用于压铸过程的金属浇注方法 |
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| 申请号 | CN201510029387.8 | 申请日 | 2015-01-21 | 公开(公告)号 | CN104785745A | 公开(公告)日 | 2015-07-22 |
| 申请人 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司; | 发明人 | D.D.格特施; B.A.奧尔里奇; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了用于 压铸 过程的金属浇注方法。一种用于将熔融金属从桶传递到压铸压射套筒的方法以及一种桶和压射套筒组件。联接到压射套筒的桶和可旋转设备都被制成为绕各自的轴线旋转，以此方式在用来自桶的熔融金属重 力 填充压射套筒期间减少空气夹带和 氧 化物膜夹杂物。在优选的形式中，桶中的 喷嘴 的旋 转轴 线与优选地放置在 水 平填充方向上的压射套筒可旋转设备的 旋转轴 线垂直。喷嘴被配置成当使桶绕其轴线从第一 位置 旋转到第二位置随后使其绕压射套筒的填充轴线从第一 角 位置旋转到第二角位置时传递熔融金属通过压射套筒的最低水平。在第二角位置处，压铸 柱塞 可以用已经传递到压射套筒的熔融金属填充 铸造 腔体。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种将熔融金属传递到压铸模具的方法，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 用于压铸过程的金属浇注方法技术领域[0001] 本发明一般涉及浇注用于铸造操作中的熔融金属的改进的方式，并且更具体来说，涉及通过使用结合浇注桶和压射套筒的连续旋转的压射套筒底部填充来最小化由于水平高压压铸机的压射套筒的填充导致的金属损坏。 背景技术[0002] 低工艺成本、精密的尺寸公差（近净成形）和平滑的表面抛光都是使得高压压铸（HPDC）成为广泛用于金属部件的大量生产的工艺的理想属性。举例而言，汽车工业中的制造商使用HDPC来生产用于发动机和变速器部件的近净成形铝合金铸件。在典型的HPDC工艺中，熔融金属通过两个金属传递步骤被引入到成形的模具腔体中：从桶到过滤器管（称为压射套筒）的（第一）低压倾斜浇注和到浇铸/铸造腔体中的（第二）高压注射（诸如当活塞在管中移动时）。 [0003] 铝合金铸件对熔融金属传递速度敏感。当传递速度太低时，可能导致未铸满和冷结；当传递速度太高时，湍流可能将空气或其他气体携入，这又可能导致氧化物形成以及形成当其与周围空气接触时氧化的表面熔融铝。两种氧化物的形成共同地称为浮渣。考虑到高速度是较高传递压力的固有部分，对较高速HPDC操作的担心（虽然对于大规模生产而言比其低速相应操作更加有效）尤其严重。携入的（即，双膜）和表面（即，顶层）浮渣与熔融金属的剩余部分混合并且随后与其一起凝固，这又导致不利地影响铸造部件的结构和机械性质的夹杂物和高孔隙度的区域。 [0004] 研究已显示，如果液体金属的速度足够高，则可能出现浮渣的携入的空气（即，双膜）变体，并且该速度被认为对于Al、Mg、Ti和Fe合金而言在0.45 m/s与0.5 m/s之间。参见例如坎贝尔铸件（Elsevier Butterworth-Heinemann，2003）。因此，需要将金属传递速度保持在此临界速度之下以显著地减少形成在铸件中的氧化物的数量。本发明的受让人所拥有并且全文以引用的方式并入本文的美国专利8,522,857证明将熔融金属从桶的传递位置与湍流和其他浮渣诱发事件的显著减少相关的额外研究。该方法使用侧浇注桶配置，该配置利用以下事实：桶底部的金属大体上没有浮渣和其他异物，以及在浇注池填充期间消除暴露的投入金属流。已经显示这种桶设计以传统的倾斜浇注模制工艺不可能的方式最小化湍流。虽然如此，仍需要额外的创新来充分利用HPDC压射套筒的填充中使用的侧浇注桶。 发明内容[0005] 针对以上背景，本发明的实施例通常涉及减少由于水平压铸压射套筒的重力填充导致的空气夹带和氧化物膜夹杂物的方法。根据本发明的第一方面，将熔融金属传递到压铸压射套筒的方法包括提供具有排放孔口（诸如分配喷嘴）的填充有熔融金属的桶，这样使得喷嘴或孔口限定穿过喷嘴形成的绕熔融金属流动方向的第一旋转轴线。将容器流体地放置于桶的下游并且相对于桶定向以使得其限定第二旋转轴线。在通过喷嘴在桶与容器之间建立流体联接之后，通过使桶绕第一旋转轴线旋转来将存在于桶中的熔融金属传递到容器，在此之后使容器绕第二旋转轴线旋转以允许可以配合在容器内的腔体、流动通道或相关室内的熔融金属的剩余部分被引入到其中。在这两次分开的旋转之后，已经传递到容器并且穿过容器的熔融金属通过压射套筒输送到流体联接的模具腔体中，其中显著减少形成浮渣的湍流。 [0006] 根据本发明的另一个方面，一种将熔融金属传递到压铸模具的方法包括提供具有限定第一旋转轴线的分配喷嘴的桶。同样地，将容器流体地放置于桶和模具之间并且相对于桶定向以使得流体联接至容器的可旋转接头限定第二旋转轴线。桶通过喷嘴和可旋转接头流体地联接至容器以使得包含在桶内的熔融金属的第一部分通过绕第一旋转轴线旋转桶被传递到容器。在此之后，通过绕第二旋转轴线旋转可旋转接头将熔融金属的第二部分从桶传递至容器，此后，已被传递至容器的熔融金属被输送至形成与容器流体连通放置的模具的一部分的模具腔体。 [0007] 根据本发明的又一个方面，一种将熔融金属传递到压铸模具的方法包括将熔融金属放置于配置成绕第一旋转轴线旋转的桶内。将容器流体地放置于桶与模具之间以使得与容器（或者是其一部分）联接的可旋转接头限定第二旋转轴线。由此，通过可旋转接头将桶流体地联接到容器以使得通过使桶绕第一旋转轴线旋转将来自桶的熔融金属的第一部分沿大体上水平的熔融金属传递通道传递到容器，在此之后通过使可旋转接头绕第二旋转轴线旋转来将熔融金属的第二部分沿大体上竖直的熔融金属传递通道传递。在此第二次传递期间，桶与旋转接头之间的刚性流体联接促进桶绕第二旋转轴线的行星运动。在此之后，已经传递到容器的熔融金属被输送到模具。 [0008] 本发明提供以下方案：1. 一种将熔融金属传递到压铸模具的方法，所述方法包括： 提供具有形成在其中的分配喷嘴的桶，所述喷嘴限定穿过其形成的绕熔融金属流动方向的第一旋转轴线； 提供流体地位于所述桶与所述模具之间的容器，所述容器相对于所述桶定向以使得其限定第二旋转轴线； 通过所述喷嘴将所述桶流体地联接到所述容器； 所述容器的初始填充操作期间通过使所述桶绕所述第一旋转轴线旋转来将所述熔融金属从所述桶传递到所述容器，随后使所述桶绕所述第二旋转轴线旋转以允许所述容器的随后填充；以及 将已经传递到所述容器的所述熔融金属输送到放置成与其流体连通的模具腔体中。 [0009] 2. 如方案1所述的方法，其中所述容器限定形成于其中的大体上圆柱形的填充通道。 [0010] 3. 如方案1所述的方法，其中所述容器包括流体地位于所述喷嘴与压射套筒之间的填充盖，其中所述填充盖能绕所述第二旋转轴线相对于所述压射套筒独立地旋转。 [0011] 4. 如方案3所述的方法，其中所述填充盖大体上布置在所述压射套筒的一个轴向末端上。 [0012] 5. 如方案3所述的方法，其中所述填充盖形成可旋转接头以使得所述桶绕所述第二旋转轴线的所述旋转通过所述可旋转接头发生。 [0013] 6. 如方案5所述的方法，进一步包括将所述可旋转接头流体地联接到所述桶，以使得在将所述熔融金属从所述桶传递到所述压射套筒期间大体上排除所述熔融金属暴露于周围大气。 [0014] 7. 如方案5所述的方法，其中在所述初始填充操作期间发生的所述传递通过形成在其中的孔口在大体上水平的定向上被引入到所述可旋转接头中。 [0015] 8. 如方案7所述的方法，其中在所述随后填充操作期间发生的所述传递通过所述孔口在大体上竖直的定向上被引入到所述可旋转接头中。 [0016] 9. 如方案3所述的方法，其中形成在所述填充盖中的熔融金属接收腔体和所述压射套筒限定所述容器。 [0017] 10. 如方案9所述的方法，其中所述压射套筒沿其充填通道在大体上水平方向上定向。 [0018] 11. 如方案1所述的方法，其中绕所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线的过程大体上彼此正交地发生。 [0019] 12. 如方案1所述的方法，其中绕所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线的运动通过自动机械控制。 [0020] 13. 如方案1所述的方法，其中在所述初始填充操作期间发生的所述传递在大体上水平定向上被引入到所述容器中。 [0021] 14. 如方案1所述的方法，其中在所述随后填充操作期间发生的所述传递在大体上竖直定向上被引入到所述容器中。 [0022] 15. 一种将熔融金属传递到压铸模具的方法，所述方法包括：提供具有形成在其中的分配喷嘴的桶，所述喷嘴限定穿过其形成的绕熔融金属流动方向的第一旋转轴线； 提供流体地位于所述桶与所述模具之间的容器，所述容器相对于所述桶定向以使得流体地联接到其的可旋转接头限定第二旋转轴线； 通过所述喷嘴和所述可旋转接头将所述桶流体地联接到所述容器； 将所述熔融金属收集在所述桶中； 通过使所述桶绕所述第一旋转轴线旋转将来自所述桶的所述熔融金属的第一部分传递到所述容器； 通过使所述可旋转接头绕所述第二旋转轴线旋转将来自所述桶的所述熔融金属的第二部分传递到所述容器；以及 将已经传递到所述容器的所述熔融金属输送到放置成与其流体连通的模具腔体中。 [0023] 16. 如方案15所述的方法，其中所述熔融金属的所述第一部分沿所述熔融金属的大体上水平流动方向传递到所述容器，并且其中所述熔融金属的所述第二部分沿所述熔融金属的大体上竖直流动方向传递到所述容器。 [0024] 17. 如方案15所述的方法，其中绕所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线的过程大体上彼此正交地发生。 [0025] 18. 如方案15所述的方法，其中所述容器包括大体上流体地位于压射套筒的熔融金属接纳端处的填充盖。 [0026] 19. 一种将熔融金属传递到压铸模具的方法，所述方法包括：将熔融金属放置于配置成绕第一旋转轴线旋转的桶内； 提供流体地位于所述桶与所述模具之间的容器，所述容器包括限定第二旋转轴线的可旋转接头； 通过所述可旋转接头将所述桶流体地联接到所述容器； 通过使所述桶绕所述第一旋转轴线旋转将来自所述桶的所述熔融金属的第一部分沿大体上水平的熔融金属传递通道传递到所述容器； 通过使所述可旋转接头绕所述第二旋转轴线旋转将所述熔融金属的第二部分沿大体上竖直的熔融金属传递通道传递；以及 将已经传递到所述容器的所述熔融金属输送到放置成与其流体连通的模具腔体中。 [0028] 本发明的优选实施例的以下详细描述可以在结合附图阅读时得到最佳理解，其中用相同的参考数字指示相同的结构并且其中：图1是根据现有技术的浇铸系统的简化图； 图2示出现有技术的湍流所产生的代表性双膜； 图3A和3B示出侧浇注桶在绕其偏心的浇注旋转轴线的两个不同角度定向上的透视图； 图4A至4C示出根据本发明的一个方面将来自图3A和3B的桶的熔融金属传递到压射套筒时的连续步骤；以及 图5A和5B示出在绕图4A至4C的压射套筒的流动旋转轴线的两个不同的角度定向上的填充盖的透视图。 具体实施方式[0029] 首先参照图1，在一个形式的HPDC中，可以使用流体地连接的通道的网络来将熔融金属输送到模具腔体；此网络通常称为浇铸（或装料）系统1。图中，对应于被制造的所描绘的压射设计的概念性部件是两腔体汽车滤油器转接器5，然而本领域技术人员将了解，在不损害本发明的性质的情况下，也可以使用与HPDC制造相容的任何其他部件。其中，浇铸系统1尤其可以包括压射套筒件10的末端、流道20以及铸造腔体浇口30。 [0030] 接下来参照图2，展示铝合金中多种形式的缺陷。在加热成液体（即，熔融）形式100之后，铝的各种流（例如，第一流110和第二流120以及液滴130）以不同的方式相互作用。当在含有氧气的环境中处理时，氧化物膜140可以形成在包括第一流110和第二流120以及液滴130的液体铝的外表面上。当来自相应第一流110和第二流120的两个氧化物膜 140相遇时，双膜170形成。双膜也在湍流引发的液滴降落于金属流上时形成，如在150所示。虽然双膜150、170是几乎每个铸造过程的固有部分，但是它们通常对于铸造机械性质无害，除非由于在两个单独流（第一流110和第二流120）以大角度（通常大于135度，其中一个流的飞溅动作倒塌至另一个流上从而在其之间形成腔体）相遇时的折叠动作导致氧化物膜140被夹带于合金块中，如在位置160所示。此形成可以对整体材料完整性和随后的铸造废品率具有显著影响。同样，夹带的气体180可以由液体金属的浇注动作形成，从而产生额外的夹带氧化物。如以上所提及，当以常规方式浇注液体金属或者迫使其进入模具或压射套筒中时，有可能困住大气泡。 [0031] 接下来参照图3A和3B，桶200包括主体202、空心内部204和用于接纳熔融金属100的开口206。开口206具有容纳浸渍操作（诸如到熔炉、浸渍井或相关设备中）同时允许在输送期间桶200将足够数量的熔融金属100保持在空心内部204中的尺寸。例如，开口 206可以是用于对空心内部204填充熔融金属100的大体上打开的顶部。作为一个非限制性示例，主体202可以是具有加帽端的部分圆筒的形式。根据需要也可以将其他形状用于主体202。 [0032] 主体202具有侧壁208，喷嘴210形成在该侧壁中。在一个形式中，喷嘴210可以与主体202的侧壁208整体形成。喷嘴210适于与主体202一起旋转。喷嘴210限定用于主体202的第一旋转轴线A。漏斗面板（未示出）形成主体202的与浇注喷嘴210相邻的部分的后壁214的一部分，并且可以用来在桶200旋转到图3B的第二位置时帮助将熔融金属100朝向喷嘴210引导。后壁214的定向可以使得当主体202绕旋转轴线A旋转到第二位置时其向下地形成角度，如图3B中所示。此外，由喷嘴210限定的旋转轴线A优选地从主体202的纵向轴线偏移，这样使得绕旋转轴线A的旋转运动相对于主体202的纵向轴线偏心。偏移允许主体202的侧面与喷嘴210相对，以便在主体202处于第二位置中时将熔融金属100的流动提高和形成角度到达喷嘴210。正如漏斗面板一样，当桶200绕轴线A从图 3A的第一位置旋转到图3B的第二位置时，成角度的后壁214可以由此将熔融金属100朝向喷嘴210引导。 [0033] 接下来参照图4A至4C，图3A和图3B的侧浇注桶配置通过在使桶200绕其第一旋转轴线A旋转之后使去往压射套筒、流动通道或相关流体输送容器300的流体传递通道绕第二旋转轴线（本文也称为流动旋转轴线）F旋转来增大。以此方式，熔融金属100从喷嘴210到压射套筒300的大体上水平的传递以减少常规竖直传递的湍流效应的方式发生；此布置促进低压/低速熔融金属100传递。因此，使用本发明的方法，熔融金属100可以在压射套筒300的最低点处被接触浇注，并且随后具有来自桶200的大大减少量的熔融金属经历旋转以传递到压射套筒300的受限环境中，这样使得构成套筒入口（下文更详细论述）的旋转接头或填充盖通过盖或接头中的一个或多个的旋转运动到达压射套筒300的顶表面或其附近。这允许底部填充系统；显然，推荐的金属填充速度在本发明的系统中被保持非常低（优选地低于0.5 m/s）。 [0034] 在操作中，桶200和压射套筒300的旋转顺序地发生。桶200可绕第一旋转轴线A旋转，以便在使桶200从第一位置（图3A中示出）旋转到第二位置（图3B中示出）时将熔融金属100从喷嘴210传递到压射套筒300的通常圆柱形的空心填充通道或腔体310中。桶200和压射套筒300的流体联接通过紧密联接来实现以便减少浇注的熔融金属100的溢出和与周围大气的意外接触。密封或相关装置（诸如通过垫圈等，未示出）可以用来提供喷嘴至容器流动通道与周围环境的额外隔离。图3B中的桶200的第二（即，浇注）位置被复制在图4A和4B中，图4A和4B示出填充有熔融金属100的压射套筒300的流动通道310。桶 200的偏心从桶200的最低点沿大体上水平的填充方向来填充压射套筒300，从而消除与竖直或有关的重力浇注系统相关的金属坠落。 [0035] 接下来结合图4C参照图5A和5B，本发明涉及绕两个正交自由度轴线A和F的旋转。为此，展示用作压射套筒300的入口的可旋转填充盖320的形式的联接系统。在一个形式中，填充盖320由H13钢制成并且被配置为可旋转接头，因为其在桶200与压射套筒300之间形成安全、大体上无泄漏的连接同时还允许绕第二旋转轴线F的旋转。虽然至少一些熔融金属100仍从桶200的喷嘴210大体上水平地流动，但是桶200和可旋转填充盖320（其通过（例如，夹持的、螺纹的、凹凸的等）联接件彼此刚性地固定以促进横跨接头的稳健的保持或密封）绕第二旋转轴线F可枢转地移动，如图4C中特别示出。通过使桶200与压射套筒300之间的组装连接旋转，形成在可旋转填充盖320中的进入孔口322被提升到压射套筒300的流动通道310内的金属水平之上。在一个形式中，填充盖320沿第二旋转轴线F从大体上水平定向旋转约90度到大体上竖直定向。这完成桶200中的熔融金属100的排出并且将进入孔口322定位到压射套筒300内的顶部（即，竖直）表面位置。尽管旋转整个压射套筒对于较大系统（其中，例如，压射套筒装有40磅的熔融铝并且涉及高达约14,000 psi的腔体压力）通常不可行，但是可以使用具有低铸造重量、压射尖端速度以及腔体压力的HPDC活动以使得可以旋转整个压射套筒（而非仅当前示出的填充盖320）。此配置也可以制造成与侧浇注桶200相容。 [0036] 因此，相对于必须旋转整个压射套筒300而言，可旋转接头320的使用促进便于桶200的稳健操纵，以此方式简化将熔融金属100传递到现有的压铸机。显然，在初始的水平引入到压射套筒300中期间以及在随后桶200旋转之后，维持了常规倾斜桶浇注过程的浇注效率同时最小化熔融金属100的湍流的形成。重要的是，本发明的方法还减少初始金属流面积和氧化物膜形成。 [0037] 应注意，如“优选地”、“共同地”以及“通常”的术语在本文并不用来限制所要求的发明范围或者暗示某些特征对所要求的发明的结构或功能是关键的、必要地或者甚至重要的。相反，这些术语仅意欲强调在本发明的特定实施例中可能利用或可能未利用的替代或额外特征。此外，术语“大体上”在本文用来表示可能归因于任何数量比较、值、测量或其他表示的不确定性的固有程度。因此，其可能表示在不会导致所讨论的主题的基本功能改变的情况下数量表示可以与所陈述的参考不同的程度。 |
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