CN110177635A

CN110177635A - 非晶态合金的压铸***

Info

Publication number: CN110177635A
Application number: CN201780074347.2A
Authority: CN
Inventors: 兰斯·安德伍德; 约翰·康; 春云·保罗·金; 布莱恩·P·瑞莫尔斯
Original assignee: Keystone Intellectual Property Co Ltd
Current assignee: Keystone Intellectual Property Co Ltd
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2019-08-27
Also published as: WO2018067983A1; US20200180018A1

Abstract

提供了一种用于计量一定量的熔融非晶态合金注入到注射***的模腔中的***和方法。***中的熔化室被加热到合金的固相线温度或高于合金的固相线温度以形成热室。腔室和模具都保持在惰性气氛中。使用阀***从腔室计量熔融合金，并将熔融合金注入模腔中以模制成模制件。进料管可以从热室延伸到阀***。阀***可以使用重力或泵压来计量一定体积的熔融合金。在另一种情况下，阀***可包括用于将合金注入模腔中的柱塞和喷射套筒。在一个实施例中，柱塞本身计量一定体积的合金。可选地，可以加热喷射套筒和柱塞。

Description

非晶态合金的压铸***

背景技术和问题描述

由于非晶态合金的原子结构，非晶态合金可能具有独特的各种各样的特性，如：高强度，耐腐蚀性，低摩擦，以及磁性。但是，非晶态合金必须迅速淬火才能达到非晶态结构，然而很少有能够在生产技术和经济上均可行的非晶态合金产品的成型/制造工艺。

压铸工艺已用于铸造具有各种特性的非晶态合金。其中一个挑战是在从坩埚到模腔的过程中，一直保护熔融合金不受熔融过程的影响。许多非晶态合金在熔融状态下与氧和/或氮高度反应。该反应形成氧化物，该氧化物在铸件中成为夹杂物，导致铸件机械性能下降和表面缺陷。

为了解决非晶态合金的反应属性，一种方法是使用立式压铸机，在立式压铸机中，整个熔体***，浇注***，模具，以及铸造喷射/移除/处理***均封闭在大型真空室中。材料原料通常通过真空锁定室穿梭到腔室中，并且铸造部件同样通过类似的真空锁定腔室从腔室中穿出。通常，对于每次注射，将单个锭料直接在钢包坩埚中熔化。立式压铸机的局限性在于循环时间往往很长。

水平压铸机通常也使用，水平压铸机通常将模具表面彼此密封，并且一旦模具闭合，就仅对模腔抽真空。然而，这种***的一个问题是在模具打开时隔离熔体***。通常，“冷喷室”，简称为“喷射套筒”，与固定模具连接。喷射套筒通常在顶部具有开口，熔融合金通过该开口投入喷射套筒内。喷射套筒装有一个柱塞，该柱塞缩回以打开开口以接收合金，然后将合金推向模具并进入模腔以形成铸件。对于反应性合金，冷室可以由真空腔封闭，该真空腔还容纳坩埚，该坩埚内进锭料以用于每次注射。然而，当模具打开时(如弹出每个铸件所需)，柱塞尖端OD和喷射套筒ID暴露于空气(尤其是氧气和氮气)和大气压中。大气和喷射套筒/坩埚真空室之间的唯一密封是柱塞OD本身，但是柱塞OD和喷射套筒ID之间必然存在的小间隙允许大气泄漏进入真空室。一旦模具再次关闭，必须将模腔和腔室中的气压降低到可接受的真空水平，然后才能开始下一个铸锭的熔化。当使用水平压铸机进行处理反应性非晶态合金时，真空降低时间可能导致过长的循环时间。

非晶态合金的反应性以及它们相对较高的熔化温度使非晶态合金润湿通常用于压铸的铁基合金，实际上甚至可以润湿一些陶瓷材料。这可能导致非晶态合金将部件“钎焊”在一起的问题，特别是当那些部件低于合金的固相线温度时，以及当熔体与上述部件保持接触相当长的一段时间时。这就使得难以使用诸如阀之类的部件将压铸***的某些区域(特别是包含熔体的区域)与空气隔离。

对于上述描述的立式压铸机或水平压铸机的另一个问题是在每个铸造周期内熔化单个铸锭。因此，坩埚必须经受反复的热循环，这会导致坩埚破裂并导致熔体污染。而且，坩埚通常最终会从热循环中破裂。“热室”可以是坩埚或储槽，坩埚或储槽内容纳大量熔融合金并保持在相当恒定的温度下，“热室”虽然看起来是更好的解决方案，但是对于非晶态合金，热室具有其他局限性。

许多非晶态合金比其他合金具有更高的熔点或液化温度，其他合金例如为通常用于压铸的基于铝或镁的合金。许多非晶态合金的液相线温度高于通常用于压铸机械的高强度钢的典型回火温度。在这些高温下，钢材会***并失去很大的强度。因此，钢材通常不能与熔融非晶态合金连续，长时间接触。例如，传统上与镁合金一起使用的铁基热室不与非晶态合金一起使用。这些合金在它们的液相线温度或高于其液相线温度下与铁基材料反应。来自铁基材料的元素污染熔体并降低最终铸件产品的性能。此外，铁基材料的降解使铁基材料迅速磨损并降低其强度，从而使铁基材料无法实现其正常的性能特征。例如，在熔化许多非晶态合金所需的温度下，铁基热室中的泵不能长期存在，也不能产生与其通常的熔融镁环境中一样高的压力。

当涉及需要薄横截面和/或高度抛光铸态表面光洁度的压铸部件时，一些问题尤其明显。氧化，孔隙，夹杂物，流动相关的缺陷如流线，褶皱和冷隔均是这类产品中不可接受的缺陷。

传统的压铸使用非常高的注射速率，熔融流体流速为30米/秒至50米/秒，以防止熔融合金由于与将坩埚连接到模腔的各个通道接触而冷却。然而，由这种速度引起的湍流可能导致空穴和来自气泡和喷雾液滴的局部固化导致的颗粒物。如果在与模腔接触时，这些缺陷“冻结”或固化，则可能导致不可接受的缺陷。

此外，固化的颗粒难以通过模具的小横截面，这限制了设计者制造轻质部件的能力。

通过降低熔融合金的流速可以消除湍流，但是由于熔融合金与内部通道的接触持续时间延长，熔融合金更可能发生过早固化。

因此，有效压铸反应性非晶态合金所需的一种***是：

1、熔化合金并将其输送到不会污染熔融合金的容器/通道中：

a避免会破坏容器/通道的热循环

b使用在熔化温度下不会润湿合金或与合金反应的材料

2、熔体从坩埚到模腔的温度保持在足够的水平：

a避免任何会引入固体或半固体颗粒的局部冻结，这些固体或半固体颗粒会阻止薄壁部分的流动或导致流线伪影，或铸件中的表面/亚表面缺陷。

b防止出现焊缝/褶皱/冷隔。

3、将合金从熔化一直到在模具中的固化保持在惰性气氛中。特别是，当模具打开时，防止空气通过固定模具中的开口进入模具并与熔融合金接触。

4、控制注入速率以防止喷射/湍流，喷射/湍流将导致孔隙，流线伪影和/或固化夹杂物缺陷。

5、计量注入到模腔的受控注射量(或者，允许熔体在每次注射后快速缩回以避免与任何“冷”(即，低于固相线温度)的部件接触。

6、优选地，使熔体连续向上移动(即，从底部向上填充所有通道)，以防止在流动路径中的位置处产生熔体翻滚和瀑布式跌落的缺陷，并最终进入铸件并作为缺陷固化。(注意-这变得不那么重要-但仍然不是不重要-因为其他方法，例如上面的第2-4项，用于管理熔化行为。)

7、在高压下完成注射过程，以最大限度地减少孔隙率，从而最优化强度性能和表面光洁度。

8、打开模具以弹出铸件，然后关闭模具，在合理的时间范围内重新建立惰性气氛。

本申请中的所有概念都具有以下优点：

●允许使用不需要封装在大型真空室中的模具，也可以省去各种真空梭口。

●允许使用大型(非单次)热室，消除热循环，热循环是坩埚破裂并导致熔体污染的原因。

●在引入熔体之前，可以在模腔中快速建立高质量的真空。

●提供一种在模具打开时密封熔体***以免暴露于大气的方法。

●允许使用较低的注射速度。

本文档详述了每个概念文档中通常不详述的术语，因为这些术语都是通用的。

全文使用术语“热室”。这是因为在所有概念中，熔融金属的供应可以直接来自：

●坩埚或熔炉，坩埚或熔炉中连续供给有新的原料供应(例如，铸锭，废料或原材料)，或者

●从坩埚或熔炉来料供给的储槽，转移槽，计量槽或计量炉(即，容纳多个剂量的槽或容器，用于计量每次注射的特定剂量或体积的熔融材料)，然后运到压铸机。

本文公开的概念涉及高保真度非晶金属铸造以及使用热槽，热室等来注入非晶态合金的方法或供应一个机器来注入非晶态合金的方法。

然而，这些概念也可以用于其他方法，例如熔模铸造，尽管这里通常一直参考压铸。

术语“熔体”通常用作名词，指将要铸造的熔融合金。

在熔融状态下，非晶态合金通常与空气反应。反应产物防止最终铸造产品实现表面光洁，并且还可能降低其机械性能。因此，由这些概念体现的***确保从原料熔化时到其在模腔中注入和固化时，原料不会暴露于空气中，而是仅暴露于惰性环境中。示例性惰性环境包括但不限于真空和氩气。

熔融状态的非晶态合金通常也与许多其他金属(包括铁)反应。暴露的持续时间是反应程度的一个因素。因此，在熔体与***元件接触超过几秒的***的任何区域中，该元件应由不与熔体反应的材料制成。通常，某些陶瓷是用于此目的的最佳材料选择。

诸如从坩埚/热槽到喷射室或阀门的进料管，以及阀和阀体本身的陶瓷部件需要被加热至少高于所铸造的合金的固相线温度。感应加热不适用于陶瓷，因此最好的方法被认为是电阻加热。电阻加热可以与反馈回路中的热电偶结合使用，以实现精确的温度控制。

在熔融状态下，非晶态合金表现出随温度变化的流体流变性质。因此，通过控制与熔体接触的表面的温度来控制在整个***的各个位置注入的熔体的温度是重要的。因此，控制熔融温度是一种通过防止过早固化以及确保在熔体固化之前模腔能够完全填充来防止最终铸造产品中的缺陷的方法。这些概念提到了每个概念所特有的特定加热要求。然而，在这些概念中，如果有的话，模具加热和冷却几乎没有提到，因为在某种程度上，它们被认为是每个概念的一部分。本陈述适用于所有概念：模具加热和冷却的程度可以根据各种***在以适当的温度和速度将熔体输送到模腔的效率而变化。模具，模腔和诸如浇道衬套的各种部件可以用诸如油或传热流体的流体加热，或者用感应或电阻电加热元件加热。可以用油，水或水基传热流体完成冷却。根据***内特定位置的需要，元件可以连续加热，连续冷却，不主动加热或冷却，或每个循环交替加热和冷却。

每个***被认为能够使用再循环的铸造材料，其通过进料到坩埚中进行最小的再加工。

在部分的这些概念中，其中的一个概念需要在热室中的泵，EM泵被引用作为优选实施例。但是，在每种情况下，泵的功能只是将熔融合金转移到PMV，喷射套筒或模腔中；泵不需要产生高压。(我们认为我们可以摒弃传统的规律——热泵室技术与这些高熔点温度合金——一个原因是最后的高压挤压来自另一个来源。)我们相信EM泵将会工作，或者可以与我们的合金一起工作，因为其可以与铝一起工作，我们合金的液相线温度不会高于铝。但是，如果EM泵无法工作，陶瓷离心泵或活塞/套筒潜水泵应由陶瓷材料制成。

定义：

“余料”-熔体首先进入模腔的部分。余料是废料，在从模腔中排出后从铸件上修剪掉。余料的功能是在铸件的关键区域用作收缩槽，并用作气泡和氧化颗粒的收集器，这些气泡和氧化颗粒倾向于夹带在最后一点熔体中以注入模具中。

进料管-连接热室和另一元件(例如冷喷室)并在其之间供给熔体的管。

模具-两个大板夹在一起，提供在注射过程中约束加压熔体所需的力。模具通常包含模腔***件。压铸机通常具有移动或顶出器模具，以及固定模具或盖模。通常首先通过盖模注入熔体。模具必须合在一起(靠近)以允许熔体注入模腔，并分离(打开)以喷射固化的铸件。

模腔-模具内部形成的内表面，形成成品铸件本身的外表面。模腔通常由固定在模具上的模具插件以及用于产生某些特征的各种部件(例如芯和滑块)构成。

惰性气体-气体或气体混合物，几乎没有或没有与熔体发生化学反应的倾向。

冷室或冷喷室-活塞和气缸装置，在高压下将熔体注入模腔。冷室通常保持在远低于熔体本身的标称温度。

喷射套筒-容纳柱塞的圆筒。喷射套筒通常具有填充口，熔体被浇注到该填充口中。当熔体通过柱塞冲入模腔时，喷射套筒必须承受很大的压力。

柱塞-喷射套筒中的活塞。

喷射-将特定体积的熔体注入模腔中以形成铸件。

瀑布-熔体沿着表面流动的状态，通常留下诸如气泡和固化的伪影，其使得在铸件中产生颗粒和层。

“前进”-导致熔体向模腔前进的柱塞，泵或熔体本身的运动。

“缩回”-导致熔体从模腔中移开的柱塞，泵或熔体本身的运动。

“计量”-泵送或允许转移预定体积的熔体(“喷射”)，计算的少量过量的该熔体完全填充模腔。

定义并给出固相线和液相线温度的值

***目标

●低熔体流体速度(无湍流)

●铸件中没有气泡夹带

●熔体与空气或容器(热室，泵等)材料无反应

●某些光洁的表面(无缺陷-无面缺陷或内部缺陷，通常纯净且干净)

本文公开的概念涉及大气控制(包括密封)和必需的使***和方法有效的机械装置。进一步的包括在整个循环中保持熔体温度，以(较慢)速率注入熔体以减少湍流和与流动相关的喷射，减少循环时间(例如，低于30秒)，例如，将时间减少到等于或大约15秒。因此，在成本和压铸工艺方面提高了效率，并且在工艺期间将熔体与大气隔离方面提高了效率。

在模腔中的气氛是惰性气体的情况下，该气体可以在大致大气压下使用，或者其压力可以增加以提供“反压”-即，压力大于大气压。反压的一个好处是它可以用于控制熔体行进的前端的性质。熔体“润湿”模腔表面的趋势受到反压力的影响。反压的另一个好处是，在熔体中存在任何气泡的情况下，反压将这些气泡压缩到较小的尺寸。此外，通过反压抑制流动引起的诸如气穴的效应，气穴效应可以导致模腔表面的损坏并且在铸件中留下缺陷。公开的每个概念都有一个表格，用于确定在给定配置下反压力的使用是否是可行的选择。

在此公开的概念包括制造每个铸件的每次喷射量的不同计量方式。在其中一些中，包括计量泵。在其他情况下，柱塞尖端本身进行计量。在其他情况下，有几个阀门可以进行计量。每个都描述了控制每次铸造从热室中取出并放入喷射套筒中的体积的方法。

通常，在每个概念中，熔体在模腔中不会遇到或接触温度低于其最低温度的任何金属，并且从熔融时起直到在模具中固化时不会与任何反应气氛接触。材料不会转移到冷室本身或冷喷套管。熔体在一个被加热的环境中一直到达腔体。此外，它可以在受保护的环境(例如，真空)中转移到模腔。

在某些情况下，部件内衬有陶瓷材料。

用于非晶态金属压铸的整体***概念A至C的总结

概念A至C都涉及与盖模相邻的阀装置，以在模具打开时密封供应的熔体/热室以免暴露于空气。阀门机构需要两个部件之间的配合接触，并且当两个部件接触时，两个部件之间会有最初的熔融金属。熔融金属存在固化并将两个部件“钎焊”在一起的危险，因此，有必要确保两者之间的任何熔融金属的温度都不低于熔融金属的固相线温度。因此，在这些概念中，热室和盖模之间的导管都被加热到高于熔融金属的固相线温度。导管的内表面至少是陶瓷，以防止熔体与内表面反应。柱塞和喷射室(若使用)也被加热，柱塞和喷射室由陶瓷制成或涂有陶瓷。

在传统的“冷”喷射室***中，柱塞和喷射套管通常是钢制的，因此它们暴露于熔体的时间必须非常短。这限制了可以使用的取向，并且通常要求将熔体倒入喷射套筒顶侧的开口中。在概念A-C中，由于喷射套筒和柱塞必须加热并由陶瓷构成，因此上述的这些要求不存在。因此，各种柱塞和各种进料方向都是可能的。例如，柱塞可以是垂直的，朝上的，并且喷射套筒中的进料口可以与熔体持续长久接触。这可能具有诸如更快的循环时间和进入喷射室的熔体更少湍流的优点。

概念A：熔体由一个热室提供，惰性气氛保护以免与空气接触，熔体被提供至装在喷射室内的柱塞中。柱塞除了将熔体驱动到模腔中之外，柱塞还具有两个新颖的功能，(1)计量注入的熔体体积，(2)在模具打开时密封热室/鹅颈管以免受空气进入。熔体可以通过泵、通过重力从热室驱动到柱塞，该方式中，热室和模腔之间的压差为正或零，或者通过气体压力从热室驱动到柱塞，该方式中，在热室和模腔之间存在正压差。在注射循环结束时，需要挤压销以提供所需的高压。熔体的大气保护有两种可能的组合：

概念	热室气氛	模具气氛
			A1	真空	真空
A2	惰性气体	真空

柱塞/计量阀的设计需要重力以将熔体从计量室传递到喷射室。因此，柱塞轴必须处于如本文所定义的方向1或2(参见本文件末尾的定义)。该要求还将模腔中的惰性气氛限制为仅真空。

概念B：熔体由热室供应，由惰性气氛保护。没有柱塞，通过泵或(正如概念A，取决于压差条件是否允许这些方法)通过重力或气体压力将熔体驱入模腔。一旦模具关闭并且在模腔中建立了适当的惰性气氛，阀门就允许熔体进入模腔。阀门在模具打开之前关闭，以保护热室/鹅颈管中的熔体不与空气反应。在一个实施例中，泵可以计量注入模腔的熔体体积，在其他实施中，依靠模具中的真空/气体截止阀来控制熔体体积。在注射循环结束时，需要挤压销以提供所需的高压，阀门可用于承受挤压销产生的压力。惰性气氛组合类似于概念A的组合，但也可以在模腔中使用惰性气体。

概念	热室气氛	模具气氛
			B1	真空	真空
B2	惰性气体	真空
			B3	惰性气体	惰性气体
B4	真空	惰性气体

概念C：如概念A中所示，熔体由一个热室提供，惰性气氛保护，熔体被提供至装在喷射室内的柱塞中。在这种情况下，柱塞不会对熔体进行计量，但是柱塞具有一个密封并用作阀门的尖端，该尖端防止熔体在模具打开时暴露在空气中。同样，需要挤压销来提供高压。进料选择和惰性气氛组合与概念B中的相同。

C1	真空	真空
			C2	惰性气体	真空
C3	惰性气体	惰性气体
			C4	真空	惰性气体

上述概念以及各种进料和方向选择在下表中有更详细的概述：

概念A：由组合式柱塞/计量阀(PMV)计量喷射量

***描述

●熔融合金的供应源(“熔体”)是热室(即，含有大体积熔体的坩埚或保温炉(熔体的体积多于一次注入的体积))。

●通过用恒定的惰性(真空或惰性气体)环境覆盖熔体，保护热室中的熔体不与大气中的氧气反应。

●在每次铸件固化之后，模具打开以弹出铸件，然后模具闭合并且使用真空吹扫模腔(例如，除去将与熔体反应的氧和氮分子)。

●为了防止在模具打开时空气与进料管/热室中的熔体接触，柱塞/计量阀(PMV)具有尖端，该尖端密封在盖模中的配合阀座上。

●PMV还具有“腰部”部分，该部分用作计量室，以在PMV处于“填充”位置时计量精确的喷射尺寸。

●PMV启动到4个位置(见最后一页的图形)：

1、当模具打开时，密封真空以防止大气进入

2、填充计量室

3、将熔体从计量室倾倒到喷射室

4、将熔体驱入模腔。

●PMV和计量/喷射室轴线相对于水平方向倾斜一个角度(在所示的示例中为45度)，以使熔体通过重力从计量室转移到喷射室。

●进料管轴线优选连接到喷射室的底侧，使得熔体从底部向上进料，以使湍流最小化。

●计量室可以通过各种方式从热室供应熔体，包括重力，气体压差或泵。

●在泵的情况下，可以使用两种基本泵型。第一种是非计量或非排量泵；也就是说，非计量或非正位移泵不会排出特定或已知量的液体，只是按指令推动流体(即熔体)直到被关闭。诸如电磁(EM)泵或叶片泵的低压泵是可接受的泵型。在概念A中，泵不需要计量熔体体积，因为PMV执行该功能。

●或者，可以使用正排量泵，例如柱塞泵(尽管其计量功能是多余的)。在这种情况下，泵将推动流体，直到PMV计量室充满，然后泵保持该位置直到PMV进行冲程运动并将流体注入模腔。理想地，这样的泵将具有止回阀，使得当柱塞缩回并吸入更多的熔体以准备下一个喷射循环时，进料管中残留有熔体。

●对于上述所有提到的元件(元素)，有利的是：

○上述元件由陶瓷制成，以避免润湿和熔化反应/降解

○上述元件(与传统的“冷室***”相反)加热到恒定温度(高于熔体的固相线温度)至：

■最大限度地减少可能破坏陶瓷，从而污染熔体的热循环

■当熔体通过这些元件时，防止熔体在壁边界处局部固化。由于使用的喷射速度将远低于传统高压压铸中使用的喷射速度，熔体在壁边界处局部固化尤其是一个问题。

●进料管和热室内衬以及热室泵材料可以由各种陶瓷材料制成，包括熔融二氧化硅，氧化铝，钛酸铝，氧化锆和氧化镁。具体实例是Al₂O₃+MgO和Al₂O₃+SiO₂陶瓷。

●在模具打开时，PMV保护熔体，并且还允许在模具关闭时但在阀门打开之前的这段时间内在模具中建立高质量的真空。在这种情况下实现真空密封的最佳方法是使用陶瓷-陶瓷面密封(这种情况在锥面上)，而不是小间隙(泄漏)密封，小间隙(泄漏)密封在柱塞OD和喷射套筒的ID之间的密封是典型的(过去曾尝试过)。

●熔体在PMV区域不固化是至关重要的。PMV尖端和配合阀座之间的熔体必须加热到其固相线温度以上，以防止熔体在每个密封面之间固化并将这些密封面“钎焊”在一起。一种方法是对PMV尖端和喷射室配合阀座中的至少一个或优选两个进行电阻加热。优选的方法是使用围绕阀座的感应线圈单独感应加热熔体。在这种情况下，阀门和阀座由陶瓷材料制成，例如熔融石英，熔融石英具有低的导热性和导电性(“低介电损耗系数”)；因此，只有熔体而不是阀门和阀座本身将被感应线圈加热。

●最好的陶瓷阀门材料被认为是熔融石英。其他选择可包括氧化铝和钛酸铝。PMV行程由位移传感器监控。在使用计量/正排量泵的情况下，必须将控制信号发送到泵，以在PMV排量达到位置3时关闭泵(使得进料管被PMV关闭)。

●一旦熔体到达喷射室，通过柱塞的受控移动速度将熔体驱入模腔中以消除湍流，湍流可能导致成品铸件的缺陷。

●PMV必须在其行程末端达到最低点，以便在模具打开时提供真空密封。因此，不能依赖PMV来向模腔提供可预测的最终压力，因为喷射的精确体积可能在不同的喷射之间略有不同。挤压销可以提供最终压力。挤压销可以由液压驱动，或者仅仅是弹簧加载以提供预定压力。弹簧加载以提供预定压力是优选的，因为控制***不需要预期或使用传感装置来确定激活挤压销的正确时刻。在弹簧加载以提供预定压力这种情况下，PMV将提供压力源，并且一旦模具充满，挤压销将调节该压力(类似于减压阀)。在这种情况下，计量的熔体体积的大小应使得当柱塞达到最低点时，在模腔中存在少量过量的熔体，以确保必须压下挤压销以补偿该过量的体积。

非计量泵的示例注射循环如下：

在上面的例子中，由于泵是非计量的，泵可以连续地保持开启，使得熔体始终与喷射套筒进料口接触。重力或气压进料也是如此。

讨论

这个***的优点是：

●允许使用大型(非单次喷射)坩埚/热槽，消除坩埚破裂并导致熔体污染的热循环

●提供一种在模具打开时密封熔体***以免熔体***暴露于大气的方法

●在引入熔体之前，可以在模腔中快速建立高质量的真空

●允许使用不需要封装在大型真空室中的模具，也可以省去各种真空梭口

●提供一种精确计量喷射到模具的喷射量的方法

●可与真空/惰性气体一起使用，以保护热室中的熔体免于暴露于大气。

该***的一个潜在缺点是对PMV的要求比对大多数其他***/元件的要求更高；PMV必须保持真空，但也要暴露在流过它的熔融合金中，并且必须保持在合金固相线温度以上。

由于需要在供应的熔体附近暴露于熔体的阀，阀也必须保持真空，这种公开的方法尚未尝试或已知。(真空压铸***中的大多数真空阀位于模具的顶部，在流入的熔体达到的最后点，因此真空阀暴露于低得多的温度。)

整个***概念如下图A1和A2所示(截面图)：

根据另一个实施方案，在坩埚中使用惰性气体，在模具中使用真空(参见下面的A2)。A2在机械结构上类似于概念A1；唯一的区别在于大气压的控制。例如，坩埚/热室处于来自于惰性气体的恒压下，如自于氩气的恒压下。除了先前提到的优点之外，由于坩埚/热槽中的正压力，A2并不严重依赖于PMV可以保持的真空程度。

PMV必须在模具中保持真空，但也要暴露于流过它的熔融合金，并且必须保持在略高于合金液相温度。

在另一个实施方案中，惰性气体在坩埚中，在模具中仍然是真空的，但是熔体由来自坩埚的气体压力驱动，并且不使用泵(参见下图)。这里，这个概念是利用惰性气体的压力将熔体驱入该喷射套筒计量室或阀门。因此，虽然上述两个实施例在坩埚中具有非计量泵，例如，本实施例中，坩埚中没有泵，使用坩埚中的惰性气体压力(其略高于坩埚中的惰性气体压力，例如，15PSI绝对值)将熔体驱入柱塞中的计量室。坩埚中的压力(刚好超过大气压，约15psia)和抽真空的模腔中的压力(基本上为0psia)的压力差将熔体推入PMV计量室。

●在该实施例中，当PMV位移到达位置3(参见下面的图)时，PMV关闭进料管，没有机构来释放驱动流体进入进料管的压力。因此，必须将整个进料管加热到液相线温度以上，以防止其中的熔融合金固化。

在另一个实施方案中，惰性气体在热室中，但现在模具中不是真空，而是将惰性气体引入模具中，以作为一种不同的方式控制气压。这种气体可用于提供通常所说的反压力。也就是说，模具中存在正压力，气体推动抵抗正压力；就熔体的前部而言，这种正压具有一些有益效果。

熔体的前部是熔体的首先进入模腔的部分。因此反压对熔体的表面张力有一些影响，并影响熔体前部的行为方式。当熔体从开口出来时，反压会使得熔体表现的更好，不会发生破裂，也不会发生喷射，例如，不会发生湍流。

然而，引入模腔的惰性气体可能或可能不被控制为反压力。但是，通过首先施加真空，然后施加惰性气体然后再次抽真空，然后再次使用惰性气体，可以更快地去除模腔中的氧气和氮气。例如，第一次对模腔抽真空，例如，99％的氧气和氮气被去除，但是为了使得其余部分排出，可以继续抽真空以获得最后1％的真空，或用惰性气体快速填充真空容积，并且其中仍有1％的空气和99％的惰性气体，然后再次吸出惰性气体和氧气组合。如果对模腔施加相同水平的真空，这可以将其降低至0.1％氧气和氮气。

总之，除了前面提到的上述机械特征(例如，参见A2)之外，该实施例描述了在模腔中使用惰性气体和正压。

首先通过对模具进行真空吹扫，然后填充惰性气体(例如氩气)以在熔体注射期间提供反压力以帮助防止熔体前部发生湍流和破裂。

模具填充工艺可以包括真空和惰性气体填充中的每一个步骤，或者多个步骤，例如真空/惰性气体填充/再真空/再惰性气体填充，以进一步降低模腔中的氧气水平。

与概念A1和A2一样，但与第三个不同，泵根据指令将流体推向计量室；诸如EM泵之类的低压泵是可接受的泵型。在该实施例中，泵不需要计量熔化体积，因为PMV执行该功能。

它可以引入正压力以防止这些气泡开始形成，这也是一个优点。

该***可能需要用于反压气体的额外溢流区域和/或减压阀，减压阀限制最大压力并将惰性气体排放回惰性气体源以使其再循环。

在引入熔体之前，可以在模腔中建立高质量的真空和正压惰性气体气氛。

在一个实施例中，总体概念是具有计量喷射量的柱塞，因此柱塞本身具有两个功能。它将熔体推入模腔，但它也可以对喷射量本身进行测量，因此可以在热室中使用任何类型的泵。本申请使用在热室概念中的非晶态金属，这是以前从未做过的，并且它确实解决了一些问题。例如，它解决了重复热循环和单独的一次喷射熔化的问题。

在概念A1中所示的图中，将一些熔体泵送到喷射室，但是因为本申请不再熔化单个铸锭，该单个铸锭的尺寸完全符合所需的喷射尺寸，本申请现在使用计量喷射到注射套筒的注射室的熔体量的方法。在这种情况下，柱塞本身就是计量装置。

如上图和下图所示，柱塞的角度约为45度。其原因在于这个特殊的概念，一旦计量腔室充满，则将柱塞放置在不同位置，该位置需要重力将熔体运送到下一个阶段的腔室(重力进料)。这就是倾斜柱塞的原因。在这种情况下，泵可以是类似EM(电磁泵)的泵，在这种情况下，泵不需要自己的计量。泵可以与传感器结合使用，例如EM传感器，根据传感器测量的体积，可以控制发送到泵的熔体流量。所以这两个组合可以是计量泵。但是，只要该腔室具有固定的容积，计量泵就可以仅用于开/关模式以供应腔室。

余料将是注入的铸件的一部分。如图所示的配置是易于弹出的拔模角度。因此，余料不是使用传统的圆形余料，而是在它的两侧有一点拔模角度，余料的形状会稍微与圆形余料不一样，以便它可以弹出。

在概念A1中，是真空***，因此没有空气，并且熔体会找到自己的水平，柱塞会接近熔体，直到碰到熔体并且开始将熔体推入真空***。

在一个实施例中，可以存在多个旋转的圆形模具，例如泵送和流动的模具，其简单地一直持续进行。

挤压销也在图中示出。压铸中的挤压销通常用于在循环结束时增加压力-例如，在注射循环结束时。基本上它们是类似活塞的装置，它们可以稍微延伸到模腔中，或者可以被熔体迫使稍微缩回到它们的孔中。可以使用相同的销作为顶针，因此一旦铸件固化并且一旦模具打开，铸件准备好被弹出，则使用挤压销将铸件推回。挤压销可以发挥双重作用。

在一个实施例中，在挤压销所在的孔中，该孔中的弹簧推动挤压销以形成弹簧加载的销。在一些实施例中，通过在其上施加预载荷，使柱塞以预定压力缩回。

(请参阅下面的PMV及其位置的详细信息)

位置1示出了成角度的喷射室和柱塞。向下分支到右下方的管是与热室本身(熔融合金来源)连接的进料管。在位置1处，柱塞尖端密封热室。所有这些部件都保持在合金的液相线温度以上，因为当该柱塞尖端压在陶瓷座上时，不希望合金用作钎焊材料并将柱塞尖端钎焊到阀座上。因此合金保持在固相线温度以上。同样在所示的位置1中，模具是打开的，并且柱塞尖端本身充当阀门以密封其他所有东西—柱塞尖端上方的任何东西以隔离大气。然后，一旦模具闭合并且在模具上抽真空，则柱塞被拉回到位置2，位置2是填充位置。

在位置2处，在柱塞的外径周围有环形密封。-也就是说，柱塞外径和用于密封的喷射套筒内径之间存在非常小的间隙–该间隙的体积用来计量体积。因此，在位置2中，致动热室中的泵以驱动熔体填充该体积。一旦该体积填满，将继续前进到位置3，填充该体积只需要几分之一秒。

在位置3处，柱塞的大直径已经关闭进料管，该进料管下降到热室。现在，在柱塞的颈缩区域周围的环形区域中的熔体，依靠重力作用，能够通过柱塞尖端进入模具区域-即进入该余料区域。

然后最后在位置4，一旦所有的熔体都经验性地通过重力进料穿过柱塞尖端；(例如，基于预定的时间量，例如，0.05秒)，然后柱塞前进。一旦柱塞在喷射套筒内进入最终直径，则柱塞变成活塞而不是阀门，并且它被进一步向前驱动。现在是挤压销可以发挥作用的地方。如果仅仅将柱塞尖端一直推到配合阀座的底部，且如果喷射室中的流体体积有点少，那么模腔内的压力就不会增大。另一方面，如果体积有点多，柱塞尖端将无法完全行进并密封在阀座上。因此，可以采用挤压销来补偿体积的任何差异。因此，挤压销可以简单地通过弹簧预加载，或者挤压销可以通过液压或气动预加载到一定压力。关键是挤压销能够被柱塞在阀座底部产生的压力推入，并补偿体积的任何变化。

在又一个实施例中，没有提供柱塞和泵。相反，它只有一个紧靠余料旁边的阀门-即就在铸件旁边。这个阀门只是打开和关闭，因此有一个压力源。压力源是压力差。热室中的压力高于模腔中的压力，因为其中一个具有惰性气体，另一个具有真空。

例如，通过坩埚中的压力(刚好超过大气压，约15psia)和抽真空的模腔(基本上为0psia)的压力差，熔体被吸入模腔。为了在模具打开时隔离坩埚/热槽免受大气污染，在余料附近有一个阀门。

与之前的概念不同，没有计量喷射量。阀门只是保持打开，直到模腔充满。

在模腔充满后，阀门关闭，此后不久，液压驱动的挤压销将被激活，以增加最终的模具压力。增加压力的目的是使铸件中的孔隙率最小化，并且这样做，增加机械性能并改善铸件的表面光洁度。阀门，因为它不是柱塞，不能产生这种压力，但必须承受它。

●特别地，阀和配合阀座中的至少一个或优选两者必须被加热到液相线温度以上，以防止熔体在每个密封面之间固化并将这些密封面“钎焊”在一起。

●没有机构来减轻驱动流体进入进料管的压力。因此，整个进料管必须保持在高于液相线(或至少固相线)温度的温度，以防止其中的熔融合金固化。进料管与坩埚/热槽中的熔体大致相同的温度将是理想的。

注射周期如下：

讨论

该***的优点是：

●允许使用大型(非单次喷射)坩埚/热槽，消除坩埚破裂并导致熔体污染的热循环。

●提供了一种在模具打开时密封熔体***以免熔体***暴露于大气中的方法，但是由于坩埚/热槽中的正压，不像概念A1那样严重依赖于PMV可以保持真空的程度。

●在引入熔体之前，可以在模腔中建立高质量的真空。

●这个概念比其他概念更简单，因为它不需要泵，并且阀门驱动可能比PMV的操作稍微简单。例如，不必控制阀门的速度。此外，它只需要驱动到两个位置(完全打开和完全关闭)，因此不需要行程传感器或高速反馈控制回路。因此，其控制***要求更简单。

与先前的概念一样，该***的潜在缺点是对阀门的要求比对大多数其他***/元件的要求更高；阀门必须在模具中保持真空，但也要暴露在流过它的熔融合金中，并且必须保持在略高于合金液相线温度。

该实施例存在其他潜在的缺点(如下面的概念5所示)。一个是因为熔体体积仅通过真空吸入，所以不能正确控制/计量。而且，填充率不像PMV或柱塞型***那样受到控制，并且可能太慢或太快。

这种方法是未知的并且之前没有进行过，可能是因为需要在供应的熔体附近暴露于熔体的阀，阀也必须保持真空，这种公开的方法尚未尝试或已知。(真空压铸***中的大多数真空阀位于模具的顶部，在流入的熔体达到的最后点，因此真空阀暴露于低得多的温度。)

阀门在模具打开时保护熔体，并且在模具关闭时但在打开阀门之前的这段时间内，阀门还允许在模具中建立高质量的真空。在这种情况下实现真空密封的最佳方法是使用陶瓷-陶瓷面密封(这种情况在锥面上)，而不是小间隙(泄漏)密封，小间隙(泄漏)密封在柱塞OD和弹射套筒的ID之间的密封是典型的(过去曾尝试过)。

熔体不在阀门区域固化是至关重要。这就是阀门的设计和定向使得内部表面不是水平的(熔体不能融合)的原因，并且是阀门必须保持接近或高于液相线温度的原因。因此，所有阀体内表面和阀本身必须是熔体不会润湿的陶瓷材料。最好的陶瓷材料被认为是氧化锆。其他选择可能包括氧化铝，氧化镁和二氧化硅；具体实例是Al₂O₃+MgO和Al₂O₃+SiO₂陶瓷。

(详见阀门及其位置)

概念B：与模腔相邻的阀门(无柱塞)

***描述

1、熔融合金的供应源(“熔体”)是热室(即，含有大体积熔体的坩埚或保温炉(熔体的体积多于一次注入的体积))。

2、通过用恒定的惰性(真空或惰性气体)环境覆盖熔体，保护热室中的熔体不与大气中的氧气反应。

3、在每次铸件固化之后，模具打开以弹出铸件，然后模具闭合并且使用真空吹扫模腔。

4、该***不使用冷喷室中的柱塞来填充模腔。模腔由以下任一方式填充：

a热室中的气体压力与模腔中的气体(或真空)压力之间的压差，例如1至2巴。

b重力(即与模腔相比，热室升高)

c热室中的泵

5、为了在模具打开时将熔体与大气污染隔离，阀门与模腔相邻并连接。在一个实施例中，阀门可以与余料相邻。

6、最佳的阀门轴垂直(向上)，或垂直和水平之间(也指向上方)。下图显示了45度方向的轴。在倾斜方向，通过进料管可以从喷射室低侧的端口填充喷射室。当熔体进入喷射室时，这种底部填充配置将引起最小的流动扰动。如果在模腔中使用气体，这些方向中的任何一个都确保气体可能首先通过模具铸件，并且从模腔顶部的真空阀出来，从而减少气体留在铸件中的可能性。

7、加热的进料管将热室连接到阀门。在操作过程中，进料管始终充满熔体。

8、最佳的进料管轴线也位于垂直和水平之间(显示为垂直)，以便于以最小的湍流填充喷射室。

9、至少有三种方法来计量注射量。一个是阀门只是保持打开，直到模腔充满。该概念将需要气体/真空阀，气体/真空阀阻止熔体的流入并保持挤压压力。阻止熔体流入的阀门在本领域中是已知的。阀门通过如下可以执行该功能：

a冷冻(固化)熔体(或冷却截止)

b通过惯性关闭熔体的流入

c通过电磁阀切断熔体的流入

d其他方式

10、测量泵容积的另一种方法是使用计量泵输送精确的体积到模腔。一个示例可以是柱塞泵，柱塞泵针对已知行程长度输送特定体积。

11、第三种方法是将非正排量泵与流量测量装置结合使用，例如流线传感器。

12、在使用真空阀的***的情况下，控制***可以使用用于冷却截止阀的温度传感器，或用于惯性或电磁阀的电接触或行程传感器来确定模腔是否已满。在测量泵容积的***的情况下，泵冲程或流量传感器可用于确定模腔已满。

13、在模腔充满后，控制***立即关闭阀门，此后不久，一个或多个挤压销被启动以增加最终的模具压力。然后可以关闭泵本身。挤压销可以通过液压，气动，电气或机械装置驱动。控制压力的液压气缸以在熔体本身中产生所需压力是示例性方法。增加压力的目的是使铸件中的孔隙率最小化，并且这样做，增加铸件的机械性能并改善铸件的表面光洁度。由于阀本身不是柱塞，因此不能产生这种压力，但必须承受它。

14、必须将阀尖端和配合阀座之间的熔体加热到其固相线温度以上，以防止熔体在每个密封面之间固化并将这些密封面“钎焊”在一起。一种方法是对阀尖端和配合阀座中的至少一个或优选两个进行电阻加热。优选的方法是使用围绕阀座的感应线圈单独感应加热熔体。在这种情况下，阀门和阀座由陶瓷材料制成，例如熔融石英，其具有低的导热性和导电性(“低介电损耗系数”)；因此，只有熔体而不是阀门和阀座本身将被感应线圈加热。

15、对于上述所有元件，有利的是：

a上述元件由陶瓷制成，以避免润湿和熔化反应/降解

b上述元件(与传统的“冷室***”相反)加热到熔体固相线温度以上的恒定温度至：

i)最大限度地减少可能破坏陶瓷，从而污染熔体的热循环

ii)当熔体通过这些元件时，防止熔体在壁边界处局部固化。由于使用的喷射速度将远低于传统高压压铸中使用的喷射速度，熔体在壁边界处局部固化尤其是一个问题。

16、根据一个实施例，没有必要提供减轻驱动进料管中的流体的压力的机构。如果进料管始终充满熔体，则喷射量计量将是最简单，最准确的。因此，整个进料管必须保持在高于熔体固相温度的温度下，以防止其中的熔融合金固化。进料管与坩埚/热槽中的熔体大致相同的温度将是理想的。

非计量泵的注射循环如下：

上表给出了泵的循环；然而，重力或压力进给***也是如此。

根据实施例，泵可以是EM泵，离心泵，活塞泵或可以在熔体中长期暴露的任何泵。不要求高压。控制泵的流速很有用，但不需要计量泵的流量。阀可以简单地保持打开直到模腔充满。

讨论

该***的优点是：

●提供了一种在模具打开时密封熔体***以免熔体***暴露于大气中的方法。

●在引入熔体之前，可以在模腔中建立高质量的真空。

●它只需要驱动到两个位置(完全打开和完全关闭)，因此不需要行程传感器或高速反馈控制回路。因此，其控制***要求更简单。

●进入模腔的流速可以更好控制。如果使用正排量泵(例如，活塞泵)或EM泵，则流速尤其更好控制。

通常，这种公开的方法是未知的，很可能是因为需要在供应的熔体附近暴露于熔体的阀，阀也必须保持真空。(真空压铸***中的大多数真空阀位于模具的顶部，在流入的熔体达到的最后点，因此真空阀暴露于低得多的温度。此外，熔体不会通过阀门本身；而是，阀门控制机构设计成在熔体实际通过阀门之前关闭阀门。)

阀门在模具打开时保护熔体，并且在它们关闭时但在打开阀门之前的这段时间内，阀门还允许在模具中在模具中建立高质量的真空。在这种情况下实现真空密封的最佳方法是使用陶瓷-陶瓷面密封(这种情况在锥面上)，而不是小间隙(泄漏)密封，小间隙(泄漏)密封在柱塞OD和弹射套筒的ID之间的密封是典型的(过去曾尝试过)。

熔体不会在阀门区域固化是至关重要的。这就是阀门必须保持接近或高于熔体的液相线温度的原因。

最好的陶瓷阀门材料被认为是熔融石英。其他选择可包括氧化铝和钛酸铝。进料管和热室衬里以及热室泵材料可以由各种陶瓷材料制成，包括熔融二氧化硅，氧化铝，钛酸铝，氧化锆和氧化镁；具体实例是Al₂O₃+MgO和Al₂O₃+SiO₂陶瓷。

整个***概念如下所示：

上述“概念B2”显示了坩埚/热槽中的惰性气体，其中熔体通过泵被驱动到模腔中，并且具有阀以在模具打开时将坩埚/热槽与大气隔离。

在上面示出的概念B2中，没有喷射室或柱塞，而是***具有代替柱塞的阀。该概念纯粹通过压力从热室提供熔体，并且热室为正压。如上所述，模腔具有真空，使得一旦阀打开，模腔就基于压差填充。一旦模具充满，就简单地关闭阀门，然后启动挤压销。

传统上，热室压铸是相对低压的过程，因为泵浸没在热室中，并且因为在如此高的温度下，泵的部件不能承受很大的压力。泵通常是活塞式或柱塞式泵。因此，热弯曲过程通常是相对低的压力，例如500至1500PSI或其左右。但在过去的10-15年中，工业界已经意识到，特别是在铝制品中，需要高压挤压才能获得高质量的铸件。因此，一些已知的方法涉及在热室中使用低压泵注入熔体，然后在该注入口区域中冷冻熔体以在该注入口区域提供所需的阀门(塞子)。一旦浇口区域冷却或有效冷却，只要熔体在那里冻结，但在铸件中的其余熔体固化之前，将使用挤压销将压力升高(可能达到10,000PSI)。已经发现，高压使得在铸件中获得良好的机械性能，尤其是低孔隙率性能。

在本公开中，熔体以低压差被引入模腔中，然后一旦腔体填充，关闭该阀门–相同的阀门以在模具打开时隔离热室免受大气压的影响。因此，一旦腔体充满，关闭该阀门并激活挤压销以增加模腔内熔体中的压力，然后固化熔体。这对这个过程至关重要。

(有关阀门及其位置的详细信息，请参见下页)

在一个实施例中，使用计量泵代替气体以将熔体从热室驱动到模具中，进入模腔。

在另一个实施例中，非计量泵用于驱动熔体。

在任何一种情况下，模腔中的真空阀可以在没有推入液态熔体时对模腔抽真空，然后当液态熔体冲击阀时，熔体快速固化并基本上密封腔。此时可以进一步施加压力。

在一个实施方案中，在热室和模具中均使用真空，并且在热室中使用惰性气体，在模具中使用真空。

在另一个实施方案中，坩埚/热室处于真空环境下，但不需要惰性气体***。

概念C：带密封尖端的柱塞

***描述

4、容纳在喷射室中的柱塞将熔体驱动到模腔中。然而，与传统的“冷室”压铸***不同，柱塞和喷射套筒保持“热”态(即，高于熔体的固相线温度)。

5、柱塞尖端用作阀门，当模具打开时，柱塞尖端将喷射室和进料管/热室密封以隔绝大气。柱塞尖端密封在盖模中的配合阀座上。

6、柱塞被驱动到3个位置(参见最后一页的图形)：

a)当模具打开时，密封真空以抵抗大气压

b)填充热室

c)从热室关闭进料管并将熔体驱入模腔

7、喷射套筒轴轴线优选位于垂直和水平之间(45度)。在该范围内，可以从喷射室低侧的端口通过进料管填充喷射室。当熔体进入喷射室时，这种底部填充配置将引起最小的流动扰动。

8、进料管轴线也优选地位于垂直和水平之间(显示为垂直)，以便于以最小的湍流填充喷射室。

9、喷射室可以通过各种方式从热室供应熔体，包括重力，气体压差或泵。

10、在概念B中，必须计量输送到喷射室的熔体体积。

11、在通过重力进料，气体压力或非正排量泵(例如EM或叶片泵)将热室的熔体进料到喷射室的情况下，必须监测流速(例如，通过EM流量传感器)。必须对柱塞的运动和熔体的流速进行定时和控制，以便在将正确体积的熔体泵入喷射室时，柱塞密封进料管端口(下图中的位置3)。

12、或者，优选的配置使用正排量泵，例如柱塞泵。在这种情况下，泵基于其活塞面积和行程将推动已知体积的熔体，然后保持该位置直到柱塞进行冲程运动并将熔体注入进入模腔。理想地，这样的泵将具有止回阀，使得当柱塞缩回并吸入更多的熔体以准备下一个喷射循环时，进料管中残留有熔体。

13、对于上述所有元件(阀座，柱塞尖端等)，有利的是：

a)上述元件由陶瓷制成，以避免润湿和熔化反应/降解

b)上述元件(与传统的“冷室***”相反)加热到恒定温度(高于熔体的固相线温度)至：

i)最大限度地减少可能破坏陶瓷，从而污染熔体的热循环

14、必须将柱塞尖端和配合阀座之间的熔体加热到其固相线温度以上，以防止熔体在每个密封面之间固化并将这些密封面“钎焊”在一起。一种方法是对PMV尖端和配合喷射室阀座中的至少一个或优选两个进行电阻加热。优选的方法是使用围绕阀座的感应线圈单独感应加热熔体。在这种情况下，阀门和阀座由陶瓷材料制成，例如熔融石英，其具有低的导热性和导电性(“低介电损耗系数”)；因此，只有熔体而不是阀门和阀座本身将被感应线圈加热。

15、一旦熔体到达喷射室，就通过柱塞的受控速度将熔体驱入模腔中以消除湍流，湍流可能导致成品铸件的缺陷。

16、柱塞尖端必须在其行程末端达到最低点，以在打开模具时提供真空密封。因此，不能依靠柱塞来向模腔提供可预测的最终压力，因为喷射的精确体积可能在不同的喷射之间略有不同。挤压销可以提供最终压力。挤压销可以由液压驱动，或者仅仅是弹簧加载以提供预定压力。在后一种情况下，柱塞将提供压力源，并且一旦模具装满，挤压销将简单地调节该压力(类似于减压阀)。在这种情况下，计量的熔体体积的大小应使得当柱塞达到最低点时，在模腔中存在少量过量的熔体，以确保必须压下挤压销以补偿该过量的体积。

泵可以是计量泵，例如(即，将熔体从热室输送到喷射室的***口并且能够输送特定体积的熔体的泵)。

计量泵的示例注射循环如下：

在上面的例子中，由于泵是计量的(即，正排量)，泵可以在柱塞喷射室未填充时保持就位，使得熔体始终与喷射套筒进料口接触。

讨论

该***的优点是：

●允许使用大型(非单次喷射)热室，消除坩埚破裂并导致熔体污染的热循环。

●在引入熔体之前，可以在模腔中快速建立高质量的真空。

●提供一种精确计量喷射到模具的喷射量的方法

该***的潜在缺点是对柱塞的要求比对大多数其他***/元件的要求更高；柱塞尖端必须保持真空，但也要暴露在流过它的熔融合金中，并且必须保持在合金固相线温度以上。

用作阀门的柱塞尖端在模具打开时保护熔体，并且还允许在模具闭合时但在阀门打开之前在模具中建立高质量的真空。在这种情况下实现真空密封的最佳方法是使用陶瓷-陶瓷面密封(这种情况在锥面上)，而不是小间隙(泄漏)密封，小间隙(泄漏)密封在柱塞OD和弹射套筒的ID之间的密封是典型的(过去曾尝试过)。

熔体不在柱塞区域固化是至关重要。这就是柱塞必须保持接近或高于液相线温度的原因。

在所示的特定配置中，柱塞尖端密封抵靠单独的阀座。阀座由陶瓷制成。单独的阀座被认为是理想的配置，因为阀座可能表现出与喷射套筒不同的磨损率或者需要不同的材料特性。然而，由于该概念中的注射套筒也必须由陶瓷制成或内衬有陶瓷，所以阀座也可以整体形成在喷射套筒中。

最好的陶瓷阀门材料被认为是熔融石英。其他选择可包括氧化铝和钛酸铝。进料管和热室衬里以及热室泵材料可以由各种陶瓷材料制成，包括熔融二氧化硅，氧化铝，钛酸铝，氧化锆和氧化镁；具体实例是Al₂O3+MgO和Al₂O₃+SiO₂陶瓷。

整个***概念如下所示：

(详见下面的柱塞及其位置)

为了说明的目的，喷射室的取向为45度角，以减少诸如瀑布式跌落或气泡的负面影响。

概念D：真空+惰性气体-传统柱塞/喷射套管

***描述：热室中的低压泵将计量的喷射量送入“冷”喷射室(或冷喷射套筒)，这迫使熔体在较高压力下进入模具。柱塞背面的惰性气体压力可防止空气在模具打开时侵入。

●熔融合金的供应源是热室。

●通过使用绝缘和加热，将热室保持在相对恒定的温度，比熔体的液相线温度高约200℃。

●热室供料给冷射室，该冷射室包括容纳在“冷”喷射套筒中的柱塞，该柱塞将熔融合金驱动到模腔中。通过绝缘和/或加热和/或冷却，将喷射套筒保持在低于熔体的固相线温度的相对恒定的温度。

●在***的所有节点和整个注射过程中，通过惰性气体(例如氩气)的“覆盖”或通过真空保护使得熔体免于暴露于空气。因此，在喷射套筒中有一个端口，其向柱塞后侧的腔室提供惰性气体。这是该***的关键，因为柱塞不能对大气压力进行有效密封。气压略高于大气压；例如，15至16psia。其目的在于当模具打开时，正气压将阻止大气通过柱塞尖端泄漏并进入热室(如果柱塞后侧室和/或热室处于真空下)。

●该正压惰性气体***不需要柱塞完全密封，因此允许使用传统的OD间隙密封。(即，柱塞外径OD和注射套管ID之间的小间隙或径向间隙允许如此少的泄漏，从而提供足够的密封以在模腔中达到合理的真空水平)。

●热室同样充满类似压力的惰性气体。

●当模具打开时，注射室柱塞处于本文中标识为位置1的位置(参见本文件最后一页上的图)。由于柱塞后侧室与大气之间的微小压差，没有空气进入进料管；只有少量的惰性气体会从柱塞泄漏到大气中。

●在喷射室柱塞仍处于位置1的情况下，关闭模具，并且对模腔抽真空以抽空与熔体反应的氧气。少量惰性气体将通过柱塞泄漏到模腔中。这是可以接受的，因为用真空抽空模腔的目的不仅是降低其压力，而且主要是去除可能污染熔体的氧/氮。

●在注射之前，模腔中的气氛可以保持为真空，或者可以填充惰性气体。

●一旦在模腔中实现了足够的真空/气体质量，喷射室柱塞将缩回到填充位置，在此标识为位置2。在该位置，喷射室填充口与进料管和热室连通，并且热室中的泵填充喷射室。

●该***最适用于热室中的正排量泵，其可以计量喷射量(即，输送特定的预定量)。理想的泵是活塞/柱塞泵，活塞/柱塞泵类似于传统鹅颈热室***的泵；它泵送的体积可以通过其行程的长度来控制。然而，与传统的热室柱塞泵不同，这些部件由陶瓷材料制成，可以长期暴露在熔体中，而不会分解和失效，或污染熔体。

●热室泵由于它们浸没在熔融金属中而具有固有的压力限制。在这样的环境中的高温将工具钢的拉伸强度和屈服强度降低到其室温下强度的一小部分。陶瓷材料也会受到强度降低的影响，尽管不是很大，但还是有一个张力强度有限的局限性。活塞缸承受环向应力，这是拉应力的一种形式。此外，非晶态合金具有比许多合金(例如铝)更高的液相线和固相线温度，这些合金被认为超出了普通柱塞泵的范围。因此，使用双泵***；在热室中的低压泵，然后在模具附近供给“冷室”喷射套筒。热室泵可以限制在1,000psi，甚至更低，但冷室能够将最终压力提高到10,000psi或更高，因为温度偏移仍然低于显著降低工具钢强度的温度。

●一旦所需的注射量从热室输送到喷射室，热室泵关闭并将液位保持在注入管中，并且喷射室柱塞开始移动。

●通过位移传感器监测喷射室柱塞位置。当喷射室柱塞到达标识为位置3的位置时，填充口被柱塞关闭；此时控制***将命令热室泵开始缩回。一旦经过位置3，柱塞将熔体推入模腔中，直到模腔中的压力增加。在该***中，挤压销是可选的，但不是必需的。柱塞，因为它不像在概念A-C中那样在表面密封件上达到底部，所以可以根据需要的行程(如下面的位置5所示)，以向熔体施加最大所需压力。

●在完全冲程的过程中，柱塞通过位置4，此时柱塞后侧的惰性气体室连接到进料管。当柱塞通过位置3时启动的热室泵的收缩将在进料管中的熔体中产生吸入压力，因此当进料口向后侧室打开时，熔体将被推动退回到进料管中。进料管与进入后侧室相反。惰性气体将从喷射室后侧室填充进料管。

●该***设计为使得熔体仅与柱塞/喷射套筒接触非常短的持续时间(即，大约一秒或更短)以防止这些元件加热到某温度，在该温度下，1)这些元件的强度降低到超过可接受的水平，或2.)在该温度下，可能发生熔体“焊接”到这些元件上。

●在“底部填充”或“侧面填充”设计中，进料管连接到喷射套筒的底部或侧面，而不是顶部。在这些设计中，希望在注射室填充之后，进料管中的熔体应该在进料管中排回到预定水平，使得熔体不会长时间保持与注射室柱塞接触。进料管方向应垂直或向上倾斜(下方方向键中的方向4或5)，以便于排出。然而，熔体应该仅缩回到预定水平，以便在每次填充行程中可以泵送计量体积。热室泵可以设计有入口和出口上的止回阀以及梭式活塞。梭式活塞不允许熔体通过，但允许一定量的流体在每次冲程中缩回(见图1)。这将精确确保下一次的喷射量。

●热室泵和往复活塞材料应由相同材料制成，或者至少由具有类似热膨胀系数(CTE)的材料制成，以便在热室中的高温度下间隙不会过度变化。

●止回阀部件可以由诸如碳化钨的高密度材料制成，以防止它们漂浮在熔体中而不是下沉。或者，泵中的止回阀可装载有在其通道中向上延伸的杆(未示出)-如果需要，甚至延伸穿过盖板并离开热室以提供额外的密封力。

●在“顶部填充”设计的情况下，热室泵不必使用往复活塞特征。在这些设计中，进料管连接到喷射套筒的顶侧(见图2和3)。该连接位置使得供给管轴线可以相对于水平面成角度(如图中所示)，或者轴线甚至可以是垂直的(即，下面的定向键中的取向1或2)。连接到喷射套筒进料口的部分称为第1部分。该部分由导热率低的陶瓷材料制成(参见本文后面的“绝缘垫片”)，以防止被加热到高于熔体的液相温度的进料管的热量使喷射套筒过热，然后，进料管具有弯头，该弯头转动并且向下指向进入热室。向下指向热室的部分称为第2部分。在转弯的顶部，惰性气体供应管线通过阀(未示出)连接到进料管。

●在模腔中抽真空的同时，阀打开，从而能够通过柱塞OD间隙的真空将简单地将少量惰性气体吸入模腔中。一旦建立了模腔中可接受的气氛，就关闭惰性气体阀门并取出柱塞以打开进料管的填充口。激活热室泵，将熔体泵入喷射室。当热室泵达到其行程末端时，第1部分中任何熔化的熔体将排入喷射室进料口，并很快将注入模腔中；第2部分中的任何熔体都将与弯管内半径的底部齐平。惰性气体阀将打开，进料管弯头中的熔体将用惰性气体覆盖，以防止暴露在空气中。

●在顶部填充配置中，熔体通过“喷嘴”或小于端口尺寸的开口从进料管进入喷射室端口是有用的，这样熔体不会接触，不会润湿，且不会附着于填充口区域周围的喷射套管。

●一旦模腔充满并且与柱塞接触的余料区域中的熔体固化，如果需要，柱塞可以缩回到位置1.(将柱塞从与余料的接触中取出以便于管理柱塞温度。)在这个位置，可以打开模具以弹出铸件。位置1的确切位置并不重要，只要柱塞保持朝向模具移动得足够远，使得填充口不向大气开放。喷射套筒后侧腔室具有轻微的正压力这一事实确保惰性气体至多会稍微通过柱塞外径泄漏，并防止大气穿过柱塞进入填充管/热腔室。

●由于填充口由泵填充，与重力进料相反，柱塞轴可以不是水平的；如果需要，甚至垂直。而且，填充口可以是除“高侧”之外的某处。事实上，柱塞垂直(向上)或更接近垂直而不是水平是有利的，并且如果成角度，则填充口位于低侧，或接近低侧而不是高侧(即方向4或5，参考下面的方向键)。下面的图4显示了带有“底部填充”进料管/填充口方向的成角度柱塞方向。在底部填充配置中，熔融流体可以平稳地填充喷射室而没有湍流和/或“瀑布式跌落”，湍流和/或“瀑布式跌落”可能导致气体/空穴和/或颗粒的过早固化。如果喷射室(在设计意图上)的温度低于合金的固相线温度，则应尤其注意湍流和/或瀑布，因为合金可能在气体/空穴周围局部固化，并且这些伪影可能仍然在最终的铸造产品中作为缺陷存在。

●实际上，该***的一个优点是没有必要将喷射室加热到概念A-C中所要求的高温。尽管喷射套筒的某些加热可能是有益的，熔体可以保持在低于固相线温度的温度下，只要熔体在喷射套筒中没有停留足够长的时间以形成局部固化区域。

●如上所述，***可以和喷射室轴配置(例如，为了制造方便)在水平面上(取向3)。该***仍然保持了保护熔体(通过正压惰性气体)免受大气污染的益处。在水平喷射室轴线配置中，为了避免瀑布式跌落效应，填充端口位于低侧而不是高侧仍然是有益的(尽管不是绝对要求)。该配置如下面的图5所示。

●喷射套筒轴也可以在水平和垂直之间定向，指向下(即，定向2，参考下面的定向键)。然而，该取向仅可用于模腔/喷射室中的真空。

●应将进料管连续加热至熔体的固相线温度以上，以防止熔体在管中过早固化。在进料管和喷射室之间使用由具有低导热率的材料(例如，钛酸铝陶瓷)制成的绝缘垫片，以最小化两者之间的传导热传递。

●对于热室内的所有元件，热室本身，以及热室和绝缘垫片之间的元件有利的是：

○由陶瓷制成或衬有陶瓷，以避免润湿和熔化反应/降解

○加热到恒定的“温暖”(固相线以上)温度：

■最大限度地减少可能会破坏陶瓷，从而污染熔体的热循环

取决于诸如喷射量(由铸造尺寸限定)，铸造横截面最小厚度以及所使用的模具加热程度，柱塞和喷射室等变量，由于相对短期的时间暴露(与概念A-C相比)在熔融液体中，铸造机可以由高温工具钢制成，高温工具钢不会在足够高的温度和足够低的速度下损害将熔体输送到模腔的能力，从而避免损害铸件质量。然而，一些大型和/或复杂的铸造机可能需要柱塞和/或喷射室也由陶瓷构成，并且保持在较高温度(即，接近或甚至高于固相线温度)。

一旦熔体到达喷射室，就通过受控的柱塞速度将其驱入模腔中以防止可能导致成品铸件的缺陷的湍流。建议最大熔体速度为0.5米/秒。

注射周期如下：

在不希望腔室必须被加热到最高温度以上的情况下，上述实施例提供了一种保持大气不进入腔室并污染熔体的方法。

熔体将会加热到约1000摄氏度/约1800华氏度和约1500摄氏度，在该温度下，铁基材料将会变红。其中。在这样的温度下，材料几乎丧失了它们的强度性能。(在大约1200华氏度时，大多数材料的强度开始下降。)因此，当试图在这些温度下使用铁合金时，铁合金将没有任何强度，并且不能从中获得高压。此外，铁合金会容易地刮擦和划伤，并且会钎焊到钢上。

因此，该实施例旨在将喷射套筒保持在该温度范围之下，非常快速地将熔融合金倾倒入喷射套筒，并且非常快速地将熔融合金注入。

讨论

该***的独特优势是：

●提供了一种在模具打开时密封熔体***以免熔体***暴露于大气中的方法，但是由于热室和柱塞后侧室中的正压，不像概念A-C那样严重依赖于冷室柱塞可以密封以保持真空的程度。

●提供一种精确计量注射到模腔的注射体积的装置(即，在热室中的低压泵)与在注射循环结束时产生高压的装置(即，冷室喷射套筒)。

●提供一种装置(即往复活塞)，用于缩回熔体以隔绝与冷喷射套筒的接触，以防止喷射套筒过热。

●喷射室可以使用底部填充进料口，并且还可以定向在方向4或5中，两者都提供比其他取向更小的湍流。

●该***的复杂性最小；特别是，没有必须密封熔体和真空的阀门。

喷射室或喷射套筒不一定必须保持在合金的最低温度之上。

通常，当模具打开时，空气可以通过柱塞泄漏到熔化室中，并且空气将污染熔体。一旦模具关闭，也可能需要很长时间来抽真空并将空气吸出该熔化室。本公开解决了通过简单地用略高于大气压(例如15-16psi大气压)的惰性气体加压容纳坩埚/钢包的腔室来使该过程更有效的挑战。

根据一个实施例，喷射室定向在垂直和水平之间的某处(例如，朝上指向模具，而不像通常的传统喷射室那样是水平的)。

带有往复活塞的热室泵如下图1所示：

下面的图2显示了进料管和顶部进料的喷嘴，水平方向的喷射套筒(以抽真空模式显示)：

下面的图3显示了进料管和顶部进料的喷嘴，水平方向的喷射套筒(此处显示的是用熔体填充喷射套筒的模式)：

配置D1中的整体***概念，柱塞朝向4(成角度，朝上)如图4所示：

配置D1中的整体***概念，柱塞方向3(水平)如下图5所示：

(请参阅以下页面中的喷射套筒和柱塞位置的术语和详细信息)

概念D的术语如下所示(请注意，为清晰起见，喷射套筒，绝缘垫片和衬套是分段的)：

下面的图像是概念D1和D2的典型图像；D2中唯一的区别是模腔首先抽真空，然后充满惰性气体。

在这个位置(上面的位置1)，模具是打开的，基本上只是将柱塞保持在最后一个行程中，或者缩回一点，因此柱塞不会与余料保持接触，因为余料正在固化，或者仍然红热。在这个位置，柱塞后侧区域连接到为其供应惰性气体的端口，惰性气体也会下降并填充进料管。所以一切都被惰性气体所包围，这种气体的压力比大气压略高。

位置4显示活塞首先开始打开进料管到后侧室的位置，惰性气体可以推动熔体，或者实际上只是允许熔体回落到进料管并返回到热室中。

概念E：两个阀内联形成热室和冷室之间的计量室

***描述：低压泵将熔体从热室送入计量室，计量室供给冷喷室。计量室容积由两个阀之间的空间限定。当模具打开时，阀门还将进料管/热室中的熔体隔离以免暴露于空气。冷喷室提供最终的高压喷射。

●熔体的供应源是热室。

●热室供给计量室，该计量室由位于热室和喷射套筒之间的两个内联阀门产生。两个阀之间的通道的体积用于限定每次喷射的体积。计量室通过其内径(或其他横截面尺寸)和长度来计量喷射量。

●两个阀门中最下面的一个用于在模具打开时将熔体与大气隔离。

●将熔体从热室供应到计量室/冷室的方法可以是泵，由惰性气体产生的压差或重力。

●计量室供给冷射室，该冷射室包括容纳在“冷”喷射套筒中的柱塞，该柱塞将熔融合金驱动到模腔中。通过绝缘和/或加热和/或冷却，将喷射套筒保持在低于熔体的固相线温度的相对恒定的温度。

●在***的所有节点和整个注射过程中，通过惰性气体(例如氩气)的“覆盖”或通过真空保护熔体免于暴露于空气。

●在注射之前，通过真空吹扫模腔以抽空将与熔体反应的氧气。

●在第一个循环中，下部阀门必须在真空吹扫期间保持打开状态；计量室必须抽真空，以便完全被熔化物填充。在抽空期间，柱塞应缩回到“填充”位置，将喷射室填充口打开到填充管，以允许任何空气从填充管和计量室体快速排出。在随后的循环中，只要在模具打开时下阀门保持关闭，计量室将保持在真空状态，因此不需要重复抽空计量室。

●两个阀门必须能够承受连续暴露于熔融合金，并且必须保持(至少)高于合金的固相线温度。

●由于上部阀门在模具打开时将熔体与空气隔离，柱塞/注射套筒不必执行此功能。因此，柱塞可以利用传统的径向间隙，并且柱塞本身不必对喷射套筒实现正向密封。因此，柱塞和喷射套筒不需要加热超过传统压铸的通常要求。

●从热室到阀门的进料管，阀门和计量室必须保持在高于熔体固相线温度的温度(通过使用加热元件和/或绝缘)，以防止熔体在阀门和配合座之间固化并将两者“钎焊”在一起。

●尽管可以通过各种方法将熔体从热室转移到计量室，但是熔体通过重力从计量室转移到喷射室。因此，计量室主体(即管)，连接下阀的入口管和喷射套管填充口应该以足够高的角度(相对于水平方向)倾斜，以使熔体快速流动，但也足够低，以至于熔体顺畅流动而没有湍流。10度至45度被认为是最佳范围。

●因此，喷射室填充口必须位于喷射套筒的顶部或顶部附近(不在底部)。

●由于填充管的必要定向，该概念仅可用于模腔中的真空(不是气体)。如果使用气体，当熔体填充喷射室时，气体将向上升起并停留在顶部阀门附近的计量室中。(这会妨碍准确计量后续喷射量。)

●喷射套筒/柱塞轴线的取向(参见下面的方向键)可以是水平的，或者在垂直和水平之间倾斜(即，分别为取向3或2)。每个可能具有优点和缺点，但是水平(取向3)或接近水平的喷射套筒取向是优选的，因为熔体在开始注射到模腔之前可以完全填充喷射室。(在方向1或2中，熔体将在喷射室充满之前开始填充模腔，存在熔体过早开始固化的风险。)

●与概念D一样，在填充口使用喷嘴是有益的，这样熔体就不会接触和润湿进料口本身(参见图2，文件末尾)。

●该***的一个优点是没有必要将喷射室加热到概念1-4所要求的高温。尽管喷射套管的某些加热可能是有益的，但该***的设计意图是将喷射套筒保持在熔体的固相线温度以下。为此，注射速率必须足够快以使得熔体不允许在喷射套筒中停留足够长的时间以形成局部固化区域。

●内衬和内部的所有元件，热室以及热室和下阀(包括阀门和阀体)之间的元件必须是：

○由陶瓷制成，以避免润湿和熔化反应/降解

○加热至恒温(高于熔体的固相线温度)至：

■最大限度地减少可能破坏陶瓷，从而污染熔体的热循环

●最好的陶瓷阀门和阀座材料被认为是熔融石英。其他选择可包括氧化铝和钛酸铝。进料管和热室衬里以及热室泵材料可以由各种陶瓷材料制成，包括熔融二氧化硅，氧化铝，钛酸铝，氧化锆和氧化镁；具体实例是Al₂O₃+MgO和Al₂O₃+SiO₂陶瓷。

由于阀门被加热到熔体的固相线温度以上，但是喷射套筒被设计成保持低于该温度，下阀门和喷射套筒之间的入口管是选择用于低导热率和高耐热震性的陶瓷材料。示例性材料是钛酸铝。

取决于诸如喷射量(由铸造尺寸决定)，铸造横截面最小厚度以及所使用的模具加热程度，柱塞和喷射室等变量，由于相对短期的暴露(与概念1-4相比)在熔融液体中，铸造机可以由高温工具钢制成，高温工具钢不会在足够高的温度和足够低的速度下损害将熔体输送到模腔的能力，从而避免损害铸件质量。然而，一些大型和/或复杂的铸造机可能需要柱塞和/或喷射室也由陶瓷构成，并且保持在较高温度(即，接近或甚至高于固相线温度)。

虽然在这种设计中柱塞尖端不需要密封真空，但柱塞杆仍必须保持真空密封(或者，柱塞套筒和柱塞驱动器必须封闭在真空室中)，这样才能在模具关闭时，在模具内有效地建立真空。为柱塞后侧室提供单独的真空端口是有益的，使得施加到该区域的真空不必穿过模腔并围绕柱塞OD间隙。

一旦模具闭合，模腔的真空源也可用于抽空喷射腔。

一旦熔体到达喷射室，就通过柱塞的受控速度将熔体驱入模腔中以消除可能导致成品铸件缺陷的湍流。建议最大熔体速度为0.5米/秒。

讨论

该***的优点是：

●提供了一种有效的在模具打开时密封熔体***以免熔体***暴露于大气中的方法，但不需要柱塞密封，因此允许使用传统的冷室喷射套管***。

●基于双阀的计量***无需在热室中安装计量泵。实际上，即使使用重力或气体压力作为进给方法，该***也提供了一种在不使用计量泵或流量传感器的情况下计量精确喷射量到模具的方法。

●提供一种仅使用真空(非惰性气体)在模腔和喷射套筒中建立惰性气氛的有效***。

整体***概念(带水平喷射套筒)如下图1所示

该实施例能够在熔体通过喷射室之前，将两个阀门放入***中来获得计量喷射量的能力。阀门位于热室和喷射室之间。在这个概念中，柱塞无法密封以抵抗大气。当模具打开时，这两个阀门中较低的一个将关闭。当模具打开时，大气可以进入柱塞腔。一旦模具闭合，就在模腔上抽真空，以将柱塞腔内空气吸出(即喷射室)。同时，打开顶部阀门，两个阀门之间的进料管将填充特定体积的熔体。该体积由该进料管的长度和直径限定。一旦建立真空，在模具关闭的情况下，打开底阀并允许熔体通过然后将熔体射入模具中。

根据一个实施例，该公开的概念使用重力进料。在另一个实施例中，配置相同的两个阀与泵一起使用。

可以使用喷嘴来防止顶部填充方式中的进料口润湿：

示例阀门如下所示：

至于阀的材料和类型，在一个实施例中，阀体和阀塞本身都由陶瓷制成。在另一个实施例中，至少阀塞由陶瓷制成。在又一个实施例中，阀塞和阀杆由陶瓷制成。阀门需要连续加热到最高温度以上。在一个实施例中，阀门被制造为该阀门的阀座区域及其角度使得阀门不存在水平表面，从而熔体不会接触水平的表面。阀门必须保持加热，以使阀门材料不会钎焊，阀门材料不固化也不会将阀门钎焊到阀体上。

为了去除阀门内或阀门周围的任何空气，当模具打开时，柱塞保持在其完全伸出的位置，使得柱塞与喷射室的内径之间仅有小的间隙。泄漏进的任何空气都将缓慢运动，因此不会对该阀门产生热冲击。然后，一旦模具闭合，在模具上抽真空。一旦抽出模具内的真空，就将柱塞拉回，以致于柱塞对进料口是打开的，从而对通向阀底部下方的通道是打开的，以将所有空气排出。

概念F：在热室和冷室之间的一个内联阀

***描述：组合式热室/冷射室***。冷喷室提供最后的注射。进料管中靠近喷射室的阀门在模具打开时将熔体与大气隔离。必须通过热室泵和/或控制***计量喷射量。

(注意：该***在许多方面与概念D和E类似。阀门的使用类似于概念E，但由于只有一个阀门，因此必须通过计量室以外的方式进行喷射计量。与概念D一样，计量功能由正排量热室泵，或与流量传感器和控制***组合的非正排量泵提供。

●熔体的供应源是热室。

●热室供料给“冷”室，冷”室驱动熔融合金进入模腔。冷室包括容纳在喷射套筒中的喷射室柱塞。喷射套筒通过绝缘和/或加热和/或冷却将保持在相对恒定的温度(低于熔体的固相线温度)。

●在吹扫之后，模腔可以保持在真空状态下以用于注射，或者模腔可以用惰性气体填充。

●另外，在该概念中，阀门内嵌在热室和注射套筒之间的进料管中。阀门的功能是在模具打开时将熔体与大气隔离。

●阀门必须能够承受连续暴露于熔融合金，并且必须保持(至少)在高于合金的固相线温度。

●与概念E不同，在热室泵和喷射室之间没有单独的计量室。而是，与概念D一样，计量功能必须由热室泵执行。与概念D一样，正排量泵是从热室向冷室供给熔体的最佳方法。

●可以使用诸如概念D中描述的活塞泵。如在概念D中那样，期望熔体向下缩回到进料管以使熔体与柱塞/注射套筒之间的接触最小化，以防止这些元件过热。功能和材料要求与概念D中描述的相同。

●或者，可以使用热室中的气体压力(如果使用的话，高于模腔中气体的压力)或重力进料将熔体从热室转移到冷室。需要流量传感器以允许泵在正确的时间关闭。

●在柱塞冲程期间，内联进料管阀必须保持打开，以允许熔体缩回。只有当熔体缩回到低于阀门的水平时，才能关闭阀门。

●与概念E一样，来自热室和内联阀的进料管必须各自保持在高于熔体固相线温度的温度(通过使用加热元件和/或绝缘)，以防止熔体在阀门和匹配阀座之间固化并将两者“钎焊”在一起。

●与概念D和E一样，入口管或绝缘垫片连接内联阀和喷射套筒。这些元件应由具有低导热率和高抗热冲击性的陶瓷材料制成。示例性材料是钛酸铝。

●与概念E一样，由于内联进料管阀隔离熔体，因此柱塞/喷射套筒不必执行此功能。因此，它可以利用传统的径向间隙，并且柱塞本身不必对喷射套筒实现正向密封。柱塞和喷射套筒也不需要加热超过传统压铸的通常要求。

●但是，由于阀门可以有效隔离熔体，因此惰性气氛选择范围比概念D更宽；实际上，与概念E相同。具体地，真空可以用作柱塞后侧室中的惰性气体的替代物，并且也可以用在热室中。

●与概念E不同，最终将熔体转移到冷喷室中时不需要重力。因此，可以使用与概念D中相同范围的喷射室和进料管取向。

●与概念D和E一样，当喷射室处于或接近水平方向(方向3)时，在填充口使用喷嘴是有利的，这样熔体不会接触并润湿进料口本身(见图2，文档末尾)。

●与概念D和E一样，只有在喷射室/模腔中使用真空时，喷射套筒才应仅定位在方向1和2中。(如果与气体一起使用，熔体将到达喷射室的下部区域，并且气体将被困在柱塞附近。一旦柱塞将熔体驱动到模腔中，一些气体可能保留在柱塞/余料附近区域，有些可能会作为气泡而迁移，这些气泡可能会残留在固化的铸件中......这是一种不良影响。)

●该***的一个优点是没有必要将喷射室加热到概念1-4所要求的高温。尽管喷射套管的某些加热可能是有益的，但该***的设计意图是将喷射套筒保持在熔体的固相线温度以下。为此，注射速率足够快以使得熔体可能不允许在喷射套筒中停留足够长的时间以形成局部固化区域。

○由陶瓷制成或衬有陶瓷，以避免润湿和熔化反应/降解

○加热至恒温(高于熔体的固相线温度)至：

■最大限度地减少可能会破坏陶瓷，从而污染熔体的热循环

●由于阀门被加热到熔体的固相线温度以上，但是喷射套筒被设计成保持低于该温度，下阀门和喷射套筒之间的入口管是选择用于低导热率和高耐热震性的陶瓷材料。示例性材料是钛酸铝。

●取决于诸如喷射量(由铸造尺寸决定)，铸造横截面最小厚度以及所使用的模具加热程度，柱塞和喷射室等变量，由于相对短期的暴露(与概念1-4相比)在熔融液体中，铸造机可以由高温工具钢制成，高温工具钢不会在足够高的温度和足够低的速度下损害将熔体输送到模腔的能力，从而避免损害铸件质量。然而，一些大型和/或复杂的铸造机可能需要柱塞和/或喷射室也由陶瓷构成，并且保持在较高温度(即，接近或甚至高于固相线温度)。

●与概念E一样，虽然在此设计中柱塞尖端不需要密封以防止真空，但柱塞杆仍必须保持真空密封(或者，柱塞套筒和柱塞驱动器必须封闭在真空室中，或者密封在充满惰性气体的腔室)，这样一旦模具关闭就能有效地建立真空。

●一旦模具闭合，模腔的真空源也可用于抽空喷射室腔。

●一旦熔体到达喷射室，就通过柱塞的受控速度将其驱入模腔中以消除可能导致成品铸件缺陷的湍流。建议最大熔体速度为0.5米/秒。

注射周期如下：

讨论

该***的独特优势是：

●提供一种精确计量喷射到模具的喷射量的方法。

●与概念E相比，允许更多种类的喷射室和进料管方向。特别是，喷射室可以使用底部填充进料口，也可以定向于方向4或5，两者都比其他方向提供较少的湍流面。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种方法，包括：

向注射***中的熔化室提供非晶态合金，所述注射***还包括用于模制合金的模腔，所述熔化室和所述模腔均保持在惰性气氛中；

将所述熔化室加热到至少所述非晶态合金的固相线温度以形成热室；

在所述热室内熔化所述非晶态合金以形成熔融合金；

使用阀***将所述熔融合金从所述热室供应到所述模腔；以及

使用所述模腔将所述熔融合金模制成模制件，

其中，所述阀***配置为将计量的所述熔融合金注入所述模腔中；

其中，所述注射***还包括从所述热室延伸到所述阀***的进料管，其中所述进料管用于接收所述热室的所述熔融合金，并将计量的所述熔融合金供应到所述模腔中；

其中，所述阀***包括容纳在喷射套筒中的柱塞，其中所述喷射套筒相对于水平轴线成锐角设置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述注射***还包括从所述热室延伸到所述阀***的进料管，所述方法还包括将所述熔融合金从所述热室供应到所述进料管，并从所述进料管供应计量的所述熔融合金到所述模腔。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阀***包括容纳在喷射套筒中的柱塞，所述方法还包括将所述熔融合金从所述热室供应到所述喷射套筒，并使用所述柱塞将计量的所述熔融合金注入所述模腔中。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法还包括在所述熔融合金注入所述模腔之前，使用所述柱塞计量一定体积的熔融合金。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法还包括将所述柱塞和所述喷射套筒加热到至少所述非晶态合金的固相线温度。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述柱塞包括柱塞尖端，所述方法还包括使用所述柱塞尖端将所述熔融合金密封在所述喷射套筒内以隔绝大气。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括使用重力或泵压作为所述阀***的一部分来计量一定体积的熔融合金以注入所述模腔。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述惰性气氛通过使用真空源的真空提供，或使用惰性气体源的惰性气体提供。

9.一种注射***，包括：

熔化室和模腔，所述熔化室用于接收非晶态合金以熔化成熔融合金，并用于通过热源加热到至少所述非晶态合金的固相线温度以形成容纳所述熔融合金的热室，所述模腔用于将所述熔融合金模制成模制件，所述熔化室和所述模腔均保持在惰性气氛中；以及

在所述热室和所述模腔之间的阀***，所述阀***用于将所述熔融合金从所述热室供应到所述模腔，其中，所述阀***用于将计量的所述熔融合金注入所述模腔中；

10.根据权利要求9的所述注射***，其中，所述喷射套筒用于接收所述热室的所述熔融合金，所述柱塞用于将计量的所述熔融合金注入所述模腔中。

11.根据权利要求9的所述注射***，其中，所述柱塞相对于水平轴线成锐角设置。

12.根据权利要求9的所述注射***，其中，所述阀***用于使用重力或泵压来计量一定体积的熔融合金以注入所述模腔。

13.根据权利要求9的所述注射***，其中，所述惰性气氛通过使用真空源的真空提供，或使用惰性气体源的惰性气体提供。

Claims

1.一种方法，包括：

在所述热室内熔化所述非晶态合金以形成熔融合金；

使用阀***将所述熔融合金从所述热室供应到所述模腔；以及

使用所述模腔将所述熔融合金模制成模制件；

其中，所述阀***配置为将计量的所述熔融合金注入所述模腔中。

9.一种注射***，包括：

在所述热室和所述模腔之间的阀***，所述阀***用于将所述熔融合金从所述热室供应到所述模腔，其中，所述阀***用于将计量的所述熔融合金注入所述模腔中。

10.根据权利要求9的所述注射***，其中，所述注射***还包括从所述热室延伸到所述阀***的进料管，所述进料管用于接收所述热室的所述熔融合金，并将计量的所述熔融合金供应到所述模腔中。

11.根据权利要求9的所述注射***，其中，所述阀***包括容纳在喷射套筒中的柱塞，所述喷射套筒用于接收所述热室的所述熔融合金，所述柱塞用于将计量的所述熔融合金注入所述模腔中。

12.根据权利要求11的所述注射***，其中，所述喷射套筒相对于水平轴线成锐角设置。

13.根据权利要求11的所述注射***，其中，所述柱塞相对于水平轴线成锐角设置。

14.根据权利要求9的所述注射***，其中，所述阀***用于使用重力或泵压来计量一定体积的熔融合金以注入所述模腔。

15.根据权利要求9的所述注射***，其中，所述惰性气氛通过使用真空源的真空提供，或使用惰性气体源的惰性气体提供。