用于铝及其合金的热室压铸机 本发明涉及一种用于浇铸铝及其合金的热室压铸机，它适合使用于由于熔融铝的侵蚀特性而不能使用金属的喷射装置的场合。更详细地说，本发明涉及一种使用陶瓷喷射装置的热室压铸机，该装置由4个零件组成，以避免形成整体的大陶瓷件并可在关键位置防止应力集中，并且被固定在一个位于熔融金属的盛装容器和金属加热炉的外面并与它们无关的结构上。
众所周知，与冷室压铸工艺相比，热室压铸工艺更有用。因此，热室压铸工艺以其铸件质量和浇铸效率高的优点已经广泛地用于浇铸锌和镁合金。特别是，在热室工艺中，熔融金属在通过与室温的套筒壁相接触的喷射套筒进入模腔中时不会受到冷却，并且该熔融金属也不会象在冷室工艺中那样吸收与套筒中的油性物质相接触的气体。
由于熔融的铝及其合金具有相当大的活性，它差不多可以同所有金属材料发生反应并且侵蚀它们，迄今为止，使用铸铁喷射装置的热室工艺象锌和镁地情况一样还不能使用。因此，虽然已经报道了许多利用陶瓷的喷射装置来浇铸铝及其合金的试验，仍然只有冷室压铸机用来压铸铝及其合金。
用于熔融铝及其合金的喷射装置必须由陶瓷和/或西密铅基轴承合金材料制成。一种用于浇铸铝合金的热室压铸机(例如在日本未经审查的实用新型公告(公开)号5-57368中所公开的热室压铸机)示于图15中。在该常规的热室压铸机中，一个具有用来熔化并容纳熔融金属3的熔锅4的熔炉或底架6包括用来把熔锅4加热到某个温度以保持熔锅中的金属处于熔融状态的加热器5。安装在底架6上的熔锅4上设置有压射缸1和喷射管13。喷射管13具有一个用力固定在连接于模板52的模具15和16上的喷嘴44。
为了把模具15和16刚性地连接在喷嘴44上，底架6通过夹紧装置53被夹紧在模板52上，其详细说明此处省略。另一方面，柱塞12插入在压射缸1中，并且通过连接器32把该柱塞12与液压从动轴54相连接，使得当液压缸推动轴54向下时，柱塞12也向下移动以对在压射缸1中的熔融金属加压。因此，熔融金属流过喷射管13并且通过喷嘴44被射入模具15和16的模腔18中，从而完成浇铸操作。
在保证液压从动轴54、柱塞12和压射缸1的中心的对准方面，上述常规装置具有致命的缺点。由于压射缸1安装在熔锅4上，因而压射缸1的位置是不稳定的，因为熔锅4并不是经机械加工的精密结构，同时熔锅4的尺寸将由于温度的变化而变化，例如当加热器5开动时，熔锅4往往会发生膨胀而导致压射缸1的位置变化。当这种情况发生时，该喷射装置的正常功能就受到妨碍，从而使铸件质量不能保持。所以，使用上述装置时，熔锅4的频繁的重新定位是不可避免的。
公告(公开)号为5-57368的日本未经审查的实用新型(本发明人也是该注册实用新型的发明人之一)公开了一种与陶瓷压射缸分开但又通过在平面之间的密封环连接在该缸上的陶瓷喷射管。在该现有技术中，该密封环必须由一个很大的轴向力压紧，以便在用于铝的热室压铸机的接缝处密封住熔融金属。但是，对于这种装置来说，喷射管的喷嘴件的位置的少量变化可使密封恶化，从而引起不稳定的工作。
本发明的目的在于提供一种用于浇铸铝及其合金的热室压铸机，可使作用于陶瓷压射缸和陶瓷喷射管上的应力集中得以防止。
根据本发明，提供了一种用于浇铸铝及其合金的热室压铸机，包括：一个用于在其中盛装铝或其合金的熔融金属的容器；用于加热在该容器中的熔融金属的装置；一个陶瓷的压射缸，至少该缸的一部分浸入在该容器中；一个陶瓷柱塞，该柱塞用来在该缸中作往复运动并且可操纵以便将熔融金属通过陶瓷喷射管和浇口射入模腔中；用于固定该缸的装置，该固定装置包括一个用来固定压射缸的陶瓷外套筒，一个配置在该容器中的熔融金属的外面并用来固定该外套筒的金属或轴承合金凸缘，以及一个配置在该容器和加热装置的外面并且与它们无关的固定支承框架结构，使得该凸缘固定在该框架结构上。
在一个实施例中，喷射管和压射缸制成两个互相分开的彼此独立的物体，以简化外套筒的形状；压射缸在其侧面部分设置有一个凹形的熔融金属出口并且该喷射管具有一个凸形的底端；一种密封材料配置在压射缸的凹形出口与喷射管的凸形底端之间，使得喷射管和压射缸借助于使用一个外力通过所述密封材料而互相连系在一起。
在这种情况下，压射缸的凹形出口和喷射管的凸形底端共同限定了各压射缸和喷射管的不平行的锥形配合端。
在另一个实施例中，压射缸和喷射管一起制成单个的陶瓷体，使得喷射管从压射缸的侧面部分向外延伸，以及压射缸具有一个固定在陶瓷外套筒内的底部。
在一个实施例中，陶瓷外套筒具有把陶瓷压射缸固定就位的较狭窄的底部。
在另一个实施例中，陶瓷外套筒具有一对相对配置在其直径方向上的矩形孔以及一个固定在该一对孔之间的独立的底板，使得陶瓷压射缸的底部通过该底板固定就位。
在一个实施例中，凸缘是由金属或轴承合金材料制成，该材料的热膨胀系数比外套筒的陶瓷材料的热膨胀系数小2倍和大0.5倍。
在一个实施例中，该固定支承框架结构具有一个内凸缘部分，其上固定有金属或轴承合金凸缘，以及该固定支承框架结构还固定着一个用于驱动陶瓷柱塞的压射液压缸。
该压射缸在熔融金属的出口可有一个凹形圆锥面以及该分开的喷射管在熔融金属的入口可有一个凸形圆锥面，一个密封环配置在这些锥面之间，并且压射缸的锥面具有的顶角(β)小于喷射管的锥面的顶角(α)。
在这种情况下，密封环具有一个多边形截面。
在一个实施例中，压射缸的熔融金属的出口的截面形状是一个凹形二次曲面以及喷射管的熔融金属的入口的截面形状是一个凸形二次曲面。
该密封环是由在熔融铝合金的温度下，通过作用一个密封力具有可局部和永久变形的性能的轴承合金、陶瓷、包括石墨的碳复合材料、不锈钢和耐热钢中的任何一种材料制成的，并且该密封环还可以涂上一种对熔融的铝合金具有耐侵蚀性能的涂料。
密封环的可局部和永久变形的性能是塑性变形的性能。
换句话说，密封环的局部和永久变形的性能是局部收缩的性能。
在压射缸的熔融金属出口处的凹形圆锥面的顶角(β)比分开的喷射管的熔融金属入口处的凸形圆锥面的顶角(α)小10°～60°。
在另一个实施例中，一个保护环放在密封环与压射缸的熔融金属出口之间，因而可保护密封环免受从压射缸出来的高速的熔融金属的侵蚀。
在另一个实施例中，压射缸在凹形的熔融金属出口处设置有一个帽盖插入凹座，一个位于喷射管的末端的帽盖插入在该凹座中，使得该帽盖位于靠近密封环的位置，该帽盖具有一个穿孔，使得从压射缸出来的熔融金属进入喷射管时不会冲击密封环，因而可保护密封环免受高速的熔融金属的侵蚀。
图1是本发明的热室压铸机的竖向截面图，图中详细示出了一个陶瓷外套筒，一个陶瓷压射缸，一个带有密封环的陶瓷喷射管和一个凸缘；
图2是与图1相垂直的竖向截面图，图中示出了固定一个喷射液压缸和该凸缘的该压铸机的上部结构；
图3是图1中的装置的改进型式的放大的竖向截面图，其中装有一个带底板和底板用的孔的外套筒；
图4是与图3相垂直的竖向截面图，图中示出了该带底板的外套筒和固定该凸缘部分的上部结构的截面；
图5是示出一个陶瓷外套筒和一个陶瓷压射缸的竖向截面图，在小型压铸机中该压射缸具有与其成为整体件的一个喷射管；
图6是沿图5中的A-A线截取的陶瓷外套筒的水平截面图；
图7是装有一个带底板和底板用的孔的外套筒的图5中的装置的改进型式的竖向剖面图；
图8是沿图7中的B-B线截取的陶瓷外套筒的水平截面图；
图9是示出密封环和图1所示的压射缸与喷射管的不平行的锥形配合端靠拢的竖向截面图；
图10是示出具有一个保护环的图9中的密封环靠拢的竖向截面图，该保护环可在压射期间防止密封环受到熔融金属的紊流运动的冲击，并可延长密封环的寿命；
图11是示出具有一个帽盖的图5中的密封环靠拢的竖向截面图，该帽盖也可保护密封环免受熔融金属的紊流运动的冲击；
图12是示出在压射缸的熔融金属出口的凹形二次曲面与喷射管的熔融金属入口的凸形二次曲面之间的图1的密封环靠拢的竖向截面图；
图13是示出其截面为矩形的图1的密封环的靠拢图；
图14示出了密封环的各种多边形截面形状；以及
图15是现有技术中已知的热室压铸机的竖向截面图。
现在参照附图详细说明本发明的较佳实施例。
可以应用本发明的热室压铸机的总结构本身与图15中所示的压铸机相同，但与下述说明有关的部分除外。
根据本发明的喷射装置，如图1和2中所示，由陶瓷制成的圆筒形压射缸1被固定在也是陶瓷制成的圆筒形外套筒2中。也就是说，外套筒2在其底部设置有多个内凸台或狭窄底部2a共同固定着压射缸1。通过键入设置在套筒2的内壁与缸1的外壁之间的轴向凹槽中的挡块42可防止压射缸1在外套筒2中的转动。
压射缸1和外套筒2在其侧壁上分别设置有各自的熔融金属的入口10和9，该两个入口互相对准，从而使装在容器4中的铝或其合金的熔融金属3可以通过入口10和9进入缸1的内部。另一方面，压射缸1具有一个在凹圆锥34部分打通的熔融金属的出口，该凹圆锥与由陶瓷制成的喷射管13的凸圆锥35相接触，这在下面还要详细说明。外套筒2在其侧壁上设置有一个开口或孔21，喷射管13从该孔中穿过。
喷射管13通过陶瓷纤维壁20和喷嘴加热器19被固定在熔融金属容器4的壁上。喷射管13的出口喷嘴44与配置在固定模具15中的浇道套14相连通。
外套筒2具有一个上部凸缘或凸出部分22。一个由金属材料或西密铅基轴承合金制成的凸缘8固定地支承在外套筒2的上部。具体地说，凸缘8具有一个上部凸缘部分和一个限定圆筒形内表面41的下部25，该内表面41牢固地包围在套筒2的上部外圆柱表面上。如图2中所示，凸缘8通过螺栓23a以这样的方式牢固地固定在支承结构或框架33的内凸台31上，使得该金属的或西密铅基轴承合金的凸缘8位于容器4中的熔融金属3的外面并且与熔融金属3的表面相离开。另一方面，压射缸1和外套筒2的下部完全配置在熔融金属3的表面的下面。固定板24通过螺栓23和23a也被固定在凸缘8上，以便把套筒2稳固地固定在凸缘8上。因此，凸缘8和支承结构33都位于容器4和包括加热元件5的加热炉6的外部并且与它们无关，从而使得该凸缘和支承结构不受该熔融金属的高温的影响。
液压缸40固定在被称为“鞍状结构”的支承结构33上并且通过连接器32连接在柱塞12上，该柱塞被配置用来在压射缸的内腔11中作往复运动，从而可以操纵而使缸的内腔11中来自外套筒2的入口9和压射缸1的孔10的熔融金属3喷射。通过柱塞12的往复运动可把熔融金属推入喷射管13中并且最终通过浇道套14和可动模16的浇口17而被驱入模腔18中。为了防止压射缸1由于柱塞12的往复运动而上下移动，如图2中所示，在固定板24上设置了一个限位螺栓26，连接在该限位螺栓26的底部的陶瓷接头27始终推着压射缸1向下。
根据本发明，陶瓷压射缸1，陶瓷外套筒2，陶瓷柱塞12和陶瓷喷射管13都完全或部分地与熔融金属3相接触。另一方面，由于凸缘8是在熔融金属3的外面，所以它可以用金属材料制成并且还不会受熔融铝的侵蚀。
使用上述结构的压铸机，压射缸1的位置的变动与例如图15中所示的常规结构相比较可减至最小，并且液压缸40，柱塞12和压射缸1的对中将保持稳定。
被称为“鞍状结构”的上部结构33固定着该喷射液压缸40。凸缘8通过固定板24和固定螺栓23固定在该上部结构33的一部分的鞍臂31上。压射缸固定螺栓26和陶瓷接头27也由固定板24固定。由于这种结构，压射缸1与通过加热元件5的断续加热而被加热以保持铝或其合金处于熔融状态(约620℃至670℃)的容器4的尺寸变动无关。
在上述实施例中，喷射管13插入外套筒2的孔21中并且通过密封环37靠紧在压射缸1的侧壁的熔融金属出口34上，使得喷射管13沿横向但又从压射缸1的该侧壁稍微向上倾斜地延伸。一个外力作用在喷射管13上，以保持在喷射管13的出口端与浇道套14之间以及在喷射管13的入口底端与压射缸1的连接接缝34之间的牢固的接触，使得在这些接缝部分不会发生任何熔融金属的泄漏。
图3和图4示出了一个在图1与图2中所示的热室压铸机的一个改进实施例。外套筒2在其侧壁上设置有一对孔30，30，每个孔都具有矩形截面并且沿着径向相对地配置。具有对应的矩形截面的底板28插入孔30，30中，使得压射缸1被固定在位。底板28具有一对能防止底板28错位的突起29，29。为了防止压射缸1相对于外套筒2转动而设置了陶瓷挡块装置43。这样的挡块装置43例如可以是从压射缸底部向下伸出的凸台和与该凸台相啮合的底板28上的孔。
在该实施例中，在压射缸1浸入在容器4的熔融金属3中以前，可以在熔融金属3的外面，通过底板28把压射缸1与外套筒2结合在一起，并且通过凸缘8，固定板24和固定螺栓23把外套筒2固定在支承结构33上。
在上述实施例中，凸缘8由具有较小热膨胀系数的金属或西密铅基轴承合金制成。最好，凸缘8的热膨胀系数比陶瓷外套筒2的热膨胀系数小2倍(最好1.7倍)和大0.5倍(最好0.8倍)。因此凸缘8可以有利地与陶瓷外套筒2相配合。
在图5中，示出了较小的陶瓷压射缸的案例，其中喷射管13不与压射缸1分开。也就是说，喷射管13与压射缸1整体地制成为一个单独的陶瓷体，使得喷射管13从压射缸1的侧壁部分沿横向并稍微向上倾斜地延伸。外套筒2在其底部2a具有一个直径较小的部分2a，它以与图1中所示第一实施例的同样方式把压射缸1固定就位。外套筒2的形状除下述部分外与图1所示的实施例的基本相同。
如图6中所示，外套筒2在其侧壁上设置有一个从其上端沿轴向延伸的开口2b，以便把具有喷射管13的压射缸1从顶部放入外套筒2内。因此，不需要开口2b延伸到用来固定压射缸1的具有较小直径部分2a的外套筒2的下部。
图7是示出图5中的实施例的改进型式的竖向剖面图，其中把具有底板28和用于底板28的孔30的外套筒2以与图3和图4中所示实施例的相同方式作了改进。图8是在图7中的B-B截面截取的陶瓷外套筒的水平截面图。
在该实施例中，外套筒2在其侧壁上设置有一个从其底端沿轴向延伸的开口2c，以便把带有喷射管13的压射缸1从底部放入外套筒2中。因而不需要延伸到外套筒2的上部的开口2b。
图9是示出图1的密封环37的靠拢竖向截面图，该密封环位于压射缸1和喷射管13的不平行的锥形配合端34与35之间。密封环37通过一个压缩力的作用而受压缩，由此使位于喷射管13的出口端的喷嘴44(图1)压紧在模具15上，从而把在喷嘴44与模具15的浇道套14之间的接缝处密封住，不过该结构在图9中并未详细示出。
因此，密封环27在与压射缸侧的接触点37a处局部变形，同时也在与喷射管侧的接触点37b处局部变形，从而在压射缸配合端34与喷射管配合端35之间的接缝处产生了可靠的密封。该接缝处的密封可靠性已为许多次实验所证实。
在图9所示的实施例中，喷射管配合端35是一个具有顶角(α＝60°～120°)的外凸圆锥，而压射缸配合端34是一个具有顶角(β＝30°～90°)的内凹圆锥，β角优先取为比α角小20°～80°，最好取为比α角小30°～60°。因此，密封环37最好通过朝向压射缸1的侧壁作用在喷射管13上的外力而变形。最好，可变形的密封环37的密封宽度为0.1毫米至0.8毫米，最好为0.3毫米至0.6毫米。
密封环37可以用任何可变形材料制成，例如轴承合金、陶瓷、任何碳化物、不锈钢和耐热钢等。此外，密封环37可以涂有任何耐热涂料，该涂料能持久承受熔融铝及其合金的作用。
在图10中所示的实施例中，密封环37通过保护环45的保护而免受以高速从压射缸1的出口46出来并进入喷射管13的入口47a的熔融金属的侵蚀。该保护环45配置在喷射管13的顶部圆柱形入口端处，以便在压射缸1一侧与密封环37相邻接。这种保护环45必须用能持久承受熔融铝及其合金的材料制成。
在图11中所示的实施例中，密封环37由一个保护帽盖48来保护而免受高速熔融金属的侵蚀。保护帽盖48由对熔融铝具有抗侵蚀性能的陶瓷或轴承合金制成。在该实施例中，压射缸1在该凹形熔融金属出口处设置有一个帽盖插入凹座。因此，保护帽盖48可牢固地插入该凹座中，使得帽盖48位于靠近密封环37处。该帽盖有一个穿孔48a，使得从该缸内腔11(图1)出来的熔融金属通过压射缸1的出口46和帽盖48的孔48a而进入喷射管13的通道47中。
如图12中所示，密封环37可以放在具有凹形二次曲面49的压射缸1的熔融金属出口端46a与具有凸形二次曲面50的喷射管13的熔融金属入口47a之间。
密封环37还可以具有如图13中所示的矩形的截面形状，接触点51a和51b以图9的案例中所说明的同样的作用原理局部变形从而可提供可靠的密封。
图14示出了可以在上述各实施例(例如图9中的实施例)中使用的不同形状的密封环51。这些密封环51在与压射缸配合端和与喷射管配合端的每个接触点51a和51b处变形(如图9的案例中所说明的那样)从而可提供可靠的密封。
应当指出，上述说明只涉及了所公开的本发明的某些最佳实施例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以对本发明作出各种变化和更改。