专利名称：金属成形机中金属材料熔化及供给的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属成形机中金属材料的熔化及供给的方法及装置，该金属成形机通过将处于熔融状态的有色金属如锌、镁或其构成的合金喷注到一模具中，以制得一金属制品。
背景技术：
在传统的注射成形技术中，方法为通过从连接于熔化缸的料斗的供给，将处于完全熔融状态的片型金属材料喷注到一模具中，该熔化缸倾斜设置，其末端具有一喷嘴，缸体外围具有一加热装置，并且该熔化缸的内部具有一喷注柱塞，可自由地前进或后退(参考专利1US2001/0004930A1说明书及图1和图6)。
此外，另一种方法为通过一垂直安装的设备喷注由一液态金属制得的半固态金属材料，其中该设备是由一个在末端具有喷嘴的桶构成的，其中心处具有轴向空腔，外部周围具有温度控制器，以保持比金属液化温度更低的温度，并且在轴向空腔的内部设置有用于喷注的一旋杆，以自由旋转或滑动，然后料斗中一熔融的诸如锭铁的固态金属材料，供给该液态金属到桶中(参考专利2USP5,501,266说明书和图1及图3)。
参考专利1中的金属成形机，片型金属材料由设置有喷射柱塞的熔化缸，从进料口直接落下至液态金属表面。诸如锌，镁或合金的金属材料具有非常轻的重量，不会由其自重立即沉入液态金属中，然而，甚至安装有搅拌装置，其在液态金属上也可能形成一堆积状态。
由于越积越高，液态金属上的片型金属材料的顶部从液态金属中获得的热量较少，并且很难通过搅拌来促进熔化，由于其以固态被暴露在如氩气的惰性气体中相对较长的时间，片型材料变成了烘烤过的状态，易于形成碎渣。
片型金属材料的直接供给会导致在进料口的落下处形成材料桥接，因此材料的供给难于实现平滑下降，或材料由于在倾斜设置的熔化缸的进料口下的内表面的积累转化为固态，从而在长期的操作下，该积累最终逐渐膨胀，使得遇到材料熔化障碍或者活塞操作障碍。需要解决的问题是，操作期间的障碍引起金属成形机的功能恶化，并且对通过连续注射成形生产的金属制品的质量具有深远的影响。
如在参考专利2中描述的方法，通过一料斗，金属材料作为由固态材料熔化成的液态金属，被供给到直立的桶中，该桶在中心处具有一轴向空腔并且在轴向空腔内部具有一旋杆，其中自液态金属通过剪切/冷却同时保持桶温低于液化温度而形成的半固态材料被喷注到模具中。
此外，由于直到旋杆叶片和轴向空腔的内壁之间的空间被填满之后，该液态金属的供给才进行，该难题仍然存在于此种倾斜设置的熔化缸中喷注液态金属用以作为供给方法的成形机中。
发明内容
本发明的目的是提供金属材料新的熔化和供给方法及设备，其中上述问题，即供给片型金属材料至倾斜设置的喷注单元，然后通过熔化以液态喷注，可通过在从一立于熔化金属材料池上的熔化缸将材料熔化成液态供给，来予以解决。
本发明的金属材料熔化和供给方法的目的涉及一种通过熔化将金属材料供给到一金属成形机的方法，其中金属成形机包括一夹钳装置，以及具有一液态金属材料池的喷注单元，该液态金属材料池具有一缸体，该缸体末端安装有喷嘴，外围设置有加热装置，内部设置有喷射柱塞，从而该柱塞可分别自由地前进或后退，一喷注缸设置在液态金属材料池的后部，及该喷注单元朝向夹钳装置倾斜设置；以及将金属材料供给到所述的液态金属材料池是通过将金属材料加热到液化温度之后，熔化成液态金属材料来进行的，该熔化是在立于液态金属材料池上的熔化缸中进行的，并经一比熔化缸内径小的供给管将液态金属供给到液态金属材料池中的液态金属表面上。
本发明的金属材料熔化和供给方法是在一惰性气体中进行的。
本发明还涉及一种通过熔化将片型金属材料供给到金属成形机的装置，其中金属成形机包括一夹钳装置，以及具有一液态金属材料池的喷注单元，该液态金属材料池具有一缸体，该缸体末端安装有喷嘴，外围设置有加热装置，内部设置有喷射柱塞，从而该柱塞可分别自由地前进或后退，一喷注缸设置在液态金属材料池的后部，及该喷注单元朝向夹钳装置倾斜设置；所述装置具有一熔化缸，其包括位于熔化缸底部的供给管，该供给管直径较熔化缸内径小，以将熔化了的金属材料供给到液态金属材料池中，所述装置还具有位于熔化缸外围的加热装置和一连接至熔化缸顶部的料斗，该料斗的内部设置有一供给旋杆，以及该装置立于该液态金属材料池上，并使供给管朝下。
本发明涉及一种通过熔化将固体金属材料供给到金属成形机的装置，其中金属成形机包括一夹钳装置，及具有一液态金属材料池的喷注单元，该液态金属材料池具有一缸体，该缸体末端安装有喷嘴，外围设置有加热装置，内部设置有喷射柱塞，从而该柱塞可分别自由地前进或后退，一喷注缸设置在液态金属材料池的后部，及该喷注单元朝向夹钳装置倾斜设置；所述装置具有一熔化缸，其包括位于熔化缸底部的供给管，该供给管直径较熔化缸内径小，以将熔化了的金属材料供给到液态金属材料池中，所述装置还具有位于熔化缸外围的加热装置；以及一具有进料口的供给缸，连接至该熔化缸的顶端；以及，该装置立于该液态金属材料池上，并使该供给管朝下。
另外，上述本发明的装置在供给缸顶部具有一推进缸，推进缸的柱塞插入到供给缸中。
还有，上述本发明的装置具有一供给管，用以将惰性气体供给到熔化缸底部和液态金属材料池中液态金属材料上表面之间的空间及熔化缸上部的空间。
图1示出了设置有本发明的金属材料熔化和供给装置的金属成形机的侧视图；图2示出了本发明的液态金属材料池及用于片型金属材料熔化和供给的装置的纵向剖面图；图3示出了本发明的液态金属材料池及用于固态金属材料熔化和供给的装置的纵向剖面图。
具体实施例方式
图1示出了一个喷注单元，其中包括一个液态金属材料池2，其在缸体21的末端具有一喷嘴件22，及一金属材料熔化和供给装置3及一喷注缸4。标号5为一模具6的夹钳装置，其设置在安装有喷注单元的装置基座7的表面上。
标号8为该喷注单元1的基座，在其前端部具有一喷嘴接触部件9，在其内部和后部设置有一热流槽(runner)，一基座10由一平板10a构成，其中在两侧的上部具有近似45度的向内倾斜，以使其可任意旋转，通过经由在基座10上的一支撑轴12插入一液态金属材料池的支撑腿23和喷注缸4的支撑腿41，喷注单元向下朝夹钳装置倾斜设置，并且在末端的一喷嘴件22接触到喷嘴接触部件9的上角落部分。
液态金属材料池2的喷嘴接触装置13由一侧部的液压缸13a及杆13b构成，该液压缸自液态金属材料池2的缸体支撑件23，通过喷注缸4的支撑腿41设置，该杆13的轴末端连接到喷嘴接触部件9侧面的轴承，以使得处处可旋转。
喷注缸15的一喷嘴接触装置14水平地相对于喷嘴接触部件9的表面设置，其由固定在一支撑部16上的液压缸14a，一活塞杆14c和一杆14b构成，该支撑部16设置于基座的表面上，杆14b的末端连接于喷嘴接触部件9的后部。此外，杆14b的后部与液压缸14a的活塞杆14c相连接，其中基座8与杆14b一起沿前进或后退的方向移动。液态金属材料池2和基座8上的喷嘴接触部件9相应地沿前进或后退的方向移动。其结果是，设置于喷嘴接触部件9前表面的喷注缸15执行相对于模具6的喷嘴接触和释放操作。
上述液态金属材料池2包括设置在缸体21的上部中间位置的材料进料口上的一熔化和供给装置3，其中在缸体21的外围安装了一带状加热器24，以保持液态金属材料的内部温度至少高于液化温度。如图2所示，与喷嘴22的喷嘴口连通的喷嘴末端形成为计量室，其具有一所需的长度，该长度比缸体的内径约小8-15％，并且喷射柱塞的喷注头26插入到计量室25中，并可自由地前进或后退。
此外缸体21内部自材料进料口的末端开始的上部，由设置在缸体内部的阻塞件27的阻塞而变得没有空间。阻塞件27由一轴构成，该轴长度为自进料口的上部附近到缸体的后缘，其通过在阻塞件27的通孔中拧入螺钉，气密地装配在缸体的后部，柱塞26的杆26b的后部连接至喷注缸4的活塞杆42，并且通过插入多个环28以实现气密，并可自由地前进或后退，阻塞件27的下端部靠近进料口的边缘部。
喷射柱塞26的杆26b的厚度是不同的，取决于液态金属材料池的缸体21的内径，然而，缸内径和杆直径间的比率大于2.5，且较佳在缸内径和杆外径间的一侧具有35mm以上的空间。例如根据上述比率，当熔化缸的内径为115mm，那么杆的直径范围为32mm至40mm。
此外，喷射柱塞26的喷注头26a处安装有一止回阀26c，其在外周面埋设有一密封环，以使得喷注头26a自由前进或后退。在喷注头26a和止回阀26c之间形成的空间，通过止回阀26c的后部表面与喷射柱塞后部的阀座接触/非接触来打开和关闭。该喷注头适合插入，以自由地前进或后退至上述计量室25中。
在此喷注单元1中，缸体21中的液态金属材料(液态材料)通过抽吸被计量，其中计量室25中的喷注头26a通过喷射柱塞26的反向运动被滑至图2中的后极限位置，通过喷射柱塞26的向前滑动，计量后的液态金属材料通过喷嘴接触部件9和喷注缸15，由喷嘴件22喷注到被钳住的模具6中。
上述熔化和供给装置3由熔化缸构成，其中供给管31a具有比缸体内径更小的直径(例如约7mm)，该缸体通过封闭一打了孔的细长缸(例如直径约为40mm，长度约为500mm)的一端来循环液态金属；并且在其被分为多个区域的外围设置有带状加热器或电感应加热器的加热装置32，以进行温度控制，并且内部设置有供给旋杆的料斗，经由中间部件33连接至熔化缸31的其他部分。供给旋杆34通过连接到一安装在料斗覆盖板36的电驱动马达的轴上，而设置在中间部件33的内部，该中间部件为熔化缸31的延伸。此外38为材料输送管，39为臂部，由该臂部该熔化和供给装置固定地设置于液态金属材料池2的支撑腿23上。
熔化和供给装置3竖立在液态金属材料池2上，其以位于熔化缸31底部的一供给管31a插入到一设置在缸体21一侧的进料口，并具有供给管41a和40b，用于将诸如氩的惰性气体，从底部输送到液态金属池2的液态金属材料表面L的内部，同时输送到熔化缸的上部空间。
在这样的熔化和供给装置3中，存于料斗35中的所需数量的片型金属材料M通过供给旋杆的旋转被传送至熔化缸31中。熔化缸31和料斗35的内部以及液态金属材料池2被保持在惰性的氩气中，该惰性气体来自连接于熔化缸31的上部和下部的供给管40a和40b。
当片型材料是镁合金时，熔化缸31被加热至高于液化温度(600℃-700℃)，然后片型材料M被送至内部并由其自重下落至缸体内的底部。但由于内基座表面31b形成有小尺寸供给管31a，片型材料通过在缸体外围加热保持在该缸体中的材料，而将其熔化为液体，而不会使其掉落到液态金属材料池2的内部。熔化缸31内形成的液态金属材料，由于自重经由供给管31a无变化地流入缸体21中，并保存在液态金属材料池2中，作为液态金属材料M1。
当将片型材料供给到一熔化缸31中时，根据熔化能力通过控制传送旋杆34的旋转速度，熔化缸中材料的体积被控制在一稳定水平。第一次传送量设置为多批，其重量略微大于一批的喷注重量，从接下来的下一轮开始，通过由传送旋杆传送到料斗35，所需数量的片型金属被熔化，然后流出到液态金属材料池2，每当液态金属材料表面L下降，其中液态金属材料表面通过检测器(图中省略)来检测，以使液态金属材料表面L保持在设定水平。
对于熔化缸31中的材料熔化，该熔化缸被控制而具有一比液态金属材料池2小的直径，融化效率提高，其原因在于通过片型金属的密集状态易于实现熔化缸31的热量到达每一个片型金属。
在片型金属材料由如参考专利1中描述的其中设置有喷射柱塞的熔化缸中熔化时，通过一加大的熔化缸容积(液态金属材料)加热温度到650℃是必需的，当提前在熔化缸31中熔化为液态时，在液态金属材料池2中熔化就是不必要的。
因此稳定的熔化过程比以前更可能延续，其中通过制造小体积缸体节省能量是有效的，将保持温度控制在大约600℃，并且液态金属材料的温度变化更小。
此外，在熔化缸31中，片型材料通过在四周获得热量的同时处于高密度状态，而迅速熔化，从而在液态金属材料表面积累熔化中无烘烤状态产生，并且由积累引起的堆积的形成可被控制，并且液态金属材料池2中的堆积沉积现象大大减少。
因直接供给片型材料到熔化缸导致如参考专利1所述的落下口处的材料搭桥或者在倾斜设置的熔化缸进料口的底部内侧壁表面的材料积累消失了，其结果是，使得液态金属材料池2的维护周期变长，而需要在较长的周期内仅仅分解和维护熔化缸，因此提高了成形机的工作效率。
图3示出了用于诸如短柱形的固体金属材料M’的熔化和供给装置3，其由一侧部设有进料口43的供给缸44构成，并通过一中间部件33沿长度方向连接到熔化缸31的顶部，并且气压或液压推进缸46在供给缸44的顶部提供力推动柱塞45，柱塞45朝向下方插入到供给缸44中，并且通过将熔化缸31插入设置在缸体21上的材料进料口，熔化缸31的供给管31a作为熔化缸的底端立于液态金属材料池2上，其中设置的惰性气体供给管40a，40b从熔化缸的底部提供惰性气体到液态金属材料池2的液态金属材料表面L，和熔化缸31的顶部空间。
熔化缸31的内径适于在固体金属材料M’的外表面和熔化缸内表面之间形成2.0mm或更小，优选为从0.8mm到1.0mm的间隙。该间隙构成了一个绝缘空间，可减少与外部的热传导。超过2.0mm的间隙是不适宜的，因为熔化速度会变得很慢，需很长时间熔化。例如，当固体金属材料是直径为60mm，高度为300mm，重量为1500g的短柱体时，熔化缸31的内径为61mm是适宜的。
对于这种熔化和供给装置3，具有多批重量的固体材料，在收缩柱塞45后，经由进料口43供给到供给缸，然后通过伸出柱塞45将其推动至熔化缸31的内部，并且因此通过在外围的加热装置32可被熔化为液态。熔化缸31中形成的液态金属M’1通过小直径(例如10mm)的供给管31a由自重无改变地流出到缸体21中，并在金属材料池2中积累。对于如短柱形的固体材料，单位重量的表面积小于片型材料，从而材料表面附着的氧化物难于进入到熔化缸31中及液态金属材料池2中，此外，还消除了由氧化形成残渣的现象，由此，与使用片型材料相比，金属成形机的工作效率提高了。
权利要求
1.一种通过熔化将金属材料供给到一金属成形机的方法，其中金属成形机包括一夹钳装置，以及具有一液态金属材料池的喷注单元，该液态金属材料池具有一缸体，该缸体末端安装有喷嘴，外围设置有加热装置，内部设置有喷射柱塞，从而该柱塞可分别自由地前进或后退，一喷注缸设置在液态金属材料池的后部，及该喷注单元朝向夹钳装置倾斜设置；以及将金属材料供给到所述的液态金属材料池是通过将金属材料加热到液化温度之后，熔化成液态金属材料来进行的，该熔化是在立于液态金属材料池上的熔化缸中进行的，并经一比熔化缸内径小的供给管将液态金属供给到液态金属材料池中的液态金属表面上。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述的金属材料的熔化和供给是在一惰性气体中进行的。
3.一种通过熔化将片型金属材料供给到金属成形机的装置，其中金属成形机包括一夹钳装置，以及具有一液态金属材料池的喷注单元，该液态金属材料池具有一缸体，该缸体末端安装有喷嘴，外围设置有加热装置，内部设置有喷射柱塞，从而该柱塞可分别自由地前进或后退，一喷注缸设置在液态金属材料池的后部，及该喷注单元朝向夹钳装置倾斜设置；所述装置具有一熔化缸，其包括位于熔化缸底部的供给管，该供给管直径较熔化缸内径小，以将熔化了的金属材料供给到液态金属材料池中，所述装置还具有位于熔化缸外围的加热装置和一连接至熔化缸顶部的料斗，该料斗的内部设置有一供给旋杆，以及该装置立于该液态金属材料池上，并使供给管朝下。
4.一种通过熔化将固体金属材料供给到金属成形机的装置，其中金属成形机包括一夹钳装置，及具有一液态金属材料池的喷注单元，该液态金属材料池具有一缸体，该缸体末端安装有喷嘴，外围设置有加热装置，内部设置有喷射柱塞，从而该柱塞可分别自由地前进或后退，一喷注缸设置在液态金属材料池的后部，及该喷注单元朝向夹钳装置倾斜设置；所述装置具有一熔化缸，其包括位于熔化缸底部的供给管，该供给管直径较熔化缸内径小，以将熔化了的金属材料供给到液态金属材料池中，所述装置还具有位于熔化缸外围的加热装置；以及一具有进料口的供给缸，连接至该熔化缸的顶端；以及，该装置立于该液态金属材料池上，并使该供给管朝下。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述的供给缸在供给缸顶部具有一推进缸，推进缸的柱塞插入到供给缸中。
6.如权利要求3至5中任一项所述的装置，其具有一供给管，用以将惰性气体供给到熔化缸底部和液态金属材料池中液态金属材料上表面之间的空间及熔化缸上部的空间。
全文摘要
本发明的金属成形机具有一喷注单元，其朝向夹钳装置倾斜设置，该喷注单元包括一液态金属材料池及在该液态金属材料池后部的喷注缸，其中该液态金属材料池具有一缸体，其末端具有一喷嘴，其外围安装有一加热装置，及在其内部具有一喷射柱塞可自由地前进或后退；将金属材料供给到所述的液态金属材料池是通过将金属材料加热到液化温度之后，熔化成液态金属材料来进行的，该熔化是在立于液态金属材料池上的熔化缸中进行的，并经一比熔化缸内径小的供给管将液态金属供给到液态金属材料池中的液态金属表面上。金属材料的熔化和供给在诸如如氩气的惰性气体中进行。
文档编号B22D17/28GK1541789SQ20041000533
公开日2004年11月3日 申请日期2004年1月30日 优先权日2003年1月31日
发明者滝泽清登, 甲田纪泰, 宫川守, 安在和夫, 武居晃司, 山崎孝, 司, 夫, 泰, 泽清登 申请人:日精树脂工业株式会社