CN1712154A

CN1712154A - 压铸机用冲头

Info

Publication number: CN1712154A
Application number: CN 200510081350
Authority: CN
Inventors: 蒲隆弘; 山口宏; 河井宏
Original assignee: Kubota Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Kubota Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2005-12-28
Anticipated expiration: 2025-06-27
Also published as: CN100409976C

Abstract

本发明提供一种具有优良的滑动性及密封性的压铸机用冲头。在具有在柱塞套(60)内滑动、将熔融金属压出到模具中的冲头主体(20)的压铸机用冲头中，冲头主体(20)由金属材料构成，外周侧面由在与柱塞套内表面之间发挥优良的滑动性及密封性的、用硬质树脂材料构成的滑动套(40)覆盖。

Description

压铸机用冲头

技术领域

本发明涉及在用压铸机进行的铸造中所使用的冲头。

背景技术

用压铸机进行的铸造是如通过将铝合金或镁合金等非铁金属等的熔融金属注入到柱塞套中、并利用在柱塞套中滑动的冲头将其加压注入到模具的型腔中而进行的。

冲头要求耐磨耗性、冷却性能，一般用高温工具钢(SKD-61)或铍青铜制作。

对于压铸机，当注射金属熔液时，在冲头与柱塞套之间会产生较大的滑动阻力，所以一般每次注射时都需要向滑动面喷射石墨类的油性或水溶性的润滑剂。

但是，如果这些润滑剂接触熔融金属，润滑剂就会燃烧，产生的气体和残留润滑剂会混入到熔融金属中，从而有时会引起压铸制品的品质降低或润滑剂物质的飞散所造成的作业环境恶化等问题。因此，对不使用润滑剂或者降低了润滑剂使用量、并且具备稳定的注射性能的冲头的要求越来越高。

因此，提出了下述冲头的方案：在冲头的外周上镶嵌由碳纤维强化复合材料(C/C复合材料)构成的筒状的滑动套，从而提高了与柱塞套内表面之间的滑动性(例如，参照日本特许公开平09-94648号公报)。

通过在冲头的外周上设置滑动套，与柱塞套内表面的滑动性得以提高，但是由于C/C复合材料的热膨胀率与冲头的金属材料是相同程度的，所以在加压注入熔融金属之时几乎不会膨胀。因此，柱塞套与滑动套之间的密封性降低，有时熔融金属会侵入到柱塞套与滑动套之间，从而损伤它们的表面。

这些损伤会导致耐用寿命的降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备优良的滑动性及密封性的压铸机用冲头。

为了解决上述课题，本发明的压铸机用冲头，具有在柱塞套内滑动、将熔融金属压出到模具中的冲头主体，其中，冲头主体由金属材料构成，外周侧面由用硬质树脂材料构成的滑动套覆盖。

硬质树脂材料在与柱塞套内表面之间发挥优良的滑动性及密封性。

另外，在本说明书中，所谓硬质树脂材料，热塑性、热固化性的树脂材料均可，但不包括软质树脂材料。更具体地说，所谓硬质树脂材料是指弹性率为6.895×10⁷Pa以上的树脂材料。

冲头主体的外周侧面由硬质树脂制的滑动套覆盖。硬质树脂制的滑动套与柱塞套内表面之间的滑动性优良，所以不需要润滑剂，或者即使需要润滑剂也可以大幅削减使用量。

另外，硬质树脂制的滑动套与柱塞套内表面之间的滑动性优良，而且不易产生由金属熔液引起的烧伤，所以可以降低因金属熔液侵入到滑动套与柱塞套之间或金属熔液烧伤而导致的构成材料的损伤，可以较大地提高耐用寿命。

另外，与熔液金属直接接触而升温到大约600～700℃的冲头的前端是由冲头主体构成的，所述冲头主体由金属材料制成，所以还可以防止硬质树脂制的滑动套的因热而导致的性能劣化。

附图说明

图1是表示使用了本发明的冲头的注射机构的构成的局部剖视图。

图2是表示沿轴向配置有多个滑动套的冲头的实施例的局部剖视图。

图3是表示沿轴向配置了多个滑动套的冲头的不同实施例的局部剖视图。

具体实施方式

向压铸机供给熔融金属的注射机构的构成示于图1。如图1所示，注射机构通过在与压铸机连接的圆筒状的柱塞套60内可滑动地配备圆柱状的冲头10而构成。在冲头10的后端侧连接有柱塞杆70，柱塞杆70与驱动装置(未图示)相连，通过使柱塞杆70往复而使冲头10在柱塞套60内滑动，从而将填充在柱塞套60内的熔融金属向压铸机供给。

本发明的冲头10由前端封闭的外形呈圆形的冲头主体20、和镶嵌在冲头主体20的外周侧面上的滑动套40构成。

<冲头主体20>

冲头主体20是前端封闭的中空的圆柱体，在基端侧用螺纹23固定有防止滑动套40脱落的按压筒22。

在冲头主体20的外周侧面上，沿镶嵌滑动套40的轴向(长度方向)遍及一周地形成有宽度较宽的凹槽26。凹槽26的基端侧侧面由按压筒22的前端面形成。

冲头主体20的前端如图1所示，形成有缩径了的头部21，使得冲头10容易进入到柱塞套60内。

为了防止冲头主体20的温度上升，优选地在冲头主体20的中空内部配备水冷构造。在这种情况下，如图1所示，在柱塞杆70的内部形成冷却用管72，使该冷却管72与冲头主体20的中空内部连通。

另外，在冲头10不需要冷却构造的情况下，冲头10的内部也可以形成为实心的。

优选地，凹槽26的轴向宽度为冲头滑动部全长(图1中X所示)的50～90％，深度则优选地为5～10mm左右。

冲头主体20可以用高温工具钢(SKD-61)或铜合金等耐磨耗性优良、冷却性能较高的材料制作。铜合金热传导率优良从而冷却效率较高，因此作为冲头主体20的材料比较理想。作为这种铜合金，可以例举出铍青铜(Be-Cu)。

冲头主体20的基端侧如图1所示，连接在使冲头10在柱塞套60内往复移动的柱塞杆70上。

<滑动套40>

如图1所示，滑动套40是镶嵌在冲头主体20的凹槽26中的圆筒体，用硬质树脂材料制作。滑动套40可以如下安装到冲头主体20上：在将滑动套40镶嵌到凹槽26中之后，将按压筒22镶嵌在冲头主体20上并用螺纹23固定，由此可以使得滑动套40不会从凹槽26脱落。

另外，还可以将滑动套40沿圆周方向分割成多个、例如两个部件来制作。通过将滑动套40作成分开型，具有下述优点：可以直接安装到凹槽26上而不必取下按压筒22，而且，在滑动套40劣化了的时候，将冲头10从柱塞套60取出，即使不取下按压筒22也可以更换滑动套40。另外，在这种情况下，不需要按压筒22，也可以将按压筒22与冲头主体20构成为一体。

在将滑动套40作成为分开构造的情况下，如果分开滑动套40的分割线相对于轴向倾斜，则滑动时在与柱塞套60的内周面之间的摩擦的作用下，会沿分割线闭合的方向受力，所以可以提高密封性。

优选地，滑动套40与凹槽26的宽度一致地、形成为覆盖冲头主体20的外周侧面的50～90％的大小。这是因为，如果滑动套40所占据的面积小于冲头主体20的外周侧面的50％，则单位面积内作用在柱塞套60的内表面上的滑动负荷变大，从而滑动性降低，在长期的使用中，有时会产生烧伤现象。

优选地，滑动套40的外径尺寸与冲头主体20的外径(最大外径)相同或大致相同(图2)、或者比冲头主体20的外径大(图1及图3)。即使在如图2所示那样，滑动套40的外径与冲头主体20的外径相同或者大致相同的情况下，由于硬质树脂材料会热膨胀，所以也可以确保柱塞套60内的密封性。另外，在如图1及图3所示那样，滑动套40的外径比冲头主体20的外径(最大外径)大的情况下，直径差为0.02mm以上(单侧高低差为0.01mm以上)较为理想。通过使直径差为0.02mm以上，冲头主体20不会与柱塞套60的内表面接触，可以确保滑动套40的优良的滑动性及密封性。

另外，滑动套40可以如图1所示那样由一个圆筒体构成，也可以如图2及图3所示那样作成为在轴向上配置有多个的构成。在沿轴向配置多个滑动套40的情况下，如图2所示，可以形成多个凹槽26，作成将分开型的滑动套40分别镶嵌在各凹槽26中的构造。另外，也可以作成在冲头主体20的凹槽26中将金属材料性的环状间隔件24插入到滑动套40、40之间的构成。

无论在哪一种情况下，均优选地，冲头主体20的外周侧面的面积的50～90％的区域由滑动套40所占据。

为了能够容易地插入到柱塞套60中，优选地，在直径上滑动套40的外径尺寸比柱塞套60的内径小0.02～0.08mm左右。该尺寸差越小，则在注射时越能得到稳定的滑动性，并且可以防止金属溶液从间隙侵入，从而可以发挥优良的密封性。

构成滑动套40的硬质树脂材料从具备与柱塞套60的优良的滑动性、和稳定的密封性的材料中选择。

硬质树脂材料优选地选择弹性率为6.895×10⁷Pa以上、热膨胀系数(线膨胀系数)比冲头主体20大的材料。这是因为，如果硬质树脂材料的热膨胀系数比冲头主体20小，则当滑动套40及冲头主体20受到热膨胀之时，冲头主体20有可能会接触柱塞套60的内表面。具体地说，硬脂树脂材料的热膨胀系数为1.2×10^-5/℃以上比较理想。

另外，优选地硬脂树脂材料的热膨胀系数的上限为6×10^-5/℃以下，为5×10^-5/℃以下则更加理想。这是因为，如果热膨胀系数大于6×10^-5/℃，则在滑动套40受到热膨胀之时会过度热膨胀，从而与柱塞套60之间的滑动阻力会变大。

通过将冲头主体20的内表面如上所述作成水冷构造，可以防止温度上升，但是在来自因与600～700℃的金属熔液接触而升温的冲头主体20的热传导的作用下，滑动套40的温度会不可避免地上升。因此，为了防止伴随材质劣化而产生的滑动性及密封性的降低，优选地，硬脂树脂材料选择为负荷挠曲温度(热变形温度)高于200℃的材料。另外，负荷挠曲温度的测定以JIS/K7207、K6911为基准进行。

滑动套40选择具备上述特性的材料则最为理想，作为这种硬脂树脂材料，例如可以列举出聚酰胺(PA)、聚苯并咪唑(PBI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)。例如聚苯并咪唑以商品名セラゾ一ル(商标：クラリァントジャパン制)在市场上有售，聚酰亚胺以商品名ベスペル(商标：杜邦公司制)在市场上有售。

另外，通过在这些硬脂树脂中加入碳纤维或氮化硼粉末等材料，可以进一步提高润滑性。

实施例

在SKD-61制的柱塞套中，制作镶嵌有用附表1所示材料作成的滑动套的试验用冲头(发明例1至7和比较例)。使该冲头滑动而将铝合金熔液(ADC12)压入到模具中，制造压铸制品，比较制品品质与冲头的耐用次数。

表1

	滑动套材料	侧面占有面积(％)	负荷挠曲温度(℃)	热膨胀系数(/℃)	耐用次数(注射次数)
	滑动套材料	侧面占有面积(％)	负荷挠曲温度(℃)	热膨胀系数(/℃)	耐用次数(注射次数)	发明例1	PA46	80	285	3×10^-5	1050
发明例2	PBI	80	435	2.3×10^-5	1520	发明例1	PA46	80	285	3×10^-5	1050
发明例2	PBI	80	435	2.3×10^-5	1520	发明例3	PEEK	80	315	1.5×10^-5	1200
发明例4	PI	55	330	5.4×10^-5	1000	发明例3	PEEK	80	315	1.5×10^-5	1200
发明例4	PI	55	330	5.4×10^-5	1000	发明例5	PAR	80	180	2.1×10^-5	300
发明例6	PEI	80	210	5.6×10^-5	900	发明例5	PAR	80	180	2.1×10^-5	300
发明例6	PEI	80	210	5.6×10^-5	900	发明例7	PEEK	45	315	1.5×10^-5	450
比较例	C/C复合材料	80			150	发明例7	PEEK	45	315	1.5×10^-5	450

对于表1的发明例，PA46是聚酰胺46，PBI是聚苯并咪唑，PEEK是聚醚醚酮，PI是聚酰亚胺，PAR是聚芳酯，PEI是聚醚亚胺。这些均是硬质树脂材料。

作为比较例，制作以C/C复合材料为滑动套材料的冲头。

使用上述冲头，在50Mpa的注射压力下将铝合金熔液(ADC12)注入到模具中，比较耐用次数(注射次数)及冲头10的滑动性。结果示于表1的右栏中。

从表1中可以看出，发明例1～7与比较例相比，注射次数多，耐用寿命长。这是因为，滑动套的硬质树脂材料因热膨胀而沿径向膨胀，从而滑动套在与柱塞套的内表面紧贴的状态下滑动，与热膨胀率低的C/C复合材料的滑动套相比，提高了密封性能。下面，对表1的结果具体进行研究。

对于发明例1，尽管在滑动套上产生了细小的裂纹，但滑动性稳定，注射次数为1050次，表现出了优良的耐用性。

对于发明例2，在滑动套上没有产生裂纹，而且滑动性稳定，注射次数为1520次，表现出了最优的耐用性。

对于发明例3，尽管在滑动套上产生了细小的裂纹，但滑动性稳定，注射次数为1200次，表现出了优良的耐用性。

对于发明例4，尽管滑动套相对于冲头主体外周侧面的占有面积降低到55％，但仍然具有1000次以上的耐用性。

对于发明例5，由于滑动套的负荷挠曲温度较低，所以由于伴随着温度上升而产生的劣化，在滑动套上产生了较大的裂纹。因此可知，硬脂树脂材料的负荷挠曲温度为200℃以上较为理想。

对于发明例6，由于滑动套的热膨胀系数较大，所以滑动套伴随着温度上升而热膨胀，从而在其与柱塞套之间滑动阻力增大。因此可知，硬脂树脂材料的热膨胀系数在6.0×10^-5/℃以下较为理想，为了进一步提高耐用性，设为5.0×10^-5/℃以下则更为理想。

对于发明例7，尽管初期滑动性稳定，但是随着注射次数的增加，滑动性降低，在滑动套与柱塞套之间产生了烧伤。作为其理由，可以认为是，因为滑动套相对于冲头主体的外周侧面的占有面积较小，所以与柱塞套之间的滑动负荷变大了。由此可知，滑动套相对于冲头主体的外周侧面的占有面积为50％以上较为理想。

另一方面，对于比较例，由于滑动套是用C/C复合材料作成的，所以使用150次后就有铝熔液侵入到滑动套部分，滑动阻力上升而不能再使用。作为其理由，可以认为是，因为C/C复合材料的热膨胀率较低，所以不能维持足够的密封性。

发明例的冲头没有使用润滑剂，所以不会有润滑剂混入到制作的压铸制品中的情况，可以得到品质优良的压铸制品。而且，由于没有使用润滑剂，所以还可以防止因润滑剂的燃烧导致的气体的产生，从而可以防止作业环境的恶化。

另外，为了进一步提高滑动性以及密封性，也可以在柱塞套60的内表面上喷射润滑剂，但是与以往相比可以使用尽可能少量的润滑剂。

只要是本领域的技术人员，就可以在不脱离本发明的宗旨的范围内进行本发明的变形及变更，这各种变形也包括在权利要求书中所记载的本发明的范围之内。

本发明具有硬质树脂制的滑动套，由此具有优良的密封性和滑动性，耐用寿命长，作为可以制作稳定的压铸制品的压住用冲头是有用的。

Claims

1.一种压铸机用冲头，具有在柱塞套(60)内滑动、将熔融金属压出到模具中的冲头主体(20)，其特征在于，

冲头主体(20)由金属材料构成，外周侧面由用硬质树脂材料构成的滑动套(40)覆盖。

2.如权利要求1所述的压铸机用冲头，其特征在于，冲头主体(20)的外周侧面的面积的50％以上的区域由滑动套(40)覆盖。

3.如权利要求1所述的压铸机用冲头，其特征在于，冲头主体(20)的前端和没有被滑动套(40)覆盖的外周侧面由相同的金属材料构成。

4.如权利要求1所述的压铸机用冲头，其特征在于，滑动套(40)的外径与冲头主体(20)的外径相同或者大致相同。

5.如权利要求1所述的压铸机用冲头，其特征在于，在直径上，滑动套(40)的外径形成得比冲头主体(20)的外径大0.02mm以上。

6.如权利要求1所述的压铸机用冲头，其特征在于，滑动套(40)由负荷挠曲温度比200℃高的硬质树脂材料形成。

7.如权利要求1所述的压铸机用冲头，其特征在于，滑动套(40)由热膨胀系数(线膨胀系数)为1.2×10^-5/℃～6×10^-5/℃的硬质树脂材料形成。