專利名稱：模鑄制造金屬零件的方法和設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造金屬零件的方法和設備；更特別地，是涉及一種制造金屬零件的方法和設備，它利用把液態(tài)金屬注射到成型模內(nèi)的有關(guān)工藝過程，而且它所涉及的還包括一些模鑄方法在內(nèi)。
背景技術(shù)：
常規(guī)的鑄造設備分為熱室型和冷室型兩類。在冷室型模鑄設備中，熔化金屬被充注到一個固定在模板上的套管內(nèi)，而且該套管還與連到鑄型腔的進料開口相連。熔化金屬利用一個柱塞被注射到鑄模內(nèi)。由于柱塞向前推進驅(qū)除空氣或氣體時的動作緩慢，因此套管內(nèi)的熔化金屬容易被冷卻下來，當它在套管底部散開時，就會形成激冷碎屑或一些固態(tài)顆粒。該激冷碎屑或這些固態(tài)顆粒被注射到鑄模內(nèi)，將使鑄件的物理性質(zhì)惡化。
被冷卻的熔化金屬會增加熔化金屬的粘度，并使得熔化金屬難以注滿鑄型腔。另外，它還會在鑄件表面上產(chǎn)生疤痕。特別是對于某些鎂合金，因為鎂合金中鎂的固化潛熱小(小于鋁、鉛和鋅的固化潛熱)，這是一個需要認真對待的問題。由于小的固化潛熱，當鎂合金與具有低溫材料接觸時，合金中的鎂就會迅速地固化。
熱套管曾被采用過，但加過熱的套管的溫度不像金屬的液相溫度那樣熱，這是由于套管是和一個鑄模相連，而且鑄模的溫度又必須低于金屬的固相溫度。鑄模的溫度必須充分地低于被熔化金屬的固相溫度，以產(chǎn)生足夠的固化率。也就是說說，固化率反映出每一操作循環(huán)所需的時間。注入套管的熔化金屬所具有的溫度，遠高于金屬的固相溫度，以便遏制套管中的冷卻。這在加熱的能量成本方面是一個缺點。
冷室型設備在套管內(nèi)，位于柱塞頭部和鑄模進料口之間形成一圈厚的、作為鑄件一部分的環(huán)形板，它通常被稱為板片。當鑄模被打開，從鑄模中拉出鑄件之后，該板片即從鑄件上被割除下來而再循環(huán)使用?？墒?，有時該板片大于產(chǎn)品。這對于金屬的使用不利，因為這樣使用金屬有著巨大的再循環(huán)成本。
于熱室型設備情況，在熔爐的熔化金屬內(nèi)浸沉有一個注射機構(gòu)。被注射的熔化金屬的溫度被保持在其液相溫度之上。該注射機構(gòu)具有一個帶柱塞的注射缸，一個鵝頸形腔室(gooseneck chamber)和一個位于該腔室末端的噴嘴。熔化金屬經(jīng)過一條鵝頸形通道(gooseneck passage)再通過一個噴嘴被注射到成型腔內(nèi)，而不需形成環(huán)形板。這是熱室型模鑄設備的優(yōu)點。
熱室型設備超過冷室型設備的另一個優(yōu)點，是在于每一操作循環(huán)所用的時間。如前所述，在冷室型設備中，鑄件是由注射到閉合的鑄模之間的鑄型腔內(nèi)的熔化金屬所形成，而且一直到該鑄件被冷卻成為固體。分開鑄模，并拉出鑄件，然后把潤滑噴涂到分開的鑄模上再重新閉合鑄模。從而鑄模準備就緒可以開始下一操作循環(huán)。當鑄模閉合時，即當鑄模準備就緒而可開始下一個操作循環(huán)時，熔化金屬才被注入注射套管中，因為注射套管直接與鑄模連通，從而熔化金屬不致從鑄模的進料開口處滴漏出來。
另一方面，熱室型模鑄設備利用注射柱塞返回到其充滿位置，而把熔化金屬注入鵝頸和注射缸系統(tǒng)內(nèi)。熔化金屬的供應是通過注射缸上的一個開口或充注口。在冷卻注射在鑄模內(nèi)的熔化金屬的同時，通過傾斜鵝頸形腔室來進行噴嘴的定位。噴嘴的鵝頸形系統(tǒng)中的熔化金屬，當鑄模打開時，有流回到熔化爐的傾向，以達到液體靜壓液位。在把熔化金屬注入鵝頸和注射缸系統(tǒng)內(nèi)時，由于被注射到閉合的鑄模內(nèi)的金屬同時也在冷卻，因此熱室型設備一個操作循環(huán)所用的時間，與冷室型模鑄設備相比而可以縮短。
但熔化金屬在鵝頸的噴嘴段處的固化，以及在從噴嘴和鑄澆口處的滴漏，對于熱室型模鑄設備仍然是有一些問題。眾所周知，當柱塞縮回時將在注射機構(gòu)中建立起真空?？墒?，一旦縮回的塞縮經(jīng)過位于注射缸上、從熔化爐供應熔化金屬的開口或充注口，由于熔化爐處于大氣壓力下，真空立即被破壞。因此，熔化金屬被吸回注射缸內(nèi)，而且當鑄件固化和鑄模分開時，鵝頸和噴嘴也均完全被充滿熔化金屬。
當鑄件冷卻時，極大多數(shù)情況下在噴嘴內(nèi)都會存在有熔化金屬。當對噴嘴末梢處的冷卻加以適當?shù)目刂?，如在模鑄工業(yè)中所理解者，噴嘴末梢處的金屬就會形成半固態(tài)。該所形成的半固態(tài)金屬會像堵塞物那樣起作用，當鑄模被分開時可防止熔化金屬從噴嘴處滴漏出來。如果冷卻不充分，當鑄模分開時在噴嘴末梢處以及在鑄澆口處的金屬仍舊是液態(tài)，從而會發(fā)生滴漏。另一方面，如果過分冷卻，在噴嘴末梢內(nèi)的金屬固化并與鑄澆口凍結(jié)在一起，當鑄模分開后，鑄件將會被卡在固定模內(nèi)。
美國第3,123,875、3,172,174、3,270,378、3,474,875和3,491,827號專利提議利用柱塞的返回沖程或逆沖程在鵝頸中建立起真空，從噴嘴和鑄澆口最末梢處把熔化金屬抽吸回來。這些專利揭示了一些附著在注射缸上的機構(gòu)以及一種柱塞系統(tǒng)，以便用來始終保持所建立的真空可以完整無損，一直到鑄模被分開并將固化的鑄件從固定模的鑄澆口撤出之后。
熱室型模鑄設備中的一些問題，是由浸沉在熔化爐熔化金屬中的一種沉重的注射機構(gòu)所引起。帶有一個鵝頸形腔室和一個注射缸系統(tǒng)的注射機構(gòu)難以清潔干凈。而且一些被磨損的柱塞環(huán)和套管也難以更換。一個磨損的柱塞環(huán)和套管由于泄漏也會使的注射壓力降低，從而導致所注射入熔化金屬體積與鑄型腔不協(xié)調(diào)。該不協(xié)調(diào)注射體積也就會產(chǎn)生質(zhì)量不穩(wěn)定的鑄件。
根據(jù)注射系統(tǒng)的布置情況，模鑄設備還可以分為水平的(通常稱臥式的)和垂直的(通常稱立式的)。在臥式模鑄設備中，為了沿水平方向把熔化金屬注射到鑄模內(nèi)，而把注射系統(tǒng)作水平布置。在立式模鑄設備中，為了沿垂直方向把熔化金屬注射到鑄模內(nèi)，而把注射系統(tǒng)是作垂直布置。
常規(guī)的立式模鑄設備通常是垂直布置的冷室型設備，它具有和上述冷室型設備相同的優(yōu)缺點。可是，立式模鑄設備的一個特點是熔化金屬的進料口可以位于垂直的注射室的頂部。但這樣的布置對于臥式的設備就不能應用。在美國第4,088,178和4,278,935中揭示了一些鑄造機械，這些機械中有一根豎立的澆鑄套管可旋轉(zhuǎn)地被安裝在一塊基板上，并與垂直位置略有偏斜，以便接受熔化金屬。為了替代把熔化金屬供應到澆鑄套管，日產(chǎn)汽車公司(Nissan Motors，亦稱尼桑汽車公司)在美國第4,347,889號專利中揭示了一種垂直模鑄機械，其中有一根向下移動的垂直澆鑄套管并在該套管內(nèi)嵌有一個固態(tài)的金屬塊。該嵌入的金屬塊則利用高頻感應線圈來使之熔化。這些設備所帶來的問題，是在于它們的結(jié)構(gòu)復雜性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例涉及一種注射成型設備，它含有一個熔化爐；一個位于該熔化爐中、并含有一臺泵的金屬供應系統(tǒng)；一個從該熔化爐到該金屬供應系統(tǒng)的金屬第一進料口；一個垂直的、適合于把液態(tài)金屬注射到成型模內(nèi)的注射機構(gòu)；以及一個從該金屬供應系統(tǒng)到該垂直注射機構(gòu)的第二金屬進料口。
本發(fā)明的另一個實施例涉及一種注射成型方法，它包括把固態(tài)金屬供應到一個熔化爐內(nèi)；在該熔化爐內(nèi)把該固態(tài)金屬熔化成液態(tài)；把該液態(tài)金屬從該熔化爐經(jīng)過一個第一金屬進料口供應到一個位于該熔化爐內(nèi)的金屬供應系統(tǒng)；把該液態(tài)金屬從該金屬供應系統(tǒng)經(jīng)過一個第二金屬進料口泵送到一個垂直注射機構(gòu)內(nèi)；以及把該液態(tài)金屬從該垂直注射機構(gòu)注射到一個位于該垂直注射機構(gòu)上方的鑄模內(nèi)。
本發(fā)明的另一個實施例涉及一種注射成型設備，它含有一個熔化爐；一個包含一臺泵和一條管道的金屬供應系統(tǒng)；一個從該熔化爐到該金屬供應系統(tǒng)的金屬第一進料口；一個適合于把液態(tài)金屬注射到鑄模內(nèi)的注射機構(gòu)，以及一個從該金屬供應系統(tǒng)的管道到該注射機構(gòu)的第二金屬進料口；一個處于橫跨該管道位置的三通閥門，以及一個與該閥門可操作地相連接的閥門驅(qū)動器。該閥門驅(qū)動器適合于把該閥門相對于該管路垂直地移動到一個第一垂直位置，以容許液態(tài)金屬從該熔化爐流到該管道內(nèi)；把該閥門相對于該管路垂直地移動到一個第二垂直位置，以容許液態(tài)金屬從該管道流向該第二金屬進料口，以及把該閥門移動到一個第三位置，以容許液態(tài)金屬從該注射機構(gòu)流向一個排放口。
本發(fā)明的另一個實施例涉及一種注射成型設備，它含有一個熔化爐；一個由一臺齒輪泵和一條位于該熔化爐內(nèi)的管道所組成的金屬供應系統(tǒng)；一個從該熔化爐到該齒輪泵的第一金屬進料口；一個適合于把液態(tài)金屬注射到一個鑄模系統(tǒng)內(nèi)的注射機構(gòu)；以及一個從該金屬供應系統(tǒng)的管道到該注射機構(gòu)的金屬第二進料口。
本發(fā)明的另一個實施例涉及一種把液態(tài)金屬注射到成型模的方法，它包括把液態(tài)金屬供應到一個垂直的注射室內(nèi)，該注射室含有一個注射柱塞和一個注射噴嘴；向前推進該注射室內(nèi)的該注射柱塞，以一個第一速率把該注射室內(nèi)的空氣驅(qū)出；通過向前推進該注射桶內(nèi)的注射柱塞，以一個大于該第一速率的第二速率把液態(tài)金屬注射到一個成型腔內(nèi)；以及通過退縮該注射柱塞，在至少一個鑄模閘門處、在一個鑄模鑄澆口處、或者在該噴嘴的末梢處，把熔化的或半固態(tài)的金屬吸回該注射室內(nèi)。
本發(fā)明的另一個實施例涉及一種注射成型系統(tǒng)，它包括一個注射室，而該注射室還含有一個注射噴嘴；以及一個鑄模系統(tǒng)，該鑄模系統(tǒng)還含有一個第一鑄模，一個第二鑄模和一個在該第一鑄模內(nèi)的鑄澆口襯套。該注射噴嘴與該鑄澆口襯套的形狀應如此地構(gòu)造，致使該注射噴嘴與該鑄澆口襯套接觸時，它們之間的接觸面積大致上是一維的。
本發(fā)明的另一個實施例涉及與某一注射成型設備在一起使用的一種垂直成型模系統(tǒng)，該注射成型設備則包含一個在噴嘴內(nèi)的注射桶終端。該成型模系統(tǒng)則含有一個固定的下鑄模；一個可移動的上鑄模；一個位于至少一個下鑄模和上鑄模內(nèi)的鑄型腔，；以及一個位于該下鑄模內(nèi)的鑄澆口襯套。該成型模系統(tǒng)還至少含有以下一個特點(a)一個在該下鑄模內(nèi)與該鑄澆口襯套相連通的開口，而且該開口的直徑大于該注射桶的直徑；(b)一塊閘板，它適合于在該上鑄模和該下鑄模分開時把該注射噴嘴蓋住，在把該注射噴嘴蓋住的期間，該閘板被置于該上鑄模與該下鑄模之間；以及(c)一個往復穿梭托盤，它適合于在該上鑄模和該部鑄模分開時把鑄件從該鑄型腔內(nèi)卸走，在鑄模分開的期間，該往復穿梭托盤被置于該上鑄模與該下鑄模之間。
本發(fā)明的另一個實施例涉及一種注射成型方法，它包括把所供應的原料注射到一個位于注射噴嘴中的垂直注射桶終端內(nèi)；把一個垂直成型模系統(tǒng)閉合起來(該垂直成型模系統(tǒng)含有一個固定的下鑄模；一個可移動的上鑄模和一個位于至少一個下鑄模和上鑄模內(nèi)的鑄型腔；以及一個位于該下鑄模內(nèi)的鑄澆口襯套，一個位于該下鑄模內(nèi)并與該鑄澆口襯套連通的開口)；升高該注射桶致使該注射噴嘴與該鑄澆口襯套相接觸，并使該注射桶至少有一部分位于該下鑄模內(nèi)的該開口中；把原料從該注射桶注射到該鑄型腔內(nèi)；升高該上鑄模打開該垂直成型模系統(tǒng)；移動一塊介于該上鑄模和該下鑄模之間的閘板，把該注射噴嘴蓋住；從該鑄型腔卸走鑄件；在這些步驟移動閘板并卸走鑄件，把閘板移動離開該注射噴嘴并從該上部鑄模和該下部鑄模之間退出來，下降該垂直注射桶致使該注射噴嘴不再和該鑄澆口襯套接觸，完成之后，再把成型噴腔涂上潤滑劑。
圖1A為按照本發(fā)明的一個實施例的一種注射成型設備的概略側(cè)示圖。
圖1B為按照本發(fā)明的一個實施例的一種注射成型設備的概略前示圖。
圖2A為按照本發(fā)明的一個實施例的一種注射成型設備的概略側(cè)示圖，用來說明按照本發(fā)明的一個實施例的一種注射成型方法。
圖2B為按照本發(fā)明的一個實施例的一種注射成型設備的概略前示圖，用來說明按照本發(fā)明的一個實施例的一種注射成型方法。
圖3A-3C為按照本發(fā)明的一個實施例的一個三通閥門的概略示圖，用來說明(A)該閥門的一個第一設定位置；(B)該閥門的一個第二設定位置；該閥門的一個第三設定位置。
圖4A為按照本發(fā)明的一個實施例的一個垂直注射桶和一個注射噴嘴的概略示圖。
圖4B為按照本發(fā)明一個對比示例的一個處于關(guān)閉狀態(tài)的注射噴嘴的示圖。
圖5A、5B和5C為按照本發(fā)明的一個實施例的一種閘板機構(gòu)的概略示圖，包括(A)概略側(cè)示圖；(B)概略俯示圖；(C)概略后示圖。
圖6A、6B和6C為用來說明使用圖5A閘板機構(gòu)使用方法的一些示圖，包括(A)概略側(cè)示圖；(B)概略俯示圖；(C)詳細側(cè)示圖。
圖7A、7B和7C為按照本發(fā)明的一個實施例的一種模鑄系統(tǒng)的一些示圖，包括(A)概略側(cè)示圖，(B)概略前示圖，(C)詳細側(cè)示圖；而圖7D則為帶有處于打開狀態(tài)的成型模的詳細側(cè)示圖。
圖8A、8B和8C為按照本發(fā)明的一個具有齒輪泵的實施例的一些示圖，包括(A)概略側(cè)示圖；(B)概略前示圖；(C)詳細示圖。
具體實施例方式如1A、1B、2A和2B所描述的，本發(fā)明的一個實施例是一種帶水平鑄模布置的垂直的模鑄設備。該模鑄設備含有一個熔化爐1，一個鑄造原料的供應系統(tǒng)2，一個垂直的注射機構(gòu)3和一個沿水平方向布置的成型?；蜩T模系統(tǒng)4。
熔化爐具有一個加熱室11和一個提供煤氣火焰或其它供熱設施進入的開口12。為了把鑄造金屬16保持在液態(tài)，一個熔化坩鍋13被安裝在加熱室11內(nèi)。熔化坩鍋13最好利用隔板14隔成兩個分開的貯槽A和B。熔化坩鍋13用一塊絕緣金屬板55蓋住。此外，對于容易氧化的原料，例如一些鎂合金，最好還再引入惰性氣體，例如氬氣或六氟化硫(SF6)。貯槽A用來熔化通過開口17所供應的金屬錠或金屬顆粒，開口17由門19蓋住。潔凈的熔化(即液態(tài))金屬16通過隔板14下部的開口15流入貯槽B，熔化金屬16于該處被保持在最適宜該金屬鑄造的溫度，例如高于液相的溫度。另外，隔板還可含有只容許液態(tài)金屬通過而不容許固態(tài)金屬通過的網(wǎng)孔濾器。
熔化金屬16的溫度用熱電偶來測量。供熱設施的熱輸出根據(jù)所反饋來測定溫度加以調(diào)節(jié)。熔化金屬16在熔化坩鍋13內(nèi)的液位用一個液位傳感器18來確定，并利用控制通過開口17所供應的金屬體積而把液位保持在某一范圍內(nèi)。熔化金屬16的液位控制，最好是通過把一個懸浮的金屬錠拉下到熔化金屬中，或通過使開口17上方的輸送機每次移送金屬錠或金屬顆粒僅運行一段預先所確定的時間，或根據(jù)對于從液位傳感器18送來的信號所作的響應用手工把固態(tài)原料饋送入開口17內(nèi)。
鑄造金屬供應系統(tǒng)2附著在一塊板20上，而且含有一個其內(nèi)插有一個計量柱塞23的計量套管21，一個三通閥門22，一條管道38以及一條與鵝頸<形構(gòu)造>相對應的管道24。系統(tǒng)2的下部浸沉在熔化金屬16內(nèi)，從而保持金屬供應系統(tǒng)2中熔化(即液態(tài))金屬16的溫度與熔化坩鍋13中所熔化的鑄造金屬16的溫度相同。所以，熔化坩鍋13中貯槽B內(nèi)鑄造金屬16的液位，必須適當?shù)爻鑫挥谥坠?1內(nèi)的計量柱塞23的注滿位置。
三通閥門22的一些功能，概略地示于圖3中。三通閥門22最好由一個含有三條通道39A、39B和39C、能適合于沿著和在相鄰管道24和38內(nèi)金屬流動方向相垂直的方向移動的圓柱形管狀物來組成。閥門22也可以具有其它適當?shù)拈y門結(jié)構(gòu)和配置。把第一管道38和第二管道24相互平行部分連通起來的第一通道39A，最好與第一管道38和第二管道24平行部分內(nèi)的金屬流動方向平行。第二通道39B最好至少含有一個部分相對于第一管道38內(nèi)的金屬流動方向作1到90度的傾斜。例如，第二通道39B為沿著具有20到70度傾斜的對角線方向的通道。通道39B把第一金屬進口40與第一管道38連通起來，而且第一管道38與泵23可操作地連通。第三通道39C至少含有一個部分，它相對于第二管道24內(nèi)的金屬流動方向作1到90度的傾斜。例如，第三通道39C具有一個水平部分和一個垂直部分。第三通道39C與一個通向第二管道24的排放口連通。
三通閥門用來改變鑄造金屬流動用的一些通道。一開始(參見圖3B)，計量柱塞23位于注滿位置，此時開口27位于該計量柱塞的上方，開口28位于該計量柱塞的下方。當計量柱塞23下降到如圖3A中所示的位置，熔化金屬則經(jīng)過開口27、28流入計量柱塞的上方。當計量柱塞23向上移動，在計量柱塞23頂部的熔化金屬16被提高，并從該兩開口27、28流出，最后和熔化坩鍋13內(nèi)的熔化金屬16處于相同的液位。
由于熔化金屬從兩個開口27、28的流動，計量柱塞23也被加熱到與熔化坩鍋13內(nèi)熔化金屬16同樣的溫度。因此，計量柱塞23的溫度對于計量套管21內(nèi)的熔化金屬16的溫度并無影響。另外，加熱器是附著在管道24的四周并高于熔化金屬16的液位，考慮鑄造的執(zhí)行情況而把管道24內(nèi)的熔化金屬16保持在某一溫度。管道24優(yōu)先采用的一些加熱器為線圈加熱器或鎧裝加熱器。
當三通閥門22的第一設定位置，閥門驅(qū)動器26使三通閥門22降低到一個第一位置，從而第一通道39A經(jīng)過第一管道38、第二管道24和連通口37把柱塞套管21可液體流動地與注射桶31連通，以容許熔化金屬從計量柱塞流向注射桶31內(nèi)的開口33。計量柱塞23然后被下降迫使金屬從套管21通過管道38、閥門22、管道24和開口33流入室31。在向室31供應熔化金屬之后，閥門驅(qū)動器26被提升到一個第二位置，直至第二通道39B使進料開口40與第一管道38連通，以容許熔化金屬從熔化坩鍋13經(jīng)過開口40流到套管21內(nèi)。當計量柱塞23退縮，就建立起抽吸負壓，把熔化金屬16從熔化坩鍋13吸入計量套管21。
正常運行期間只使用兩個通道，即第一通道39A和第二通道39B。但有必要拆下供應系統(tǒng)2進行保養(yǎng)維修時，可把三通閥門22置于第三位置。在此位置，第二管道24與排放口57連通。此時，注射桶31和第二管道24內(nèi)的熔化金屬16被排空而流到熔化坩鍋13內(nèi)。
注射機構(gòu)3被附著在基板30上，支撐鑄造金屬供應系統(tǒng)2用的板20也被固定在基板30上。由于注射機構(gòu)3和鑄造金屬供應系統(tǒng)2皆剛性地附著在基板30上，該兩部件(即注射機構(gòu)3和鑄造金屬供應系統(tǒng)2)毋須移動熔化爐1即可同時上下移動。雖然兩塊板20、30如所說明的那樣剛性地把部件2和3互相附著在一起，但它們也可以用其它的附著設備來替代。例如一塊或多塊板、一些桿件或一些夾頭都可以用來把部件2和3互相附著在一起。因此管道24上沒有彎曲力作用，從而供金屬供應系統(tǒng)2的材料可從各種不同材料中選用，包括適合于輕金屬注射，例如鎂合金或鋁合金注射用的陶瓷材料在內(nèi)。注射機構(gòu)3是由一個帶連通口37的注射桶31，一個位于注射桶31內(nèi)的注射柱塞32，以及一個位于注射桶31頂部的注射噴嘴35所組成。鑄造金屬16經(jīng)過在連通口37處與管道24連通的金屬進料口33被灌注到注射桶31內(nèi)。連通口37下傾到管道24，從而在緊急狀態(tài)，注射桶31內(nèi)的鑄造金屬16可通過三通閥門22被排放返回到熔化坩鍋22。這在圖3C中有所說明。
如圖4A、4B所示，注射桶31由加熱器311a、311b、311c和311d來加熱，把所要注射的金屬16保持在高于其液相溫度。另外，注射桶的連通口37則由加熱器311e來加熱。加熱器311a、311b、311c和311d被分成若干段，因此每個加熱器可保持在某一不同的溫度，而且注入的鑄造金屬16可被保持在最佳的注射溫度。每個加熱器皆可獨立地根據(jù)對于從相應的熱電偶312a、312b、312c和312d來的信號所作的響應進行控制，這些熱電偶分別嵌在注射桶31和噴嘴35的壁內(nèi)。注射桶的連通口的加熱器311e則由熱電偶312e進行控制。
注射系統(tǒng)3和注射柱塞32最好分別由一個液壓缸74和一個液壓缸活塞75來驅(qū)動。但任何具有能力把注射系統(tǒng)3和注射柱塞32升高的設備也都可以采用。一些示范性的設備包括(但也不僅僅局限于)機械的、電氣的、和氣動的設備，以及它們的某種組合的設備。
最好把噴嘴的溫度保持得高于金屬的液相溫度。其溫度加熱得高于金屬液相溫度的噴嘴35，由于熱傳導而被冷卻，特別是當噴嘴35和具有與鑄模系統(tǒng)4的鑄模42、43相同溫度的鑄澆口襯套41?？恳黄饡r。鑄模的溫度遠低于金屬的固相溫度。這是由于高的生產(chǎn)率要求澆鑄入的金屬必須迅速地在成型腔或鑄型腔44內(nèi)固化。因此，噴嘴35被冷卻是由于從噴嘴35經(jīng)過鑄澆口襯套41到鑄模42、43的熱傳導。噴嘴35冷卻率與從噴嘴35傳遞到鑄模42、43的熱損失率相對應。這(即所傳導的熱量大小)取決于熱的梯度，接觸面積和熱傳遞的持續(xù)時間。噴嘴35的溫度是作為金屬鑄造條件之一來加以確定，而鑄模42、43的溫度則主要是根據(jù)生產(chǎn)率來加以確定。其根本差別是在于它們的溫度梯度。所以噴嘴35與鑄澆口襯套41之間的接觸面積必須最小化，最好使它們的接觸為如圖4A所示的線接觸85A，以替代如圖4B所示的面接觸85B。換言之，噴嘴35和鑄澆口襯套41應做成如此的形狀，以便當噴嘴與鑄澆口襯套接觸時，噴嘴和鑄澆口襯套接觸之間的接觸面積大致上是一維的(即由于它們相互接觸而形成的線或環(huán)所具有的寬度，沿噴嘴的長度方向等于或小于1毫米)。噴嘴35和鑄澆口襯套41的半徑差和角度差，應分別小于1毫米和1度，而且這兩部分?？吭谝黄鸬臅r間應盡可能地縮短。
一個鑄?；虺尚湍Ｏ到y(tǒng)4位于注射機構(gòu)3的上方。在圖1A和4A中，鑄模系統(tǒng)4水平地放置于該系統(tǒng)內(nèi)，一個固定鑄模42和一個可移動鑄模43被固定在各自的鑄模塊上。每個鑄模上皆固定有一個鑄澆口襯套41，如41a和41b。一個成型腔或鑄型腔44最好是雕刻在固定鑄模42上，而且一個帶有一些脫模銷(圖中未示出)的彈射器板被附著在可移動鑄模43的后側(cè)。彈射器板利用一個液壓缸(圖中未示出)使之向前移動或退縮。
在鑄澆口襯套41的下方，一個閘門6被附著并固定在固定鑄模42上。閘門6的詳細情況將在圖5A-5C中描述。閘門6含有一塊閘門板61，它具有一個附件62，導向桿63即插于其內(nèi)。閘門板61由一個與附件62相連接的液壓缸64驅(qū)動，閘門板61停留在返回位置時，在此階段，注射桶31上升而且噴嘴35和鑄澆口襯套41相接觸。當注射桶31被向下拉，而且噴嘴35和鑄澆口襯套41脫離接觸時，閘門6被驅(qū)動向前滑動并停于噴嘴35上方的位置。閘門6防止噴嘴35因固化的金屬顆粒的墜落，或在鑄模被分開而處于打開位置時因潤滑劑噴射到鑄模上而損壞。
如圖1A所示，熔化爐1和帶有固定在基板30上的鑄造金屬供應系統(tǒng)2的注射機構(gòu)3被安置在滑動板5上。由于一對鑄模的高度，或厚度是隨著鑄件的尺寸而變化，因此注射桶31頂部的噴嘴35的位置可通過滑動板5來調(diào)節(jié)，使之與鑄模42、43的接受原料的鑄澆口襯套41對齊。
優(yōu)先實施例的注射模鑄設備的操作逐步解說如下。在下面的敘述中，該操作是從已經(jīng)完成鑄造金屬注射的那個時候開始。
于鑄造操作的第一階段，鑄模42、43閉合，而且噴嘴35與鑄模42、43上的鑄澆口襯套41?？吭谝黄稹Ｗ⑸渲?2處于最高位置并把開口33堵塞住，因此在注射桶31與鑄造金屬供應系統(tǒng)2之間沒有金屬流動。為了鑄模內(nèi)的熔化金屬16(特別是閘門內(nèi)金屬，鑄型腔44于該閘門處最薄)盡快地有時間固化(對于一些鎂合金，固化時間通常等于或小于1秒)，注射柱塞32迅速地在注射桶31內(nèi)退縮到中間位置，把在鑄澆口襯套41以及噴嘴開口36內(nèi)的熔化或半固態(tài)的金屬吸回到注射桶31內(nèi)。由于把噴嘴末梢內(nèi)的金屬吸回，可防止噴嘴35處結(jié)渣或是形成堵塞。另外，任何被吸回的半固態(tài)金屬都將在注射桶31內(nèi)再熔化。開口36對于本設備具有重大意義，因為它容許注射桶31內(nèi)的空氣可從該開口排除掉。
為了避免噴嘴35進一步地冷卻，于吸回熔化或半固態(tài)的金屬之后，應立即驅(qū)使注射桶31下降。注射柱塞32以某一降低了的速率繼續(xù)退縮(該降低的速率小于吸回熔化或半固態(tài)金屬時的速率)，一直到注射柱塞32的頭部正好來到通至注射桶31下部上面的管道24的開口33的上方，從而開口24因注射柱塞32的緣故仍保持被堵住或被關(guān)閉。另一替代方案是，于執(zhí)行吸回熔化或半固態(tài)金屬之后，可把注射柱塞32在注射桶31保持于中間位置，一直到柱塞32被向下移動得低于開口33，使露出開口33以接受從金屬供應系統(tǒng)2來的熔化金屬。
注射桶31退縮的距離最好小于10毫米，由于要求該退縮距離小于10毫米，金屬供應系統(tǒng)2也要在坩鍋13內(nèi)縮進。由于固化金屬傾向于堆積在金屬供應系統(tǒng)2的浸沉部分從熔化金屬16的水平面開始上行的那個區(qū)域，為了愈發(fā)更加有利，該退縮移動的距離應小于5毫米。
閘門61然后被驅(qū)動并移到位于噴嘴35的上方，以防止噴嘴頭部被滴上從鑄模滴漏出來的熔化金屬。由于熱傳導已停止，并且由于嵌入噴嘴頭部的熱電偶312a也感測到該減小的溫度而把噴嘴35的加熱器311a的電源接通，于是噴嘴的溫度開始升高。在下一注射循環(huán)開始之前，噴嘴的溫度又回復到所設定的溫度。熱電偶的感測端，最好位于能探測到噴嘴真實溫度的地方。如圖4B所示，該感測端應盡可能地接近于噴嘴的開口36。這個過程是本發(fā)明的另一個具有優(yōu)點的方面。
在第二階段中，鑄件在鑄模的鑄型腔內(nèi)被冷卻和固化。與所鑄造的鑄件的尺寸和厚度有關(guān)，固化時間從等于或小于1秒到約為10秒。然后把鑄模分開，并使可移動鑄模43上的鑄件被彈射到一個滑運道上或用自動機(robot)卸走。清潔鑄模表面并把潤滑劑噴涂到鑄模42、43上。
在此時期，供應系統(tǒng)2至少部分地，最好是全部浸沉在已熔化的鑄造金屬16中，并通過退縮計量柱塞23直到它退到“充滿”位置，把已熔化的鑄造金屬16吸入計量套管內(nèi)。如圖3B所示，熔化的鑄造金屬16是利用與熔化坩鍋連通的三通閥門22而進入柱塞套管21。當計量柱塞23行經(jīng)計量柱塞套管21上部的開口28時，熔化的鑄造金屬16的抽吸即被完成，而且，計量柱塞套管21內(nèi)的壓力因之改變成大氣壓力。沒有開口28，本設備也照樣可以工作，但具有該開口，則可以保證在計量柱塞套管21內(nèi)沒有空氣被剩下。
然后，如圖3A所示，三通閥門把與熔化坩鍋13連通的通道39B關(guān)閉，并經(jīng)過通道39A把套管21與管道24接通。如圖2A所示，注射柱塞32向下移動，而且開口33被打開以接受來自供應系統(tǒng)2的鑄造金屬16。通過把計量柱塞23向下推動一段與某一所需注射體積相對應的距離，迫使鑄造金屬16進入注射桶31。鑄造金屬16的精確計量是本設備的另一優(yōu)點，因為它可減小或消除由于成型腔或鑄型腔44內(nèi)的鑄造金屬16體積過多、壓力過大而在鑄件四周發(fā)生凸瘤。鑄件上的那些凸瘤將會使再生產(chǎn)性和操作可靠性降低，而且凸瘤還會出乎意料之外地使得鑄模42、43被卡住，引起鑄造金屬16泄漏的麻煩。凸瘤能致使鑄模42、43的部分表面產(chǎn)生凹坑或發(fā)生變形，引起以后的鑄件上產(chǎn)生更厚、更大的凸瘤。鑄件上沒有凸瘤，它于鑄造后的機加工成本也可以降低。
為了達到精確的計量，本設備的金屬供應系統(tǒng)2最好不在高壓下進行操作，而且不用高速率來迫使鑄造金屬16進入注射桶31。高壓和高速率，是造成熱室型模鑄機內(nèi)柱塞泵笨重和計量不準確的原因。于完成鑄造金屬16的計量后，立即緩慢地使注射柱塞32向上移動，并在開口33被關(guān)閉時停止注射柱塞32移動。
在第三階段，使鑄模42、43嚙合并設置于閉合位置。閘門6向后移動，并利用液壓缸74向上推動注射桶31一直到噴嘴35穩(wěn)固地?？吭阼T模42、43上面的鑄澆口襯套41上。因為系統(tǒng)2利用板30被附著在注射桶31上，故至少應把金屬供應系統(tǒng)2部分地從熔化坩鍋13中提升出來。然后利用液壓系統(tǒng)75驅(qū)使注射柱塞32緩慢地上升，由噴嘴開口36把鑄造金屬16上方的空氣驅(qū)除掉，并由雕刻在鑄模42、43上的排放槽(圖中未示出)通過鑄型腔44把空氣排放出去。注射柱塞32在把注射桶31內(nèi)的空氣排放出去時的位置可根據(jù)注射桶31以及所計量的鑄造金屬16的體積通過計算來預先確定。
另一替代方案，可以在噴嘴與鑄澆口襯套41停靠在一起之前把空氣排放出去，以便減少制造鑄件的加工時間。最好在進行另一加工過程的同時把空氣從注射桶31內(nèi)驅(qū)除掉。例如在第二階段中，當鑄模42、43處于打開位置、而且鑄件已被卸除并將鑄模清潔干凈噴上潤滑劑時，可驅(qū)使注射柱塞32緩慢地上升由噴嘴開口36把鑄造金屬16上方的空氣驅(qū)除掉。注射桶向上移動的距離、注射桶的體積、經(jīng)過計量進入注射桶內(nèi)的金屬的數(shù)額、以及注射桶和注射柱塞的位置利用控制系統(tǒng)，例如計算機，加以程序化和控制，以防止金屬于驅(qū)除空氣的同時由噴嘴開口36處溢出。
已有技術(shù)的模鑄方法中，堵塞住噴嘴的結(jié)渣是朝著鑄模的成型腔方向被吹除掉，而且壓縮空氣會隨同鑄造金屬一起被注射入鑄型腔。不論是堵塞屑?；蛘呤强諝?，如果它們被俘獲到鑄造金屬內(nèi)，都會使得鑄件的外表美觀性和物理性質(zhì)降低。因此以上關(guān)于第一階段所述及的吸回半固態(tài)金屬的工藝過程是一個優(yōu)點，因為它可避免把堵塞屑粒和空氣引入鑄型腔44。一旦注射柱塞32處于預先所確定的、從注射桶31內(nèi)排除空氣的位置，注射柱塞32的速率立即被加快，從而鑄造金屬16被注射入鑄型腔44。然后注射柱塞32被減速并停止下來。注射柱塞32在朝著注射目標方向減速，可以防止注射柱塞32撞到注射桶31的上端。
雖然鑄造金屬的體積經(jīng)過精密地計量，而且鑄造金屬的溫度也嚴格地被控制，但注射柱塞32在注射結(jié)束時的位置，由于以下一些出乎意料之外的因素而會有所波動(1)由于在注射桶32<4>和/或柱塞表面上的熔化金屬內(nèi)沉淀有雜質(zhì)而使摩擦增加；(2)由于經(jīng)過一些活塞環(huán)(圖中未示出)的泄露所造成的注射壓力損失。在本設備中，注射柱塞32的位置最好用固定在注射柱塞桿上的電位計加以檢測或測量。當注射完成后，將所檢測到的注射柱塞位置與所需要的正常位置進行比較，并利用一個計算電路將該位置差變換成鑄造金屬的體積。由于把計量柱塞23被放低了一段距離和/或把注射柱塞32被放低了一段距離，就會發(fā)射一個信號給金屬供應系統(tǒng)2。根據(jù)計量柱塞23向下移動的距離可精確地計量出已供應到注射桶31內(nèi)鑄造金屬的體積數(shù)額。
本發(fā)明的另一個實施例，它包含一個帶有垂直鑄模布置的水平的模鑄設備。如圖6A-C的一個圖所闡述的，其中一個熔化爐1、一個鑄造金屬供應系統(tǒng)2和一個垂直的注射機構(gòu)3都與前面的實施例相同。在這個實施例中，一個鑄模系統(tǒng)4被垂直地布置，而且一個鑄澆口襯套41位于固定的下鑄模42內(nèi)，一塊帶有脫模銷的彈射板則被附著在一個位于固定的下鑄模42上面的可移動的上鑄模43上。注射桶31可經(jīng)過鑄模塊45上的開口46上、下移動，同時鑄模塊內(nèi)的開口46的直徑大于注射桶31的直徑。一塊閘門6位于鑄模42、43的后面，而一個往復穿梭托盤7則位于鑄模42、43的一側(cè)。如有需要，閘門6和往復穿梭托盤7的位置也可布置得與上述情況相反。這個實施例的操作情況與前面圖1A和2A中帶有水平布置的鑄模的實施例相同。當鑄模被打開時，鑄件與固定鑄模分離，而留在可移動鑄模43上，而且閘門6和往復穿梭托盤7被驅(qū)使向前。閘門6可防止噴嘴頭部不致沾上噴涂潤滑劑的噴霧。往復穿梭托盤7則接受由脫模銷所彈射出來的鑄件，并且把鑄件從鑄模區(qū)域搬走。在這個實施例中的鑄澆口，構(gòu)造得大于帶有水平布置的鑄模的那個實施例中的鑄澆口。
本發(fā)明的另一個實施例示于圖7A-D中，此處注射桶31只到達一個固定在固定鑄模43表面上鑄澆口襯套41處。這個實施例中的鑄澆口的長度，比圖6實施例中的短，因的而所形成的鑄澆口的體積也有所減少。
示于圖6A、7A中的一種采用垂直鑄模系統(tǒng)的注射成型方法敘述如下。把熔化金屬供應到注射噴嘴35內(nèi)的垂直注射桶31的終端中。閉合垂直成型系統(tǒng)(即垂直鑄模系統(tǒng))并升高垂直注射桶，使注射噴嘴35與鑄澆口襯套41相接觸，而且垂直注射桶31至少有一部分位于下鑄模42內(nèi)的開口46中。把金屬從注射桶31注射到鑄型腔內(nèi)。降低注射桶31，使注射噴嘴35與鑄澆口襯套41脫離接觸。升高上鑄模43打開垂直成型系統(tǒng)。如圖6C所示，把閘板61移動到介于已升高的上鑄模43與下鑄模42之間蓋住注射噴嘴35，如圖6C和7D所示。在閘板61被移動到介于鑄模之間的之前或之后，皆把往復穿梭托盤7提供到位于升高的上鑄模43與下鑄模42之間。把脫模銷伸到上鑄模43中，使鑄件從上鑄模43中卸出并墜落到往復穿梭托盤7上。通過把其上盛有鑄件的往復穿梭托盤7從上、下鑄模之間退出(即退到鑄模的旁側(cè))，如圖7A所示，于是鑄件即從鑄型腔中被卸走。于該移開閘板和卸走鑄件的步驟之后，把鑄模清潔干凈并噴上潤滑劑。然后，把閘板61從注射噴嘴處移開，并從上鑄模42與下鑄模43之間退出(即被移動鑄模的后面)，如圖6B所示。閉合鑄模42、43，并為下一個注射步驟作好準備。
本發(fā)明再另一個實施例闡述于圖6A-8C內(nèi)。在這個實施例中，鑄造金屬供應系統(tǒng)2含有一個齒輪泵221，與前面一些實施例中的柱塞泵不同。此外，這個實施例不用前面一些實施例中的三通閥門22。這個實施例的一個令人樂于采用的方面，是齒輪泵221由電動機223來驅(qū)動。利用一根電動機桿222把動力傳遞到齒輪泵221。齒輪泵221被接通動力，就把熔化金屬16供應到注射桶31。當有足夠的鑄造金屬供應到注射桶31，只要簡單地把齒輪泵221的動力切斷。在這個實施例中，由于不需要充注計量套管21，因而也不需要三通閥門22。
應當指出以上所述的一些實施例的設備的那些元件，在適當組合的情況下可互換地使用。例如，圖8的齒輪泵221可以與圖6A和7A垂直布置的鑄模組合在一起使用。
前面關(guān)于本發(fā)明的敘述的提出，僅是為了解說和描述的目的。并不企圖以此形式來毫無遺漏地揭示本發(fā)明的一切內(nèi)容，或者把本發(fā)明僅局限于該形式之內(nèi)，而且按照本發(fā)明的學說，或通過對本發(fā)明的實踐所獲得的知識，本發(fā)明還可能有若干種修改型和變種。一些附圖和描述只是選來解釋本發(fā)明的一些原理。這意味著本發(fā)明所涉及的范圍是由本申請書所附的那些權(quán)利要求，或某些相當?shù)奈募泶_定。
權(quán)利要求
1.一種注射成型設備，它含有一個熔化爐；一個位于該熔化爐內(nèi)的金屬供應系統(tǒng)，該金屬供應系統(tǒng)含有一臺泵；一個從該熔化爐至該金屬供應系統(tǒng)的第一金屬進料口；一個適合于把液態(tài)金屬注射入一個成型模的垂直注射機構(gòu)；以及一個從該金屬供應系統(tǒng)至該垂直注射機構(gòu)的第二金屬進料口。
2.權(quán)利要求1的設備，其中該金屬供應系統(tǒng)剛性地附著在該垂直注射機構(gòu)上；而且該金屬供應系統(tǒng)可移動地設置在該熔化爐內(nèi)。
3.權(quán)利要求2的設備，還含有一個毋須移動該熔化爐，即可垂直地移動該垂直注射機構(gòu)和該金屬供應系統(tǒng)的驅(qū)動器設施。
4.權(quán)利要求2的設備，還含有一個驅(qū)動器與該垂直注射機構(gòu)可操作地連接，它并且適合于在不移動該熔化爐的情況下，可以垂直地移動該垂直注射機構(gòu)和該金屬供應系統(tǒng)。
5.權(quán)利要求2的設備，其中該垂直注射機構(gòu)含有一個朝向垂直方向的注射桶，該注射桶包含一個注射柱塞和一個位于該注射桶頂部的噴嘴。
6.權(quán)利要求4的設備，其中該泵含有一個位于一個套管內(nèi)的計量柱塞；而且該金屬供應系統(tǒng)含有一條位于該熔化爐內(nèi)的管道，該管道具有一個第一端部和一個第二端部，其中該第一端部與該套管可操作地連通，而該第二端部與該第二金屬進料口可操作地連通。
7.權(quán)利要求6的設備，還含有一個位于該管道內(nèi)的三通閥門；以及一個閥門驅(qū)動器與該閥門可操作地連接，而且該閥門驅(qū)動器適合于垂直地把該閥門移動到一個容許液態(tài)金屬從該熔化爐流到該套管內(nèi)的第一位置；移動到一個容許液態(tài)金屬從該計量柱塞流向該第二金屬進料口的第二位置，以及移動到一個容許液態(tài)金屬從該注射桶流到排放口的第三位置。
8.權(quán)利要求5的設備，其中該泵由齒輪泵組成；該第一金屬進料口位于該齒輪泵內(nèi)；而且該金屬供應系統(tǒng)含有一條位于該熔化爐內(nèi)的管道，該管道具有一個第一端部和一個第二端部，其中該第一端部與該齒輪泵可操作地連通，該第二端部與該第二金屬進料口可操作地連通。
9.權(quán)利要求5的設備，還含有一個閘門可滑動地附著在該噴嘴上方，而且該閘門適合于可再移動地蓋住該噴嘴。
10.權(quán)利要求2的設備，還含有一塊第一連接板把該垂直注射機構(gòu)剛性地連接到該金屬供應系統(tǒng)上，因此在該垂直注射機構(gòu)作垂直移動期間，該垂直注射機構(gòu)可提升該金屬供應系統(tǒng)進出該溶化爐。
11.權(quán)利要求1的設備，其中該熔化爐含有一個位于加熱室內(nèi)的熔化坩鍋；該熔化坩鍋由一塊隔板分隔成兩部分，該隔板適合于容許液態(tài)金屬有選擇地從第一部分流到第二部分；而且通過一根環(huán)境保護的惰性氣體管為該熔化坩鍋內(nèi)提供充有惰性氣體的環(huán)境。
12.一種注射成型方法，它包括把固態(tài)金屬供應到熔化爐內(nèi)；在該熔化爐內(nèi)把該固態(tài)金屬熔化成液態(tài)金屬；把該液態(tài)金屬通過一個第一金屬進料口，從該熔化爐提供到一個位于該熔化爐內(nèi)的金屬供應系統(tǒng)中；把該液態(tài)金屬通過一個第二金屬進料口，從該金屬供應系統(tǒng)泵送到一個垂直注射機構(gòu)中；以及把該液態(tài)金屬從該垂直注射機構(gòu)注射到一個位于該垂直注射機構(gòu)上方的鑄模內(nèi)。
13.權(quán)利要求12的方法，還包括于該注射步驟之前，把該垂直注射機構(gòu)和該金屬供應系統(tǒng)提升到成型模處；以及于該注射步驟之后，下降該垂直注射機構(gòu)和該金屬供應系統(tǒng)離開該成型模。
14.權(quán)利要求13的方法，其中于該泵送步驟期間內(nèi)，該金屬供應系統(tǒng)至少有一部分被浸沉在已蓄存于該熔化爐內(nèi)的該液態(tài)金屬中；以及該提升步驟包括提升該垂直注射機構(gòu)，致使該垂直注射機構(gòu)至少部分地被提升出該熔化爐之外，而毋須提升該熔化爐。
15.權(quán)利要求13的方法，其中該注射步驟包括以某一第一速率向前推進該垂直注射機構(gòu)中一個注射柱塞，而該垂直注射機構(gòu)還含有一個垂直注射桶。
16.權(quán)利要求15的方法，還包括退縮該注射桶中的該注射柱塞，把殘留在至少一個澆鑄口或噴嘴末梢中的金屬吸回該注射桶內(nèi)。
17.權(quán)利要求16的方法，還包括測量該已向前推進的注射柱塞的位置；將所測得的位置與所需要的位置進行比較；根據(jù)比較結(jié)果的位置差，把所需要的液態(tài)金屬<補充>供應到該注射桶內(nèi)。
18.權(quán)利要求16的方法，其中該垂直注射機構(gòu)下降是發(fā)生于該吸回殘留金屬步驟之后，以便把所吸回的殘留金屬再熔化為液態(tài)。
19.權(quán)利要求18的方法，還包括感測在該注射噴嘴末梢處的金屬溫度；根據(jù)對所感測到的溫度的響應，把該注射噴嘴加熱到高于該注射噴嘴處金屬的液相溫度，因此該注射噴嘴內(nèi)不致形成固態(tài)堵塞物。
20.權(quán)利要求15的方法，還包括以某一低于該第一速率的第二速率向前推進該注射柱塞，把該注射桶內(nèi)空氣排出，以及防止熔化金屬于該泵送步驟之前和于該注射步驟之后，經(jīng)過該第二金屬進料口而流動。
21.權(quán)利要求12的方法，其中該金屬供應系統(tǒng)含有一條管道；一個設置在一個套管內(nèi)的計量柱塞，它用來泵送該熔化金屬，而該套管則與該管道可操作地連通；當該計量柱塞退縮時，利用由該熔化爐經(jīng)過該第一金屬進料口將液態(tài)金屬吸入該套管中的抽吸負壓，把熔化金屬供應到該套管內(nèi)；而且當該計量柱塞向前推進、由該管道經(jīng)過該第二金屬進料口供應液態(tài)金屬時，把該熔化金屬供應到該垂直注射機構(gòu)。
22.權(quán)利要求21的方法，其中該套管包含一個通向該熔化爐的第一開口，該第一開口位于該計量柱塞最大退縮位置和最大推進位置之間；把該計量柱塞退縮到位于該開口的上方，把液態(tài)金屬抽吸到該套管內(nèi)；而且把該計量柱塞向前推進到位于該開口的下方，經(jīng)過該第二金屬進料口來供應液態(tài)金屬。
23.權(quán)利要求22的方法，其中該套管包含一個第二開口，它位于具有最大退縮的計量柱塞的上方；當該計量柱塞下降時，熔化金屬經(jīng)過該兩開口流入該計量柱塞上方的該套管內(nèi)。
24.權(quán)利要求22方法，還包括把處于橫跨該管道位置的三通閥門垂直地移動到一個第一位置，以容許液態(tài)金屬從該熔化爐流到該套管內(nèi)；把三通閥門垂直地移動到一個第二位置，以容許液態(tài)金屬在計量柱塞退縮到該開口上方步驟之后，從該計量柱塞流向該第二金屬進料口；以及把三通閥門垂直地移動到一個第三位置，以容許液態(tài)金屬從該垂直注射機構(gòu)流到排放口。
25.權(quán)利要求12的方法，其中一個齒輪泵用來泵送液態(tài)金屬；該第一金屬進料口位于該齒輪泵內(nèi)；該金屬供應系統(tǒng)含有一條位于該熔化爐內(nèi)的管道；而且該齒輪泵從該管道經(jīng)過該第二金屬進料口，把液態(tài)金屬泵送到該垂直注射機構(gòu)中。
26.一種注射成型設備，它含有一個熔化爐；由一臺泵、一條第一管道和一條第二管道所組成的一個金屬供應系統(tǒng)；一個從該熔化爐到該金屬供應系統(tǒng)的第一金屬進料口；一個注射機構(gòu)，它適合于把液態(tài)金屬注射到一個成型模；一個從該金屬供應系統(tǒng)的管道至該注射機構(gòu)的第二金屬進料口；一個位于該第一管道和該第二管道之間的三通閥門；以及一個閥門驅(qū)動器與該閥門可操作的連接，并適合于把該閥門垂直地移動到一個相對于該第一管道的第一垂直位置，以容許液態(tài)金屬從該熔化爐流到第一管道內(nèi)；垂直地移動到一個相對于該第一管道的第二垂直位置，以容許液態(tài)金屬從該第一管道經(jīng)過該第二管道流向該第二金屬進料口；以及垂直地移動到一個第三位置，以容許液態(tài)金屬從該注射機構(gòu)流到一個排放口。
27.權(quán)利要求26的設備，其中該三通閥門由一個含有三條通道的圓柱管狀物所組成，并適合沿著垂直于在鄰近該三通閥門的管道內(nèi)金屬流的方向作移動。
28.權(quán)利要求27的設備，其中一條與該第一管道及該第二管道內(nèi)金屬流方向平行的第一通道，而且把該第一管道和該第二管道的平行部分相互連通；該第二通道至少有一部分相對于該第一管道內(nèi)金屬流的方向傾斜1到90度，以便使該第一金屬進料口與該第一管道連通，而該第一管道還與該泵可操作地連通；以及該第三通道至少包含一部分相對于該第二管道內(nèi)金屬流的方向傾斜1到90度，以便相對于該第二管道橫向地把該排放口與該第二管道連通。
29.權(quán)利要求26的設備，其中該泵含有一個位于一個套管內(nèi)的計量柱塞；該金屬供應系統(tǒng)含有一條位于該熔化爐內(nèi)的管道，該管道具有一個第一端部和一個第二端部，其中該第一端部與該套管可操作地連通，而該第二端部與該第二金屬進料口可操作地連通；而且該注射機構(gòu)由一個垂直注射機構(gòu)所組成。
30.一種注射成型設備，它含有一個熔化爐；一個由一臺齒輪泵和一條位于該熔化爐內(nèi)的管道所組成的金屬供應系統(tǒng)；一個從該熔化爐至該齒輪泵的第一金屬進料口；一個適合于把液態(tài)金屬注射到一個鑄模系統(tǒng)注射機構(gòu)；以及一個從該金屬供應系統(tǒng)的管道至該注射機構(gòu)的第二金屬進料口。
31.權(quán)利要求30的設備，其中該注射機構(gòu)由一個垂直的、含有一個注射柱塞的注射桶所組成。
32.一種把液態(tài)金屬注射到一個鑄型腔的方法，它包括把液態(tài)金屬供應到一個垂直注射室內(nèi)，該垂直注射室含有一個注射柱塞和一個注射噴嘴；以某一第一速率向前推進該注射室內(nèi)的注射柱塞，把該注射室內(nèi)的內(nèi)空氣驅(qū)除；利用以某一大于該第一速率的第二速率向前推進該注射桶內(nèi)的注射柱塞，把液態(tài)金屬注射到一個鑄型腔內(nèi)；以及退縮該注射柱塞從至少一個成型模的澆鑄口或注射噴嘴末梢把熔化金屬或半固態(tài)金屬吸回到該注射室內(nèi)。
33.權(quán)利要求32的方法，還包括在該注射步驟之前把該注射室升高到該成型模處；以及在該注射步驟和該退縮注射柱塞步驟之后，降低該注射室離開該成型模。
34.權(quán)利要求33的方法，其中該驅(qū)除空氣的步驟發(fā)生在該升高注射室的步驟之前或之后。
35.權(quán)利要求32的方法，還包括感測該注射噴嘴末梢處金屬的溫度；以及根據(jù)對所感測的溫度的響應，把該注射噴嘴加熱到高于金屬的液相溫度，因而在該注射噴嘴內(nèi)不致形成固態(tài)堵塞物。
36.權(quán)利要求32的方法，其中把液態(tài)金屬供應到一個垂直注射室的步驟包括把固態(tài)金屬供應到一個熔化爐內(nèi)；在該熔化爐內(nèi)把該固態(tài)金屬熔化成液態(tài)金屬；把該液態(tài)金屬從該熔化爐經(jīng)過一個第一金屬進料口，供應到位于該熔化爐內(nèi)的一個金屬供應系統(tǒng)內(nèi)；以及把該液態(tài)金屬從該金屬供應系統(tǒng)經(jīng)過一個第二金屬進料口，泵送到該垂直注射室內(nèi)。
37.一種注射鑄造系統(tǒng)，它含有一個包含一個注射噴嘴的注射室；一個成型系統(tǒng)，它包含一個第一鑄模，一個第二鑄模和一個在該第一鑄模內(nèi)的澆鑄口襯套；此處該注射噴嘴和該澆鑄口襯套做成如此的形狀，以致當該噴嘴與該澆鑄口襯套接觸時，該噴嘴與與該澆鑄口襯套之間的接觸面積大致是一維的。
38.權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中該注射噴嘴的頭部和該澆鑄口襯套之半徑差和角度差至少分別為1毫米和1度。
39.權(quán)利要求38的系統(tǒng)，其中該接觸面積組成一個環(huán)，它沿該噴嘴長度方向所具有的寬度等于或小于1毫米。
40.一種與某一注射成型設備組合一起使用的垂直成型系統(tǒng)，而該注射成型設備則含有一個位于一個注射噴嘴內(nèi)注射桶終端。該垂直成型系統(tǒng)含有一個固定的下鑄模；一個可移動的上鑄模；該下鑄模和該上鑄模至少有一個，其內(nèi)設置有一個鑄型腔；以及此處該鑄造系統(tǒng)還至少具有一個以下的特點(a)一個位于該下鑄模內(nèi)、且與該澆鑄口襯套連通的開口，該開口所具有的直徑大于該注射桶的直徑；(b)一塊閘板，當該上鑄模和該下鑄模被分離開時，它適合把于該注射噴嘴蓋住，此處該閘板，當它把該注射噴嘴蓋住時，則被置于該上鑄模和該下鑄模之間；以及(c)一個往復穿梭托盤，當該上鑄模和該下鑄模被分離開時，它適合于把鑄件從該鑄型腔處卸走，此處該往復穿梭托盤，當該上鑄模和該下鑄模被分離開時，則被置于該上鑄模和該下鑄模之間。
41.權(quán)利要求40的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)所含有的、位于該下鑄模內(nèi)的開口與該澆鑄口襯套連通，該開口所具有的直徑大于該注射桶的直徑。
42.權(quán)利要求40的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)所含有的該閘板，當該上鑄模和該下鑄模被分離開時，它適合于把該注射噴嘴蓋住，此處該閘板，當它把該噴嘴蓋住時，則被置于該上鑄模和該下鑄模之間。
43.權(quán)利要求40的系統(tǒng)，此處該系統(tǒng)包括當該上鑄模和該下鑄模被分離開時，該往復穿梭托盤適合于把鑄件從該鑄型腔處卸走，此處該往復穿梭托盤，當該上鑄模和該下鑄模被分離開時，則被置于該上鑄模和該下鑄模之間；以及一個含有若干脫模銷的彈射器板被置于該上鑄模并面向該鑄型腔。
44.權(quán)利要求40的系統(tǒng)，此處該系統(tǒng)具有前述特點(a)、(b)、(c)中的任何兩個特點。
45.權(quán)利要求40的系統(tǒng)，此處該系統(tǒng)具有前述特點(a)、(b)、(c)中所有的三個特點。
46.一種注射成型方法，它包括把所供應的原料注射到位于一個噴嘴內(nèi)的一個垂直注射桶終端內(nèi)；閉合由一個固定的下鑄模和一個可移動的上鑄模所組成的一個垂直成型系統(tǒng)，該下鑄模和該上鑄模至少有一個，其內(nèi)設置有一個鑄型腔，一個澆鑄口襯套被設置在該下鑄模內(nèi)，而且一個位于該下鑄模內(nèi)的開口與該澆鑄口襯套連通；升高該垂直注射桶，使該注射噴嘴與該澆鑄口襯套接觸，而且該垂直注射桶至少有一部分被置于該下鑄模內(nèi)的該開口中；把原料從該垂直注射桶注射到該鑄型腔內(nèi)；降低該垂直注射桶，使該注射噴嘴不再與該澆鑄口襯套接觸；升高該上鑄模，打開該垂直成型系統(tǒng)；移動介于該下鑄模和該上鑄模之間的閘板，把該注射噴嘴蓋?。粡脑撹T型腔卸走鑄件；于該移動閘板及卸走鑄件步驟之后，用潤滑劑噴涂該鑄型腔；移動該往復穿梭托盤離開該注射噴嘴，并從該上鑄模和該下鑄模之間退出來。
47.權(quán)利要求46的方法，其中卸走鑄件的步驟包括把一個往復穿梭托盤提供到該上鑄模和該下鑄模之間；伸出該上鑄模內(nèi)的脫模銷，使鑄件與該上鑄模脫離嚙合而墜落到該往復穿梭托盤上；以及移動該盛有鑄件的往復穿梭托盤，使之從該上鑄模和該下鑄模之間退出來。
48.權(quán)利要求46的方法，其中原料由某一種液態(tài)金屬組成。
全文摘要
一種注射成型設備，它由一個熔化爐和一個位于該熔化爐內(nèi)的金屬供應系統(tǒng)所組成。該金屬供應系統(tǒng)含有一臺泵。該注射鑄造設備還含有一個從該熔化爐到該金屬供應系統(tǒng)的第一金屬進料口，和一個適合于把液態(tài)金屬注射到一個鑄模系統(tǒng)內(nèi)的垂直注射機構(gòu)。該注射成型設備還含有一個從該金屬供應系統(tǒng)到該垂直注射機構(gòu)的第二金屬進料口。
文檔編號B22D17/04GK1572395SQ20041004423
公開日2005年2月2日 申請日期2004年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者平井林治, 深田久幸, 長田雄治 申請人:高田株式會社