专利名称：冷室压铸机中的注射装置及其使用的测量方法
技术领域：
本发明涉及冷室压铸机中的注射装置。更具体地说，本发明涉及注射装置，该注射装置将例如短圆柱形杆状的钢坯型轻金属材料补充进它的熔化设备中进行融化，并且将熔融金属供给到柱塞注射设备中用于测量。此外，本发明涉及用于冷室压铸机的测量方法。
背景技术：
用于轻金属合金例如镁、铝、锌的注射成型机通常称作压铸成型机(die casting molding machine)，并且分成热室压铸机方法和冷室压铸机方法。对于在前的在炉子上配设了注射装置的热型腔式机，它通过从炉子抽吸熔融金属来测量注射装置的注射套筒中用于一次喷射的熔融金属，并且通过柱塞来将熔融金属注射进成型腔。对于这种方法的机器，高温的熔融金属可以稳定地供入注射套筒。另一方面，对于后面的其中注射套筒置于炉子外的冷型腔式机而言，它通过使用泵或者桶将熔融金属从炉子传送到注射套筒来测量熔融金属并且通过柱塞来注射。对于这种方法的机器，因为注射装置配设成与炉子分开，所以维护工作变得很容易。
然而，对于上述方法的成型机而言，由于与成型制品相比炉子具有非常笨重的体积并且较大体积的熔融金属必须保持特定的高温，所以需要更高的运转成本。另外，升高或者降低炉子温度需要花费很长的时间。炉子的维护工作可能需要一整天。尤其在铸造材料是镁合金的情形下，因为镁极其容易氧化并且着火，需要时不时地除去包括氧化镁的矿泥。此外，炉子中的熔融金属的表面积过大而不能防止矿泥的产生，虽然有大量的不燃烧的助溶剂或者惰性气体注入炉子中。更糟糕的是，这种矿泥还会导致注射套筒和柱塞的磨损。
因此，已经提出了用于直接向柱塞注射设备供给铸造材料而不使用炉子的注射装置。例如，已知一种具有材料供给设备的注射装置，该材料供给设备能够供给形式为短圆柱形杆状的钢坯或者坯料的轻金属材料。这种类型的注射装置通常向模子注射半固化铸造材料。使用这种注射装置，解决了与上述炉子有关的问题并且镁合金的氧化也减小了。
更具体地说，这种注射装置之一配设有容纳有多个坯料用于进行初步加热的加热套筒、包含柱塞的注射套筒、将坯料从加热套筒导向注射套筒的滑槽，其特征在于，坯料已经通过其它形成装置预先形成了用于一次喷射注射量的尺寸。(例如，参见专利文件1，它的编号在后面显示了)这种注射装置将已经在加热套筒中加热和软化的坯料传送至注射套筒，然后使用柱塞加压将已经变成半熔融状态的材料注射进入模子中。另一种类型的这种注射装置在加热套筒的前端配设有成形孔(小方块)和切断板，该板形成钢坯并且截断钢坯使它与注射套筒匹配，其中钢坯对应于上述的坯料。(参见专利文件2)在这种装置中，钢坯的外径形成得与注射套筒的内径配合并且截取钢坯的总长为一次喷射的注射量。因此如专利文件1中显示的例如坯料以及有关的初步加热条件设置种类的增加解决了这些棘手的问题，其中不需要预先为每个成型制品准备很多类型的坯料。
另一方面，提出了与上述方法装置不同的注射装置。(参见专利文件3)这种注射装置在模子一侧(接近模子的前侧)具有高温缸部、在后侧(基座侧)具有低温缸部、以及它们之间的绝热缸部。使用这种注射装置，将预先形成圆柱形杆的铸造材料插入上述的注射缸，然后在高温缸部熔化，最后它的熔融金属通过尚未熔融的铸造材料进行注射。因为铸造材料不会通过柱塞而是通过尚未熔融的铸造材料本身来注射，所以这种铸造材料在本说明书中称作自耗式柱塞。这种类型的注射装置不需要炉子，所以使它的熔化设备附近的结构很简单并且还能够进行高效的熔化。此外，这种注射装置不需要柱塞，这就实现了注射缸磨损的减少并且用于维护工作的时间较短。
然后，上述的申请人提出了类似的注射装置(参见专利文件4)，但是这个文件主要公开了用于防止玻璃成形的滞塞的注射装置。
顺便提及的是，上面引用的专利文件为专利文件1--日本专利，编号为2639552，专利文件2--日本未审定专利，编号为2001-191168，专利文件3--日本未审定专利，编号为Hei.05-212531，和专利文件4--日本未审定专利，编号为Hei.05-254858。
然而，上述的热型腔式机和冷型腔式机的注射装置都存在一些与上述的炉子相关的问题。而且，在专利文件1和2中描述的不包含上述炉子的注射装置具有下面的局限性，即它们不适合用于铸造壁特别薄和/或几何结构精确的制品，因为它们不是注射完全熔融金属的装置。当这种类型的注射装置尝试使用完全熔融的铸造材料进行注射而不管这个限制时，就需要较长的等待时间来等待材料变化成完全熔融的状态。
采用自耗式柱塞的另一个专利文件3没有公开铸造材料的长度和它的供给方法。此外专利文件3也没有公开针对下面现象的解决方案，虽然这种现象通常会发生。这种现象是柱塞的运动受阻因此在注射过程中通常变得不能注射，因为具有低粘度和高压的熔融金属经由注射套筒和自耗式柱塞之间的间隙向后流动并且然后随着增大的摩擦阻力而固化。原因是注射装置充当注射装置和熔化设备因此熔融金属的压力变得较高。而且，在自耗式柱塞水平地安装在注射套筒中的情形下，因为柱塞和注射套筒之间的间隙在它的上侧变得较大，上述的现象变得更显著。这是因为自耗式柱塞的外径制造得比预期热膨胀的注射套筒的内径薄很多。此外，在多次喷射成型操作之后熔融金属的固化物质被毁坏并重新形成，其结果是在更大范围内并且更坚硬地形成的情形下，上述现象变得更显著。特别地，如果是用于非常薄的壁形和/或特别复杂的几何结构形状的成型，那么上述现象的出现就会变得更加显著，因为在这种情形下是以高速和高压进行注射。
上述类似的专利文件4也没有解决上述的轻金属成型的现象，因为它公开的是玻璃成形的滞塞预防技术。即，上述的滞塞预防技术是用于促进在缸壁上具有多个凹槽或者螺旋凹槽的铸造材料进行冷却的冷却技术。在玻璃成形的这种情形下，假定上述的凹槽处的上述操作效果等等实际上有效，因为熔融玻璃不会迅速地填满上述的凹槽，原因是玻璃固有的相对较宽温度范围内的软化物质具有较高的粘度。正好相反，就轻金属成型而言，由于轻金属固有的较小的比热、较小的潜热和高系数的导热率，轻金属迅速地熔化和固化。另外，轻金属处于软化状态的温度范围比玻璃的要窄而且熔融金属呈现极其低的粘度流动性。因此熔融金属迅速地侵入上述的凹槽并且迅速地固化，因此凹槽不会充当冷却凹槽或者变形吸收凹槽。因此，上述的专利文件3和文件4中的注射装置仍然不能稳定地注射熔融轻金属。
因此，本发明的目的是提供这种注射装置，即不需要传统的炉子并且可以通过钢坯的形式来补充轻金属材料并且向注射装置供应完全熔融的材料，其中所述注射装置可以高效率地供给和熔化轻金属材料，并且能够以较高的精度测量熔融金属一次喷射的注射量。
发明内容
根据本发明，一种冷室压铸机中的注射装置，它向注射套筒的材料供应口供给轻金属材料的熔融金属并且具有通过柱塞注射所述熔融金属的柱塞注射设备，它包括(a)熔化所述轻金属材料的熔化设备，以及将熔融金属从所述熔化设备注入到所述柱塞注射设备的熔融金属供给件；(b)其中所述熔化设备还包括通过供给短圆柱形杆状的钢坯型的所述轻金属材料，补充成型金属的钢坯供给设备；钢坯插入设备，它位于所述钢坯供给设备后面，并且具有用于将所述补充的钢坯向前移动或者后退超过所述钢坯总长的距离的推杆，以及位于所述钢坯供给设备前面的熔化缸，用于容纳由所述推杆向前移动的所述多个钢坯，并且用于使所述钢坯从前端熔化从而形成几次喷射的熔融金属；(c)其中，所述熔融金属供给件还包括，用于从所述熔化缸的缸孔前端将所述熔融金属注入到所述注射套筒的所述材料供应口的材料供给孔；以及(d)其中，所述熔化设备通过经由所述推杆推动所述钢坯，并且在所述柱塞注射设备使所述柱塞后退之后，通过对所述注射套筒供给一次喷射的熔融金属来测量所述熔融金属。
通过这种类型的结构，本发明的注射装置的熔化设备补充了形式为短圆柱形杆状的轻金属材料，并且仅仅熔化最小量的用于供给注射套筒的熔融金属。因此，熔化缸中的加热和固化可以在短时间内完成并且因此可以快速地完成注射装置的维护工作。此外用于在熔化设备中熔化材料的热能减小并且因此加热效率高。而且熔化设备的体积尺寸变得比传统的炉子小得多。另外，处理变得很容易，因为轻金属材料以钢坯的形式进行供应。特别地，在钢坯是镁材料的情形下，又具有另一个优点，即钢坯难于氧化。
优选地，冷室压铸机中的所述注射装置的所述熔化缸包括如下的第一熔化缸，即除了所述第一熔化缸的基座侧之外的缸孔的大部分形成为具有能使所述缸孔的大部分与所述钢坯未熔化前端的扩大侧表面接触并且具有防止所述熔融金属向后流动程度的内径，并且所述第一熔化缸的所述基座侧的缸孔形成为具有比所述钢坯外径略大的直径。
通过本发明的这种结构的注射装置，所述熔化设备包括如下的第一熔化缸，即除了基座侧之外的所述第一熔化缸的缸孔的大部分形成为具有使所述缸孔的大部分与钢坯前端扩大端面接触并且具有防止熔融金属在测量时向后流动程度的内径，并且基座侧的缸孔形成为具有比所述钢坯外径略大的外径。因此扩大的端面作为扩径密封件可以防止熔融金属向后泄漏以及空气等侵入熔融金属，并且因此充当具有较小摩擦阻力的密封层。此外，因为第一熔化缸和推杆彼此不接触，所以它们不会急剧磨损并且易于进行熔化设备的维护工作。因此这种类型的熔化缸比较简单，所以在小尺寸注射成型机中采用时非常有效。
优选地，冷室压铸机中的所述注射装置的所述熔化设备包括(a)冷却所述钢坯的冷却件，固定在所述冷却件前面的第二熔化缸，和位于所述第二熔化缸和所述冷却件之间的冷却套筒；(b)其中，所述冷却件具有比所述钢坯的外径略大的直径的通孔并且具有围绕着所述通孔的冷却管；(c)其中，所述第二熔化缸的缸孔的大部分形成为具有不会允许所述缸孔的大部分和所述钢坯的所述前端接触的内径；和(d)其中，所述冷却套筒具有通过冷却所述熔融金属在所述钢坯外周上产生所述熔融金属的圆形固化材料的圆形凹槽。
通过这种结构，本发明的注射装置的熔化设备包含所述第二熔化缸和冷却件之间的冷却套筒，所述冷却件具有内径略微大于上述钢坯外径的孔，并且第二熔化缸的所述缸孔的大部分形成为具有不允许所述缸孔的大部分和钢坯前端接触的内径，并且冷却套筒具有通过冷却熔融金属而生成圆形固化物质的圆形凹槽。因此圆形固化材料作为圆形固化材料密封层防止熔融金属向后泄漏以及空气等侵入熔融金属并且也充当具有较小摩擦阻力的密封层。这种类型的熔化缸可以很有效地在大尺寸注射成型机和小尺寸注射成型机上采用。
优选地，冷室压铸机的所述注射装置的所述熔融金属供给件的材料供给孔经由连接通道通向所述熔化缸的缸孔，该连接通道在所述熔化缸的缸孔上部打开，并且所述熔化缸布置成其中前部分处于位置较高的倾斜姿势。
使用本发明的注射装置的这种结构，铸造材料供给件的材料供给孔导向在熔化缸的缸孔上部打开的连接通道，并且熔化缸布置成前侧较高的倾斜姿势。因此首先迅速地清除残留在熔化缸中的空气和气体，并且防止了熔化缸中的熔融金属在除测量时间之外的意外时刻溢流进入注射套筒的现象，这就保证了测量的精度。
优选地，冷室压铸机中的所述注射装置的这种打开和关闭设备配设在所述熔化设备和所述柱塞注射设备之间，它包含通过在所述材料供给孔中向上和向下运动而用于打开和关闭所述材料供给孔底端的阀杆，以及用于仅仅在测量的时候打开所述阀杆的阀杆驱动设备。
通过这种类型的结构，因为所述阀杆仅仅在测量的时候打开所述材料供给孔的底端，防止了在除了测量时间之外的意外时间材料供给孔中的熔融金属的落下，这就保证了精确的测量。
冷室压铸机中的所述注射装置中使用的测量方法，其中，所述打开和关闭设备打开和关闭所述材料供给孔的测量方法以如下的方式测量熔融金属，即所述熔融金属始终保存在所述材料供给孔中，并且几乎同时执行所述材料供给孔的打开和关闭操作以及所述推杆的挤出操作。
在这种测量方法中，因为通过打开和关闭设备进行的材料供给孔的打开和关闭操作和通过推杆进行的熔融金属的挤压操作同时执行，所以防止了材料供给孔中的熔融金属的固化，并且避免了熔融金属粘附到材料供给孔上或者阀杆上，这保证了精确的测量。
图1是显示了本发明的冷室压铸机中的注射装置的外形结构的横截面正视图；图2是显示了用于本发明的第一实施例的第一熔化缸的剖视图；图3是显示了用于本发明的第二实施例的第二熔化缸的剖视图；图4是图3中所示的第二熔化缸的基部的放大剖视图；图5是显示了装备在本发明的熔融金属供给件中的打开和关闭设备的结构的放大剖视图；图6是沿图1的线X-X剖开的剖视图，显示了本发明的冷室压铸机中的注射装置的钢坯供给设备。
具体实施例方式
下面通过示意性实施例描述本发明的冷室压铸机中的注射装置。
首先，供入这个注射装置的轻金属材料。轻金属材料形成预先从圆柱形棒上截断特定长度的短杆的形状。这种轻金属材料在下文中被称作钢坯。参考数字2表示钢坯，并且它的圆周面和截断端面是平滑抛光的。当这种钢坯通过如下所述的加热发生膨胀之后，它的外径就形成得确保比熔化缸11的缸孔11a的基座端侧(图中的右侧)的内径薄0.2毫米至0.5毫米。这种钢坯2的长度形成得与注射量的十几次喷射至几十次喷射相对应，例如为了便于处理，大约形成300毫米至400毫米。因为轻金属材料通过钢坯的这种形式进行供应，所以材料的存储和处理变得很简易。尤其在钢坯2由镁材料形成的情形下，钢坯具有下面的优点，即它们比传统上在触变成型中所使用的装在托盘上的金属更难于氧化，因为表面积相对于体积较小。顺便提及的是，上述一次喷射的注射量为熔融金属一次喷射注射的体积之和，该一次喷射注射与成型制品的体积和伴随的体积例如阀芯、浇口和热收缩体积有关。
接下来，将描述本发明的冷室压铸机中的注射装置的实施例的外形。如图1所示，这种注射装置1包括熔化设备10、柱塞注射设备20和将熔融金属从熔化设备10注入柱塞注射设备20的熔融金属供给件15。
熔化设备10与冷室压铸机中的传统注射装置不同之处在于轻金属材料通过如上所述的钢坯的形式进行补充。这种熔化设备10包括熔化缸11、钢坯供给设备40和钢坯插入设备50。熔化缸11和钢坯插入设备50固定到中央框架件90上。中央框架件90是用于安装钢坯供给设备40的部件并且包括四个矩形侧板90a和单个底板。在两个相对的板90a中的一个板中，形成直径略大于钢坯2的外径的通孔90b。在相对的板90a的另一个板中，形成通孔90c，其中在通孔90c中，推杆52a像下文所述的一样向前和向后运动。熔化缸11是形成具有能够容纳多个钢坯2的长度的长形缸。除了基座端的附近之外，缸孔11a的大部分形成为具有比下文将描述的钢坯2的直径更大的直径。这种缸孔11a的前端通过端部塞子13进行堵塞，但是缸孔11a如下文所述的那样通向熔融金属供给件15中的材料供给孔15a。使用这样构成的熔化设备10，钢坯2通过钢坯供给设备40逐个地补充到熔化缸11的后部并且由钢坯插入设备50的柱塞52a插入到熔化缸11从而从它的前端熔化。熔融金属3的量如下文所述一样控制为几次喷射的注射量。下文将描述熔化缸11、熔融金属供给件15、钢坯供给设备40和钢坯插入设备50的更多细节。
柱塞注射设备20与冷室压铸机中的传统注射装置基本相同，并且包括注射套筒21、柱塞22和柱塞驱动设备60。注射套筒21和柱塞驱动设备60通过连接件64串联布置在单条线上。注射套筒21具有用于暂时存储熔融金属3的套筒孔2la并且在上部具有材料供应口21h，其中熔融金属3经由该材料供应口21h注入。注射套筒21的前端(图中的左侧)经过静止压板31和半模32。柱塞22在它的基座端部处连接到柱塞驱动设备60的活塞杆62上，并且受到注射套筒21沿纵向方向的运动的控制。这种柱塞注射设备20经由中央框架件90固定熔化设备10。中央框架件90固定在布置在柱塞驱动设备60上的连接基座件92上。柱塞驱动设备60置于机器基座框架的滑动基座91上。(图中未显示)柱塞注射设备20使用柱塞22将熔融金属3填充进空腔34。下文中将描述注射套筒21、柱塞22、连接件64和柱塞驱动设备60的更多细节。顺便提及的是，半模32和33构成传统的成型装置，半模32固定在夹紧设备30的静止压板31上，因此在半模33闭合时形成空腔34。
熔融金属供给件15中固定在熔化缸11前端的材料供给孔15a经由端部塞子13中的连接通道13a和13b通向缸孔11a。熔融金属供给件15的下部和材料供应口2lh通过盖子16覆盖。注入孔17通向连接通道13a、材料供给孔15a或者盖子16，其中惰性气体经由该注入孔17充入。例如在图1中，这种注入孔17在端部塞子13中形成，然而在图5中，它如在下文所述的那样在盖子16上形成。经由这种注入孔17充入的惰性气体清除材料供给孔15a和注射套筒21中的空气。这种净化可以特别地防止铸造材料例如易于氧化的镁合金的氧化。
在注射装置1的这类熔化缸11上，例如缠绕了加热带状的加热器12a、12b、12c和12d，从而首先从前端熔化钢坯2。此外，加热带18和加热带23围绕着熔融金属供给件15和注射套筒21进行缠绕从而保持熔融金属3处于熔融状态。这些加热带基于从图中未示出的传感器的反馈温度将它们的附近控制为特定的设定温度。例如，在钢坯2是镁合金的情形下，加热带23和18的温度大约设置成600℃至650℃。下面将描述加热带12a、12b、12c和12d的温度设置。顺便提及的是，熔化缸11可以由陶瓷等形成，所以加热带可以是感应加热线圈。
接下来，将对公开了本发明的大多数特点的熔化设备10的实施例进行详细的描述。首先，描述熔化缸11的两个实施例。图2是显示了第一实施例的横截面侧视图。图3是显示了第二实施例的横截面侧视图。图4是图3中的基部的放大剖视图。
图2中的参考数字111表示第一实施例的第一熔化缸。除基座端部附近以外，这种缸111的缸孔111a的大部分形成具有比钢坯2大几毫米的直径并且这种缸孔111a的基座端部具有比钢坯2略大的直径。在它们之间形成有阶形部分111d。在这种熔化缸用于熔化镁合金的情形下，直径更大的缸孔111b相对于钢坯2的间隙确保形成大约1毫米至2毫米。缸孔111c的基座端侧与略微热膨胀的钢坯2的间隙也确保大约形成0.2毫米至0.5毫米。依照例如熔化缸111的内径、熔融金属3的体积、加热带12c、12d的温度设置或者直径更大的缸孔111b与钢坯2的间隙这些条件，阶形部分111d的位置预先在适当的位置处形成。顺便提及的是，基座端侧的缸孔111c的内径表示缸的直径，该缸直径显示了注射机的规格指标之一。
图3的参考数字211表示第二实施例的第二熔化缸。这种熔化缸211与它的基座端、连同下文将描述的冷却套筒212一起通过螺栓213组合到中央框架件90的侧板90a上。在这个实施例中，用于循环冷却流体的冷却管90d在侧板90a的通孔90b的周围形成。因此侧板90a充当冷却件并且因此在下面的说明中也被称作冷却件214。理所当然，这种冷却件214可以使用与侧板90a不同的零件构成并且可以布置在任意位置上，只要它装备在熔化缸211和侧板90a之间即可。在钢坯2是镁合金的情形下，当钢坯2略微热膨胀时通孔90b和钢坯2之间的间隙确保大约形成0.2毫米至0.5毫米。由于通孔90b中的间隙和侧板90a的这种冷却操作，可以插入钢坯2而不会干扰通孔90b并且可以使钢坯2保持在非软化状态从而在熔融金属3的压力下不会产生变形，其中该压力在测量时会升高很小的值。
上述的第二熔化缸211的缸孔211a的内径形成得大于钢坯2几毫米。例如，在成型金属是镁合金的情形中，相对于钢坯2的间隙大约形成大于1毫米至3毫米。后面将描述这种间隙的操作效果。熔化缸211也具有环状凸起211e，如图4所示形成基座端部外侧上的套筒形，并且与冷却套筒212和冷却件214相结合形成空间215。这种环状凸起211e具有多个孔或者切口211f，其中被限制在空间215中的热量从这些孔或者切口中耗散出去。因此空间215充当冷却件214和熔化缸211之间的绝热空间。
固定在熔化缸211的基座端部和冷却件214的侧板90a之间的冷却套筒212形成较小的并且大体上薄的圆柱形件，这样与它们的接触表面可以尽可能地变小。如图4所示，这种冷却套筒212装配在冷却件214前表面上的镗孔和熔化缸211基座端部上的镗孔中。这种冷却套筒212也具有在图中没有示出的温度传感器并且可检测出它的温度。
如图4所示在冷却套筒212的孔中形成了圆形凹槽212a，其中，在该圆形凹槽212a中将沿着钢坯2的周围向后流动的熔融金属3进行固化和保持。在钢坯2为镁合金的情形中，这种圆形凹槽212a的宽度形成为20毫米至40毫米，优选为30毫米，相对于缸孔211a的深度形成为3毫米至4毫米。此外，圆形凹槽212a前侧处的冷却套筒212的孔212b的内径形成得等于缸孔211a的内径，并且圆形凹槽212a后侧处的孔212c的内径形成得等于通孔90b的内径。因为圆形凹槽212a在与冷却件214接触的冷却套筒212中形成，所以圆形凹槽212a通过冷却件214强有力地进行冷却。后面将描述这种圆形凹槽212a的操作效果。顺便提及的是，如图4所示，圆形凹槽212a形成为完全包含在冷却套筒212中，但是它也可以形成与熔化缸211一侧或者冷却件214一侧相接触。
特别地，希望冷却套筒212由在刚度和热膨胀上与熔化缸211和/或冷却件214等效的材料来形成，并且由尽可能具有良好的导热性的材料形成。这意味着冷却套筒212可以与熔化缸211或者冷却件214一起形成。此外，冷却套筒212在硬度上没有问题，虽然它由如图所示的小体积件即相对较薄的圆柱形件形成。因为在后面将描述的圆形凹槽212a中形成的圆形固化材料201能够防止熔融金属3超过该圆形固化材料201向后泄漏，因此抑制了高压。
对于第一熔化缸111和第二缸211的上述加热带12a、12b、12c和12d而言，三个前侧加热带12a、12b和12c设置为钢坯2的熔化温度。例如，在钢坯2是镁合金的情形下，这些加热带的温度大约设置成600℃至650℃。正好相反，用于第一熔化缸111的加热带12d和用于第二缸211的加热带温度设置得略有不同。
第一熔化缸111的加热带12d的温度设置适当地控制在大约450℃至大约550℃，从而抑制位于熔化缸111基座端部处的钢坯2的软化。因为实质上当镁合金加热至大约350℃时它就开始软化。通过以这种方式加热，钢坯2初步加热至使它不会在熔化缸111的基座端部处发生软化的程度，然后对从熔化缸111一半到其前端的部分以高温加热同时在缸孔111a内部前进，最后在缸111的前端处迅速地熔化成600℃至650℃的熔融金属3。在这个实施例中，中央框架件90的侧板90a通常不加热，因此在一些情形中，板90a可以通过像第二熔化缸211的冷却管90d一样的冷却管进行冷却。
另一方面，第二熔化缸211的加热带12d固定在远离连接了冷却套筒212的基座端部附近的位置处，并且能够尽可能地抑制对冷却套筒212的加热影响。加热带12d的温度设置控制在大约500℃至550℃。因此，冷却套筒212不会受到加热而是通过冷却件214进行强烈地冷却。因此，冷却套筒212的温度主要地通过冷却件214的冷却温度设置来控制，并且通过加热带12d辅助地控制。理所当然，冷却剂进入的管件可以围绕着冷却套筒212转动并且可以单独地控制它的温度。更具体地说，如果是铸造镁，冷却件214中的钢坯2的温度可以冷却至不会超过大约100℃至150℃的温度，并且冷却套筒212中的钢坯2的温度可以控制成大约400℃，这个温度接近将会发生轻微软化的350℃的温度。
因为钢坯2通过如上所述在第一熔化缸11或者第二熔化缸211中进行加热，所以钢坯2从它的前端开始熔化并且转变成熔融金属3。然后，控制温度以便保证几次喷射的注射量，同时在成型操作的每次测量过程中该熔融金属3的体积都会有波动。这样，在熔化设备10中仅仅熔化并且保证最少量的材料，并且因此有效地减小了热能。此外，用于升高或者降下温度的时间减少，这就使用于维护工作和检测工作所浪费的等待时间最小化。此外，熔化设备的体积大小变得比传统的炉子小得多。
理所当然，当用于一次喷射量的熔融金属3从熔化缸111或者211供给到注射套筒21即测量时，必须安全地防止熔融金属3经由钢坯2和熔化缸11之间的间隙向后流动。在第一熔化缸111和第二熔化缸211中都通过下面的方法进行这种密封。
在第一实施例中，在测量的时候，由于熔融金属3的压力略微增大，所以软化钢坯2的前端在直径上略微扩大。然后前端扩大的侧表面2a通过与较大直径的缸孔111b的壁面保持适当的接触来密封熔融金属3。当该扩大侧表面2a保持与缸孔111b的壁面适当地接触时就执行密封，并且因此该密封通过它们之间的适当的间隙尺寸来实现。在这种情形下，在测量的时候熔融金属3的压力升高很小，这不会导致上述的侧表面2a在径向上膨胀得太大，这一点很便利。此外，还抑制了钢坯2与缸孔111b的偏心度并且因此基座端部侧的缸孔11lc和钢坯2之间的间隙变小并且同样地减小到最低。另外，侧表面2a作为柔软的并且均匀扩大的密封层与缸孔111b保持适当地接触，因为这种表面2a可以通过加热带12a至12d的加热和冷却件214的冷却保持在适当的软化状态。因此侧表面2a充当具有较低摩擦阻力的而且能够防止空气等的侵入或者熔融金属3的泄漏的密封层。因此这个实施例中直径扩大的侧表面2a在下文的说明中用术语称作扩径密封件。
在这个实施例中，大径缸孔111b和钢坯2之间的间隙必须依照如上所述的成型条件适当地预先设定。然而，上述的第一熔化缸111非常有效地且容易地被采用用来具有相对较小内径的熔化缸111的小尺寸的注射成型机。这是因为简单包括上述的缸孔111b、111c的熔化缸111符合成本减少的要求，而这对小尺寸注射成型机又是必须的。此外，这种小尺寸注射成型机不会像大尺寸注射成型机那样地导致熔融金属向后流动的现象。通过如下的现象可以很容易地理解上面的描述，即大尺寸注射成型机中的钢坯2的直径很厚，由此圆周长度就很长，这样熔融金属向后流动所经由的间隙就变得较大。
另一方面，在第二实施例中，熔融金属3不通过上述的扩径密封件密封而是通过圆形固化材料密封层来密封，其中该圆形固化材料密封层是冷却套筒212的圆形凹槽212a中的熔融金属3的固化物质。下面来描述这种圆形固化材料密封层的密封。
如果使用镁合金，冷却套筒212a中的钢坯2由冷却套筒212对它进行强有力地冷却而控制为大约400℃，即在它的软化温度附近。在这种条件下，当注射装置1首先开始它的预备性的注射成型操作时，钢坯2以低速前进，这点下文将进行描述。然后已经在熔化缸211前端熔化的熔融金属3沿着钢坯2向后流动，同时将圆形凹槽212a填满，并且最后变成固化物质。作为圆形固化材料201的这种固化物质具有如下的特性。
首先，因为这种圆形固化材料201是符合圆形凹槽212a和钢坯2之间的空间形状的熔融金属3的固化材料，所以它填满钢坯2的周围空间而没有间隙，即使钢坯2与熔化缸211存在微小的偏心度。其次，因为处于固化状态的圆形固化材料201的较大部分装配在圆形凹槽212a中，所以在测量过程中圆形固化材料201既不与钢坯2一起前进也不会由于熔融金属的压力而断裂，并且因此圆形固化材料201不会向后增长超过圆形凹槽212a。此外，因为钢坯2的圆周表面由熔融金属3迅速地加热直到下一个测量过程时为止，所以和钢坯2接触的圆形固化材料201的表面保持处于适当地软化的状态。顺便提及的是，上述的熔融金属3是在钢坯2前进的同时的测量过程中填充围绕着钢坯2的圆周的间隙的材料。此外，圆形固化材料201对钢坯2的粘附强度并不大，因为固化材料201是当滚烫的熔融金属3与具有相对较低的温度的钢坯2接触时迅速地转动的固化材料。
另外，熔化缸211的缸孔211a的内径和钢坯2的外径之间的间隙形成为几毫米以便钢坯2中软化的前端不会干涉到缸孔211a，其中钢坯2在前进的同时内径略微扩大。因此熔融金属3可以向后进入到钢坯的扩大端的后面，而不会发生堵塞，这样就避免了熔融金属不能进入的空间的存在，并且因此抑制了钢坯2测量量的波动。这种现象可以通过假设如下的相反的现象很容易地理解，即钢坯2扩大的前端重复它的增长和破裂，并且因此与缸孔211a反复接触或者分离。在这种相反的现象中，充当活塞面积的推动面积实际上有波动。
这样，在测量时当钢坯2前进和推动熔融金属3时，圆形固化材料201对钢坯2和熔化缸211之间的间隙良好和稳定地进行密封。圆形固化材料201当然不会允许空气等侵入钢坯2和熔化缸211之间的间隙，并且防止熔融金属3向后流动，这还减少了钢坯2运动的摩擦阻力。这种圆形固化材料201的密封作用有效地利用轻金属材料尤其是镁合金的特性，即由于它的高系数的导热率、较小的热容和较小的潜热而迅速地从固体变化成流体的相变特性。
上述的圆形固化材料201安全地密封熔融金属3。因此这类熔化缸211可以在大尺寸注射成型机上采用，其中使用的钢坯直径比小尺寸注射成型机的要厚。
接下来，将描述与本发明的熔化缸11有关的其他部件的特征实施例。在下文的说明中，熔化缸11包括尽可能不是特定的第一熔化缸111和第二熔化缸211。
首先，参照与连接通道13b的布局定位和熔化缸11的安装情况有关的图1来描述这个实施例，该连接通道13b在位于熔化缸11前端上的端部塞子13中形成。连接通道13b形成为作为缸孔11a和端部塞子13的塞子部分的上部剪切块之间的空间，以便在缸孔11a的上部打开。在这种情形下，通过水平地移走上部来形成所述剪切块从而形成D形的剖面，或者例如将矩形凹槽切成键槽。包含熔化缸11的熔化设备10以大约3度的倾斜位置布置，并且前侧较高。通过连接通道13b的这种配置，当首先开始预备性的注射成型操作时，已经封闭在熔化缸11内部的空气或者惰性气体就可以被安全地清除。这是因为空气和气体容易聚集在上部。此外测量还变得精确，因为在测量过程之外的不希望的时刻熔融金属3可能会溢出到注射套筒21的这种现象，通过连接通道13b和熔化缸11的倾斜位置这种配置而避免了。在这种情形下，包括注射套筒21和成型夹紧设备30以及熔化缸11的整个注射成型机布置成倾斜位置，并且后侧较低会更好。
在这个实施例中，如果熔融金属供给件15包括如图5所示的打开和关闭设备就会更好。图5是显示了熔融金属供给件15和它附近的结构的放大剖视图。在这个图形中，打开和关闭设备70包括在材料供给孔15a的底部上形成的阀座15b、通过与阀座15b接触或者分离来打开和关闭材料供给孔15a的阀杆71，以及例如用于驱动阀杆71向上和向下的液压缸的阀杆驱动设备72。在阀杆71和材料供给孔15a之间，固定一个成为熔融金属3的流动通道的间隙。液压缸72固定在支架73上，并且阀杆71的上端通过联结件74连接到液压缸72的活塞杆72a。上述结构的打开和关闭设备70通过仅仅在测量的时候打开材料供给孔15a来防止熔融金属3在除了测量时间之外的意外时刻落下，因为熔融金属3有时会粘附到材料供给孔15a的侧壁上。另外，因为材料供给孔15a在它的底端附近打开和闭合，所以在材料供给孔15a中就不存在让熔融金属3可以粘附并且有时落下的侧壁。这样，打开和关闭设备70就保证了精确的测量。顺便提及的是，在配设了这类打开和关闭设备70的情形下，注入孔17装备在盖子16上以便材料供给孔15a中的阀杆71不会冷却下来。
在配设了这类打开和关闭设备70的情形下，可以在熔融金属始终填满阀杆71和材料供给孔15a之间的间隙的这种条件下执行测量。在这种情形下，通过钢坯2挤压出(供给)熔融金属3的起始时间和结束时间控制成与打开和关闭材料供给孔15a的操作的时间相符，其中该打开和关闭时间决定测量操作的开始和结束。通过上述的测量，可以更精确地控制测量。这是因为由于材料供给孔15a填满了熔融金属，材料供给孔15a和阀杆71中没有发生温度的下降，并且还避免了熔融金属3粘附到侧壁上。此外，可以实施另一种操作效果，即通过这种操作熔化缸11中的熔融金属3的熔化效率提高。首先是避免了熔融金属3的温度下降，然而当面向连接通道13b的熔融金属3接触惰性气体时会发生所述温度下降。其次是以前对熔化缸11中的钢坯2的压缩变成可能并且因此熔化变得较容易。
接着描述钢坯供给设备40。图6是显示了钢坯供给设备的剖视图，沿着图1的中央框架件90处的线X-X剖开。例如，这个设备包括装载了多个排成队的钢坯2的给料器41、用于使钢坯以对齐的状态相继落下的滑槽42、用于暂时抓住钢坯并允许钢坯一个接一个地落下的闸门设备43、以及用于保持使钢坯与熔化缸11的轴向中心同中心的支架44。在给料器41中，布置了用于形成折回引导通道的隔板41以便使钢坯2落下，而不会产生堆积。闸门设备43包括上段闸门和下段闸门这两段闸门，即闸板43a和夹持件45，其中夹持件45是夹持器44的移动侧。这种闸门设备43通过闸板43a和夹持件45的交替打开和关闭操作允许钢坯2一个接一个地落下。参考数字43b表示液压缸，例如用于使闸板43a向前和向后移动的气缸。夹持器44包括一组夹持件45和46、例如为气缸的液压缸47和配置在滑槽42下方的引导件48，其中夹持件45和46通过从两侧夹住并且保留极小的间隙来夹持钢坯2，液压缸47打开或者闭合一侧的夹持件45，并且引导件48在曲线引导表面上接收钢坯2并且将它引导到夹持件46一侧。在夹持件45和46的相对的侧面上，直径略大于钢坯外径的几乎为半圆弧形凹槽45a和46a以如下的方式形成，即当夹持件45闭合时凹槽45a和46a的中心与缸孔11a的中心对齐。因此从给料器41供给的钢坯2通过夹持器44与缸孔11a的中心同中心地被夹持着。这种钢坯供给设备40以排列的状态夹持钢坯2并且使钢坯2一个接一个地下落。因此，钢坯供给设备并不限于上述的实施例，只要它能够起到如上所述的作用即可。顺便提及的是，钢坯2可以在机外以较低的温度初步加热而用于表面除湿。
接着描述钢坯插入设备50。例如，如图1所示，这种设备包括液压缸51、由液压缸51控制而向后和向前运动的活塞杆52以及与活塞杆的一端形成为整体的推杆52a。推杆52a的最大运动行程设置成远远超过钢坯2的总长。推杆52a与每个测量过程的一次喷射的注射量相对应地间歇地前进。推杆52a的位置和速度由位置检测设备例如图中未示出的线性标尺来检测，并且反馈给图中未示出的控制设备。
在补充的时候，上述的钢坯插入设备50使推杆52a向后移动的距离大于钢坯2的总长从而保证钢坯2的空间。然后钢坯插入设备50将钢坯2插进熔化缸11同时推进推杆52a。在测量过程的时候，钢坯插入设备50使推杆52a间歇前进并且向注射套筒21供给特定量的熔融金属3，其中一次前进所供给的量对应于一次喷射的注射量。这种类型的钢坯插入设备50并不限于液压缸的驱动设备，只要保证推杆52a的上述操作即可，因此可以是已知的电驱动设备，该电驱动设备驱动推杆52a利用滚珠丝杆等将伺服马达的旋转运动转换成线性运动。
现在参照图1详细地描述用于组合成上述的熔化设备10的柱塞注射设备20中的每个部件。这些部件并不限于例如下面所述的，因为它们在冷室压铸机的传统注射装置中是很常见的。
首先，描述柱塞注射设备20的总体结构。用于将注射套筒21连接到柱塞驱动设备60的连接件64是圆柱形件并且在接近前侧的位置处具有屏壁64a。屏壁64a具有通孔，其中柱塞22几乎没有间隙地装配进通孔中，并且收集盘65可拆卸地配设在屏壁64a前侧的下面从而为熔融金属3的泄漏做好准备。同样，用于注入惰性气体的注入孔64b配设在连接件64的上侧。具有这种类型的结构的连接件64在注射套筒21和屏壁64a之间配设有空间66。使用这种结构，即使从注射套筒21的基座端部泄漏出来很少量的熔融金属3，这些也会被收集在收集盘65中。而且因为惰性气体被注入这个空间66内，所以残留在柱塞22和基座端侧套筒孔2la之间的间隙中的空气就被清除了。这种类型的清除保证了用于防止材料氧化的有利环境，特别是在镁成型的情况下。惰性气体的供应量可以是很少量的，因为气体仅仅供入空间66中和注射套筒21与柱塞22之间的微小间隙中。
接下来，描述柱塞驱动设备60。例如，如图1所示，这种设备包括液压缸61、由液压缸61控制而运动的活塞杆62以及用于连接活塞杆62和柱塞22的联结件63。插入注射套筒21中的柱塞22由液压缸61的活塞杆62驱动在纵向方向上向前和向后运动。柱塞22的位置由位置检测设备例如未示出的线性标尺来检测并且由未示出的控制器控制，其中位置反馈给控制器。柱塞22可以后退的位置设置为位于材料供应口21h后面并且它的最大行程提前设计成与注射装置1的最大注射体积一致。这种类型的柱塞驱动设备60并不限于液压缸的驱动设备，并且因此可以是电驱动设备，其中驱动设备60驱动柱塞22利用滚珠丝杆等将伺服马达的旋转运动转换为线性运动。
柱塞22配设有直径比注射套筒21的内径略薄的头部22a和直径比头部22a略薄的轴部22b。头部22a也具有配设在它的周围的活塞环(未显示)。
在测量过程中这种类型的柱塞驱动设备60使柱塞22后退到材料供应口21h的后面，并且在完成测量之后使柱塞22前进并且具有一定的注射速度和注射量。然后驱动设备60在需要时来控制夹持力。
使用本发明的如上构成的注射装置1，根据以下来执行注射成型操作。为了易于理解，首先描述实际的喷射成型操作。在这种成型操作开始之前，多个钢坯2已经提前供入熔化缸11中并且与几次喷射的注射量相等的熔融金属3已经固定在熔化缸11的向前侧。在这种状态下，首先执行测量操作。首先，柱塞22后退到超过材料供应口21h，然后推杆52使钢坯2前进特定的量。在配设了打开和关闭设备70的情形下，同时开始阀杆71的打开操作。通过上述的测量操作，用于一次喷射的熔融金属3经由熔融金属供给件15从熔化缸10传送到注射套筒21。通常，这种操作是在已经在上述操作中成型的成型制品取出并且半模被夹紧之后进行的。在测量的这个时候，熔融金属3的压力决不会变得很高，因为熔融金属供给件15的材料供给孔15a打开了。因此，通过上述的扩径密封件或者圆形固化材料密封层将熔融金属3安全地密封。特别地，在配设了打开和关闭设备70并且材料供给孔15a始终充满熔融金属3的情形下，同时进行阀杆71的打开操作。因此熔融金属的压力不会变得特别高。
在注射套筒21中测量的熔融金属3通过加热带23保持在熔融状态。这时，惰性气体防止熔融金属的氧化。接下来，柱塞22向前移动并且将用于一次喷射的熔融金属喷射进空腔34，就同传统的一样。接下来，进行成型制品的传统的冷却，并且打开模子的另一个半部，然后取出成型制品。接下来，半模重新闭合并且然后通过上述的方法开始测量。在测量的每个时刻被消耗的熔化缸11中的熔融金属3在下一个测量开始之前被熔化并且进行补充。
每次重复如上所述的测量，钢坯2间歇地向前移动。当已经完成了用于一个钢坯的熔融金属的注射时，就补充钢坯2。在推杆52a的位置检测器检测到推杆52a已经前进的距离大于一个钢坯的总长之后开始这种补充操作。首先，钢坯插入设备50使推杆52a后退大于钢坯2总长的距离，并且保证用于供给钢坯2的熔化缸11后面的空间。接下来，钢坯供给设备40向熔化缸11的后部补充一个钢坯2，并且然后钢坯插入设备50将钢坯2推进熔化缸11从而完成补充操作。这时，上述的扩径密封件或者圆形固化材料密封层防止空气渗入到熔化缸11中的熔融金属3以及熔融金属3的向后流动。而且，因为钢坯2的侧表面和圆周表面抛光成光滑的，所以没有空气随着钢坯一起进入。因此一旦已经完成清除，空气就不会侵入熔化缸11。
接下来，描述在上述的实际注射成型操作之前的预备性步骤的操作。首先，喷射惰性气体用于清除熔化缸11中的空气。接下来，提前装入给料器41的钢坯2通过钢坯供给设备40供给到熔化缸11的后部，并且通过钢坯插入设备50插入到熔化缸11。在这个初始阶段，多个钢坯2接连地插入直到它们填满熔化缸11时为止。插入的钢坯2从它的向前部分的前端开始熔化同时通过加热带12a至12d加热并且在熔化缸11中被向前挤压。在最后确保熔融金属3用于多次喷射的注射量之后，熔融金属3被传送进注射套筒21，同时柱塞22后退并且推杆52前进。在熔融金属3供入注射套筒21之后就执行与上述的注射操作相对应的操作，并且首先清除在形成熔融金属3时混进熔化缸11的空气或者惰性气体。在这种清除完成以后，重复多次预备性的成型操作并且调整成型条件然后完成成型之前的预备性的操作。
如上所述的本发明并不限于上述的实施例，根据本发明的要旨可以进行各种修改，并且这些修改不脱离所附权利要求的范围。特别地，就具体设备而言，基本功能与本发明的要旨一致的这种设备包括在本发明中。
工业应用如上所述，本发明的冷室压铸机中的注射装置使铸造材料可以以钢坯的形式进行供给，虽然采用了传统的柱塞注射设备。因此本发明的注射装置易于进行材料的处理并且实现了铸造材料的高效熔化和测量，同时继承了冷室压铸机的注射特性并且使熔化设备的炉子变得没有必要。此外，本发明的注射装置通过本身的简化而易于处理并且使维护工作比较容易。
权利要求
1.一种冷室压铸机中的注射装置(1)，它将轻金属材料的熔融金属供给到注射套筒(21)的材料供应口(21h)并且具有通过柱塞(22)注射所述熔融金属的柱塞注射设备(20)，包括(a)熔化所述轻金属材料的熔化设备(10)，和将熔融金属从所述熔化设备注入到所述柱塞注射设备的熔融金属供给件(15)；(b)其中，所述熔化设备还包括，通过供给短圆柱形杆状的钢坯(2)型的所述轻金属材料来补充成型金属的钢坯供给设备(40)；钢坯插入设备(50)，它位于所述钢坯供给设备后面，并且具有用于将所述补充的钢坯向前移动或者后退超过所述钢坯总长的距离的推杆(52a)，以及位于所述钢坯供给设备前面的熔化缸(11)，用于容纳由所述推杆向前移动的所述多个钢坯，并且用于使所述钢坯从前端熔化从而形成几次喷射的熔融金属(3)；(c)其中，所述熔融金属供给件还包括，用于从所述熔化缸的缸孔(11a)的前端将所述熔融金属注入到所述注射套筒的所述材料供应口的材料供给孔(15a)；并且(d)其中，所述熔化设备通过经由所述推杆推动所述钢坯并且在所述柱塞注射设备使所述柱塞后退之后，通过向注射套筒供给一次喷射的熔融金属来测量所述熔融金属。
2.一种如权利要求1所述的冷室压铸机中的注射装置，其特征在于，所述注射装置的所述熔化缸包括如下的第一熔化缸(111)，即除了所述第一熔化缸的基座侧之外的缸孔(111b)的大部分具有能使所述缸孔的大部分与所述钢坯未熔化前端的扩大侧表面(2a)接触并且具有防止所述熔融金属向后流动程度的内径，并且所述第一熔化缸的所述基座侧的缸孔(111c)具有比所述钢坯外径略大的直径。
3.一种如权利要求1所述的冷室压铸机中的所述注射装置的所述熔化设备，包括(a)冷却所述钢坯的冷却件(214)，固定在所述冷却件前面的第二熔化缸(211)；和位于所述第二熔化缸和所述冷却件之间的冷却套筒(212)；(b)其中，所述冷却件具有比所述钢坯的外径略大的通孔(90b)并且具有围绕着所述通孔的冷却管(90d)；(c)其中，所述第二熔化缸的缸孔(211a)的大部分形成为具有不会允许所述缸孔的大部分与所述钢坯的所述前端接触的内径；并且(d)其中，所述冷却套筒具有通过冷却所述熔融金属而在所述钢坯外周上产生所述熔融金属的圆形固化材料(201)的圆形凹槽(212a)。
4.一种如权利要求1所述的冷室压铸机中的注射装置，其特征在于，所述注射装置的所述熔融金属供给件的材料供给孔经由连接通道(13b)通向所述熔化缸的缸孔，该连接通道(13b)在所述熔化缸的缸孔上部打开，并且所述熔化缸布置成其中前部分处于位置较高的倾斜姿势。
5.一种如权利要求1所述的冷室压铸机中的注射装置，其特征在于，在所述熔化设备和所述柱塞注射设备之间配设有这种打开和关闭设备(70)，它包含通过在所述材料供给孔中向上和向下运动而用于打开和关闭所述材料供给孔底端的阀杆(71)，以及用于仅仅在测量的时候打开所述阀杆的阀杆驱动设备(72)。
6.一种如权利要求5所述的冷室压铸机中的所述注射装置中使用的测量方法，其特征在于，所述熔融金属以如下的方式被测量，即所述熔融金属始终保存在所述材料供给孔中，并且几乎同时执行所述材料供给孔的打开和关闭操作以及所述推杆的挤出操作。
全文摘要
一种冷室压铸机中的注射装置，其中注射装置的熔化设备(10)包括用于补充钢坯(2)型的轻金属材料的钢坯供给设备(40)、用于从钢坯前端熔化钢坯并且形成用于几次喷射的熔融金属(3)的熔化缸(11)、用于将钢坯插入熔化缸的插入设备(50)以及柱塞注射设备(20)，其中用于一次喷射的熔融金属的量经由熔融金属供给件(15)的打开和关闭设备(70)进行测量并且从熔化设备供给到柱塞注射设备。特别地，通过具有扩径的钢坯的一部分的侧表面(2a)与缸的孔(111a)的接触，或者通过在冷却套筒(212)中的圆形凹槽(212a)中形成的圆形固化材料(201)与钢坯的接触，来实现熔化缸中熔融金属的密封。注射装置可以用于以更高的效率来供给并且熔化轻金属材料例如镁合金材料，并且以更高的精度测量熔融金属的量。
文档编号B22D17/10GK1711145SQ20038010343
公开日2005年12月21日 申请日期2003年11月17日 优先权日2002年11月18日
发明者藤川操 申请人:沙迪克普拉斯泰克株式会社