专利名称：熔化物料的装置和方法
技术领域：
本发明涉及熔化物料供应单元，并例如有利用来熔化具有相对高熔点的例如金属和/或金属和塑料的混合物的物料。本发明同样涉及包括这种熔化物料供应单元的模制设备(例如模制模具)。
背景技术：
压铸模具(机器)通常用来将金属模制成制造物体。例如熔化铝合金和镁合金的熔化金属通常在鼓风炉中熔化，然后传送到模具同时暴露于空气。此后，熔化金属在压力下注射到模具中。通常来说，压铸模具采用活塞缸机构加压熔化金属，使得熔化金属可在压力下注射到模具中。注射的熔化金属接着冷却并在模具中固化，因此形成金属模制产品。
然而，鼓风炉通常成本高并需要高成本的安装。另外，当金属在鼓风炉中熔化并暴露于空气时产生的加热气体造成环境污染。因此，长久已往需要低成本熔化物料并最好使得环境污染最小的设备和方法，该物料包括但不局限于金属和金属塑料混合物。
发明内容
因此，本发明的目的在于教授改进的熔化物料供应单元和具有这种供应单元的模制设备。
在本教导的一方面中，熔化物料供应单元可用来熔化固态或半固态物料而不使用鼓风炉并最好降低(或大致消除)排放到周围环境的污染气体。这里，术语“半固态”，“半熔化”和“软化”意在表示物料(例如金属塑料混合物或非金属有机合成物)同时存在于固态和液态相两者的情况。或枝晶(固态颗粒)分布或悬浮于液态物料的状态。因此，半固态物料可以是大致固态，但可模制或柔性的。在本教导的一方面，物料在其纯固态下不可以正常模制或柔性。因此，在本教导的此方面，任何可转变或呈现软化状态的物料可按照本教导有利地熔化和处理。
按照本教导的另一方面，所教授的熔化物料供应单元可降低物料通常在有空气时熔化的情况下产生的污染气体。因此，在本教导的一实施例中，熔化物料供应单元可有选择地包括真空加热装置。例如，加热结构可于例如真空泵的真空装置连通。在本教导的此方面，该加热结构可具有任何适合的设计或构形，只要加热结构在除了加热结构的入口和出口之外大致气密即可。例如，熔化室，加热结构和加热筒在本教导的代表性实施例中进一步在下面描述。一种适合类型的加热器例如通过将电流供应通过电阻性物料中来产生热量。然而，自然可设想其他类型的加热器，其包括通过燃烧燃料源产生热量的加热器。因此，在本教导的此方面，物料最好在加热结构内大致在没有空气的情况下从固态或半固态熔化成熔化状态(例如完全液态)。
在本发明的另一方面中，物料以杆件或其他方便的构形逐一(例如顺序地)供应到加热结构中，该构形不特别局限于本教导的此方面。在本教导的一实施例中，物料(例如柱形杆件)的外尺寸最好大致与加热结构的入口的内尺寸相对应。更优选的是，入口的内尺寸略微小于软化物料的外尺寸。因此，在此方面，物料当其通过加热结构的入口插入时最好是软化或半固态的状态。例如，在另一实施例中，软化物料可通过加热结构的入口强迫引入。在这种情况下，气密密封最好形成在加热结构的内壁和软化物料之间的入口处。
在本教导的另一方面中，物料可以软化柱形杆件的形式供应，并且入口可以是当软化金属杆件强迫通过入口时挤压物料的装置，因此确保气密密封。挤压装置可以是环件或任何其他具有略微小于杆件的周边或直径的内周边或直径的适合结构。挤压装置最好大致布置在加热结构入口处及其周围。在本教导的此实施例中，最好基本上没有空气与加热筒中的熔化物料接触。
在本教导的另一方面中，在物料送入熔化室之前，可设置装置预热将要熔化(例如柱形杆件形状)的物料，该熔化室例如可以是真空加热装置。最好是，预热装置将固态物料形成软化或半固态状态。因此，熔化室内的熔化过程可方便和快速完成。另外，预热(软化)的物料可在强迫插入熔化室时方便挤压。
在本教导的另一方面中，所教授的模制设备可在模制物料的同时总体降低或防止污染气体的产生。模制设备可包括熔化物料供应单元，与熔化物料供应单元形成整体的加压和填充单元。加压和填充单元可用来将熔化物料在压力下填充到模具中。与熔化材料供应单元类似，加压和填充单元可在大致真空状态下将熔化物料填充到模具中。
在本教导的另一方面中，所教授的供应材料的方法使得物料模制的同时总体降低或防止污染气体的产生。代表性的方法包括在加热结构中在大致真空状态下加热物料并将物料从加热结构中推出。用于本教导大致真空的状态的精确的压力状态将自然按照将要熔化和处理的特定材料来确定。这里，术语“熔化室”，“加热结构”和“加热筒”可总体包括相同或类似的结构。
在本教导的另一方面，教授了使用模具模制物料的方法，并且该方法包括同样在大致真空状态下通过加压和填充筒将熔化物料(例如大致或完全液态)填充到模具中。所述步骤自然与这些步骤相结合以便提供本教导的另外的实施例。
本发明的其他目的、特征和优点在阅读以下详细说明以及附图和权利要求之后将便于理解。
图1表示第一代表性金属模制设备的物料供应单元的垂直截面图；图2是表示代表性预热单元的推动筒的代表性操作的示例性截面图，在预热单元中金属杆件下落到推动筒的两个开放的筒半件中。
具体实施例方式
第一代表性金属模制设备总体在图1，2中表示。第一代表性金属模制设备可包括例如熔化金属供应单元1，如图1所示。
参考图1，熔化金属供应单元1可包括预热部段3和真空加热部段4，加压和填充单元可与真空加热部段整体形成。最好是，预热部段3可包括堆料器5和液压缸装置6。在堆料器5内限定空间以便容纳垂直叠置的柱形金属杆件R。例如，金属杆件R可从单一长杆件切下以便具有预定(例如恒定或均匀)的长度。最好是，金属杆件R的长度确定成每个金属杆件R的体积大致等于模具M的空腔C的体积，将在下面进一步描述。液压缸装置6可用来推动金属杆件R逐一进入真空加热部段4。
一个或多个加热器9可安装在堆料器5的外部并可用来将金属杆件R预热到适当温度，该温度可以是例如将使得金属杆件R形成软化状态的温度。例如，金属杆件R可以在加热杆件R供应到真空加热部段4之前加热软化。尽管没有在图中示出，上入口开口可限定在堆料器5中，金属杆件R通过上入口开口插入以便容纳在堆料器5中。堆料器5的容量和金属杆件R可容纳在堆料器5内的数量没有特别限定并可例如考虑到模具M的空腔C的容量来适当确定。最好是止挡10布置在堆料器5的底部。致动器(未示出)可用来水平运动止挡10(即大致垂直于堆料器5的纵向轴线)，因此将止挡10延伸到堆料器5内并从堆料器5中缩回止挡10。因此，止挡10可用来有选择地将金属杆件R加载或插入供应筒7中。
图2表示代表性的但非限定性的供应筒7的截面图。此供应筒7可直接定位在堆料器5之下并可包括例如一对筒半件7A。铰链(未示出)可枢转地连接在筒半件7A的底边缘上并且致动器(未示出)可开启和闭合筒半件。因此，筒半件7A可开启以便当从堆料器5中缩回止挡10来使得金属杆件R插入或下落时容纳金属杆件R。筒半件7A然后闭合以便使得推动活塞8向真空加热部段4推动金属杆件R。最好是，筒半件7A的致动器和止挡10的致动器与液压缸装置6一起操作，使得金属杆件R顺序放置在供应筒7中，然后通过推动活塞8推动。
真空加热部段4可包括用来从供应筒7接纳预热金属杆件R的加热筒11。另外，加热筒11最好还加热金属杆件R。因此，金属杆件R可加热到更高温度，因此将软化的金属杆件R完全熔化成熔化金属。此后，熔化金属供应到模具中以便模制。为了进一步加热金属杆件R，加热器12可连接到加热筒11的外侧。
在另一优选但可作为选择的实施例中，保护管13可插入加热筒11中，使得加热筒11不直接与熔化物料接触。最好是，保护管13可包括一种或多种材料，该材料是耐热的并不与熔化物料化学反应，同时提供适合的机械强度和小的热膨胀系数。在一优选但非限定的实施例中，陶瓷和陶瓷金属合成物可用于保护管13。
尽管外部加热器12表示在第一代表性实施例中，可用作加热器12的特定类型的加热器不受特别限制。例如，内加热器可嵌置在加热筒11内。另外，加热筒11的长度可通过考虑加热器12的加热能力和将要熔化的物料的熔点来适当确定。
再参考图1，入口环件14可定位在加热筒11的后端，使得环件14与预热部段3的供应筒7的前端相对。最好是，环件14可具有相对高的熔点和高的机械强度，使得环件14可挤压或刮削半熔化金属杆件R的外表面。例如，超硬合金可用来形成环件14。另外，环件14的内直径最好略微小于金属杆件R的外直径。例如，如果杆件R具有50mm的直径，环件14可具有大约49.5到49.8mm的内直径。
环件14的内直径可沿真空加热部段4的轴向(纵向)一致或沿轴向(纵向)逐渐减小。另外，环形凹口15可形成在环件14的内周表面上并通过连通口16与真空泵17连通。因此，在本教导的优选方面中，加热筒11的内空间在金属杆件R完全熔化时可形成大致真空状态，将在下面进一步说明。
加热筒11的前部21a的内壁最好向前部21a的前端变窄。另外，前部21a最好与限定在热喷口22的流动通道25连通。
热喷口22的流动通道25的前端(图1所示的右侧)可直接通向模具M的空腔C并且内直径可向空腔C减小。多种已知的模具M可用于本发明，并且模具M的构造并没有特别限制。在第一代表性实施例中，所示的模具M包括可运动的模具部分M1和固定的模具部分M2。空腔C限定在可运动的模具部分M1和固定模具部分M2之间。
尽管没有在附图中示出，绝缘层可覆盖热喷口22的外表面并且流动通道25的内表面和绝缘层最好由一种或多种陶瓷材料制成。陶瓷特别优选作为内层的材料，这是由于此材料可同样用来保护热喷口22的内壁不受熔化金属的影响，如结合加热筒11的保护管13所描述那样。通过使用此布置，热喷口22的温度以及特别是前端部32的温度可以进行可靠和快速控制以便与模制周期相对应。
代表性的模制过程将参考所述代表性实施例进行描述。
(1)首先，金属杆件R顺序填充到预热部段3的堆料器5中并且加热器9将金属杆件R加热到预定温度，该温度对于ADC12(铝合金)和MD1D(镁合金)最好是大约300℃。因此，金属杆件R在堆料器5中软化。
(2)筒7的筒半件7A接着如图所示开启。止挡10从如图1实线所示的金属杆件R叠摞之下的支承位置运动到图1虚线所示的松开位置。因此，最下面的金属杆件R将下落或下坠到开启筒半件7A形成的空腔中。一旦最下面的金属杆件R(此后称为“第一金属杆件R”)从堆料器5中松开，止挡10返回到支承位置以便防止下一个最下面的金属杆件R落入开启的筒半件7A中。此时，筒半件7A最好闭合。
(3)液压缸装置6的推动活塞8向前运动(图1所示向右)以便推动第一金属杆件R通过环件14一预定距离，该环件定位在加热筒11的后侧。因此，第一金属杆件R的前端定位在环件14的环形凹口15的后部(图1所示向左)一短距离处。由于环件14的内直径略微小于金属杆件R的直径，第一金属杆件R将由环件14的后开口的边缘挤压。因此，在环件14的内表面和已经运动进入环件14内的第一金属杆件R的部分的外表面之间形成气密密封。因此，在环件14和第一金属杆件R之间没有间隙，该间隙将使得空气进入加热筒11。因此，将通过强迫第一金属杆件R通过具有略微小于金属杆件14的直径的环件14使得加热筒11的内空间大致与外部环境密封。
(4)当金属杆件14布置在加热筒11的内部时，真空泵17最好受驱动以便在加热筒11内形成大致真空状态(在本实施例中最好小于10mm汞柱)。
(5)然后，推动活塞8进一步向环件14运动。当第一金属杆件R的后端到达环件14的紧前方的位置时可以停止推动活塞8的向前运动。此后，活塞8可返回图1所示的原始(静置)位置。
(6)下一个金属杆件R可接着以所述步骤(2)的相同方式从堆料器5供应到筒7中。此后，下一个金属杆件R可由推动活塞8通过环件14推动进入加热筒11直到金属杆件R的后端到达环件14的紧前方的位置。因此，第一金属杆件R可通过下一个金属杆件R进一步推动进入加热筒11。对于堆料器5内的剩下的金属杆件R重复进行相同的操作。
因此，金属杆件R逐一供应到加热筒11内并可顺序通过加热器12的加热操作从半固态形成完全熔化状态。例如ADC12(铝合金)和MD1D(镁合金)可在大约580～600℃完全熔化)。
(7)在加热筒11充满熔化物料之后，推动活塞8的推动操作可暂时停止。在此阶段，最后的金属杆件R的后部靠近环件14的前端的后部定位。
(9)随后，液压缸装置6可受驱动，使得活塞8向前运动。当活塞8到达前行程端部时，熔化物料可填充热喷口22的流动通道25中，并进一步进入模具M的空腔C中。因此，空腔C可完全充满。
(10)模具M接着冷却以便在模具M中固化熔化金属。此后，可运动的模具半件M1可与固定模具半件M2分开，使得固化的物料作为模制产品从模具M中取出。另外，在模具M冷却的同时，热喷口22以及特别是前端部32可保持在适当的温度下以便将模具M内的物料保持在半固态状态。因此，模制产品可便于从模具M中取出。另外，喷口22的温度可调整使得物料在模具填充期间只流出喷口22。例如，喷口22在模具填充操作期间可保持在相对高温下，而在其他期间保持在相对低温下。因此，在模具填充操作期间之外的期间内，喷口22内的物料可重新固化并因此在流动通道25中提供气密的密封。
在此代表性的实施例中，熔化金属供应单元1包括真空泵17，该真空泵与加热筒11连通并用来降低加热筒11内的压力。因此，半熔化金属杆件R可在大致没有空气或氧气的情况下加热。另外，在熔化步骤中没有或很少有加热气体蒸气产生。另外，真空泵17可抽出产生的任何蒸气，并且这些蒸气可接着正确处理以便限制或避免环境污染。另外，由于筒11的加热过程可在大致真空的状态下进行，在熔化物料中没有包含空气或包含很少的空气。因此，熔化物料供应单元1可有利地用作模制产品的模具M的物料供应单元。
另外，由于筒11的内部可保持在大致真空的状态下，熔化物料可填充到模具M中而不在熔化物料中包含空气。因此，可改进模制产品的质量和产量。另外，即使对于不需要在减小压力的状态下熔化以便减少污染气体的物料，本教导的此方面使得本发明代表性方法特别有利。因此，本教导的此方面可有效地用于多种将从固态熔化并排放到另一工具或机器中以便进一步处理液态物料的物料。
特别是，由于真空泵17在加热筒11的出口处连接到环件14上，金属杆件R的外周边可由于降低的压力向环件14的内周边吸引。采用，降低的压力同样可用来在环件14内保持金属杆件R并将熔化金属杆件R的上游侧保持在加热筒11内。
另外，金属杆件R可通过液压缸装置6顺序推动进入加热筒11，并且金属杆件R的体积可确定成与模具M的空腔C的体积相同。因此，熔化物料可通过每个产品所需的定量供应到模具M中，同时金属杆件R推动进入加热筒11与金属杆件的长度相对应的距离。因此，可便于控制供应到模具M内的熔化物料的量。
另外，由于金属杆件R可通过预热单元3在其供应到加热筒11之前预热，金属杆件R可便于在加热筒11内快速熔化。另外，由于金属杆件R可在加热筒11的入口处通过环件14挤压或刮削，在环件14和在加热筒11的入口处的金属杆件之间没有间隙。因此，可靠地防止空气进入加热筒11，使得加热筒11的内部可靠地保持在大致真空状态下。
另外，由于保护管13可插入加热筒11，加热筒11最好不直接接触熔化物料。特别是，由于保护管13可由例如陶瓷的不与例如铝合金的熔化物料化学反应的材料制成，可防止金属副产品的形成。因此，可保护加热筒11不受到这些金属副产品产生而造成的损坏。因此，加热筒11可具有长的寿命，并可由例如钢或铁的通常和经济地用于机械部件的材料制成。
另外，热喷口22的流动通道25的内壁同样可由保护层保护，该保护层可作绝缘层并同样用来以与保护管13相同的方式保护热喷口22不受熔化物料的影响。因此，可防止金属副产品在加热筒11到空腔C的流动通道中形成。因此，加热筒11和热喷口22的使用寿命可延长并且改善模制产品的质量和产量。
最好是，保护管13的材料和热喷口22的流动通道25的内层可选择成用多种熔化在加热筒11内的合金防止金属副产品的形成，该合金可包括铝合金和镁合金。特别是，为此陶瓷、陶瓷金属合成物和氧化铬涂层可提供满意的结果。
另外，热喷口22的前端部32可接触固定模具半件M3。在此情况下，热喷口22的前端部32内的熔化物料可以在固定模具半件M3冷却时快速冷却以便固化空腔C内的熔化物料。因此，热喷口22内的剩余物料(固态或半固态)可用来中断空腔C和加热筒11之间的连通。因此，当空腔C已经开启以便从模具M取出模制产品时不需要阀装置在筒11内部保持大致真空状态。
另外，与熔化供应单元1相关使用热喷口22可生产那些不含不必要附属物的模制产品，例如流道、管、圆坯和溢流口，这些附属物通常伴随着使用已知压铸设备模制的产品。由于不形成附属物，模制产品的制造成本降低并且模制循环可缩短。另外，如果不需要从模制产品上去除附属物，制造成本自然将进一步降低。通常，从已知压铸设备的模制产品上去除的附属物通常再次熔化并与新鲜金属物料混合以便在模制过程中再次使用(循环)。然而，按照此代表性的实施例，不需要熔化这种附属物，由于这种附属物通常一开始就没有产生。另外，由于模制过程可总是使用新鲜物料进行，模制产品质量稳定。
另外，尽管所述代表性实施例的金属杆件R具有圆形截面构形，金属杆件R可具有多种其他截面构形，例如多边形、椭圆形等。最好是，环件14成形为以便具有大致与杆件R的构形一致的内表面，并且因此环件14和杆件R的特定构形不重要，只要该构形大致相符即可。此外，尽管代表性实施例关于金属杆件R进行描述，这种杆件R可以是任何类型的物料，该物料可以熔化并进一步在液态下加工或处理。例如，金属塑料混合物和其他非金属聚合合成物同样可明显适用于本教导。
权利要求
1.一种熔化物料供应单元包括一构造并布置成在大致真空的状态下容纳和加热该物料的加热筒。
2.如权利要求1所述的熔化物料供应单元，其特征在于，其还包括一与该加热筒连通并布置和构造成在该加热筒内产生减压的真空装置。
3.如权利要求2所述的熔化物料供应单元，其特征在于，该真空装置包括一靠近该加热筒布置在该加热筒的入口附近的位置上的真空泵。
4.如权利要求1所述的熔化物料供应单元，其特征在于，该物料以具有预定长度的杆件的形式供应到该加热筒中。
5.如权利要求4所述的熔化物料供应单元，其特征在于，该杆件由金属制成。
6.如权利要求4所述的熔化物料供应单元，其特征在于，其还包括一适于将该杆件推动进入该加热筒内的推动装置。
7.如权利要求4所述的熔化物料供应单元，其特征在于，其还包括适于加热该杆件以便在该杆件由该推动装置推动之前预热和软化该杆件的预热装置。
8.如权利要求6所述的熔化物料供应单元，其特征在于，其还包括一布置在该加热筒的入口处的挤压构件，该挤压构件具有略微小于该杆件直径的直径。
9.如权利要求1所述的熔化物料供应单元，其特征在于，该加热筒具有覆盖有不与该加热筒内的熔化物料化学反应的保护层的内壁。
10.如权利要求9所述的熔化物料供应单元，其特征在于，该保护层由选自包括陶瓷、陶瓷金属合成物和氧化铬的组中的至少一材料制成。
11.一种使用模具模制物料的模制设备，该设备包括一具有构造和布置成在大致真空状态下加热和熔化该物料的加热筒的熔化物料供应单元。
12.如权利要求11所述的模制设备，其特征在于，该物料以具有预定长度的杆件的形式供应到该加热筒中。
13.如权利要求12所述的模制设备，其特征在于，该杆件由金属制成。
14.如权利要求12所述的模制设备，其特征在于，其还包括一将该杆件推动进入该加热筒内的推动装置。
15.如权利要求14所述的模制设备，其特征在于，其还包括用于在该推动装置推动该杆件之前预热该杆件到预定温度的预热装置。
16.如权利要求15所述的模制设备，其特征在于，其还包括一布置在该加热筒的入口处并围绕该开口的挤压构件，该挤压构件具有略微小于该杆件直径的内直径。
17.如权利要求11所述的模制设备，其特征在于，该加热筒具有覆盖有不与该加热筒内的熔化物料化学反应的保护层的内壁。
18.如权利要求17所述的模制设备，其特征在于，该保护层由选自包括陶瓷、陶瓷金属合成物和氧化铬的组中的一种或多种物料制成。
19.如权利要求17所述的模制设备，其特征在于，该推动装置包括一布置和构造成接触每个杆件后端并运动每个杆件预定行程以便将该杆件推动进入该加热筒内的活塞，确定该预定行程以便与该模具内限定的空腔的容积相对应。
20.如权利要求19所述的模制设备，其特征在于，其还包括一存储多个杆件并将该杆件逐一供应到该推动装置的堆料器，该推动装置布置和构造成顺序将该杆件推动进入该加热筒中。
21.如权利要求20所述的模制设备，其特征在于，该堆料器包括一布置和构造成在该杆件供应到该推动装置之前预热该杆件的加热器。
全文摘要
一种熔化物料供应单元包括加热筒。该加热筒可在大致真空状态下容纳和加热该物料。该熔化物料供应装置在压力下将该熔化物料填充到模具中。
文档编号B29C45/02GK1539576SQ0312244
公开日2004年10月27日 申请日期2003年4月23日 优先权日2003年4月23日
发明者山田藤夫, 小西正纯, 纯 申请人:山田藤夫, 小西正纯