本发明涉及一种用于金属加压铸造机器的磁收缩式注射接头，更具体地涉及可用于金属零件的加压金属模制的这种接头。本发明还延伸至使用该接头的一种铸造机器和一种铸造方法。
背景技术：
金属加压铸造机器通常用于金属零件(由铝、锌、镁等以及它们的合金制成)的加压金属模制。该模制方法能够得到较高生产率以及所获得的零件的较大精确度。该方法的其中一个最重要的参数是液态的经熔化金属按照什么压力(特别是在注射末尾的压力)被注射到模具中。该压力对于具有热室的机器从5Mpa延伸至30Mpa，对于具有冷室的机器从25Mpa延伸至200Mpa，甚至为350Mpa。
在本文中，出于简化的目的，使用术语“液态金属”来表示液态的经熔化金属，而不预判所述金属的性质和/或熔化温度。
这些铸造机器中的大部分使用包括活塞的压缸，所述活塞在气缸中推动液态金属，所述气缸的与活塞相反的端部与模具的注射孔口联接。然而，这种机器具有多个缺点：活塞损耗很快(特别是当在高温下注射溶解铁的铝合金时)；对被注射物质的量的调节取决于压缸腔室的可用体积，所述可用体积在要模制的零件的体积改变时需要改变；由于热量穿过气缸和活塞耗散，要提供的用于保持使金属处于熔化状态的温度的能量较高，等等。例如从WO02/30596已知一种加压注射机器，该加压注射机器包括管状注射接头，所述管状注射接头包括绕在该接头的大部分上的绕线式阻抗，以便保持使金属处于熔化状态的温度。JP2005-28429也描述了一种类似的注射机器，该注射机器包括加热套筒，金属杆被插入到所述加热套筒中并且通过围绕所述套筒的阻抗线圈来熔化。为了停止向模具供应液态金属，与模具连成一体的封闭装置可被启动以封闭供应导管。然而，在这些示例中，注射压力取决于机器的一般供应压力。
因此，例如文件FR2668967中已提供了一种机器，在该机器中，液态金属的供应由电磁泵实施。然而，这些机器(尤其在注射末尾)在注射压力方面的性能相对较差。
因此存在对于铸造机器具有经简化的实施和维修的需求，所述铸造机器允许简单且经扩展的调节，同时保持高等级的性能。
技术实现要素：
本发明因此旨在提供一种适用于与铸造机器相关联的注射接头，所述注射接头允许对被注射金属量的简单调节以及允许在注射末尾的较高压力。
本发明还旨在提供一种包括这种接头的铸造机器，所述铸造机器特别适用于能够获得较高性能。
本发明另外旨在提供一种由铸造机器实施的金属铸造方法，所述铸造机器装配有根据本发明的注射接头，所述方法特别适用于加压金属模制。
为此，本发明涉及一种管状的用于加压注射金属的接头，所述接头由电绝缘的耐高温材料制成并且适用于插入在液态金属输送管道与模具的注射孔口之间，所述接头包括注射导管，所述注射导管适用于使液态金属在称为上游端部的第一端部与称为下游端部的第二端部之间流通，所述第一端部适用于与所述管道联接，所述第二端部适用于与所述模具联接，其特征在于，所述接头包括安置在所述端部之间的电磁线圈，所述电磁线圈的轴线与所述导管的轴线的至少一部分重合，并且所述电磁线圈适用于被供应来自高压发生器的电流脉冲并且在所述注射导管中生成电磁收缩。由于该接头和特别是内部流通有液态金属的导管，能够使安置在该接头的下游端部处的模具被填满。此外，所述接头的材料是耐高温的(例如由陶瓷制成)，不会由于在导管中流通的金属的热量而降低品质。还由于围绕该管道的电磁线圈，当所述电磁线圈由高安培的电流脉冲行过时，在导管中流通的液态金属一方面经受相对于线圈和导管轴向定向的磁场，另一方面经受与线圈中的电流方向相反的感应电流。这两个现象的组合生成相对于管道径向定向并且朝向管道轴线的洛伦兹力。这些力引起导管中的液态金属的剧烈收缩，从而向收缩区域的两侧喷射金属。液态金属朝向模具的注射孔口的喷射因此能够在金属中生成超压，所述超压对于如此模制的零件的精加工质量特别有用。
有利地，根据本发明，所述线圈适用于与电流脉冲发生器的接线柱连接。这种发生器(例如Marx发生器)能够借助于一个或多个使电容电池放电的放电器在几毫秒数量级的极短时间中在几千伏特的电压下施展几万安培数量级的电流。
有利地，根据本发明，所述导管具有的直径使得包括缩小段(rétrécissement)，所述缩小段处在所述上游端部与所述线圈之间。由于形成收敛流通管的该缩小段，液态金属从金属输送管道输出的输出速度由于导管垂直截面的缩小而垂直于电磁线圈增大。因此，当在线圈中注射电流时，实施在导管中的收缩(在该导管的缩小部分中垂直于线圈)按照加上金属朝向模具的注射孔口流通的初始速度的速度喷射液态金属，而在相反的方向上，该速度由于沿着该方向表现成发散喷管的缩小效应而减小，并且减去液态金属流通的初始速度。为此，所述收缩的朝向液态金属输送管道的作用大大减弱。
有利地，根据本发明，所述线圈被埋入所述接头的材料中。为了使能量损失最小化，通过使电磁线圈埋入形成接头的耐高温材料中来将所述电磁线圈安置在最靠近液态金属流通脉(veine)的位置处。此外，为了所有侧上都被这样保持，所述电磁线圈在收缩时较少地经受施加在一匝或多匝线圈上的作用力。然而，特别是在金属的注射条件(温度、压力……)允许时，仍能够使用包括较薄壁的接头并因此能够使所述电磁线圈安置成在所述接头的流通管外部并且围绕所述流通管。在该变型中，对线圈的保持被方便化。
有利地，根据本发明，所述线圈为多匝的。可选地，根据本发明，所述线圈为单匝的。优选地，所述电磁线圈实施成具有从所述导管的较窄的缩小端部起朝向所述导管的与模具的注射孔口联接的下游端部延伸的多匝，以便增大所述接头中的液态金属收缩区域的宽度并因此增大被朝向所述模具推进的金属的体积。可选地，所述线圈可为单匝线圈，所述单匝线圈对于电流脉冲发生器的同一输出级能够按照使脉冲的瞬时功率增大的最高频率(或最短的脉冲)达到能量的最佳传输以及经改善的使用寿命。
本发明还延伸至一种铸造机器，所述铸造机器包括液态金属容器和液态金属输送管道，所述液态金属输送管道与所述容器联接并且配备有电磁泵，所述电磁泵适用于使液态金属在所述管道中朝向模具流通，其特征在于，所述机器包括具有至少其中一个上述特征的接头，所述接头处在所述管道与所述模具的注射孔口之间。由于使用了这种接头，铸造机器更可靠并且更容易维护。事实上，该接头中产生最大的压力变化和因此产生磨损现象。为此，可拆卸的接头能够在维护时减少固定时间。
有利地，根据本发明，所述电磁泵包括与所述管道同轴的多个感应线圈，所述多个感应线圈适用于通过感应给所述管道中流通的金属加热。通过将螺旋状感应线圈安装成从容器到接头规则地分布在液态金属输送管道的长度上，这能够保持金属的温度并且避免形成凝结。
有利地，根据本发明，所述感应线圈被供应多相电流，以便生成可动磁场并且朝向所述接头驱动液态金属。当被供应交流电以用于感应加热的感应线圈被供应从一个线圈到另一线圈具有相位差的电流时，所述感应线圈可形成感应式磁流体动力加速器。为此，除了给输送管道中的液态金属加热之外，所述线圈还能够在所述管道中生成轴向磁场并且能够朝向所述接头给液态金属传递运动。
有利地，根据本发明，所述机器包括用于冷却所述感应线圈的冷却装置，所述冷却装置夹置在所述线圈与所述管道之间。为了限制所述感应线圈的发热，所述感应线圈通过空气或水式冷却装置(例如对于水冷却的情况，通过冷却液在用作线圈的铜管内部流通……)与所述管道隔离。
本发明还延伸至一种在金属模具中加压铸造液态金属的方法，其中：
-使用铸造机器，所述铸造机器包括液态金属容器和管道，所述管道与所述容器联接并且配备有电磁泵，所述电磁泵适用于使液态金属在所述管道中朝向模具流通，
-所述电磁泵被供应多相电流，以便使液态金属从所述容器朝向所述模具的注射孔口移动，
其特征在于，所述铸造机器包括处在所述管道与所述模具的注射孔口之间的接头，所述接头包括围绕注射导管的电磁线圈，并且，在注射末尾，给所述接头的电磁线圈供应来自高压发生器的电流脉冲，以在所述注射导管中生成电磁收缩并且朝向所述模具的注射孔口加压推进液态金属。
通过在注射末尾使电流脉冲在所述接头的电磁线圈中流通，生成了径向电磁力，所述径向电磁力施加在在注射导管中流通的液态金属上。该收缩力在导管截面的两侧推动金属，围绕所述导管截面安装有电磁线圈。金属因此按照加上金属在电磁泵的作用下在导管中的流通速度的速度被朝向所述模具的注射孔口推动，并且在所述模具的模腔内部生成超压，这因此改善了对所述模腔的填满。在该截面的施展收缩力的另一侧，金属按照减去金属流通速度的速度被朝向所述输送管道推动。朝向所述管道的合成流通速度还由于存在发散而减小，所述发散由于反方向行过的导管截面的缩小而形成。因此能够获得液态金属在所述输送管道中的流通的至少暂时的停止。
本发明还涉及组合采用上文或下文提及的特征中的全部或部分特征的一种接头、一种铸造机器和一种铸造方法。
附图说明
通过阅读以下详细说明和附图，本发明的其它目的、特征和优点将更加清楚，在附图中：
-图1示出了根据本发明的铸造机器的剖视示意图，
-图2为根据本发明的接头的剖视示意图，
-图3为根据本发明的接头在金属流的收缩期间的剖视示意图。
具体实施方式
图1示出了包括容器11的铸造机器10的纵向剖视图，所述容器适用于包含要注射到模具30中的液态金属。容器11可包括用于使金属保持处于熔化温度的加热部件(未示出)，或者成形成斗的形状，液态金属从熔锅倾注到所述斗中。液态金属然后朝向固定在管道12与模具30之间的接头20被导向到金属输送管道12中。
管道12装配有包括多个感应线圈51的电磁泵50，所述多个感应线圈沿管道12规则地间隔开。感应线圈51中的每个都与换流器53联接，所述换流器适用于给线圈51供应交流电流。感应线圈51实施双重作用：一方面，所述感应线圈作为感应加热线圈运行，以能够使在管道12中流通的液态金属脉保持处于液态状态；另一方面，所述感应线圈被供应与线圈51的数量和次序适配的多相交流电流，所述感应线圈生成从容器11朝向接头20流通的可动磁场，该磁场能够使管道中的液态金属以速度V0朝向模具30流通。作为示例，感应线圈在400V的电压下按照大约50Hz到10kHz的频率被供应三相电流，其中电流可在50A与10000A之间变化。
线圈51还包括冷却回路52，所述冷却回路例如使用冷却液，所述冷却液在形成线圈51的铜管中流通，以能够限制所述线圈的发热。当然，还可考虑使用通过强制对流进行冷却的空气式冷却系统，所述空气式冷却系统使用一个或多个风扇以及与线圈连成一体的冷却翅片。
参考图2来详述接头20的优选结构。接头20借助于凸缘25通过所述接头的上游(相对于液态金属在管道和接头中流通的方向来定向)端部23与管道12固定。接头20还通过凸缘25于所述接头的相反端部(称为下游端部24)处与模具30固定。接头20包括由耐高温且电绝缘的材料(优选地陶瓷、更具体地氮氧化铝/锆)制成的本体21。还可使用其它耐高温材料，例如基于氧化铝、锆、钇、钛或氧化镍的陶瓷，又或这些成分的按照多个比例的混合物。
接头的本体21由从上游端部23到下游端部24延伸的导管22穿过，在所述下游端部位置处，导管22通向模具30的注射孔口33。导管22优选地为回转圆柱形的并且包括处在上游端部23的位置处的锥形部分，所述锥形部分缩小段27，所述缩小段处在具有与管道12的端部对应的直径的大截面同导管22的与模具30的注射孔口33的截面对应的较小截面之间。
本体21还包括处在缩小段27下游的电磁线圈26，所述电磁线圈围绕导管22并且被包覆成型在本体21中。线圈26优选地为由铜或其它极优导电材料(例如铝、铍铜、铜铬锆合金、钨或钨铜合金……)制成的多匝线圈。线圈26适用于与电流脉冲发生器40连接，所述电流脉冲发生器通常包括电容电池41，所述电容电池由外部直流供电源(未示出)充电并且借助于放电器42在电磁线圈26中放电。线圈26还可由单匝形成。无论是多匝还是单匝，线圈26都具有与导管21的轴线的至少一部分基本重合的回转轴线，所述线圈围绕在所述管道的该部分上。线圈26因此在导管21中限界出称为收缩区域28的区域，当线圈26由发生器40供电时，在所述收缩区域内部施展由所述线圈创建的磁场。
根据一种在注射条件允许时(即当注射压力和/或温度和/或要注射的金属与接头(所述接头的本体21包括充分薄的壁)兼容时)可使用的变型，能够围绕本体21安置线圈26。例如，为了注射熔点小于450℃的锌合金(无铝)，能够使用由耐高温的非磁性奥氏体不锈钢制成的接头，该接头能够获得令人满意的强度，并且具有减小至几毫米的厚度。单匝或多匝电磁线圈26由此可被穿在本体21上并且通过任何合适的部件来固定。该变型能够使线圈容易拆卸，同时保持接头的本体21。
现参考图1和图3来描述机器10和接头20的运行以及根据本发明的铸造方法。
在铸造操作中，使容器11填满液态金属(例如锌合金或镁合金)。液态金属从容器11流到管道12中。换流器53给感应线圈51供应多相(例如三相)的交流电流，以便通过感应给管道12中的液态金属加热，从而避免任何固化诱因或形成凝结。每个感应线圈51还施展了磁场，所述磁场的磁感线沿感应线圈和管道12的轴线定向。感应线圈的磁场的相位差在管道12中生成可动磁场，所述可动磁场使所述管道中包含的液态金属以基本不变的速度V0朝向所述管道的与容器11相反的端部移动。
在接头20的输入端，液态金属的通过截面在缩小段27中减小，并且因此，金属的移动速度根据在接头的上游端部23与导管22的截面之间的截面比来增大，以在缩小段末端处到达速度V1，所述缩小段末端位于电磁线圈26下方的收缩区域28的输入端处。液态金属以速度V1前进至导管22中然后前进至模具30的注射孔口33中，以填满形成在模具30的外壳31之间的一个或多个模腔32。当模腔32被填满时，例如在根据限定了金属流量的速度V1、导管22和/或注射孔口33的截面以及根据一个或多个模腔22的体积来预定的注射时间结束时，脉冲发生器40被启用并且在40μs至2ms的时长中发送强度例如为大约20kA至1MA的电流脉冲，所述电流脉冲在线圈26中流通。在线圈26由该电流脉冲穿过时由所述线圈生成的磁场的通量的较大变化引起在收缩区域28中在液态金属13上施加的径向磁力。液态金属13因此被径向压缩，并且由于所述液态金属的不可压缩性而以喷射速度V2向收缩区域28的两侧轴向喷射。该喷射速度V2与液态金属朝向模具30的流通速度V1的组合给予金属对应于V1+V2的速度。考虑到模腔32被填满，该速度V1+V2转变成注射到模具30中的注射压力的增大。作为示例，对于由铝制成的具有长度为15mm的工作区域(收缩区域28)并且按照500Hz(2ms)由电流脉冲Imax＝50kA供电的单匝线圈26，所述线圈生成40T的磁场。当该磁场施加至液态金属时，所述液态金属可在接头中达到大约30m/s的最大速度(V1+V2)并且达到700Mpa的最大压力。
在收缩区域28的另一侧，在流通速度和喷射速度进行组合之后的金属流通速度为V1-V2。通常，喷射速度V2的绝对值大于流通速度V1的绝对值，这给予液态金属朝向机器的管道12的运动。由于缩小段27表现成沿该方向的发散，液态金属的速度根据截面比来减小并且不在管道12中生成可能损坏机器的较大的冲击波，而仅产生有利于金属在管道中混合的压力波。
当然，本说明书仅作为非限制性示例给出，本领域技术人员可做出多个改变而不超出本发明的保护范围，例如根据要铸造的金属、模具的模腔的体积等使铸造机器的不同元件的尺寸适配。同样，对于要喷射到模具的模腔中的金属量的定量可通过在脉冲发生器起动之前的喷射时长或通过根据感应线圈的频率和供电阶段调节液态金属传输速度来调节。