专利名称:压铸法及压铸装置的制作方法
本发明涉及一种能高效率压铸出其内部未含有害气孔穴而强度特性优越并能进行热处理的无孔性压铸制品的压铸方法及压铸装置。
以往之普通压铸法，是将各种金属熔浆以高速高压填充于金属模内而进行铸造之方法，由于其能以高效率制成铸造面优异之铸造物品，故已被广泛应用于各种精密配件的制造。惟因通常须将金属熔浆以10～50m/s之铸口速度及500～1，500kg/cm之压力在瞬间加以填充故充满于金属模内以及注射套筒内的空气，将无法完全逸出于金属模外，而所填充的熔浆则在浆中混进有大量气泡的状态下凝固，因此所完成的压铸成品内部含有不同大小之无数气孔穴。
因此，以往之普通压铸成品，不仅其强度低，而且若施以为提高其强度特性所须之热处理时，在气孔穴内的气体即将引起膨胀而有发生变形以及表面隆凸之缺陷，乃有无法将其供作需要强度之配件或耐压配件使用之重大缺点，这是众所周知的。
为解除此项缺点起见，虽有在填充熔浆前，将金属模及注射套筒内空气藉抽真空装置予以抽吸并排出于外部的各种真空压铸法之方案，惟此等方式均为在完成模之扣紧过程而固定模与可动模之接合面完全密接之状态下，将熔浆供给注射套筒内后，始将金属模内空气加以排出之方式。由于其仅能通过在金属模密接面极小部分所设之微小断面积(因在填充中熔浆可能喷出于金属模外部，故该断面积无法设得太大)的抽气沟槽将空气排出，而且，自熔浆之供给至注射填充之容许时间很短，故在金属模内之真空度大都为50～90%左右，此种方式因而亦被称为减压压铸法，在其成品内部仍存留在相当多之气孔穴，此乃为目前的实际状况。
为将上述方式进一步改善，又有一种方案，即将抽气沟槽之断面积加大，以提高金属模内之真空度，同时，这种方式将填充熔浆时能堵住熔浆从抽气沟槽喷出于金属模外部之遮断阀，设于排气通道途中。惟因每次高温之熔浆将在遮断阀之滑动部分引起凝固，故又有因阀部分之黏接而易于发生动作不良现象之缺点。
此外，亦有藉填充中之熔浆将金属模内所存留之空气赶出方式之超低速真空压铸法的方案。惟此时，因熔浆之一部分在填充中引起凝固，故无法铸成压铸法特征之一的薄料制品，此乃为其缺点。
再者，又有与真空压铸法不同之另一种方式的方案，将活性气体(例如为氧气)吹进金属模内，藉此与空气相置换，并令填充中之金属熔浆(例如为铝)与活性气体发生反应，而由于使其生成无害的固体化合物(例如氧化铝)之微粒子，即消除气孔穴的无孔性压铸法之方案。但是，此种方法，如欲在短时间内使金属模内空气完全由活性气体置换，则在实际上无法做到，而且为使金属模内所充满的大量活性气体之全部与熔浆发生反应，亦颇有困难，故依照此方法所制成之压铸成品中，仍然存有含活性气体的有害气孔穴，而在进行热处理时产生不良成品之比率亦相当高。
如是，采用以往之各种真空压铸法及无孔性压铸法所得之压铸成品，虽比采用普通压铸法者有相当的改善，但目前尚未确立对于任何形状、尺寸的制品均能使其热处理时之不良比率成为零那样的压铸法，故需要热处理的铝合金铸造物之大部分，仍然采用其铸造时间可达压铸法者之10倍以上而且其铸造面亦欠佳的重力金属模铸造法或低压金属铸造法来进行生产，乃为现今之状况。
本发明乃为解除以往之如上述各种压铸法之缺点而所创新者，其目的即欲提供一种能将与重力金属模铸造法或低压金属模铸造法同等以上的高品质铸造物，以与过去之压铸法同等以上之高效率进行大量生产之压铸法以及压铸装置。
如前所述，以往之真空压铸法，其金属模内空气之抽吸排出是经由模扣紧过程完成之后的微小断面积抽气沟槽进行的，而只能做到不完全的排除。但本发明之方式却将模扣紧完了前之固定金属模与可动金属模接合面全面上之微小间隙，作一巧妙的利用，因而非常容易确保可达以往方式者10倍以上的巨大断面积的排气通道，本发明乃着眼于此特点而所达成者。而由于将如此大面积之通道妥加利用，用以在瞬间内抽吸排出金属模内的空气，竞能在实质上达到以往被认为无法做到的金属模内之100%真空度，因而能获得未含有害气孔穴的完全无孔性压铸成品。
一般而言，为将金属模内的空气快速排出于外部之方法，乃采取将藉真空泵僚其内部成为真空的大容积罐与金属模内部相连通之方式。例如，将金属模内部之空隙容积为1公升(1)而真空度为0%(大气压力)的金属模，与内容积为200公升(1)而真空度为100%(完全真空)的罐相连通时，金属模内之空气将被快速抽吸而进入真空罐内，两者之真空度则成为99.94%(隔热变化)而达到平衡。惟为到达此项平衡压力所需之时间，乃大致与连通两者的通道中之最小断面积成反比。
因此，如与受微小断面积之抽气沟槽限制的以往方式相比，易于确保10倍以上断面积的本发明方式，则在以往方式之1/10以下之短时间内，即可达到上述之平衡压力，而金属模内则在瞬间可达99.9%以上之高真空，故若使用不至于产生气体的水溶性脱模剂等，则在填充中被混进熔浆内之气体量将在0.1%以下，即使加上在熔浆中所溶解的0.5%以下之气体量，气体之含有率仍可抑制在0.6%以下。因此，如与含有2～10%气体之重力金属模铸造法及低压金属模铸造法者相比，可获远为高品质之无孔性压铸成品。今为供参考起见，将采用各种铸造法的铝合金造物中所含之气体比率，作一比较示于如下。由此可知，依照本发明方式之成品，乃具有压倒性的优点。
铸造方式 气体含有率(%)依本发明之压铸法……0.3～1.0普通压铸法……30～70真空压铸法……10～30超低速压铸法……3～10无孔性压铸法……5～15重力金属模铸造法……2～8低压金属模铸造法……3～10下面，结合附图中所示的具体实施例，详细说明本发明的内容。
图1～图6是显示本发明具体实施例的剖面示意图。
图1及图2表示使用卧式压铸机的实施例。在图1中，若藉压铸机(图中未示出)之扣紧动作而将模扣紧至模接合面之间隙A能达极小尺寸(例如为1mm左右)为止，则嵌合在可动金属槽(2)内可移动的分流块(6)，将靠弹簧(7)的作用而压接于固定在固定金属模(1)的注射套筒(3)之左端开口部，而包括在固定金属模(1)及可动金属模(2)内分别雕刻成制品形状之型腔(11)的金属模内部，则将靠密封环(9)、(10)而与外部空气相隔绝。在此状态下，将模之扣紧动作暂时停止或减速，并从注射套筒(3)之顶面所开设的给浆口(4)，将熔浆(12)注入注射套筒(3)内，然后，令注射柱塞(5)从图1中所示之位置前进至图2之位置，以堵住给浆口(4)。于是，可将注射套筒(3)之内部与外部空气相隔绝，同时，借助于开设在固定金属模(1)上之排气孔(13)所连接的抽真空装置(图中未示出)，开始抽吸并排出包括型腔(11)之金属模以及注射套筒内部之空隙(14)内的空气。
此时，型腔(11)内空气，将经过由固定金属模(1)与可动金属模(2)接合面之全面上所留下的间隙A所形成的大断面积排气通道而进入在可动金属模(2)所设之环状排气沟(19)，而且经过与该排气沟相连通的排气孔(13)，并藉具有大容积真空罐的抽真空装置，在瞬间内将其抽吸排入真空罐内。
此外，在注射套筒(3)内部空隙(14)内之空气，将通过分别设置在分流块(6)及可动金属模(2)之熔浆通道(15)、(16)以及铸口(17)再加上在金属模接合面之间隙A所形成之大断面积通道，并与型腔(11)内空气合流后，同样地在瞬间将其排出。
如是，如前所述，在金属模内部以及注射套筒内，将在一瞬间成为真空度为99.9%以上之高真空状态，故在开始抽吸排出后立即将模之扣紧动作再度开始或继续其减速状态，使金属模接合面之间隙成为零，如图2中所示，同时，令注射柱塞(5)以高速向图中之左方前进，藉此将注射套筒(3)内之熔浆(12)经由熔浆通道(15)、(16)以及铸口(17)而向型腔(11)内射出而填充，同时，使上述之抽吸排出动作停止。
如此，因在射出填充中抽真空装置之动作仍在继续，故在射出填充中从熔浆游离的气体成分，将经过金属模接合面上所设之抽气沟槽(18)而被抽吸并排出于外部，而几乎不含气体的熔浆即能在真空状态之型腔(11)内凝固，因而可完成不含气孔穴的完全无孔性压铸制品。
再者，如图1所示，藉弹簧(7)而使分流块(6)压接于注射套筒(3)之开口部，这样在将熔浆(12)流入注射套筒(3)内时，可防止其熔浆从金属模接合面之间隙A流出掉落于金属模外部。此外，分流块(6)之尺寸的设定，通常都使分流块(6)与可动金属模(2)间之空隙B，与金属模接合面之间隙A成为同等尺寸，故在如图2中所示模之扣紧完了时，与间隙A成为零之同时，空隙B亦成为零，而藉压铸机之模扣紧力量，分流块(6)与注射套筒(3)之密接面，将与金属模接合面同样，受到强力的压接。
此外，在启开金属模而将型腔(11)内之压铸成品取出时，即因弹簧(7)之作用而使分流块(6)由可动金属模突出，惟能将图2中所示螺栓(8)之头部与可动金属模之间隙C加以调节，俾能将上述分流块之突出最大尺寸设定为所必要之最小限度(例如为3mm左右)者。
图3及图4是表示使用立式压铸机的实施例。在图3中，若藉压铸机(图中未示出)之模扣紧动作而将模扣紧至金属模接合面之间隙A成为微小尺寸(例如为1mm左右)为止，则包括型腔(11)以及套筒(3)内之金属模内部，将借助密封环(9)而与外部空气相隔绝。在此状态下，使模之扣紧动作暂时停止或加以减速，并藉与排气孔(13)相连接的抽真空装置(图中未示出)而使金属模内部成为能配合熔浆供给量之负压力，而且将熔浆供应炉(图中未示出)内之熔浆经由给浆管(20)及给浆口(4)而吸入注射套筒(3)内，同时，使注射柱塞(5)从图3中所示之位置上升至图4之位置，以堵塞给浆口(4)之上半部。因此，不仅能将注射套筒(3)内部与给浆管(20)之连通加以遮断，而且能使给浆管(20)与外部空气相连通，以便使留在给浆管(20)内的熔浆(21)能靠重力而退回熔浆供应炉上，另一方面，经由排气孔(13)并藉前述之抽真空装置而开始包括空腔(11)的金属模以及注射套筒(3)内部空隙(14)内空气之抽吸排出。
此时，在金属模及注射套筒内之空气，与图1及图2中所示卧式压铸机之实施例相同，将被快速排出于外部，而在瞬间成为真空度在99.9%以上之高真空状态，故在开始抽吸排出后立即令模之扣紧动作再度开始或使其继续减速状态，使之如图4中所示那样，金属模接合面之间隙成为零，同时，使注射柱塞(5)快速上升，以便将注射套筒(3)内之熔浆经由熔浆通道(16)及铸口(17)而向型腔(11)内射出而填充。于是，即与前述卧式压铸机之情形同样，能完成不含气孔穴的完全无孔性压铸成品。
图5及图6是表示使用立式压铸机的其他实施例。在图5中，固定金属模(1)与可动金属模(2)处在开启的状态，将熔浆(12)注入注射套筒(3)内，同时，开始模之扣紧动作并以高速度扣紧模，直至达到如图6中所示的金属模接合面之间隙A成为微小尺寸(例如为1mm左右)为止，则与图3中所示实施例相同，金属模内部即能与外部空气隔绝。在此状态下，若使模之扣紧动作暂时停止或加以减速，同时，藉与排气孔(13)相连接之抽真空装置(图中未示出)而开始包括空腔(11)的金属模以及注射套筒(3)内部空隙(14)内空气之抽吸排出，则金属模内将在瞬间内成为真空状态。于是，即令模之扣紧动作再度开始或继续其减速状态，使金属模接合面之间隙成为零，同时，使注射柱塞(5)快速上升，藉此将注射套筒(3)内之熔浆(12)向型腔(11)内射出而填充，以完成无气孔穴之压铸成品。
在上述卧式或立式压铸机之任何场合，在熔浆之射出填充前，型腔内均几乎成为完全真空状态，故在射出填充时之熔浆流动阻力很小而熔浆之流动状况良好，故即使是薄料制品，亦能以低压力填充之，而且，无需如以往之压铸法那样，对于凝固中之熔浆施加高压力，以压破其内部之气泡，因此，仅以过去方式之1/5左右之填充压力(100～300kg/cm)，即能铸造成广范围尺寸形状之高品质压铸制品。
在以上所说明之本发明实施例中，图1及图2所示卧式压铸机之给浆方式，虽然是从注射套筒顶面的给浆口注入，但亦可采用将给浆口设在注射套筒之底面，并与图3及图4所示立式压铸机者相同，使金属模内成为负压力的吸上方式;或与低压金属模铸造机同样之气体压力推上方式;热室压铸机之柱塞泵推上方式;或电磁泵推上方式。再者，在图3及图4中所示立式压铸机之场合，亦同样可采取上述之各种推上方式。
此外，在前述之各实施例中虽未提到将推出用销(pin)、滑动片等装设于金属模时所产生之间隙，或注射套筒与注射柱塞之滑动部间之各部分间隙，惟为防止从此等间隙向金属模内侵入之外部空气起见，亦可在各间隙设置密封机构，或设置能对于此等间隙供给低压之活性气压(例如为氧气)，使其被吸入金属模内之机构等，可采取各种对策。
经实际应用本发明之压铸法及压铸装置，以铸造出制品重量为20g～5kg、制品之料厚为1mm～20mm之各种形状之铝合金压铸成品，并进行各种热处理以及强度试验等。其结果，在470～539℃4小时、180～200℃8小时之T6处理中，全部制品均无表面之膨凸现象，而在其内部亦未发现有害的气孔穴，在铸造后放置状态之强度亦可达以往之普通压铸成品者之120%以上而稳定，在伸长率及其他特性方面亦颇为优异，而且任何制品均经由热处理而更可提高其强度，已被确认为能供作需要强度之各种配件或耐压配件使用之完全无孔性压铸成品。
如上述之本发明压铸法及压铸装置，乃具有如下述之各项优异效果。
(1)其外观及内部组织均远较以往之重力金属模铸造品及低压金属模铸造品为优越之无孔性压铸成品，能以与过去之压铸法同等以上之高效率生产之。
(2)因其射出填充压力仅为过去压铸法之1/5左右即足够，故藉以往之小型压铸机即能以高得料率铸造出与大型压铸机同等之大型制品，因而能大幅度减低压铸成品之制造成本。
(3)因其射出填充压力、铸口速度等铸造条件之容许范围较宽，故即使对于未曾铸造过之制品形状，亦易于设定其铸造方案。
(4)因其射出填充压力小而且铸口速度亦得以低，故金属模之寿命可大为延长。
(5)因其铸进条件之容许范围宽而且填充压力低，故仅以一套金属模即易于铸造出同一种或不同种之多个制品。
(6)因其未设有因过热而易于发生熔接事故的熔浆遮断阀之类的配件，故无发生动作欠佳情形之虞。
权利要求
1.一种压铸法，其特征为在卧式或立式压铸机之模扣紧过程末期，在固定金属模与可动金属模之接合面留有微小间隙之状态下，将金属模内部与外部空气相隔绝，同时，使模扣紧动作暂时停止或减速，待向注射套筒内供给熔浆后，使注射套筒内与外部空气相隔绝，同时，开始金属模及注射套筒内空气之抽吸排出，而且使模之扣紧动作再度开始或继续其减速状态，而在模扣紧过程之完了并且金属模接合面相密接之同时，将注射套筒内之熔浆藉注射柱塞向金属模内射出而填充后，即令前述空气之抽吸排出停止。
2.一种压铸法，其特征为在立式压铸机中，从流向套筒上端向注射套筒内之熔浆供给完了后，即刻开始模之扣紧动作，而在固定金属模与可动金属模之接合面留有微小间隙之状态下，将金属模内部与外部空气相隔绝，而且使模扣紧动作暂时停止或加以减速，同时，开始金属模及注射套筒内空气之抽吸排出，并令模之扣紧动作再度开始或继续其减速状态，待模扣紧过程完了并且金属模接合面相密接之同时，将流向套筒内之熔浆藉注射柱塞而往金属模内射出填充后，使前述空气之抽吸排出停止。
3.根据权利要求
1中所述之压铸法，其特征为，在卧式压铸机中，在固定金属模与可动金属模之接合面留有微小间隙之状态下，使与固定金属模侧之注射套筒相对立的可动金属模侧分流块，密接于该注射套筒之开口端。
4.根据权利要求
1中所述之压铸法，其特征为，从熔浆供应炉向注射套筒内之熔浆供给方式，是采用使金属模内成为负压力之吸上方式或藉气体压力、柱塞泵、电磁泵等所作的推上方式。
5.根据权利要求
1或2中所述之压铸法，其特征为，将从金属模接合面、推出销之贯穿部、滑动片之滑动部、注射套筒与注射柱塞之滑接部等之各间隙往金属模内部侵入之外部空气加以隔绝，以及/或使活性气体经由此等各间隙而被吸进金属模内。
6.一种压铸装置，其特征为它具备在压铸模扣紧过程末期，在固定金属模与可动金属模之接合面留有微小间隙之状态下，将金属模内部与外部空气相隔绝，同时，使模之扣紧动作暂时停止或加以减速，并向注射套筒内供给熔浆后，将注射套筒内与外部空气相隔绝，同时，开始金属模及注射套筒内空气之抽吸排出，而且使模扣紧动作再度开始或继续其减速状态，待模扣紧过程完了并且金属模接合面相密接之同时，将注射套筒内之熔浆藉注射柱塞而向金属模内射出填充后，使前述空气之抽吸排出停止的一连串机构以及其控制装置。
7.一种压铸装置，其特征为它具备在立式压铸机，将熔浆从注射套筒之上端向注射套筒内供给完毕后，开始模之扣紧动作，并在固定金属模与可动金属模之接合面留有微小间隙之状态下，使金属模内部与外部空气相隔绝，并使模之扣紧动作暂时停止或减速，同时，开始金属模及注射套筒内空气之抽吸排出，而且令模之扣紧动作再度开始或继续其减速状态，待模扣紧过程完了而与金属模接合面相密接之同时，将注射套筒内之熔浆藉注射柱塞而向金属模内射出填充后，使前述空气之抽吸排出停止之一连串机构以及其控制装置。
8.根据权利要求
6中所述之压铸装置，其特征为，在卧式压铸机中，具有在固定金属模与可动金属模之接合面留有微小间隙之状态下，能使与固定金属模侧之注射套筒相对立的可动金属模侧分流块，密接于该注射套筒之开口端的机构。
9.根据权利要求
6中所述之压铸装置，其特征为，由熔浆供应炉向注射套筒内供给熔浆之装置，是具有能使金属模内成为负压力之吸上式给浆装置，或藉气体压力、柱塞泵、电磁泵等所作成之推上式给浆装置。
10.根据权利要求
6或7中所述之压铸装置，其特征为，具有能将由金属模接合面、推出用销之贯穿部、滑动片之滑动部、注射套筒与注射柱塞与注射柱塞之滑接部等之各间隙向金属模内部侵入之外部空气加以隔绝之机构，以及/或能使活性气体由此等各间隙而被吸进金属模内之机构。
专利摘要
一种高效率压铸出其内部不含有害的气孔穴而强度特性优异并能作热处理的无孔性压铸成品的压铸法及压铸装置。以往之压铸法，均由模扣紧后之微小断面积之抽气沟槽对金属模抽吸空气，故无法完全排尽。本发明却将模扣紧完之前固定模与可动模接合面上的微小间隙，作一巧妙的利用，以确保可达以往方式者10倍以上之巨大断面积的排气通道。对该通道妥加利用，瞬间内抽吸在金属模内的空气，竟能达到金属模内之100％真空度，因而获得完全无孔性压铸成品。
文档编号B22D17/00GK87102218SQ87102218
公开日1987年9月30日 申请日期1987年3月20日
发明者田中秋男 申请人:大和工业株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan