专利名称：低熔点金属材料注射成型机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于完全熔化低熔点有色金属，如锌、镁或由它们构成的合金的注射成型机，以实现液态条件下的注射成型。
模铸法已经被用于铸造低熔点有色金属，然而在模铸时需要有用于完全熔化金属材料的熔炉，而且模铸是通过从熔炉中汲取熔态金属或利用柱塞挤出而实施的。于是，在不使用熔炉的情况下，与塑料注射成型时相同，实现了在加热筒中熔化再通过螺杆的前进而从位于加热筒末端的喷嘴注射和充填模具，加热筒中以可旋转和可移动的方式沿轴向安装着一个注射螺杆，用以将从加热筒后部供应的粉末状金属材料完全熔化，同时通过螺杆的旋转而将材料向着加热筒前部输送，以将材料以液态储存在加热筒的前室中并且计量。
采用这种金属材料注射成型方法时产生的问题是，难以通过螺杆的旋转而熔化和输送金属材料，而且计量不稳定。
由于大多数情况下塑料是通过剪切作用产生的热量而熔化的，因此螺杆被成形为大直径直至末端部分，而用于使材料流动的螺纹槽被成形得相对较浅。然而，由于熔态塑料在加热筒内壁边界表面上的摩擦系数存在差别，因此即使流动间隙形成得较窄，也可以通过螺杆的旋转而流畅地将熔态塑料向前输送。
与此相反，由于加热到液态的金属材料的粘性会降低到无法与塑料相比的程度，因此在上述两个边界表面处的摩擦系数差异根本不起作用，出于这种原因，很难象熔态塑料那样利用螺杆的旋转而提供输送力。
此外，塑料可以因熔化而获得高粘性，由于在螺杆旋转时因材料向后推压螺杆而导致的压力会产生一个储存在熔化筒前室中的反作用力，因此可以通过控制螺杆的后退而利用材料导致的压力将熔态塑料的每次计量控制在恒定量，然而由于液态金属材料的粘度低，不会出现压力升高到将螺杆向后退动的情况，因此螺杆在材料导致的压力下后退的现象很难发生，而且储存在前室中的材料量也会变化，因此不能在每次将计量控制在恒定量。
此外，加热筒被外围的带式加热器加热以维持预定温度，然而，由于在螺杆侧没有加热器具，而且容易从活塞杆所占据的后端辐射热量，因此位于螺纹槽中的熔态金属容易出现温度不均匀性，为防止这种不均匀性，需要在保持螺杆旋转的条件下过量供应材料，但由于螺杆本身是与利用旋转输送材料的零件组合在一起的，因此不可能实现上述动作。
本发明是为了解决金属材料熔态注射成型中的上述问题而设计的，而且本发明的目的是提供一种用于熔化和输送低熔点金属的新式注射成型机，其中通过利用外部加热熔化金属材料，以及将单独的活动注射件与搅拌件组合起来并装于熔化筒中，解决了金属材料的温度不均匀性或类似问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种低熔点金属材料注射成型机，其中注射成型机构包括以下部件一个熔化筒，其具有一个带有所需长度并与位于末端部分中的喷嘴件连通的计量室，并且具有一个位于中部上侧的供料口；搅拌和注射器具，它们装于熔化筒内以便能够自由旋转或者前进或后退；以及一个用于驱动这些器具的装置，其安置在熔化筒的后端侧，而且注射机构以这样的方式倾斜安装，即喷嘴侧沿向下的方向指向一个锁模机构，以使内部的熔态金属通过自重流动并储存在熔化筒的末端部分中，其中上述搅拌和注射器具包括以下部件一个搅拌件，其中带有一组条带的搅拌翼断续式形成在一个在中心位置带有通孔的中空轴部的末端部分外周上，条带的外径几乎等于熔化筒内径；以及一个注射柱塞，其整体附着在一根注射杆的末端上并且设置在搅拌件的末端处以便能够自由插入上述计量室中，该注射杆插入上述通孔中并能够在注射件的中心位置自由滑动。
此外，本发明的上述注射杆在中部区域带有螺纹，以阻止熔态金属被挤入中空轴部分的间隙中，而且上述注射柱塞在其末端部分上装有一个耐高温密封圈，并且具有一个从内部连通于密封圈装配槽与圆锥形柱塞末端之间的流动口。
本发明的上述注射柱塞是这样形成的，即提供一个由液压缸构成的喷嘴接触装置，液压缸通过系杆而以所需间隔整体连接着上述熔化筒的后端侧，通过将两个向底侧伸出和布置的支撑腿中插入一对支撑轴，喷嘴接触装置被沿向下方向装于一个机架上，每个支撑轴分别位于机架的一个倾斜上表面上，机架则安装在位于底座上的支架上，而且喷嘴接触装置由液压缸和横跨在液压缸一侧与上述支架的末端部分之间的杆构成。
此外，上述搅拌件的驱动装置由一个电机构成，该电机装于熔化筒支撑腿的侧面以便与上述熔化筒一起移动。
本发明的上述支架是这样形成的，即一个喷嘴接触装置装于底座上表面上，从而能够相对于上述锁模机构自由旋转或者前进或后退，支架在末端具有一个喷嘴触块，上述机架安置在支架后部从而能够自由旋转，喷嘴接触装置由杆和液压缸构成，通过将支架与机架和横跨在喷嘴触块与底座上表面后部之间的上述注射机构一起移向锁模机构，可以使附着在喷嘴触块前侧的喷嘴件接触模具。
本发明的上述喷嘴触块是这样形成的，即喷嘴件位于上述锁模机构的前表面上，并且在内侧上部通过一个弯折形成在触块内部的热流道而将一个形成在倾斜后表面上的喷嘴接触浇口与前表面上的喷嘴件连通，该浇口用于与上述注射机构的喷嘴件接触。
通过下面的描述并参照附图可以使本发明的这些以及其它目的和优点更加清楚。
图1是根据本发明的低熔点金属材料注射成型机的示意性纵向剖视图。
图2是图1中的注射成型机的沿纵向局部剖开的侧向立面图。
图3是注射筒的端视图。
图4是搅拌件的沿纵向剖开的端视图。
图5是另一个实施例的注射柱塞的前视图(A)和沿纵向剖开的侧视图(B)。
图6是熔化筒前部的沿纵向局部剖开的侧向立面图，用以顺序显示熔态金属注射成型步骤。
在附图中，附图标记1表示一个注射机构，而附图标记2表示一个锁模机构，二者均安置在底座3的上表面上。附图标记4表示一个支架4，其被安置得能够相对于锁模机构2自由旋转或者前进或后退，由一对板体5a和5a构成并且上表面倾斜的机架5装于支架后部以便能够自由旋转，而且上述注射机构1以这样的方式倾斜安装在机架5上，即能够使喷嘴侧沿向下的方向指向锁模机构2。
上述注射机构1包括一个熔化筒11，其内部装有搅拌和注射器具，如后文所述；一个注射筒12，其以一定间隔装于熔化筒11后侧；一个搅拌电机14，其固定在一个分枝形支撑腿13上，该支撑腿装于熔化筒11后端底侧上；以及一个加料装置15，其用于将粉末状低熔点有色金属材料供应到熔化筒中。加料装置15包括一个水平筒15a和一个位于水平筒内侧的螺杆15c，该螺杆被一个装于筒端部的电机15b带动着旋转。尽管在图中被略去，加料装置还包括这样一种结构，即在需要时可以将用于预热材料的加热器附着到筒的周围。
上述熔化筒11在末端装有一个喷嘴件10，并在外周装有一个带式加热器16。熔化筒11上的与上述喷嘴件10的喷嘴口相连通的末端部分的内侧形成了一个具有预定长度的计量室17，该计量室的直径缩减到小于熔化筒内径。在图示的实例中，喷嘴件10上的通过一个末端件18而与熔化筒末端相连的后部内侧的直径缩减到小于熔化筒内径，该后部内侧形成了与熔化筒内侧连通的计量室17，然而如需要也可以具有这样的结构，即末端件18的内径减小到一个能够形成计量室17的直径，并将喷嘴末端安装到末端件18上。
一个供料口19安置在这种熔化筒中部的上侧，而上述金属材料加料装置15通过一条管路20连接着供料口19。此外，熔化筒11的后端处于敞开状态，构成上述搅拌和注射器具的熔态金属搅拌件21和注射件22以从后端至内侧的方向安置在熔化筒中。
上述搅拌件21由一个转轴构成，而带有一组条带的搅拌翼24断续式形成在转轴上，从而能够在一个中空轴部23的末端部分上自由旋转，中空轴部在其中央位置带有通孔，如图4所示。这些搅拌翼24的外径几乎等于熔化筒11的内径。此外，一个用作隔离件的凸缘25整体式形成在轴部外周上并位于中空轴部23的搅拌翼24的后方，一个与熔化筒11内周表面紧密贴合的密封圈装配在凸缘外周上。
此外，一个皮带轮26固定在从熔化筒11的敞开端伸出的上述中空轴部23的端部，而且一条同步皮带28环绕在这个皮带轮26和一个与上述电机14的传动轴相连的皮带轮27上，搅拌件21被电机14带动着在熔化筒中旋转，而熔态金属可以被上述搅拌翼24搅拌。
上述注射件22包括一个注射杆29，其插入上述中空轴部23的通孔中并能够在注射件21的中心位置自由滑动，以及一个注射柱塞30，其位于注射杆29的末端并在搅拌件21的前表面处装配在上述计量室17中，注射杆29的中部区域上形成了一条螺纹29a，用以阻止熔态金属被挤入中空轴部23中。
上述注射柱塞30的外径使之能够插入上述计量室17中并留有用于滑动的间隙，末端部分的外周带有密封圈，用以在注射时防止熔态金属从间隙中逆流。这个密封圈本身是由特种钢或类似材料制成的耐高温活塞圈。
图5中所示的注射柱塞30显示了另一个实施例，该柱塞由这样的结构构成，即提供了一个与环形槽32和圆锥形柱塞的末端连通的流动口33，该环形槽在外周侧切割出，用于装配密封圈31，环形槽32通过流动口33而与计量室连通。
在这种注射柱塞30中，注射时因柱塞末端进给而受压的金属所产生的压力将从流动口33传递到环形槽32，从而作用在松弛配合的密封圈31上并向外施压。随着这种操作，密封圈31被扩张而压紧在计量室17的内周表面上，从而防止熔态金属从滑动间隙中逆流。
此外，当注射柱塞30后退时，由于注射柱塞30在计量室中的后退而产生负压作用，密封圈31会缩减到初始状态从而再次出现间隙，同时在到达柱塞后退极限之前，存储的熔态金属会在负压的抽吸作用下流入计量室17中。随着这种操作，即使是注射柱塞30在计量室内侧气密性后退的情况下，也不会产生大到足以导致注射柱塞30后退困难的负压，因此注射柱塞30可以顺畅地后退。
上述注射筒12在其前端底侧整体式形成了与熔化筒底侧的支撑腿13相同的分枝形支撑腿34，并在其后端装有用于带动注射杆旋转的电机35。注射筒12通过两侧的系杆36而以一定间隔整体式连接着上述熔化筒11，此外，一个连接着上述注射杆29后端的活塞37从上述中空轴部23的后端伸出，以使注射杆29与注射柱塞30一起沿前进和/或后退方向移动。
此外，活塞37只沿旋转方向整体式连接着位于后侧的电机35的传动轴38以及一个棱轴或花键轴39或类似物，以使电机35能够通过活塞37而带动上述注射杆29旋转，从而将挤入注射杆周围间隙中的熔态金属向前输送。
这种注射筒12和上述熔化筒11位于上述支撑腿13和34的端部，所述支撑腿分别从相应底侧向两侧伸出并被并排安置在上述机架5的倾斜上表面两侧的支撑轴40和40插入，而且注射筒和熔化筒以这样的方式安装，即喷嘴件10位于底侧并指向向下的方向，从而构成相对于上述锁模机构2倾斜安装的注射机构1。
此外，在注射机构1的两侧分别有一根杆43，杆的末端以可自由旋转的方式连接着位于一个直立喷嘴触块45两侧的承载件46，触块安置在支架4末端的中央位置上，而液压缸42横跨在熔化筒后端与注射筒前端之间，液压缸的后端以可自由回转的方式安装在注射筒上，从而形成了一个由液压缸42和带长轴的杆43构成的喷嘴接触装置44。
此外，上述喷嘴接触装置44还在注射机构1的维修和保养时用作一个后退装置。
在由上述一对板体5a和5a构成的机架5中，每个板体的内侧分别装有一个支撑轴40，板体上表面形成在一个向内倾斜大约45°的表面上，每个支撑轴分别在两侧带有零件41。机架5安置在一个装于上述支架4后端的门式接收座6上，从而能够自由旋转(未示出)，而喷嘴件47上的喷嘴接触装置48水平装于喷嘴触块45的前表面上并带有一个从接收座6内侧中央位置横跨到上述喷嘴触块45的零件52。
此外，喷嘴触块45和喷嘴件47通过装于外侧的加热装置(未示出)而维持在设定温度。
喷嘴接触装置48上的一个液压缸49固定在接收件50上，该接收件位于安装在底座3上的支架4的中央位置上，一个杆件51在内侧连接着一个活塞杆(未示出)，杆件末端连接着上述喷嘴触块45，通过杆件51的前进和/或后退运动，支架4将与机架5上表面上的注射机构1一起沿前进和/或后退方向移动，从而可以实现喷嘴与上述喷嘴件47的模具7之间的接触。
上述喷嘴触块45的内侧上部形成在一个相对于上述注射机构1的喷嘴件10成直角定位的倾斜后表面上，而且一个喷嘴接触浇口敞开并安置在该倾斜后表面上。此外，一个用于将上述喷嘴件47与注射机构1的喷嘴件10连通的热流道53弯折形成于喷嘴触块内部，这样可以实现无间隙喷嘴接触，并且在注射和充填时防止熔态金属泄漏，尽管注射机构1是倾斜安装在机架5上的。
在上述结构中，熔化筒11与注射筒12隔离并通过系杆组合成一体，二者均以这样的方式安装在机架5的上表面上，即相应支撑腿13和34中插入了支撑轴40，这样因热膨胀引起的伸长可以容易地彼此吸收，因此即使熔化筒11被加热到高温，由热膨胀引起的负载也可以降低。此外，注射筒12以与熔化筒相隔离的方式设置，因此也可以防止由熔化筒一侧的热传导而导致工作液体受热。
图6中的各个视图显示了低熔点金属(镁)的成型过程。
首先，利用外围的带式加热器16将熔化筒11加热，使内部升温到高于熔点的高温，即到达620°至680°。接下来，通过上述电机14在设定速度下的旋转而使中空轴部23处于搅拌状态。在这样的状态下，通过利用上述加料装置15将粉末状金属材料从供料口19供应到熔化筒11，由于熔化筒11沿向下的方向倾斜，因此金属材料将落入与中空轴部23一起旋转的搅拌翼24的区域中储存的熔态金属中，从而在熔态金属存储的热量作用下熔化，并且同时被搅拌翼24混合成熔料。因此，金属可以在极短时间内熔化。
当注射柱塞30位于前进位置并停留在计量室17中时，熔态金属被储存在熔化筒11的前部。储存的量可以大至注射10次，如果每个模具被施加一次注射，则可以不间断地连续实施成型。
当注射柱塞30沿着后退方向移动时，一部分储存熔态金属将从周围间隙流入计量室17中。当注射柱塞30到达后退位置时，它将停止移动。一组流槽(未示出)以均匀的间隔设置在计量室17的开口周围，在柱塞30的后退位置处，密封圈位于这些流槽的中点处，以使计量室17与熔化筒11的末端内侧连通，而熔态金属将在自重的作用下从注射柱塞30周围流入计量室17中(图6(A))。
此外，当注射柱塞30具有图5所示结构时，开口周围的上述流槽可以省略掉，因为熔态金属可以在上述现象的作用下从柱塞周围的间隙中流入计量室17。
当熔态金属向计量室17中的储存完成后，操作过程将转换到计量过程，而注射柱塞30将向前移动。计量室17中的熔态金属会因为这个沿前进方向的移动而受压，从而被计量。尽管在熔态金属被注射柱塞30加压时会有一部分金属从计量室17中沿滑动间隙逆流，但当密封圈前进而超过上述流槽时，逆流可以被柱塞周围的密封圈阻止(图6(B))，因此计量室17中的熔态金属的体积不会减少。
因此，如果将这个位置设定为计量结束以转换到随后的注射和充填过程的位置，并且开始沿前进方向将注射柱塞30移动到计量室17的末端位置，如图6(C)所示，则设定量的熔态金属可以一直注射和充填。
在从计量至注射和充填的过程中，由于搅拌件21与注射件22是分开构造的，因此可以连续地通过上述搅拌翼24的旋转而搅拌熔态金属。根据这种操作，熔态金属的熔化和保温可以保持稳定。金属材料的熔化是利用外部热源加热的，只需要搅拌件21能够通过旋转而防止金属材料在熔化筒中出现温度不均匀性即可，注射和计量是利用中部的注射件22完成的，因此可以实现金属材料的高效熔化。
此外，由于注射件22不用旋转以实现熔化金属材料的目的，因此注射杆不需要象以前需要考虑转动力矩的螺杆那样具有大直径，对于搅拌件21而言也是如此，又由于不需要利用剪切作用产生的热量实现熔化，因此熔化筒内壁表面与中空轴部之间的间隙可以形成得较大，而且储存量可以大于使用螺杆时的情况，这样还可以益发提高保温效果，而且可以以高成型精度注射成型低熔点金属材料。
虽然本发明的这个实施例被显示和描述，但可以理解，本发明并不局限于此，在不脱离权利要求书中提出的本发明范围的前提下，本领域的普通技术人员可以作出各种改变和修改。
权利要求
1．一种低熔点金属材料注射成型机，其中注射成型机构包括以下部件一个熔化筒，其具有一个带有所需长度并与位于末端部分中的喷嘴件连通的计量室，并且具有一个位于中部上侧的供料口；搅拌和注射器具，它们装于熔化筒内以便能够自由旋转或者前进或后退；以及一个用于驱动这些器具的装置，其安置在熔化筒的后端侧，而且注射机构以这样的方式倾斜安装，即喷嘴侧沿向下的方向指向一个锁模机构，以使内部的熔态金属通过自重流动并储存在熔化筒的末端部分中，其中，上述搅拌和注射器具包括以下部件一个搅拌件，其中带有一组条带的搅拌翼断续式形成在一个在中心位置带有通孔的中空轴部的末端部分外周上，条带的外径几乎等于熔化筒内径；以及一个注射柱塞，其整体附着在一根注射杆的末端上并且设置在搅拌件的末端处以便能够自由插入上述计量室中，该注射杆插入上述通孔中并能够在注射件的中心位置自由滑动。
2．根据权利要求1的低熔点金属材料注射成型机，其特征在于，上述注射杆在中部区域带有螺纹，以阻止熔态金属被挤入中空轴部分的间隙中。
3．根据权利要求1的低熔点金属材料注射成型机，其特征在于，上述注射柱塞在其末端部分装有一个耐高温密封圈，并且具有一个从内部连通于密封圈装配槽与圆锥形柱塞末端之间的流动口。
4．根据权利要求1的低熔点金属材料注射成型机，其特征在于，上述注射柱塞的驱动装置是这样形成的，即提供一个由液压缸构成的喷嘴接触装置，液压缸通过系杆以所需间隔整体连接着上述熔化筒的后端侧，通过将两个向底侧伸出布置的支撑腿中插入一对支撑轴，喷嘴接触装置被沿向下方向装于一个机架上，每个支撑轴分别位于机架的一个倾斜上表面上，机架则安装在位于底座上的支架上，喷嘴接触装置还包括横跨在液压缸一侧与上述支架的末端部分之间的杆。
5．根据权利要求1的低熔点金属材料注射成型机，其特征在于，上述搅拌件的驱动装置包括一个电机，该电机装于熔化筒支撑腿的侧面以便与上述熔化筒一起移动。
6．根据权利要求1的低熔点金属材料注射成型机，其特征在于，上述支架是这样形成的，即一个喷嘴接触装置装于底座上表面，从而能够相对于上述锁模机构自由旋转或者前进或后退，支架在末端具有一个喷嘴触块，上述机架安置在支架后部从而能够自由旋转，喷嘴接触装置包括杆和液压缸，通过将支架与机架和横跨在喷嘴触块与底座上表面后部之间的上述注射机构一起移向锁模机构，可以使附着在喷嘴触块前侧的喷嘴件接触模具。
7．根据权利要求1的低熔点金属材料注射成型机，其特征在于，上述喷嘴触块是这样形成的，即喷嘴件设置于上述锁模机构的前表面上，并且在内侧上部通过一个弯折形成在触块内部的热流道而将一个形成在倾斜后表面上的喷嘴接触浇口与前表面上的喷嘴件连通，该浇口用于与上述注射机构的喷嘴件接触。
全文摘要
一种低熔点金属注射成型机,其中注射机构1包括:熔化筒11,与喷嘴件15连通的计量室17位于其末端;搅拌和注射器具;及位于熔化筒后端侧的搅拌和注射器具的驱动装置。注射机构倾斜安装,其喷嘴件侧沿向下的方向指向锁模机构2。搅拌和注射器具包括:搅拌件24,其中带有一组条带的搅拌翼断续式形成在一个中空轴部23的末端外周上,条带的外径等于熔化筒内径;及注射柱塞30,其整体连接于注射杆29的末端并能自由插入上述计量室中。
文档编号B22D17/04GK1301608SQ0013622
公开日2001年7月4日 申请日期2000年12月14日 优先权日1999年12月28日
发明者滝泽澄登, 甲田纪泰, 林祐司, 宫川守 申请人:日精树脂工业株式会社