CN103717327B - 用于将半固体金属注入模具中的系统 - Google Patents

Abstract

用于将半固体金属（3）注入模具（2）中的系统（1），包括：‑模具（2），包括适于通过模具注入嘴（17）接收金属的模具腔室（16）；‑至少一个按压装置（4），用于将金属（3）压力‑注射入所述模具（2）中；‑所述至少一个按压装置包括缸体（5）和容纳于缸体内的推力活塞（6），所述缸具有基本上竖直轴线（X‑X）和耦接至模具（2）的嘴（17）的嘴（15），推力活塞和缸体限定适于容纳熔融金属（10）的压射腔室（7）；‑所述缸体（5）具有用于容纳冷却流体（9）的通道（8），所述冷却流体用于冷却以半固体金属（3）状态灌注入压射腔室（7）内的熔融金属（10）；‑杯（18），用于汲取熔融金属（10）并且将其灌注入所述压射腔室（7）内；‑定位装置（11）；‑所述定位装置（11）支撑混合装置（12），所述混合装置（12）具有作用部分（14）并且与罩或盖（13）相关联；‑所述定位装置（11）被设置成用于选择性地定位所述混合装置（12），使所述作用部分（14）位于所述压射腔室（7）内，并且使所述半固体金属（3）的温度均化，并且同时地将所述罩或盖（13）定位成临时地封闭用于将按压装置（4）耦接至模具（2）的所述嘴（15）；‑致动装置（19），当压射腔室（7）的耦接嘴（15）打开且连接至所述模具（2）的注入嘴（17）时，致动装置选择性地作用在所述推力活塞（6）上以将所述半固体金属（3）注入进所述模具（2）内。

Description

用于将半固体金属注入模具中的系统

技术领域

本发明涉及用于将金属(例如铝)在半固体状态下注入模具中的一种系统以及一种方法。

背景技术

如所周知，在汽车领域尤其感觉到车辆轻量化的必要性。这个必要性必须与有竞争力的成本下具有高品质产品的鲜明反差的需求相调和。但是，不断引入安装在车辆上的用于增加车辆的安全性和舒适性的构件使得车辆的结构轻量化部分地无效。

如所周知，强烈感觉到为了降低污染剂而降低车辆消耗的必要性。这个必要性通过提高发动机燃烧的效率，并且尤其还通过引入用于制造主体和结构车辆结构构件的轻质材料来满足。

铝合金由于具有低密度值、适合的结构特性以及其完全可回收性，代表了卓越的解决方案。但是，尽管铝转化工艺(特别地冶炼工艺)运用精炼工艺模拟以及控制方法，事实上还没有调和了构件轻质化和构件高机械性能的最终解决方案。例如用于铝转化的已知解决方案，例如有高压压铸(high pressure die casting)、重力铸造法(gravity casting)、低压铸造(low pressure casting)。

具体地，高压压铸允许构件中的薄片段，而不能确保通常仅通过重力铸造法得以保持能实现的结构特征。但是，由于如此获得的零件包含有空气并且也由于由固化导致的收缩(由于铸件的固化以及在它的固化阶段不可能进一步增加材料，这是明确的事件)，使得高压压铸的质量不能常常达到要求的水平。

授予麻省理工学院(M.I.T)的文献US 3,954,455，描述了一种方法，用于保持铝处于半固体状态，其中只有在固化过程中保持浴槽处于有力的搅拌下而阻止树枝晶(dendrites)的生长，才获得了固相(solid phase)中的球状微观结构。在处于固化范围内的温度时，这个球形结构合金具有假塑性(pseudoplastic)特性和摇溶(thixotropic，触变)特性，其中随着搅拌和搅拌或混合时间的增加而粘度降低。这种解决方案允许通过传统变形工艺模制，允许实现铸件重量和厚度的降低。

但是，虽然在一些观点下它是令人满意的，但是该解决方案应用了金属的一系列通道，即，从熔炼炉至混合及冷却炉缸，然后进入注入容器并且最终进入模具中，导致形成薄膜形式的氧化物，同时捕获杂质，这极大地恶化了铸件质量。

授予THT Press Inc.的文献US 6,808,004，描述了布置在注入缸中的熔融金属的冷却，没有进行搅拌，而是引入促进固化核心的生成的添加剂，并且因此形成小球体而不是长枝晶状分枝(dendritic branches)。

这个解决方案也没有解决氧化物形成的问题，以及特别是在部分冷却过程中金属的表面薄膜仍然存在，当注入模具时薄膜弯曲，形成了具有高结构不连续性的铸件部分。

授予THT Press Inc.的文献US 6,901,991，描述了一种解决方案，在其中提供了一种装置，一旦将该装置插入进熔融金属中，在短时间内形成小球体的尝试中加速熔融金属的冷却并且因此限制氧化物薄膜在金属表面上的生长，但是薄膜还是不可避免地形成。

并且这个解决方案在它的实施方式中是极其复杂的，而且不能完全地解决问题。

授予THT Press Inc.的文献US 7,441,584，教导了将熔融金属布置在活塞缸单元的腔室内，并且为了进一步缩短半固体模铸时间，设想引入布置在缸壁以及活塞底部或顶部的邻近处的搅拌器。

这个解决方案导致将杂质引入熔融金属中的更高可能性，并且如描述中清晰地指明的，它需要实际上非常长的循环时间并且不适合工业系统(例如，US 7,441,584清晰地指出最佳循环周期是约25秒)。

发明内容

本发明的目的是提供用于将半固体铝注入到模具中的系统以及方法，其具有满足前述必要性的结构和功能特征，并且同时，消除了参考现有技术所提到的缺点。

这个问题通过下文所描述的系统以及方法解决。

一种用于将半固体金属注入模具中的系统，包括：所述模具，所述模具包括适用于通过模具注入嘴接收所述半固体金属的模具腔室；至少一个按压装置，用于将半固体金属压力-注射入所述模具中；所述至少一个按压装置包括缸体和容纳于所述缸体中的推力活塞，所述缸体具有竖直轴线以及用于耦接至所述模具的所述注入嘴的耦接嘴，所述推力活塞与所述缸体限定适合于容纳熔融金属的压射腔室；所述缸体具有用于容纳以半固体金属状态灌注入所述压射腔室内中的所述熔融金属的冷却流体的冷却通道；杯，用于汲取所述熔融金属并且将熔融金属灌注入所述压射腔室内；定位装置；所述定位装置支撑混合装置，所述混合装置具有第一作用部分并且与罩或盖相关联；所述定位装置被设置成用于选择性地定位所述混合装置，使所述第一作用部分位于所述压射腔室内，并且使所述半固体金属的温度均化，并且同时地将所述罩或盖定位成临时地封闭用于将所述按压装置耦接至所述模具的所述耦接嘴；致动装置，当所述压射腔室的所述耦接嘴打开并且连接至所述模具的所述注入嘴时，所述致动装置选择性地作用在所述推力活塞上以将所述半固体金属注入进所述模具内。

一种用于将半固体金属注入模具内的方法，其中：所述模具包括适用于通过模具注入嘴接收所述半固体金属的模具腔室；设置至少一个按压装置，所述至少一个按压装置能与所述模具结合，用于将半固体金属压力注射入所述模具中；所述至少一个按压装置包括缸体和容纳在所述缸体内的推力活塞，所述缸体具有竖直轴线和位于所述模具的注入嘴处的耦接嘴，所述推力活塞与所述缸体限定了适用于容纳熔融金属的压射腔室。所述方法包括以下步骤：使用杯汲取熔融金属并且将所述熔融金属灌注到所述压射腔室中；借助于定位装置支撑罩或盖以及与所述罩或盖相关联的混合装置，将所述混合装置的第一作用部分定位在所述压射腔室内，并且同时地将所述罩或盖定位成临时地关闭用于将所述按压装置耦接至所述模具的所述耦接嘴；使用设置在冷却通道内的冷却流体同时地冷却放置于所述压射腔室内的所述熔融金属，所述冷却通道用于容纳设置在所述缸体内的所述冷却流体，并且同时地用所述混合装置的所述第一作用部分混合灌注入所述压射腔室中的所述熔融金属，同时所述罩或盖封闭用于耦接所述按压装置的所述耦接嘴将所述熔融金属转变为半固体金属并且将所述半固体金属的温度均化，然后随后地当所述压射腔室的所述耦接嘴打开并且连接至所述模具的所述注入嘴时，使用选择性地作用于所述推力活塞上的致动装置将所述半固体金属注入所述模具中。

附图说明

根据本发明的系统和方法的进一步的特征和优点将会从以下它们的优选实施方式的描述中变得更加清晰，实施方式参考附图以非限制性的实例的方式给出，其中：

图1概略地示出了根据第一实施方式的系统的轴测投影图；

图2示出了根据第二实施方式的系统的轴测投影图；

图3示出了横穿图1的系统的细节的压射腔室(injection chamber)的局部截面视图；

图4示出了图2的系统的细节的轴测投影图，特别地处于其使用步骤中，在该使用步骤中设想将熔融金属灌注到压射腔室中；

图5示出了图2的系统的细节轴测投影图，特别地处于压射腔室关闭步骤中；

图6示出了横穿系统的又一细节的压射腔室的截面视图，其中压射腔室处于耦接至用于将半固体金属注入模具腔室的模具的位置中；

图7示出了图4的操作步骤的放大细节的轴测投影图；

图8示出了图2的系统的另一个操作步骤的轴测投影图，其中当浸入搅拌器或混合器时，压射腔室被盖封闭；

图9示出了图2的系统的又一操作步骤的细节的轴测投影图，其中在半固体金属的均化/混合以及冷却之前、过程中、之后，测量半固体金属的温度；

图10示出了图2的系统的又一操作步骤的细节的轴测投影图，其中熔融金属已被混合、冷却，并且已注入惰性气体；

图11示出了图2的系统的又一操作步骤的细节的轴测投影图，其中盖被抬离压射腔室；

图12以及图13示出了用于混合布置在压射腔室中的熔融或半固体金属的系统的一些细节的轴测投影侧视图；

图14示出了根据用于混合和封闭布置在压射腔室中的熔融或半固体金属的系统的又一实施例的细节的轴测投影图；

图15示出了图2的系统的操作步骤的又一细节的轴测投影图，其中所述压射腔室靠近于模具以注入半固体金属；

图16、图17以及图18示出了将半固体金属注入模具中的操作步骤的一些细节的截面视图；

图19以笛卡尔图示出，其中在横坐标上示出了半固体金属的温度，以及在纵坐标上示出了固体金属分数(solid metal fraction)，系统的两种最佳使用状况在曲线上显著示出；

图20以及图21示出了使用此处描述的工艺得到的材料的状态的缩影照片，图20示出了小球体的固化以及在根据现有技术的模具中冷却而得到，图21具有树枝晶的固化。

具体实施方式

参考上述附图，参考数字1总体表示系统。

根据一个实施方式，系统1是适用于将半固体金属3注入到模具2中的系统。

根据一个实施方式，所述模具2包括适用于通过模具注入嘴17接收金属的模具腔室16。

根据一个实施方式，所述系统包括用于将金属3压力-注入于所述模具2中的至少一个按压装置4。

根据一个实施方式，所述至少一个按压装置包括：缸体5，所述缸体具有基本上竖直的轴线X-X，和用于耦接至所述模具2的注入嘴17的耦接嘴15；以及容纳于所述缸体中的推力活塞6，所述推力活塞与所述缸体限定了适合于容纳熔融金属10的压射腔室7。

根据一个实施方式，所述缸体5具有冷却通道8或内导管或导管管路，用于容纳能够冷却灌注到所述压射腔室7内的所述熔融金属10的冷却流体9，将熔融金属转变为半固体金属3。

根据一个实施方式，用于汲取熔融金属10的杯18适合用于汲取金属并且将金属灌注入所述压射腔室7内。

根据一个实施方式，所述系统包括定位装置11。

根据一个实施方式，所述定位装置11支撑混合装置12，并且所述混合装置12具有作用部分(active portion，有效部分，活动部分)14且与适用于封闭所述压射腔室7的罩或盖13相关联。

根据一个实施方式，所述定位装置11被设置成用于选择性地定位所述混合装置12，使得所述作用部分14位于所述压射腔室7内，并且使半固体金属3的温度均化，并且同时地将所述罩或盖13定位成临时地封闭将按压装置4耦接至模具2的所述耦接嘴15。

根据一个实施方式，当压射腔室7的耦接嘴15被打开并且被连接至所述模具2的注入嘴17时，致动装置19选择性地作用在所述推力活塞6上以将所述半固体金属3注入进所述模具2内。

根据一个实施方式，所述系统包括金属温度检测装置21，具有作用部分22。根据一个实施方式，当罩或盖13被设置成封闭将缸体耦接至模具的耦接嘴15时，所述金属温度检测装置21与所述罩或盖13结合以选择性地将其作用部分22浸入熔融金属10或半固体金属3中。

根据一个实施方式，所述金属温度检测装置21连接至系统1的控制装置23。根据一个实施方式，所述金属温度检测装置21连接至致动装置24，该致动装置24在金属温度检测装置21插入压射腔室7内以及金属温度检测装置21从压射腔室7撤回的过程中移动金属温度检测装置。

根据一个实施方式，所述推力活塞6包括用于容纳用于冷却所述熔融金属10的冷却流体9的冷却通道25。

根据一个实施方式，所述缸体以及所述活塞的所述冷却通道8、25与连接至冷却流体流调节装置并且连接至冷却流体槽54的冷却管路流体连接。

根据一个实施方式，所述冷却流体流调节装置在受控模式下运行。

根据一个实施方式，所述系统包括设置在缸体5和/或推力活塞6的冷却通道8、25中的用于冷却流体9的冷却流体温度检测装置20，优选地但非必须地位于缸和活塞的下游。

根据一个实施方式，所述冷却流体温度检测装置20可操作地连接至系统的控制装置23。

根据一个实施方式，所述流体流调节装置通过所述冷却流体温度检测装置20在反馈受控模式下运行。

根据一个实施方式，所述罩或盖13与用于将惰性气体27(比如例如(但非必须)氮气)供入压射腔室7中的惰性气体供给装置26结合。

根据一个实施方式，所述惰性气体供给装置26包括用于调节待注入压射腔室7中的气体流的调节装置28，优选地但非必须地，在受控模式下运行。

根据一个实施方式，所述混合装置12包括具有基本上竖直的X-X旋转轴33并且通过受控致动器30而优选地但非必须地在反馈模式下运行的叶轮29，所述致动器可操作地连接至系统的控制装置23。

根据一个实施方式，所述叶轮29包括至少一个叶片31，优选地但非必须地包括两个叶片31。根据一个实施方式，每个叶片31包括与X-X旋转轴33基本呈径向的延伸部32以及倒圆的自由端。根据一个实施方式，所述叶轮29包括螺旋状的叶片。根据一个实施方式，所述叶轮29具有减少熔融金属10的粘附的表面处理部。根据一个实施方式，所述叶轮29由减少熔融金属的粘附的材料(例如但非必须地，陶瓷材料)制成。

根据一个实施方式，所述系统包括用于出现在熔融金属10中的杂质或氧化物的过滤器35。所述过滤器35设置在压射腔室7与用于汲取和灌注金属的杯18之间。根据一个实施方式，所述过滤器35包括用于熔融金属的进入管道(例如进入沟道36)，所述进入管道被设置成用来接收来自杯18的熔融金属，并且过滤器设置有灌注端37，所述灌注端与压射腔室7相对，用于使熔融金属流入压射腔室7中。根据一个实施方式，所述过滤器35在其灌注端37附近具有过滤器部分38，所述过滤器部分设置有适于保留杂质和/或氧化物并且使得熔融金属流动的通道，例如但非必须地，过滤器部分38由陶瓷材料制成和/或包括碳化硅。根据一个实施方式，所述过滤器35是能够在熔融金属10注入压射腔室7的每次灌注后或在有限的次数之后可以被更换的一次性(disposable，易处理的，用后即弃)构件。根据一个实施方式，所述过滤器定位在邻近压射腔室处，以使得杯能够通过来自定位装置55(例如机器人)的过滤器灌注其中的熔融金属。

根据一个实施方式，受控致动器30(例如但非必须地，是具有温度信号和/或计时器的反馈致动器)控制混合装置12的运动。

根据一个实施方式，受控致动器(例如但非必须地，是具有用于关闭罩或盖的开关和/或用于改变系统运行状态的开关的反馈致动器)控制金属温度检测装置21的运动。根据一个实施方式，受控致动器39(例如但非必须地，是具有用于关闭和打开罩或盖的开关的反馈致动器)控制压射腔室内的惰性气体供给装置26，例如但非必须地，它控制惰性气体27的进入流的电磁阀40的调节。

根据一个实施方式，受控致动器41(例如但非必须地，是具有压射腔室7的完全填充和/或来自杯18的熔融金属的完全灌注和/或按压装置4在系统中的定位的开关或定时器的反馈致动器)控制罩或盖13的定位以便封闭或者打开耦接嘴15，所述嘴将缸耦接至模具。

根据一个实施方式，受控致动器42(例如但非必须地，是具有金属在压射腔室7内的完全混合和/或罩或盖13的打开和/或按压装置4在系统内的定位的开关或定时器的反馈控制器)控制按压装置4的定位，缸体的耦接嘴15耦接至模具2的注入嘴17。根据一个实施方式，受控致动器43(例如但非必须地，是具有用于检测由推力活塞施加的压力的活塞施加压力传感器44的反馈致动器)控制推力活塞6的向前运动以将半固体金属3注入模具腔室16中并且保持压力直至金属已经固化。根据一个实施方式，所述模具2包括多个打开的模具部分46、47以移除固化块48。根据一个实施方式，受控致动器45、56(例如但非必须地，是具有推力活塞6推力端开关或计时器的反馈致动器)控制可打开的模具部分46、47的关闭和打开，用于关闭以形成模具腔室16或用于打开以移除固化块48。根据一个实施方式，受控致动器49，(例如但非必须地，是具有缸体和/或活塞的冷却流体的温度检测装置的反馈致动器，优选地但非必须地设置在缸体和/或推力活塞的下游)控制缸体5和/或推力活塞6的冷却流体流的控制电磁阀的分体(splitting，分离，分流)。根据一个实施方式，混合装置12的受控致动器30以连续测量的或采样测量的方式工作，或基于金属温度系统的操作状态中的任何变化而工作。

根据一个实施方式，包括旋转盘52，所述旋转盘用于支撑多个按压装置4，所述按压装置的压射腔室7由相关缸体5和推力活塞6形成。根据一个实施方式，所述位置是等间距的并且同时地允许加载熔融金属载荷、关闭罩或盖、冷却和混合金属直至金属为半固体并且靠近模具以将半固体金属注入。

根据一个实施方式，提供了用于系统1的罩或盖13，所述系统用于将半固体金属3注入模具2中，其中所述模具2包括适用于通过模具注入嘴17接收金属的模具腔室16并且所述系统包括用将金属3压力注射入所述模具2中的至少一个按压装置4，其中所述至少一个按压装置4包括缸体5和容纳在所述缸体内的推力活塞6，所述缸体具有基本上竖直轴线X-X和用于耦接至所述模具2的注入嘴17的耦接嘴15，所述推力活塞和所述缸体限定了适用于容纳熔融金属10的压射腔室7，所述罩或盖13由定位装置11支撑，其中所述定位装置11进一步支撑混合装置12，所述混合装置12具有作用部分14并且与所述罩或盖13相关联，并且其中布置成用于选择性地定位所述混合装置12，使所述作用部分14位于所述压射腔室7，内且使半固体金属的温度均化的所述定位装置11同时地将所述罩或盖13定位成临时地封闭所述耦接嘴15，所述耦接嘴15将按压装置4耦接至模具2。

下面将描述用于将半固体金属3注入模具2内的系统的使用方法的一些实例，其中所述模具2包括适用于通过模具注入嘴17接收金属的模具腔室16。

根据一个一般的实施方式，这个系统用于处理半固体金属，例如铝或铝合金。

根据一个实施方式，所述系统设置有至少一个按压装置4，所述至少一个按压装置可与所述模具结合，用于将金属3压力注射入所述模具2中。

根据一个实施方式，所述至少一个按压装置包括：缸体5，具有基本上竖直轴线X-X，和用于耦接至所述模具2的模具注入嘴17的耦接嘴15；以及容纳在所述缸体内的推力活塞6，所述推力活塞与所述缸体限定了适用于容纳熔融金属10的压射腔室7。

根据一个实施方式，所述方法包括以下步骤：

-使用杯18汲取熔融金属10并且将所述熔融金属灌注到所述压射腔室7中；

-使用定位装置11支撑罩或盖13以及与所述罩关联的混合装置12，

-将所述混合装置12的作用部分14定位在所述压射腔室7内

并且同时地

-将所述罩或盖13定位成临时地关闭用于将按压装置4耦接至模具2的所述耦接嘴15；

-使用设置在冷却通道8(冷却通道8用于容纳所述缸体内提供的冷却流体)内的冷却流体9冷却放置于所述压射腔室内的熔融金属10

-以及同时地

-用所述混合装置12的所述作用部分14混合灌注入所述压射腔室7中的所述熔融金属10，同时所述罩或盖13封闭用于耦接按压装置4的所述耦接嘴15

-将所述金属转变为半固体金属3并且将半固体金属3的温度均化。

-然后随后地

-当压射腔室7的耦接嘴15打开并且连接至所述模具2的注入嘴17时，使用选择性地作用于所述推力活塞6上的致动装置19将所述半固体金属3注入所述模具中。

根据一个实施方式，提供了用于检测容纳在压射腔室7中的金属的温度的进一步方法。根据一个实施方式，使用设置有作用部分22的金属温度检测装置21，并且当罩或盖13被设置成用于封闭将缸体耦接至模具的耦接嘴15时将金属温度检测装置的作用部分22浸入熔融金属10或半固体金属3中。

根据一个实施方式，容纳在压射腔室7内的金属的检测到的温度用于检查系统1的运行步骤。根据一个实施方式，容纳在压射腔室7内的金属的温度测量值被用来，当达到预定温度或最适宜温度时，通过移除混合装置12的方式建立金属混合的中断和压射腔室打开步骤。

根据一个实施方式，检测金属温度并且检查该温度，以便通过检测将金属混合和冷却至最适宜状态所用的时间以及通过存储混合和冷却所需时间的信息以能够在随后的系统运行周期中使用该信息，因此避免在每个工作循环中使用检测容纳在压射腔室7内的金属的温度的步骤，而达到预定温度或最适宜温度。

根据一个实施方式，提供了以下进一步的步骤：

-将限定了压射腔室7的推力活塞6冷却以冷却所述熔融金属10。

根据一个实施方式，调节提供在设置在缸体内和/或推力活塞内的冷却通道8、25内的冷却流体9的流。根据一个实施方式，所述调节是通过检测容纳在压射腔室7内的金属的温度以受控模式执行的。根据一个实施方式，调节冷却流体流，使得容纳在压射腔室7内的熔融金属的温度在预定循环时间内或有限循环时间内达到预先限定温度水平或最适宜温度水平。

根据一个实施方式，冷却流体9流的调节是通过检测设置在缸体5和/或推力活塞6的冷却通道8、25内的冷却流体9的温度来执行的。

根据一个实施方式，提供了以下进一步的步骤：

-将惰性气体27供给到由罩或盖临时地封闭的压射腔室7中。有利地，供给到压射腔室7中的惰性气体27是氮气。

根据一个实施方式，调节待供给到压射腔室7中的气流，优选地但非必须地，以到达预定流或适宜流。

根据一个实施方式，提供了用于通过受控致动器30控制包括叶轮29的混合装置12的进一步步骤，以优选地但非必须地以反馈模式(例如以在叶轮的旋转速度上的反馈模式)调节所述叶轮的转动。根据一个实施方式，容纳在压射腔室7内的熔融金属基本上使用横向于缸体5的壁的元件在圆周方向上被混合，优选地但非必须地通过沿横向于缸体壁并且相对于压射腔室7的底部或推力活塞6的顶部放置在两个不同高度处的两条圆周路径混合。

根据一个实施方式，金属沿圆周路径被搅拌，所述圆周路径基本上横向于缸体5并在所述缸体5的壁与混合装置12之间留有预定空间，和/或在混合装置12与推力活塞6之间留有预定空间。

根据一个实施方式，提供了以下进一步步骤：限定容纳在压射腔室7内的半固体金属3的最适宜温度，例如但非必须地在580°与600℃之间的温度范围(优选地但非必须地590℃)使用铝；对系统1进行校准以便获得冷却循环时间以及以低于有限循环时间获得半固体金属3的温度的一致性(均匀性)。在这些情况下，测量：金属温度；混合装置12的旋转速度；注入进压射腔室7的惰性气体的最适宜流；在缸体5内以及可选地在推力活塞6内循环的冷却流体的最优温度；和/或冷却流体的流速的估计值。

设置系统的所述循环时间以用于后继工作步骤。

根据一个实施方式，仅当系统参数改变时，才会重新计算混合和冷却步骤的循环时间，例如但非必须地，使用容纳在压射腔室内的金属温度并且因而通过改变混合装置运动速度参数，即，惰性气体流、容纳在缸体内和/或推力活塞内的冷却流体的温度或流而重新计算混合和冷却步骤的循环时间。

根据一个实施方式，在将熔融金属10从杯18灌注至压射腔室7的步骤过程中，熔融金属10被过滤以去除可能存在于金属中的杂质和/或氧化物。

根据一个实施方式，从杯灌注入压射腔室中的金属通过一次性过滤器过滤，每一次或有限次数灌注熔融金属10至压射腔室7后更换所述过滤器35。

根据一个实施方式，通过使用熔融金属的温度信号和/或混合步骤的持续时间的时间信号以反馈模式来控制混合装置12而混合熔融金属。根据一个实施方式，通过根据系统的操作状态(例如但非必须地，通过根据提供在压射腔室中的金属的温度信号而变的反馈操作)而操作定位装置，来移动罩或盖。根据一个实施方式，通过借助于罩和/或盖的定位信号控制用于惰性气体流的分离装置来控制进入压射腔室的惰性气体的供给。

根据本文所述的方法，其中提供了系统的分步骤的或位置的或分阶段的运动，其中：

-提供了将熔融金属装载到压射腔室中的第一步骤；

根据一个实施方式，提供了将压射腔室切换至第二位置的旋转和/或平移步骤。

根据一个实施方式：

-提供了用压射腔室的罩或盖进行封闭并且开始容纳在压射腔室内的金属的同时混合及冷却的第二封闭步骤。

根据一个实施方式，提供了用于将惰性气体注入由罩或盖封闭的压射腔室内的进一步步骤。

根据一个实施方式，提供了用于测量容纳在压射腔室内的金属的温度的进一步步骤。

随后，提供了在进一步位置处旋转和/或平移压射腔室的步骤。

-然后当压射腔室耦接至模具时通过移动压射腔室的推力活塞而提供了注射动作。

根据一个实施方式，在转盘机中提供了所述位置并且提供了以受控模式(优选地但非必须地是以反馈模式)移动所述转盘机的步骤。

以下是根据本发明的系统的一些运行模式。

根据一个实施方式，过程被分为两个大步骤：

-在保温炉53中制备中间合金(master alloy，母合金)以及

-在生成半固体材料之后通过高压喷射而模制块(例如制动卡钳体)。

1.保温炉中的中间合金的制备。

a)在炉(例如燃气炉)中制备合金，其中根据预定程序(或配方)依照预定重量比例灌注入化学成分。

b)有利地但非必须地，从要进行化学成分验证化验的合金中提取材料的一些样品。

c)在最终模制位置的附近，一预定量的材料灌注到炉(称作保温炉53)中；然后将一装置投入所述保温炉中，该装置通过吹送穿过金属叶轮的惰性气体，促进容纳在来自冶炼炉的熔融合金中的杂质的分离以及氢气泡的分离。

d)使用特殊的铸造工具清洁保温炉内部的位于机器的板上的材料，分离暴露于空气的表面并且，因此分离通过先前排气过程漂浮回至表面的具有杂质的污物。

e)容纳在保温炉内的材料，如果在密度以及化学组成方面视为适合控制规范的要求，即将被用在接下来的模制步骤中。

2.在生成半固体材料之后通过高压喷射而进行的块(例如制动卡钳体)的模制。

f)电子控制手57的臂(在其末端承载有镀有保护镀层或陶瓷材料的金属材料的杯18)接近保温炉嘴，降低预设距离并且浸入容纳在保温炉内的熔融金属10中。

g)预定量的金属进入浸在保温炉内的杯中。

f)电子控制手57被提起并且延伸它的臂和/或在悬挂的轨道上滑动，接近过滤器35或接近用于将材料灌注到用于制备半固体材料的位置的装置。该装置包括允许从灌注杯至压射腔室7或使用位置的通道的进入沟道36；在它的最终端形成了用于放置预定材料的过滤器的位置，该过滤器的存在拦截液体材料的流动并且保留液体材料流的任何杂质。过滤器放置位置的形状被设计成，在每个循环之后或几个循环之后，过滤器结束了它的功能而且必须被替换时，允许过滤器的简便替换；过滤器可以通过操作员或机电供给系统被更换。

i)一旦金属已从杯中被灌注到进入沟道中并且之后进入制备位置中，沟道则被专用机构移走。

j)用于制备金属的位置(称作注入容器或压射腔室7)包括金属缸体5，金属缸体的壁通过热调节水的循环而被冷却，并且它的温度通过电子中心单元而被显示以供任意检查。容器底部包括应该被用于模制卡钳的液压活塞的顶部，将会在随后描述；注入活塞也通过预定且显示温度下的液体冷却。根据一个实施方式，该容器在金属板(如称作旋转盘52)上在形成120°角的位置中安装有两个更多的容器。

k)第二只手或机器人接近用于制备半固体金属的位置；混合装置12安装在臂的一端处，该臂整体形成有金属罩或盖13，具有其中放置有可收回热电偶的位置。金属罩连接至用于将惰性气体供入压射腔室的装置，例如管，具有流速计和第二管直至惰性气体分配系统：在半固体金属制备循环中，惰性气体被注入在罩与必须被处理的金属之间的空间中。这意味着惰性气体环境的形成，该惰性气体环境阻止容纳在装置中的合金与外部环境的接触。

l)罩与用于放置金属温度检测装置21(如称作热电偶)整体形成在一起，温度检测系统的端部(热接合点)可以被浸入混合位置中容纳的材料中。热电偶因此是可收回的并且每个模制循环每个或给定的预定数量循环可以被浸入材料中；因为它连接至中央电子站(central electronic station)，温度值被储存以用于随后的分析或检查。

m)罩与用于放置用于容纳在位置中的金属的混合装置12整体形成，混合系统由机器人操作，机器人在由中央单元控制的预定速度使得混合系统自身旋转。由容器引起的机械混合动作以及冷却通过多个固化核的形成而促进半固体金属层的形成，其中该多个固化核也由于混合装置引起的滑动梯度(sliding gradient)效应而以球状形态生长。

n)预镀有金属或陶瓷材料的混合系统包括用于固定至旋转轴的圆柱形的装置或X-X旋转轴33，两平面金属装置或叶片31固定至该装置或轴，所述叶片相对于竖直的容器壁在水平方向上延伸。两个水平装置(如称作叶片31)的端部是定半径的，其半径与高度的一半相同；两叶片整体地连接至轴或中心轴，安装在相对侧上并且处于不同高度。

o)作为替代物，可以使用螺旋状(螺旋桨)混合装置。

p)一旦形成了半固体金属，旋转盘52旋转120°并且容纳着金属的容器在其上安装有模具2的注入机下方移动；互锁系统将容器以及与容器整体形成的活塞提升，保证与模具的底部的完美接触。

q)之后，推力或注入活塞6被致动并且被提升一距离，该距离能促进将半固体金属3注入容纳于模具2内包含的模具腔室16中；由电子中央单元控制及记录所有的操作以及所有相关物理量，用于随后的分析与检查。

r)一旦已经过了预定时间段(该预定时间段促进注入的金属完成固化并且其中压力被保持为与机器潜力一致的最大值)，则模具部分46被提升，因此拖动与之形成的卡钳(图18)。铸造物的将铸造物(卡钳)连接至仍然在容器中的金属的底部分，被设计成具有最小横截面的几何形状，在由模具拖动铸造物的运动期间所述最小横截面被撕开并且允许卡钳与入口沟道或模具注入嘴17之间相分离。残留在容器中的金属部分由于活塞顶部的形状而保持附接：恰当的设计使得材料-活塞界面具有“燕尾(dovetail)”的几何形状，即，具有将材料锁定在活塞内的底切部分。当活塞收回时它拖动“钩住的”材料，卡钳与提升的上模具整体形成并且在最小截面上方撕裂断开，将卡钳从沟道处分离。

s)仍然整体形成至上模具的铸造物由于模具推出器的动作而被分离；操作员或可选地机器人系统抓紧卡钳并且将它放置在之前预定的区域中。

t)模制循环的最后步骤预想旋转盘52旋转120°，其中容器在旋转盘的最后位置里，此处根据在r)段落所描述的内容，与卡钳脱离的金属部分被自动地推出。

u)模制循环从f)步骤重新开始。

由于提出的系统以及方法，使得能获得没有导致结构不连续性的氧化物以及薄膜或杂质的铸造物。

此外，由于根据上述实施方式中的任意一个的系统以及方法，使得能获得同时具有最小固化收缩(由于以半固体相模制)并且没有滞留空气(由于通过层状移动(laminarmovement)填充模具)的铸造物，使得允许在铸造物上执行能够给予相同的铸造物高机械性能的热净化处理(没有出现表面砂眼)。

在实际中，由于根据上述实施方式中的任意一个的系统以及方法，使得可能得到具有高或极高冶金质量的结构块。

特别地，由于设置有用于在冷却以及混合过程中封闭压射腔室的罩或盖，使得可能保证排除杂质滞留。有利地，用过压的惰性气体注入或清洗由盖封闭的压射腔室的环境，不仅允许排除半固体金属中的杂质而且也排除了氧化物，并且因此在金属在半固体金属的混合期间更能保证铸造物，也阻止了形成危险的薄膜。

根据一个实施方式，已经证明对于清洗尺寸为直径180mm以及深度150mm的压射腔室来说，最优速率是22升/分钟，其中约1/3的体积仍为自由大气。

特别地，由于在杯与压射腔室之间设置有过滤器(例如优选地为一次性过滤器)，使得可能保证在腔室内以及在铸造物内不会出现氧化物薄膜，所述氧化物薄膜会自己弯曲而生成非常有害的结构不连续性。

由于设置有用于封闭压射腔室的盖以及可选地用惰性气体清洗残留的腔室大气，使得可增加混合速度，从而阻止空气滞留在金属内以及氧化物的形成，并且大大降低了半固体形成时间以及因此降低了工艺循环时间。例如，在尺寸为直径180mm和深度150mm的压射腔室中，其中约1/3的体积仍为自由大气，在保持铸造物良好的冶金质量的同时，已经获得的循环时间是约为10秒。

由于在压射腔室内的金属温度测量值，使得可能检查半固体金属形成过程而调节循环时间或其他系统运行参数以得到具有最优状态的金属。

例如，控制半固体金属温度，即便是偶尔地，例如当系统运行状态改变时，允许模腔被填满，以允许本方法也可针对具有复杂形状的铸造物使用和/或允许金属中的固体分数最大化，例如甚至达到40％-50％的体积和/或允许例如根据合金而改变半固体金属的混合时间，从而在任何情况下都保证铸造物具有最优的冶金质量。

例如但非必须地，铝合金温度可以被设置至590℃并且因此混合循环时间以及冷却流体流速率可以被计算出，最优化了循环时间使得它们比预定限制时间(例如12秒)更短。

由于上述的系统以及方法，有利地可能获得在设置在压射腔室内的半固体金属块中的最优温度均匀性，保证最优铸造均匀性。

由于上述的系统以及方法，有利地可能获得熔融金属中的固化核的特别的促进，使得半固体金属具有更大量的固化小球体并且具有比已知现有技术方法更均匀的尺寸以及更小的尺寸。

明显地，为了满足具体需求以及偶然需求本领域的技术人员可以做出很多改变和变型，这些改变和变型全部落入由后附权利要求所限定的本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于将半固体金属注入模具中的系统，所述系统包括：

-所述模具，所述模具包括适用于通过注入嘴接收所述半固体金属的模具腔室；

-至少一个按压装置，用于将所述半固体金属压力-注射入所述模具中，所述至少一个按压装置包括缸体、压射腔室以及推力活塞，所述缸体具有竖直轴线，所述压射腔室构造成接收和容纳熔融金属，并具有用于耦接至所述模具的所述注入嘴的耦接嘴，以能够将所述半固体金属从所述压射腔室直接注入所述模具中，所述推力活塞定位在所述缸体的所述压射腔室内，所述推力活塞构造成朝向所述压射腔室的所述耦接嘴行进，以迫使所述半固体金属从所述压射腔室进入所述模具中，其中所述缸体具有构造成容纳冷却流体的冷却通道，冷却流体冷却容纳在所述压射腔室内的所述熔融金属，以形成用于注入所述模具中的所述半固体金属；

-定位装置，所述定位装置支撑混合装置，所述混合装置具有第一作用部分和盖，其中所述定位装置构造成将所述混合装置的所述第一作用部分选择性地移动到所述压射腔室内，并且同时地将所述盖定位在所述压射腔室的所述耦接嘴上方，以便临时地封闭所述压射腔室；以及

-致动装置，当所述压射腔室的所述耦接嘴连接至所述模具的所述注入嘴时，所述致动装置选择性地驱动所述推力活塞以将所述半固体金属从所述压射腔室注入进所述模具内。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，进一步包括金属温度检测装置，所述金属温度检测装置具有第二作用部分，当所述盖被设置成封闭所述缸体的耦接至所述模具的所述注入嘴的所述耦接嘴时，所述金属温度检测装置与所述盖相关联以选择性地将所述金属温度检测装置的所述第二作用部分浸入所述熔融金属或所述半固体金属中，其中所述金属温度检测装置连接至所述系统的控制装置或致动装置，所述致动装置在所述金属温度检测装置插入所述压射腔室内以及将所述金属温度检测装置从所述压射腔室撤回的过程中移动所述金属温度检测装置。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述推力活塞包括用于容纳冷却流体的冷却通道，冷却流体用于冷却所述熔融金属，并且其中，所述缸体的所述冷却通道以及所述推力活塞的所述冷却通道与连接至冷却流体流调节装置的冷却管路流体连接，并且其中，所述冷却流体流调节装置在受控模式下运行。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，进一步包括设置在所述缸体的所述冷却通道和所述推力活塞的所述冷却通道内的用于冷却流体的冷却流体温度检测装置，其中，所述冷却流体温度检测装置能操作地连接至控制装置，并且所述冷却流体流调节装置通过所述冷却流体温度检测装置在反馈受控模式下运行。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述盖与用于将惰性气体供给入所述压射腔室的惰性气体供给装置相关联，其中，所述惰性气体供给装置包括用于待注入所述压射腔室中的气体流的调节装置。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述混合装置包括具有沿着所述竖直轴线的旋转轴并且通过受控致动器运行的叶轮，所述受控致动器能操作地连接至所述系统的控制装置，其中，所述叶轮包括至少一个螺旋叶片，并且每个叶片包括径向于所述旋转轴的延伸部以及倒圆的自由端，其中，所述叶轮具有用于减少所述熔融金属的粘附的表面处理部，并且所述叶轮由能够减少所述熔融金属的粘附的材料制成。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，进一步包括用于汲取所述熔融金属并且将所述熔融金属灌注入所述压射腔室内的杯并包括用于过滤所述熔融金属中存在的杂质的过滤器，其中所述过滤器设置在所述杯与所述压射腔室之间，并且所述过滤器包括用于所述熔融金属的进入管道，所述进入管道被设置成用来接收来自所述杯的所述熔融金属并且所述进入管道设置有与所述压射腔室相对的灌注端，使得所述熔融金属流入所述压射腔室中，其中，所述过滤器在所述灌注端处具有过滤器部分，所述过滤器部分设置有适于保留杂质并且使得所述熔融金属流动的通道，其中，所述过滤器是能够被更换的一次性构件。

8.根据权利要求2所述的系统，其中，进一步包括：控制所述混合装置的运动的受控致动器；控制所述金属温度检测装置的运动的受控致动器；控制所述压射腔室内的惰性气体供给装置的受控致动器；控制所述盖的定位以便封闭或者打开用于将所述缸体耦接至所述模具的所述耦接嘴的受控致动器；控制所述按压装置的定位，其中所述缸体的耦接嘴耦接至所述模具的所述注入嘴的受控致动器；控制所述推力活塞的向前运动以将所述半固体金属注入所述模具腔室中并且保持压力直至所述半固体金属已经固化的受控致动器；控制能打开的模具部分的关闭或打开以便关闭以形成所述模具腔室或打开以移除固化块的受控致动器；以及控制所述缸体的冷却流体的流的电磁阀并控制所述缸体的冷却流体的流的进入泵的受控致动器。

9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括旋转盘，所述旋转盘支撑分别位于所述旋转盘的不同位置处的多个按压装置，每个按压装置包括具有压射腔室的缸体，其中所述压射腔室中设置有推力活塞，其中，所述位置是等间距的并且同时地允许加载熔融金属、关闭所述盖、以及冷却和混合所述熔融金属直至成为半固体。