半固态模铸方法技术

将一种金属合金加热至熔融状态，并且可以向其中加入晶粒细化剂。将该细化的熔融合金注入立式模铸机（１０）的大直径压射腔室（８６）内并且在压射活塞（８８）之上。压射腔室被转移到注射工位，同时冷却熔融合金到具有大约百分之五十的固体和球状、基本非树枝形的微观结构的半固态浆液。浆液的中央部分（Ａ）由活塞通过浇口（６２）注入到型腔（５０），而外部的更固化部分（５２）被收集在环形收集槽（６３）内。浆液固化后，收回压射活塞，压射腔室移到要去除余料（Ｂ）的位置。填充有熔融合金的第二压射腔室（８６）传送到金属转送工位（８２），而重复上述过程。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属合金的半固态模铸(SSM)以及用于SSM的设备和方法，这在许多美国和外国专利中，例如在美国专利No.3,954,455、No.4,434,837、No.5,161,601和No.6,165,411中披露了。
技术介绍
在技术出版物例如在由North American Die Casting Association于2001年10月出版的题目为Science and Technology of Semi-Solid MetalProcessing一书中也描述了SSM。该出版物的第4章作者为本专利技术的共同专利技术人。在传统的SSM工艺中，必须使用具有适当微观结构的经特殊处理的预铸坯或者在模铸机之外的设备中用熔融金属专门制备出的浆液。与在使用之前必须锯成定长的预铸经特殊处理的坯料或在模铸机之外的设备中专门制备出的浆液相关的成本费用已经严重限制了这些SSM工艺的工业应用。还有，可获得预铸坯的来源相对较少，当前仅仅由原始合金制成，并且生产废料不能重新使用，除非重新加工成坯料。还有，SSM提供了一些重要且非常理想的特征。与传统模铸不同，采用SSM工艺生产出的模铸件可以基本上没有孔隙地生产出，它们能够承受高温热处理而不会形成气孔，它们可以由优质合金制成，并且它们在采用适当的合金和热处理制成时提供可靠的高强度和延展性。因为半固态浆液的触变性质和相对粘性的触变浆液在铸模中流动的非涡流方式，所以该SSM能够生产出具有薄断面、细节和复杂性很大并且尺寸公差较小的铸件，且不会夹杂进在传统模铸过程中常见的孔隙和氧化物。
技术实现思路
本专利技术涉及一种新的SSM工艺或方法，它明显降低了由SSM工艺生产零部件的成本。本专利技术的方法理想地适用于生产具有薄断面、细微细节复杂性和精密的尺寸公差的零部件，并且它基本上没有孔隙和氧化物，可以在高温下进行处理而不会形成气孔，并且可以提高可靠的高强度和延展性。本专利技术的方法避免生产在使用之前必须锯成定长的经特殊处理的预铸坯的需要，也不需要在模铸机之外的设备中从熔融合金中专门制出的浆液。本专利技术的方法还可以适用于很多种合金，例如标准A356合金和Al-Si、Al-Cu、Al-Mg和Al-Zn系合金，所有这些都可以按照常规铸锭的形式和正常价格获得，包括主和副来源。根据本专利技术的一个实施方案，将市售固体金属或金属合金的铸锭例如铝合金铸锭加热至熔融状态。如果没有永久晶粒细化，则例如将由Elkem Aluminum，AS生产出的被称为SiBloy的铸造合金、由许多供应商生产出的α铝晶粒细化材料例如5∶1∷Ti∶B母合金或由Metallurg生产出的被称为TiBloy的产品以适当的量加入到熔融合金中以在固化合金产品中实现细小晶粒。直接将晶粒细化的熔融合金直接浇注进立式模铸机或压机中的大直径压射缸或腔室。压射腔室容纳有形成压射腔室的底部的可垂直运动的压射活塞，该压射腔室的直径大于其深度或轴向长度。在本专利技术的优选实施方案中，压射腔室的直径以2∶1或更大的比例大于其深度。然后使压射腔室从初始填充位置旋转至位于模具下面的浆液注入位置。使得该熔融合金在压射腔室内冷却至预定温度范围，在该温度范围内它形成具有40％至60％固体的半固态浆液，固态成分具有一种球状大体上为非树状微观结构。紧挨着压射腔室或压射缸和压射活塞的部分浆液变得明显更冷并且更固化。当在目前处于在模具下面的浆液注入位置中的第一压射腔室的中心部分内的半固态浆液已经冷却至它具有40％至60％固体的预定温度范围时，通过机械促动器或液压压射缸使该压射活塞向上运动，穿过一个或多个浇口或浇铸管口将在压射腔室的中央部分内的半固态浆液转送或注入进在位于压射腔室上方的模具中的一个或多个型腔中。通过使浇口或浇铸管口与压射缸壁适当间隔开或者通过将更固化部分收集在用来使浇口或浇铸管口与型腔连通的浇口板中的环形凹槽内来防止位于压射缸附近的浆液的更固化部分进入型腔。因此，浆液的更固化部分保持在残余固化余料中。在半固化浆液在型腔中固化之后，压射活塞回缩以收回未经浇口触动的余料。然后将压射腔室转送或旋转回到其初始填充位置，在那里从压射腔室和活塞中横向除去与浇口在一起的余料，然后该压射腔室准备重复该循环。在模具打开之后，将这些工件排出，然后旋转到要将它除去的位置，并且该模具准备重复该循环。在处于其压射位置中期间相对于第一压射腔室进行的上述浆液形成、浆液输入和浆液固化步骤的过程中，处于初始填充位置中的第二压射腔室同样已经填充有晶粒细化熔融合金。当第一压射腔室和其活塞转移或旋转回到用于除去余料的初始填充位置时，第二压射腔室和熔融金属旋转至模具下面的金属转移或浆液注入位置，并且正好像第一压射腔室一样，完成浆液形成、浆液注入和浆液固化的过程。再一次重复操作该过程。从下面的说明书、附图和所附权利要求中将了解本专利技术的其它特征和优点。附图的简要说明附图说明图1为贯穿用来实施本专利技术的方法的立式模铸机的垂直剖面图，显示出模具组处于其打开位置中；图2为在图1中所示的半固态浆液转送或注入位置或工位的放大分解剖视图，显示出模具组处于其闭合位置中；并且图3为在将浆液中心部分转送或注入到在图2中所示的型腔中之前的半固态浆液的金属温度分布的示意图。具体实施例方式参照图1，立式模铸机或压机10其结构类似于在授权给本专利技术申请人的美国专利No.5,660,223中所披露的压机，该压机10包括由一对平行间隔开的通过顶板16刚性连接的垂直侧壁或板14、一基板或底板18以及一组都刚性固定在侧板14上的中间横板或杆22和24形成的框架12。顶部横板16支撑着具有在该压机的垂直中心轴线上向下伸出的活塞杆32的上双向作用液压夹紧缸30。活塞杆32承载着一衬板34，该衬板支撑着具有向下伸出以支撑着承载有一组顶杆39的板38的活塞37的液压推顶器缸36。上模具或模具部分40(图2)通过环形固定板41固定在板38的底部上，并且具有一对容纳相应芯部构件43的凹槽42。下模具或模具部分45在圆形分度或转送台48内凹入，并且形成一对型腔50，这对型腔与芯部构件43协作形成根据本专利技术方法生产出的相应金属件P。转送或分度台48安装在由固定在框架构件54内的一组轴承53支撑的轴52(图1)上。台48承载着多个例如至少两个下模具部分45，并且由接合着台48上的周边齿56并且由步进马达(未示出)驱动的小齿轮(未示出)旋转或转换角度。浇口板60设置在底部模具部分45下面，并且形成一对稍微成锥形的浇口或浇铸管口62，每个型腔50一个。浇口板60还形成有一环形金属收集槽或沟槽63。要理解的是，在相应模具部分40和45内所要模铸的工件P只是显示出用于举例说明。这些工件P可以为与所要求的模铸物品相对应的任意尺寸或形状。圆柱形垂直柱状件或立柱66固定在安装在基板18上的板67上并且向上伸出，以通过安装在立柱66的顶部毂上的一组减摩擦轴承69支撑着可旋转圆形台68。台68支撑着多个或一对径向相对的具有平行垂直轴线的圆柱形压射缸70。台68还由安装在横杆或板22和24上的推力轴承72支撑。台68还具有周边齿轮齿74，它们接合着安装在电动步进马达(未示出)的垂直轴上的小齿轮(未示出)。步进马达的促动用来使台68逐步或以180°的增量转换角度，以便使这对压射缸70在熔融金属接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在由安装在立式模铸机上的模具组形成的型腔内生产高强度金属工件的方法，该模铸机包括具有大体上垂直的轴线的压射腔室和可以在腔室内轴向运动的压射活塞，该方法包括以下步骤：将固态金属加热以形成熔融金属；将熔融金属导入进压射腔室；将压射腔室内的熔融金属冷却至形成半固态浆液的温度范围内，所述半固态浆液具有球状并且大体上为非树状微观结构；使压射活塞向上运动以通过浇口将半固态浆液从压射腔室转送进型腔中；并且使得该半固态浆液在型腔内固化以形成金属工件。

【技术特征摘要】
US 2002-1-31 10/066,5271.一种在由安装在立式模铸机上的模具组形成的型腔内生产高强度金属工件的方法，该模铸机包括具有大体上垂直的轴线的压射腔室和可以在腔室内轴向运动的压射活塞，该方法包括以下步骤将固态金属加热以形成熔融金属；将熔融金属导入进压射腔室；将压射腔室内的熔融金属冷却至形成半固态浆液的温度范围内，所述半固态浆液具有球状并且大体上为非树状微观结构；使压射活塞向上运动以通过浇口将半固态浆液从压射腔室转送进型腔中；并且使得该半固态浆液在型腔内固化以形成金属工件。2.如权利要求1所述的方法，还包括向导入进压射腔室中的金属加入晶粒细化剂的步骤。3.如权利要求1所述的方法，其中熔融金属为永久晶粒细化合金。4.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤在压射腔室上方形成环形收集槽；并且响应于压射活塞的向上运动将压射腔室内的半固态浆液的外部收集在收集槽内。5.如权利要求1所述的方法，其中在压射腔室内将熔融金属冷却至这样一个温度范围内，在该温度范围内可产生出40％至60％的固体以形成半固态浆液。6.如权利要求1所述的方法，其中熔融金属为A356铝合金，并且在压射腔室内冷却至570℃至590℃的温度以形成半固态浆液。7.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤将熔融金属导入进容纳着第二压射活塞的第二压射腔室；在将半固态浆液从第一压射腔室转送到型腔中之后，使第二压射腔室和活塞与第一压射腔室和活塞互换；并且使在第二压射腔室内的熔融金属冷却至形成半固态浆液的温度范围内。8.如权利要求1所述的方法，其中在其直径大于其轴向长度的压射腔室内使熔融金属冷却。9.如权利要求1所述的方法，其中在其直径至少为6英寸的压射腔室内使熔融金属冷却以形成半固态浆液。10.如权利要求1所述的方法，其中熔融金属为A356铝合金，并且在压射腔室内冷却至570℃至590℃的温度以形成半固态浆液。11.如权利要求1所述的方法，其中浇口设置成接收只在压射腔室的中心部分内的半固态浆液，并且避免接收在压射腔室外部内的更固化浆液。12.一种在由安装在立式模铸机上的模具组形成的型腔内生产高强度铝合金工件的方法，该模铸机包括具有大体上垂直的轴线的压射腔室和可以在该腔室内轴向运动的压射活塞，该方法包括以下步骤加热铝合金铸锭以形成具有晶粒细化剂的熔融铝合金；将该熔融铝合金导入进压射腔室；使压射腔室内的熔融铝合金冷却至这样一个温度范围内，在该温度范围内可形成具有球状并且大体上为非树状微观结构的半固态浆液；使压射活塞向上运动以通过浇口将半固态浆液从该压射腔室转送进型腔中；并且使得该半固态浆液在型腔内固化以形成铝合金工件。13.如权利要求12所述的方法，还包括以下步骤在压射腔室上方形成环形收集槽；并且响应于压射活塞的向上运动将压射腔室内的半固态浆液的外部收集在...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德J卡姆，约翰L乔斯塔德，
申请(专利权)人：THT压制公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]