專(zhuān)利名稱(chēng)：：半固態(tài)金屬射出成型的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種噴射模鑄造的方法，特別是一種半固態(tài)金屬?lài)娚淠ｈT造方法。本發(fā)明還涉及該鑄造方法所使用的裝置。利用半固態(tài)材料成形技術(shù)，改善壓鑄制品品質(zhì)的方法，已為人所熟知，這項(xiàng)技術(shù)自1970年代初期由美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)發(fā)表其理論基礎(chǔ)以來(lái)，發(fā)展出許多相關(guān)技術(shù)，大量生產(chǎn)的工藝過(guò)程也漸趨成熟。其不僅維持了傳統(tǒng)壓鑄生產(chǎn)速度快、尺寸精度高等優(yōu)點(diǎn)，也降低了制件中的氣孔及縮孔含量，因此，可大幅度提高產(chǎn)品的機(jī)械性能，達(dá)到凈形鑄造和可熱處理鑄件的要求。已知技術(shù)如MIT的美國(guó)專(zhuān)利第3,902,544號(hào)，公開(kāi)了一種將熔融的液態(tài)金屬液，引導(dǎo)入一攪拌筒中不斷地?cái)嚢?，并進(jìn)行冷卻，使攪拌筒中的液態(tài)金屬，藉攪拌時(shí)的剪切作用，逐漸形成一種半固態(tài)的粘漿，最后冷卻而形成一種鑄錠，但這種鑄錠在制成工件時(shí)，必須再將其按所需的重量切成更小錠料，重新加熱到所需固相分?jǐn)?shù)后送到壓鑄機(jī)成形，由于這種制造方法的錠料是全固態(tài)加熱至固相分?jǐn)?shù)較高的半固態(tài)，以機(jī)械臂夾持傳送至壓射室時(shí)仍維持固體形狀，對(duì)比類(lèi)似傳統(tǒng)鍛造，因此又稱(chēng)為“觸變鍛造法”(Thixoforging)，但是這種工藝過(guò)程顯然較復(fù)雜。另外，美國(guó)專(zhuān)利第5,040,589號(hào)公開(kāi)的技術(shù)，是將金屬顆粒經(jīng)射出成型機(jī)加熱至部分熔融狀態(tài)，并施以剪切成半固態(tài)粘漿后，以螺桿推送注射成形；美國(guó)專(zhuān)利第5,501,266號(hào)公開(kāi)的技術(shù)，是將熔融金屬經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的射出成型機(jī)，直接利用料管及螺桿施以剪切冷卻至半固態(tài)后，再以螺桿推送注射成形；至于攪拌金屬材料的方式除了上述的螺桿攪拌(日本專(zhuān)利公開(kāi)第1-170565號(hào)，第1-178345號(hào)，第1-192447號(hào)也使用這種方式)，還有利用葉片攪拌(如美國(guó)專(zhuān)利第4,116,423號(hào))以及電磁攪動(dòng)(如美國(guó)專(zhuān)利第5,178,204號(hào)，第5,219,018號(hào))等方式；而在上述利用螺桿推送的已知技術(shù)中，熔融的金屬和半固態(tài)的金屬材料是在同一個(gè)螺旋推送筒中被移動(dòng)，但是將熔融金屬冷卻至固態(tài)需要快速冷卻，而將半固態(tài)金屬計(jì)量射出需要穩(wěn)定均溫，兩者所需的溫度控制條件不同，而同一個(gè)推送筒的傳熱現(xiàn)象，將使上述溫度難以控制，且不適用在需大吐出量工件的生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是要提供一種半固態(tài)金屬射出成形的方法和裝置，該方法易于控制溫度且不會(huì)互相干擾，整體粘漿產(chǎn)生吐出量大，適于制作大型工件，為此，本發(fā)明還要提供一種實(shí)施該方法的裝置。為達(dá)到上述的目的，本發(fā)明的方法包括下述幾個(gè)步驟先產(chǎn)生一過(guò)熱液態(tài)金屬，并且以一保護(hù)氣體保護(hù)該過(guò)熱液態(tài)金屬；提供一剪力剪切該過(guò)熱液態(tài)金屬，并且在此剪切過(guò)程中快速冷卻該過(guò)熱液態(tài)金屬至其固液共存區(qū)間形成一種半固態(tài)漿體，然后送出該半固態(tài)漿體；提供一裝置容納上述的半固態(tài)漿體，并且維持該半固態(tài)漿體的均溫?cái)嚢柙谄涔桃汗泊鎱^(qū)間；利用射出器將上述半固態(tài)漿體射出至一模具，形成半固態(tài)材料鑄件。為實(shí)現(xiàn)上述方法要采用專(zhuān)用的裝置，該裝置的特點(diǎn)是設(shè)一用以溶融金屬材料的過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器，一半固態(tài)漿體產(chǎn)生器和過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器銜接，一具有溫度微調(diào)功能的射出器和半固態(tài)漿體產(chǎn)生器的半固態(tài)漿體出口銜接，以及一承接射出器所射出的半固態(tài)漿體的模具。由于上述方法的第二階段的半固態(tài)漿體產(chǎn)生器的快速冷卻，和第三階段的射出器維持均勻的溫度是分開(kāi)控制，在溫度的控制方面更容易，且不會(huì)互相干擾，在第二階段的快速冷過(guò)程中，可大量形成晶粒細(xì)微的半固態(tài)粘漿，經(jīng)第三階段的均溫?cái)噭?dòng)作，可制備更佳的均質(zhì)穩(wěn)定的半固態(tài)粘漿，第二階段的粘漿制備不影響射出，保壓冷卻及噴咀合離等成型過(guò)程，故可以預(yù)先大量的制備半固態(tài)粘漿，待第三階段計(jì)量射出，因而適用于大型鑄件的生產(chǎn)。為能充份說(shuō)明本發(fā)明和傳統(tǒng)技術(shù)的差別，將列表分述如下</tables>下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明圖1是本發(fā)明各主要組成單元之間運(yùn)作關(guān)系框圖。圖2是本發(fā)明的裝置構(gòu)造示意圖。圖3是圖2的局部構(gòu)造放大圖。參照?qǐng)D2，本發(fā)明所提出的半固態(tài)金屬射出成型裝置，主要包括有一過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器1，在保護(hù)氣體環(huán)境下產(chǎn)生潔凈的金屬熔液；一半固態(tài)漿體產(chǎn)生器2，是和熔液供給的金屬產(chǎn)生器1的出料口銜接，用以將過(guò)熱的液態(tài)金屬材料在快速冷卻和快速擾動(dòng)的狀態(tài)下，使金屬材料維持在一固液共存區(qū)間，即液態(tài)金屬材料自開(kāi)始凝固至凝固結(jié)束為止的溫度范圍，而產(chǎn)生一種晶粒細(xì)致的半固態(tài)漿體材料；一射出器3，是和半固態(tài)漿體產(chǎn)生器2的半固態(tài)漿體出口201銜接，其具有溫度微調(diào)功能，用以將上述半固態(tài)漿體維持在一穩(wěn)定均溫區(qū)間，且待計(jì)量射出后，在模具4中固化成工件。本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)在于上述第二階段的半固態(tài)漿體產(chǎn)生器2，和第三階段的射出器3的溫度是分開(kāi)控制，使第二與第三階段在控制溫度上，不會(huì)互相干擾，并且更容易個(gè)別進(jìn)行控制，而獲得一種晶粒更為細(xì)致的半固態(tài)漿體，然后再藉第三階段的射出器3，使半固態(tài)漿體可在維持其固液共存區(qū)間的條件下，配合射出器3可計(jì)量的特性，而注入模具4形成一種具備半固態(tài)材料特性的鑄件，藉此制造方法和設(shè)備，不但可以獲得品質(zhì)良好和機(jī)械性能良好的鑄件，由于總體粘漿和產(chǎn)生吐出量大，更適于工件的快速大量生產(chǎn)。本發(fā)明的實(shí)施方法包括下列步驟1.產(chǎn)生一過(guò)熱液態(tài)金屬；2.提供一剪力剪切過(guò)熱液態(tài)金屬，并在此剪切過(guò)程中快速冷卻過(guò)熱液態(tài)金屬至其固液共存區(qū)間形成一種半固態(tài)漿體，然后送出半固態(tài)漿體；3.提供一裝置容納半固態(tài)漿體，維持半固態(tài)漿體的溫度在其固液共存區(qū)間，并且繼續(xù)提供剪切打斷樹(shù)枝狀微結(jié)構(gòu)，以維持良好的半固態(tài)漿體；4.利用射出器將半固態(tài)漿體射出至一模具，形成半固態(tài)材料鑄件。參照?qǐng)D2、3，是本發(fā)明按上述技術(shù)特點(diǎn)提供的裝置，該裝置設(shè)一過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器1(例如坩鍋爐)，用以溶融金屬材料形成一種過(guò)熱的液態(tài)狀，然后將過(guò)熱的液態(tài)金屬送出過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器1；過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器1一側(cè)接設(shè)一保護(hù)氣體供應(yīng)器5，用以提供過(guò)熱液態(tài)金屬的保護(hù)，以防止過(guò)熱液態(tài)金屬氧化；一半固態(tài)漿體產(chǎn)生器2，是和過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器1銜接，用以承接送出的過(guò)熱液態(tài)金屬，并將其快速冷卻和作快速攪拌，而成一種晶粒細(xì)致半固態(tài)漿體；一射出器3，是和半固態(tài)漿體產(chǎn)生器2的半固態(tài)漿體出口201銜接，其具有溫度微調(diào)功能，用以將半固態(tài)漿體維持在一固液共存區(qū)間并且計(jì)量射出；一模具4，由夾模單元6控制其開(kāi)閉模動(dòng)作，是用以承接射出器3所射出的半固態(tài)漿體，經(jīng)保壓制成鑄件。上述保護(hù)氣體供應(yīng)器5，可提供氮?dú)?、氬氣或六氟化硫等氣體，并使該氣體充滿(mǎn)在過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器1中。半固態(tài)漿體產(chǎn)生器2包括有一中空管體21，管體21具有一液體入口200，液體入口200和過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器1的過(guò)熱液態(tài)金屬出口10銜接，管體21還設(shè)有送出半固態(tài)漿體的出口201，管體21最好是以液體入口200高于出口201的傾斜方式配置，使過(guò)熱液態(tài)金屬可自由的流至射出器3；半固態(tài)漿體產(chǎn)生器2上接設(shè)一用以控制管體21的溫度的溫度控制機(jī)構(gòu)，使過(guò)熱液態(tài)金屬快速降低至固液共存區(qū)間，形成一種半固態(tài)漿體，溫度控制機(jī)構(gòu)由一圍繞在管體21外圍的加熱元件25、冷卻元件23和絕緣保溫器24組成，加熱元件25可以是電熱線圈或感應(yīng)加熱器，冷卻元件23可使用內(nèi)部有冷卻流體流動(dòng)的冷卻器，冷卻流體可選用水、空氣、熱傳液或其他具有相同特性的流體，以達(dá)到快速冷卻的效果，其冷卻溫度必須使金屬材料仍然保持在流體的狀態(tài)，如此不致于凝固，當(dāng)冷卻元件23的冷卻溫度過(guò)低時(shí)，就必須以加熱元件25將溫度回復(fù)至適合的溫度范圍；上述半固態(tài)漿體產(chǎn)生器2包括有一在過(guò)熱液態(tài)金屬快速冷卻的過(guò)程中，快速攪動(dòng)半固態(tài)漿體的攪拌裝置，該攪拌裝置可采用螺旋漿、螺桿或電磁攪拌器22等，可在過(guò)熱液態(tài)金屬逐漸凝固的過(guò)程中產(chǎn)生一剪力，將其形成的樹(shù)枝狀組織打斷，以獲得晶粒細(xì)致的半固態(tài)漿體。射出器3包括有一中空料管30，用以暫存半固態(tài)漿體，中空料管30具有一和半固態(tài)漿體產(chǎn)生器2的半固態(tài)漿體出口201銜接的進(jìn)入口300，在中空料管30另一端設(shè)一噴咀31，用以將半固態(tài)漿體注入模具4，其中噴咀31末端最好略微向上傾斜一角度，可在噴咀31未和模具4銜接前，防止半固態(tài)漿體垂滴或泄出；一用以控制中空料管30和噴咀31溫度的溫度控制機(jī)構(gòu)，可使半固態(tài)漿體在等待注射至模具4前，仍然保持在半固態(tài)漿體狀態(tài)，該溫度控制機(jī)構(gòu)和上述半固體漿體產(chǎn)生器2的溫度控制機(jī)構(gòu)類(lèi)似，其由一圍繞在中空料管30和噴咀31外圍的加熱元件32、32′、冷卻元件33、33′和絕緣保溫器34組成，加熱元件32、32′可為電熱線圈或感應(yīng)加熱器，冷卻元件33、33′可采用內(nèi)部有冷卻流體流動(dòng)的冷卻管，冷卻流體可選擇水、空氣、低溫氣體、傳熱液或其他具有相同特性的流體，在射出器3的所謂第三階段中，溫度控制的主要目的是維持半固態(tài)漿體的部分凝固狀態(tài)，所以其溫度的精確控制非常重要，而冷卻元件33、33′是用以防止加熱溫度過(guò)高時(shí)的冷卻；在射出器3內(nèi)部，還設(shè)有一用以維持剪切并將半固態(tài)漿體注射入模具4的射出裝置，此射出裝置是一螺桿35和逆止閥36將半固態(tài)漿體注入夾模單元6所夾持的模具4內(nèi)，其半固態(tài)漿體的注射量和保壓成型是藉控制螺桿35的位移及壓力完成，上述配套的制程及設(shè)備，不僅可獲得品質(zhì)良好和機(jī)械性能佳的鑄件，由于半固態(tài)漿體是由獨(dú)立的產(chǎn)生器2大量產(chǎn)出，射出器3可用作計(jì)量與射出，將使其總體粘漿的產(chǎn)生吐出量大，更適于大型鑄件的大量生產(chǎn)。上述半固態(tài)漿體產(chǎn)生器2，其出口201和射出器3的進(jìn)入口300間尚設(shè)一開(kāi)閉閥26，用以使半固態(tài)漿體產(chǎn)生器2和射出器3之間的溫度不產(chǎn)生明顯的干擾，因而使其二者的各自溫度控制更容易和準(zhǔn)確；另一方面，由于半固態(tài)漿體產(chǎn)生器2不需承受半固態(tài)漿體射出時(shí)的高壓，可使管體21的管壁厚度減薄，因而使快速冷卻更容易實(shí)現(xiàn)。模具4和夾模單元6，其構(gòu)造和傳統(tǒng)設(shè)備類(lèi)似，夾模單元6配合噴咀傾斜設(shè)置，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)61驅(qū)動(dòng)夾模單元6，以完成接合或離開(kāi)噴咀31的動(dòng)作。權(quán)利要求1.一種半固態(tài)金屬射出成形的方法，其特征在于a.產(chǎn)生一過(guò)熱液態(tài)金屬，并且以一保護(hù)氣體保護(hù)該過(guò)熱液態(tài)金屬；b.提供一剪力剪切該過(guò)熱液態(tài)金屬，并且在此剪切過(guò)程中快速冷卻該過(guò)熱液態(tài)金屬至其固液共存區(qū)間形成一種半固態(tài)漿體，然后送出半固態(tài)漿體；c.提供一裝置容納上述的半固態(tài)漿體，并且維持該半固態(tài)漿體的均溫?cái)嚢柙谄涔桃汗泊鎱^(qū)間；d.利用射出器將上述的半固態(tài)漿體射出至一模具，形成該半固態(tài)材料鑄件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半固態(tài)金屬射出成形的方法，其特征是設(shè)一保護(hù)氣體供應(yīng)器，用以提供一選自于氮?dú)?、氬氣或六氟化硫中任一種的保護(hù)氣體保護(hù)該過(guò)熱液態(tài)金屬，以防止該過(guò)熱液態(tài)金屬氧化。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半固態(tài)金屬射出成形的方法，其特征是將過(guò)熱液態(tài)金屬引入一中空管體內(nèi)部，藉對(duì)該金屬快速冷卻，并利用螺旋漿、螺桿或電磁攪拌等方式中的任一種施加剪切而形成該半固態(tài)漿體。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的半固態(tài)金屬射出成形的方法，其特征是快速冷卻是利用一加熱元件以及一冷卻元件完成。5.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述的半固態(tài)金屬射出成形方法的裝置，包括有過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器、半固態(tài)漿體產(chǎn)生器、射出器和模具，其特征在于一過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器銜接一半固態(tài)漿體產(chǎn)生器，一具有溫度微調(diào)功能的射出器和半固態(tài)漿體產(chǎn)生器的半固態(tài)漿體出口銜接，以及一承接射出器所射出的半固態(tài)漿體的模具。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半固態(tài)金屬射出成形的裝置，其特征是過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器一側(cè)接設(shè)一保護(hù)氣體供應(yīng)器。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半固態(tài)金屬射出成形的裝置，其特征是半固態(tài)漿體產(chǎn)生器設(shè)一中空管體，管體具有一和過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器銜接的液體入口和送出該半固態(tài)漿體的出口，半固態(tài)漿體產(chǎn)生器上接設(shè)一用以控制管體溫度的溫度控制機(jī)構(gòu)，并設(shè)一用以快速攪動(dòng)半固態(tài)漿體的攪拌裝置。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半固態(tài)金屬射出成形的裝置，其特征是溫度控制機(jī)構(gòu)是由一圍繞在管體外圍的加熱元件、冷卻元件和絕緣保溫器組成，其中加熱元件為一電熱線圈或感應(yīng)加熱器，冷卻元件為一內(nèi)部具有選自水、空氣、低溫氣體或熱傳液體之中任一種冷卻流體的冷卻管。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半固態(tài)金屬射出成形的裝置，其特征是射出器設(shè)一暫存半固態(tài)漿體的中空料管，中空料管的一端設(shè)一末端略微向上傾斜一角度用以將半固態(tài)漿體注入模具的噴咀，射出器上設(shè)一控制中空料管溫度的溫度控制機(jī)構(gòu)，該溫度控制機(jī)構(gòu)和半固態(tài)漿體產(chǎn)生器的溫度控制機(jī)構(gòu)類(lèi)似。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種半固態(tài)金屬射出成型的方法和裝置,該方法是先產(chǎn)生一過(guò)熱液態(tài)金屬,并對(duì)其提供一剪力,在此剪切過(guò)程中快速冷卻其至固液共存區(qū)間形成一種半固態(tài)漿體,再維持其均勻攪拌在固液共存區(qū)間,以射出器將半固態(tài)漿體射出至一模具,為實(shí)現(xiàn)此方法的裝置有過(guò)熱液態(tài)金屬產(chǎn)生器,該產(chǎn)生器銜接一半固態(tài)漿體產(chǎn)生器,一個(gè)有溫度微調(diào)功能的射出器和半固態(tài)漿體產(chǎn)生器出口銜接,其另一端口接模具,適用于大吐出量工件生產(chǎn)。文檔編號(hào)B22D27/00GK1186722SQ97120579公開(kāi)日1998年7月8日申請(qǐng)日期1997年10月5日優(yōu)先權(quán)日1997年10月5日發(fā)明者彭暄,蔡浪富,徐文敏,梁沐旺,賴(lài)根賢,胡立德申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院