CN100360262C - 用于成型低熔点金属合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于成型低熔点金属合金的方法。在这种方法中，在成型结束时剩余的半固态材料被加热至液相温度或更高的温度以便使其熔化。然后在完全熔融材料状态执行材料的喷射而将它从保温缸排出。停止加热并且完成了成型操作。排出剩余的半固态材料，同时供应与成型材料具有相同成分的金属原材料。在保温缸的温度增大至液相温度或更高的温度之后执行成型的临时中止，并且累积的半固态材料处于完全熔融的材料状态。在成型重新开始时，保温缸的温度降低至固相和液相温度区域中的初始温度，同时通过喷射完全熔融的材料并且供应成型材料来执行熔融材料的排出。在保温缸内部替换为供应的成型材料之后，就开始成型材料。根据本发明，通过排出处于完全熔融材料状态的材料解决了在使用低熔点金属合金的情形中操作结束时以及成型的临时中止时存在的剩余材料的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于使用金属原材料来成型低熔点金属合金例如镁合金、铝合金等的方法，该金属原材料在固相和液相共存温度区中显示有触变特性。
背景技术
一种用于成型镁合金的方法包括如下的步骤：将金属原材料熔化成液相温度或更高的温度上的液体合金，使所得的液体合金在倾斜的冷却板表面上向下流动从而在半熔融金属状态下迅速地冷却该合金，使储存槽中的半熔融金属合金保持在固相和液相共存温度区的某个温度上从而形成具有触变特性的金属浆料(半固态)，再将金属浆料浇铸成具有潜在触变性的金属原材料，然后使用喷射设备在半熔融金属状态加热这种金属原材料，并且将加热的金属原材料注射到模子中以便使材料成型为制品，同时积累加热的金属原材料。
另外，作为用于镁合金等的成型装置，已知装置包括：位于一端上具有喷嘴的缸体外圆周上的加热装置，并且该装置将触变状态的金属材料供给熔融金属的容纳缸(保温缸)，其中在该缸端部连接到喷嘴开口的计量腔室直径减小地形成，同时熔融金属累积在其中，然后在计量金属材料之后通过内部喷射柱塞的向前和向后运动将金属材料注入模子中。
上面提到的相关技术已在编号为2001-252759和2003-200249的日本特许公告中公开。
在固相和液相共存温度区显示触变特性的半固态材料由于液相和细微球体固相的共存而具有低粘度的流动性。在固相和液相共存温度区的某个温度上加热这种半固态材料，因为触变特性必须保持到注射材料时为止。因为即使在固相和液相共存温度区的某个温度上，固相也会随着时间的推移而增长，所以固相百分率随着时间的推移而增大并且固相密度也增大，从而流动性降低。因此，优选在容许的时间内执行累积的半固态材料的喷射。
当这种半固态材料保持在固相液相共存温度范围的某个温度上并且暂停材料的成型，同时将材料原封不动地留在保温缸中时，半固态材料的流动性就由于暂停期间固相的增长而降低，并且很难通过重新成型来执行喷射。如果中止时间在容许时间内，就可以继续喷射。然而，如果暂停时间延长，材料粘度会由于大量增长的固相而增大并且流阻增大，藉此不能进行平滑的喷射。大量增长的固相会导致喷射柱塞的磨损或堵塞等，并且不能执行材料的成型。
当完成了这种半固态材料的成型操作而没有在成型结束时排出剩余材料时，固相继续增长到半固态材料达到固相线温度时为止，藉此半固态材料变成了固体。即使再次使固体加热到固相和液相共存温度区中的某个温度而达到半熔融金属状态，因为已经增长的固相不会变成小的固体，所以固体也不会返回成显示有触变特性的初始半固态材料，藉此它变成具有较高粘度和极低的流动性的半固态材料。就不可能以半固态材料现有的状态进行喷射。
剩余的半固态材料可以通过在成型结束时重复喷射操作来排出而得到解决。然而，即使是在半固态状态重复剩余半固态材料的喷射操作，通常也有一部分材料粘附并且保留在保温缸的内壁表面上、喷射柱塞上等等。这种粘附材料在固相和液相共存温度区的温度上不会熔化。因此，当供给新材料而没有移去粘附材料并且开始材料的成型操作时，粘附的材料会导致喷射柱塞的磨损堵塞等。因此，保温缸必须加热至液相温度或更高的温度以便在成型开始之前熔化并且排出粘附的材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种成型低熔点金属合金的方法，通过使用简单装置在完全的半熔融金属状态排出半固态材料，该方法可以解决上述的在成型操作结束时由于剩余半固态材料而导致的问题以及将半固态材料原封不动地留在保温缸中时暂时中止成型而产生的问题。
本发明的目的通过一种用于成型低熔点金属合金的方法来实现，该方法包括如下的步骤：在将在固相和液相共存温度区显示出触变特性的金属原材料用作成型材料的同时，在固相和液相共存温度区的一个温度加热所述的成型材料以形成半固态材料，将所需量的所述半固态材料供给保温缸中进行累积，并且通过一次喷射将所述半固态材料从所述保温缸注射入模子中，其中成型结束时在液相温度或更高的温度加热剩余的半固态材料使它熔化，并且材料在完全熔融金属状态被注射并且从所述保温缸排出，然后停止加热，这样就完成了成型操作。通过向保温缸供应与成型材料具有相同成分的金属原材料来执行剩余半固态材料的排出。
另外，本发明的目的通过一种用于成型低熔点金属合金的方法来实现，该方法包括如下的步骤：在将在固相和液相共存温度区显示出触变特性的金属原材料用作成型材料的同时，在固相和液相共存温度区的一个温度加热所述的成型材料形成半固态材料，将所需量的所述半固态材料供给保温缸中进行累积，并且通过一次喷射将所述半固态材料从所述保温缸注射入模子中，其中，成型的临时中止是在通过将所述保温缸的温度增大至液相温度或更高的温度而允许累积的半固态材料处于完全熔融的金属状态下执行的，之后所述保温缸的温度降低到初始固相和液相共存温度区的一个温度，同时通过注射完全熔融金属状态中的材料并且向保温缸供应成型材料来执行完全熔融金属状态材料的排出，这样保温缸中的内含物就替换为供应成型材料，并且成型重新开始。即使在上述的方法中，搅动也是在完全熔融金属的状态下执行的。
在本发明中，当产生临时中止的情况时，保温缸的温度就增大至液相温度或更高的温度并且累积的半固态材料保持在完全熔融金属状态。因此，重新开始成型时可以防止由于暂停期间固相的增长而产生的不利因素。由此，因为在完全熔融材料通过临时成型已经排出之后可以开始常规的成型，所以不论临时中止时间多长，都可以在较短的时间内重新开始成型。
另外，因为在成型结束时半固态材料在几乎没有粘度的完全熔融状态下排出，所以半固态材料不会残留在保温缸的内壁表面上或喷射柱塞等上并且没有粘附到其上，藉此清洗了保温缸的内部。因此，因为在下一个成型中略去了移走剩余材料的操作并且可以缩短成型的启动时间，所以成型效率得到了提高。此外，可以平稳地执行材料的变化。
附图说明
图1是金属成型机的实施例的垂直断面侧视图，该金属成型机可以采用根据本发明的成型方法；
图2是说明性的视图，显示了在根据本发明的成型方法中成型暂停的步骤；而且
图3是说明性的视图，显示了在根据本发明的成型方法中成型结束时的步骤。
具体实施方式
图1中的参考数字1表示金属成型机。金属成型机1包括在缸体21一侧上具有喷嘴构件22的保温缸2，用于较短的柱状成型材料M的熔融供给设备3，以及在保温缸2后部上的喷射驱动件4。
成型材料M包括浇铸成柱状主体(也称作圆棒)的固体，该主体通过在固相和液相共存温度区中的温度上迅速冷却熔融金属并且冷却包含细微球体固相的半熔融合金而获得，还包括具有低熔点金属合金的金属原材料，其中该低熔点金属合金变成在固相和液相共存温度区显示有触变特性的半固态。
保温缸2包括熔融供给设备3和带状加热器的加热装置24，其中熔融供给设备3位于大体上配备在缸体21的中上侧处的供应开口中，加热装置24位于缸体外圆周上。该加热装置24设置在用作成型材料M的低熔点金属合金(例如镁合金和铝合金)的液相线温度和固相线温度之间的固相和液相共存温度区内的某个温度上。
保温缸2连接到缸体后端部的支撑构件23上，并且相对于水平面与喷射驱动件4一起倾斜地配备成45°的角度。与喷嘴构件22的喷嘴开口连通的端部的内部形成计量腔室25，其中喷嘴构件22通过保温缸2的这种倾斜配置向下放置。喷射装置26的喷射柱塞26a滑动地插入装配到计量腔室25中，该喷射柱塞26a通过喷射驱动件4可以伸出并且缩回地进行移动。这种可伸出并且可缩回的喷射柱塞26a包括外圆周中的止回阀26c，其中该外圆周的密封环埋藏在轴部的圆周上，并且止回阀26c和轴部之间的空间形成固相液相共存状态的半固态材料M1的流动通道，虽然其中并未显示固相液相共存状态。流动通道的打开和关闭由止回阀26c的后端面和喷射柱塞后部上的座环之间的接触和分离来执行。
喷射装置26的杆26b可伸出并且可缩回地插入配备在缸体中的搅动装置28的中空旋转轴28b中，同时刺入缸体21上部中的阻塞构件27内。另外，多个搅动叶片28a配备在旋转轴28b的端部圆周上。未显示的旋转驱动件连接到从阻塞构件27伸出的后端上。
熔融供给设备3通过阻塞细长管体的端部内部而形成底部，并且包括位于配备了供应流动通道31a的底部上的熔融缸31，配备在具有多个隔开区域的熔融缸31外圆周上的加热装置32，例如带状加热器或温度可控的感应加热器，以及沿垂直方向连接到熔融缸31上部的供应缸33。在加热装置32中用作成型材料M的低熔点金属合金设置在固相和液相共存温度区中的某个温度上。
应该指出，在成型材料为颗粒的情形下，在供应管43的上端配备了给料漏斗。
另外，通过将熔融缸31的底部侧插入到配备在缸体21上的材料供应开口中并且将供应缸33附着到固定地配备在支撑构件23的臂构件29上，使熔融供给设备3沿垂直方向配备在保温缸2上，并且熔融供给设备3设置有用于使惰性气体例如氩气从熔融供给设备下部分别进入加热器缸2的熔融合金内和熔融缸31上空间的充入管34a和34b，如图1所示。
在熔融供给设备3中，当用于多次喷射的成型材料M从供应管31的上部开口中落到熔融管31的底面时，成型材料M就通过来自熔融管31圆周的供热而变成熔融状态。然而，包括球体固相的成型材料M逐渐流出供应通道31a以进入处于完全熔融之前的固相液相共存状态的缸体21中，并且以半固态材料M1的形式在液相温度加热的保温缸2中累积。累积的半固态材料M1的温度保持在固相和液相共存温度区的某个温度上，直到半固态材料M1在计量之后被注射。在成型材料M是镁合金(AZ 91 D)的情形下，加热装置32的温度设置在560℃至590℃之间，并且保温缸2的加热装置24设置在560℃至610℃之间。
累积在保温缸2中的一部分半固态材料M1允许通过迫使喷射柱塞26a后退而经由流动通道流入计量腔室25中，并且作为一次喷射累积在计量腔室25中。在计量之后，半固态材料M1通过迫使喷射柱塞26a推进从喷嘴22直接或经由热浇口注入到未显示的模子中形成所需形状的制品。
半固态材料M1的固相百分率随着温度的不同而不同。然而，不管固相液相共存温度之间的差异如何，球形固相都会随着时间的推移而变大，并且因此固相百分率增大，液相中的固相密度也增大。在上述的镁合金中，当合金在570℃下保持30分钟之后固相百分率变成69％，固相通常很大程度上变成很少超过200μ的固相，并且保持了触变特性。当保持时间超过30分钟时，超过200μ的固相百分率甚至增大到75％或更大，因此流动性降低。
累积在保温缸2中的半固态材料M1与上述的相同。如果累积时间在30分钟内，那么通过迫使喷射柱塞26a后退而进行的计量和通过迫使喷射柱塞26a推进而向模子的喷射可以没有任何困难地平稳执行。然而，当累积时间超过了30分钟时，流动性就降低并且随着固相的大量增长流动通道被闭塞，这样半固态材料M1通过喷射柱塞26a的后退而向计量腔室25的发送就变差。因此每个成型中半固态材料M1的计量就变得不稳定，而这容易由于向模子喷射的半固态材料M1的喷射量的不足而形成较短的喷射。
当这种半固态材料M1的成型被暂停(成型的中断)而没有停止加热并且材料M1累积在保温缸2中时，由于暂停期间固相的增长而使粘度增大，这样材料的流动性就显著地降低并且材料变成具有较大流阻的成型材料。因此，在成型重新开始时就不能平稳地通过喷射柱塞26a向前并且向后的运动来进行成型材料的计量和喷射。因此，当暂停时间超过30分钟时，保温缸2的温度从固相液相共存温度范围中的温度增大到液相温度或更高的温度，并且半固态材料M1完全熔融，这样保温缸2的内部被替换为完全熔融的材料。在这之后，就执行成型的暂停而不对材料进行加热。
在完全熔融的材料保持在液相温度或更高温度的状态下，所有材料都是液相的，并且没有产生将变成固相的初晶，即使过了该时间，液相也不会产生变化。因此，在材料在完全熔融金属状态下累积的情形中，即使暂停时间延长，也不会由于固相的增长而产生不利。即使这种完全熔融的材料在固相液相共存温度区域的某个温度上冷却，它也不会返回成原始的成型材料。因此，完全熔融的材料会在成型开始时排出并且必须替换为新的成型材料。
在保温缸2的温度已经降低到固相和液相共存温度区中的预定温度之后这种替换就转换成常规成型，同时执行新成型材料的供应并且通过喷射排出累积的完全熔融的材料，而且完全熔融的材料已经替换为供应的成型材料。因此，因为在成型中止期间没有因为固相的增长而产生不利于成型的因素，所以在暂停时间之后可以很容易重新执行成型。
图2显示了成型暂停的步骤。在成型材料M为在固相和液相共存温度区显示出具有触变特性的镁合金(AZ 91 D)的情形下，首先保温缸2的温度在成型暂停期间从560℃至610℃增大到液相温度或更高的温度即620℃至650℃。然后该温度一直保持到成型重新开始并且累积在保温缸中的半固态成型材料替换成完全熔融的材料这一状态时为止。在完全熔融的成型材料已经排出之后或进行了完全熔融材料的临时成型并供给半固态材料以排出熔融材料之后，就开始重新开始之后的成型。
另外，当完成了成型操作，并且有过量半固态材料M1剩余在保温缸2中而没有排出时，半固态材料就缓慢冷却。然后固相继续增长，直至到达固相线温度时为止，这样它通过冷却固化作用变成了以较大的初晶(固相)为基础的金属结构的固体。这种固体结构包括坚硬的大块初晶并且很难变成熔融状态。此外，即使过量的半固态材料M1加热至固相和液相共存温度区的某个温度而变成半熔融时，也不返回成显示有触变特性的半固态材料，并且它变成了具有较高的粘度和极其低的流动性的半固态材料。因此，过量的半固态材料M1就不能原封不动地用作下一次的成型材料。因此，必须在成型结束时或者开始之前必须将该材料从保温缸2排出。
图3显示了以两种方式完成成型的步骤。在一种方式中，保温缸2的温度首先从560℃至610℃增大至620℃至650℃。如果保温缸2的温度已经达到了设置的温度，就熔化剩余的半固态材料同时保持该温度。然后在剩余半固态材料替换为完全熔融的材料之后，就排出完全熔融的材料。在这种情形下，就在成型结束时确认保温缸中的半固态材料的剩余量。然后，如果剩余量很多，就排出剩余材料而没有通过供应净化材料来增加材料的数量。
另外，如果剩余量仅仅可用于几次喷射，那么就加热大体上为空的保温缸。因此在向保温缸2供给净化材料以增加其中的材料的同时，剩余材料和净化材料会完全熔融，并且排出熔融材料。将金属原材料作为净化材料来使用，其中金属原材料与同成型材料具有相同的成分但是在固相液相共存状态中却没有显示触变特性的成型材料或金属原材料相同。
在排出材料时会确认是否需要搅动。如果不需要搅动，那么就可伸出地并且可缩回地移动喷射装置26以便排出材料。如果需要搅动，就旋转搅动装置28来搅动材料。这种搅动允许熔融材料中的氧化物和固相分散并且与熔融材料一起注入，从而清洗了保温缸的内部。
由喷射装置26的向后运动通过材料的重复计量来排出材料，并且通过喷射装置28的向前运动向未示出的模子喷射材料。因为处于完全熔融材料状态的材料具有很小的粘度，所以熔融材料不会粘附到保温缸2的内壁表面和喷射柱塞26a上，并且保温缸2中的材料没有剩余。另外，因为防止了喷射柱塞26a的磨损，所以能够很容易地排出所有的材料。然后如果排出了保温缸2中的所有完全熔融的材料，就停止对材料进行加热。
Claims (4)
1.一种成型低熔点金属合金的方法，包括步骤：在将在固相和液相共存温度区显示出触变特性的金属原材料用作成型材料的同时，在固相和液相共存温度区的一个温度加热所述的成型材料以形成半固态材料，将所需量的所述半固态材料供给到保温缸中进行累积，并且通过一次喷射将所述半固态材料从所述保温缸注射入模子中，
其中，在成型结束时，在液相温度或更高的温度下加热剩余的半固态材料使它熔化，并且材料在完全熔融金属状态被注射和从所述保温缸排出，然后停止加热，这样就完成了成型操作。
2.如权利要求1所述的成型低熔点金属合金的方法，其特征在于，通过向保温缸供应与成型材料具有相同成分的金属原材料来执行所述剩余半固态材料的排出。
3.一种用于成型低熔点金属合金的方法，包括步骤：在将在固相和液相共存温度区显示出触变特性的金属原材料用作成型材料的同时，在固相和液相共存温度区的一个温度加热所述的成型材料以形成半固态材料，将所需量的所述半固态材料供给保温缸中进行累积，并且通过一次喷射将所述半固态材料从所述保温缸注射入模子中，
其中，在通过将所述保温缸的温度增大至液相温度或更高的温度而允许累积的半固态材料处于完全熔融的金属状态下执行一成型的临时中止，之后所述保温缸的温度降低到初始固相和液相共存温度区的一个温度，同时通过注射完全熔融金属状态中的材料和向保温缸供应成型材料来执行完全熔融金属状态材料的排出，这样保温缸中的内含物就替换为供应成型材料，并且成型重新开始。
4.如权利要求1至3中任一项所述的成型低熔点金属合金的方法，其特征在于，在所述的完全熔融金属状态下执行搅动。
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