CN105555439B - 具有散热装置的液冷式压铸模具 - Google Patents

Abstract

一种低压铸铝装置包括一对钢模，所述一对钢模均具有模制表面和传热表面。在传热表面上布置有铜制散热块以将热从钢模去除。可以在散热块与钢模之间布置钢制接触板和钢制隔板以使冷却最优化。另外，每个接触板的一部分能够与钢模间隔开以减小冷却。钢模包括用于输送冷却流体的常规冷却通道，并且散热块、接触板以及隔板包括用于输送冷却流体的冷却槽道。

Description

具有散热装置的液冷式压铸模具

相关申请的交叉引用

本PCT专利申请要求于2013年4月15日提交的、名称为“Liquid Cooled DieCasting Mold With Heat Sinks(具有散热装置的液冷式压铸模具)”的美国临时专利申请序列号No.61/811,912的权益，该项申请的全部公开内容被认为是本申请的公开内容的部分并且通过参引并入本文。

技术领域

本发明提供了一种铸造装置、一种用于形成铸造装置的方法以及一种用于对金属进行铸造的方法。

背景技术

低压铸铝模具通常具有一对钢模。该钢模安装在位于容纳有熔融铝的密闭式保持炉上方的压力机中。模具通常通过上升管连接至保持炉，上升管也称为给送管或向上管。低压空气被引入到保持炉中，并且压力将熔融铝沿着上升管向上推动并推入到模具中。模具的内部也具有低压，该低压将熔融铝沿着上升管向上吸入到模具上。因而，熔融铝从底部填充模具，并且保持炉的压力和模具内部的压力的组合能够提供最佳的模具填充。另一相对较低的压力——通常约为50吨——被施加至模以便在熔融铝填充模具时保持模具闭合。当铝在模具中固化时，该压力被保持预定量的时间以减小孔隙度、收缩以及“未填充”缺陷。

冷却管能够用于输送水或压缩空气并且将热从钢模去除，这加快了压射至压射(shot-to-shot)的周期时间。模的一些区域比如最厚的区域通常需要更积极的冷却以避免收缩和/或孔隙度。可以将隔热插入件钻制到每个模的最厚的部段中，并且可以将水泵送通过该插入件以对最厚的部段进行冷却而不冷却每个模的大部分。理想地，冷却时间设定成使得铝快速地固化以避免收缩孔隙度并且填充模具而没有“未填充”缺陷。然而，通过冷却流体对模进行冷却的速率难以控制，并且有时模被过分冷却，这导致“未填充”缺陷并且因而导致无用的废料。

在其它情况下，液体冷却并不能够去除足够的热，因此在模具的背部处定位有鼓风机。然而，风扇冷却对环境条件非常敏感并且在空间上不可控制。因此，当只有模的某些区域需要额外的冷却时，风扇冷却并非有效。仍然需要用于将热从模具的集中区域去除的可预知且可重复的方法。

发明内容

本发明提供了一种具有减少的压射至压射周期时间的用于以可预知且可重复的方式对金属进行铸造的装置。该装置包括由第一金属材料构成的模。该模包括用于将金属铸造成期望的形状的模制表面。在模上布置有散热块并且散热块与模制表面是间隔开的。散热块由热导率比第一金属材料的热导率大的第二金属材料构成。

本发明还提供了一种用于制造用于对金属进行铸造的装置的方法。该方法包括：提供模，其中，该模由第一金属材料构成并且具有模制表面。该方法接下来包括：在模上布置散热块并使该散热块与模制表面间隔开，其中，该散热块由热导率比第一金属材料的热导率大的第二金属材料构成。

还提供了一种使用本发明的铸造装置对金属进行铸造的方法。该方法包括：将一压射量的熔融金属提供至模具；以及在将另一压射量的熔融金属提供至模具之前将已固化的金属从模具取出。该方法还包括将冷却流体输送通过散热块的冷却槽道预定量的时间以实现期望的压射至压射周期时间。

附图说明

当结合附图考虑下面的详细描述时，通过参照下面的详细描述，本发明的其它优点变得更好理解，这时，将容易理解本发明的其它优点，在附图中：

图1为根据示例性实施方式的铸造装置的截面图；

图2为根据另一示例性实施方式的上模的顶视立体图；

图3示出了根据示例性实施方式的散热块；

图4为根据示例性实施方式的上模的截面图，其示出了散热块、接触板以及隔板；

图4A为图5的一部分的放大图；

图5为根据示例性实施方式的叠置在一起的在用螺栓紧固至模之前的散热块、隔板以及接触板的立体图；

图6示出了根据示例性实施方式的接触板；

图7示出了根据示例性实施方式的隔板；

图8为根据示例性实施方式的上模的立体图，其示出了冷却槽道；

图9为用螺栓紧固至图8的上模的散热块的俯视图；

图10为用螺栓紧固至下模的散热块的俯视图，该下模与图9的上模组装使用；

图11示出了根据示例性实施方式的具有常规冷却通道的散热块和上模；以及

图12示出了图11中的上模，其中，流体管路将常规冷却通道连接至散热块。

具体实施方式

图1中总体上示出了根据一个示例性实施方式的用于对金属比如铝进行铸造的装置20。装置20包括散热块22，散热块22用于以可预知且可重复的方式将热从一对模24、26去除。与不包括散热块的常规的铸造装置相比，装置20还能够提供减小的压射至压射周期时间、较小的收缩孔隙度以及较少的“未填充”缺陷。

如图1中示出的，装置20包括上模24和下模26，上模24和下模26均由第一金属材料构成。在一个示例性实施方式中，第一金属材料是钢材料，例如，任何类型的钢或钢合金。然而，根据所要形成的部件的组成和几何形状以及在铸造过程期间所需的温度，第一金属材料可以变化。上模24包括上模制表面28和相背对的上传热表面30。上侧部表面32将上模制表面28与上传热表面30间隔开。上模制表面28具有用于将熔融金属形成为期望的几何形状的轮廓。图1中示出的轮廓比较简单，但根据所要形成的金属部件，所述轮廓可以变化。

下模26包括面向上模制表面28的下模制表面34，从而在下模制表面34与上模制表面28之间形成模具。在铸造过程期间，熔融金属填充所述模具并且与模制表面28、34的轮廓相符合，从而形成金属部件。下模26还包括下传热表面36和下侧部表面38，下侧部表面38将下模制表面34与下传热表面36间隔开。

装置20还包括布置在模24、26中的至少一者上、且位于与模制表面28、34间隔开的位置中的至少一个散热块22。散热块22由热导率比模24、26的第一金属材料的热导率大的第二金属材料构成。优选地，用于构成散热块22的第二金属材料是铜材料，其可以是纯铜或任何类型的铜合金。替代性地，散热块22可以由热导率同样比模24、26的第一金属材料的热导率大的另外的第二金属材料构成。在图1中，散热块22布置在上模24上而未布置在下模26上。然而，散热块22通常布置在模24、26两者上。图1还示出沿着上传热表面30布置的散热块22，但散热块22能够替代性地布置在模24的另一表面比如侧部表面32上——只要散热块22与模制表面28间隔开即可。根据所要形成的金属部件的几何形状和尺寸以及实现期望的周期时间并且填充模具而不会有收缩孔隙度且不会有“未填充”缺陷所需的冷却量，散热块22的数量、尺寸和位置可以变化。

各个传热表面30、36通常包括用于容纳散热块22的多个凹入区域40。图1示出位于上模24中的一个凹入区域40，但通常每个模24、26都包括多个凹入区域40。图2为根据另一示例性实施方式的上模24的顶视立体图，其中，该上模24包括四个凹入区域40，每个凹入区域40容纳散热块22中的一个散热块。图3为具有另一示例性设计的四个散热块22的立体图。布置在上模24上的这些散热块22的设计可以与位于下模26上的散热块22的设计不同。根据期望的冷却量，散热块22的总数以及每个散热块22的尺寸和设计也可以变化。

每个模24、26通常还包括多个常规冷却通道42，这些常规冷却通道42用于在铸造过程期间输送冷却流体比如水或压缩空气以将热从模24、26去除。图4为根据示例性实施方式的具有多个常规冷却通道42的上模24的截面图。

如图1、图4和图5中所示出的，铸造装置20还可包括接触板44和隔板46，其中，接触板44布置在每个散热块22与相邻的模24、26之间，隔板46布置在每个接触板44与散热块22之间，以减小从模24、26传递至散热块22的热的量。图4A为图4的一部分的放大图，其示出散热块22通过接触板44中的一个接触板和隔板46中的一个隔板而与传热表面30间隔开。图5为根据另一示例性实施方式的在通过螺栓被连接至模24、26中的一者之前叠置在散热块22上的四组接触板44和四个隔板46的立体图。

接触板44和隔板46由第三金属材料构成，通常为与模24、26类似的钢材料，但也可由另外的金属材料构成。根据期望的冷却量，接触板44和隔板46的总数和尺寸可以变化。然而，在图1的实施方式中，接触板44和隔板46各自的厚度均为1/8英寸。通常，散热块22与接触板44之间夹置有隔板46中的一个隔板。替代性地，散热块22与接触板44之间可以夹置有多个隔板46，或者，接触板44可以沿着散热块22布置而没有隔板46。换言之，铸造装置可以不包括隔板46。在另一实施方式中，铸造装置20可以包括隔板46中的一个或更多个隔板而没有接触板44。铸造装置20还可以包括至少一个散热块22而没有任何的接触板44或隔板46。

接触板44可以沿着所有的散热块22布置或者在需要较少的冷却时只沿着散热块22中的一些散热块布置。另外，接触板44可以沿着散热块22的整个底表面布置或者只沿着散热块22的一部分布置。在一个实施方式中，接触板44被提供作为布置在模24、26的凹入区域40中的钢垫。

为了进一步减小沿着模24、26的某些区域的冷却量，接触板可以是阶梯状的，在这种情况下，每个接触板44的一部分通过气隙而与相邻的模24、26的传热表面30、36间隔开，而接触板44的其余部分与模24、26的传热表面30、36接合。沿着气隙比沿着接触板44与模24、26接合的区域从模24、26去除的热要少。在一个实施方式中，每个接触板44的总面积的25％与相邻的传热表面30、36间隔开，并且接触板44与相邻的传热表面30、36之间的距离、或者气隙的长度为0.040英寸。气隙通常通过这样的方式来提供：例如通过机加工将沿着接触板44的一部分的厚度减小成使得接触板44包括厚度减小的区域，该区域被称为释放区域(relief area)48。释放区域48与模24、26间间隔开，从而提供气隙，而接触板44的其余的较厚的部分与模24、26接合。因而，接触板44能够在特定点或特定区域中提供较多或较少的冷却。图6示出了具有释放区域48的四个示例性阶梯状接触板44。

类似于接触板44，隔板46也可以成阶梯状而具有与相邻的接触板44的释放区域48相匹配的释放区域49，或者具有与相邻的接触板44的释放区域不同的释放区域49。图7示出了具有释放区域49的四个示例性阶梯状隔板46。然而，隔板46通常是平坦的。

如图1、图3和图4中所示出的，每个散热块22优选地包括用于输送冷却流体的多个冷却槽道49。而且，冷却槽道49通常延伸穿过接触板44和隔板46。冷却槽道49可以纵向地延伸穿过散热块22并且横向于模24、26的传热表面30、36延伸。如图4中示出的，冷却槽道49中的至少一者与模24、26的常规冷却通道42中的一者对准，优选地，多个冷却槽道49与常规冷却通道42彼此对准。如图1中示出的，冷却槽道49还可以延伸穿过散热块22的顶表面并且大致平行于模24、26的传热表面30、36而延伸。根据期望的冷却量，冷却槽道49的数量和设计可以变化。通常，每个散热块22包括至少一个冷却槽道49，但也可以不包括冷却槽道49。图8为上模24的立体图，其示出了多个冷却槽道49。

铸造装置20还包括用于将散热块22紧固至模24、26的多个螺栓50，不过可以使用其它附接方法。螺栓50纵向地延伸穿过散热块22、隔板46和接触板44。图9示出了通过螺栓紧固至上传热表面30的散热块22，图10示出了通过螺栓紧固至下传热表面36的散热块22。

如图11中所示出的，散热块22通常与具有常规冷却槽道42的模24、26一起使用。如图12中所示出的，多个流体管路52然后被安装且从冷却流体供给装置或冷却流体源(未示出)延伸至散热块22的冷却槽道49、或者延伸穿过散热块22中的冷却槽道49。流体管路52还可以延伸穿过隔板46和接触板44。

本发明还提供了一种用于形成铸造装置20的方法。该方法包括：将散热块22中的至少一个散热块布置在模24、26中的一者的传热表面30、36上；以及通过流体管路52将散热块22的冷却槽道49连接至冷却流体供给装置。

本发明的铸造装置20通常通过对常规的铸造装置进行改装而形成。这包括：使用流体管路52将常规冷却通道42连接至冷却槽道49。在图12的实施方式中，模24、26的每一侧上的块中保持有八个流体管路52。这些流体管路52中的四个流体管路是用于将冷却流体输送至散热块22的冷却槽道49的进入管路，这些流体管路49中的四个流体管路是用于将使用过的冷却流体输送离开模24、26的排出管路。保持流体管路52的块通常通过螺栓紧固至铸造装置20，并且连接件比如连接件将流体管路52连接至所述块。

如果通过对常规的铸造装置进行改装来制造本发明的铸造装置20，并且常规的铸造装置具有比所需的更多的流体管路，那么可以去除常规的流体管路中的一些流体管路。例如，可以去除用于输送压缩空气的一个或更多个流体管路，并且可以去除用于输送水的一个或更多个流体管路。

本发明还提供了具有减少的压射至压射周期时间的用于对金属比如铝进行铸造的方法。该压射至压射周期时间是填充模具并且形成固体金属部件所花费的时间。该方法包括：用熔融金属填充模具；以及在熔融金属填充模具时或者在熔融金属被布置在模具中时，向散热块22的冷却槽道49和模24、26的冷却通道42供给冷却流体预定量的时间，其中，所述预定量的时间称为冷却时间。冷却时间被优化成实现期望的压射至压射周期时间而不会有收缩孔隙度并且不会有“未填充”缺陷。在一个实施方式中，优选的周期时间为约209秒或更少。

该方法通常包括：将模24、26安装在位于容纳有熔融金属的密闭式保持炉上方的压力机中；以及通过上升管(未示出)将下模26连接至保持炉。该方法接下来包括：将低压空气引入到保持炉中，其中，低压空气将熔融金属沿着上升管向上推动并推入到模具中，使得熔融金属从底部填充模具。相对较低的压力也施加至模24、26以便在熔融金属填充模具时保持模具闭合。为了减小孔隙度、收缩以及“未填充”缺陷，当金属在模具中固化时，该压力保持预定量的时间。一旦金属固化并形成金属部件，该金属部件被从模具中取出，并且立即将下一次压射提供至模具。

优化的冷却时间可以通过首次获得用于填充模具而没有“未填充”缺陷所需的最低模温来确定。换言之，平均模温必须等于或大于最低模温，否则会出现“未填充”缺陷。最低模温可以通过对与实际过程相关的、没有散热块、周期时间较长的常规的冷却铸造过程进行模拟来确定。

一旦确定了最低模温，该方法包括：获得表示使用本发明的铸造装置20时的平均模温的温度仿真。用于获得该温度仿真的周期时间与用于得到最低模温的周期时间相同。温度仿真结果会示出模24的需要较多冷却的区域和需要较少冷却的区域。

根据本发明的铸造装置20的最低模温和温度仿真结果，该方法包括：评估用于冷却槽道49中的每个冷却槽道的冷却时间以实现期望的压射至压射周期时间并且填充模具而没有收缩孔隙度且没有“未填充”缺陷。每个冷却槽道49的评估出的冷却时间应当根据散热块22的尺寸和位置而做出。

接下来，基于评估出的冷却时间和期望的周期时间来获得另一温度仿真。该温度仿真提供关于如何调节每个冷却槽道49的冷却时间以实现期望的周期时间的反馈。冷却时间取决于模24、26和散热块22的设计。例如，某些冷却槽道49的冷却时间会比其它冷却槽道49的冷却时间长。可以重复该方法的步骤直到实现期望的压射至压射周期时间例如209秒或更少并且温度仿真结果表示平均模温大于或等于避免“未填充”缺陷所需的最低模温为止。温度仿真结果表示：在相同的工艺条件下，具有散热块22的模24的温度低于不具有散热块22的常规的模的温度。

显然，根据上述教示可以实现本发明的许多改型和变型并且可以在所附权利要求的范围内以除了所具体描述的方式之外的其它方式来实施这些改型和变型。

Claims (13)

1.一种用于对金属进行铸造的装置，所述装置包括：

模，所述模由第一金属材料构成并且具有模制表面；

散热块，所述散热块布置在所述模上并且与所述模制表面间隔开；所述散热块由热导率比所述第一金属材料的热导率大的第二金属材料构成；并且

所述装置还包括布置在所述散热块与所述模之间的由第三金属材料构成的接触板，其中，所述接触板的一部分通过气隙与所述模间隔开。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述模的所述第一金属材料为钢材料。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述散热块的所述第二金属材料为铜。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述接触板的一部分与所述模间隔开。

5.根据权利要求1所述的装置，包括布置在所述接触板与所述模之间的由所述第三金属材料构成的隔板。

6.根据权利要求1所述的装置，包括延伸穿过所述散热块以用于输送冷却流体的多个冷却槽道。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述模包括多个常规冷却通道，并且所述散热块的所述冷却槽道中的至少一个冷却槽道与所述模的所述常规冷却通道中的一个常规冷却通道对准。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述模为由所述第一金属材料构成的上模；

所述第一金属材料为钢或钢合金；

所述上模包括上模制表面和相背对的上传热表面、以及将所述上模制表面与所述上传热表面间隔开的上侧部表面；

所述上模制表面具有用于将所述金属形成为期望的几何形状的轮廓；并且

还包括由所述第一金属材料构成的下模；

所述下模包括下模制表面和相背对的下传热表面、以及将所述下模制表面与所述下传热表面间隔开的下侧部表面；

所述下模制表面具有用于将所述金属形成为所述期望的几何形状的轮廓；

所述下模制表面面向所述上模制表面，并且在所述下模制表面与所述上模制表面之间具有用于容纳所述金属的模具；

所述上模和下模中的每一者包括用于输送冷却流体的多个常规冷却通道；

所述常规冷却通道从相应的传热表面朝向相应的模制表面延伸；

所述上模和下模中的每一者具有沿着相应的传热表面的多个凹入区域；

多个所述散热块布置在所述上模的所述上传热表面以及所述下模的所述下传热表面上，用于将热从所述上模和所述下模去除，每个所述散热块布置在所述凹入区域中的一个凹入区域中；

所述第二金属材料为铜或铜合金；

多个所述接触板，每个所述接触板布置在所述散热块中的一个散热块与所述上模和所述下模的相应的传热表面之间；

所述第三金属材料为钢或钢合金；

多个隔板，所述隔板由所述第三金属材料构成，并且每个所述隔板布置在所述接触板中的一个接触板与所述模的所述传热表面之间，其中，每个所述隔板的一部分通过气隙与所述模的所述传热表面间隔开；

多个冷却槽道，所述冷却槽道纵向地延伸穿过所述散热块、所述接触板以及所述隔板；

所述冷却槽道中的至少一个冷却槽道与所述常规冷却通道中的一个常规冷却通道在纵向方向上彼此对准；

多个螺栓，所述螺栓纵向地延伸穿过所述散热块、所述接触板以及所述隔板并且延伸到所述模中；以及

多个流体管路，所述流体管路延伸至所述散热块的所述冷却槽道，用于将来自流体供给装置的冷却流体输送至所述冷却槽道。

9.一种制造用于对金属进行铸造的装置的方法，所述方法包括：

提供模，其中，所述模由第一金属材料构成并且具有模制表面；

在所述模上布置由热导率比所述第一金属材料的热导率大的第二金属材料构成的散热块，并使所述散热块与所述模制表面间隔开；以及

在所述散热块与所述模之间布置由第三金属材料构成的接触板，其中，所述接触板的一部分通过气隙与所述模间隔开。

10.根据权利要求9所述的方法，包括：将所述接触板的一部分与所述模间隔开。

11.根据权利要求9所述的方法，包括：提供穿过所述散热块的用于输送冷却流体的多个冷却槽道。

12.根据权利要求11所述的方法，包括：将所述模的多个常规冷却通道连接至所述散热块的所述冷却槽道。

13.一种用于对金属进行铸造的方法，所述方法包括：

提供均由第一金属材料构成的一对模，其中，每个所述模均具有模制表面，所述模制表面面向彼此从而提供模具，并且其中，在所述模中的至少一个模上布置有由热导率比所述第一金属材料的热导率大的第二金属材料构成的至少一个散热块，并且使所述至少一个散热块与所述模的所述模制表面间隔开，并且其中，所述散热块包括用于输送冷却流体的多个冷却槽道，并且，在所述散热块与所述模之间布置有由第三金属材料构成的接触板，其中，所述接触板的一部分通过气隙与所述模间隔开；

将一压射量的熔融金属提供至所述模具；

允许所述一压射量的熔融金属固化，并且在将另一压射量的熔融金属提供至所述模具之前将已固化的金属取出；以及

在所述一压射量的熔融金属正被提供至所述模具或被布置在所述模具中的同时，向所述冷却槽道供给所述冷却流体持续预定量的时间。