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一种用于利用具有熔融合金加压源和限定至少一个型腔的模型的机器进行高压压铸的金属流动系统限定一个金属流动路径，利用金属流动路径使得从加压源接收的合金能够流入到型腔中。流动路径的长度的第一部分包括浇道和可控扩展端口(CEP)，可控扩展端口(CEP)的横截面积在合金流过的方向上从在浇道的出口端的CEP入口端到CEP的出口端增大。CEP出口模块(CEM)从CEP的出口端形成流动路径的长度的第二部分。CEP的横截面积的增大是这样的，即，在CEP入口端处以足够的流速被接收的熔融合金经历在其流过CEP过程中的流速降低，从而使得合金从熔融态变化到半固态。CEM具有控制合金流动的形状以使合金流速从CEP的出口端的水平逐渐降低并且在流动路径与型腔连通的位置处使得合金流速处于大大低于CEP的出口处的水平的水平。在CEP中产生的状态变化在型腔的基本上整个充填过程中得到保持，并且使得合金能够在型腔中和沿着流动路径朝向CEP返回经历快速凝固。

1.  一种用于利用具有熔融合金加压源和限定至少一个型腔的模型的机器进行高压压铸的金属流动系统，其中所述系统限定一个金属流动路径，利用金属流动路径使得从加压源接收的合金能够流入到型腔中，其特征在于：
(a)流动路径的长度的第一部分包括浇道和可控扩展端口(CEP)，可控扩展端口(CEP)的横截面积在合金流过的方向上从在浇道的出口端的CEP入口端到CEP的出口端增大；以及
(b)从CEP的出口端形成流动路径的长度的第二部分的CEP出口模块(CEM)；以及
CEP的横截面积的增大是这样的，即，在CEP入口端处以足够的流速被接收的熔融合金经历在其流过CEP过程中的流速降低，从而使得合金从熔融态变化到半固态，以及
CEM具有控制合金流动的形状以使合金流速从CEP的出口端的水平逐渐降低并且在流动路径与型腔连通的位置处使得合金流速处于大大低于CEP的出口处的水平的水平，从而使得在CEP中产生的状态变化在型腔的基本上整个充填过程中得到保持，并且使得合金能够在型腔中和沿着流动路径朝向CEP返回经历快速凝固。

2.  如权利要求1所述的金属流动系统，其特征在于，CEM限定或者包括宽度远大于深度并且横截面积大于CEP的出口端的面积的通道。

3.  如权利要求2所述的金属流动系统，其特征在于，所述通道能够使合金从CEP流到其中以径向扩展并且从而经历流速减小。

4.  如权利要求2或3所述的金属流动系统，其特征在于，所述通道的横截面积在合金流动的方向上增大，从而降低合金流速。

5.  如权利要求2至4中任何一项所述的金属流动系统，其特征在于，所述通道沿着其长度的至少一部分为锯齿形或者波纹状构造以在其宽度上限定峰和沟。

6.  如权利要求1所述的金属流动系统，其特征在于，所述CEM限定或者包括宽度和深度尺寸为同一级并且横截面积在合金在其中流动的方向上逐渐增大的通道。

7.  如权利要求6所述的金属流动系统，其特征在于，所述通道在其远离CEP的一端处与型腔连通。

8.  如权利要求6所述的金属流动系统，其特征在于，所述通道沿着通道的一侧与型腔连通。

9.  如权利要求8所述的金属流动系统，其特征在于，所述通道沿着其长度的至少一部分在其与型腔连通的位置处为曲线或者弧形。

10.  如权利要求6至9中任何一项所述的金属流动系统，其特征在于，所述通道为分叉形状以提供一对从CEP的出口端分叉的臂。

11.  如权利要求1至10中任何一项所述的金属流动系统，其特征在于，CEM的形状是这样，即，使在其中产生的合金流速的减小量为在CEP的出口端的合金流速的20％至65％。

12.  一种利用具有熔融合金加压源和限定至少一个型腔的模型的高压压铸机生产合金铸件的方法，其中合金沿着一个流动路径从所述源流到型腔，其特征在于：
(a)在流动路径的第一部分中，使得合金流过可控扩展端口(CEP)，可控扩展端口(CEP)的横截面积在CEP的入口端和出口端之间增大，从而使得合金经历流动横截面积增大并且导致流速从入口端的初始足够的流速减小，从而导致合金从从熔融态变化到半固态；以及
(b)控制合金在第一部分和型腔之间的流动路径的第二部分中流动，从而使得流速从CEP的出口端处的水平逐渐减小到流动路径与型腔连通的流速，该流速处于大大低于CEP的出口处的水平的水平；
以使在CEP中产生的状态变化在型腔的基本上整个充填过程中得到保持。

13.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，在CEM中的流速的减小是这样，即，使在型腔中的合金在很大的程度上不能返回到液态。

14.  如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，合金在保持基本上与流动方向正交的前沿上向前通过CEM。

15.  如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，合金在扩展以沿着基本上与径向分叉流动方向相切的方向前进的前沿上向前通过CEM。

16.  如权利要求12至15中任何一项所述的方法，其特征在于，在CEM中产生的合金流速的减小量为在CEP的出口端的合金流速的20％至65％。

压铸流动系统
技术领域
本发明涉及用于合金压铸的改进的合金流动系统。
背景技术
在多个近来的专利申请中，我们披露了关于利用被称为可控扩展端口(或CEP)的合金压铸的发明。这些申请包括关于镁合金压铸的PCT/AU98/00987和关于铝合金压铸的PCT/01/01058。它们还包括其他的申请PCT/AU01/00595和PCT/AU01/01290以及都于2001年8月23日提出的澳大利亚临时申请PR7214、PR7215、PR7216、PR7217和PR7218。这些其他的申请分别涉及镁、铝和其他可压铸的合金的压铸以及用于这些合金压铸的装置和设备。
如上所述，CEP用于上述专利申请的本发明中。CEP是合金流动路径的一个较短部分，从CEP的入口端到出口端横截面积增大，以使流过CEP的合金在其出口端的流速远低于其入口端的流速。流速减小是这样的，即，在其流过CEP时，合金经历状态变化。即，对于从加压供给源接收到CEP的入口端的熔融合金，从入口端到出口端处流速减小以使合金状态从入口端处的熔融态变化到出口端处的半固态或者触变态。
在其从出口端流出并基本上流经与流动路径连通的型腔时，合金最好被保持在半固态或者触变态。合金在型腔中足够快速地凝固并且从型腔回到CEP，所生产地铸件的特征在于，一种在次生相基质中具有细的球状或者圆形的退化枝状初生颗粒的微观结构。通过足够快速地凝固回到CEP中，在CEP中凝固的合金具有类似的相关微观结构，但其表现在CEP中横向(即，相对于合金流过CEP的方向的横向)延伸的细的条纹或者条带。条纹或者条带是合金在其流过CEP时产生的强烈的压力波的反映。这些压力波在产生从熔融状态到半固态或者触变态的合金状态变化中导致退化枝状初生颗粒的形成。强烈的压力波还导致合金元素基于密度分离，这由条纹或者条带来证明，但也由诸如以略微衰减的正弦形式在初生颗粒中的元素径向分离证明。
在上述专利申请的发明中使用CEP具有许多实际优点。其中一个基本的优点是上述的微观结构。初生颗粒的尺寸可小于40微米，诸如大约10微米或者更小。该细的初生相和细的次生相基质特别对于组件的物理性能，诸如拉伸性能、断裂韧性和硬度是有益的。
在这些发明中使用CEP的另一个优点是，可大大节省成本。节省成本部分是由于用以达到给定的产品重量的合金浇注的吨数远小于目前实践中对于相同的产品重量所用的合金浇注吨数所导致的。目前实践中的浇道系统相对于那些发明的金属流动系统是较大的以使目前实践中所用的供给系统中的凝固金属的体积和重量相对于铸件的体积和重量是较大的，因此需要较高的合金浇注的吨数来达到相同的产品重量。另外，随着合金浇注的吨数的减小，合金损耗的吨数也相应地减小。另外，这些发明有助于在比目前实践中小的设备上生产给定的铸件。另外，对于给定的铸件，在这些发明中使用CEP能够在入口相对于型腔的位置选择方面比目前实践中有限的选择具有更大的灵活性。
一般地，上述专利申请的发明的CEP增加能够生产的铸件的形状和尺寸的范围。在利用直接注入充填型腔的情况下，其中入口相对于型腔的位置是合金从其向外流到型腔的周围区域的位置，这是适用的。事实上，CEP的使用增加了对于许多铸件使用直接注入的可能性。但是，铸件的形状和尺寸的范围的增加也适用于这样的情况下，即，利用间接或者边缘供给充填型腔的情况，其中入口相对于型腔的位置是合金从其流过型腔接着外围流动或者仅外围流动以充填型腔的位置。
存在这样的情况，尽管利用CEP具有优点，但在获得上述专利申请的发明的最佳益处时会遇到困难。这些困难可能从没有在整个铸件上完全达到所需的微观结构明显地看出，例如由于一些铸件的型腔的几何形状而导致合金流动的回压不足或者冷却不充分，从而会带来上面的问题。通常，在生产小尺寸和/或较薄的或者具有较薄部分的铸件中采用间接或者边缘供给的布置形式会遇到困难。对于这些铸件，难以控制型腔内的合金流速，由于这个原因以及小的型腔体积，型腔充填时间是很短的。另外，尽管型腔体积小并且导致合金较快速地在型腔内凝固，但型腔的体积与金属流动系统中的合金体积的比值较低可能导致沿着流动系统的流动路径从型腔返回的凝固速度不足。
发明内容
本发明的目的是，提供一种至少能够降低上述困难的严重性的用于诸如利用热室或者冷室压铸机进行合金压铸中的改进的合金流动系统。至少在优选形式中，本发明的改进系统能够使这些困难基本上被克服，从而增大利用CEP以最佳的优点生产的铸件的范围。
根据用于生产一种给定铸件的型腔的尺寸和形状，一种包括在上述专利申请的发明中的CEP的金属流动系统可具有与型腔直接连通的CEP的出口端。事实上，对于在那些发明中的型腔中与CEP连通的区域的形式，型腔的该区域可限定CEP的长度的至少一个出口端部。但是，在另一种可选择的布置中，那些发明的流动系统通过副浇道与型腔连通以使流出CEP出口端的合金在流入型腔之前流过副浇道。在CEP的出口端直接通向型腔的情况下，副浇道不对在金属流动系统中流动的合金提供限制。即，副浇道在其整个长度上具有基本上均匀的但不小于CEP的出口端的横截面积的横截面积，同时在副浇道的出口端没有闸道或者类似的结构。
其中副浇道在CEP的出口端和型腔之间的金属流动系统的另一种可选择的形式通常用于间接或者边缘供给型腔的布置中。本发明应用的范围主要在于间接或者边缘供给。
本发明所涉及的金属流动系统限定一个金属流动路径，利用金属流动路径使得可从合金加压源接收的合金能够流入到型腔中。流动路径的第一部分包括浇道和CEP，CEP在浇道的出口端处具有较小的入口端。流动路径长度中从CEP的出口端到流动路径与型腔连通的位置处的第二部分具有能够使合金的流速从CEP的出口端处的水平逐渐减小的形状。流速的减小是这样的，即，在流动路径与型腔连通的位置处，合金流速处于大大低于CEP的出口处的水平的水平以适应型腔的尺寸和形状，从而使得由CEP产生的达到半固态或者触变态的合金变化在型腔的基本上整个充填过程中得到保持，并且接着使得合金能够在型腔中和沿着流动路径朝向CEP返回经历快速凝固。
这样，本发明提供一种用于利用具有熔融合金加压源和限定至少一个型腔的模型的机器进行高压压铸的金属流动系统，其中所述系统限定一个金属流动路径，利用金属流动路径使得从加压源接收的合金能够流入到型腔中，其中：
(a)流动路径的长度的第一部分包括浇道和可控扩展端口(CEP)，可控扩展端口(CEP)的横截面积在合金流过的方向上从在浇道的出口端的CEP入口端到CEP的出口端增大；以及
(b)从CEP的出口端形成流动路径的长度的第二部分的CEP出口模块(CEM)；以及
其中CEP的横截面积的增大是这样的，即，在CEP入口端处以足够的流速被接收的熔融合金经历在其流过CEP过程中的流速降低，从而使得合金从熔融态变化到半固态，以及
其中CEM具有控制合金流动的形状以使合金流速从CEP的出口端的水平逐渐降低并且在流动路径与型腔连通的位置处使得合金流速处于大大低于CEP的出口处的水平的水平，从而使得在CEP中产生的状态变化在型腔的基本上整个充填过程中得到保持，并且使得合金能够在型腔中和沿着流动路径朝向CEP返回经历快速凝固。
本发明还提供一种利用具有熔融合金加压源和限定至少一个型腔的模型的高压压铸机生产合金铸件的方法，其中合金沿着一个流动路径从所述源流到型腔，其中：
(a)在流动路径的第一部分中，使得合金流过可控扩展端口(CEP)，可控扩展端口(CEP)的横截面积在CEP的入口端和出口端之间增大，从而使得合金经历流动横截面积增大并且导致流速从入口端的初始足够的流速减小，从而导致合金从从熔融态变化到半固态；以及
(b)控制合金在第一部分和型腔之间的流动路径的第二部分中流动，从而使得流速从CEP的出口端处的水平逐渐减小到流动路径与型腔连通的流速，该流速处于大大低于CEP的出口处的水平的水平；
以使在CEP中产生的状态变化在型腔的基本上整个充填过程中得到保持。
如上所述，流动路径的第二部分使合金流速减小到CEP的出口端处的流速水平以下。流动路径的第二部分这里被简称为“CEP出口模块”或者“CEM”。
在CEM中达到流速逐渐降低确保在流动路径与型腔连通的位置处的适合的流速。该流速是这样的，即，在型腔中，合金不能在很大程度上甚至完全不能返回到液态。在型腔中，流速可进一步降低。但是，在该位置处的速度是这样的，即，即使流速趋于在型腔中增大，无论在整个型腔中流动或者在局部区域流动，流速增大都不能达到可使合金在很大程度上返回液态的水平。
本发明的金属流动系统的布置最好是这样的，即，在其从CEP流动和流出CEP过程中，合金保持基本上相干的移动前沿。即，在沿着CEM前进过程中，前沿保持基本上与流动方向正交或者能够扩展以沿着基本上与径向分叉流动方向相切的方向前进。基本上相干的移动前沿还能够通过使合金流过整个型腔来保持。根据型腔的形状，前沿也可保持与流动方向正交或者它在前进到型腔的边远区域的过程中可扩展以沿着基本上与径向分叉流动方向相切的方向前进。
如上所述，上述专利申请的本发明的一些合金流动系统具有副浇道，在一些方面，这与本发明的CEM类似。但是，这样的副浇道不能使低于在CEP的出口端的流速水平的合金流速大大减小。另外，本发明的系统的CEM通常具有大于那些发明的副浇道所需的流动长度。
本发明的系统中的CEM可采用多种形式。在第一形式中，CEM限定或者包括宽度远大于深度并且横截面积大于CEP的出口端的面积的通道。所述通道的宽度可超过其深度至少一个数量级。所述通道是这样的，即，它能够使从CEP流入其中的合金径向扩展，从而经历流速的减小。所述通道的横截面积可在合金流动的方向上增大以使得合金流速进一步减小。
在该第一种形式中，所述通道可基本上是平的，或者如果适于给定铸件的型腔，它可在其宽度上是弯曲的。但是，或者它可具有锯齿形或者波纹状构造以在其宽度上限定峰和沟，略微与冷却通风口的一些形状类似。通道的横截面积可是增大的，这是由于通道的宽度和深度中的一个沿着其长度可是恒定的，另一个逐渐增大，最好是均匀地。但是，如果需要的话，宽度和深度中的每一个可在合金流动的方向上增大。对于锯齿形或者波纹状构造，通常仅宽度增大即可，尽管该形状具有使CEP出口端和流动路径与型腔连通的位置之间的给定间隔的流动长度达到最大的优点。
对于第一种形式，其中限定了宽度远大于深度的通道，该布置通常是这样的，即，合金流动路径通过宽度远大于深度的开口与型腔连通。这特别适用于利用间接或者边缘供给的方式充填型腔的情况，特别是当型腔用于生产薄铸件时。
在第二种形式中，所述CEM限定或者包括宽度和深度尺寸为同一量级并且横截面积在合金在其中流动的方向上逐渐增大的通道。这种形状在具有逐渐增大的横截面积的情况下，还在流动路径与型腔连通的位置处提供所需的低流速。
对于型腔在流动路径与型腔连通的位置处的形状，CEM的第二形式的通道可在其远离CEP的端部处开口，并且开口端限定该位置。但是，最好该位置是由沿着通道的一侧延伸的细长开口限定的。在该优选的布置中，所述通道可沿着型腔的侧边从CEP基本上线性延伸，并且细长开口沿着通道邻近型腔边缘的一侧。但是，最好，通道是弯曲的以有助于其具有适合的长度，从而在通道中提供远离沿着型腔的侧边缘延伸的CEP的一个端部。特别是对于通道的这样的弯曲形状，流动路径在合金流动方向上在CEP后可分叉以提供至少两个通道，每一个通道具有这样的带所述细长开口的端部。在分叉布置中，每一个通道的开口可在型腔的一个公共边缘或者相应边缘处提供与型腔连通。在两个弯曲的通道在公共边缘处与型腔连通的情况下，每一个通道CEP的端部可在相互保持较短的距离处终止，以使它们的侧开口沿着型腔的公共边缘纵向间隔。但是，在另一个备选的布置中，两个通道可在它们的端部处汇合，从而形成闭环的相应的臂，在开口再次可被隔开的情况下，或者它们可形成每一个臂共用的单一细长开口。
在本发明的金属流动系统的CEM中合金流速逐渐减小以及导致这种减小的第二部分的横截面积的逐渐增大可是连续的。另外，速度的逐渐减小和面积的逐渐增大沿着第二部分的至少一段可基本上是均匀的或者可是逐步的。上述的CEM的第一和第二种形式适于提供由横截面积连续增大而形成的速度连续减小，诸如沿着第二部分的长度的至少大部分。
在第三种形式中，提供流速的逐步降低，CEM包括从CEP接收的合金流入其中的腔，并且该腔实现合金流速的逐步减小。CEP可直接与腔连通，或者利用在CEP出口端和腔之间的通道连通。该通道具有至少等于CEP出口端并且在CEP和腔之间可以是均匀的横截面积。但是，或者，所述通道的横截面积可从CEP到腔是增大的以在腔中达到逐步减小之前提供合金流速的逐渐减小。
在第三种形式中，CEM包括在腔和型腔之间提供连通并且具有至少基本上保持在腔中所达到的流速水平的形状的通道装置。该连通的通道装置可具有与上述的CEM的第一种形式类似的形状，同时它可具有基本均匀或者略微增大的横截面。或者，该通道装置可包括至少一个通道，但最好至少两个通道，与上述的CEM的第二种形式类似，但不同的是，如果需要的话，这样的通道或者每一个这样的通道可具有基本上均匀的横截面。
第三形式的腔可具有多种适合的形状。在一种适合的布置中，它可具有环形盘状。该布置适用于所述连通装置是至少一个通道的情况下。对于这种布置，在连通装置包括至少两个通道的情况下，通道可与公共的型腔或者相应的型腔连通。
第三种形式的CEM的连通装置的至少一个通道可在通道的一个端部开口处或者在参照第二种形式描述的细长侧开口处与型腔相通。
在本发明的每一个形式中，CEM最好平行于限定型腔的模型的分型面。流动路径的第一部分可是类似地设置以使其浇道和CEP也平行于该平面，并且从通过一个模型部分延伸到该平面的浇口或者浇道部分接收合金。或者，流动路径的第一部分可穿过这样的模型部分，并且CEP的出口端在分型面处或者靠近该分型面。
如上所述，用于达到所需的从熔融态到半固态或者触变态的合金变化的流速在上述专利申请中被详细描述。但是，对于镁合金，在CEP入口端处的流速通常大于60m/s，最好为140至165m/s。对于铝合金，入口端处的流速通常大于40m/s，例如为80至120m/s。对于其他能够被转变到半固态或者触变态的合金，诸如锌和铜合金，CEP入口端流速通常与铝合金类似，但可随着各种合金的独特性能而改变。在CEP中实现的流速减小通常是这样的，即，使CEP出口端达到的流速为入口端流速的50至80％，诸如65至75％。
低于在CEP的出口端处达到的流速的在本发明的系统的CEM中达到的流速减小将随着被生产的铸件的尺寸和形状而改变。但是，通常，CEM减小流速以使一个型腔中的流速为CEP出口端流速的20至65％。根据型腔形状，流速可在其中至少一些区域中增大，尽管通常最好使合金流速在整个型腔中进一步降低。当流速在型腔中的至少一些区域中增大时，最好使得增加量不大于CEP出口端流速的75％。
本发明以上描述参照一个型腔。但是，应该理解的是，本发明可用于多个型腔的铸型。在这样的情况下，由本发明系统限定的CEM可分开或者延伸以提供到达公共型腔或者至少两个型腔中的每一个的单独流动。事实上，如这里参照附图所述的，从一个公共的CEP提供这样的单独流动通常有助于合金流速的所需减小量的实现。
附图说明
为了更好地理解本发明，现将参照附图进行描述，在附图中：
图1是在固定和可动模型部分铸件的分型面上得到的一种两腔模型布置的示意图，其中示出了本发明的第一实施例；
图2是沿着图1的线II得到的放大截面图；
图3是与图1类似的示意图，但示出了具有单一型腔的本发明的第二实施例；
图4是图3的布置的侧视图；
图5与图4类似，但示出了第二实施例的第一变型；
图6与图4类似，但示出了第二实施例的第二变型；
图7与图3类似，但示出了本发明的第三实施例；
图8是图7的布置的侧视图；
图9是与图1类似的示意图，但示出了本发明的第四实施例；
图10是沿着图9的线X-X得到的部分截面图；
图11与图3类似，但示出了本发明的第五实施例；
图12是沿着图1的线XII-XII得到的部分截面图；
图13与图11类似，但示出了本发明的第五实施例的第一变型；
图14与图11类似，但示出了本发明的第五实施例的第二变型；
图15是沿着图14的线XV-XV得到的部分截面图；
图16与图3类似，但示出了本发明的第六实施例；
图17是图16的布置的侧视图；
图18与图17类似，但示出了第六实施例的一个变型；
图19是利用本发明第七实施例生产的铸件的平面图；
图20是第七实施例的一部分的平面示意图；以及
图21是图20的布置的侧视图。
具体实施方式
参见图1和2，其中示出了两个型腔10和11，两个型腔10和11是由固定半膜12和可动半膜13限定的并且都用于在高压铸机(未示出)中产生相应的铸件。每一个型腔10和11用于从机器的熔融合金加压供给源接收合金，利用根据本发明的第一实施例的公共合金供给系统14使合金到达每一个型腔。该实施例是上述本发明的第一种形式所涉及的一个实施例。
合金供给系统14限定具有由喷嘴16限定的第一部分(如在图2中详细示出)和第二部分18(被称为如前面所述的CEM)的合金流动路径，第二部分18在每一个型腔之间延伸并且横穿喷嘴16的出口端。
概括地，喷嘴16根据上述专利申请PCT/AU01/01290的发明。如图2中所示，喷嘴16包括细长环形壳体20，金属流动路径的第一部分通过细长环形壳体20限定一个孔，所述孔包括浇道22和在浇道22的出口端处的CEP24。壳体20具有整洁地接收在固定半模12的插入件26中的出口端，而其入口端抵靠压板29的接头28。在壳体20周围具有电阻线圈30和外部线圈30以及绝缘层32。另外，在绝缘层32和插入件26之间提供绝缘间隙34，除了壳体20中以金属对金属的形式接触插入件24的出口端处具有短的距离以外，同时间隙34也在绝缘层32和接头28之间延伸。如在PCT/AU01/01290中所披露的，线圈30和绝缘层32能够对壳体20的热能级和合金流过浇道22和CEP24的温度提供控制。
在喷嘴16的布置中，浇道22在其整个长度上具有恒定的横截面，除了在其向下渐缩到CEP24的入口端24a的横截面的出口端处具有短的距离外。CEP24的横截面其入口端24a均匀增大到其出口端24b。该布置是这样的，即，在将熔融合金供给到浇道22的入口端22a时以由机器设定的金属流速，合金在CEP24的入口端24a处达到适合的较高流速，并且在CEP24的出口端24b处达到适合的较低流速。适合的流速是这样的，即，在CEP24中的合金中产生强烈的压力波以使合金经历从液态到半固态或者触变态的状态变化。适合的流速随着所涉及的合金而变化，并且尽管它们在上述专利申请中被详细描述，但这里后面也将对它们进行描述。
在所示的布置中，壳体20的孔在很短的端部35上扩张，超出CEP24的出口端24b。这可为金属流动路径的CEM18提供过渡，例如CEM18用于相对于其在CEP24的端部24b处的水平进一步降低合金的流速。或者，扩张的端部35可与扩张锥配合，诸如参照图3和图4所述的，在这种情况下，扩张的端部35可使得合金流速大大减小。
合金流动路径的CEM18由浅的矩形通道36限定在壳体20的孔开口的中心中。通道36是由半模12和13限定的，并且在半模12和13之间具有平行于分型面P-P的宽度和长度尺寸。这样，通道36垂直于喷嘴16。
通道36将合金流提供到每一个型腔10和11，在型腔10和11中合金流速减小到在CEP24的出口端24b处的水平以下。这可通过合金从端部24b在通道36中径向向外扩展来达到，如在图1中虚线圆所示。这样，合金被保持在CEP中达到的半固态或者触变态，在这种状态下，合金在通道36中的从端部24b与径向相切的扩展前沿上前进。在到达通道36的相对两侧时合金的扩展流受到限制，但被分裂以便以低流速持续流动到通道36的每一个开口端36a和36b，通道36通过开口端36a和36b分别与型腔10和11连通。在通道36中通向型腔10的部分上，通道36的相对两侧基本上是平行的，以使减小的流速可在开口端36a之前达到短的距离。但是，对于通道36中通向型腔11的部分，相对两侧在流动方向上是发散的，以使流速能够持续减小以在开口端36b处获得减小的流速。
合金流持续达到每一个型腔10、11的充填。流经每一个型腔10、11的合金能够处于足够低的流速，低于CEP24的端部24b处的流速，作用在合金流上的回压能够使合金保持半固态或者触变态。即，即使在任何一个型腔中存在可使流速增大的区域，这样的增大不能足以使合金在很大程度上局部返回到液态。
半模12、13的布置是这样，即，在型腔充填完成时，在每一个型腔10、11中合金排出的热能提供每一个型腔10、11中的合金的快速凝固并且沿着通道36回到CEP。通道36薄的部分对其是有帮助的。另外，主要由半模12及其插入件26排出的热能能够使冷却回到CEP中，尽管被线圈30加热，这是由于在CEP24端部24b周围壳体20和插入件26之间的金属与金属的接触。
图3和图4示出了用于生产铸件的一种布置的第二实施例，在这种情况下使用高压铸机的单腔模型。第二实施例是上述本发明的第一种形式所涉及的一个实施例，但使用锯齿形通道形式，而不是如图1和图2中的平通道。对应于图1和图2的部件用相同的附图标记表示，但加上100。但是，未示出半模，尽管仅示出了喷嘴116的部分壳体120。
在图3和图4中，CEM118的通道136的端部具有与CEP124连通的圆端平部40。另外，如上所述，通道136在部分40和型腔110之间具有部分42，部分42具有限定峰42a和沟42b的锯齿形，峰42a和沟42b相对于合金流过部分42的方向是横向延伸的。
尽管未示出可动半模，但其中示出了半模的扩张锥46。对于卡合在一起的半模，锥46被接收在喷嘴壳体120的孔的扩张端部135内，超出CEP124的出口端124b。这样，从CEP124流动的半固态或者触变态的合金在进入通道136之前以截锥的形式扩展。根据部分135和锥46的锥角，进入通道136的合金流速可与CEP124的出口端124b处达到的相同或者略有不同，尽管它通常基本上是不变的。
在通道136内，合金首先径向扩展从而使流速降低。在流过通道136的部分42时，流速通过开口端136a进一步降低，这是由于通道136的相对两侧发散到端部136a。这样，流入和充填型腔110的合金能够被保持在半固态或者触变态。通道136的部分42的锯齿状构造(具有一个或者更多的齿)增加回压，从而有助于使合金保持在这种状态下。除了上述不同之处以外，图3和图4的布置与参照图1和图2的描述基本相同。
图5示出了图3和图4的实施例的第一变型。图5的变型整体上与图3和图4中所示的相同，不同之处在于，CEP124的出口端124b与通道136直接连通。即，对于壳体120的孔，没有扩张部分，因此不需要扩张锥。
图6的部分视图(其中未示出型腔)示出了图3和图4的实施例的第二变型。图6的变型整体上与图3和图4中所示的相同，不同之处在于，CEM118的通道136的部分42为起伏或者波纹构造，而不是锯齿形。但是，图6的构造也提供了适合的回压。
图7和图8的第三实施例也是上述本发明的第一种形式所涉及的一个实施例。在图7和图8的布置中，对应于图1和图2的部件用相同的附图标记表示，但加上200。
如同图3和图4的实施例，图7和图8的第三实施例也是利用单腔模型生产铸件。但是，在这种情况下，CEM118的通道236不包括锯齿形构造的一部分。而是，通道236具有平的顶部和底部主表面。另外，尽管这些表面在合金流过其的方向上略微朝向出口端236a和腔210收敛，但通道236的相对两侧在该方向上是发散的。该布置是这样的，即，在流动方向上，通道236在朝向细长的薄开口端236a的横截面积上增大以使合金流速逐渐减小到低于CEP224的出口端224b以下的适合水平。
在图7和图8的实施例中，浇道222和CEP224平行于在半模212、213之间的分型面P-P延伸，并且提供与通道236中远离型腔210的端部连通。浇道222和CEP224是由半模212、213限定的，而不是由喷嘴限定的，同时它们与CEM218的通道236和腔210的中心线对准。熔融合金供给到浇道222的入口端可通过主浇道或者喷嘴的孔来实现，这样的主浇道或者喷嘴的孔不包括CEP，并且穿过固定的半模212，诸如相对于平面P-P是垂直的。
在通道236内，存在在通道236的顶部和底部主表面之间延伸的弧形壁50。壁50限定通向CEP224的出口端224b的凹槽52，以使随着合金被带到腔236中的来自于在先的浇注循环的任何固体熔渣等能够被俘获和保留。
通常根据关于图1和2、图3和4的描述可以理解关于图7和图9的实施例的操作。
图9和图10的第四实施例在许多方面与图1和图2的第一实施例是类似的。图9和图10也是上述本发明的第一种形式所涉及的一个实施例。在图7和图8的布置中，对应于图1和图2的部件用相同的附图标记表示，但加上300。
在图8和图9的实施例中，该布置也利用高压铸机生产铸件。该机器具有在半模312、313之间限定两个型腔310、311的模型。半模也限定了平行于分型面P-P在型腔310、311之间延伸的细长通道336。通道336形成合金流动路径的CEM318，合金流动路径的第一部分是由浇道322和CEP324提供的。浇道322和CEP324是由以相对于平面P-P成直角的形式安装在固定半模312中的喷嘴的壳体320限定的。CEP324在腔310、311之间的中途与通道336连通，以使合金被分割以沿着相反的方向流到每一个型腔310、311。
合金从CEP324的出口端324b在壳体320的孔的端部335中扩展接着进入到通道336的中心区域54。在区域54，通道336的深度增大以使区域54提供可有助于稳定合金流的圆形凹槽。从区域54，合金被分割以沿着相反的方向流到每一个通道336的开口端336a和336b，接着流入到各自的型腔310、311中。
使得从机器的加压源被接收到浇道322中的熔融合金在CEP324中经历流速减小，从CEP324的端部324a达到的流速减小到CEP324的端部324b达到的流速。减小是这样的，即，使合金状态从熔融态变为半固态或者触变态。合金流动路径的其余部分是这样的，即，使流速进一步减小直到通道336的各自开口端336a、336b。该进一步减小是由合金在区域54中从壳体320的出口端在通道336的相对两侧允许的范围内径向扩展所导致的。合金接着沿着通道336流到相对的端部336a和336b，其中流速持续降低，这是由于相对两侧从区域54到相对的端部336a、336b是略微发散的。最后，当通道336以一定角度相对于每一个型腔310、311中使得开口端336a和336b分别提供连通的端部倾斜时，端部336a和336b的面积大于与通道336的纵向范围正交的横截面积，从而使得合金流速在端部336a和336b处进一步减小。
该布置是这样的，即，使通过开口端336a和336b的合金具有远低于在CEP324的出口端324b处的流速的流速。大大降低的流速是这样的，即，能够保持合金处于半固态或者触变态，并且有助于在充填型腔310、311过程中保持该状态。在完成型腔充填时，该布置还有助于合金在型腔310、311中快速凝固，以使凝固能够沿着通道336从腔310、311快速回到CEP324中。
在根据图9的一个工作示例中，利用12毫米长的CEP，CEP的横截面积从其入口端324a到其出口端324b增大30％。该增大使得流速相应降低，并且合金从在端部324a的熔融态变化到在324b处的半固态或者触变态。在该工作示例中，通道336的开口端336a、336b的总面积比在CEP出口端324b的面积大45％，相应地导致端部336a、336b处的流速进一步减小。在这个方面，应该理解的是，尽管每一个开口端336a、336b的面积小于CEP出口端324b的面积，但每一个开口端336a、336b容纳大约一半的总合金流(如在图1和图2的布置的端部36a、36b的情况)。
在该工作示例中，开口端336a、336b的宽度为30毫米，深度为0.9毫米。型腔310在与平面P-P正交的方向上具有2毫米的深度，尽管腔311的相应尺寸为1毫米。在每一个型腔中，合金能在前沿上流动以达到型腔充填，当其移离相应的开口端336a、336b时合金扩展。这样，合金流速在每一个型腔310、311中进一步减小，脱离合金恢复到液态的趋势。
在图9和图10的布置中，开口端336a、336b的倾斜是这样的，即，引导合金横穿相应的型腔310、311的角部，并且发现这是有益的。已经发现，这样的倾斜部分增加相对于合金流的回压，这有助于使合金保持在半固态或者触变态。另外，在与端部336b的相邻位置处，通道336设有短段336c，短段336c相对于平面P-P倾斜，这也有助于保持适合的回压。
图11和图12示出了本发明的第五实施例，第五实施例是上述本发明的第二种形式所涉及的一个实施例。在图11和图12中，所示的合金流动系统具有平行于在固定半模60和可动半模61之间的分型面P-P延伸到型腔62的合金流动路径。流动路径包括与CEP64成一直线的浇道63，浇道63和CEP64共同限定了流动路径的第一部分。流动路径的第二部分包括采用通道66的形式的CEM，通道66具有相对的C形臂67、68。仅示出了臂67的一部分，尽管它与臂68形状相同，但是是相对的。
CEM的通道66的每一个臂67、68具有从在CEP64的出口端64b处的扩大部分69横向向外延伸的相应的第一部分67a、68a。从外端部68a，臂68具有在相同方向上延伸但远离CEP64的第二部分68b。在部分68b以外，臂68具有朝向CEP64的延长线向内横向延伸的第三部分68c。尽管未示出，但臂67具有除部分67a以外的各自的第二部分和第三部分，对应于臂68的部分68b和68c。每一个臂67、68在腔62的一端处的U形凹槽72内提供与型腔62连通。
浇道63、CEP64和通道66的横截面为双向对称的梯形，如图12中对于臂67的部分67a示出的。浇道63在其大部分长度上具有均匀的横截面，但在与其出口端相邻的位置处，它向下渐缩到在CEP64的入口端64a的区域。从端部64a，CEP64横截面积增大到其出口端64b。从流动路径的扩大部分69，通道66的每一个臂67、68的横截面积增大到与其远端相邻的最大值。
一个工作示例基于图11和图12，并且用于在具有单腔模型的热室压铸机上生产镁合金。该布置是这样的，即，来自于机器源的熔融镁合金在压力下被供给到浇道63的入口端，其中的流速为50m/sec。在浇道的锥形出口端处，流速增大以在CEP64的入口端64a处达到150m/s。从端部64a，CEP64中的流速降低到在出口端64b处的112.5m/s的水平。从扩大部分69，合金被等分以沿着每一个臂流动。相对于为臂68示出的位置A至E，合金流速在A逐渐减小到90m/s、在B为80m/s、在C为70m/s、在D为60m/s、在E为50m/s。
每一个臂设有与型腔62连通的细长开口。相对于位置C、D、E和臂68的端部，臂68的开口(臂67类似)从C到D的平均宽度为0.5毫米，从D到E为0.6毫米、从E到端部为0.8毫米。每一个槽的平均长度为35.85毫米，通过其的总流速从在C处的70m/s减小到每一个臂超过E的端部处的小于50m/s。
在生产每一个铸件时，合金状态从浇道63中的熔融态转变到CEP64中的半固态或者触变态。在整个沿着通道66的流动和型腔充填过程中该状态被保持。铸件具有极好的质量和微观结构，这是由于使合金保持在半固态或者触变态以及在型腔中快速凝固接着沿着通道66回到CEP64中所导致的。
图13示出了图11和图12的布置的一种变型，并且对应的部件具有相同的附图标记，加100。图13示出了用于将合金供给到浇道163的主浇道70。在这种情况下，CEM通道166的臂167、168沿着型腔的直端分别与型腔连通。CEP164，在用于镁合金时，提供流速在入口端164a处的150m/sec到在出口端164b处的112m/sec的减小。在通道166的每一个臂中，流速进一步减小到在A处的95m/s、在B为85m/s、在C为75m/s、在每一个臂167、168的端部处为65m/s。从每一个臂到型腔的开口是从就在每一个位置D之前到每一个臂的端部。该布置的操作如同参照图11和图12描述。
图14和图15详细示出了图13的变型，对于CEP164和通道CEM166。为此，对于参照图13详细描述的镁合金的适合的横截面积和流速如下：
位置                                面积(平方毫米)
164a                                     6.4
164b                                     8.5
A                                        6.0
B                                        6.8
C                                        8.0
D                                        9.6
应该理解的是，位置A至D所示的面积对应于CEM通道166的一个臂。但是，对于CEP164关于这些面积，需要考虑这样的情况，每一个臂提供流过CEP的合金的一半的流动。
图16示出了本发明的另一个实施例的流动系统的一部分，该图是从垂直于分型面的方向观察的。图17和图18示出了图16的布置的可选择形式。
在图16至图18中，使得熔融合金流到CEP80的浇道未示出。但是，它和CEP80形成流动系统的流动路径的第一部分，而通道82、腔84和通道86形成流动系统的第二部分或者CEM。合金在经历在CEP80中达到半固态或者触变态的变化后流到通道82，进入腔84接着通过每一个通道86到达单一或者各自的型腔(未示出)。通道82的横截面积大于CEP80的出口端的横截面积，并且横截面积可是恒定的或者它增大到腔84。在任何一种情况下，它提供低于在CEP80的出口端处达到的合金流速的合金流速。在腔84中，合金流能够扩展，导致流速的进一步减小。从腔室84，合金流被分割以沿着每一个通道，并且诸如通道82，每一个通道86提供在其中或者沿其的合金流速的进一步减小。已知合金流的分割，通道86可具有小于通道82的横截面积，但仍然达到流速的减小。
腔84可比如在图17中所示的通道82和通道86薄或者如图18中所示，它可是较厚的。或者它可具有与通道类似的厚度。
参照对上述实施例的描述可以理解关于图16至图18的实施例的操作。
图19示出了利用本发明的另一个实施例生产的铸件90。该铸件包括一对横向相邻的拉伸条91，拉伸条91在相邻端部通过金属带92串接，金属带92凝固在提供在其中浇注条91的各个型腔之间的金属流的通道中。所示的铸件90处于其脱离模型的状态，因此它包括沿着用于将合金供给到型腔中的金属流动路径的一部分凝固的金属93。金属93包括在CEM中凝固的金属部分94和在金属流动路径的CEP中凝固的金属部分95。
为了获得拉伸条91，沿着在带92的每一端和每一个条91的相应侧面之间的接合部切割铸件90，同时从与其相连的拉伸条91的一侧切断金属93。被切断的金属93的形状在图20和图21中被详细示出。当然，金属93具有与本发明所涉及的金属流动系统的相应部分96相同的形状，并且参照似乎表示相应的部分96的金属93对在图20和图21中的金属93进行进一步描述。这样，金属部分94和95被认为是分别表示相应的金属流动系统的CEM97和CEP98。为了延续对CEM97和CEP98的表示，合金流到CEP98的入口端98a的浇道99的出口端部分用虚线表示。另外，阴影表示在分型线P-P上可分离并且限定型腔和金属流动系统的相应的半模101和102。
从图20和图21中可以看出，CEM97具有总的矩形形状，浇道99和CEP98纵向在线。CEP98的出口端98b在CEM的一端的中点处与CEM97连通。这样，合金在浇道99和CEP98的方向上通过CEM97朝向其远离CEP出口98b的端部流动。但是，朝向远端，CEM97横向开口在短的副浇道100，通过副浇道100能够使合金流到在其中浇注拉伸条91的串接型腔的第一个。
沿着从CEP出口98b的其长度的第一部分，CEM97是产生合金流过的阻力的形式。这可通过由相应的模型部分限定的交替的筋101a和102a来实现，交替的筋101a和102a相对于合金流过CEM97横向延伸，并且突出到CEM的一般矩形形状。CEM97的宽度和在连贯的肋条之间的最小距离A被计算以对于给定的合金达到所需要的流速。这样，例如，通过使流速从在入口端98a的150m/s减小到出口端98b的100m/s而在其流过CEP98从液态变为半固态的镁合金能够在其流过CEM97时流速进一步减小，从而即使在其流动过程中流速在一定程度上的增大也能够在整个型腔中使合金保持在半固态。
对于图20和图21中所示的金属流动系统，图19中所示的拉伸条91能够被生产，每一个条91的测量长度和夹持端中的微观结构表示保持均匀的细的微观结构，表示半固态合金的快速凝固。另外，已经发现，第一条91基本上没有缩孔，而第二条91也基本上没有缩孔，除了在最持续充填夹持端时具有可接受程度的缩孔。在生产拉伸条时利用从一端流动，这与利用常规压铸机得到的结果大不相同。对于常规的铸造，在第一型腔的远端处得到不令人满意的型腔充填，而生产串接的拉伸条基本上是不能够实现的。
如上所述，用于达到合金从其熔融态到半固态或者触变态的所需变化的流速取决于所用的合金。对于镁合金，在CEP入口端处的流速通常大于60m/s，最好为140至165m/s。对于铝合金，入口端处的流速通常大于40m/s，例如为80至120m/s。对于其他能够被转变到半固态或者触变态的合金，诸如锌和铜合金，CEP入口端流速通常与铝合金类似，但可随着各种合金的独特性能而改变。在CEP中实现的流速减小通常是这样的，即，使CEP出口端达到的流速为入口端流速的50至80％，诸如65至75％。低于在CEP的出口端处达到的流速的在本发明的系统的CEM中达到的流速减小将随着被生产的铸件的尺寸和形状而改变。但是，通常，CEM减小流速以使一个型腔中的流速为CEP出口端流速的20至65％。根据型腔形状，流速可在其中至少一些区域中增大，尽管通常最好使合金流速在整个型腔中进一步降低。当流速在型腔中的至少一些区域中增大时，最好使得增加量不大于CEP出口端流速的75％。
最后，应该理解的是，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，各种改变、变型和/或添加可被引入到上述的部件的结构和布置中。