模铸冷却活塞 发明内容 本发明涉及用于加压模铸的活塞， 具体涉及但不限于用于冷室模铸处理的活塞。
应当事先指出的是， 尽管为简单起见， 在以下说明中仅以冷室加压模铸作为参考， 然而这不应理解为限制因素， 因为除非特别地不相容， 本发明还可适用于金属或非金属材 料的其他类型的模铸 ( 例如， 热室加压模铸 )。
冷室加压模铸处理在很早以前就已公知， 因此， 在下文中， 除了为便于理解本发明 而确实需要说明的情况以外， 在下文中将不再对其进行详细说明。 对于更多信息， 可以参考 关于该问题的众多技和科技出版物。
在该处理中， 将熔融金属倒入具有圆筒形内腔的容器中， 在容器中通过活动活塞 将金属推向轴向出口， 从而将金属注入包括待铸造部件的模具的模子中。
这种类型的处理主要用于制备由铝基轻合金制成的部件， 但是其应用领域最近已 扩展至镁 ； 所涉及的温度可达到非常高的数值 ( 超过 400-500℃ )， 因此， 活塞的冷却对于制 造过程的适当实施来说是重要的因素。
根据现有技术的情形， 在这些应用中， 通过液体冷却活塞， 所述液体被输送至与熔 融金属直接接触的最大热应力区 ( 即活塞头 ) 的液体对进行， 然后沿着相反的路径排出。
具体地说， 液体流入上面安装有活塞的支撑件内部的轴向管道中， 然后流向活塞 头； 液体通过设置在支撑件端部的径向通道扩散到活塞头的内壁上。
冷却剂流于是以阳光放射形图案 (sunburst pattern) 分布， 然后被收集到环绕活 塞支撑件的圆形通道中， 并从圆形通道最终返回支撑件的轴向部分而被排出。
在 1991 年 4 月 24 日公布的欧洲专利申请 EP 423 413 及 2007 年 10 月 18 日公布 的国际专利申请 PCT/IT2007/000225 中描述了以这种方式冷却的活塞的一些实例。
从普遍观点来看， ， 这种公知技术的冷却系统由于已测试了很长时间而被认为是 可靠的， 但是如前所述， 现今加压模铸分法涉及更高的温度， 因而需要改进活塞与冷却剂之 间热交换效率。
事实上， 铸造镁及其合金使活塞变得非常热 ： 其结果是， 为了去除更多的热量， 除 了将冷却剂施加在热交换区域， 即增大活塞尺寸以外， 没有其他的解决方案。
然而， 这不是始终可行的， 因为这还将需要改变供活塞滑动的容器， 从而实际上该 解决方案不适用于现有的加压模铸装置， 否则一旦替换， 将产生高的成本。
因此， 基于本发明的技术问题是改进上述现有技术的情形。
换句话说， 技术问题是 ： 提供一种加压模铸活塞， 与现有技术相比， 该加压模铸活 塞能够被更高效地冷却。
因此， 能够制造与现有活塞的直径相同的活塞， 由于该活塞被更有效地冷却， 因此 在其他条件 ( 冷却剂流速、 壁长等 ) 相同的情况下， 能够保证更好的性能。
为上述技术问题提供解决方案的想法是让冷却剂在活塞壁内流动 ； 以这种方式， 热量直接从活塞壁内去除， 从而增强了热交换。
更好的活塞冷却可以提高模铸循环的次数， 同时还将活塞温度保持在预定的数值
以下以保证机器的正确运行。
因此， 还提高了模铸装置的生产率， 从工业的观点来看具有显著的优点。
通过具有由所附权利要求所述特征的活塞解决前述技术问题。
参考附图， 从根据本发明的活塞的实施例的下述说明中， 将更清楚所述特征和优 点， 其中 ：
- 图 1 和图 2 是根据本发明的活塞和活塞支撑件的两个不同角度的分解图 ；
- 图 3 示出处于装配状态的前面附图所示的活塞和支撑件 ；
- 图 4 是没有支撑件的前面附图所示的活塞的详细视图 ；
- 图 5 是安装在支撑件上的前面附图所示的活塞的纵向剖视图 ；
- 图 6 是与活塞和活塞支撑件均交叉的平面的纵视图， 示出冷却剂供应通道 ；
- 图 7 是活塞和一部分活塞支撑件的纵向剖视图， 突显了径向收集件。
现在参考上面所列的附图， 附图标记 1 表示根据本发明的加压模铸活塞支撑组件 的整体。
加压模铸活塞支撑组件包括具有圆筒形几何形状的支撑件 2， 支撑件 2 具有基体 3， 基体 3 具有普通斜面 4， 该斜面与工具 ( 例如扳手等 ) 相接合以将组件安装到模铸固定装 置上。 从基体 3 延伸出来的支撑件主体 5 是轴向中空的， 并且其前端具有从中心向外延 伸的槽 7， 在后文中将对此进行详细说明。
在支撑件主体 5 上具有与活塞夹持键 10 接合的固定座 9 ； 在本实例中， 具有 3 个 以 120°间隔布置的固定座 9， ； 然而， 根据具体需求， 该数量可以大于或小于 3 个。
在固定座 9 的底部具有螺纹孔 11， 螺纹孔 11 的直径与用于固定键 10 的螺钉杆 12 相同。
最后， 沿着活塞支撑件主体 5 设置有与环型密封垫片 (O 形圈 )15′ 15″和 15″′ 相对应的环形凹槽 13′、 13″、 13″′ ； 凹槽和垫片的数量可以与本实例不同， 但是这里所 建议的数量能保证冷却剂在壁内的最理想的循环。
下面对活塞 20 进行说明， 活塞包括圆筒形侧壁 21， 壁 21 的前部被头部 22 封闭， 围 绕壁 21 设置有密封环 23。
根据优选的实施例， 密封环 23 具有径向内齿 24， 径向内齿 24 用于与在活塞头 22 的基体上形成的匹配固定座 25 接合。
如同大多数已知的环那样， 环 23 的外表面可以是光滑的， 或者其可以具有凹槽 26， 如图中所示， 在本实例中， 凹槽 26 具有回纹设计， 然而凹槽还可以具有环纹的或者不同 的外形。
当活塞安装在支撑件 2 上时， 壁 21 中的径向孔 29 对准固定座 9 以允许键 10 插入 ； 键 10 将壁 21 锁定在支撑件主体 5 上以防止其转动或者沿轴向移动。
由于活塞被可旋转且可平移地牢固固定在支撑件 2 上， 因此通过键夹持活塞是本 发明的优选的解决方案 ； 然而， 这不是唯一的可行方案。
例如， 可预期的替换方案可以是常规的允许活塞旋入活塞主体 5 中的螺纹系统或 者是卡口型系统， 两者都是公知技术。
为了冷却活塞 20， 在环绕支撑件主体 5 的前端的环形分配腔 32 与环形收集腔 33
之间的圆筒形壁 21 内形成通道 30， 通道 30 沿着壁的母线彼此平行地延伸。
收集腔设置在壁的基体处， 并位于与密封环 15 ′、 15 ″相对应的两个固定座 13′、 13″之间限定的空间内。
于是， 在腔 33 内收集的液体可以流向形成在支撑件 2 的主体 5 内部的一系列径向 收集件 35。
如上所述， 收集件 35 是轴向中空的 ； 具体地说， 沿纵向穿过收集件 35 的空腔 38 容 纳着将冷却剂输送至主体 5 端部的管道 40( 图 6 示出其截面 )。
冷却剂流从主体的端部分叉至槽 7 内， 以到达上述分配腔室 32， 然后沿着通道 30 的路径流动。
冷却剂沿着管道 40 外侧的路径排出 ； 收集件 35 将来自收集腔 33 的冷却剂流沿轴 向传送至围绕管道 40 的间隙中， 冷却剂流从该间隙在支撑件 2 的基体 3 内部流动以便被排 出。
在这方面， 应指出， 环型垫片 15′、 15″、 15″′的位置以及在支撑件主体 5 上的 相应固定座 13′、 13″、 13″′的位置证明特别有利于活塞冷却， 因为这样防止了任何冷却 剂泄漏。
事实上， 冷却剂通过管道 40 和槽 7 沿轴向供应至分配腔 32 ； 在这一阶段， 与支撑 件主体 5 的端部邻接的垫片 15″′证明对防止冷却剂扩散而言是极其重要的。
事实上， 由于这种密封， 液体将从槽 7 流入分配腔 32， 然后流入通道 30， 并从通道 30 的下游进入收集腔 33 ； 在该情况下， 仍必须强调， 如果不存在垫片 15′、 15″， 液体将在 壁 21 的内壁与主体 5 之间蔓延， 而不是流过径向收集件 35 而被排出。
换句话说， 将收集件 35 设置在密封垫片 15′与密封垫片 15″之间所包含的区域 中， 对于适当地冷却活塞来说是重要的。
此外， 几乎不值得一提的是， 尽管在本实例中垫片安装在形成于主体 5 上的固定 座 13′、 13″内， 但是作为选择， 所述固定座也可以形成在壁的内壁上。
最后， 作为本发明的另一个特性， 需要指出在本实例中， 为了将通道 30 机械地钻 入壁内 ( 通过使用切削装置、 钻机等 )， 已优选使用从壁 21 的下缘穿入壁 21 内的工具 ； 由 于可以使用常规的机械和工具来实现， 因此这是一种低成本的解决方案。
密封元件 42 用于将工具进入孔 41( 参见图 4) 封闭 ； 这些密封元件例如可以是螺 纹塞形式 ( 当然， 进入孔 41 也必须是有螺纹的 ) 的可取出元件， 或者是通过铅封或利用可 变形盖或衬套获得的永久性元件。
尽管永久性元件通常制作费用更低 ( 除了自贡螺钉孔 41 之外 )， 但可取出塞具有 允许对通道 30 进行维修的优点， 相反， 对于小活塞的应用来说， 优选采用铅封或使用不可 取出的、 可永久变形的盖。
从上述说明可以容易地理解活塞 20 如何能够解决本发明要解决的技术问题。
事实上， 显而易见的是， 由于运送冷却剂的通道 30 形成在活塞壁 21 的内部， 所以 显著地改进了冷却剂与活塞之间的热交换 ； 因此， 在其他条件 ( 冷却剂流速、 待模铸的熔融 金属的温度、 模铸速度等 ) 相同的情况下， 更多的热量被带走。
具体地说， 必须指出， 在这种情况下， 冷却剂在普遍大于现有活塞表面的表面上进 行热交换。事实上， 在现有活塞中， 液体仅接触活塞壁的内壁， 该内壁的半径比通道 30 与壁 21 外表面之间所包含的内部区域的半径短 ； 此外， 根据本发明， 液体与通道 30 的整个内壁 交换热量， 如果所述通道的尺寸合适并且大小足够， 则通道的整个内壁的面积大于活塞壁 的内表面的面积。
还需补充的是， 壁 21 内的通道 30 的存在， 即壁 21 内的间隙的存在， 减小了其导热 金属 ( 铜等 ) 的质量， 从而降低了壁的热容量 ( 公知的， 热容量是由公式 Q ＝ c×M×ΔT 确 定的， 其中 c 是材料的比热、 M 是材料的总质量、 ΔT 是温度变化 )。
根据本发明， 冷却剂与质量更小的金属进行热交换， 因而在流速相同的情况下， 冷 却所述质量金属所需移除的热量更小。
这些有益效果的获得不需要改变活塞 20 的外部尺寸， 因此活塞 20 的外部尺寸与 现有活塞一致， 并且能够用在目前使用的模铸固定装置上。
然而必须指出， 通道 30 还可以通过诸如激光或电蚀刻等其他加工方式而获得。
在该情况下， 工具进入孔 41 可以是非必要的， 甚至通道 30 的形状可以不像实例所 示的那样是直的。例如， 可以想到设置沿着壁 21 延伸的螺旋通道。
还应指出的是， 尽管壁 21 优选制成为单个部件， 但是也可以通过将两个部件连接 在一起而获得， 即， 将外部套管与管状的内部件连接。 在该情况下， 通道 30 或单个螺旋通道可以形成在连接在一起的两个部件中的一 者上， 仍然获得了与壁为单个部件的上述实例等同的壁。
在该框架下， 本发明还取得了与所采用的具体技术方案有关的更多优点。
例如， 键 10 允许活塞 20 牢固地锁定在支撑件 2 上， 防止它们相对于彼此转动或轴 向移动， 同时仍然使键 10 保持容易从外侧进入， 以便在每次维修检查中被解锁螺栓 12 拆 卸。
同样， 密封环 23 上的径向齿 24 和活塞 20 上的固定座 25 允许密封环锁定在活塞 上； 为了这个目的， 环优选为开放型的， 即具有允许环弹性展开的开口， 从而在需要时能够 容易地将环拆卸。
显然， 键型活塞夹持系统和径向齿型环锁定系统均可以替换为其他解决方案 ( 诸 如用于现有活塞的解决方案 )。
就密封环而言， 最后必须强调的是， 可以省略设置在密封环的外表面上的凹槽， 其 中该凹槽改进了活塞的润滑性以利于模铸处理， 但这不会影响本发明所实现的其他效果。 这些变型仍然落入所附权利要求的范围以内。