专利名称：低压铝泡沫铸造方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用金属泡沫铸造制品的方法和装置。更具体地，本发明提供了一种使用将金属泡沫引入模腔中的低压方法来铸造制品的方法。
背景技术：
低压铸造方法是本领域中公知的方法。一般说来，这些方法涉及一种包括一个模具和一个装有熔融金属如铝的槽的装置。模具和槽通过一根透气管可进行流体交换地相连。在已知方法中，熔融金属被向上推动流经透气管，该透气管的下端伸至槽中熔融金属的液面以下，其上端连接至位于模腔中的一开口。通过向槽中的熔融金属施加压力，熔融金属向上移动。然后熔融金属移动至透气管之上，进入模腔中，在那里金属发生固化。而后降低气体压力，使多余的熔融金属通过透气管流回槽中。接着进一步冷却该铸件，然后打开模腔将其取出。该方法生产的是由金属制成的固体制品。美国专利US 4860820和4875518以及日本专利公开58003769中都提供了这种低压铸造的实例。
在生产如汽车等制品时，对由具有高的强度重量比的材料制成的零部件有很高的要求。为了满足这一要求，寻找重量非常轻但是能维持所需结构强度的材料更加受到重视。已经建议使用的一种材料是泡沫金属，如泡沫铝。已经提出了生产金属泡沫的各种方法，如美国专利5221324和5622542中的方法。这些方法通常涉及使气体在熔融金属槽中鼓泡，从而在金属槽上方产生泡沫。然后将泡沫从槽中转移走，冷却形成一个板材。再切割或加工该板材，制成需要的制品。熔融金属通常含有添加物，例如金属基组合物(MMC)，并优选地含有其它组分，例如难熔粒子和稳定剂等，以保证该方法产生的泡沫能保存。即，加入添加物以利于提高由泡沫组成的小空穴的稳定性。
需要一种使用铸造类方法制造金属泡沫制品的方法。
发明内容
在一个实施方式中，本发明提供了一种用熔融金属铸造制品的方法，该方法包括a)提供一含有所述熔融金属的槽；b)提供一个具有与所述槽进行液体交换的模腔的模具，该模具置于所述槽的上方；c)给所述槽加压，所述压力足够导致所述熔融金属流入所述模腔中；d)使气体在所述熔融金属中鼓泡，以形成所述熔融金属的泡沫；e)使所述泡沫金属进入并充满所述模腔；f)释放所述槽中的压力；g)将所述泡沫制品从所述模腔中取出。
在另一个实施方式中，本发明提供了一种用泡沫熔融金属铸造制品的装置，该装置包括-一个用于盛装所述熔融金属的槽；-一个用于维持金属处于熔融状态的所述槽的热源；-一个加压装置；-一个压力释放装置；-一个用于使气体在所述熔融金属中鼓泡的气体供应装置；-一个具有与所述制品形状互补的模腔的模具；-一个用于建立所述模腔和所述槽之间的液体交换的通道。
图1是现有技术低压铸造装置的剖视图。
图2是本发明低压铸造装置的剖视图。
图3是图2所示的装置在鼓泡步骤时的剖视图。
图4是图2所示的装置在模腔充满金属泡沫后的剖视图。
具体实施例方式
如图1所示，现有技术的低压铸造装置通常表示为10。该装置包括一个装有熔融金属14的槽12。为了保持金属处于熔融状态，槽12装在炉内，或者采用其它方式加热。装置10还包括一个模具16，模具16含有一模腔18。如图所示，模具16可以由两个部分组成，或者可以用任何其它已知的方式构造，从而使模具可以被打开以取出成型的制品。模具16和槽12通过导管20可进行流体交换地连接。可以看出，导管20的顶端通入模腔28，而导管20的底端伸至熔融金属的液面以下。该装置还包括一个用于给槽12加压和排气的开口22。
尽管本讨论中始终使用术语“熔融金属”，但是应当理解，该术语包括如上所述的MMC和任何种类的金属或金属合金。而且，该术语还包括含有任何种类的已知添加物如难熔材料、稳定性粒子等的熔融金属或合金。
在操作中，通过使气体经开口22进入槽中给槽加压。加压导致熔融金属14向上移动流经导管20，进入模腔18。一旦模腔被充满，就打开开口22以释放槽中的压力，从而使导管中剩余的熔融金属重新回到槽中。充分冷却进入模腔中的熔融金属，使之固化。然后打开模具16，取出成型的制品。
图2表示根据本发明的一个优选实施方式的铸造装置，通常表示为30。如图所示，装置30包括一个装有熔融金属34的槽32。在这个优选实施方式中，金属是铝，但是本领域的熟练技术人员应当理解，其它金属也是可以使用的。该装置还包括一个具有模腔38的模具，该模腔的形状与要制造的制品的形状互补。模腔38采用与上述现有技术中相同的方式，通过导管39可流体交换地连接至熔融金属34。同现有技术的装置一样，本发明的装置30还包括一个用于给槽32加压和排气的开口40。该装置进一步包括一个与槽32的底部连接的第二进气口42。在一个优选实施方式中，进气口42与位于槽32的底部的多孔塞44相连。塞子44被设计成允许气体进入槽中，但是不允许熔融金属从中流经。下面将进一步解释，塞子44的目的是使来自气体源(未示出)的气体在熔融金属中鼓泡，从而产生熔融金属的泡沫，这是本领域中已知的。
应当理解，多孔塞44可以用其它任何已知的引入气体的方式代替。例如，在一个实施方式中，这个多孔塞能被本领域已知的气体释放推进器代替。
图3表示图2所示的装置处于该铸造方法第一步时的剖视图。在这个阶段，将压缩气体经开口40通入槽32中。箭头A的方向表示气体流入槽32中。对槽加压造成熔融金属34被迫向上流经导管39，进入模腔38中。持续加压，直至熔融金属充满模腔。当模腔以此方式充满后，如箭头B所示的方向，向进气口42通入气体。气体流经多孔塞44，在熔融金属34中鼓泡。由于通过开口40施加给槽的压力和/或由于气泡固有的浮性，气泡46优先上升，经过导管39，如箭头C所示。一旦到达模腔38，气泡就取代原先那里所存在的熔融金属。本领域的熟练技术人员应当理解，进气口42应优选以能保证生成的气泡46进入导管39而不是槽32的方式设置。如图所示，保证气泡46进入导管39的一个优选方式是将进气口42直接设置在导管39的开口的下方。在另一个实施方式中，导管39的末端开口可以是喇叭状，或者是能保证将气泡46直接导入导管39中的其它任何相似的形状。
在一个优选实施方式中，一旦熔融金属充满模具的内部，允许在经进气口42引入气体之前冷却一段时间。这样冷却熔融金属导致邻近模腔内表面的熔体发生固化。通过这种方式，一旦金属泡沫充满模腔，最终产品就具有比较光滑的外表面，或外层。应当理解，当由于美学或力学原因需要制品具有这种光滑的外表面特性时，这种实施方式是理想的。
图4表示铸造方法的第二步。如图所示，气泡46已经移动到模腔38中，模腔38被金属泡沫充满。然后泡沫在模腔38中冷却和固化，从而形成这个模腔的形状。此时，气体向进气口42的流动方向改变，从而阻止气泡进一步产生以及阻止其他金属泡沫的形成。打开开口40，释放槽32中的压力，如箭头D所示。这样释放压力导致导管39中熔融金属的液面下降到槽32中金属的液面以下，这通常会使导管39排空。接着，打开模具36，取出成型的制品。可以理解，使用这种方法成型的制品将具有和模腔38相同的三维形状。因此，每个希望制得的制品都需要各自的模具和模腔，这是可以理解的。
本发明的目的是用将形成模腔形状的金属泡沫充满模腔，这一点也是可以理解的。因此，应当选择温度、压力和气体流速这些条件，以产生这些泡沫。而且，本领域的技术人员已知，熔融金属可以含有用于稳定本发明所产生的泡沫的添加物，从而保证在熔融金属中形成的泡沫不会破裂。
本领域的熟练技术人员能够理解，当对槽32加压时，熔融金属34上升进入模腔38中将会导致槽32中的熔融金属的体积减小，从而导致金属的液面下降。为了适应液面的下降，导管39应当足够长，使得末端始终浸在熔融金属34中。或者是，熔融金属34的体积应当保持在最小值，以保证导管39的末端始终浸在熔融金属中。
本发明的装置还可以包括对本领域的熟练技术人员来说显而易见的其他任何改进。例如，可以使用各种方式来保持槽32处于维持金属在熔融状态所需的温度。如上所述，槽32可以置于炉内。或者，在另一个实施方式中，槽32可以设置有一个内部或外部加热元件。该装置还可以包括一个伸至熔融金属中的热电偶，以控制金属的温度。
在另一个实施方式中，开口40可以包括一个单向阀，可单独用于给槽加压。在这种情况下，可以设置另一个开口用于释放槽中的压力。
虽然对本发明的描述是结合各种优选实施方式进行的，但是在不偏离所限定的本发明的精神或范围的情况下，优选实施方式的各种改进对于本领域的熟练技术人员来说都是显而易见的。
权利要求
1.一种用熔融金属铸造制品的方法，其包括a)提供一含有所述熔融金属的槽；b)提供一个具有与所述槽进行液体交换的模腔的模具，该模具置于所述槽的上方；c)在所述槽内加压，所述压力足够导致所述熔融金属流入所述模腔中；d)使气体在所述熔融金属中鼓泡，以形成所述熔融金属的泡沫；e)使所述泡沫金属进入并充满所述模腔；f)释放所述槽中的压力；g)将所述泡沫制品从所述模腔中取出。
2.如权利要求1所述的方法，其中在引入所述气体前，所述压力导致熔融金属充满模腔。
3.如权利要求2所述的方法，其中在步骤(d)之前，将模腔中的熔融金属部分冷却。
4.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(e)中，所述泡沫置换所述模腔中的熔融金属。
5.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(e)中，所述泡沫通过一管道被引入模腔中。
6.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(f)之前，所述模腔中的泡沫冷却成为硬化的状态。
7.一种用泡沫熔融金属铸造制品的装置，其包括-一个用于盛装所述熔融金属的槽；-一个用于维持金属处于熔融状态的所述槽的热源；-一个加压装置；-一个压力释放装置；-一个用于使气体在所述熔融金属中鼓泡的气体供应装置；-一个具有与所述制品形状互补的模腔的模具；-一个用于建立所述模腔和所述槽之间的液体交换的通道。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述模具置于所述槽的上方。
9.如权利要求7所述的装置，其中所述压力释放装置包括一个用于释放所述槽内的压力的排气装置。
10.如权利要求7所述的装置，其中所述气体供应装置包括一个压缩气体源和一个位于所述槽中的进气口。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述进气口包括一个用于使所述气体通过并阻止所述熔融金属通过的多孔塞。
12.如权利要求10所述的装置，其中所述进气口包括一个气体释放推进器。
13.如权利要求10所述的装置，其中所述进气口设置在与所述通道的开口邻近的位置，以引导所述泡沫进入所述模腔。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述通道包括一个基本为垂直方向的导管，其一端位于所述进气口上方，另一端通入所述模腔内。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述第一端设有一喇叭状末端，以便于所述泡沫进入。
16.如权利要求14所述的装置，其中所述通道的第一端浸在熔融金属中。
17.如权利要求7所述的装置，其中所述加压装置和所述压力释放装置包括位于所述槽上的唯一的开口，此开口用于使压缩气体进入所述槽中高于所述熔融金属液面的空间，并用于排出所述气体。
18.如权利要求7所述的装置，其进一步包括一个用于冷却所述模具的冷却装置。
19.如权利要求7所述的装置，其中将所述槽密封，以对其加压。
全文摘要
一种用于铸造由泡沫金属制成的制品的方法包括将一个带有模腔的模具置于熔融金属槽之上，给该金属槽加压，使熔融金属充满模腔。然后使气体在熔融金属中鼓泡以形成泡沫。泡沫成型于模腔之中。一旦模腔中的泡沫发生固化，就释放槽中的压力，并取出泡沫制品。此方法所用的装置包括一个置于金属槽上的模具，该模具具有一个与槽进行液体交换的模腔。该槽设有一个加压装置、一个排气装置，以及一个用于形成泡沫的进气口。
文档编号B22D25/00GK1558806SQ02816135
公开日2004年12月29日 申请日期2002年8月16日 优先权日2001年8月17日
发明者斯科特·尼科尔, 詹姆斯·K·基林贝克, 理查德·G·曼利, G 曼利, K 基林贝克, 斯科特 尼科尔 申请人:赛麦特公司