通过增材制造金属基体复合材料插入件改进高压压铸储筒的方法技术

提供一种用于高压压铸组合件的压铸储筒的插入件，高压压铸组合件用于形成铝制车辆部件。插入件通过增材制造、例如激光烧结而形成，并且定位成与压铸储筒的浇注孔对置。插入件包括设计用以减少在铸造部件时引起的对压铸储筒的损坏的由金属和陶瓷形成的多个层。例如，压铸储筒的筒形本体可以由钢形成，并且插入件可以包括由钢形成的基层。插入件可以包括由钢与铬、铁和钼的合金以及氧化锆的混合物形成的中间层。插入件还可以包括由氧化锆形成的内层。在朝向内层移动的方向上，陶瓷的量增加并且金属的量减少。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过增材制造金属基体复合材料插入件改进高压压铸储筒的方法相关申请的交叉引用该PCT国际专利申请要求于2018年5月11日提交的序列号为62/670,064并且题为“MethodForImprovingHighPressureDieCastingShotSleeveByAdditiveManufacturingMetalMatrixCompositeInsert(通过增材制造金属基体复合材料插入件改进高压压铸储筒的方法)”的美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请的全部公开内容通过参引并入本文。
本专利技术一般性涉及用于高压压铸设备的压铸储筒的插入件、包括该插入件的压铸储筒、用于制造该插入件和压铸储筒的方法、以及使用包括该插入件的压铸储筒来制造车辆部件的方法。
技术介绍
金属部件，例如由铝形成并且设计成在车辆中使用的部件，通常通过高压压铸过程形成。该过程通常包括将熔融金属浇注到压铸储筒中，然后在高速和高压下迫使熔融金属进入模具组合件中以使熔融金属成型为所期望的形状。伴随高压压铸可能发生的问题是接纳待成型的熔融金属的压铸储筒的损坏或失效。存在若干种可能的失效模式。失效模式中的一种模式称为冲蚀(washout)，这是压铸储筒的材料由于损坏和/或腐蚀而造成的逐渐损失。另一失效模式是粘模(soldering)，这包括熔融材料在钢制压铸储筒的表面上的附着和积聚。其他失效模式包括变形(压铸储筒的底部与顶部之间的温度梯度导致不均匀的热膨胀)、横向破裂(压铸储筒中柱塞的梢部的严重阻塞(jamming)或热冲击)、热疲劳破裂(通过重复的热循环即应力/应变导致的压铸储筒破裂)、以及热损失(快速热提取导致过早固化)。在尝试去防止对压铸储筒的损坏中使用的一种方法包括对压铸储筒施加钼涂层。然而，钼(Mo)涂层包含较大的钼原子，并且钼与钢的结合强度不高。钼涂层由于与钢的热膨胀相比较低的近似4.8×10-6/K的热膨胀(α)可能会快速地磨损。在尝试去减少压铸储筒损坏中使用的另一方法包括对压铸储筒施加(TiAl)NPVD涂层。然而(TiAl)NPVD涂层的厚度限制为大约10微米(0.01mm)。这种较薄的涂层也往往被快速磨损。另一涂层包括钴基合金，比如6，但是这种类型的金属当暴露于熔融铝时由于钴在熔融铝中的溶解度而通常使压铸储筒快速地磨损。因此，需要改进用于防止压铸储筒在高压压铸系统中的损坏的技术。
技术实现思路
本专利技术的一方面提供了用于高压压铸设备的压铸储筒的插入件。该插入件包括设计用以降低对压铸储筒的损坏和磨损的不同材料的多个层。本专利技术的另一方面提供了用于高压压铸设备的压铸储筒。压铸储筒包括定位成与用于在铸造期间接纳熔融金属的浇注孔对置的插入件。该插入件包括设计用以降低对压铸储筒的损坏和磨损的不同材料的多个层。本专利技术的又一方面提供了使用增材制造过程来制造用于高压压铸的压铸储筒的插入件的方法。本专利技术的另一方面提供了制造包括插入件的压铸储筒的方法，其中插入件包括通过增材制造过程形成的不同材料的多个层。本专利技术的又一方面提供了使用包括插入件的压铸储筒来制造车辆部件的方法。附图说明通过参照在结合附图考虑时的以下详细描述，将容易地认识到本专利技术的其他优点，因此将更好地理解本专利技术的其他优点，在附图中：图1A是用于高压压铸设备的压铸储筒的截面图，其中压铸储筒包括根据一个示例性实施方案的插入件；图1B是图1A的压铸储筒的立体图；图2A是根据一个示例性实施方案的包括与浇注孔对置的插入件的压铸储筒的截面端视图；图2B是图2A的压铸储筒的截面侧视图；图2C是图2A的压铸储筒的截面俯视图；图3图示了根据一个示例性实施方案的金属、金属与陶瓷、或者形成插入件的金属的多个层；图4是根据另一示例性实施方案的包括插入件和柱塞的压铸储筒的侧视截面图；图5和图6图示了根据一个示例性实施方案的用于形成插入件的系统和设备；图7图示了根据一个示例性实施方案的包括具有插入件的压铸储筒的高压压铸设备；图8是根据一个示例性实施方案的用于较大的模具组合件的压铸储筒的示例，其包括设置在压铸储筒内部的凹槽或凹口中的插入件；以及图9至图11图示了根据一个示例性实施方案的当熔融熔体浇注到压铸储筒中时沿着压铸储筒的温度变化。具体实施方式本专利技术的一方面提供了压铸储筒10，该压铸储筒10包括由钢形成的本体并且包括金属基体复合材料插入件12，该金属基体复合材料插入件12联接至本体并且当在高压压铸过程期间使用压铸储筒10以由铝或铝合金形成车辆部件时能够减少对压铸储筒10的损坏。插入件12包括通过增材制造过程形成的不同金属和陶瓷材料的层14。插入件12具有在铝中较低的溶解度并且因此可以防止冲蚀。插入件12还是耐磨的并且提供较高的硬度和强度，包括疲劳强度。插入件12的热膨胀性和热传导性与压铸储筒10的本体的钢相似。插入件12的陶瓷也能够减少粘模。插入件12在操作期间还保持与压铸储筒10的钢制本体的强结合。压铸储筒10的示例在图1A至图2C中示出，但是压铸储筒10可以具有其他尺寸和设计。在示例性实施方案中，压铸储筒10包括具有本体内表面16和本体外表面18的本体。本体从第一端20纵向地延伸至第二端22并且绕中心轴周向地延伸。压铸储筒10的本体包括用于在压铸过程期间接纳熔融金属例如铝的沿着一个侧部的浇注孔24。在示例实施方案中，与压铸储筒10的位于模具分型表面附近的第二端22相比，浇注孔24更靠近于第一端20。插入件12定位成与压铸储筒10的浇注孔24对置，并且插入件12通常焊接至压铸储筒10的本体。插入件12包括与本体内表面16相邻并且由本体内表面16环绕的插入件内表面25。在图1A至图1C的实施方案中，插入件外表面27定位成与本体外表面18相邻并且由插入件外表面27环绕。插入件外表面27还可以焊接至本体内表面16，如图2A至图2C中所示。替代性地，压铸储筒10由内部件和外部件形成，并且插入件12是插入到较大的压铸储筒外部件中的内部件的部分，如图8中所示。在此情况下，插入件12具有19mm的厚度并且整个压铸储筒10具有66.5mm的厚度。在这个实施方案中，插入件外表面27设置在本体内表面18上。还在这个实施方案中，在压铸储筒10的端部处定位有环70以将插入件12保持就位。压铸储筒12的本体通常由钢、例如一种称为H13的钢形成，H13利用铬和钼合金化。H13钢还称为铬热作钢。H13钢由于其韧性与疲劳强度的优异组合而作为压铸储筒10的基线材料。插入件12的尺寸和形状可以根据压铸储筒10的本体和浇注孔24的大小变化。在图1A至图1C的实施方案中，插入件12具有大约19mm的厚度，并且插入件12的长度稍微长于宽度。在图2A至图2C的实施方案中，插入件12具有3.25英寸的长度、2.5英寸的宽度、以及0.75英寸的厚度。插入件12的至少一些层可以具有半径R为0.50的弯曲侧壁，如图2A中所示。插入件12的尺寸稍微小于浇注本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于压铸设备的压铸储筒的插入件，所述插入件包括：/n基层，所述基层包括金属；/n内层，所述内层包括陶瓷；/n至少一个中间层，所述至少一个中间层位于所述基层与所述内层之间；/n所述至少一个中间层包括的金属的量大于所述内层中的金属的量并且小于所述基层中的金属的量；以及，/n所述至少一个中间层包括的陶瓷的量小于所述内层中的陶瓷的量并且大于所述基层中的陶瓷的量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180511 US 62/670,0641.一种用于压铸设备的压铸储筒的插入件，所述插入件包括：
基层，所述基层包括金属；
内层，所述内层包括陶瓷；
至少一个中间层，所述至少一个中间层位于所述基层与所述内层之间；
所述至少一个中间层包括的金属的量大于所述内层中的金属的量并且小于所述基层中的金属的量；以及，
所述至少一个中间层包括的陶瓷的量小于所述内层中的陶瓷的量并且大于所述基层中的陶瓷的量。


2.根据权利要求1所述的插入件，其中所述基层的金属和所述至少一个中间层的金属包括钢；所述至少一个中间层的金属还包括铬、铁和钼的合金；并且所述至少一个中间层的陶瓷和所述内层的陶瓷包括氧化锆。


3.根据权利要求2所述的插入件，其中所述至少一个中间层包括第一中间层、第二中间层、第三中间层和第四中间层；所述第一中间层位于所述内层与所述第二中间层之间；所述第一中间层包括钢以及所述铬、铁和钼的合金；所述第二中间层位于所述第一中间层与所述第三中间层之间；所述第二中间层包括的所述铬、铁和钼的合金的量大于所述第一层中的所述合金的量；所述第三中间层位于所述第二中间层与所述第四中间层之间；所述第三中间层包括钢、所述铬、铁和钼的合金、以及氧化锆；所述第四中间层位于所述第三中间层与所述内层之间；所述第四中间层包括钢、所述铬、铁和钼的合金、以及量大于所述第三中间层中的氧化锆的量的氧化锆。


4.根据权利要求1所述的插入件，其中所述层是弯曲的。


5.一种压铸储筒，包括：
本体，所述本体绕中心轴周向地延伸并且从第一端纵向地延伸至第二端；
所述本体具有本体内表面和本体外表面；
所述本体包括浇注孔；
插入件，所述插入件定位成与所述浇注孔对置；
所述插入件包括基层、内层、以及位于所述基层与所述内层之间的至少一个中间层；
所述内层具有与所述本体内表面相邻的插入件内表面；
所述基层包括金属；
所述内层包括陶瓷；
所述至少一个中间层包括的金属的量大于所述内层中的金属的量并且小于所述基层中的金属的量；以及
所述至少一个中间层包括的陶瓷的量小于所述内层中的陶瓷的量并且大于所述基层中的陶瓷的量。


6.根据权利要求5所述的压铸储筒，其中所述插入件焊接至所述压铸储筒的所述本体的定位成与所述浇注孔对置的开口；并且所述基层具有与所述本体外表面相邻并且由所述本体外表面环绕的基部外表面。


7.根据权利要求5所述的压铸储筒，其中所述插入件设置在所述本体内表面上；并且在所述压铸储筒的所述第一端处设置有与所述插入件相邻的环，以将所述插入件保持就位。


8.根据权利要求5所述的压铸储筒，其中所述基层的金属和所述至少一个中间层的金属包括钢；所述至少一个中间层的金属还包括铬、铁和钼的合金；并且所述至少一个中间层的陶瓷和所述内层的陶瓷包括氧化锆。

【专利技术属性】
技术研发人员：兰迪·S·贝亚尔斯，
申请(专利权)人：麦格纳国际公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA