專利名稱：模塑低熔點(diǎn)金屬合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用在固-液共存溫區(qū)表現(xiàn)出觸變性質(zhì)的金屬原材料模塑低熔點(diǎn)金屬合金，例如鎂合金、鋁合金等的方法。
背景技術(shù)：
模塑鎂合金的方法包括下列步驟在液相線溫度或者更高溫度下將金屬原材料熔化成液態(tài)合金；使所得的液態(tài)合金向下流到傾斜的冷卻板上，快速冷卻合金至半熔化的金屬狀態(tài)；在儲罐中將半熔化的金屬合金保持在固-液共存溫區(qū)，形成具有觸變性質(zhì)的金屬漿料(半固體)；澆鑄所述金屬漿料形成潛在具有觸變性質(zhì)的金屬原材料；使用注入裝置加熱這種半熔化金屬狀態(tài)的金屬原材料；并將加熱的金屬原材料注入鑄模中，從而將材料模塑成物品，同時積累加熱的金屬原材料。
此外，作為鎂合金等的模塑裝置，公知以下裝置其包括具有端部開口噴嘴的圓筒外圍加熱裝置，并且向裝熔融金屬的圓筒((heatingholding cylinder)加熱貯料筒)中施用處于觸變狀態(tài)的金屬材料，在其端部形成與所述噴嘴開口連接的計量室，當(dāng)其中積累金屬材料時其直徑降低，然后在通過內(nèi)部注射柱塞前后運(yùn)動計量金屬材料后，將金屬材料注入鑄模中。
上述的相關(guān)技術(shù)在日本特許公開(Laid-Open)專利申請第2001-252759號和第2003-200249號中公開。
在固-液共存溫區(qū)表現(xiàn)出觸變性質(zhì)的半固體材料由于液相和細(xì)球形固相的共存而具有低粘度的流動性。因為在材料注入前必須保持觸變性，所以這種半固體材料被加熱至固-液共存溫區(qū)。因為即便在固-液共存溫區(qū)中的溫度下，隨著時間的推移固相生長，所以固相比例隨著時間推移而增加并且固相的密度增加，從而導(dǎo)致流動性降低。因此，優(yōu)選在允許的時間內(nèi)完成積累的半固體材料的注入。
當(dāng)完成所述半固體材料的模塑操作而在模塑結(jié)束后不排出所述材料時，固相繼續(xù)生長，直至半固體材料達(dá)到固相線溫度，因而半固體材料變成固體。即便固體再次被加熱至固-液共存溫區(qū)而成為半熔化的金屬狀態(tài)，因為曾經(jīng)生長的固相不會變小，所以固體不會返回至原來的具有觸變性的半固體材料，而是成為具有高粘度和極低流動性的半固體材料。因此，處于這種狀態(tài)半固體材料的注入是不可能的。
為了解決這種問題，應(yīng)該通過在模塑結(jié)束時重復(fù)注入操作而排出殘留的半固體材料。但是，即便在半固體狀態(tài)重復(fù)殘留半固體材料的注入，仍經(jīng)常會有一部分材料粘附到加熱貯料筒內(nèi)壁表面、注射柱塞等上。所述粘附材料在固-液共存溫區(qū)中下不會熔化。因此，當(dāng)供應(yīng)新材料而不除去粘附的材料，并且開始材料的模塑操作時，會引起粘附的材料磨損注射柱塞、堵塞等情況。因此，載熱的圓筒必須被加熱至液相線溫度或者更高溫度，在開始模塑前熔化并排出粘附的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種模塑低熔點(diǎn)金屬合金的新方法，其中即便在上述模塑操作結(jié)束時殘留的半固體材料仍以固態(tài)保留在加熱貯料筒中，也可以通過使用簡單的方法臨時模塑處于完全熔融金屬狀態(tài)的固體，來開始在固-液共存溫區(qū)中表現(xiàn)出觸變性質(zhì)的金屬材料的模塑。
通過模塑低熔點(diǎn)金屬合金的方法可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的，其包含下列步驟使用在固-液共存溫區(qū)表現(xiàn)出觸變性質(zhì)的金屬原材料作為模塑材料；加熱所述模塑材料至固-液共存溫區(qū)，形成處于固相和液相共存狀態(tài)的半固體材料；向加熱貯料筒中供應(yīng)所需量的所述半固體材料，并積累；以及通過從所述圓筒中一次注射而將所述半固體材料注入鑄模中，其中加熱貯料筒的溫度在模塑操作開始時升高至液相線溫度或更高，完全熔化所述加熱貯料筒中以固態(tài)殘留的先前模塑材料；供應(yīng)所述模塑材料并臨時模塑，同時降低加熱貯料筒的溫度至固-液共存溫區(qū)；然后在溫度達(dá)到固-液共存溫區(qū)后，開始正式模塑。可以在攪拌的同時實施殘留材料的熔化。
根據(jù)本發(fā)明，因為加熱貯料筒中以固體形式殘留的先前模塑材料在剛剛具有可以從加熱貯料筒中除去的粘度的完全熔融金屬狀態(tài)時就被臨時模塑，所以材料不會粘附到加熱貯料筒的內(nèi)壁表面、注射柱塞等上，并且對于注射柱塞前后運(yùn)動的流動阻力是極小的。結(jié)果，可以在較低的溫度下除去所有模塑材料。
此外，在本發(fā)明中在溫度上升開始后供應(yīng)模塑材料并且在供應(yīng)期間進(jìn)行上述的臨時模塑。因此，當(dāng)加熱貯料筒的溫度達(dá)到固-液共存溫區(qū)時，熔融的殘留材料被模塑材料所替代，并且在溫度達(dá)到固-液共存溫區(qū)后立即開始正式模塑。因此，可以進(jìn)一步縮短模塑的起動時間，并且與熔化且排出殘留材料，然后設(shè)定模塑溫度并供應(yīng)材料的情況相比，還降低了材料的損失。


圖1是可以采取根據(jù)本發(fā)明模塑方法的金屬模塑機(jī)實施方案的垂直剖視圖；及圖2是表示根據(jù)本發(fā)明模塑方法的模塑起動操作步驟的示意圖。
具體實施例方式
圖1中的附圖標(biāo)記1表示金屬模塑機(jī)。金屬模塑機(jī)1包括在筒體21的末端帶有噴嘴部件22的加熱貯料筒2、用于短柱狀模塑材料M的熔化供應(yīng)裝置3，以及加熱貯料筒2尾部上的注射驅(qū)動器4。
模塑材料M包括通過快速冷卻處于固-液共存溫區(qū)的熔融金屬和冷卻包含細(xì)球形固相的半熔融合金而獲得的柱狀的固體鑄件(也稱作圓棒)，并且包括半固體形式的低熔點(diǎn)金屬合金的金屬原材料，其在固-液共存溫區(qū)表現(xiàn)出觸變性質(zhì)。
加熱貯料筒2包括裝在筒體21中上側(cè)的供應(yīng)口中的熔化供應(yīng)裝置3，以及筒體外圍上的帶式加熱器的加熱裝置24。將加熱裝置24的溫度設(shè)在用作模塑材料M的低熔點(diǎn)金屬合金(例如鎂合金和鋁合金)的液相線溫度和固相線溫度之間的固-液共存溫區(qū)內(nèi)。
加熱貯料筒2在筒體的尾部連接在承載部件23上，并且和注射驅(qū)動器4一起與水平面成45度角傾斜。在與位于傾斜放置的加熱貯料筒2下面的噴嘴部件22的噴嘴開口相連通的端部內(nèi)部形成計量室25。向計量室25中以可突伸和縮回的插入方式安裝注射裝置26的注射柱塞26a，其通過注射驅(qū)動器4進(jìn)行伸縮運(yùn)動。所述可突伸和縮回的注射柱塞26a在包埋有密封圈的外圍上、在軸部分的周圍上包括止回閥26c，并且止回閥26c和軸部分之間的空隙形成半固體材料M1的流道(未顯示)。通過止回閥26c的尾端表面與注射柱塞尾部上密封圈之間的接觸和分離來實施流道的打開與關(guān)閉。
注射裝置26的桿26b可突伸和縮回地插入筒體中提供的攪拌裝置28的中空旋轉(zhuǎn)軸28b中，同時穿入筒體21上部的封閉件27中。此外，在旋轉(zhuǎn)軸28b端部的周圍安裝多個攪拌葉片28a。
熔化供應(yīng)裝置通過封閉長管體一端的內(nèi)徑而形成底部，并且包括熔化圓筒31，在其底部上裝有熔融金屬流通的小直徑供應(yīng)流道；安裝在熔化圓筒31外圍上帶有多個分區(qū)的加熱裝置32，例如帶式加熱器、感應(yīng)加熱器等；以及與熔化圓筒31上部垂直連接的供應(yīng)圓筒33。在加熱裝置32中，將用作模塑材料M1的低熔點(diǎn)金屬合金的溫度設(shè)在液相線溫度或更低溫度下。
注意在模塑材料是顆粒，例如碎片等的情況中，在供應(yīng)管道43的上端安裝料斗。
此外，通過將熔化圓筒31的底端插入筒體21上的材料供應(yīng)開口中，并且將供應(yīng)圓筒33連接到固定在承載部件23上的臂部件29上，使熔化供應(yīng)裝置3垂直安裝在加熱貯料筒2上，并且在加熱貯料筒2的熔融金屬的下部至內(nèi)部，以及熔化圓筒31的上部空間分別安裝惰性氣體(例如氬氣)填充管34a和34b。
在熔化供應(yīng)裝置3中，當(dāng)用于多次注射的模塑材料M從供應(yīng)管道31的上部開口滴到熔化管道31的底表面上時，模塑材料M通過來自熔化管道31外圍的加熱而熔化。但是，包括球形固相的模塑材料M逐漸從供應(yīng)通道31a流出，在完全熔化前以固相和液相共存的狀態(tài)流入筒體21中，并且在加熱至液相線溫度的加熱貯料筒2中積累為半固體材料M1。積累的半固體材料M1的溫度被保持在固-液共存溫區(qū)，直至在計量后半固體材料M1被注入模具。在模塑材料M是鎂合金(AZ 91D)的情況中，加熱裝置32的溫度被設(shè)在560℃至590℃，并且加熱貯料筒2的加熱裝置24被設(shè)在560℃至610℃。
注射柱塞26a在拉力作用下縮回，使一部分在加熱貯料筒2中積累的半固體材料M1經(jīng)過流道注入計量室25中，并且作為一次注射積累在計量室中。計量后，借助注射柱塞26a的受力突伸直接(或經(jīng)過熱流道)從噴嘴22向鑄模(未顯示)中注入半固體材料M1，形成所需形狀的物品。
半固體材料M1的固相含量隨溫度不同而不同。但是，不管固相和液相共存溫度之間的差值如何，隨著時間推移球形固相逐漸長大，因此固相含量增加并且液相中的固相密度也增加。在上述鎂合金中，在570℃保持合金30分鐘后固相含量變?yōu)?9％，并且盡管固相不斷生長，但是超過200微米的固相是少量的，并且觸變性質(zhì)得以保持。當(dāng)保持時間超過30分鐘時，超過200微米的固相含量增加，達(dá)到75％甚至更多，因而流動性降低。
加熱貯料筒2中積累的半固體材料M1與上述情況相同。如果積累時間在30分鐘以內(nèi)，可以順利地借助注射柱塞26a的受力縮回進(jìn)行計量和借助受力突伸將半固體材料注入鑄模中，而沒有任何問題。但是，當(dāng)積累時間過去30分鐘時，流動性降低，并且流道被大量生長的固相堵塞，以至于通過縮回注射柱塞26a向計量室25中送入半固體材料M1變的困難。因此，每次模塑的半固體材料M1的計量變得不穩(wěn)定，這會引起由于注入鑄模中的半固體材料量的缺少而造成注射不足。
如果所述半固體材料M1不被排出，從而不在模塑操作結(jié)束時除去，它會以固體形式(未顯示)殘留在加熱貯料筒中。因為這種固體通過退火長成較大的晶體，晶體的結(jié)構(gòu)是硬的并且晶體不能通過重新加熱至位于固-液共存溫區(qū)而得到利用。因此，需要在開始模塑時除去所述固體，以便可以通過供應(yīng)新的固體材料來模塑。
圖2表示從模塑操作開始至正式模塑開始的步驟。
首先，將殘留有先前模塑材料的加熱貯料筒2的溫度升高至液相線溫度或者更高。對于殘留材料為鎂合金(AZ 91D)的情況，溫度被升高到620℃至650℃，以至于殘留材料被完全熔化。然后，驗證在所述鎂合金的熔化過程中是否需要攪拌。如果需要，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動攪拌裝置27，進(jìn)行攪拌，從而加速熔化并且實施氧化物在熔融材料中的分散。如果所有的殘留材料都已完全熔化，將加熱貯料筒2的溫度降至固-液共存溫區(qū)內(nèi)(560℃至610℃)。
在溫度開始降低后，開始模塑材料的供應(yīng)并啟動臨時模塑。模塑材料的供應(yīng)通過用熔化圓筒31將模塑材料M熔化成半固體材料M1來實施。通過重復(fù)地縮回注射裝置26計量模塑材料和突伸注射裝置26將材料注入鑄模(未示出)中，來實施臨時模塑，直至加熱貯料筒2的溫度達(dá)到固-液共存溫區(qū)。因為降低溫度的時間較長，所以通過臨時模塑從加熱貯料筒的內(nèi)部除去了所有在該時間內(nèi)熔化的殘留材料，以至于用連續(xù)供應(yīng)的半固體材料M1替換所述材料。如果在半固體材料M1的替換后，加熱貯料筒2的溫度已經(jīng)處于固-液共存溫區(qū)，則開始正式模塑。
權(quán)利要求
1.一種模塑低熔點(diǎn)金屬合金的方法，其包括下列步驟使用在固-液共存溫區(qū)表現(xiàn)出觸變性質(zhì)的金屬原材料作為模塑材料；加熱所述模塑材料使其溫度處于固-液共存溫區(qū)，形成處于固相和液相共存狀態(tài)的半固體材料；向加熱貯料筒中供應(yīng)所需量的所述半固體材料，并積累；并通過從所述加熱貯料筒中一次注射而將所述半固體材料注入鑄模中，其中使加熱貯料筒的溫度在模塑操作開始時升高至液相線溫度或更高，使在所述加熱貯料筒中以固態(tài)殘留的先前模塑材料完全熔化；供應(yīng)所述模塑材料并臨時模塑，同時降低加熱貯料筒的溫度至固-液共存溫區(qū)；然后在溫度達(dá)到固-液共存溫區(qū)后，開始正式模塑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的模塑低熔點(diǎn)金屬合金的方法，其中在攪拌所述材料的同時熔化所述殘留材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模塑在固－液共存溫區(qū)內(nèi)表現(xiàn)出觸變性質(zhì)的低熔點(diǎn)金屬合金的方法。在所述方法中，使加熱貯料筒的溫度在模塑操作開始時升高至液相線溫度或更高。然后使在所述加熱貯料筒中以固態(tài)殘留的先前模塑材料完全熔化。此后，降低加熱貯料筒的溫度至固－液共存溫區(qū)。同時供應(yīng)模塑材料并進(jìn)行臨時模塑。在溫度達(dá)到固－液共存溫區(qū)后，開始正式模塑。通過本發(fā)明，解決了在注射模塑開始時遇到的加熱貯料筒中殘留材料的問題。
文檔編號B22D17/00GK1660522SQ200510052168
公開日2005年8月31日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者安在和夫, 武居晃司, 山崎孝 申請人:日精樹脂工業(yè)株式會社