用于高压挤压熔融铝的设备和方法

专利名称：用于高压挤压熔融铝的设备和方法
用于高压挤压熔融铝的设备和方法 相关申请的交叉引用对熔融金属的流动和产品出口速度的控制通过与(AC)熔 融金属喷射器气体连通的过程控制缸(PCC)实现。该过程控制缸具 有壳体，其构造为容纳气体和可在该壳体内往复地调整的活塞。活塞 可移动通过前进行程和返回行程。PCC的返回行程使得气体膨胀，因 此减小了 AC熔融金属喷射器壳体内的压力，导致产品的出口速度减 緩。PCC的前进行程压缩气体，因此增大了 AC熔融金属喷射器壳体 内的压力，导致产品的出口速度增加。因此，可以调整PCC活塞的位 置以保持预定速度。
[00131本发明还提供了操作熔融金属供应系统以在大体上恒定的 熔融金属流量或者压力下向下游过程供应熔融金属的方法。该方法包 括驱动喷射器活塞以使喷射器壳体充填熔融金属，随后将熔融金属供 给到另一个喷射器或者下游过程。当喷射器供给金属时，称为处于供 给或者挤压步骤，而当喷射器充入金属时，称为处于充填步骤。熔融 金属供应系统以循环的方式工作，其中，单个循环被定义为FC熔融 金属喷射器经历充填步骤和供给步骤。FC熔融金属喷射器在它的充填步骤中是与熔融金属供应源或者容器流体连通的(通过icv的开启
和OVC的关闭)，而在供给步骤中，FC熔融金属喷射器与AC熔融 金属喷射器和下游过程流体连通(通过OCV的开启和ICV的关闭)。 在供给步骤之前，在供给缸中的气体预加压至AC中的压力。在供给 步骤中，FC缸中的气垫被压缩，由此促进熔融铝从FC转移至AC。 在这个阶段，FC向AC缸和下游过程供应熔融金属。这就导致AC的 充填。FC熔融金属喷射器的前进行程在较高速度下操作，这导致熔 融金属同时供给到积蓄缸(AC)和下游过程。AC的活塞始终根据 AC中的熔融金属液位动作以保持恒定的气垫。因此，FC熔融金属喷 射器活塞和AC熔融金属喷射器活塞将在相反的方向移动，以便当其 中一个供给时另一个在充填。在FC返回行程之前，OCV关闭并且 FC中的气体排出。
[0014I通过利用与AC熔融金属喷射器气体连通的过程控制缸 (PCC )调整在AC熔融金属喷射器中的压力来实现对产品从下游过程 离开的出口速度的控制。根据产品速度传感器的反馈对所述PCC活塞 调整。
[00151通过凝固和熔化通道中的熔融金属来操作止回阀，以分别 阻碍或者促进熔融金属流动。当止回阀在基本上不同的工作压力下操 作时，这些阀起到了可靠的隔离组件的作用。
[00161本发明的另 一方面是减少与制造挤压制品有关的总成本。


[0017为了更完全理解本发明，结合附图进行以下的描述，其中 [00181图l是挤压工艺的示意[0019图2是依照本发明构造和布置的熔融金属供应系统的示意 性的剖视[0020图3是在图2的系统中使用的熔融金属供应喷射器的剖视
[0021图4是熔融金属喷射器的示意性的剖视[0022图5是依照本发明的熔融金属喷射器、密封和用于冷却密封的装置的剖视[0023图6是在图2的系统中使用的止回阀的剖视[0024图7是挤压模具的剖视图；和
[00251图8是熔融金属供应系统的纵剖面。
具体实施例方式
[0026附图和随后的说明书描述了本发明的优选的实施例。然而， 可以设想到的是，熟悉挤压工艺和/或熔融金属供应系统的技术人员可
征应用于其它的范围。相应地，附图和说明书不得看作对本发明的范 围的限制，而是应理解为广泛的和一般的教导。当涉及任何数值范围 时，这些数值范围应理解为包括在给出的最小值和最大值范围之间的 每个数值和/或区段。最后，为了以下的描述，术语"上"、"下"、"左 "、"右"、"竖直"、"7jc平"、"顶部"、"底部"以及其派生词将涉及到
本发明在附图中的取向。
0027本发明涉及包含至少两个熔融金属喷射器的加压熔融金属 供应系统(连续的金属输送系统)。所述熔融金属供应系统可以用于将 熔融金属传递至下游的挤压设备或者过程。特别的是，本发明中公开 的熔融金属供应系统以大体上恒定的流量和压力将熔融金属提供给下 游的挤压设备或者过程。
[0028如图2所示，熔融金属供应系统16包括多个分别由"a"和 "b"表示的熔融金属喷射器18。 FC熔融金属喷射器18a和AC熔融金 属喷射器18b是相同的，为简明起见它们的组成部件在下文将根据单 个喷射器18描述。低压供给系统20将熔融金属22提供给FC熔融金 属喷射器18a。从与低压供给系统20流体连通的容器21中连续不断 地向低压供给系统20供应熔融金属。低压供给系统20还与大体上竖 直地延伸的第一供给通道24流体连通。第一供给通道24与包围在第 一壳体28中的第 一接收腔26流体连通。第 一接收腔26与大体上横向 延伸的第二供给通道30流体连通。止回阀32a可用于阻碍或者促进熔 融金属22流过第二供给通道30。[0029第二供给通道30延伸到包围第二接收腔36的第二壳体34 中。第二接收腔36与第二供给通道30、大体上竖直地延伸的第三供 给通道38和大体上横向延伸的第四供给通道40流体连通。第三供给 通道38与FC熔融金属喷射器18a的喷射器壳体44的内部42流体连 通。(OCV)止回阀32b用于促进或者阻碍熔融金属22流过第四供给 通道40。尽管图2描绘了止回阀32a和32b围绕第二和第四供给通道 30和40的中心设置，但第一和/或第二止回阀32a和32b也可以大体 上分别沿着第二和第四供给通道30和40的全长延伸。
[0030第四供给通道40延伸到包围第三接收腔48的第三壳体46 中。第三接收腔48与第四供给通道40、大体上竖直地延伸的第五供 给通道50和向外延伸的第六供给通道52 (如图8所示)流体连通。 第五供给通道50与第二喷射器18b的壳体44的内部42流体连通。第 六供给通道52与挤压模具54 (如图8所示)流体连通，该挤压模具 54用于在熔融金属22通过连接到挤压模具54的挤压模头56挤压之 前凝固熔融金属22。尽管图2描绘的供给通道24、 30、 38、 40、 50 和52具有大体上相同的直径，但需要注意的是这并不意味着限制，因 为一个或多个供给通道24、 30、 38、 40、 50和52可以具有不同尺寸 的直径。
[0031从图2中可以理解到，过程控制缸58、 AC熔融金属喷射 器18b和FC熔融金属喷射器18a通过气体导管60相连，该气体导管 60允许气体在过程控制缸58和FC熔融金属喷射器18a和AC熔融金 属喷射器18b之间传导。在FC熔融金属喷射器18a中的气垫116由 从AC熔融金属喷射器18b通过设置在FC熔融金属喷射器18a和AC 熔融金属喷射器18b之间的气体导管60传送(行进)到FC熔融金属 喷射器18a的气体补充。AC熔融金属喷射器18b的气垫116由从过 程控制缸58通过设置在过程控制缸58和AC熔融金属喷射器18b之 间的气体导管60传送到AC熔融金属喷射器18b的气体补充。接下来 将会对气体导管60的功能作进一步的描述。
[0032在图2中，过程控制缸58与AC熔融金属喷射器18b通过大体上横向延伸的第一气体导管62气体连通。大体上横向延伸的第二 气体导管64将AC熔融金属喷射器18b连接到FC熔融金属喷射器 18a。第一气阀66安装于第二气体导管64,其用于调节在FC熔融金 属喷射器18a和AC熔融金属喷射器18b之间的气体流量。第三气体 导管68安装到FC熔融金属喷射器18a。第三气体导管68用来从FC 熔融金属喷射器18a排空(即排出或者释放)气体。排空操作通过安 装于第三气体导管68的第二气阀70调节。
[0033IFC熔融金属喷射器18a和FC熔融金属喷射器18b是相同 的，为简明起见它们的组成部件在下文依照单个喷射器"18"描述。参 见图2 - 5，喷射器18包括喷射器壳体44，其用于在熔融金属22移到 下游设备或工艺过程之前容纳熔融金属22。在本发明的一个实施例 中，喷射器壳体44内衬有石墨105 (如图4所示)。然而，这并不意 味着限制，因为该内衬可以由与所使用的熔融金属22不起不利反应的 任意材料制造。活塞84向下延伸到喷射器壳体44中，并可在喷射器 壳体44内往复地操作。如图2-4所示，活塞84的第一端106与液压 致动器或压头108连接，该液压致动器或压头108通过往复移动来驱 动活塞84。活塞84的第一端106通过自对准联接器110与液压致动 器108连接。位于活塞84的第二端114和熔融金属22之间的气垫116 的高度传送到计算机或控制单元117 (如图2所示)，其调节过程控制 缸(PCC) 58、 FC熔融金属喷射器18a和AC熔融金属喷射器18b 的动作。喷射器活塞84动作，以保持固定的气垫高度。接下来将更进 一步地描述计算机117调节过程控制缸(PCC) 58、 FC熔融金属喷射 器18a和AC熔融金属喷射器18b的动作的方法。
[0034参见图5，气体通过贯穿喷射器壳体44的一个或多个进气 口通道118分别引入FC和AC喷射器18a和18b。进气口通道118与 至少一个邻近的喷射器(未显示)或与过程控制缸(未显示)气体连 通。从图5中可以清楚地看到，活塞84的外表面120没有完全地与喷 射器壳体18的内壁122平齐(即接触)，因此允许气体从邻近的喷射 器或从过程控制缸58进入到喷射器壳体44。当气阀开启时，气体通过一个或多个贯穿喷射器壳体44的出气口通道124排出喷射器壳体 18。
[0035I通过至少一个设置在喷射器壳体44的第一端82附近的密 封126阻止在喷射器壳体44中的气体从活塞84和喷射器壳体44之间 逸出。从图5中可以清楚地看到，密封126接纳在设置于靠近活塞84 外表面120的喷射器壳体44内壁122内的槽128中。环形的肩部80 靠近喷射器壳体44的第一端82设置，其位于支撑壳体76或顶板78 之下。
[0036对密封126进行冷却，以防止它由于熔融金属22、在喷射 器壳体44中的受热的气体和由活塞84的动作引起的摩擦所产生的热 量而老化。图5描述了可以实现的冷却方式的一个实施例。在这个实 施例中，多个冷却通道132设置在靠近密封126的喷射器壳体44的外 表面130上。设计用于防止冷却剂从冷却通道132漏出的外壳134包 围冷却通道和喷射器壳体44。在另一个实施例中，冷却通道设置在外 壳134的内部136中。
[0037从图2和6可以理解，挤压方法可以分成两个单独的和不 同的循环。首先，为挤压过程准备熔融金属供应系统2的充填循环。 一旦熔融金属供应系统2已经充满熔融金属22，就开始挤压循环以挤 压产品。
[0038在充填循环中，从容纳熔融金属的容器21向低压供给系统 20充填熔融金属22。 一旦低压供给系统20充满熔融金属22，熔融金 属22就从低压供给系统20传送到与第 一接收腔26流体连通的第 一供 给通道24。由于在低压供给系统20中的气体压力大于(高于)在FC 熔融金属喷射器18a中的气体压力，熔融金属22从低压供给系统20 移动到第一供给通道24。相应地，熔融金属22从低压供给系统20移 动到FC熔融金属喷射器18a。当熔融金属22从低压供给系统20排 出时，补充的熔融金属22通过容器21引入低压供给系统20，以便在 低压供给系统20中的熔融金属22的高度大体上保持不变。熔融金属 22从第一接收腔26传送到第二供给通道30。0039熔融金属22通过第二供给通道30传送到与第三和第四供 给通道38和40流体连通的第二接收腔36。在这个特定的时刻，熔融 金属22能自由地通过第二供给通道30，因为ICV止回阀32a包括加 热线圏180，加热线圏180是有功的并且加热熔融金属22以保证熔融 金属22基本上保持在液态。当第二接收腔36充满熔融金属22时，通 过OCV止回阀32b阻止熔融金属22通过第四供给通道40，冷却该 OCV止回阀32b以使得熔融金属22的温度降低到凝固温度以下。与 ICV止回阀32a不同，在这时候在OCV止回阀32b上的加热线圏180 是无功的。通过防止熔融金属22通过第四供给通道40，第二接收腔 36就充满熔融金属22。 一旦第二接收腔36已经充满，熔融金属22 传送到与FC熔融金属喷射器18a的喷射器壳体42的内部42流体连 通的第三供给通道38。当在FC熔融金属喷射器18a中的熔融金属22 的高度上升时，熔融金属探针116将活塞84和熔融金属22之间的间 距传输到计算机或控制单元117。计算机117指示FC熔融金属喷射器 18a的活塞84向上移动或动作(即返回行程)，从而保持活塞84和熔 融金属22之间的恒定的预定高度。
[0040当在FC熔融金属喷射器18a中的熔融金属22达到临界高 度时，通过取消感应加热功率并将阀体基本上冷却到铝的凝固点以下 来关闭ICV。然后，把FC缸中的气垫预加压到基本上接近在AC熔 融金属喷射器18b中的气垫压力。然后，激活OCV止回阀32b的加 热线圏180，从而将在OCV止回阀32b中凝固的熔融金属22的温度 升高到熔融金属22的凝固温度之上。同时，通过开启第一气阀66而 将气体从AC熔融金属喷射器18b经过气体导管60传递到AC熔融金 属喷射器18a，分别使在FC熔融金属喷射器18a和AC熔融金属喷射 器18b之间的气体压力相等。气体压力的相等使得FC熔融金属喷射 器18a中的压力上升到低压供给系统20中的气体压力之上，从而防止 熔融金属22从低压供给系统20流动到FC熔融金属喷射器18a。 一 旦超过凝固温度，在OCV止回阀32b中的熔融金属22就通过第四供 给通道40进入与第五和第六供给通道50和52流体连通的第三接收腔36。当熔融金属22开始通过OCV止回阀32b时，FC熔融金属喷射 器18a的活塞84以预定的速度开始它的下行冲程(即排出行程)。计 算机117监测由熔融金属探针112采集的测量值，并调整活塞84的速 度以与预定的速度匹配。FC熔融金属喷射器18a的活塞84的下行冲 程推动在喷射器壳体44中的熔融金属22经过第三供给通道38、第二 接收腔36并进入第四供给通道40。在活塞84的下行沖程中，通过冷 却ICV止回阀32a和凝固在其中的熔融金属22，防止熔融金属22经 过第二供给通道30回流。
[0041一旦熔融金属22进入第三接收腔48，熔融金属22就同时 通过第五和第六供给通道50和52。第五供给通道50与AC熔融金属 喷射器18b的喷射器壳体44的内部42流体连通，而第六供给通道52 与挤压模具54流体连通。在AC熔融金属喷射器18b的喷射器壳体 44充满后，计算机117使AC熔融金属喷射器18b的活塞84向上移 动(即返回行程)，以便在活塞84和熔融金属22之间保持恒定的预定 高度(即气垫116)。
[0042挤压循环是这样定义的由FC熔融金属喷射器18a经历排 出行程，之后是返回行程。在挤压循环中，AC熔融金属喷射器的活 塞84通过计算机117监控，计算机117的程序设定为保持活塞84和 熔融金属22之间的预定距离。换句话说，始终维持恒定的气垫116 高度。该距离通过熔融金属探针112测量，并且测量值连续地传输到 计算机117。 AC熔融金属喷射器18b的活塞84的下行冲程将AC熔 融金属喷射器18b中的熔融金属22通过第五供给通道50、第三接收 腔48和第六供给通道52排出到挤压模具54。通过使OCV止回阀32b 中的熔融金属22凝固而关闭OCV止回阀32b,阻止了熔融金属22 通过第四供给通道40的回流。
[0043I参见图6， 一旦进入挤压模具54中，熔融金属22就凝固， 并被挤出位于挤压模具54的第二端188的挤压模头226。用于测量固 体挤压件230排出挤压模头226的速度的装置228在挤压模头226的 下游设置。该速度检测装置通过调节过程控制缸58的计算机(未显示)监控。
[00441如前面的段落所述，过程控制缸58调节AC熔融金属喷射 器18b中的气体压力。参见图2，过程控制缸58包括单独的壳体232 和单独的活塞234，活塞234可在壳体232中往复地操作。第二活塞 234的动作将影响AC熔融金属喷射器18b中的气体压力，因为过程 控制缸58和AC熔融金属喷射器18b是气体连通的。如果需要的话， 气体供应源236向过程控制缸58供应额外的气体。气体供应源236 和过程控制缸58通过第四气体导管238连接。换句话说，气体供应源 236和过程控制缸58彼此通过第四气体导管238气体连通。安装到第 四气体导管238的第三气阀240用来调节气体供应源236和过程控制 缸58之间的气体流量。第五气体导管242安装到过程控制缸58。第 五气体导管242用来将气体从过程控制缸58排出(即排空或者释放)。 气体通过第五气体导管242排出，以减少在过程控制缸58中的气体的 量。通过第五气体导管242排出的气体的量通过安装到第五气体导管 242的第四气阀244控制。第五气阀246安装到第一气体导管62，以 调节过程控制缸58和AC熔融金属喷射器18b之间的气体流量。
[0045如果挤压件230的挤出速度低于要求的速度，计算机117 将指示过程控制缸(PCC)活塞234向下移动(排出行程)，从而增加 施加于过程控制缸58中气体的压力的量值。换句话说，当PCC活塞 234进入排出行程时，在熔融金属供应系统16中的总压力增加。在过 程控制缸58中增加的气体压力转化为在AC熔融金属喷射器18b中气 体压力的增加，因为在过程控制缸58中的气体被排到AC熔融金属喷 射器18b中。因为在AC熔融金属喷射器18b中的活塞84设计成能保 持由熔融金属探针112测量的在活塞84和熔融金属22之间的特定高 度，活塞84下行冲程的速度将增加以补偿膨胀的气垫的高度。
[0046如果挤压件230的挤出速度大于要求的速度(即速率)，那 么计算才几117将指示PCC活塞234向上移动(返回^f亍程)，从而减小 施加给过程控制缸58中气体的压力的量值，并因此减小施加给AC熔 融金属喷射器18b中气体的压力的量值。换句话说，当第二活塞234进入返回行程时，在熔融金属供应系统16中的总压力降低。因为AC 熔融金属喷射器18b的活塞84设计成能保持由熔融金属探针112测量 的气垫116的恒定高度(即活塞84和熔融金属22之间的间隔)，AC 熔融金属喷射器18b的活塞84的下行沖程速度减小以对喷射器壳体 42中的熔融金属22的较高液面作补偿。
[0047如果挤压件230的挤出速度处于要求的速度，计算机117 将指示第二活塞234保持静止。通过保持第二活塞234固定不动，施 加于过程控制缸58中气体的压力的量值保持恒定，以及因此施加给 AC熔融金属喷射器18b中气体的压力的量值也保持不变。换句话说， 熔融金属供应系统16中的总压力不会增加或减少。相应地，挤压件 230将以所需的速度挤出挤压模头226。
[0t)48在AC熔融金属喷射器18b的下行冲程完成之前，阻止气 体从AC熔融金属喷射器18b进入FC熔融金属喷射器18a的第一气 阀66开启，以平衡FC熔融金属喷射器和AC熔融金属喷射器18a和 18b之间的气体压力。 一旦在FC熔融金属喷射器和AC熔融金属喷射 器18a和18b之间气体压力已经平衡，第一气阀66就关闭，并且FC 熔融金属喷射器18a开始它的下行沖程，以将熔融金属22充入AC熔 融金属喷射器18b和挤压模具54。当FC熔融金属喷射器18a的排出 行程完成时，第二气阀70开启，以释放积聚在FC熔融金属喷射器 18a中的气体压力，从而将AC熔融金属喷射器18a的压力降低到低 压供给系统20的压力之下。这促使低压供给系统20将熔融金属22 充填FC熔融金属喷射器18a，并且重复挤压循环，以使熔融金属22 连续地以恒定的速率挤出。 止回阀
[0049第一和第二止回阀32a和32b是相同的，下文将依照单个 止回阀32描述它们的组成部件。熔融金属输送系统的成功运行可通过 使用任何可靠的熔融金属止回阀实现。这种止回阀的 一个例子为 Sample等人的美国专利6,739,485中描述的双作用阀。依照本发明的 以熔融金属的凝固和熔化为基础的止回阀的优选实施例将在随后的段落中描述。
[0050参见图6，止回阀32包括具有第一端140和第二端142的 导热的第一阀芯138，中心孔144大体上沿着其整个长度延伸。在一 个实施例中，第一阀芯138基本上为圆柱形。在另一实施例中，导热 的第一阀芯138由石墨制造。然而，这并不意味着限制，因为第一阀 芯138可以由任何导热材料制造，只要该材料不与熔融金属22起不利 反应。熔融金属22流过中心孔144由箭头Y表示，可以从图6中理 解，熔融金属22通过第一端140进入第一阀芯138，并从第二端142 离开第一阀芯138。在图6中，中心孔144包括较小直径的第一孔146 和较大直径的第二孔148。较小直径的第一孔146使得熔融金属22向 箭头X方向流动更加的困难。尽管图6中显示的阀芯138的第一和第 二孔146和148具有大体上相同的长度，本领域技术人员将意识到第 一和第二孔146和148可以具有不相等的长度。在一个实施例中，中 心孔144具有大体上相等的直径。
[0051第一套筒150围绕第一阀芯138。在一个实施例中，第一套 筒150具有大体上圆柱形，并且由导热金属材料例如铜制造。 一个或 多个冷却通道152设置在第一套筒150的内部中并大体上沿着它的长 度延伸。冷却通道152可以设置得邻近或者远离第一套筒150的外表 面156。具有第一端158和第二端160的冷却通道152是通过在第一 套筒150的整个长度上钻通而制成的。 一旦制成后，通道152的各个 开口端利用塞子162密封，以避免冷却剂逸出。在现有技术中已知用 于钻冷却通道152并且将塞子162安装到第一套筒150的方法。在一 个实施例中，所述塞子由铜组成。然而，这并不意味着限制，因为可 以使用任意的金属或者金属合金来制造塞子。
[0052在另一个实施例中，第一套筒150是由两个焊接在一起的 金属半部制成。因为冷却通道152的半部是在所述每个金属半部中机 加工而成，这个特别的实施例不需要使用塞子162密封两个冷却通道 152的端部，因为冷却通道152不是沿着第一套筒150的整个长度延 伸。如果这个实施例的止回阀32中采用了多于两个的冷却通道152，那么冷却通道152将利用现有技术中公知的工艺进行开钻和塞住。
[0053如图6所示，冷却剂通过入口导管164引入冷却通道152， 入口导管164与冷却通道152的第二端160处于恒定的流体或气体连 通。入口导管164大体上径向地从冷却通道152延伸，并接纳来自第 一入口冷却管166的冷却剂，该第一入口冷却管166通过大体上沿着 第一套筒150的圆周延伸的支架168保持在位。支架168具有与第一 入口冷却管166连续地流体或者气体连通的内部通道170。支架168 的内部通道170还大体上沿着支架168的圆周延伸，从而将冷却剂传 送到设置在第一套筒150内的其它冷却通道152。
0054随着冷却剂流向冷却通道152的第一端158，该冷却剂吸收 从熔融金属22排除的热量，从而通过将熔融金属22的温度降低到凝 固温度以下来凝固或者冻结位于导热的第一阀芯138内的熔融金属 22。参见图6，受热的冷却剂通过靠近第一套筒150的第一端174的 第一出口冷却管I"排出第一套筒150。尽管图6显示的第一入口冷 却管166靠近第一套筒150的第二端176,而第一出口冷却管172靠 近第一套筒150的第一端174，但是第一入口冷却管166和第一出口 冷却管172的位置可以颠倒，这没有脱离本发明的范围。与第一入口 冷却管166类似，第一出口冷却管172通过大体上沿着第一套筒150 的圆周延伸的支架168保持在位。支架168具有的内部通道170与第 一出口冷却管172和出口导管178处于恒定的流体或者气体连通，而 出口导管178与冷却通道的第一端158处于流体或者气体连通。内部 通道170大体上沿着支架168的圆周延伸，从而朝向第一出口冷却管 172传送由冷却管排出的受热的冷却剂。
[00551冷却剂流过第一套筒150可以概述如下。然而，为了清楚 起见，将会关于在图6中靠近第一套筒150顶部的冷却通道152来描 述冷却剂的流动。首先，该冷却剂接纳到第一入口冷却管166中。然 后，该冷却剂从第一入口冷却管166流入支架168的内部通道170中。 冷却剂从内部通道170流入与冷却通道152的第二端160连接的入口 导管164。随着冷却剂从冷却通道152的第二端160向第一端158行进，该冷却剂吸收由熔融金属22产生的热量。然后，受热的冷却剂从 冷却通道152的第一端158通过出口导管178和支架168的内部通道 170流入第一出口冷却管172。
[0056第一套筒150由加热线圏180围绕，加热线圏180向导热 第一阀芯138和第一套筒150提供热量，从而当熔融金属22通过导热 第一阀芯138的第一和第二孔146和148时，通过将熔融金属22的温 度保持在凝固温度以上来保证熔融金属22自由地流过止回阀32。在 熔融金属22已经凝固或者冻结之后，加热线圏180还用于将熔融金属 22返回到熔融状态。尽管图6描绘的加热线圏180设置在两个支架168 之间，但是该附图并不意味着限制，因为加热线圏180也可以设置成 与支架168的两侧相邻。
0057j传统的流量控制阀的设计依靠开启和关闭节流口来实现在 给定压降时的一定流量。在铝工业中，止回阀用于允许或者阻止熔融 金属流入给定的系统。然而，当用于在高压下(即^5，000psi)控制熔 融铝的流量时，这些传统的止回阀是有问题的。部分的问题起因于熔 融铝趋于与用于制造传统止回阀的大部分材料起反应的亲和性。另一 问题是由于传统止回阀不能在温度等于或者高于大约670°C (1238°F ) 时保持它们的形态或形状而引起的，这是因为用于制造止回阀的材料 在高温下(即^670。C )会开始软化。换句话说，用于制造传统止回阀 的材料在温度等于或高于大约670°C ( 1238下)时缺乏尺寸稳定性。 此外，传统止回阀设计的可靠运行被存在于熔融铝本身中的污染物所 妨碍。这些污染物通常是坚硬的固体颗粒，其阻止传统的止回阀形成 完全的机械密封，当熔融铝在高压下时，这最终导致大量的泄漏。
0058利用在本发明中公开的止回阀设计的优势在于，它能够在 高压(即^5，000psi)和高温下(即^670。C)工作。不同于传统的止回 阀，本发明的止回阀没有活动部件。因此，本发明止回阀的使用寿命 显著地增加，因为构成该止回阀的大部分组件不受机械磨损。本发明 止回阀的另一个优势在于，它对于有时在熔融铝中发现的污染物是不 敏感的，因为该止回阀不依靠机械密封来阻止熔融铝流动通过止回阀。相反，在本发明中描述的止回阀依靠凝结位于中心孔中的熔融铝来阻 止熔融铝流过止回阀。在本发明中公开的止回阀的设计的还一个优势 在于它能容易地制造，因为在制造本发明中公开的止回阀时不需要严 格的或者精密的公差。
[0059利用在本发明中公开的熔融金属供应系统的 一个优点是， 该系统增加了在挤压过程中回收的金属量。在一般的挤压工艺中，挤 压制品的头部和尾部不得不抛弃和锯切，因为挤压制品的头部具有不 同于产品其余部分的物理性质，而挤压制品的尾部具有一般对于最终 产品而言不适合的污染物。
[0060如上所述，利用本发明公开的熔融金属供应系统的另 一个 优点是可以生产不限长度的或者任意长度的产品，由此也就不需要使 用具有大横截面面积的坯或者锭，也就消除了通常在上述坯中带有的 显微结构的非均匀性。在前述使用具有大横截面面积的坯或者锭时， 利用熔融金属供应系统挤压的产品不具有如果使用具有大横截面面积 的坯的话通常将会出现的显微结构的非均匀性。
[0061另一个优点是，挤压件可以在高速(即更高的金属通过量) 下生产，因为当利用本发明时可以实现更快的凝固速率。
0062利用本发明公开的熔融金属供应系统的又一个优点是可以 避免挤压制品中的缩松，因为铝产品是在压力下凝固的。通过消除或 者减少缩松发生，通过熔融金属供应系统挤压的产品在挤压之后显示
出很少甚至没有横截面缩减。这与常规处理工艺(即传统的挤压法) 是完全相反的，常规处理工艺需要挤压制品有大的横截面缩减，以补 偿通常在铸锭步骤中形成的缩松。
00631当利用常规的挤压法例如直接或者间接挤压来挤压产品 时，产品的温度沿着产品的长度方向变化。举例来说，当直接挤压时， 产品的温度由于坯或者锭的摩擦加热而升高。在间接挤压时，因为坯 在容器中冷却，产品的温度会下降。在利用传统的挤压法时通常出现 在产品中的这些温度变化使得可热处理产品的模压淬火不可靠，因为 产品在淬火工艺之后易于变形。除了变形之外，产品的物理性能在产品的模压淬火后也将沿着产品的长度方向变化。模压淬火包括通过水、 空气和例如氮或者氩等气体淬火。在淬火工艺的剧烈的热作用和所发 现的沿着产品长度方向的温度变化之间的相互作用引起产品的变形。 相反，本发明熔融金属供应系统允许挤压的产品具有均匀的温度，因 此允许可热处理产品可被更加可靠地模压淬火。换句话说，利用本发 明公开的熔融金属供应系统挤压的产品在产品淬火之后很少甚至没有 变形，因为沿着产品的整个长度方向具有均匀的温度。
[0064利用熔融金属供应系统的另 一 个优点是，它允许挤压不能 利用传统工艺和方法挤压的高强度铝合金，因为这些铝合金不能铸成 坯或者坯料。举例来说，当高强度合金铸成坯时，该坯一般会开裂。 因为这些高强度的可热处理的铝合金不能铸成坯或者坯料，所以它们 不能利用传统的工艺挤压。然而，这些高强度铝合金可以利用本发明 公开的熔融金属供应系统挤压，因为该熔融金属供应系统不需要利用 坯或者坯料挤压产品，因为该产品是由熔融铝挤出的。
[0065I本发明的又一个优点涉及铝合金中的合金元素的可溶性。 在熔融铝中的合金元素的可溶性随着外加压力而变化。因此，这些合 金元素的可溶性可以通过控制在熔融金属供应系统中的压力来增加， 从而允许挤压的高强度可热处理的铝合金具有比常规的高强度可热处 理的铝合金更高的强度，因为利用本发明可以使合金元素在铝合金中 实现更大的过饱和。
[0066已经描述了目前优选的实施例，应该理解的是本发明可以 在随后权利要求的范围之内以其它方式体现。
权利要求
1. 一种熔融金属供应系统，包括熔融金属供应源；和多个熔融金属喷射器，所述多个熔融金属喷射器包括至少一个第一熔融金属喷射器和至少一个第二熔融金属喷射器，该第一熔融金属喷射器在第一情况与第二情况之间交替，在第一情况时该第一熔融金属喷射器与熔融金属供应源流体连通，在第二情况时该第一熔融金属喷射器同时与第二熔融金属喷射器和下游过程流体连通，该第二熔融金属喷射器在第一情况时与第一熔融金属喷射器和下游过程流体连通，而在第二情况时仅仅与下游过程流体连通，每个喷射器具有用于容纳熔融金属和活塞的喷射器壳体，活塞可在壳体中往复地操作，该活塞可移动通过返回行程和前进行程，该返回行程允许熔融金属接纳到壳体中，而前进行程将熔融金属从壳体排出，第一熔融金属喷射器的前进行程同时地将熔融金属供给到第二熔融金属喷射器的壳体和下游过程，而第二熔融金属喷射器的前进行程将熔融金属供给到下游过程。
2. 根据权利要求1所述的熔融金属供应系统，其中每个第一和第 二熔融金属喷射器的前进行程将熔融金属以要求的速率供给到下游过 程以保持连续操作。
3. 根据权利要求1所述的熔融金属供应系统，还包括用于控制产 品从下游过程排出的出口速度的装置，该装置包括与第二熔融金属喷射器气体连通的过程控制缸，该过程控制缸具有构造成容纳气体和第二活塞的第二壳体，该第二活塞可在第二壳体 中往复地操作，该第二活塞可移动通过前进行程和返回行程，该返回行程减少施 加于在第二壳体中的气体的压力的量值从而降低第二熔融金属喷射器 的前进行程的速度，以降低挤压产品的出口速度，而前进行程增加施加于在第二壳体中的气体的压力的量值从而增加产品的出口速度。
4. 根据权利要求1所述的熔融金属供应系统，其中每个喷射器与 至少一个相邻的喷射器气体连通。
5. 根据权利要求1所述的熔融金属供应系统，还包括位于第一熔 融金属喷射器中的活塞和熔融金属之间的气垫。
6. 根据权利要求5所述的熔融金属供应系统，其中气垫为氩气或 其它适当的气体。
7. 根据权利要求4所述的熔融金属供应系统，还包括多个气阀， 该多个气阀至少包括设置在第一熔融金属喷射器和第二熔融金属喷射 器之间的第一气阀和与第一熔融金属喷射器相邻的第二气阀，每个气 阀与至少一个喷射器气体连通，其中在第二熔融金属喷射器完成前进行程之前开启第一气阀，在第二熔融金属喷射器的返回行程中关闭第一气阀；在第一熔融金属喷射器的排出行程中每个第一和第二气阀都关闭；和当第一熔融金属喷射器完成下行行程时开启第二气阀，在第一熔融金属喷射器的返回行程中每个第一和第二气阀都关闭。
8. 根据权利要求1所述的熔融金属供应系统，其中该熔融金属供 应系统还包括多个止回阀，该多个止回阀至少包括设置在第一熔融金属喷射器 和熔融金属供应源之间的第一止回阀和设置在第一和第二熔融金属喷 射器之间的第二止回阀；其中，在第一熔融金属喷射器的返回行程中第一止回阀开启而第 二止回阀关闭，在第一熔融金属喷射器的排出行程和第二熔融金属喷 射器的返回行程中第一止回阀关闭而第二止回阀开启，在第二熔融金 属喷射器的前进行程中第二止回阀关闭，第一和第二熔融金属喷射器 同步地在基本上相反方向运动。
9. 根据权利要求1所述的熔融金属供应系统，其中下游过程为挤 压模具。
10. —种用于熔融金属应用的止回阀，其还包括围绕导热第一阀芯的第一金属套筒，该第一金属套筒具有用于冷却和加热所述导热第 一阀芯的装置。
11. 根据权利要求IO所述的止回阀，其中导热第一阀芯由石墨制造。
12. 根据权利要求IO所述的止回阀，其中第一金属套筒由高强度 金属材料制造。
13. 根据权利要求IO所述的止回阀，其中用于冷却第一金属套筒的装置是至少一个设置在金属套筒内部中的冷却通道，该冷却通道与 第一入口冷却管和第一出口冷却管处于流体或气体连通。
14. 根据权利要求IO所述的止回阀，其中用于加热第一金属套筒 的装置是至少一个感应加热线圏或其它快速加热的装置。
15. 根据权利要求IO所述的止回阀，其中导热第一阀芯的孔包括 第一孔和第二孔，该第一孔具有比第二孔更小的直径。
16. 根据权利要求10所述的止回阀，其中 通过冷却该止回阀以凝固在孔中的熔融金属来使该止回阀关闭； 并且通过加热该止回阀以熔化在孔中凝固的熔融金属来使该止回阀开启。
17. —种操作熔融金属供应系统以在大体上恒定的熔融金属流量 和压力下将熔融金属供应到下游过程的方法，其中所述系统包括熔融金属供应源；多个熔融金属喷射器，该多个熔融金属喷射器包括至少一个第一 熔融金属喷射器和第二熔融金属喷射器，第一熔融金属喷射器在与熔 融金属供应源流体连通或同时与第二熔融金属喷射器和下游过程流体 连通之间交替，该第二熔融金属喷射器在与第一熔融金属喷射器和下游过程流体 连通或仅仅与下游过程流体连通之间交替，每个喷射器具有构造为容纳熔融金属和活塞的喷射器壳体，活塞 可在壳体内往复地操作，该活塞可移动通过返回行程和前进行程，该返回行程允许熔融金属接纳在壳体中，而前进行程将熔融金属从壳体中排出；和多个止回阀，该多个止回阀包括至少一个设置在第一熔融金属喷 射器和熔融金属供应源之间的第一止回阀和至少一个设置在第一和笫 二熔融金属喷射器之间的第二止回阀，该方法包括如下步骤启动喷射器以使得喷射器在不同的时期移动通过返回和前进行 程，第一和第二熔融金属喷射器同步地在基本上相反方向活动；在第一熔融金属喷射器的返回行程中开启第一止回阀，并且关闭 第二止回阀；在第一熔融金属喷射器的排出行程和第二熔融金属喷射器的返回 行程中开启第二止回阀，并且关闭第一止回阀；在第二熔融金属喷射器的排出行程中关闭第二止回阀；和在第一熔融金属喷射器的排出行程中将熔融金属同时供给到第二 熔融金属喷射器和下游过程。
18.根据权利要求17所述的操作熔融金属供应系统以在大体上恒 定的熔融金属流量和压力下将熔融金属供应到下游过程的方法，还包 括通过利用过程控制缸调整第二熔融金属喷射器的排出行程的速度 来控制产品离开下游过程的出口速度，该过程控制缸与第二熔融金属 喷射器气体连通，该过程控制缸包括构造为容纳气体和第二活塞的第二壳体，第二活塞可在第二壳体 中往复地操作，该第二活塞可移动通过前进行程和返回行程，该返回行程减少施加于在第二壳体中的气体的压力的量值从而降低第二熔融金属喷射器的前进行程的速度以降低产品的出口速度，而返回行程增加施加于在 第二壳体中的气体的压力的量值从而增加第二熔融金属喷射器的排出行程的速度以增加产品的出口速度，每个喷射器与至少一个相邻的喷射器气体连通。
19. 根据权利要求17所述的操作熔融金属供应系统以在大体上恒 定的熔融金属流量和压力下将熔融金属供应到下游过程的方法，所述 系统还包括多个气阀，该多个气阀包括至少一个第一气阀和至少一个第二气 阀，每个气阀与至少一个喷射器气体连通， 该方法还包括在完成第二熔融金属喷射器的前进行程之前开启第一气阀，在第 二熔融金属喷射器的返回行程中关闭第一气阀；在第一熔融金属喷射器的前进行程中关闭每个第一和第二气阀；和当第一熔融金属喷射器完成前进行程时开启第二气阀，在第一熔 融金属喷射器的返回行程中关闭每个第一和第二喷射器。
20. 根据权利要求17所述的操作熔融金属供应系统以在大体上恒 定的熔融金属流量和压力下将熔融金属供应到下游过程的方法，还包 括通过下游过程挤压产品的步骤。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中挤压的产品的长度为不限的。
22. —种采用 一种系统以大体上恒定的熔融金属流量和压力下将 熔融金属提供给下游过程的方法，其中所述系统包括熔融金属供应容器；至少一个第一熔融金属喷射器和至少一个第二熔融金属喷射器， 每个喷射器互相流体连通并且与熔融金属供应容器和下游过程流体连 通，所述喷射器具有构造为容纳熔融金属和可移动通过返回行程和前 进行程的活塞的壳体，该返回行程允许熔融金属接纳在壳体中，而前 进行程将熔融金属从壳体中排出；设置在第一熔融金属喷射器和熔融金属供应容器之间的第一止回阀；设置在第一和第二熔融金属喷射器之间的第二止回阀；和通向下游过程的出口，该方法包括 将熔融金属提供到熔融金属供应容器；在第一熔融金属喷射器的返回行程中关闭第二止回阀和开启第一 止回阀，以从熔融金属供应容器将熔融金属充填到第一熔融金属喷射器；开启第二止回阀、在第一熔融金属喷射器中移动活塞、在第二熔 融金属喷射器中收回活塞以及关闭第一止回阀，以用熔融金属充填第 二熔融金属喷射器；在第二熔融金属喷射器中移动活塞以向下游过程供给，同时，通过在第一熔融金属喷射器中移动活塞而用熔融金属供给第二熔融金属 喷射器；和关闭第二止回阀和收回在第一喷射器中的活塞，以补充第一喷射 器中的熔融金属供应；其中，第一和第二熔融金属喷射器同步地在基本上相反方向移动，以将连续的熔融金属流提供到出口 。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中，所述系统包括用于控制 在喷射器中的活塞之上的空间中的气体压力的气体压力缸，所述方法 还包括调节在喷射器中的气体压力以控制将熔融金属供给到出口的步 骤。
24. 根据权利要求22所述的方法，包括通过挤压模头将熔融金属 供给到出口 。
全文摘要
本发明公开了一种熔融金属供应系统(16)，它可以在恒定的压力和熔融金属流量下将熔融金属供应到下游过程。该熔融金属供应系统包括熔融金属供应源(21)、多个喷射器(18a；18b)和多个止回阀(32a；32b)。
文档编号B22D11/10GK101287560SQ200680037967
公开日2008年10月15日 申请日期2006年10月13日 优先权日2005年10月13日
发明者D·A·吉亚尔迪, D·盖洛德, J·A·卡利瓦亚利尔, R·G·沙巴尔, V·A·保拉, V·M·桑普尔 申请人:美铝公司