專利名稱：金屬模制用的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及金屬模制和鑄造機(jī)器，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及金屬模制機(jī)器，用于加快升溫時(shí)間和加速周期時(shí)間，以及減少機(jī)器內(nèi)的熱應(yīng)力。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種裝置，用于模制金屬成為制件。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及上述一種類型的裝置，設(shè)計(jì)用于增加熱效率和增加產(chǎn)量而減少熱梯度和最終的應(yīng)力。
在環(huán)境溫度下具有枝晶結(jié)構(gòu)的金屬組分通常經(jīng)過(guò)熔化和隨后經(jīng)受高壓壓鑄程序。這些普通的壓鑄程序受到限制，比如產(chǎn)生疏松，熔化損失，污染，大量的廢料，高的能耗，漫長(zhǎng)的工作循環(huán)，有限的模具壽命和受限制的模具形狀。此外，普通的加工促進(jìn)了各種顯微結(jié)構(gòu)缺陷的形成，比如，疏松，它要求對(duì)制件隨后的二次加工，以及也導(dǎo)致相對(duì)于力學(xué)性能使用保守的工程設(shè)計(jì)。
已知這些金屬組分的成形的方法，使得在其半固體狀態(tài)時(shí)的顯微組織具有圓形的或球形的退化的枝晶顆粒，被連續(xù)的液相包圍。它與被連續(xù)的液相包圍的經(jīng)典的平衡的枝晶的顯微組織相反。這些新的組織顯示出非牛頓粘度，一種粘度與剪切率之間相反的關(guān)系，以及材料本身稱為觸變材料。
雖然有各種專門(mén)的技術(shù)用于觸變材料的成形，一種技術(shù)是注射成形技術(shù)，以一種“鑄造”狀態(tài)傳送合金。使用這種技術(shù)，材料供給進(jìn)入一個(gè)往復(fù)的螺桿注射單元，在其中它被從外部加熱和被一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿的作用機(jī)械地剪切，當(dāng)材料被螺桿處理時(shí)，它在料筒內(nèi)向前移動(dòng)。這種局部熔化和同時(shí)剪切的組合產(chǎn)生一種合金的料漿，含有不連續(xù)的退化的枝晶球形顆粒，或者換句話說(shuō)，處在材料的半固態(tài)和顯示出觸變性能。這種觸變的料漿被螺桿傳送進(jìn)入料筒內(nèi)的一個(gè)積累區(qū)，它位于擠壓噴嘴與螺桿端部之間。當(dāng)料漿被傳送進(jìn)入積累區(qū)時(shí)，螺桿同時(shí)地沿脫離單元噴嘴的方向上縮回，以便控制相當(dāng)于一次注射料漿的數(shù)量，以及限制在噴嘴和螺桿端部之間壓力的積聚。借助固體金屬柱塞在噴嘴內(nèi)的控制的凝固，或借助其它的密封機(jī)構(gòu)防止料漿由噴嘴端部泄漏或流淌。一旦用于制造產(chǎn)品的料漿的正確數(shù)量已在積累區(qū)內(nèi)積累時(shí)，螺桿被迅速地驅(qū)動(dòng)向前(發(fā)展充分的壓力，以壓迫固體金屬柱塞，如果需要，將其壓出噴嘴和進(jìn)入一個(gè)容器內(nèi))，從而允許料漿注射進(jìn)入模具空腔，這樣形成要求的固體制件。噴嘴的密封保證了料漿的防護(hù)，以避免氧化或在噴嘴的內(nèi)壁上形成氧化物，否則它會(huì)被帶入最終的模制件內(nèi)。密封還進(jìn)一步密封注射側(cè)面的模具空腔，有利于使用真空以便模具空腔的抽氣和進(jìn)一步增加模制制件的復(fù)雜性和質(zhì)量。
在上述的技術(shù)中，通常材料的全部加熱發(fā)生在機(jī)器的料筒內(nèi)。材料進(jìn)入料筒的一段時(shí)仍處于一個(gè)“冷的”溫度，以及隨后前進(jìn)通過(guò)一系列加熱區(qū)，在其中材料的溫度迅速地，以及至少在開(kāi)始時(shí)逐漸地升高。這些加熱元件本身是典型的電阻式或陶瓷帶式加熱器。作為其結(jié)果，在通過(guò)料筒的厚度以及通過(guò)料筒的長(zhǎng)度存在一個(gè)熱梯度。如下文所討論，通過(guò)料筒的厚度的熱梯度是不希望的。
觸變材料用的模制機(jī)器的典型的料筒結(jié)構(gòu)可以看出料筒是一個(gè)整體的圓筒(料筒的長(zhǎng)度至110in，厚度為外直徑至11in，壁厚3至4in)。如果機(jī)器的尺寸和通過(guò)能力增加，則料筒的長(zhǎng)度和厚度應(yīng)相應(yīng)地增加。這樣導(dǎo)致通過(guò)料筒的熱梯度的增加以及前所未見(jiàn)的和不可預(yù)料的后果。此外，制造這些料筒使用的主要的材料是718變形合金，在以往是供應(yīng)短缺的(具有限制的成分為鎳(加鈷)，50.00-55.00％；鉻，17.00-21.00％；鐵，基；鈮(加鉭)，4.75-5.50％；鉬，2.80-3.30％；鈦，0.65-1.15％；鋁，0.20-0.80％；鈷，最多1.00；碳，最多0.08；錳，最多0.35；硅，最多0.35；磷，最多0.015；硫，最多0.015；硼，最多0.006；銅，最多0.30)。
由于718合金的鎳含量遭受熔融鎂的腐蝕，現(xiàn)在最廣泛使用的觸變材料，更現(xiàn)代化的料筒設(shè)計(jì)包括一個(gè)耐鎂腐蝕材料的襯筒或內(nèi)襯，以防止鎂浸蝕718合金。這些材料是Stellite 12(公稱成分30Cr，8.3W和1.4C；Stoody-Doloro Stellite Corp生產(chǎn))，PM0.80合金(公稱成分0.8C，27.81Cr，4.11W和其余為Co，帶有0.66N)，以及鈮基合金(比如Nb-30Ti-20W)。顯然，料筒和內(nèi)襯的膨脹系數(shù)應(yīng)彼此相容，以便機(jī)器能夠正確地工作。
對(duì)失效的料筒的研究得出的信息是，料筒經(jīng)常的失效是在料筒的冷段或冷端的熱應(yīng)力，尤其是熱沖擊的結(jié)果。在此處所指的料筒的冷段或冷端是材料首先進(jìn)入料筒的區(qū)域。也正是在此區(qū)域可以觀察到最強(qiáng)烈的熱梯度，尤其是在冷段的中間溫度區(qū)域，它位于供給喉部的下游。
在以上所述的觸變材料模制機(jī)器的使用中，固體的材料供給料可見(jiàn)的是呈球粒和碎屑形狀，是當(dāng)在環(huán)境溫度約75°F供給進(jìn)入料筒的。由于這些機(jī)器的料筒是長(zhǎng)而厚的，按其本性是不足以加熱引入其中的材料。當(dāng)流入“冷的”供給料時(shí)，料筒的相鄰區(qū)在其內(nèi)表面顯著地冷卻。然而此區(qū)的外表面并沒(méi)有顯著地被供給料影響或冷卻，因?yàn)榧訜崞髦苯拥卦O(shè)在它的周?chē)Ｒ粋€(gè)跨過(guò)料筒厚度測(cè)量的顯著的熱梯度最終引入料筒的此區(qū)域。類似地，一個(gè)較大的熱梯度也沿著料筒的長(zhǎng)度引入。在料筒的此中間溫度區(qū)域，發(fā)現(xiàn)這里最高的熱梯度已經(jīng)發(fā)展，當(dāng)加熱器循環(huán)不是頻繁地“切斷”，料筒會(huì)更強(qiáng)烈地加熱。
生產(chǎn)工作前料筒的預(yù)熱也是長(zhǎng)的，長(zhǎng)達(dá)3小時(shí)。例如，一個(gè)料筒具有0.5in厚的收縮配合的Stellite合金襯筒在一個(gè)1.85in厚的718合金外殼內(nèi)，在使用陶瓷帶加熱器正常預(yù)熱20min之后，料筒將獲得外部溫度約700°F(1200°F需要用于A291D鎂合金的工作和模制)。在相同的時(shí)間點(diǎn)，通過(guò)料筒厚度的熱梯度為約400°F。料筒不能夠更強(qiáng)烈和更迅速地加熱，因?yàn)楫a(chǎn)生較大的熱梯度和應(yīng)力，它能使料筒開(kāi)裂。因此完全的預(yù)熱需要約3h。
現(xiàn)有的金屬加工機(jī)器使用電阻型加熱器。這種加熱技術(shù)在電阻加熱器本身內(nèi)產(chǎn)生熱量，它隨后必須由電阻加熱器轉(zhuǎn)移至料筒和機(jī)器的其它部件。這樣意味著由電阻加熱器至部件的能量流動(dòng)被一個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟炔罴哟蟆榱思涌鞜徂D(zhuǎn)移，人們必須獲得更高的溫度差，以越過(guò)電阻加熱器(整體接觸的)和料筒之間的熱界面，通過(guò)料筒的徑向厚度的外徑，隨后進(jìn)入供給料和最終進(jìn)入螺桿。因此，在料筒外表面上產(chǎn)生的能量水平不得不相當(dāng)高，足以有效地加速能量流動(dòng)，以獲得料筒的均勻的加熱，它因此減緩了過(guò)程和引起料筒的熱疲勞。此外，這些電阻加熱器由于它們經(jīng)過(guò)的熱循環(huán)，也經(jīng)受高的熱疲勞和頻繁的更換。另一個(gè)主要的問(wèn)題是，電阻加熱器不能夠在熱能量上直接地與螺桿耦合。其結(jié)果是，在布局上具有很大的熱控制準(zhǔn)則，它影響生產(chǎn)率以及對(duì)處理進(jìn)入的冷供給料的熱動(dòng)力學(xué)的響應(yīng)。
在料筒內(nèi)，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，剪切供給料和使其縱向移動(dòng)通過(guò)料筒的不同的加熱區(qū)。這樣引起供給料的溫度升高，以及當(dāng)它達(dá)到料筒的熱端或注射端時(shí)平衡在希望的水平上。在料筒的熱端，加工過(guò)的材料顯示的溫度通常在1050-1100°F的范圍內(nèi)。料筒經(jīng)受的最高溫度接近1300°F(鎂加工)。當(dāng)供給料被加熱和移動(dòng)通過(guò)料筒時(shí)，材料轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)，在這里發(fā)展其觸變性能。
一旦在料筒的熱段內(nèi)積累了足夠數(shù)量的材料，以及材料顯示出觸變的性能，材料注射進(jìn)入模具腔，模具腔有符合于希望的制件的形狀。補(bǔ)充的供給料隨后引入料筒的冷段，在從料筒注射材料時(shí)，降低料筒內(nèi)表面的溫度。
如上述的討論所述，料筒的內(nèi)表面，尤其是料筒的中間溫度區(qū)內(nèi)，經(jīng)歷了注射模制機(jī)器工作時(shí)的一個(gè)溫度循環(huán)。在料筒的內(nèi)和外表面之間的這種熱梯度取決于料筒的設(shè)計(jì)，但已看出，在生產(chǎn)工作時(shí)為高至227°F。
由于在料筒內(nèi)熱梯度充分的循環(huán)，料筒經(jīng)歷熱疲勞和熱沖擊。已發(fā)現(xiàn)它引起料筒和料筒內(nèi)襯的開(kāi)裂，短至30h。一旦料筒內(nèi)襯變得開(kāi)裂，鎂可能滲透入內(nèi)襯和浸蝕料筒。料筒的開(kāi)裂和料筒的鎂浸蝕都會(huì)使料筒永久地失效。模制機(jī)器也能夠在全部固體狀態(tài)工作，以注射優(yōu)質(zhì)的部件，但有時(shí)需要加快循環(huán)和降低料筒上的應(yīng)力，如上所述。作為一種變動(dòng)，這種機(jī)器可以使用一個(gè)柱塞代替螺桿，用于注射沖程。
由以上敘述可以明確，需要一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)，尤其是減少預(yù)熱時(shí)間，減少工作循環(huán)時(shí)間以及減少通過(guò)料筒厚度的熱梯度的結(jié)構(gòu)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)主要目的是滿足此要求，提供一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)，它優(yōu)化至被加工的材料的熱轉(zhuǎn)移和通過(guò)量。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種減少預(yù)熱時(shí)間的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種借助減少通過(guò)的熱梯度來(lái)減少料筒的熱疲勞和熱沖擊的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的上述的和其它的目的實(shí)現(xiàn)的方式是提供一種新穎的結(jié)構(gòu)，其中適當(dāng)?shù)念l率的感應(yīng)加熱器巧妙地沿著料筒長(zhǎng)度的至少一部分定位。作為其結(jié)果，機(jī)器經(jīng)受通過(guò)料筒厚度的一個(gè)熱梯度的減少，以及每個(gè)順序的注射的循環(huán)時(shí)間的減少。適當(dāng)?shù)念l率的感應(yīng)加熱器的線圈產(chǎn)生最佳能量密度的電一磁通場(chǎng)，以感應(yīng)一個(gè)電流，它在料筒，內(nèi)襯，被加工的材料和螺桿內(nèi)流動(dòng)，此感應(yīng)電流直接地加熱料筒，內(nèi)襯，被加工的材料和螺桿，其熱產(chǎn)生為I2R(焦耳熱)。借助規(guī)定此位置，這些感應(yīng)加熱器的能量密度和頻率，變得有可能減少通過(guò)料筒的各段的溫度梯度，而還可直接地加熱螺桿和供給料。作為其結(jié)果，通過(guò)料筒厚度的溫度梯度可以低至0°F，比如在預(yù)熱后，引入供給料之前，或者在順序的注射之間的保持時(shí)間中。與此相反，電阻加熱器僅能加熱料筒表面的外部，以及隨后必須傳導(dǎo)至被加工的材料。轉(zhuǎn)移的能量簡(jiǎn)單地取決于壁的厚度和表面溫度。使用感應(yīng)時(shí)，加熱產(chǎn)生在料筒和螺桿的內(nèi)部，因此熱應(yīng)力顯著地降低。
感應(yīng)電磁加熱產(chǎn)生一個(gè)交變的磁通場(chǎng)，它感應(yīng)一個(gè)電流在機(jī)器的工作的部件(比如料筒，螺桿，甚至供給料)內(nèi)流動(dòng)。根據(jù)電流的感應(yīng)水平(能量密度)以及特定的部件的固有的電阻率電流在部件內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)熱。熱分布可以根據(jù)能量密度和頻率調(diào)節(jié)，以及能夠編程以提供最佳的熱梯度，以提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量。
按照本發(fā)明，感應(yīng)線圈或加熱器適當(dāng)?shù)匮刂贤驳拈L(zhǎng)度有間距地設(shè)置，以便沿料筒的長(zhǎng)度產(chǎn)生希望的溫度梯度用于最佳的熔化。本發(fā)明的機(jī)器設(shè)計(jì)為具有一個(gè)較高的能量密度接近機(jī)器的冷端(機(jī)器的供給料入口)，以便直接地加熱和盡可能快地使材料升高溫度。換句話說(shuō)，材料的加熱能夠不需要由加熱器本身和通過(guò)另外的物體或材料傳導(dǎo)熱量。熱輸入沿著料筒的長(zhǎng)度分布，以提供正確的能量分布，以便當(dāng)材料供給至料筒和通過(guò)它移動(dòng)時(shí)繼續(xù)增加能量至材料。以這種方式它有可能防止液體金屬返回至供給喉，通過(guò)它供給料被引進(jìn)料筒。借助限制在供給喉處的液體金屬，本發(fā)明防止了液體金屬的凝固，以及在引導(dǎo)供給料進(jìn)入料筒時(shí)供給喉的阻塞。此外，螺桿和供給料本身能夠優(yōu)先地加熱至熔化任何的固體的金屬柱塞，只要它們能夠形成。
本發(fā)明需要使用適當(dāng)?shù)牡皖l感應(yīng)加熱器。如這里使用的和根據(jù)現(xiàn)有部件的幾何形狀(料筒，螺桿，供給料)，術(shù)語(yǔ)低頻感應(yīng)加熱器是指在低于1000Hz工作的感應(yīng)加熱器。一個(gè)優(yōu)選的頻率范圍為大于0-400Hz。在一個(gè)結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選的頻率為約60Hz。精確的頻率取決于特定的部件規(guī)范和機(jī)器使用材料的性能。
列出一個(gè)比較的實(shí)例，一種由Japan Steel Works制造的245噸注射金屬模制機(jī)，帶有普通的陶瓷帶加熱器在一個(gè)料筒上，料筒具有0.5in收縮配合的Steilite合金襯筒在一個(gè)1.85in厚的718合金的外殼內(nèi)，加工AZ91D鎂合金需要32-47s以模制標(biāo)準(zhǔn)的4桿的拉伸模制件，其重量為326g。
按照本發(fā)明的原理的一種機(jī)器在料筒長(zhǎng)度的1和2區(qū)域設(shè)置適當(dāng)?shù)母袘?yīng)加熱線圈，能夠生產(chǎn)4桿的拉伸模制件，使用一個(gè)16-20s的循環(huán)時(shí)間(壓縮率56％)。生產(chǎn)循環(huán)保持?jǐn)?shù)小時(shí)而沒(méi)有故障。機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)平靜，以及螺桿的收縮平穩(wěn)和迅速，僅需5s(與之對(duì)比245t的JSW機(jī)器具有陶瓷加熱器，需要11s)。此外，可以由附表看出，本發(fā)明提供的4桿的拉伸模制件的顯微組織細(xì)化，使其具有更高的觸變性和流動(dòng)性以及因此更好的模制充填。由于低頻加熱和最終熱螺桿的影響產(chǎn)生的強(qiáng)烈和迅速的作用使α-固體相細(xì)化。由附表可以看出，α-固體相的面積，周邊，寬度和高度均減小。尺寸的減小和圓度的增加改進(jìn)了上述的流動(dòng)性，因?yàn)榱鲃?dòng)性與直徑乘表面面積a成反比。
如上述的使用，感應(yīng)加熱器沿料筒的開(kāi)始的長(zhǎng)度放置。兩個(gè)電源使用于感應(yīng)器，它們都是60Hz-160KVA。
使用本發(fā)明，料筒的一個(gè)優(yōu)選的結(jié)構(gòu)(以及襯筒)使用非磁性材料。使用非磁性材料允許被感應(yīng)加熱器更深的滲透。還補(bǔ)充地發(fā)現(xiàn)，在預(yù)熱階段內(nèi)的螺桿的位置是重要的。最好，在加熱時(shí)在供入供給料用于工作之前螺桿是收縮的，以防止第一供給料在喉部過(guò)熱。螺桿能夠移動(dòng)向前，以便熔化在工作中可能產(chǎn)生的任何柱塞。這種觀念實(shí)質(zhì)上減少和可能消除料筒和其它工作部件的熱疲勞問(wèn)題。感應(yīng)器線圈的設(shè)計(jì)以及電磁耦合技術(shù)，以及軸向位置能夠用于希望的熱分布的編程，以便優(yōu)化加工質(zhì)量和生產(chǎn)率指標(biāo)。因此本發(fā)明能夠提供更精確的加工控制和更快的響應(yīng)時(shí)間，因?yàn)闊崮苤苯拥禺a(chǎn)生在機(jī)械硬件的本身內(nèi)。
對(duì)于本專業(yè)技術(shù)人員，在閱讀下列說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)和附圖之后，本發(fā)明的附加的效益，優(yōu)點(diǎn)和目的將更明顯。


圖1是按照本發(fā)明的一種半固體金屬注射成形機(jī)的示意圖。
圖2A是按照本發(fā)明的原理加熱的一個(gè)料筒和螺桿(無(wú)模制的合金存在)的開(kāi)始的兩個(gè)區(qū)域的溫度圖形的表和圖。
圖2B是圖2A所見(jiàn)數(shù)據(jù)的座標(biāo)圖。
圖3，4和5是按照美國(guó)專利No.6,059,012(在此處列出供參考)的兩個(gè)部件料筒的開(kāi)始的兩個(gè)區(qū)域的熱分布的模型，該料筒是由718合金制造的以及螺桿是由2888鋼制造的，模型分別表示在預(yù)熱，完全預(yù)熱和生產(chǎn)時(shí)的模型。
圖6是按照美國(guó)專利No.6,059,012(在此處列出供參考)的兩個(gè)部件料筒的開(kāi)始的兩個(gè)區(qū)域的熱輪廓模型，該料筒是按照本發(fā)明的原理加熱的。
圖7是一個(gè)表格，示出低頻感應(yīng)加熱與陶瓷帶加熱器在預(yù)熱時(shí)料筒和襯筒應(yīng)力的效益的比較。
圖8是一個(gè)表格，示出低頻感應(yīng)加熱在特定尺寸時(shí)的效益。
圖9是本發(fā)明的第二實(shí)施例的一個(gè)示意圖。
圖10是兩個(gè)感應(yīng)線圈的示意圖，安裝在一個(gè)料筒的鄰近料筒入口處。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參見(jiàn)附圖，按照本發(fā)明的一個(gè)機(jī)器或裝置示于圖1，該裝置用于加工一種金屬材料進(jìn)入一種觸變狀態(tài)或熔融狀態(tài)，以及模制此材料以形成一個(gè)模制的，壓鑄的或鍛造用的制件，以及其標(biāo)號(hào)為10。與典型的模制或鍛造機(jī)器不同，本發(fā)明適合于使用一種金屬或金屬合金(下文稱“合金”)的一種固體狀態(tài)的供給料。這樣就消除了在模制過(guò)程中使用熔化爐以及與其相關(guān)的環(huán)境和安全限制。本發(fā)明如上所述采用碎屑或球粒形狀的供給料。這些供給料的形狀是優(yōu)選的，但是其它的形狀也可以使用。裝置10將固體狀態(tài)的供給料轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w的觸變的料漿或液體，隨后通過(guò)注射成形，或者壓鑄形成一個(gè)制件。
裝置10通常如圖1所示，包括一個(gè)料筒12，與一個(gè)模具17，19接合。如下文更詳細(xì)的討論，料筒12包括一個(gè)襯筒13，一個(gè)冷段或入口段14，一個(gè)熱段或注射段15，和一個(gè)出口噴嘴30。一個(gè)入口18位于冷段14內(nèi)，以及一個(gè)出口20位于熱段15內(nèi)。入口18適合于接收來(lái)自一個(gè)供給料斗22固體顆粒或球?；蛩樾夹螤畹暮辖鸸┙o料(用虛線示出)。最好，供給料以碎屑形狀提供，以及尺寸在5-18mesh(目)范圍內(nèi)。
在所述的實(shí)例中，入口段14占據(jù)料筒12的總長(zhǎng)度約一半，以及制造為一個(gè)單獨(dú)的段。應(yīng)該注意到，入口段和注射段14和15可以制造為一致的，以及入口段14可以占據(jù)多于或少于料筒總長(zhǎng)度的一半。這些是設(shè)計(jì)規(guī)范要素，取決于單獨(dú)的機(jī)器的特點(diǎn)。
適合使用于本發(fā)明的裝置10的一組合金包括鎂合金。然而，本發(fā)明不應(yīng)該理解為這是限制?？梢韵嘈?，任何能夠加工成為觸變狀態(tài)的金屬合金均能發(fā)現(xiàn)能適用于本發(fā)明，尤其是Al，Zn，Ti和Cu基合金。
在供給料斗22的底部，供給料借助重力，或者借助其它器件通過(guò)一個(gè)出口32排出，進(jìn)入一個(gè)按體積分配的供給器38或其它供給器。一個(gè)供給螺旋推運(yùn)器(圖中未示出)位于供給器38內(nèi)，以及被一個(gè)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40，比如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)地驅(qū)動(dòng)。螺旋推運(yùn)器在供給器38內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)以一個(gè)預(yù)定的速率推進(jìn)供給料通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)移管路或供給喉42和入口18進(jìn)入料筒12。
供給料一旦被接收入料筒12，感應(yīng)線圈23在料筒12的開(kāi)始區(qū)，即區(qū)域1和2把供給料加熱至預(yù)定的溫度(根據(jù)被加工的材料)從而使材料被帶入其兩相區(qū)。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于AZ91D合金，區(qū)域1的溫度典型地在900-1000°F范圍內(nèi)，以及區(qū)域2的溫度典型地在1080-1130°F范圍內(nèi)。對(duì)于AM6合金，區(qū)域1的溫度在950-1050°F范圍內(nèi)，以及區(qū)域2的溫度在1100-1160°F范圍內(nèi)。在該兩相區(qū)，其中料筒12內(nèi)的供給料溫度是界于此合金的固相線和液相線溫度之間，供給料局部地熔化以及處于具有固體和液體相兩者的一個(gè)平衡狀態(tài)。代替的方案是，根據(jù)最終的制件的希望的特點(diǎn)，材料也可以加熱至一個(gè)全液體狀態(tài)。
為感應(yīng)線圈23提供溫度控制，以達(dá)到預(yù)期的目的。如同上述，感應(yīng)線圈23代表性地示于圖1，以及具有如60Hz的低頻感應(yīng)加熱器。感應(yīng)線圈23沿著料筒12的兩個(gè)區(qū)域設(shè)置在特定的位置和具有間距，以達(dá)到料筒，供給料和螺桿的希望的加熱分布。
如上所述，感應(yīng)線圈23產(chǎn)生一個(gè)交變的磁通場(chǎng)，其在工件中感應(yīng)一個(gè)電流，該電流與感應(yīng)電流相等和方向相反。在工件內(nèi)的電流產(chǎn)生焦耳(I2R)加熱以及加熱的深度取決于工件的性能，按下式計(jì)算delta＝1.983*(rho/mu/頻率)1/2delta定義為一個(gè)深度(in)，在此深度電流減少至表面上電流的1/e，以及因此產(chǎn)生的體積能量是表面值的1/e2。此外，delta是一個(gè)深度，在此深度產(chǎn)生在工件內(nèi)的電流求積I2和工件的電阻R的乘積等于總的集合的能量?！癧r]ho”是材料的電阻率，以micro-ohm cm表示，“[m]u”是材料的相對(duì)的磁導(dǎo)率(非磁性材料具有mu＝1)。最后，頻率以Hz表示。
借助材料，物理尺寸和頻率的正確的選擇，設(shè)備可以設(shè)計(jì)為減少其通過(guò)壁的溫度梯度，以及由此而減少熱應(yīng)力。此外，產(chǎn)生的熱量能夠在位于內(nèi)部的部件或螺桿內(nèi)部?jī)?yōu)化。例如，料筒的外壁可以用一種帶有高電阻率的材料制成得較薄，以及用非磁性材料制造，以允許磁場(chǎng)通過(guò)內(nèi)部的螺桿，該螺桿由帶磁性的材料制造。料筒可以用一種以上的材料制造，以提供希望的機(jī)械強(qiáng)度，此外還有控制壁溫的分布，在壁和螺桿或其它之間的能量分布，以達(dá)到對(duì)于特定的材料和機(jī)器設(shè)計(jì)希望的結(jié)果。事實(shí)上，如果要求的話，線圈能夠包容在料筒壁內(nèi)，以進(jìn)一步減少至內(nèi)徑的任何溫度差。雖然開(kāi)始的或提供的設(shè)備的優(yōu)選頻率為60Hz，根據(jù)希望的設(shè)備形狀和希望的熱分布，可以使用不同的頻率。再者，在金屬加工時(shí)或熱循環(huán)中頻率可以改變，以便使熱量按要求的那樣分布，例如，在循環(huán)的預(yù)熱部分和循環(huán)的生產(chǎn)部分之間，使熱量?jī)?yōu)選地至螺桿，或者是優(yōu)選地至料筒?；蛘呤篃崃扛鶕?jù)對(duì)于不同的生產(chǎn)速率或不同的生產(chǎn)材料熔化溫度分布的要求希望的能量分布而改變。還有頻率也可以在第一線圈和隨后的線圈之間改變，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)希望的加熱/熔化/溫度差的結(jié)果。通常，較小的設(shè)備應(yīng)具有較高的頻率，以及較大的設(shè)備應(yīng)具有較低的頻率。例如，當(dāng)一個(gè)帶有2in壁厚的料筒可以用60Hz的頻率提供最佳的性能，而一個(gè)帶有3in壁厚的料筒可以用26Hz的頻率提供最佳的性能。補(bǔ)充的考慮可以是料筒，螺桿，加熱長(zhǎng)度和頻率的優(yōu)化，以便改進(jìn)在半固體或熔融材料內(nèi)的電磁攪拌，用于提高材料性能。
在50或60Hz情況下的線圈用的電源系統(tǒng)73可以是直接來(lái)自一個(gè)線路的單相，它帶有適當(dāng)?shù)哪芰靠刂疲芰恳蛩匦Ｕ碗妷厚詈喜考?。電源也可以是一個(gè)倒相器，它應(yīng)具有平衡的三相(或多相)高功率因素負(fù)荷供至線路，以及產(chǎn)生特定的用途要求的希望的頻率下的單相二次能量。這里可能有一個(gè)或數(shù)個(gè)倒相器來(lái)自一個(gè)直流電源。能量水平通常被熱耦合反饋74控制，但也可以由任何希望的反饋參數(shù)控制，比如來(lái)自適當(dāng)?shù)撵`巧的傳感器控制技術(shù)來(lái)控制。
在圖10內(nèi)可以見(jiàn)到感應(yīng)線圈23的位置和放置的一個(gè)代表性實(shí)例。一個(gè)245噸的JSW機(jī)器如上所述，帶有一個(gè)整件的料筒(6.7in外徑)，設(shè)置兩個(gè)感應(yīng)線圈在料筒的冷段上。第一感應(yīng)線圈是最接近供給喉42的線圈具有11匝，彼此的間距約0.2in。通常，搭接上述的前4匝的是具有相等間距(間距約0.3in)的較大直徑(外徑約10.8in)的附加的3匝。第一感應(yīng)線圈的總長(zhǎng)度約5.5in，以及它在料筒上的位置距供給喉42中線約6-7in。此外，一個(gè)2in寬的塑料環(huán)，位于供給喉和第一感應(yīng)線圈之間。在穩(wěn)定狀態(tài)下至感應(yīng)線圈的電力在15-20kw范圍內(nèi)，以及調(diào)節(jié)溫度一般在950-970°F范圍內(nèi)。
第二感應(yīng)線圈的長(zhǎng)度約10in和距離第一感應(yīng)線圈約3.5in。第一組線圈總共包括16匝，彼此相距的間距約0.4in。搭接間距較近的這些匝的是較大直徑的附加的4匝(外徑約10.8in)。這些匝是具有等間距的，一個(gè)間隙的間距約0.3in。在第二感應(yīng)線圈的下游設(shè)置另一個(gè)2in寬的塑料環(huán)。在穩(wěn)定狀態(tài)下至第二感應(yīng)線圈的電力在約20-28kw范圍內(nèi)，以及調(diào)節(jié)溫度為1130°F。
在上述的系統(tǒng)中使用兩個(gè)電源75和77(見(jiàn)圖1)，然而，此系統(tǒng)也可以根據(jù)設(shè)備的設(shè)計(jì)和被加工的材料等使用一個(gè)或多個(gè)電源。
使用上面圖10所見(jiàn)的感應(yīng)線圈23加工AZ91D合金，可以達(dá)到一個(gè)循環(huán)時(shí)間20s和更短。配備陶瓷帶加熱器的相同的245噸機(jī)器工作時(shí)的循環(huán)時(shí)間為32-47s。因此本發(fā)明按照ASTMB557-94模制一個(gè)4桿拉伸模制件導(dǎo)致循環(huán)時(shí)間至少減少37％。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖2A的表格。代表區(qū)域1的一個(gè)開(kāi)始試驗(yàn)的感應(yīng)線圈23具有6匝，而代表區(qū)域2的一個(gè)第二試驗(yàn)感應(yīng)線圈23具有10匝。雖然這些試驗(yàn)的感應(yīng)線圈23的使用小于45min，可以看出，對(duì)AZ91D合金料筒12被加熱至希望的溫度約950°F(在區(qū)域1內(nèi)的點(diǎn)2處測(cè)量)和約1000°F(在區(qū)域2內(nèi)的點(diǎn)5處測(cè)量)。對(duì)點(diǎn)3至點(diǎn)7的溫度與時(shí)間數(shù)據(jù)的關(guān)系圖示于圖2B。對(duì)于這些點(diǎn)或位置建立起目標(biāo)溫度。
料筒12的剩余的長(zhǎng)度可以使用普通的電阻或陶瓷帶加熱器24加熱，或者代替地使用附加的感應(yīng)線圈23加熱。感應(yīng)線圈23，陶瓷帶或其它加熱器24形式的溫度控制器件也可以放置在噴嘴30附近，以增加其溫度的控制以及容易地允許一個(gè)在噴嘴30內(nèi)形成臨界尺寸的固體的柱塞。此柱塞防止半固體的合金由料筒12流淌或者空氣(氧)或其它污染返回流動(dòng)進(jìn)入裝置10的保護(hù)的內(nèi)部氣氛(典型地為氬)。這樣一個(gè)柱塞也有利于當(dāng)希望時(shí)模具16的抽氣，例如用于真空輔助模制。
裝置還可以包括一個(gè)靜止平臺(tái)16和一個(gè)活動(dòng)平臺(tái)11，每個(gè)具有分別與其連接的一個(gè)靜止的半模19和一個(gè)活動(dòng)的半模17。兩個(gè)半模具有內(nèi)表面，它們結(jié)合以限定一個(gè)模制的制件形狀的模腔100。連接模腔至噴嘴30的是一條澆道(它可能是幾條熱澆道)，澆口和冒口，總的標(biāo)號(hào)為102。模具16在其它方面的工作是普通的，因此在這里不用詳述。
在本實(shí)施例中，一個(gè)往復(fù)的螺桿26置于料筒12內(nèi)以及被一個(gè)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)44(如一個(gè)電動(dòng)機(jī))驅(qū)動(dòng)，從而使螺桿26的葉片28施加剪切力至合金，以及移動(dòng)合金通過(guò)料筒12接近出口20。剪切作用調(diào)節(jié)合金進(jìn)入觸變的料漿，該料漿包括倒圓的退化的枝晶組織的球粒被一個(gè)液體相圍繞。代替地，合金能夠加工成一個(gè)全液相。
在裝置10工作時(shí)，感應(yīng)線圈23接通，以充分地加熱料筒12和螺桿26至合適的溫度或沿其長(zhǎng)度的合適的溫度分布。此外，帶或電阻加熱器24也接通。通常，對(duì)于形成薄截面部件，高溫的分布是希望的，對(duì)于形成混合型的薄和厚截面部件，中溫的分布是希望的，以及對(duì)于形成厚截面的部件，低溫的分布是希望的。一旦充分地加熱，系統(tǒng)控制器34隨后激勵(lì)供給器38的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40，導(dǎo)致供給器38內(nèi)的螺旋推運(yùn)器轉(zhuǎn)動(dòng)。推運(yùn)器傳送供給來(lái)自供給料斗22供至供給喉42以及通過(guò)入口18進(jìn)入料筒12的料。如果希望，供給料的預(yù)熱可以在供給料斗22，供給器38或供給喉42進(jìn)行，如標(biāo)號(hào)74所示。
在料筒12內(nèi)，供給料被轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿26接合，螺桿26是被驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)44轉(zhuǎn)動(dòng)的，而驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)又是被控制器34激勵(lì)的。在料筒12的鏜孔46內(nèi)，供給料被傳送和經(jīng)受螺桿26上的葉片28產(chǎn)生的剪切。當(dāng)供給料前進(jìn)通過(guò)料筒12的內(nèi)部各區(qū)時(shí)，供給料被感應(yīng)線圈23直接地加熱，以及被料筒12和螺桿26間接地加熱，以及進(jìn)一步被剪切作用加熱至界于其固相線和液相線溫度之間的希望的溫度。在此溫度范圍內(nèi)，固體狀態(tài)的供給料轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)，包括其一部分組分的液體相，其中分布著剩余組分的固體相。螺桿26和葉片28的轉(zhuǎn)動(dòng)繼續(xù)引起剪切進(jìn)入半固體的合金，其速率足夠防止與固體顆粒有關(guān)的枝晶生長(zhǎng)，從而產(chǎn)生觸變的料漿。
料漿前進(jìn)通過(guò)料筒12，直到適當(dāng)數(shù)量的料漿聚積在料筒12的前段21(積累區(qū))，在螺桿26的端部27的外面。螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)被控制器34中斷，它隨后發(fā)信號(hào)給一個(gè)致動(dòng)器36，以便使螺桿26前進(jìn)。一個(gè)單向閥31可以防止在螺桿26前進(jìn)時(shí)材料向后流動(dòng)至入口18。如果希望，在料筒12的前段21內(nèi)的注射裝料可以在較低的速率下壓縮，以便擠壓或強(qiáng)制多余的氣體，包括氣氛中的保護(hù)氣體從料漿的注射裝料排出。在此之后，螺桿26的速率迅速地增加，以升高壓力水平至足夠吹動(dòng)或迫使柱塞從噴嘴30進(jìn)入一個(gè)設(shè)計(jì)為捕獲它的冒口空腔，以及迫使合金通過(guò)帶有出口20的一個(gè)噴嘴30，進(jìn)入模具16。當(dāng)瞬時(shí)的壓力下降時(shí)，速率增加至一個(gè)計(jì)劃水平，在鎂合金的情況下典型地在40-120in/s的范圍內(nèi)。當(dāng)螺桿26達(dá)到相當(dāng)于充滿模腔的位置時(shí)，壓力開(kāi)始重新升高，在此時(shí)，控制器34停止螺桿26的前進(jìn)和開(kāi)始縮回，在此時(shí)間它恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)和處理下一次的模制裝料?？刂破?4允許速率分布的廣泛選擇，其中壓力/速率關(guān)系可以借助在注射循環(huán)中的位置改變(它可以短至25ms或長(zhǎng)至200ms)。
一旦螺桿26停止前進(jìn)和模具已充填，位于噴嘴30的端部的一部分材料凝固為一個(gè)固體的柱塞。柱塞密封料筒12的內(nèi)部和允許模具16開(kāi)啟以便取出模制的制件。
在下一個(gè)制件的模制時(shí)，螺桿26的前進(jìn)將引起柱塞被壓迫出噴嘴30和進(jìn)入冒口空腔，該空腔設(shè)計(jì)為捕獲和接收柱塞，而不會(huì)干擾隨后的料漿的流動(dòng)，料漿通過(guò)澆口和澆道系統(tǒng)102進(jìn)入模腔100。在模制之后，柱塞與澆口和澆道系統(tǒng)102的凝固材料保持在一起，它是在一個(gè)后繼的步驟中從制件修切下，以及返回至再循環(huán)。
圖3，4和5示出兩個(gè)部件的料筒(718合金)的第一部分的熱分布模型。這種兩個(gè)部件料筒和螺桿的結(jié)構(gòu)公開(kāi)在美國(guó)專利NO.6,059,012中(在此處列出供參考)。料筒12′的第一部分或冷段包括料筒12′的首先的兩個(gè)加熱區(qū)域(區(qū)域1和2)。在最初的預(yù)熱(圖3)時(shí)通過(guò)使用感應(yīng)線圈23′有可能使螺桿26′在料筒之前被加熱，以及螺桿26′至少通過(guò)葉片28′加熱料筒12′，以允許料筒12′從內(nèi)部被加熱。開(kāi)始，可以看出熱量集中在料筒12′的此段內(nèi)的螺桿26′的中心部分，和是通過(guò)葉片28′傳導(dǎo)至料筒12′部件的中心部分。
在完全預(yù)熱時(shí)，在圖4內(nèi)熱量已集中或擴(kuò)散越過(guò)較大的軸向長(zhǎng)度，至料筒12′的內(nèi)部。這樣就提供較大的熱量使用于真實(shí)地加熱供給料，而不是加熱料筒12′本身。此外，這里沒(méi)有通過(guò)料筒的溫度梯度。
在生產(chǎn)時(shí)，引入的供給料吸收來(lái)自螺桿26′的大量的熱量，因?yàn)楣┙o料圍繞在螺栓26′的周?chē)?。料?2′的溫度保持穩(wěn)定，沒(méi)有先前產(chǎn)生的通過(guò)料筒12′厚度的各段的溫度梯度。此外，在供給料在料筒12′內(nèi)縱向地移動(dòng)時(shí)，料筒12′變得被加熱，料筒12′的熱分布示出至料筒12′的熱端或熱段較大的溫度升高。大量的熱量有可能保持在料筒12′內(nèi)。
如果料筒12′的材料由超合金改變?yōu)?888鋼，可以看出，在生產(chǎn)工序中料筒12′內(nèi)發(fā)展一個(gè)增加的溫度梯度，它反應(yīng)在圖6中。
圖7示出使用低頻感應(yīng)加熱與陶瓷帶加熱器在預(yù)熱時(shí)料筒和襯筒應(yīng)力方面效益的比較。類似地，圖8的表格示出低頻感應(yīng)加熱在特定的尺寸時(shí)的效益。
在圖9所見(jiàn)的另一個(gè)實(shí)施例中，裝置100是一個(gè)兩級(jí)機(jī)器，具有一個(gè)第一級(jí)102，在其中合金開(kāi)始處理，以及一個(gè)第二級(jí)，在其中加工的合金被強(qiáng)迫進(jìn)入模具。由于第二實(shí)施例的裝置100的各種部件與上述的實(shí)施例中的相同，僅將需說(shuō)明的第一級(jí)和第二級(jí)102，104示于圖9中。
第一級(jí)102包括料筒106，料筒中有一個(gè)螺桿108被一個(gè)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而對(duì)通過(guò)入口110接收進(jìn)入料筒102的供給料施加剪切。沿著料筒106的長(zhǎng)度設(shè)置一系列的感應(yīng)線圈112。如在前述的實(shí)施例中所討論，感應(yīng)線圈112加熱料筒106，螺桿108和供給料。施加至供給料的剪切作用和熱量導(dǎo)致供給料被加工成為熔融的或半固體的狀態(tài)，或者代替地，成為完全液體的狀態(tài)。螺桿108的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使材料沿縱向移動(dòng)通過(guò)料筒106由入口110移出。
已加工的材料通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)送連接件114轉(zhuǎn)送至第二級(jí)104。轉(zhuǎn)送連接件114包括一個(gè)限定通過(guò)的通道，其中可以襯入一個(gè)襯筒116和其端部為一個(gè)閥118。此外，電阻的或陶瓷帶加熱器120沿著轉(zhuǎn)送連接件114的長(zhǎng)度放置。
雖然在圖9示出為具有平行的料筒106和注射筒112的排列，應(yīng)該指出，料筒106的取向可以不平行于注射筒112。此外，供給料可以借助重力通過(guò)料筒106，以及借助不同于螺桿108的機(jī)構(gòu)剪切，比如漿板，曲折的路途或者非接觸的電磁法或其它方法。
第二級(jí)104具有一個(gè)第二料筒或注射筒112(它也可以是帶襯筒的)，在其中設(shè)置一個(gè)活塞或柱塞124。第二級(jí)104還可以，但不是必須的，具有一個(gè)輔助的加熱器120，以便一旦已加工的材料被接收在注射筒122的通道126內(nèi)時(shí)將其保持在適當(dāng)?shù)臏囟?。在通?26內(nèi)接收進(jìn)入的材料達(dá)到適當(dāng)?shù)臄?shù)量時(shí)，一個(gè)與柱塞124連接的致動(dòng)機(jī)構(gòu)128前進(jìn)。在柱塞124前進(jìn)時(shí)，材料被壓迫出注射筒122，閥118防止通過(guò)轉(zhuǎn)送連接器114，通過(guò)噴嘴130的返回流動(dòng)進(jìn)入模具組件(圖中未示出)。
實(shí)質(zhì)上，第二實(shí)施例的其它方面與第一實(shí)施例的裝置10的方式和特點(diǎn)相同。為此有關(guān)第二實(shí)施例的工作的討論在此不再重復(fù)。
雖然以上說(shuō)明特別地參見(jiàn)一個(gè)半固體金屬注射模制機(jī)器的往復(fù)螺桿式，應(yīng)該理解，本發(fā)明可以使用于其它形式的金屬模制機(jī)器，包括兩級(jí)的(料筒和注射筒)半固體金屬注射模制機(jī)器以及甚至在非觸變狀態(tài)下模制或鑄造材料的機(jī)器。
權(quán)利要求
1.一種金屬材料模制用的裝置，包括一個(gè)料筒，具有限定一個(gè)通過(guò)上述的料筒的通道部分，上述的料筒還包括限定一個(gè)進(jìn)入上述的通道的入口的部分；一個(gè)位于上述的通道內(nèi)的元件；以及多個(gè)加熱器，沿著上述的料筒的長(zhǎng)度設(shè)置，上述的加熱器的第一加熱器作為設(shè)在上述的入口的下游的上述的多個(gè)加熱器的一個(gè)第一加熱器，上述的多個(gè)加熱器的上述的第一加熱器是一個(gè)低頻感應(yīng)線圈加熱器。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的多個(gè)加熱器的第一加熱器設(shè)在上述的入口的7in范圍內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于還包括上述的多個(gè)加熱器中的一個(gè)第二加熱器，上述的第二加熱器設(shè)在上述的多個(gè)加熱器的上述的第一加熱器的緊接的下游，上述的第二加熱器是一個(gè)低頻感應(yīng)線圈加熱器。
4.按照權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，上述的多個(gè)加熱器的上述的第一和第二加熱器具有彼此不同的線圈間距。
5.按照權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，上述的加熱器的第一和第二加熱器彼此相距小于6in。
6.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的多個(gè)加熱器中上述的一個(gè)加熱器具有一個(gè)工作頻率小于1000Hz。
7.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的多個(gè)加熱器中上述的一個(gè)加熱器具有一個(gè)工作頻率大于0-400Hz。
8.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的多個(gè)加熱器中上述的一個(gè)加熱器具有一個(gè)工作頻率約60Hz。
9.按照權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，上述的多個(gè)加熱器中的上述的第一和第二加熱器具有一個(gè)工作頻率在大于0-1000Hz范圍內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，上述的多個(gè)加熱器中的上述的第一和第二加熱器具有一個(gè)工作頻率約60Hz。
11.按照權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，上述的多個(gè)加熱器中的上述的第一和第二加熱器是使用單獨(dú)的電源工作的。
12.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的容器是用非磁性的材料制造的。
13.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的容器是一個(gè)料筒。
14.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的元件是一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿。
15.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的容器是用一種具有高電阻率的材料制造的。
16.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的元件是磁性的。
17.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的容器是用Ni基，F(xiàn)e-Ni基或奧氏體不銹鋼制造的。
18.按照權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，上述的加熱器中的上述的第一加熱器具有一個(gè)工作頻率比上述的加熱器中的上述的第二加熱器的低。
19.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的料筒還包括一個(gè)非磁性合金的襯筒，以增加上述的料筒的耐腐蝕和耐磨損性能。
20.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，全部上述的多個(gè)加熱器是低頻感應(yīng)加熱器。
21.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的多個(gè)加熱器中至少一個(gè)加熱器具有一個(gè)可變的工作頻率，上述的頻率是在上述的裝置的工作時(shí)可變的。
22.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的多個(gè)加熱器中的至少一個(gè)加熱器的供電是由具有一個(gè)傳感器的一個(gè)封閉環(huán)路反饋控制控制的。
23.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的多個(gè)加熱器中的至少兩個(gè)加熱器具有不同的工作頻率。
24.按照權(quán)利要求1的裝置，還包括一個(gè)電源，用于對(duì)上述的多個(gè)加熱器中的至少一個(gè)加熱器提供低頻電力。
25.按照權(quán)利要求24的裝置，其特征在于，上述的電源包括相控制。
26.按照權(quán)利要求24的裝置，其特征在于，上述的電源包括相寬度調(diào)制控制。
27.按照權(quán)利要求24的裝置，其特征在于，上述的電源包括來(lái)自一個(gè)三相整流器的倒相器。
28.按照權(quán)利要求27的裝置，其特征在于，上述的整流器包括脈沖寬度調(diào)制控制。
29.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，上述的加熱器傳送一個(gè)第一電力水平至上述的元件以及一個(gè)第二電力水平至上述的料筒。
30.一種金屬材料模制用的裝置，包括一個(gè)料筒，具有限定一個(gè)通過(guò)上述的料筒的通道部分，上述的料筒還包括限定一個(gè)進(jìn)入上述的通道的入口部分；一個(gè)位于上述的通道內(nèi)的可轉(zhuǎn)動(dòng)的元件；以及多個(gè)低頻感應(yīng)加熱器，沿著上述的料筒的長(zhǎng)度設(shè)置，以及包括一個(gè)第一和一個(gè)第二加熱器，順序地設(shè)置在上述的入口的下游，上述的第一加熱器具有的能量密度大于上述的第二加熱器的能量密度。
31.一種加熱金屬材料以便隨后進(jìn)行模制的方法，包括下列步驟把所述的金屬材料導(dǎo)入一個(gè)容器；直接地加熱位于容器內(nèi)的一個(gè)元件；引導(dǎo)金屬材料在元件的周?chē)?；借助由元件吸收熱量傳至金屬材料?lái)加熱金屬材料以達(dá)到模制用的一個(gè)溫度；以及保持一個(gè)通過(guò)容器的一個(gè)壁厚段小于100℃的溫度梯度。
32.按照權(quán)利要求31的方法，其特征在于還包括一個(gè)至少部分地直接加熱金屬材料的步驟。
33.按照權(quán)利要求31的方法，其特征在于，上述的直接加熱步驟包括一個(gè)容器的低頻感應(yīng)加熱的步驟。
34.按照權(quán)利要求31的方法，其特征在于，上述的直接加熱步驟包括一個(gè)元件的低頻感應(yīng)加熱的步驟。
35.按照權(quán)利要求31的方法，其特征在于，上述的加熱金屬材料的步驟包括一個(gè)金屬材料的低頻感應(yīng)加熱的步驟。
36.按照權(quán)利要求31的方法，其特征在于，上述的加熱步驟和上述的直接加熱步驟包括一個(gè)容器，元件和金屬材料的低頻感應(yīng)加熱的步驟。
37.按照權(quán)利要求31的方法，還包括一個(gè)加熱金屬材料至一個(gè)超過(guò)固相線溫度，但不超過(guò)液相線溫度的溫度的步驟。
38.按照權(quán)利要求31的方法，其特征在于還包括一個(gè)攪拌金屬材料，以減少顆粒尺寸和增加在金屬材料內(nèi)的上述的固體相的圓度的步驟。
39.按照權(quán)利要求31的方法，還包括一個(gè)加熱金屬材料至一個(gè)超過(guò)其液相線溫度的溫度的步驟。
40.按照權(quán)利要求31的方法，其特征在于還包括一個(gè)元件和容器的預(yù)熱的步驟。
41.按照權(quán)利要求40的方法，其特征在于，上述的預(yù)熱步驟包括一個(gè)在容器內(nèi)沿軸向縮回元件的步驟。
42.按照權(quán)利要求41的方法，其特征在于，上述的預(yù)熱步驟包括一個(gè)元件的低頻感應(yīng)加熱的步驟。
43.按照權(quán)利要求40的方法，其特征在于，上述的預(yù)熱步驟包括一個(gè)元件的感應(yīng)加熱的步驟。
44.按照權(quán)利要求31的方法，其特征在于，上述的保持步驟保持一個(gè)溫度梯度小于50℃通過(guò)容器的一個(gè)壁厚度段。
45.按照權(quán)利要求31的方法，其特征在于，上述的保持溫度梯度的步驟保持通過(guò)容器的一個(gè)壁厚度段的一個(gè)溫度梯度為約25℃。
全文摘要
一種金屬材料模制用的裝置(10)。該裝置包括一個(gè)容器(12)，帶有限定一個(gè)通過(guò)容器的通道的部分，一個(gè)入口(18)位于通道的一端，一個(gè)元件(26)或者攪拌器件位于通道內(nèi)。多個(gè)加熱器(23)沿著容器的長(zhǎng)度設(shè)置。加熱器中的第一加熱器設(shè)置在緊接入口的下游，以及它是一個(gè)低頻感應(yīng)線圈加熱器，因而使通過(guò)容器的側(cè)壁的溫度梯度減少。
文檔編號(hào)B22D17/20GK1518485SQ02812347
公開(kāi)日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2002年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月18日
發(fā)明者羅納德·?？怂? 羅納德 埃克斯, E 瓦伊寧, 拉爾夫·E·瓦伊寧, D 瓦盧卡斯, 馬修·D·瓦盧卡斯, F 德克爾, 雷蒙德·F·德克爾, 佩德, 克里斯·佩德 申請(qǐng)人:西克索馬特公司