或半熔化的金属进料传输到所述模腔中；位于所述主体内的冷却通道，以便使得流体经其循环从而吸收位于所述压射块通道的至少一部分中的所述进料的热量；具有通道的压射缸，该压射缸抵靠该压射块，其中该压射缸通道与该压射块通道流体连通，以便将所述进料输送到压射块通道中；设置在该压射缸通道内的柱塞，以便迫使所述进料经过压射缸；和其中，所述压射缸通道的截面与所述压射块通道的截面大致相等，以便所述柱塞能够进入所述压射块通道。
2.如权利要求2所述的压铸机，其特征在于，该压射块通道是大致柱形的。
3.如权利要求3所述的压铸机，其特征在于，该压射缸通道是大致柱形的。
4.如权利要求3所述的压铸机，其特征在于，该柱塞的截面与该压射缸通道的截面大致相同。
5.如权利要求1所述的压铸机，其特征在于，该冷却通道位于该压射块通道的径向外侧。
6.如权利要求5所述的压铸机，其特征在于，该冷却通道在该压射块内纵向延伸。
7.如权利要求5所述的压铸机，其特征在于，该冷却通道至少部分地周向围绕该压射块通道延伸。
8.一种用于由熔化或半熔化的金属进料制成压铸部件的压铸机，该压铸机包括第一模具和第二模具，其构造成沿分型面彼此面对接合并且在其间共同地限定至少一个模腔；压射块，该压射块具有穿过其延伸的大致柱形通道，该通道与所述模腔流体连通以便将熔化或半熔化的金属进料传输到所述模腔中，该通道具有一直径；位于所述主体内的冷却通道，以便使得流体经其循环从而吸收位于所述通道的至少一部分中的所述进料的热量；具有大致柱形通道的压射缸，该通道具有一直径，该压射缸抵靠该压射块，其中该压射缸通道与该压射块通道流体连通，以便将所述进料经其输送到压射块通道中；设置在该压射缸通道内的柱塞，以便迫使所述进料经过压射缸；和其中，所述压射缸通道的直径与所述压射块通道的直径大致相等，以便所述柱塞能够进入所述压射块通道。
9.如权利要求8所述的压铸机，其特征在于，该冷却通道位于该压射块通道的径向外侧。
10.如权利要求9所述的压铸机，其特征在于，该冷却通道在该压射块内纵向延伸。
11.如权利要求10所述的压铸机，其特征在于，该冷却通道至少部分地周向围绕该压射块通道延伸。
12.一种用于压铸机的压射块，其中该压射块在压射缸与具有模腔的模具之间提供熔化或半熔化的金属进料的流体连通，该压射块包括具有彼此面对的第一和第二接合表面的主体，该第一接合表面可与压射缸抵靠接合，该第二接合表面可与具有模腔的模具抵靠接合；纵向延伸穿过该主体的通道，该通道在该第一接合表面处限定一开口并且在该第二接合表面处限定一开口，以便使得熔化或半熔化的金属进料在压力下经过该通道；位于所述主体内的冷却通道，以便使得流体经其循环从而吸收位于所述通道的至少一部分中的所述进料的热量。
13.如权利要求12所述的压射块，其特征在于，该通道是大致柱形的。
14.如权利要求12所述的压射块，其特征在于，该冷却通道位于该通道的径向外侧。
15.如权利要求14所述的压射块，其特征在于，该冷却通道在该压射块内纵向延伸。
16.如权利要求15所述的压射块，其特征在于，该冷却通道至少部分地周向围绕该通道延伸。
全文摘要
借助紧靠模具和压射缸的压射块实现了本发明。这种压射块包括具有彼此面对的第一和第二接合表面的主体。该第一接合表面抵靠压射缸，第二接合表面抵靠模具。一通道纵向延伸穿过该主体并在该第一接合表面处限定一开口并且在该第二接合表面处限定一开口，以便使得熔化或半熔化的金属进料在压力下从压射缸经过该通道进入模腔。位于该主体内的冷却通道，以便使得流体经其循环从而吸收位于所述通道的至少一部分中的所述进料(即缸料)的热量。
文档编号B22D17/20GK1905968SQ200480039955
公开日2007年1月31日 申请日期2004年11月8日 优先权日2003年11月6日
发明者W·F·斯奎里斯 申请人:金属达因有限责任公司