专利名称：铝的压力铸造的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在由铝合金制成的压铸件的生产中使用的改进的金属流动系统或者浇道/浇口布置形式，铝合金诸如(但非排他地)处于熔融或者触变状态，所述金属流动系统或者浇道/浇口布置形式适于与各种类型的压铸机结合使用，这些压铸机包括(但不限于目前的热压型腔压铸机和冷压型腔压铸机)。
世界压铸工业普遍存在这样一个观点，即必须使用大浇道以防止熔融铝合金在压铸过程中过早凝固。在压铸工业领域内存在多种不同的被认为能够提供令人满意的由铝合金制成的铸件的设计方法。但是，这些不同方法的共同之处在于，依赖于相对于铸件尺寸体积较大的浇道系统和通过浇道时的低金属流动速度。
为了说明在目前的铝合金的压铸系统中所使用的大体积浇道系统，对于每年的铸件产量为250000吨适合销售的铸件的铸造厂，处理的合金通常大约为450000吨，其中合金的浇口/浇道金属的重量约为200000吨。在这样的生产中，通常使用过大尺寸的浇道以防止合金凝固，所导致的结果是，浇道速度达到10米/秒。相应的浇口速度约为30-45米/秒，浇口速度通常在30-35米/秒。生产量仅是被浇注的熔体总量的55％。因此，需要过多的提供作为被回收的浇道金属消耗的剩余金属所需的铝合金。因此，对于在铸造后需要回收和再利用的合金加热，会消耗过多的能量。另外，通常存在被浇注的总吨数的3％的合金损失，对于具有上述生产能力的铸造厂，存在大约13500吨的合金损失(费用大约为AU$30M)。
在这样的生产中，存在高的铝合金总量附加的巨大的费用、合金损失以及加热、回收和再利用浇道/浇口合金的费用。对于上述的生产规模，对于准备铸造所用的熔融合金需要五个熔化炉。每一个这样的熔化炉的费用大约为AU$15M，如果能够减少这些炉子的数量，即使减少一个炉子及其辅助设备，也能够大大节省成本。另外，铸型费用约占整个生产成本的15％，提高铸型的使用寿命，也就是节省成本。实际上，目前的铝合金压铸生产所存在的问题集中体现在整个费用成本负担过大的问题上。
我们发现，利用本发明能够生产质量基本上与目前铸造生产水平所提供的相当的高质量铝合金压铸件，同时能够大大节省成本。下面将详细描述节省成本的性质。
本发明提供了一种在利用压铸机铸造铝合金中使用的金属流动系统，压铸机具有限定压型腔的模型或者压型，铝合金能够通过该金属流动系统沿着金属流动通道流入到压型腔中。本发明所涉及的金属流动系统具有这样一种结构，即，限定流动通道的至少一部分并且包括至少一个浇道以及在这里被称为可控的扩张端口或者点(CEP)的部件。
这样，根据本发明，提供一种在利用压铸机铸造铝合金中使用的金属流动系统，其特征在于，所述金属流动系统是由压铸机的压型或者模型组件的一个部件提供的，所述压型或者模型组件限定压型腔，所述部件限定了用于使铝合金从压铸机的基本上处于熔融状态的铝合金的加压源流到压型腔的合金流动通道的至少一部分，所述流动通道包括至少一个浇道和一个可控的扩张端口(这里称之为“CEP”)，所述CEP具有一个入口和一个出口，CEP能够通过所述入口接收来自于浇道的铝合金，铝合金能够通过所述出口从CEP流出以充填压型腔，所述CEP的横截面积在从其入口到出口的方向上是增大的以使被接收在浇道中的基本上处于熔融状态的合金在流过CEP的过程中流速被大大降低，从而使流过CEP的铝合金达到在充填压型腔时能够保持的粘流态或者半粘流态。
本发明还提供一种用于铝合金压铸的压铸机，其特征在于，所述压铸机包括一个金属流动系统，所述金属流动系统是由压铸机的压型或者模型组件的一个部件提供的，所述压型或者模型组件限定压型腔，所述部件限定了用于使铝合金从压铸机的基本上处于熔融状态的铝合金的加压源流到压型腔的合金流动通道的至少一部分，所述流动通道包括至少一个浇道和一个可控的扩张端口(这里称之为“CEP”)，所述CEP具有一个入口和一个出口，CEP能够通过所述入口接收来自于浇道的铝合金，铝合金能够通过所述出口从CEP流出以充填压型腔，所述CEP的横截面积在从其入口到出口的方向上是增大的以使被接收在浇道中的基本上处于熔融状态的合金在流过CEP的过程中流速被大大降低，从而使流过CEP的铝合金达到在充填压型腔时能够保持的粘流态或者半粘流态。
另外，本发明提供一种利用压铸机生产铝合金铸件的方法，所述压铸机具有一个基本上处于熔融状态的铝合金的加压源和限定压型腔的压型或者模型组件，其特征在于，所述方法包括下列步骤使合金从加压源沿着由所述压型或者模型组件的一个部件限定的合金流动通道流到压型腔；在合金沿着流动系统流动过程中使合金流过浇道和可控的扩张端口(这里称之为“CEP”)的入口端；以及在合金通过CEP流到CEP的出口端的过程中使合金的流速降低，从而使合金在CEP的入口处达到足够大的流速，并且在合金流过CEP的过程中使合金的流速大大降低，从而使合金达到粘流态或者半粘流态并且在充填压型腔时能够保持这样的状态。
可控的扩张端口(CEP)具有入口端或者浇道入口和出口端或者合金流入压型腔中的出口。CEP的浇道入口的横截面积可与浇道相同，但最好小于浇道。但是，CEP的出口端或者进入压型腔的出口的横截面积大于CEP入口以使金属在出口处的流速大大低于在CEP的入口端或者入口的流速。在CEP的长度方向上，CEP在入口和出口之间的横截面积增大以使流过CEP的合金流速降低，而CEP最好从入口到出口具有一定的锥度。
CEP的出口端或者出口可(最好)限定压型腔的入口。但是，在另一种可选择的结构中，金属流动系统的浇道可终止于压型腔的入口处或者入口附近。在该可选择的结构中，金属流动系统可包括压型腔在浇道出口或者其附近的一部分，压型腔的该部分限定CEP从出口向着入口的延伸部分的至少一部分。但是，在另一种可选择的结构中，CEP可在相应的浇道端部中间。第一浇道在合金流动方向上在CEP的上游，第二浇道在该方向上在CEP的下游。即，第一浇道使合金流到CEP的入口，第二浇道使合金从CEP的出口流到压型腔。在该可选择的结构中，第二浇道的横截面积最好不小于CEP的出口端。
金属流动系统可采用能够对金属流过浇道和CEP的速度进行控制的形式，从而使流过压型腔的铝合金的至少大部分处于粘流态或者半粘流态。为此，该结构是这样的，即，使铝合金在流过CEP入口端时的流速大于40米/秒，最好大于50米/秒，例如在80至110米/秒之间。在CEP出口端的流速通常在CEP入口端的流速的50％至80％之间，最好在65％至75％之间。出口端的流速大于20米/秒，最好大于30米/秒，例如在40至95米/秒之间。这些速度大于目前系统的数值。
在本发明所涉及的系统中，除了能够增大合金流过浇道和CEP的流速以外，应该注意的是，合金流过CEP入口的速度大于流过CEP出口的速度。这与目前系统的浇道和浇口结构所得到的相反，并且导致在相应结构之间的横截面积关系之间的差异。这样，尽管已知系统使用横截面积小于相应浇道的浇口，但是本发明可具有横截面积大于在CEP上游的相应浇道横截面积的CEP出口。在前面的情况中，金属流动受到限制并且流过浇口的速度大于流过浇道的速度，而在本发明的系统中能够达到相反的效果。
在本发明所涉及的这样的浇道/CEP结构中，CEP可由在浇道的压型腔端处的一个末端部分限定的。该末端部分在铝合金流动方向上可以是较短的，诸如长度为5毫米。但是，在大多数的情况下，CEP可更长，它取决于被制造的铸件的尺寸。这样，CEP的长度可高达40毫米以上，但是通常为20毫米，例如为10至15毫米。但是，在一个可选择的结构中，可使浇道的横截面积与压型腔保持相等，所需的CEP是由压型腔的一部分的形状提供的。即，可仅有浇道，而没有传统意义上的浇口；而概念上的CEP是由模型或者压型在压型腔内限定的。但是，如上所述，流动通道可具有使合金流到CEP中的第一浇道和使合金从CEP流到压型腔中的第二浇道。在这样的两部分浇道结构中，第二浇道的横截面积最好不小于CEP的出口端的横截面积，大于更好，因此不会对合金从CEP流到压型腔造成限制。
在CEP与压型腔相通或者是由压型腔的一部分限定的情况下，本发明的系统能够通过将合金直接注入到压型腔中生产铸件。但是，在CEP处于相应的浇道之间的情况下，本发明允许间接注入。在每一种情况下，该系统可具有多于一个流动通道，每一个流动通道具有相应的浇道/CEP结构，每一个浇道及其CEP能够将合金供给到一个公共压型腔或者相应的压型腔中。特别是在后一种情况下，在每一个CEP处于上述的相应的第一浇道和第二浇道之间的情况下，能够使合金流过其CEP的出口端的至少每一个第二浇道可从合金流动方向横向延伸到该系统中。这样，至少每一个第二浇道可沿着分型面被限定在两个压模部分之间，所述两个压模部分限定每一个压型腔。
根据本发明，在实际的CEP是由在浇道的压型腔端处的一个末端部分限定的情况下，它可是简单的扩大部分，该扩大部分具有锥度以使在浇道后的横截面积增大。实际的CEP最好具有圆形或者矩形横截面。限定使合金流到CEP的入口的浇道(即，第一浇道)的通道可是线性的。但是，最好，通道具有严格的方向变化以促使铝合金在流到CEP时产生紊流。这样，浇道通道可采用双向折弯的形式，其中具有至少两个相互倾斜的部分。实际上，利用本发明所涉及的系统所获得的一些较好的结果是利用这样的浇道，其中一个上游浇道部分延伸过与其相连的下游部分一个短距离以限定上游部分的盲端。
能够使铝合金在流过其中时产生紊流的浇道的使用与目前的系统中采用的相反。即，目前系统的浇道和浇口被设计成使其中的紊流以及在压型腔中的紊流达到最小的形式，从而实现接近层流的流动或者尽可能平稳的流动。
至少对于较大的铝合金铸件，目前通常使用凿形、扇形浇口或者锥形切向浇道，或者沿着相反的方向延伸的两个锥形切向浇道。这样的浇道需要精心设计以在每一个浇道中实现铝合金从压射缸平稳地流到浇口并且确保沿着每一个浇道的长度方向流动。如上所述，目前使用的这些和其他浇道的尺寸过大以避免熔融金属凝固，从而使它们产生较低的浇道和浇口流速。但是，由于浇道的尺寸过大并因此需要相应的较大的活塞/压射缸以将熔融合金提供给它们，因此凝固的余料(熔渣)和浇道金属的体积和重量相对于铸件的体积和重量是很大的。
本发明所涉及的铝合金金属流动系统无需这样复杂和较大的浇道系统，并且使浇道金属相对于目前系统是较小的。即，利用本发明能够使浇道金属重量与铝合金产品重量的比例远好于目前系统中所用的。这样，所需的铝合金总量可被大大降低，并且可降低熔化在铸造后被回收和再利用的合金所需的能量。另外，在再次熔炼/保持过程中的合金损失百分比与目前系统中的基本相同(3％)，本发明能够使浇注的吨数大大降低，从而相应地降低了合金损失的吨数。另外，本发明所涉及的金属流动系统的浇道可以是较短的，从而减少了浇道金属的量。
在现有的铸造生产中，与铸件一起凝固并且需要分离和回收的浇道/浇口金属的重量通常大于铸件重量的50％，在一些情况下会超过100％。相反，本发明所涉及的金属流动系统能够使浇道/CEP的重量小于铸件重量的30％，在一些情况下会下降至铸件重量的15％至20％。这样，由于相应地降低了回收金属的再生和重新处理的费用，因此具有重大的实际效益。另外，本发明无需使压型腔溢流，除非在促使铸件从压型射出时需要使压型腔溢流。
最好在本发明中使用的较高的浇道/CEP金属流速是实现这些成本节省的主要因素。但是，这些速度无需使用比目前系统结合使用的更大以及更昂贵的压铸机。而是，使用与利用目前系统进行铝合金压铸的相同的压铸机可达到这样的速度，利用横截面积远小于目前系统的金属流动系统能够达到这样的速度。横截面积的减小以及本发明所涉及的金属流动系统的简单形状是能够减少浇口/浇道金属的因素。但存在使浇道金属的减少进一步优化的相互关联的因素。
进一步使浇口/浇道金属与铝合金铸件重量的比例减小的相互关联的因素是，本发明所涉及的金属流动系统在入口到压型腔的位置选择中具有较高的灵活性，与现有技术生产中由于浇口而使位置选择受限相反，并且本发明能够利用将合金直接注入到压型腔中的结构有效地生产无疵铸件。如上所述，浇道/CEP结构可采用非线性的形式，诸如双向折弯甚至曲柄形式。而不是如在目前系统的切向浇道中，例如具有沿着其延伸的细长浇口的浇道，本发明的金属流动系统例如具有直接向着压型腔延伸并与之相通的末端部分，例如该末端部分基本垂直通过限定压型腔的壁。提供这样的连通的位置可从各种适合的位置选择，主要的决定因素是在压型腔的相邻表面处避免压型腐蚀的需要。但是，在概念上的CEP被限定在压型腔内的情况下，压型腔在这样的位置处的形状和尺寸需要是能够提供这样功能的，因此避免腐蚀可能是连通位置选择的决定因素。
利用本发明的金属流动系统，温度条件与使用目前系统的类似。这样，可在大约160℃至220℃之间的温度下操作压型，而可在大约610℃至670℃之间的温度下对铝合金进行铸造，这取决于所用的合金。在这样的条件下，能够生产高质量的铝合金铸件，在质量上至少与利用目前系统生产的相当。在这样的条件下，能够在铝合金基本处于半固态或者触变状态下充填压型腔。
与利用目前系统进行生产中所用的温度条件不同，本发明的金属流动系统还能够在使铝合金基本以半固态或者触变状态的形式充填压型的温度条件下生产高质量的铝合金铸件。在这些条件下，压型温度在60℃至100℃之间并且合金温度在610℃附近，这取决于所用的合金。应该理解的是，这些条件能够降低能量费用，而较低的铝合金浇注温度可有助于使合金成分保持稳定以及提高压型的使用寿命。
尽管在上述两组条件之间的温度条件下能够进行铸造，但是最好使用这些组条件中的一个或者另一个。通常，在中间条件下保持很高的铸件生产量可能是困难的，但是对于至少一些形式的铸件可使用那些条件。
最好在常规压铸铝合金的全范围下使用本发明的金属流动系统。但是，至少在上述较低温度铸造条件下，发现利用那些被认为不适合利用目前的压铸系统生产的一些铝合金也能够生产出高质量的铸件。利用本发明的金属流动系统能够铸造的这样的合金例如包括7000系列的铝合金。
CEP的形式除了需要在从其入口端到出口端的横截面积增大以外可进行很大的改变。CEP的长度是可变的，这取决于需要生产的铸件的尺寸。长度可在5至40毫米之间，诸如在5至20毫米之间，最好在10至15毫米之间。CEP通常采用圆形横截面。但是，也可使用诸如正方形或者长方形的横截面，这主要取决于铸件设计以及来自于CEP的合金流进入压型腔的情况。CEP可具有直的轴线或者中心线。但是，如果需要的话，CEP可具有弧形或者弯曲的轴线或者中心线，以使其在合金流经其的方向上提供变化。
CEP的尺寸和形状可根据多个变量来改变。这些变量包括需要生产的铸件尺寸；使用的机器的类型、尺寸和功率；被铸造的特定铝合金；合金流到压型腔中的位置，以及CEP的至少一部分是否有压型腔的一个区域限定；以及需要的微观结构。
至少如果需要在被生产的铸件微观结构上进行基本完全的控制，那么这些变量可能使确定需要生产的特定铸件适用的CEP的适合形状变得困难。但是，在适合的条件下，发现，CEP在许多情况下可提供在整个铸件中具有优化的微观结构的铸件。尽管在使用冷压型腔压铸机的情况下，可能从压射缸中产生达到100微米的一些较大的枝晶，但是该微观结构的特征在于，在次生相的基质中的细化变质枝状原生颗粒小于40微米，诸如为10微米或者更小。为此，CEP将能够使合金在流经其时处于半固态，其中合金具有触变性能，并且在合金流过CEP以及充填压型腔的过程中基本上保持这种状态和这种性能。对于能够达到这样性能的至少一些CEP形式，利用能够使其中的合金足够快凝固的压型，我们发现，合金的凝固能够回到CEP中以使在CEP中凝固的合金具有特定的微观结构。尽管无需限定CEP的所有适合形式，但是该特定微观结构的获得基于CEP可被量化的所有要求，至少在一些情况下的上述优化铸件微观结构被需要或者可接受的情况下。但是，该发现不限于该铸件微观结构被需要或者可接受的应用，这是由于，如在这里描述的，如果对于其他应用也需要，可通过热处理来改善微观结构。
CEP的特定的微观结构是在凝固于CEP中的金属的轴向截面上具有相对于流过CEP的合金横向延伸的条纹或者带，这是由于合金元素分离导致的。能够达到这样的微观结构的CEP在合金流经CEP时能够在合金中产生强烈的压力波。我们发现，可基本上横向穿过CEP的整个宽度和基本上沿着其整个长度以使带的波长为200微米。另外，我们发现，元素分离使初生相和次生相基本分离，初生相表现为尺寸小于40微米的，诸如为10微米或者更小的细的、圆形的或者球形的变质枝状颗粒。这样，例如对于具有作为其主要合金因素的镁的铝合金，诸如CA313合金(对应于日本合金ADC-12、美国合金A380和英国合金LM-24)，我们发现，互生的条纹或者带分别富含铝和富含镁，至少由于高密度的铝和低密度的镁的分离而造成的。富含铝的带在原生相中的含量较高，表现为尺寸小于40微米的，诸如为10微米或者更小的细的、圆形的或者球形的变质枝状颗粒。相反，我们发现，富含镁的带在次生相中的含量较高，表现为金属间化合物颗粒，诸如为AlxMgySiz的形式。
这样，根据本发明的一个优选形式，提供一种在利用压铸机铸造合金中使用的金属流动系统，其特征在于，所述金属流动系统包括铸型或者压型模具部件，在所述铸型或者压型模具部件中，浇道和CEP限定了能够使铝合金流动以注入由模型或者压型限定的压型腔中的流动通道的至少一部分；所述CEP的横截面积在从其入口到出口的方向上是增大的，能够使流过所述CEP的合金达到半固体状态，在所述半固体状态中合金具有触变性能，并且在压型腔的充填过程中保持所述半固体状态；所述CEP具有这样一种形状，即，能够使合金在压型腔中和沿着流动通道回到CEP中凝固以在所形成的铸件中获得具有这样特征的微观结构，即，在次生相的基质中存在细化变质枝状原生颗粒，在CEP中凝固的合金在平行于流动方向的平面上具有这样特征的微观结构，即，条纹或者带相对于流过CEP的合金横向延伸，并且所述带是由合金元素分离导致的，互生的带在相应的元素和相应的初生相和次生相中的含量是较高的。
本发明还提供一种利用高压压铸生产铸件的方法，其特征在于，在压力下将基本处于完全熔融状态的合金供给到一个金属流动系统中以使其沿着由所述系统限定的流动通道流到由铸型或者压型限定的压型腔中；流动通道的至少一部分是由铸型或者压型模具部件限定的；并且形成所述部件以限定作为所述流动通道的一部分的CEP，所述CEP的横截面积在从其入口到出口的方向上是增大的，能够使流过所述CEP的合金达到半固体状态，在所述半固体状态中合金具有触变性能，并且在压型腔的充填过程中保持所述半固体状态；以这样的方式提供CEP的形状，即，能够使合金在压型腔中和沿着流动通道回到CEP中凝固以在所形成的铸件中获得具有这样特征的微观结构，即，在次生相的基质中存在细化变质枝状原生颗粒，在CEP中凝固的合金具有这样特征的微观结构，即，条纹或者带相对于流过CEP的合金横向延伸，并且所述带是由合金元素分离导致的，互生的带在相应的元素和相应的初生相和次生相中的含量是较高的。
该优选的系统和方法是这样，即，如果合金能够在压型腔中足够快地凝固，那么能够获得相应的微观结构。利用本发明特别能够实现这样的快速凝固。但是，除了需要从铸型或者压型中排出热能以达到这样的效果以外，必须对限定CEP的部件的温度进行控制以使CEP中的合金能够凝固。最好，在CEP的入口端的上游限制热能排出，以便能够在与CEP的入口端的下游建立与其保持短距离的半固态界面。
使用本发明所涉及的金属流动系统的压铸机可具有多种不同的形式。例如，它可以是一种热压型腔或者冷压型腔高压压铸机，其中具有能够使合金被注入到金属流动系统中的喷嘴，合金能够沿着所述系统的流动通道流动并且经过流动通道的CEP流到压型腔。或者，它可是触变式设备，诸如在美国专利US5040589(专利称之为Bradley等的专利’589)中所披露的，其中合金沿着一个套筒流动并且流到在所述套筒的一端处的累积腔，接着通过螺杆的轴向前进利用在所述套筒的一端处的喷嘴喷射合金。合金能够从一个触变式设备的喷嘴被注入到金属流动系统中，同样能够沿着所述系统的流动通道流动并且经过流动通道的CEP流到压型腔。
在另一种可选择的形式中，该设备可是在2001年8月23日申请的、标题为“压铸设备”的我们的澳大利亚临时申请(代理编号为IRN642429)中所披露的那种类型的设备。该临时申请所披露的内容在这里作为参考，并且被认为是本发明所披露的内容的组成部分。在我们的澳大利亚临时申请(IRN642429)所披露的内容中，提供一种熔融合金输送容器，该容器能够盛装需要输送到压型模具并且足以生产预定铸件或者同时生产多个通常类似的铸件的一定量的合金。对于具有这样的输送容器的设备，通过对该容器的上部区域加压能够使在该输送容器中的合金经出口排出，合金能够被注入到上述适用于其他类型设备的金属流动系统中。
如上所述，本发明能够生产具有整体上最佳的微观结构的铸件。该微观结构表现为，在次生相的基质中具有小于40微米，诸如为10微米或者更小的细化变质枝状原生颗粒。但是，还发现存在一些达到60至100微米的较大的枝晶。在使用冷压型腔压铸机时，发现这些较大的颗粒来自于压射缸。在利用热压型腔压铸机时，较大枝晶的流入可被避免，提供仅具有小于40微米的细化初生颗粒的铸件。但是，即使利用冷压型腔压铸机，也可使这样的较大枝晶的比例保持在较低的程度。
一种常规的热压型腔压铸机不适用于铝合金压铸，这是由于其部件会受到合金的侵蚀。这样，这种类型的设备只有在使用没有被铝合金侵蚀的新材料的情况下能够实际避免较大枝晶颗粒。但是，在我们的上述临时申请(IRN642429)中披露的那种类型的设备提供了另一种可选择的热压型腔压铸机，该设备被改进是用不受铝合金侵蚀的材料制造的，利用该设备能够避免较大枝晶颗粒。这样，在临时申请(IRN642429)中披露的那种类型的设备利用本发明通过高压热压型腔压铸能够生产几乎没有超过40微米的初生枝晶的铸件。
如上所述，人们非常希望合金在CEP的出口端处具有接近或者在优选范围内的流速。所述流速高于在高压压铸机和在触变式设备中所用的流速。当合金通过CEP时，合金流速降低，这是由于CEP的横截面积在流动方向上是增大的，因此在CEP的入口端处的流速需要更高。合金流过CEP的出口端处的流速最好为CEP的入口端处或者上游的流速的20至50％，诸如为25至35％。在许多情况下，出口流速可是入口端处或者上游的流速的三分之二，即出口流速为60米/秒，CEP的入口端处或者上游的流速可为90米/秒。使用该金属流动系统的设备需要具有符合这些要求的合金输出流速，或者对于一种特定的设备，金属流动系统需要具有与获得设备的输出流速所需的CEP流速相符的入口端横截面积和出口端横截面积的CEP。这样，对于一种能够提供较低的输出流速的设备，诸如由于低活塞速度，CEP的入口端横截面积和出口端横截面积需要减小，以延长流动时间。
利用本发明所涉及的金属流动系统，其中具有这样的CEP，即，使其中的凝固合金表现出以具有由于合金元素分离所导致的条纹或者带为特征的微观结构，相信在所得到的铸件中获得的微观结构是独特的。上面概括地描述了该微观结构，即，它在次生相的基质中具有小于40微米的细化变质枝状原生颗粒，但是在使用冷压型腔压铸机时，可能具有一些来自于压射缸的达到约100微米的较大的枝晶。原生颗粒不仅小，通常为10微米或者更小，而且还是均匀分布的。另外，利用本发明的方法能够在所生产的整个铸件中获得这样的微观结构。另一个重要因素是由于在使合金达到具有触变性能的半固态的条件下出现的合金元素分离而导致的。我们发现，铸件的微观结构至少在铸件的变质枝晶原生颗粒中反映了这种分离，如下面将描述的，在CEP中凝固的合金的条纹或者带状微观结构中具有原生颗粒。
对于枝晶的正常生长，凝固的晶核或者第一部分在铝中的含量较高。随着枝晶的生长，次生元素在周围熔融合金中的浓度因此增大，这是由于铝的析出，而在周围熔体中的铝的浓度降低。这样，生长的枝晶表现为铝与次生元素之间的比例从其晶核或者中心逐渐降低，铝的浓度减小，而次生元素的浓度增大。这样，对于包含镁的铝合金，诸如合金CA313，正常的枝晶生长产生具有富含铝的晶核或者中心但从其晶核或者中心铝的含量逐渐降低并且镁的含量逐渐增大的枝晶。但是，在本发明所涉及的金属流动系统中，CEP产生的合金元素分离使合金元素根据密度分离和正常生长的改变。这样的改变使合金元素从变质枝晶颗粒的晶核或者中心的变化出现波动，而不是逐渐和均匀地变化，类似于衰减的正弦形状。这样，尽管晶核或者中心在铝中的含量较高，而在次生元素中的含量较低，但是次生元素的含量在从晶核或者中心向外的方向上首先升高，接着较低，然后再次升高。这样，对于诸如CA31 3的铝合金，在晶核或者中心处在镁中的颗粒低，但是从晶核或者中心至变质枝晶的半径的三分之一的范围内，镁含量相对于铝含量开始升高，接着从晶核或者中心至变质枝晶的半径的三分之二的范围内，镁含量相对于铝含量较低，接着镁含量相对于铝含量在颗粒的外围再次升高。这种改变出现在CEP中，并且在合金流到压型腔中时能够保持在初生颗粒中。
铝和次生合金元素在变质的枝晶初生颗粒中的波动比例是由CEP所产生的条件导致的。通过产生条纹状或者带状的微观结构的CEP的流动状态的计算机模拟显示，随着合金流过能够达到所述CEP出口速度的适合形状的CEP，在合金中产生强烈的压力波。模拟显示压力波处于大约+400MPa的水平。已知的是，大约几百kPa的压力差能够使合金的高密度元素和低密度元素分离，诸如铝和镁。因此，计算机模拟显示明确的分离，低密度元素在高压力脉冲下移动，密度较高的元素在低压力脉冲下移动。另外，计算机模拟建议，强烈的压力波的波长约为40微米。我们发现，这非常接近实践中达到的结果。如上所述，发现，对于在能够从压型腔中和回到CEP中提供较快速凝固的条件下在CEP中凝固的合金，在CEP中凝固的合金的微观结构中所得到的条纹或者带具有大约200微米的波长。即，对于顺序的类似的初生元素或者次生元素带的中心之间的间隔大约为40微米。
为了更好地理解本发明，现参考附图中所示的结构。
图1是常规的压铸汽车变速箱的从引擎端看过去的透视图；图2是从齿轮箱端看过去的图1的变速箱的透视图；图3是如在图1和图2中的生产铸件的侧视图；图4至图9与图3类似，但示出的是如在图1和图2中的变速箱的各个试验性铸件，每一个是利用本发明所涉及的各个试验性金属流动系统生产的；图10是表示利用本发明所涉及的金属流动系统的复杂形状的试验铸件的纵向截面图；图11是表示本发明所涉及的金属流动系统的铝合金压铸件的压型的一部分的平面图；图12是沿着图11的线A-A得到的截面图；图13是沿着图11的线B-B得到的截面图；图14是沿着图11的线C-C得到的部分端视图；图15是沿着图11的线D-D得到的截面图；图16是表示利用本发明所涉及的金属流动系统输送合金的试验性铸件的示意图；图17是根据本发明生产的铸件的平面图，该铸件从生产其的压型模具中取出；以及图18是在从压型模具中取出之前沿着图17的线E-E得到的图17的铸件的截面图。
试验性示例在汽车压铸车间利用Ube1250t高压冷压型腔压铸机进行试验以说明利用本发明所涉及的金属流动系统铸造铝合金产品的实用性。该试验涉及利用CA313铝合金铸造汽车变速箱。为此，在生产铸件时被修整的相应的通道内加工六个试验性流动通道以形成本发明所涉及的六个不同的金属流动系统。通过将每一个浇道及其加工的流动系统放回到Ube压铸机的压型模具中以及通过每一个流动系统进行铸造，使相应的变速箱被铸出。浇道/CEP形状被设计成能够在合金注入到压型腔之前通过使合金在流过每一个浇道/CEP时达到高速对将熔融铝合金引入到压型腔中的各种方式进行评估和比较。
变速箱在质量上是相当的，并且在一种情况下优于利用生产经过机加工的修整浇道的常规锥形切向浇道系统制造的铸件。如下面描述的，提供本发明所涉及的六个金属流动系统中的一个的每一个试验性机加工流动系统在横截面和质量上是较小的，可以证明，利用使每一个铸件产生的再熔炼物质较少的流动系统能够生产大的铝合金压铸件，并且没有质量损失。
如上所述，从利用常规锥形切向浇道系统正常生产的六个高压压铸铝合金变速箱中获得浇道。图1和图2是分别从引擎端E和齿轮箱G看过去的利用常规锥形切向浇道系统的一个正常生产周期生产的一个变速箱的透视图。在图1和图2中，用附图标记10表示箱体，箱体带有用附图标记12表示的相连的浇道金属。
在图3的侧视图中，示出了在从箱体10修整之前的浇口/浇道金属12。如图中所示，浇口/浇道金属12从图1和图2中所示的利用正常的生产方式生产的多个箱体上被小心地去除。这些浇道被分离和收集，如图3中所示，沿着X-X线切割金属12以提供被收集的浇道金属段14。
当从生产铸件修整的每一个浇道中加工的各个实验性流动通道被放回到Ube压铸机的压型模具中时，又成为了用于铸造变速箱的“新的浇道/CEP”。即，流动通道提供了本发明所涉及的金属流动系统，CA313铝合金流经金属流动系统达到模具压型腔中。六个流动通道的每一个被设计成具有小于压型腔的横截面积的形式以使金属高速流入到压型腔中。在实验中，Ube压铸机的设置不根据它们的生产量改变。例如，柱塞速度保持为在利用常规锥形切向浇道进行变速箱铸造生产中所设定的数值。因此，合金在进入压型腔时的较高速度(Vr)是柱塞速度(Vb)和柱塞横截面积(Ap)与流动通道(即，新的浇道)横截面积(Ar)的比值之间的乘积，被表示为
Vr＝Vp×(Ap/Ar)在利用本发明所涉及的金属流动系统的连续的实验铸件之间，利用常规切向浇道系统制造五个铸件。收集第三个和第五个铸件以进行检查并与实验铸件进行比较。
正常生产的铸造条件如下Ube1250t高压压铸机。
熔炼温度635℃铝合金CA313约重(检测的) 铸件8.7千克浇道0.75千克余料2.5千克总重11.95千克条件与实验相同，不同之处在于在新浇道中凝固的浇道金属在0.05千克与0.13千克的范围之间，而正常生产之间的浇道金属重量为0.75千克。
在开始进行实验之前，实验所用的Ube压铸机处于全生产模式。在各个铸造操作中，每一个新的浇道/CEP被放置在压型的滑动芯中并且利用足量的硅树脂密封剂将其固定在压型的滑动芯中。
图4至图9中示出了利用本发明所涉及的每一个新的浇道/CEP生产的各个实验铸件。在每一个箱体中，各个新的浇道/CEP的形状用R表示。但是，为了便于说明，图4至图9中省略了用于提供每一个新的浇道/CEP而钻出的生产浇道。
由生产质量控制人员在车间利用X射线检查技术对每一个生产铸件和实验铸件进行检查，接着再次对它们进行更全面的实验室检查。检查的结果表明，利用每一个新的浇道/CEP与在正常生产中制造的铸件相当。实验铸件在包括在进行实验过程中收集的正常生产铸件的所有检查的铸件中的孔隙度最小。
将生产铸件和实验铸件切割成段。在铸件的对角处的凸出部分被去除以检查金属的微观结构和所存在的气孔类型。对凸出部分被抛光到在表面下方10毫米处并且使其与在铸件的任何一端处的两个配合法兰平行。接着对经过抛光的凸出部分进行腐蚀并在放大倍数为1000X的光学显微镜下对其进行检查。从每一个用于检查的实验铸件切下的凸出部分位置与用于正常生产铸件的相同。
优选对凸出部分切片，这是由于它们的厚度而使它们通常包含气孔。选择特定的凸出部分的所述位置是由于它们代表了距离浇道两端最远的两个位置、靠近浇道的位置和X射线检查表明通常包含气孔的位置。在连续的实验铸件之间制造的五个正常生产铸件的第三个在后两个位置处被切片以与实验铸件比较微观结构。
在实验中制造的铸件中所观察的气孔类型是位于较厚的凸出部分中的气孔和缩孔。在通过较薄的腔部供给凸出部分的情况下，这在铸件中是常见的，在这种情况下，通过5.5毫米厚的腔部供给20毫米厚的凸出部分。在实验铸件和生产铸件中发现的气孔类型之间没有很大的差别，只是在尺寸、数量和位置上有差异。
在每一个铸件周围的57个位置的X射线检查表明，气孔容易形成在突出部分的中心处，而缩孔容易出现在凸出部分之间的较厚部分中。气孔通常以小气体/收缩孔的收集形式存在，而不是表现为较大的收缩裂缝或者大的单独的气孔。凸出部分的抛光截面表明，在一个凸出部分内存在的气孔数量在几个至100个之间，尺寸在50至500微米之间。有时在生产铸件和实验铸件中发现直径为4至5毫米的较大的气孔，这些气孔容易出现在合金液流充填压型腔过程中可能截住气窝的位置处。
在检查的铸件中的一个实验铸件(在图9中所示的)所具有的气孔数量大约是生产铸件的一半并且气孔主要包括细小分布的气孔/缩孔。图4至图8的其它实验铸件的质量与生产铸件类似。
利用目前系统进行的实验推断利用新浇道的图4至图9中的实验铸件中比多年来已经优化的图3中所示的产生铸件中出现更多的气孔，但没有出现这样的情况，图4至图9所示的所有实验铸件表明，在相同条件下可利用较小的浇道尺寸制造变速箱，铸件质量不会变差。
用于生产实验铸件20的图4中所示的新浇道系统R具有第一直通通道R(a)，第二通道R(b)基本上以直角从第一直通通道R(a)延伸。通道R(a)和R(b)的直径为20毫米，并且在各个CEP(a，b)中的每一个端部具有通向铸件20的压型腔的增大的锥形横截面。图5中的浇道系统R与图4中的类似，不同之处在于，通道R(a，b)之间具有50度的锐角并且直径都为9毫米。图6中的系统R具有一个通道R(a)和CEP(a)，而通道R具有以105度角相互倾斜的部分并且直径为20毫米。
图7中的浇道系统R结构与图5中的类似。但是，通道部分R(a)和R(b)较短并且直径都为9毫米，通道R(c)中的前端弯折并且具有12毫米的直径。图8中的浇道系统R与图4中的类似，不同之处在于，直径为1 2毫米并且通道分枝R(a)短和在盲端终止。图9具有与图4中的结构类似的结构，不同之处在于，通道R(a)和R(b)的直径为9毫米，通道R(c)中的前端具有18毫米的直径。另外，在图9中，通道R(c)连接在CEP(b)中间的部分R(b)和在部分R(a)和R(b)之间的连接部分，而CEP(b)从浇道部分R(b)开始截面增大但是不对称的以使其具有在铸件40的压型腔的轴向上的较大的尺寸。
图4至图9中所示的实验，包括实验浇道形状和在先前的浇道中钻出的通道，清楚地表明，利用本发明的金属流动系统在不降低铸件质量的情况下可以实现浇道尺寸减小和废料减少。对于生产铸件和实验铸件断面的显微镜检查表明，微观结构上没有很大的差异。工业实施表明，利用较小的金属流动系统生产由CA313铝合金制造的变速箱可以节省再次熔炼成本和提高质量。
先参见图10，其中示出了在250吨Toshiba冷压型腔压铸机上利用CA313铝合金制造的铸件40。铸件40具有宽平区域42、43和44、难以加工的箱式区域46，箱式区域46具有交叉肋条47和凸台48和49。该铸件在图10的截平面中具有380毫米的长度，垂直于该平面的宽度为1 50毫米，给出的投影面积为570平方厘米。
用于铸件40的压型50被设计成能够为三个型腔A、B和C提供单独或者多流供给的形式。每一个型腔A、B和C具有各自的供给套Fa、Fb和Fc并且能够进行自身的温度控制，主浇道Rm延伸到所有三个供给套。型腔的位置可改变，如果需要的话，可使用较大宽度的间隔装置52将相邻的型腔隔开。
从图10中可以看出，利用所有三个型腔生产铸件40。但是，供给套Fb和Fc被堵塞并且所有合金通过限定在由套Fa限定CEP处的CEP通过型腔A被供给到型腔B和C。无困难地充填铸件并且具有良好的质量，整个铸件仅具有很少的气孔。
利用各个套Fa制造连续的铸件40，每一个限定相应的CEP。在每一个情况下，浇道Rm是相同的并且包括双横向对称梯形横截面的通道。该通道的深度为4.5毫米并且中间高度的宽度为4.5毫米，提供了20.25平方毫米的横截面积。每一个套具有圆形横截面的锥形孔以限定其CEP。每一个CEP的长度为20毫米，它所具有相应的入口和出口直径以及横截面积如下直径(毫米)出口面积(平方毫米)套入口出口入口出口I 4 6 12.628.3II 5 7 19.638.5III7 9 28.563.6这样，每一个CEP的出口横截面积远大于浇道Rm的横截面积。即使在套I的情况下，CEP面积约比浇道面积大40％。套I和II的入口横截面积都小于浇道Rm的横截面积，但是出口面积是主要的。对于套I、II和III，可生产具有极好质量的铸件40，尽管形状复杂。
在另一个实验中，利用图10的压型进行短程压射以检查其充填方式。这产生了通过型腔C的区域S的三分之二的铸件。另外，铸件具有良好的质量，并且具有很少的气孔。
在区域S处的短程压射铸件的边缘在穿过压型腔的垂直线中。该边缘是半圆形的。这种不常见的模式通常为利用本发明达到的“固态前充填”；即，在半固态下高速注入铝合金。
现参见图11至15，其中所示的压型部分60具有内平表面62，压型部分60通过内平表面62与类似的互补部分(未示出)配合。互补的压型部分限定了本发明所涉及的金属流动系统，图11中用64表示其主要部分。
在喷嘴的出口端被提供到被限定在压型部分60的外表面60a中的截锥座66上时，金属流动系统64使金属在压铸机喷嘴(部分示出)和压型腔68(未示出)之间流动，压型腔68部分是由压型部分60的内表面60b限定的。系统64包括从座66向内延伸的浇口72、从浇口72延伸的浇道系统74以及在系统64内端并与压型腔68相通的CEP76。压型部分60还具有从浇道系统74内的相应位置向外延伸并远离表面62的孔78，每一个孔78能够接收用于排出与在腔68中生产的铸件相连的浇口/浇道金属的推顶销(未示出)。
座66的一半形成在压型部分60中，其另一半形成在互补的压型部分中。但是，此外，另一个压型部分可具有无任何机加工的平表面，并且简单地从座66向着压型腔68向内关闭系统64。
浇道系统74包括主横浇道80，横浇道80穿过浇口72的内端并且与浇口72一起形成T形结构。浇道80的每一端处具有相应的端部80a，端部80a朝向压型部分60的外表面60a相互会聚。相应的一个推顶销孔78与浇道80的每一个端部80a相通。系统74还包括第二浇道82，第二浇道82的一端从在端部80a中间的位置自主浇道80的一个端部80a向着CEP76延伸。
尽管座66在压型部分60中的部分的横截面形状为平行于压型部分60的表面60a的半圆形，但是浇口72、CEP76和浇道80和82的横截面形状基本上为双横向对称的梯形，但是也可采用其它的几何形状。浇口72和浇道80的横截面积约为66平方毫米，而浇道82的横截面积为14.4平方毫米。CEP76在沿着远离浇道82的方向延伸的第一部分76a中宽度增大，但是深度减小，以使其横截面积从浇道82的横截面积增大到最大值16.3平方毫米。从部分76a到压型腔68，CEP具有深度不变的部分76b，但是部分76b的有效宽度减小，这是由于部分76b以一定的锐角到达部分60的内表面60b。但是，总体效果是，CEP76的横截面积大于浇道82的横截面积，以使流过系统64的铝合金在浇道82中的流速大于CEP76中的流速。
利用具有图11至15的结构的铝合金压铸设备能够在压型腔68中连续地铸造产品。对于以与目前系统结合使用的常规铸造压力操作的压铸机，由压铸机喷嘴提供的铝合金被供给到座66，流经浇口72和浇道系统74，并经CEP76被注入到腔68中。浇道80和82的较小的横截面积是这样的，即，在常规铸造条件下，铝合金流过浇道的流速在80至110米/秒的适合的范围内。类似地，CEP76的部分76a的横截面积是这样的，即，铝合金流过CEP76的流速在65至80米/秒的适合的范围内。因此，合金流为紊流。
紊流由于铝合金从浇口72流到浇道80，进入浇道80的部分80a中并且从浇道80的部分80a流到浇道82中的流动方向上的急剧变化而增大。由于合金流到部分80a的盲端超过浇道82的入口端而使紊流进一步增强。尽管存在这些情况，所述的流速以及CEP76将合金引到压型腔68中的角度能够产生高质量铸件，无论在上述较高的温度或者较低的温度条件下。
图16是一个铸造实验的示意图，用于检测在根据本发明铸造过程中铝合金在不凝固的情况下能够前进的距离。如图16中所示，建立包括通道C的金属流动系统S，以提供终止于在标准拉力试棒型腔B中的金属流动通道。通道C的标称横截面积为4×4毫米，长度为1230毫米。
在250吨冷压型腔压铸机上利用图16的系统S进行铸造实验。在正常的压铸机操作条件下和标称压型温度下利用与图11至15中所示的类似的金属流动系统进行实验。从图16中可以看出，通道C是曲折的，产生高的流动阻力。尽管这样，能够实现沿着通道C的整个1230毫米的长度流动，并且能够充填拉力试棒型腔B。1230毫米的流动长度不能被认为是一个极限。
参见图17，其中示出了一个铸件，它包括利用本发明所涉及的金属流动系统生产的交流发电机壳体。在连续的铸造循环中，利用一个CEP或者两个CEP铸造各个铸件84。在后一种情况下，两个CEP邻近并且接收来自于一个公共浇道的合金。浇道/CEP结构在下面详细描述。
图18示出了在与压型模具85分离之前的铸件84，压型模具85具有固定的压型半模86和移动的压型半模87。从图17和图18中可以看出，铸件84具有圆筒形周壁88，并且在壁88的一端处具有横壁89。多个窗口90a至90g由壁89的环形外部89a限定，壁89还具有向外凹陷的中心部分89b和在壁88内包围部分89a和89b的接合部分的罩89c。另外，壳体84在壁88和壁89之间的接合部分的一侧上具有限定窗口91a的三角形结构91。壳体84的厚度为2.5毫米，穿过壁88的内径为112毫米。
在380吨Idra冷压型腔压铸机利用CA313合金铸造连续的壳体84。当合金处于压射缸中时的温度为630℃。在压型模具85中，合金经浇道92和两个CEP93或者其中一个流到压型腔85a中。浇道/CEP的结构可从图17中所示的浇道/CEP金属和图18中的截面图中看出。浇道的横截面积为18平方毫米。每一个CEP93具有横截面积为17.6平方毫米的正方形入口端和横截面积为22.5平方毫米的细长矩形的出口端。每一个CEP的长度为27毫米。
如图17中的CEP金属93a所示，两个CEP93邻近并且略微平行。对于仅使用一个CEP93生产的铸件，另一个CEP被堵塞，并且在图17中由虚线表示的CEP金属93a表示的。
压型模具85在移动压型半模87中装有热电偶。在利用一个或者两个CEP铸造几个铸件时，发现，用于压型模具85的冷却系统不适于在重复的浇注循环中进行最佳模具温度控制。为了解决这个问题，压铸机喷射压力可从标称设定值90Mpa减小到50Mpa，柱塞速度的平均速度设定为0.575米/秒，最大速度为0.96米/秒。
在实验开始时，使用两个CEP93，压型模具温度为82℃。第一次压射完全充填压型腔。第二次压射产生质量极好的交流电动机壳体铸件84。在铸件喷射具有一些困难后，仅使用一个CEP进行进一步实验，再次得到质量极好的壳体84。在完成30次压射后由于喷射问题停止实验，但实验已经证明能够得到质量极好的壳体84。
在利用两个CEP93进行该实验的过程中，CEP的入口流速为54.8米/秒，出口流速为42.8米/秒。对于利用一个CEP93进行的实验，CEP的入口流速为109.6米/秒，出口流速为85.7米/秒。这样，在每一个情况下，流过每一个CEP的CA313合金产生所需的合金流，并且铸件84的微观结构达到这里所述的最佳形式。即，微观结构的特征在于，在次生相的基质中存在小于40微米，诸如10微米或者更小的细化变质枝状原生颗粒。但是，由于使用的是冷压型腔压铸机，因此存在一些达到100微米的较大枝晶，这些较大枝晶是由于通过压铸机的压射缸输送而带来的。
最后，应该理解的是，在不脱离本发明的保护范围的基础上可对上述结构和布置进行各种变型、改进和添加。
权利要求
1.一种在利用压铸机铸造铝合金中使用的金属流动系统，其特征在于，所述金属流动系统是由压铸机的压型或者模型组件的一个部件提供的，所述压型或者模型组件限定压型腔，所述部件限定了用于使铝合金从压铸机的基本上处于熔融状态的铝合金的加压源流到压型腔的合金流动通道的至少一部分，所述流动通道包括至少一个浇道和一个可控的扩张端口(这里称之为“CEP”)，所述CEP具有一个入口和一个出口，CEP能够通过所述入口接收来自于浇道的铝合金，铝合金能够通过所述出口从CEP流出以充填压型腔，所述CEP的横截面积在从其入口到出口的方向上是增大的以使被接收在浇道中的基本上处于熔融状态的合金在流过CEP的过程中流速被大大降低，从而使流过CEP的铝合金达到在充填压型腔时能够保持的粘流态或者半粘流态。
2.如权利要求1所述的流动系统，其特征在于，CEP的入口的横截面积是这样的，即，使合金在流过所述入口时的流速大于40米/秒。
3.如权利要求1所述的流动系统，其特征在于，CEP的入口的横截面积是这样的，即，使合金在流过所述入口时的流速大于50米/秒。
4.如权利要求1所述的流动系统，其特征在于，CEP的入口的横截面积是这样的，即，使合金在流过所述入口时的流速在80至120米/秒之间。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的流动系统，其特征在于，CEP的出口的横截面积是这样的，即，使合金在流过所述出口时的流速在合金在流过所述入口时的流速的50％至80％之间。
6.如权利要求1至4中任何一项所述的流动系统，其特征在于，CEP的出口的横截面积是这样的，即，使合金在流过所述出口时的流速在合金在流过所述入口时的流速的65％至75％之间。
7.如权利要求1至6中任何一项所述的流动系统，其特征在于，CEP的出口的横截面积是这样的，即，使合金在流过所述出口时的流速大于20米/秒。
8.如权利要求1至6中任何一项所述的流动系统，其特征在于，CEP的出口的横截面积是这样的，即，使合金在流过所述出口时的流速大于25米/秒。
9.如权利要求1至6中任何一项所述的流动系统，其特征在于，CEP的出口的横截面积是这样的，即，使合金在流过所述出口时的流速在40至95米/秒之间。
10.如权利要求1至9中任何一项所述的流动系统，其特征在于，CEP的出口限定了压型腔的入口，从而通过直接注入实现压型腔的充填。
11.如权利要求1至8中任何一项所述的流动系统，其特征在于，CEP的长度的至少一部分是由压型腔的一个区域限定的，从而通过直接注入实现压型腔的充填。
12.如权利要求1至8中任何一项所述的流动系统，其特征在于，所述浇道是第一浇道，并且所述流动系统还包括第二浇道，所述第二浇道限定了合金流动通道的一个部分，所述合金流动通道的该部分用于使合金从CEP的出口流到压型腔。
13.如权利要求1至8中任何一项所述的流动系统，其特征在于，所述压型或者模型组件的部件限定了至少两个浇道和至少两个CEP，并且每个CEP都具有入口，通过所述入口可从相应的浇道接收铝合金。
14.如权利要求13所述的流动系统，其特征在于，每个浇道和相应的CEP能够使合金流到由压型或者模型组件所限定的至少两个压型腔的相应的一个中。
15.如权利要求13或14所述的流动系统，其特征在于，每个浇道都是相应的CEP的第一浇道，并且所述流动系统还包括至少两个第二浇道，每个所述第二浇道限定了在相应的CEP出口与相应的压型腔之间的合金流动通道的一个相应部分。
16.如权利要求1至15中任何一项所述的流动系统，其特征在于，通过CEP的入口从中接收合金的所述浇道具有能够在合金流入CEP过程中形成紊流的形状。
17.如权利要求1至16中任何一项所述的流动系统，其特征在于，所述CEP具有这样一种形状，即，能够使流过所述CEP的合金达到半固体状态，在所述半固体状态中合金具有触变性能，并且在压型腔的充填过程中保持所述半固体状态。
18.如权利要求17所述的流动系统，其特征在于，所述CEP具有这样一种形状，即，能够使合金在压型腔中足够快地凝固以在所形成的铸件中获得具有这样特征的微观结构，即，在次生相的基质中的细化变质枝状原生颗粒小于40微米，以及能够使合金回到CEP中凝固，在CEP中的合金在轴向截面上的特征在于，条纹或者带相对于流过CEP的合金横向延伸。
19.如权利要求1至18中任何一项所述的流动系统，其特征在于，所述系统包括至少两个CEP，合金流过通向一个公共压型腔的每一个CEP。
20.如权利要求1至18中任何一项所述的流动系统，其特征在于，所述系统包括至少两个CEP，合金流过通向相应的压型腔的每一个CEP。
21.如权利要求19或20所述的流动系统，其特征在于，流到每一个CEP的合金流过一个公共浇道。
22.一种用于铝合金压铸的压铸机，其特征在于，所述压铸机包括一个金属流动系统，所述金属流动系统是由压铸机的压型或者模型组件的一个部件提供的，所述压型或者模型组件限定压型腔，所述部件限定了用于使铝合金从压铸机的基本上处于熔融状态的铝合金的加压源流到压型腔的合金流动通道的至少一部分，所述流动通道包括至少一个浇道和一个可控的扩张端口(这里称之为“CEP”)，所述CEP具有一个入口和一个出口，CEP能够通过所述入口接收来自于浇道的铝合金，铝合金能够通过所述出口从CEP流出以充填压型腔，所述CEP的横截面积在从其入口到出口的方向上是增大的以使被接收在浇道中的基本上处于熔融状态的合金在流过CEP的过程中流速被大大降低，从而使流过CEP的铝合金达到在充填压型腔时能够保持的粘流态或者半粘流态。
23.如权利要求22所述的压铸机，其特征在于，所述金属流动系统是如权利要求2至21中任何一项所述的流动系统。
24.如权利要求22或者23所述的压铸机，其特征在于，所述压铸机是冷压型腔压铸机，并且加压源是压铸机的压射缸。
25.如权利要求22或者23所述的压铸机，其特征在于，所述压铸机是热压型腔压铸机，并且加压源是输出喷嘴和用于在压力作用下通过所述喷嘴供给合金的装置。
26.一种利用压铸机生产铝合金铸件的方法，所述压铸机具有一个基本上处于熔融状态的铝合金的加压源和限定压型腔的压型或者模型组件，其特征在于，所述方法包括下列步骤使合金从加压源沿着由所述压型或者模型组件的一个部件限定的合金流动通道流到压型腔；在合金沿着流动系统流动过程中使合金流过浇道和可控的扩张端口(这里称之为“CEP”)的入口端；以及在合金通过CEP流到CEP的出口端的过程中使合金的流速降低，从而使合金在CEP的入口处达到足够大的流速，并且在合金流过CEP的过程中使合金的流速大大降低，从而使合金达到粘流态或者半粘流态并且在充填压型腔时能够保持这样的状态。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，使合金在流过CEP入口时的流速大于40米/秒。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，使合金在流过CEP入口时的流速大于50米/秒。
29.如权利要求26所述的方法，其特征在于，使合金在流过CEP入口时的流速在80至120米/秒之间。
30.如权利要求26至29中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，使合金在流过CEP出口时的流速在合金在流过CEP入口时的流速的50％至80％之间。
31.如权利要求26至29中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，使合金在流过CEP出口时的流速在合金在流过CEP入口时的流速的65％至75％之间。
32.如权利要求26至31中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，使合金在流过CEP出口时的流速大于20米/秒。
33.如权利要求26至31中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，使合金在流过CEP出口时的流速大于25米/秒。
34.如权利要求26至31中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，使合金在流过CEP出口时的流速在40至95米/秒之间。
35.如权利要求26至34中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，合金从CEP的出口直接流入到压型腔中。
36.如权利要求26至34中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述CEP的长度的至少一部分是由压型腔的一个区域限定的。
37.如权利要求26至34中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述浇道是第一浇道，并且合金从CEP的出口通过第二浇道流入到压型腔中，所述第二浇道限定了在CEP出口与压型腔之间的合金流动通道的一个部分。
38.如权利要求26至34中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，使合金流过至少两个CEP，每一个CEP具有从相应的浇道接收铝合金的入口。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，每一个浇道和相应的CEP使合金流到由压型或者模型组件限定的至少两个压型腔中的相应一个中。
40.如权利要求38或者39所述的方法，其特征在于，每一个浇道是用于相应的CEP的第一浇道，并且所述流动系统还包括至少两个第二浇道，每个所述第二浇道限定了在相应的CEP出口与相应的压型腔之间的合金流动通道的一个相应部分。
41.如权利要求26至40中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，在合金流动CEP过程中产生紊流。
42.如权利要求26至41中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，流过CEP的合金达到半固体状态，在所述半固体状态中合金具有触变性能，并且在压型腔的充填过程中保持所述半固体状态。
43.如权利要求42所述的流动系统，其特征在于，使合金在压型腔中足够快地凝固以在所形成的铸件中获得具有这样特征的微观结构，即，在次生相的基质中的细化变质枝状原生颗粒小于40微米，以及能够使合金回到CEP中凝固，以使在CEP中的合金在轴向截面上的特征在于，条纹或者带相对于流过CEP的合金横向延伸。
全文摘要
本发明涉及一种在利用压铸机铸造铝合金中使用的金属流动系统，所述金属流动系统是由压铸机的压型或者模型组件的一个部件提供的，所述压型或者模型组件限定压型腔。所述部件限定了用于使铝合金从压铸机的基本上处于熔融状态的铝合金的加压源流到压型腔的合金流动通道的至少一部分。所述流动通道包括至少一个浇道和一个可控的扩张端口(这里称之为“CEP”)，所述CEP具有一个入口和一个出口，CEP能够通过所述入口接收来自于浇道的铝合金，铝合金能够通过所述出口从CEP流出以充填压型腔。所述CEP的横截面积在从其入口到出口的方向上是增大的以使被接收在浇道中的基本上处于熔融状态的合金在流过CEP的过程中流速被大大降低，从而使流过CEP的铝合金达到在充填压型腔时能够保持的粘流态或者半粘流态。一种压铸机包括该金属流动系统，同时该系统还用于一种用于铝合金压铸的方法中。
文档编号B22D17/20GK1449315SQ01814685
公开日2003年10月15日 申请日期2001年8月24日 优先权日2000年8月25日
发明者莫里斯·T·默里, 马修·A·科普 申请人:联邦科学和工业研究组织