CN101239376A - 金属成型设备的注射装置中控制熔融金属物料泄漏的方法 - Google Patents

金属成型设备的注射装置中控制熔融金属物料泄漏的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种金属成型设备的注射装置中用于控制熔融金属物料泄漏的方法，所述注射装置包括：注射筒，其包括筒主体、排放口、加热装置和注射柱塞；金属物料用的熔化供应装置；在注射柱塞向后行进的作用下，所述熔融金属物料从供料口在筒主体的前部分中积蓄且从喷嘴中注射；加热装置被设置成控制从筒主体的前端到排放口范围中的前部分、中间部分和后部分这三个区域的温度，其中前部分和中间部分被设定在用于维持从供料口供应到筒主体内的熔融金属物料的温度，后部分被设定成使得泄露到滑动间隙的熔融金属物料的温度低于所供应的熔融金属物料的温度。因此，泄露的熔融金属物料被放置成足够硬以用作柱塞后部分润滑层的密封金属。

Description

金属成型设备的注射装置中控制熔融金属物料泄漏的方法
技术领域
本发明涉及一种在低熔点金属物料(例如镁和铝)用的金属成型设备的注射装置中用于控制熔融金属物料泄漏的方法。
背景技术
在低熔点金属物料的注射装置中，在注射筒(injectioncylinder)的内周面和注射柱塞(injection plunger)的外周面之间设置有用于注射柱塞的滑动间隙。在注射过程中由向前行进的注射柱塞所加压的、位于筒体前部分中的熔融金属，会泄漏到该滑动间隙内。如果该泄漏物料停留在温度低于筒体前部分的筒体后部分处，则该泄漏的物料会固化变硬，且构成了注射柱塞的滑动阻抗，进而不利地影响注射柱塞的行进；因此，泄漏物料用的排放口被设置在注射筒上，以从滑动间隙排出被泄漏的物料。
然而，如果低熔点金属物料(例如镁基合金)在加热状态下被排放到周围环境中，则该低熔点金属物料会点燃；并且，公知地熔融金属成型设备在排放口处设置了带有气密结构的排出物储存装置，以防止上述现象的发生，以及在排出物储存装置中形成有惰性气体氛围以储存金属排出物(参见日本专利公开文献No.2004-291032)。
此外，已经有这样一种注射装置(参见WO2004/018130)，其具有形成在注射筒后端处的圆形槽，且利用冷却剂和来自被加热注射柱塞的高热量，使得在圆形槽中回流的、以某种方式变软的熔化物发生固化，以形成密封元件，进而防止回流。
在排出物储存装置进行的上述过程中，在注射筒的底侧上需要安装空间，并且因为注射装置通常在机座上安装成使得用于前后方向行进，所述注射装置通常被特别构造成使得，总是连接到惰性气体筒体上的排出物储存装置可以一起行进。此外，在滑动间隙中的泄漏物料直接地排出和恢复，因此有这样一个问题，即应该考虑排出物导致的注射损失来测量物料。
此外，已经回流的熔融金属在注射筒后端中的圆形槽中发生固化以密封滑动间隙，因此有必要将筒体后端形成为具有较小直径的突伸物，以在其中设置圆形沟槽以及在较小直径的突伸物中设置用于循环冷却剂的冷却管；因此，与传统注射筒相比，注射筒后端的结构变得复杂。此外，因为密封元件应当被来自冷却剂和注射筒的高热量硬化成略微软的状态，因此有这样一个问题，即与密封部件结构相关的温度控制变得困难。
发明内容
本发明考虑到与常规泄漏物料相关的上述问题，且其目的是提供一种在金属成型设备的注射装置中控制熔融金属物料泄漏的新颖方法；通过对连接到筒主体上的加热装置进行温度控制，所述方法能够防止在完全熔融状态或部分熔融状态下的金属物料(以后称为“熔融金属物料”)泄漏到滑动间隙内，而不需要特别地改变注射筒的结构。
为了实现上述目的，本发明提供了一种在成型金属物料用的注射装置中用于控制熔融金属物料泄漏的方法，所述注射装置包括：
注射筒，其包括
筒主体，其包括位于所述筒主体前端处的喷嘴；
位于筒主体的后部分底侧上的排放口；
位于筒主体外周上的加热装置；和
注射柱塞，其通过在筒主体内侧设置滑动间隙被插入到筒主体内以进行前后行进；
以及金属物料用的熔化供应装置，其设置在注射筒的顶部分上，并且在所述熔化供应装置的底端具有流动出口以和筒主体的供料口相连通；
其中，在注射柱塞向后行进的作用下，所述熔融金属物料从供料口在筒主体的前部分中积蓄，且在注射柱塞向前行进的作用下从喷嘴中注射；
所述加热装置被设置成控制从筒主体的前端到排放口范围中的前部分、中间部分和后部分这三个区域的温度，其中前部分和中间部分被设定在用于维持从供料口供应到筒主体内的熔融金属物料的温度，后部分被设定成这样一个温度，即泄露到滑动间隙的熔融金属物料的温度低于所供应的熔融金属物料的温度，且因此泄露的熔融金属物料被放入以作为硬到可用作柱塞后部分润滑层的密封金属。
此外，所述金属物料包括镁基合金，且筒主体后部分的温度被设定为470-490℃，进而使得泄露到滑动间隙的熔融金属物料硬到可用作所述润滑层的密封金属；并且，随着注射柱塞向后行进，放置在滑动间隙中的密封金属随后从间隙端被排放到排放口。
此外，通过供料口和流动出口，所述金属物料用的熔化供应装置总是与筒主体内侧相连通，进而引导由注射柱塞的向前行进所加压的熔融金属，并且因此从柱塞头的间隙回流到所述金属物料用的熔化供应装置，结果使得减少泄露到柱塞杆后部分中的滑动间隙内的熔融金属物料泄露量。
此外，所述筒主体的内侧由筒体衬垫所形成，且筒体衬垫和注射柱塞由具有相同品质的金属物料制成；筒主体由铁基金属物料制成，且筒体衬垫和注射柱塞由具有相同品质的金属物料钴基合金或金属陶瓷基合金制成。
发明效果
根据本发明，因为通过简单地将筒主体的后部分设定在固相温度下(在温度下，已经泄露到滑动间隙的熔融金属物料被放入到柱塞后部分处以作为硬到可用作润滑层的密封金属)就能够限制熔融金属物料泄露到滑动间隙内，所以有可能应用到普通规格的注射装置上。
此外，因此密封金属用作柱塞杆的润滑层，即使滑动间隙被固化金属物料完全填满，它也不会构成与注射柱塞前后行进起相反作用的滑动阻碍，且利用密封金属对注射杆后部分的支撑会使得注射柱塞的前后行进变得平滑。
此外，因为筒主体的内侧和物料熔化供应装置的内侧总是彼此相连通，且由于注射柱塞的向前行进导致的、从柱塞头侧回流的熔融金属物料被引导向物料熔化供应装置的内侧，所以防止了在柱塞杆前周边处由于压力增加导致的、通向滑动间隙的泄露，并且泄漏到连通间隙中的熔融金属物料总是被限制到密封金属的排出量，并且处于过分集中状态的密封金属将不挤压柱塞杆后部分；即使操作较长时间，也能够维持注射柱塞的平滑前后行进，并且能够减少由于泄漏导致的熔融金属物料的注射损失。
附图说明
图1是应用根据本发明控制泄漏方法的金属成型设备的注射装置的侧视图；
图2是图1的注射装置的纵向截面剖视图；
图3是在排放口部分处的筒主体的局部截面剖视图；以及
图4是在注射操作过程中位于物料供应部分处的筒主体的局部截面剖视图。
具体实施方式
在图1中，附图标记1表示注射型金属成型设备的注射筒；附图标记2表示设置在注射筒1上并且与注射筒1的后部分隔开的注射驱动装置；以及附图标记3表示设置在注射筒1上方的物料熔化供应装置。注射筒1和注射驱动装置2通过分别设置在两侧上的杆4相互连接，而且两者都通过将前、后支承架6和7(其彼此整体地形成)和注射驱动装置2分别插入到一对平行的左、右支承轴10(其水平地设置在机座8的座板9上)内而水平地设置在机座8上。
注射筒1包括：筒主体11；和喷嘴12一体地连接到筒主体11前端上的喷嘴部件13；在筒主体11的后部分处在筒形壁底侧开口的排放口14；当其后端位于排放口14处时装配在筒主体11内侧的筒体衬垫15；当其前端位于排放口14处时装配在筒主体11的后端部分内侧的筒体衬套16；插入到筒体衬垫15内用于在筒主体11中前后移动的注射柱塞17；设置在筒体壁的顶侧、比柱塞头17a的最靠后位置更加靠前的供料口18；连接到喷嘴12和喷嘴部件13外周的加热装置19；以及连接到筒主体11外周处的加热装置20，如图2所示。
在注射柱塞17的柱塞头17a的周边上设置有用于连通熔融金属物料的、具有所需尺寸的间隙。此外，柱塞杆后部分17b’的外径比筒体衬套15内径小的部分为滑动间隙15a(例如0.05mm至0.30mm)，用于减小摩擦阻力。此外，当注射柱塞17处于最靠前位置时，在从前端到供料口18位置的范围内，柱塞杆前部分17b”的外径小于柱塞杆后部分17b’的外径。结果使得，总是与供料口18相连通的连通间隙15b，形成在柱塞杆前部分17b”的周围。
筒主体11采用铁基金属物料，而筒体衬套15和注射柱塞17都采用与钴基合金或金属陶瓷基合金相同品质的金属物料。由相同品质的基体合金(base alloy)所制成的筒体衬套15和注射柱塞17总是具有相同的、由温度增加引起的热膨胀性，并且形成在之间的滑动间隙15a和连通间隙15b的尺寸不发生变化，且维持在正常温度下设定的恒定尺寸。
直径比柱塞杆后部分17b’小的注射杆21，被插入到筒体衬套16内，注射杆21的前端连接到柱塞杆后部分17b’上，且后端连接到注射驱动装置2的活塞杆22上，如图1所示。
物料熔化供应装置3包括：炉体31，其具有圆形的平面表面；储存筒体32，其向下延伸作为一体部分的熔炉体31的底表面中心、且向下顺序地将底部分内壁减少为底端中心处的流动出口32a，从而底部分内壁形成为倾斜表面，且使得流动出口32a与供料口18相重合以被放置在筒形体上方；并且，如图4所示，筒形体内侧的连通间隙15b和物料熔化供应装置3的内侧总是通过供料口18和流动出口32a彼此连通。此外，加热装置33、34连接到炉体31和储存筒体32的外周处。炉体31和储存筒体32被加热装置33、34加热，且维持在等于或高于液相温度(liquidustemperature)的温度，或低于液相温度，以及维持在等于或高于固相温度(solidus temperature)。
加热装置20设置在筒形体11的前端和排放口14之间的部分中，以作为前部分加热装置20a、中间部分加热装置20b和后部分加热装置20c，其分别包括一对前后带式加热器；这种结构允许筒形体11分别在三个区域(前部分、中间部分和后部分)进行温度控制。
前部分加热装置20a和中间部分加热装置20b被设定在这样一个温度，其在物料熔化供应装置3中维持熔融金属物料(其被加热到温度等于或高于液相温度或低于液相温度，以及等于或高于液相温度)；且在完全熔融状态(例如620℃)或局部熔融状态(例如580℃)下从供料口18供应到筒形体内，直到被注射柱塞17注射为止。此外，后部分加热装置20c被设定在这样一个温度，该温度使得进入滑动间隙15a内、位于连通间隙15b中的熔融金属物料M’不会在熔融状态下从间隙端泄漏，而是作为圆形密封金属M”介入以变硬到可作为图3所示的润滑层。
如果在滑动间隙15a中的熔融金属物料完全固化且因此硬化，则金属物料构成了滑动阻碍，因此阻碍了注射柱塞17的行进，且产生了巨大的金属摩擦噪音；例如该金属物料是镁基合金(AZ91D)，该温度设定在从固相温度到熔融金属物料不会发生固化的固相温度+20℃的温度范围内(例如470-490℃)。在这个温度范围内，密封金属M”作为柱塞杆后部分17b’的润滑层。
随着注射柱塞17向前行进，插入在滑动间隙15a中的密封金属M”限制了熔融金属物料M’从连通间隙15b发生泄漏。此外，随着柱塞杆17b’利用滑动进行移动，密封金属M”依次地向后移动，依次从间隙端落入排放口14，且排出到筒体外侧。排出的密封金属M”的温度等于或低于固相温度+20℃，因此即使在温度等于或高于500℃下与空气接触容易自发点燃的镁基合金也将不会点燃，从而使得安全进行排出。
此外，即使密封金属M”插入到滑动间隙15a内，因为筒形体11和物料熔化供应装置3的内侧总是彼此连通，即使从未示的最靠前位置由注射柱塞的向后行进作用、从柱塞头17a前表面上的筒体前空间中的柱塞头17周围的间隙进行积蓄和测量的熔融金属物料(未示)，被注射柱塞17的向前行进所挤压且从柱塞头17a的间隙回流到连通间隙15b，回流的量被引导到物料熔化供应装置3内，从而防止连通间隙15b中的压力增加。
此外，尽管在注射柱塞17向前行进时位于连通间隙中的熔融金属物料被柱塞杆后部分17b’的台阶部分所挤压，但是连通间隙15b中的压力不会由于与物料熔化供应装置3相连通而增加。这样，也减少了熔融金属物料泄露到滑动间隙15a内。结果使得，防止了由于连通间隙15b中的压力增加而导致泄漏到滑动间隙15a内，且泄漏到连通间隙15b中的熔融金属物料总是被限制到密封金属M”的排出量，并且处于过分集中状态的密封金属M”将不挤压柱塞杆后部分17b’。因此，即使操作较长时间，也能够维持注射柱塞17的平滑前后行进，且能够减少由于泄漏导致的熔融金属物料的注射损失。
尽管根据上述实施例连通间隙15b设置在柱塞杆前部分17b”的周围，如果滑动间隙在允许的范围内延伸跨过整个柱塞杆，则可以省略连通间隙15b。

Claims (6)

1.一种在成型金属物料用的注射装置中用于控制熔融金属物料泄漏的方法，所述注射装置包括：
注射筒，其包括，
筒主体，其包括位于所述筒主体前端处的喷嘴；
位于筒主体的后部分底侧上的排放口；
位于筒主体外周上的加热装置；和
注射柱塞，其通过在筒主体内侧设置滑动间隙被插入到筒主体内以进行前后行进；
以及金属物料用的熔化供应装置，其设置在注射筒的顶部分上，并且在所述熔化供应装置的底端具有流动出口以和筒主体的供料口相连通；
其中，在注射柱塞向后行进的作用下，所述熔融金属物料从供料口在筒主体的前部分中积蓄，且在注射柱塞向前行进的作用下从喷嘴中注射；
所述加热装置被设置成控制从筒主体的前端到排放口范围中的前部分、中间部分和后部分这三个区域的温度，其中前部分和中间部分被设定在用于维持从供料口供应到筒主体内的熔融金属物料的温度，后部分被设定成这样一个温度，即泄露到滑动间隙的熔融金属物料的温度低于所供应的熔融金属物料的温度，且因此泄露的熔融金属物料被放入以作为硬到可用作柱塞后部分润滑层的密封金属。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述金属物料包括镁基合金，且筒主体后部分的温度被设定为470-490℃，进而使得泄露到滑动间隙的熔融金属物料硬到可用作所述润滑层的密封金属。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
随着注射柱塞向后行进，放置在滑动间隙中的密封金属随后从间隙端被排放到排放口。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
通过供料口和流动出口，所述金属物料用的熔化供应装置总是与筒主体内侧相连通，进而引导由注射柱塞的向前行进所加压的熔融金属，并且因此从柱塞头的间隙回流到所述金属物料用的熔化供应装置，结果使得减少泄露到柱塞杆后部分中的滑动间隙内的熔融金属物料泄露量。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述筒主体的内侧由筒体衬垫所形成，且筒体衬垫和注射柱塞由具有相同品质的金属物料制成。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
筒主单元由铁基金属物料制成，且筒体衬垫和注射柱塞由具有相同品质的金属物料钴基合金或金属陶瓷基合金制成。
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