專利名稱：在金屬模塑設(shè)備中熔化金屬原材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在模塑金屬的設(shè)備中熔化金屬原材料的方法，其中熔化通過澆鑄或擠出形成圓柱形狀的金屬原材料并且將其注入模具中，從而注模所需物品。
背景技術(shù)：
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，并且向通過降低與噴嘴口連接的計(jì)量室的直徑而在末端部分形成的裝熔融金屬的圓筒((heating holding cylinder)加熱貯料筒)中供應(yīng)顆粒金屬原材料，從而熔化并積累金屬材料，或者向裝熔融金屬的圓筒中供應(yīng)通過熔化爐熔化的熔融金屬并積累，從而計(jì)量熔融金屬，并借助裝熔融金屬的圓筒內(nèi)提供的注射柱塞的前后運(yùn)動(dòng)注入模具中(參閱日本特許公開(Laid-Open)專利申請(qǐng)第2003-200249號(hào))。
此外，公知以下澆鑄金屬物品的方法其在將通過冷卻金屬漿料澆鑄而成的圓柱形金屬原材料水平供入預(yù)熱的注入裝置中后，加熱積累在加熱室中的預(yù)熱材料至半熔化狀態(tài)并且通過吸入棒將累積的材料注入模具中(參閱日本特許公開專利申請(qǐng)第2001-252759號(hào))。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題顆粒狀金屬原材料容易氧化并且是重量輕的。因此，即使材料滴入裝熔融金屬的圓筒中，所述材料輕微陷入熔融金屬中，立即熔化，而大部分材料漂浮并且堆積在熔融金屬的表面上，并且長時(shí)間暴露于熱空氣中。因此，容易產(chǎn)生碎渣。通過澆鑄或者將顆粒狀金屬原材料擠出成比顆粒形態(tài)具有更低氧化程度的圓柱體形態(tài)(也稱作圓棒)。
但是，不能直接向裝熔融金屬的圓筒中施用圓柱形金屬原材料，并且在經(jīng)熔化爐完全熔化后施用，或者通過預(yù)熱筒預(yù)熱，然后加熱成半熔化狀態(tài)，積累在加熱室中。因此，金屬模塑設(shè)備需要大的尺寸并且維護(hù)是個(gè)問題。
通過如下方法可以解決上述問題采用圓柱體作為圓柱形金屬原材料的熔化裝置；在集成有注入裝置的加熱貯料筒中垂直安裝熔化圓筒；并向處于半熔化的金屬狀態(tài)或完全熔化的金屬狀態(tài)的加熱貯料筒中供應(yīng)圓柱形金屬原材料，同時(shí)從其外圍加熱并熔化插在熔化圓筒內(nèi)的圓柱形金屬原材料。
因?yàn)檫@種金屬模塑設(shè)備由加熱貯料筒和熔化圓筒組成，所以其尺寸不大并且維護(hù)容易。但是，由于借助熔化圓筒周圍的加熱裝置的輻射熱間接實(shí)施圓柱形金屬原材料的熔化，加熱效率比通過將材料滴入熔融金屬中，與熔融金屬接觸而直接加熱圓柱形金屬原材料的熔化爐的情況要低，并且熔化花費(fèi)更多的時(shí)間。
熔化圓筒和圓柱形金屬原材料之間的空隙成為所述熔化圓筒加熱效率變差的原因?？紤]到容易插入圓柱形金屬原材料而設(shè)定所述空隙，并且通過在加熱前(在無熱膨脹的情況下)根據(jù)圓柱形金屬原材料的直徑確定熔化圓筒的內(nèi)徑來設(shè)定所述空隙。因?yàn)樵谠O(shè)定所述熔化圓筒的內(nèi)徑時(shí)，圓柱形金屬原材料的直徑和熔化圓筒的內(nèi)徑有允許公差，并且由于粘附氧化物，熔化圓筒在內(nèi)徑中具有部分狹窄的部分等，因此已經(jīng)考慮上述條件來設(shè)定所述空隙。結(jié)果，所述空隙往往不可避免地較大。
在借助來自熔化圓筒的輻射來加熱時(shí)，不可能從其底表面和頂表面加熱圓柱形金屬原材料。因此，加熱局限于圓柱形金屬原材料的外圍。因此，將圓柱形金屬原材料的中央部分加熱至熔化溫度需要花很長時(shí)間，這也是圓柱形金屬原材料加熱效率差的一個(gè)主要原因。
熔化圓筒輻射熱的加熱效率隨著所述空隙(熱阻)的增加而降低。當(dāng)為了提高加熱效率而設(shè)定空隙為較小的值時(shí)，圓柱形金屬原材料的外表面越接近熔化圓筒的內(nèi)表面，必須使圓柱形金屬原材料插入熔化圓筒中越垂直，這樣以來借助其自身重量向下插到熔化圓筒的底表面是有問題的。由于這種插入操作的麻煩而延遲金屬原材料的供應(yīng)有時(shí)會(huì)引起加熱貯料筒中金屬原材料的積累量減少并且妨礙模塑操作。
本發(fā)明的目的是提供一種在金屬模塑設(shè)備中熔化金屬原材料的新方法，其通過根據(jù)金屬原材料和熔化圓筒材料每種的線性膨脹系數(shù)設(shè)定熱膨脹時(shí)的空隙，解決了上述難于將圓柱形金屬原材料插入垂直安裝的熔化圓筒和加熱效率的問題。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在金屬模塑設(shè)備中熔化金屬原材料的新方法，其通過同時(shí)實(shí)施由輻射熱加熱熔化圓筒的筒體部分和從其底表面部分接觸加熱圓柱形金屬原材料，解決了加熱效率差的問題，并且還通過拋光金屬原材料抑制了碎渣的產(chǎn)生。
解決所述問題的措施通過如下在金屬模塑設(shè)備中熔化金屬原材料的方法實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的，所述方法包括下列步驟通過澆鑄或擠出使金屬原材料成型為圓柱形狀；將作為模塑材料的所述圓柱形金屬原材料從上面插入垂直安裝在所述金屬模塑設(shè)備的加熱貯料筒內(nèi)的熔化圓筒中；以及通過設(shè)在所述熔化圓筒周圍的加熱裝置半熔化或完全熔化所述圓柱形金屬原材料，其中根據(jù)金屬原材料的線性膨脹系數(shù)和用作熔化圓筒的金屬材料的線性膨脹系數(shù)，事先設(shè)定所述熔化圓筒內(nèi)周表面和所述圓柱形金屬原材料外圍表面之間的空隙，以使得在熱膨脹期間就所述熔化圓筒的內(nèi)徑和所述圓柱形金屬原材料的直徑而言，所述空隙不超過1.0毫米，并且在所述加熱裝置的溫度下，可以將非熱膨脹狀態(tài)的所述圓柱形金屬原材料插入所述熱膨脹的熔化圓筒中。此外，熔化圓筒由線性膨脹系數(shù)比金屬原材料的線性膨脹系數(shù)小的金屬材料組成。
此外，在本發(fā)明中，熔化圓筒包括與熔化圓筒筒體部分連接的漏斗型底部；在該底部中央處的直徑小于筒體部分的流出管；橫向安裝在與熔化圓筒的底部相鄰的筒體部分下部的輔助加熱部件，所述輔助加熱部件的兩端固定到筒壁上；以及安裝在筒體部分上和流出管外圍上的加熱裝置；并且通過同時(shí)借助筒體外圍的輻射熱的加熱和金屬原材料底表面的接觸加熱，并用所述輔助加熱部件部分支撐圓柱形金屬原材料的底表面來實(shí)施金屬原材料的熔化。
另外，可以在與所述熔化圓筒底部相鄰的筒體部分下部中央處橫向交叉安裝多個(gè)輔助加熱部件，以部分支撐所述圓柱形金屬原材料的底表面。此外，在所述輔助加熱部件內(nèi)提供加熱裝置，并且通過所述輔助加熱部件與所述圓柱形金屬原材料底表面的接觸，從其底表面直接加熱所述圓柱形金屬原材料的中央部分。
本發(fā)明的金屬原材料由低熔點(diǎn)的金屬合金，例如鎂合金、鋁合金等制成，并且所述鎂合金在固-液共存溫區(qū)的溫度下表現(xiàn)出觸變性質(zhì)。除此之外，在切去和除去圓柱形金屬原材料的表面層中產(chǎn)生的空穴(cavities)和粘附到材料表面上的雜質(zhì)后，實(shí)施金屬原材料的熔化。
本發(fā)明的效果在本發(fā)明中，即使熔化圓筒和圓柱形金屬原材料在熱膨脹期間的空隙c設(shè)定在不超過1毫米的范圍內(nèi)，因?yàn)閳A柱形金屬原材料直至其加熱時(shí)處于非熱膨脹狀態(tài)，所以在圓柱形金屬原材料插入時(shí)在其非熱膨脹部分形成比熱膨脹期間空隙大的空隙。因此，即使基于熱膨脹期間空隙設(shè)定的熔化圓筒和圓柱形金屬原材料在非熱膨脹期間的空隙一定程度上接近圓柱形金屬原材料的插入極限，也可毫無問題地實(shí)施圓柱形金屬原材料的插入。此外，因?yàn)橥ㄟ^插入的金屬原材料的熱膨脹所述空隙自發(fā)變窄，所以提高了加熱效率并且縮短了熔化時(shí)間，從而可以根據(jù)模塑周期實(shí)施圓柱形金屬原材料的熔化，并且有效地實(shí)施向加熱貯料筒中施用并積累熔融金屬原材料。此外，甚至在改變?nèi)刍瘓A筒的材料時(shí)，可以根據(jù)所使用材料的線性熱膨脹系數(shù)設(shè)定適當(dāng)?shù)目障丁?br> 此外，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，因?yàn)閳A柱形金屬原材料的底表面部分由輔助加熱部件支撐并且位于漏斗型底部上，所以當(dāng)通過從材料的筒體部分外圍加熱軟化圓柱形金屬原材料時(shí)，輔助加熱部件由于圓柱形金屬原材料的負(fù)荷從圓柱形金屬原材料的底表面進(jìn)入圓柱形金屬原材料中。因?yàn)檩o助加熱部件通過來自筒體部分的熱傳遞或者通過包埋的加熱裝置來加熱，圓柱形金屬原材料接收來自底表面內(nèi)部的加熱和來自筒體外圍的加熱，與加熱筒體外圍并用熔化圓筒內(nèi)部底表面支撐圓柱形金屬原材料整個(gè)底表面的情況相比，這更大地提高了加熱效率，從而熔化時(shí)間變短。
從而，可以實(shí)施相應(yīng)與模塑周期的金屬原材料的熔化物供應(yīng)和積累。此外，因?yàn)榍腥チ藞A柱形金屬原材料表面層上的空穴，并除去了粘附到表面上的氧化物雜質(zhì)等，并且圓柱形金屬原材料在熔化圓筒中熔化，所以減少了氧化物碎渣(sludge)的產(chǎn)生。因此，可以延長包括避免碎渣的周期性維護(hù)的周期或時(shí)間，并且由于維護(hù)次數(shù)的減少提高了生產(chǎn)效率。此外，顯著減少了混有碎渣的次品，從而可以提高產(chǎn)率。
此外，因?yàn)樵诒憩F(xiàn)出觸變性質(zhì)的金屬結(jié)構(gòu)的金屬原材料中，在固-液共存溫區(qū)熔化的低共熔晶體的分布狀態(tài)是不均勻的，所以即使從圓柱形金屬原材料上熔下的金屬原材料形成熔塊，所述熔塊在具有漏斗型底部的熔化圓筒底部會(huì)再次熔化。因此，熔塊不會(huì)阻止熔化物流出加熱貯料筒。


圖1是采取了根據(jù)本發(fā)明的熔化金屬原材料的方法的金屬模塑設(shè)備實(shí)施方案的垂直剖視圖；圖2是表示熔化圓筒和圓柱形金屬原材料在熱膨脹期間空隙的部分剖視圖；圖3是表示熔化圓筒和圓柱形金屬原材料在非熱膨脹期間空隙的部分剖視圖；圖4是包括部分接觸加熱圓柱形金屬原材料底表面中央部分的輔助加熱部件的熔化圓筒的下部縱向剖視圖；圖5是其下部縱向剖面前視圖，且圖6是在底部橫向交叉安裝多個(gè)輔助加熱部件的情況中熔化圓筒的剖面平面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中的附圖標(biāo)記1表示金屬模塑設(shè)備。金屬模塑設(shè)備1包括在筒體21的末端帶有噴嘴部件22的加熱貯料筒2、用于通過澆鑄或擠出形成圓柱體(圓棒)的金屬原材料M(下文稱作圓柱形金屬原材料)的熔化供應(yīng)裝置3，以及注射貯料筒2尾部上的注射驅(qū)動(dòng)器4。
加熱貯料筒2包括基本上裝在筒體21中上側(cè)的供應(yīng)口中的熔化供應(yīng)裝置3，以及筒體21外圍上的帶式加熱器的加熱裝置24。在用作模塑材料的金屬原材料(例如鎂合金和鋁合金)在固-液共存溫區(qū)表現(xiàn)出觸變性質(zhì)的情況中，由加熱裝置24將加熱貯料筒2的溫度設(shè)在液相線溫度和固相線溫度之間，并且在金屬原材料需要完全熔化的情況中，加熱貯料筒2的溫度設(shè)在液相線溫度及更高。
加熱貯料筒2在筒體的尾部連接在支撐部件23上，并且和注射驅(qū)動(dòng)器4一起與水平面成45度角傾斜。在加熱貯料筒2的這種傾斜布置下，在與位于下面的噴嘴部件22的噴嘴開口相連通的前端部內(nèi)部是計(jì)量室25。向計(jì)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。注射柱塞26a與棒26b的端部連接，并且在包埋有密封圈的外圍表面上、在注射柱塞26a軸的周圍上可突伸和縮回地包括止回閥26c。
熔化供應(yīng)裝置3包括熔化圓筒31，其中封閉長管體一端的內(nèi)部，以形成平坦底部，并使小直徑供應(yīng)通道31a位于平坦底部的中央；安裝在熔化圓筒31外圍上分成多個(gè)溫度可以單獨(dú)控制的分區(qū)的加熱裝置32，例如帶式加熱器或感應(yīng)加熱器；以及與熔化圓筒31上部垂直連接的供應(yīng)圓筒33。將加熱裝置32設(shè)在液相線溫度及以上，或者介于液相線溫度或以下和固相線溫度或以上之間的溫度(固-液共存溫區(qū))。
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連接到固定在支撐部件23上的臂部件27上，使熔化供應(yīng)裝置3垂直安裝在加熱貯料筒2上。此外，在從熔化供應(yīng)裝置3的下部至加熱貯料筒2的熔融金屬表面L內(nèi)部，以及熔化圓筒31的上部空間分別安裝用于氬氣等的惰性氣體填充管34a和34b。
在這種熔化供應(yīng)裝置3中，當(dāng)通過供應(yīng)圓筒33的上部開口插入圓柱形金屬原材料M時(shí)，圓柱形金屬原材料M由于自身重量滴到熔化圓筒31的底表面上與底部接觸。所述圓柱形金屬原材料M通過來自熔化圓筒31周圍的輻射熱而半熔化或完全熔化。熔融金屬原材料通過供應(yīng)通道31a向下流動(dòng)，積累在加熱貯料筒2中。之后，熔融金屬原材料通過注射柱塞26a的向后運(yùn)動(dòng)而注入計(jì)量室25并稱重。然后，通過注射柱塞26a的向前運(yùn)動(dòng)將所述熔融金屬原材料注入未顯示的模具中。
在圖2和3中，通過熔化圓筒的內(nèi)徑D和圓柱形金屬原材料M的直徑d之間的差值產(chǎn)生上述熔化圓筒31的內(nèi)圍表面和圓柱形金屬原材料M的外圍表面之間的空隙c，并且所述差值的一半被定義為空隙c。通常為了便于插入圓柱形金屬原材料M，在熔化圓筒和圓柱形金屬原材料都接受加熱之前，在非熱膨脹期間設(shè)定空隙c。但是，空隙c越小，加熱效率越高。因此，此處在熱膨脹期間設(shè)定熔化圓筒31和圓柱形金屬原材料M之間的空隙。
根據(jù)金屬原材料和熔化圓筒所用的金屬材料的線性熱膨脹系數(shù)，使用熱膨脹期間圓柱形金屬原材料M的直徑d和熔化圓筒的內(nèi)徑D作為指標(biāo)，設(shè)定所述空隙c。在此情況下，優(yōu)選應(yīng)該在圓柱形金屬原材料M可以維持形狀并且不會(huì)由于熱膨脹變形的上限溫度(例如對(duì)于鎂合金為550℃)下施用熱膨脹溫度。空隙c越窄，加熱效率變得越高。然而，當(dāng)空隙c太窄時(shí)，圓柱形金屬原材料M的插入變得困難。因此，為了便于插入圓柱形金屬原材料M并考慮到加熱效率，將圓柱形金屬原材料M和熔化圓筒31都處于熱膨脹期間的空隙c設(shè)在不超過1.0毫米的范圍內(nèi)，并且在所述范圍下，設(shè)定處于非熱膨脹狀態(tài)的圓柱形金屬原材料M插入熱膨脹狀態(tài)下的熔化圓筒31時(shí)的空隙c不超過1.5毫米。此外，為了防止空隙c由于熱膨脹而增加，使用線性膨脹系數(shù)小于金屬原材料的線性膨脹系數(shù)的金屬材料作為熔化圓筒31的金屬材料。
即使基于所述空隙c設(shè)定的圓柱形金屬原材料M和熔化圓筒31在非熱膨脹期間的空隙c’由于氧化物粘附到熔化圓筒31的內(nèi)圍表面上而小于圓柱形金屬原材料M的插入極限(約0.8毫米)，因?yàn)樵趫A柱形金屬原材料M插入時(shí)沒有加熱圓柱形金屬原材料M，所以其沒有熱膨脹并且圓柱形金屬原材料M的非熱膨脹部分使空隙c’變大。因此，可以毫無問題地插入圓柱形金屬原材料M。此外，即使由于圓柱形金屬原材料的插入偏差而發(fā)生左右空隙的差異，所述差異在不超過1.0毫米的空隙范圍內(nèi)，并且所述差異不會(huì)對(duì)加熱效率產(chǎn)生顯著的影響。結(jié)果，可以設(shè)定空隙，使加熱效率高并且可以將圓柱形金屬原材料M平滑地插入熔化圓筒中。甚至在熔化圓筒31中實(shí)施圓柱形金屬原材料M的熔化的情況中，可以根據(jù)模塑周期來實(shí)施金屬原材料的熔化供應(yīng)和積累。
圖4及下面所示的熔化供應(yīng)裝置3包括熔化圓筒1、與熔化圓筒筒體部分連接的漏斗型底部35、直徑小于筒體部分的底部35的中央流出管36、橫向安裝的不銹鋼圓棒輔助加熱部件37，其兩端被固定到與所述底部35相鄰的熔化圓筒1筒體部分下部的筒壁上，以及安裝在筒體部分和流出管36的外圍上的加熱裝置32。在這種熔化供應(yīng)裝置3中，上述圓柱形金屬原材料M的底表面部分由輔助加熱部件37支撐，從而可以同借助筒體周圍的輻射熱及圓柱形金屬原材料M底表面的接觸加熱來加熱熔化圓筒31內(nèi)的圓柱形金屬原材料M。此外，從輔助加熱部件34的下側(cè)至其上部將熔化圓筒31的加熱裝置32分成多個(gè)分區(qū)，使之可以單獨(dú)控制溫度。
輔助加熱部件34不局限于此，盡管在附圖中省略了，但是可以在水平方向間隔地并置多個(gè)橋接輔助加熱部件?？蛇x地，如圖6所示，可以十字交叉方式水平布置多個(gè)橋接輔助加熱部件。在此情況下，從熔化圓筒31的上部開口底部35的邊界插入十字形狀的輔助加熱部件，并且懸掛在熔化圓筒31的筒體壁上。此外，盡管從附圖中省略了，但是當(dāng)直接使用輔助加熱部件37加熱底部的內(nèi)部時(shí)，輔助加熱部件37由管體形成，并且從熔化圓筒3的筒體部分將筒式加熱器插入管體，從而獨(dú)立于熔化圓筒31實(shí)施加熱。
此外，在將圓柱形金屬原材料M插入熔化圓筒31時(shí)，優(yōu)選事先通過切割除去在圓柱形金屬原材料M的澆鑄或擠出下產(chǎn)生的表面層上的空穴和粘附到表面上的氧化物雜質(zhì)等。進(jìn)入表面上氧化物和表面層空穴中的空氣中的氧氣通過金屬原材料的熱熔化形成金屬氧化物，從而容易變成碎渣。所述碎渣沉積在加熱貯料筒2中，對(duì)模塑操作造成妨礙，或者通過混入模塑物品中而形成次品。因此，通過切割約1至5毫米深而除去表面層可以顯著降低碎渣的產(chǎn)生。
在預(yù)設(shè)的熔化溫度下，從上部開口將圓柱形金屬原材料M插入熔化圓筒31中。圓柱形金屬原材料M借助自身重量經(jīng)熔化圓筒墜到如下位置上，在所述位置上圓柱形金屬原材料M的底表面與輔助加熱部件37接觸并且由輔助加熱部件37接收。在熔化圓筒內(nèi)，加熱裝置32的輻射熱量加熱筒體周圍，并且同時(shí)經(jīng)與輔助加熱部件37的線接觸直接加熱所述底表面的中央。當(dāng)圓柱形金屬原材料M的溫度超過固相線溫度時(shí)，圓柱形金屬原材料M軟化。從而，支撐圓柱形金屬原材料M負(fù)荷的輔助加熱部件37從其底表面進(jìn)入圓柱形金屬原材料M的中央部分。此外，隨著輔助加熱部件37的進(jìn)入，圓柱形金屬原材料M的軟化的底表面從輔助加熱部件37的兩側(cè)上突出，如圖4中的假想線所示，并且輔助加熱部件37進(jìn)一步進(jìn)入圓柱形金屬原材料M的較上部分，加熱其中央部分。因此，與來自筒體周圍的加熱一起有效地實(shí)施圓柱形金屬原材料M的加熱。
當(dāng)圓柱形金屬原材料M的溫度通過熔化圓筒31超過液相溫度時(shí)，金屬原材料完全熔化成熔融金屬。但是，在固-液共存溫區(qū)的溫度下金屬結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出觸變性質(zhì)的金屬原材料中，在達(dá)到要處于液相和固相的半熔化條件的液相線溫度前，分布在晶體中的低共熔晶體在固-液共存溫區(qū)的溫度下熔化。在圓柱形金屬原材料M的上部熔化之前，圓柱形金屬原材料M的熔化在接收來自筒體周圍和中央部分熱量的下部進(jìn)行，并且熔融金屬通過底部35在直徑降低的流出管36中流動(dòng)，并且在上述加熱貯料筒2中積累作為表現(xiàn)出觸變性質(zhì)的半熔化狀態(tài)的熔融金屬M(fèi)1。隨著熔化物量的增加，熔融金屬M(fèi)1向下流過流出管36并積累在底部35中。
因?yàn)榈凸踩劬w在表現(xiàn)出觸變性質(zhì)的金屬結(jié)構(gòu)的金屬原材料中的分布是不均勻的，熔化條件也是不同的，并且熔化的實(shí)施也不均勻，而且小熔塊可以從金屬原材料M中落下。但是，因?yàn)樵谳o助加熱部件37下部安裝的受熱的漏斗型底部35和流出管36，熔塊在底壁表面上熔化并且當(dāng)其從底壁的表面通過流出管36時(shí)，再次熔化熔塊并流動(dòng)。此外，當(dāng)在底部35上產(chǎn)生熔體貯存(melt reservoir)時(shí)，熔塊陷入熔體貯存中，再次熔化。因此，即使產(chǎn)生熔塊，也不會(huì)妨礙熔化的實(shí)施并且不會(huì)引起熔塊堵塞流出管36。因此，可以降低金屬原材料的熔化時(shí)間。
實(shí)施例空隙的設(shè)定條件(毫米尺寸)金屬原材料鎂合金(AZ91D)線性膨脹系數(shù)27.0×10-6/K形狀圓柱體長度300熔化圓筒的材料不銹鋼(SUS 304)線性膨脹系數(shù)16.5×10-6/K形狀圓柱體高度610加熱裝置帶式加熱器，安定功率5kW加熱溫度550℃實(shí)施例1

實(shí)施例2

實(shí)施例3

實(shí)施例4

實(shí)施例5

由上表得出，每個(gè)實(shí)施例中在非熱膨脹/非熱膨脹期間(1)、非熱膨脹/熱膨脹期間(2)，以及熱膨脹/熱膨脹期間(3)的空隙(單位，毫米)

在此情況下，非熱膨脹/熱膨脹期間(2)的空隙分別為(B)-(A)/2的值，并且這些空隙變成上述圓柱體的插入空隙。
直至在600℃的加熱溫度下圓柱形金屬原材料完全熔化(液相狀態(tài))的時(shí)間(分鐘)

模塑條件產(chǎn)品質(zhì)量40克(一模)金屬原材料∶質(zhì)量∶1.5千克(約合37模)模塑周期(一模)30秒加熱溫度600℃模塑周期對(duì)應(yīng)的熔化時(shí)間(37模×30秒)約19分鐘金屬模塑設(shè)備FMg 3000(Nissei Plastic Industrial Co.Ltd.生產(chǎn))結(jié)果在上述實(shí)施例中，因?yàn)閷?shí)施例1在兩者都熱膨脹期間具有小的空隙，所以加熱效率變得最好并且熔化時(shí)間約為12分鐘。但是，因?yàn)榉菬崤蛎?熱膨脹期間的空隙在處于非熱膨脹狀態(tài)的圓柱體插入熔化圓筒中時(shí)為0.77毫米，小于認(rèn)為是插入極限的約0.8毫米，不能施用此外，因?yàn)閷?shí)施例5在兩者都熱膨脹期間具有大的空隙，所以上述處于非熱膨脹狀態(tài)的圓柱體容易插入熔化圓筒中，但是非熱膨脹/熱膨脹期間的空隙成比例變大，加熱效率差并且材料的熔化甚至需要約20分鐘。因此，在相應(yīng)上述模塑周期的熔化時(shí)間(約19分鐘)內(nèi)，不能熔化實(shí)施例5的所有材料。因此，因?yàn)椴荒芊€(wěn)定將實(shí)施例5的圓柱體供應(yīng)至加熱貯料筒，所以其不能施用。
在實(shí)施例2中，盡管圓柱體和熔化圓筒之間的空隙在兩者都是非熱膨脹期間是0.75毫米，其小于上述插入極限，非熱膨脹/熱膨脹期間的空隙增加至1.029毫米，比插入極限大。因此，圓柱體可以插入熔化圓筒中。此外，因?yàn)槿刍瘯r(shí)間(13分鐘)在相應(yīng)于上述模塑周期的熔化時(shí)間(約19分鐘)內(nèi)，所以可以施用實(shí)施例2。但是，因?yàn)榻?jīng)過長期使用實(shí)施例2容易受熔化圓筒內(nèi)表面上產(chǎn)生的氧化物粘附的影響，所以需要每隔一定的時(shí)間清潔所述粘附物。
在實(shí)施例3中，因?yàn)樗纬傻姆菬崤蛎?熱膨脹期間的空隙比實(shí)施例2中的空隙大，為1.252毫米，所以圓柱體插入熔化圓筒中變得容易。此外，因?yàn)槿刍瘯r(shí)間(15分鐘)在相應(yīng)于上述模塑周期的模塑時(shí)間(約19分鐘)內(nèi)，并且充分保證了空隙，所以不易產(chǎn)生由于實(shí)施例2中氧化物粘附帶來的影響。因此，長時(shí)間不需要清潔，并且在最優(yōu)選條件下可以插入圓柱體并熔化金屬原材料。
在實(shí)施例4中，因?yàn)樾纬傻姆菬崤蛎?熱膨脹期間的空隙為1.433毫米，比實(shí)施例3中的空隙大，所以圓柱體插入熔化圓筒中變得容易。此外，不容易發(fā)生由氧化物粘附帶來的影響，所以不需要清潔。但是，由于加熱效率的降低熔化時(shí)間變長。但是，因?yàn)樗辛拷饘僭牧系娜刍瘯r(shí)間(17分鐘)在相應(yīng)于上述模塑周期的熔化時(shí)間(約19分鐘)內(nèi)，接近實(shí)施例4的情況處于可應(yīng)用的范圍內(nèi)。
因此，從實(shí)施例2至4明顯可見，如果就熱膨脹期間所述熔化圓筒的內(nèi)徑D和所述圓柱形金屬原材料的直徑d而言，設(shè)定所述空隙不超過1.0毫米，就可以平滑地將上述圓柱形金屬原材料插入熔化圓筒中，并且根據(jù)金屬原材料和線性膨脹系數(shù)和熔化圓筒材料的線性膨脹系數(shù)，在相應(yīng)于模塑周期的熔化時(shí)間內(nèi)熔化金屬原材料是可能的，并且在非熱膨脹條件下設(shè)定熔化圓筒的實(shí)際內(nèi)徑，并且可以以相容的方式容易地將圓柱形金屬原材料插入模塑設(shè)備中并且高效地熔化金屬原材料。
此外，在熔化圓筒底部形成為漏斗形狀，圓柱形金屬原材料的底表面部分由橫向安裝的輔助加熱部件支撐，其兩端被固定到與熔化圓筒底部相鄰的筒體下部的筒壁上，并且同時(shí)加熱筒體的周圍和圓柱形金屬原材料底表面的情況中，加熱效率被進(jìn)一步提高并且可以降低熔化時(shí)間。
工業(yè)實(shí)用性通過設(shè)定空隙的方法，可以解決將圓柱形金屬原材料插入金屬模塑設(shè)備熔化圓筒中的困難并提高加熱效率。因此，在使用簡單的熔化圓筒直接熔化金屬原材料而向金屬模塑設(shè)備中供應(yīng)熔融金屬時(shí)，不用使用熔化爐可以實(shí)施金屬產(chǎn)品的連續(xù)模塑，這是有利的。
權(quán)利要求
1.一種在金屬模塑設(shè)備中熔化金屬原材料的方法，其包括下列步驟通過澆鑄或擠出使金屬原材料成型為圓柱形狀；將作為模塑材料的所述圓柱形金屬原材料從上面插入垂直安裝在所述金屬模塑設(shè)備的加熱貯料筒內(nèi)的熔化圓筒中；以及通過設(shè)在所述熔化圓筒周圍的加熱裝置半熔化或完全熔化所述圓柱形金屬原材料，其中根據(jù)金屬原材料的線性膨脹系數(shù)和用作熔化圓筒的金屬材料的線性膨脹系數(shù)，事先設(shè)定所述熔化圓筒內(nèi)周表面和所述圓柱形金屬原材料外圍表面之間的空隙，以使得就熱膨脹期間所述熔化圓筒的內(nèi)徑和所述圓柱形金屬原材料的直徑而言，所述空隙不超過1.0毫米，并且在所述加熱裝置的溫度下，可以將非熱膨脹狀態(tài)的所述圓柱形金屬原材料插入所述熱膨脹的熔化圓筒中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的在金屬模塑設(shè)備中熔化金屬原材料的方法，其中所述熔化圓筒包括與熔化圓筒筒體部分連接的漏斗型底部；在該底部中央處的直徑小于筒體部分的流出管；橫向安裝在與熔化圓筒的底部相鄰的筒體部分下部的輔助加熱部件，所述輔助加熱部件的兩端固定到筒壁上；以及安裝在筒體部分上和流出管外圍上的加熱裝置；并且通過同時(shí)借助筒體外圍的輻射熱的加熱和金屬原材料底表面的接觸加熱，并用所述輔助加熱部件部分支撐圓柱形金屬原材料的底表面來實(shí)施金屬原材料的熔化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的在金屬模塑設(shè)備中熔化金屬原材料的方法，其中所述熔化圓筒由線性膨脹系數(shù)比金屬原材料的線性膨脹系數(shù)小的金屬材料組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的在金屬模塑設(shè)備中熔化金屬原材料的方法，其中在與所述熔化圓筒底部相鄰的筒體部分下部中央處橫向安裝所述輔助加熱部件，以部分支撐所述圓柱形金屬原材料的底表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的在金屬模塑設(shè)備中熔化金屬原材料的方法，其中在與所述熔化圓筒底部相鄰的筒體部分下部中央處橫向交叉安裝多個(gè)輔助加熱部件，以部分支撐所述圓柱形金屬原材料的底表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求4和5任何一項(xiàng)的在金屬模塑設(shè)備中熔化金屬原材料的方法，其中在所述輔助加熱部件內(nèi)提供加熱裝置，并且通過所述輔助加熱部件與所述圓柱形金屬原材料底表面的接觸，從其底表面直接加熱所述圓柱形金屬原材料的中央部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任何一項(xiàng)的在金屬模塑設(shè)備中熔化金屬原材料的方法，其中所述金屬原材料由低熔點(diǎn)的金屬合金，例如鎂合金、鋁合金等組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的在金屬模塑設(shè)備中熔化金屬原材料的方法，其中所述金屬原材料由在固-液共存溫區(qū)的溫度下表現(xiàn)出觸變性質(zhì)的鎂合金組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的在金屬模塑設(shè)備中熔化金屬原材料的方法，其中在切去和除去圓柱形金屬原材料的表面層中產(chǎn)生的空穴和粘附到材料表面上的雜質(zhì)后，實(shí)施所述金屬原材料的熔化。
全文摘要
為了將圓柱形金屬原材料插入安裝在金屬模塑設(shè)備的加熱貯料筒內(nèi)的熔化圓筒中，并且高效地半熔化或完全熔化圓柱形金屬原材料，根據(jù)金屬原材料的線性膨脹系數(shù)和用作熔化圓筒的金屬材料的線性膨脹系數(shù)，限制熔化圓筒內(nèi)周表面和圓柱形金屬原材料外圍表面之間的空隙，以使得在熱膨脹期間就所述熔化圓筒的內(nèi)徑和所述圓柱形金屬原材料的直徑而言，所述空隙不超過1.0毫米，并且可以將非熱膨脹狀態(tài)的圓柱形金屬原材料插入熱膨脹的熔化圓筒中。
文檔編號(hào)B22D17/28GK1771103SQ200580000218
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2005年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者滝澤清登, 甲田紀(jì)泰, 宮川守, 安在和夫, 武居晃司, 上平郁雄, 山崎孝 申請(qǐng)人:日精樹脂工業(yè)株式會(huì)社