專利名稱：合金鑄造設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金鑄造設(shè)備。
背景技術(shù)：
需要一種通用的重力鑄造設(shè)備，適合鑄造高完整性部件經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的需要。本發(fā)明致力于滿足該需要，并且特別地，提供可用于鎂合金鑄件生產(chǎn)的鑄造設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的鑄造設(shè)備具有可逆樞轉(zhuǎn)的組件，其可以在鑄造操作中實(shí)現(xiàn)重力流動(dòng)而送進(jìn)合金。該組件包括儲(chǔ)存罐、釜或者槽形式的合金供給容器，用于容納容器的爐，以及與容器連通的模具。該組件可繞著基本上水平的軸線在一個(gè)方向傾轉(zhuǎn)，從而使得合金可以流到模具限定的至少一個(gè)模腔中，并且可在相反方向傾轉(zhuǎn)以阻止這樣的流動(dòng)。
該設(shè)備可以改造或者適合用于任何可重力鑄造的合金。然而，它特別地適用于鎂和鎂合金，本文中總稱為鎂合金。這是因?yàn)樵撛O(shè)備可以與那些運(yùn)送和鑄造熔融鎂合金所涉及的特殊情況相容。因此，盡管本發(fā)明可以具有更寬的應(yīng)用范圍，但是在本文中主要關(guān)于鎂合金敘述。
根據(jù)本發(fā)明的鑄造設(shè)備具有用于保持一定量合金的供給容器，將容器容納在其中并且可以在其中加熱容器從而保持供應(yīng)的合金在適合鑄造溫度的爐，從容器向外橫向安裝在爐上或者相對(duì)于爐安裝的模具，在容器和模具之間提供連通的管路，以及用于使得包括爐、容器和模具在內(nèi)的組件繞著基本上水平的軸線可逆地傾轉(zhuǎn)的裝置，從而使得合金可以從容器流到模具限定出的模腔中或者阻止合金流動(dòng)到模腔中。
在該設(shè)備中，用于使得組件可逆傾轉(zhuǎn)的裝置可以以兩種可能方式中的至少第一種操作。兩種方式的第一種可以用于在許多重復(fù)的鑄造周期中操作該設(shè)備。在第一方式中，組件可以在第一非鑄造位置以及第二鑄造位置之間傾轉(zhuǎn)，其中第一非鑄造位置是在一個(gè)周期完成并且下一周期開始之前組件所占的位置，并且在第一非鑄造位置阻止合金從容器流動(dòng)到模具中，而第二鑄造位置則使得合金可以從容器流到模具中。第二種方式可以用在鑄造活動(dòng)完成后或者維護(hù)或修理該設(shè)備時(shí)。在第二種方式，組件可傾轉(zhuǎn)到在離開鑄造位置的方向上超出了非鑄造位置的第三儲(chǔ)存位置。當(dāng)組件在儲(chǔ)存位置時(shí)，在第一種方式下樞轉(zhuǎn)過程中保持在管路中的合金可以排回到容器中。
容器可以保持一定量的熔融合金，基本上大于一個(gè)鑄造周期要消耗的合金量。優(yōu)選為容器可以根據(jù)需要接受新的合金，從而當(dāng)組件在非鑄造位置時(shí)將合金的上自由表面保持在相對(duì)于容器而言的基本上恒定的高度。然而，合金表面可以在相對(duì)較窄的范圍內(nèi)偏離恒定高度。該范圍的大小可以根據(jù)設(shè)備的尺寸而變化，但是例如可以不超過大約±30mm，如理想高度的大約±15mm。可以從鄰近該設(shè)備的更大的保溫爐向容器提供合金，例如通過虹吸作用?；蛘撸诒匾獣r(shí)可以在連續(xù)的周期之間時(shí)常地將合金加入到容器中，例如通過添加將在容器中熔化的固態(tài)合金。
組件可以傾轉(zhuǎn)到的位置可以通過向固定角位置樞轉(zhuǎn)而獲得。這包括上面詳述的三個(gè)位置中每一個(gè)，以及本文中隨后詳細(xì)敘述的第四個(gè)位置。然而有利的是組件可以從非鑄造位置傾轉(zhuǎn)過一定角度到達(dá)鑄造位置，該角度在連續(xù)的鑄造周期中足夠地增大從而使得各個(gè)周期都獲得基本上一致的壓頭。也就是說，傾轉(zhuǎn)角的增加可以設(shè)計(jì)為酌留各個(gè)鑄造周期中的熔融金屬的損失。當(dāng)然，周期數(shù)量是有限的，在這些有限的周期中，在必須增加容器中的合金量之前增加傾轉(zhuǎn)角是可行的。
一種形式，管路具有第一端，其在容器上所處位置最優(yōu)選為組件在非鑄造位置時(shí)該位置低于容器中合金高度。該結(jié)構(gòu)使得在第一方式組件樞轉(zhuǎn)的過程中，可以保持該第一端所在位置以上的熔融合金的壓頭，并且使得隨著組件從非鑄造位置傾轉(zhuǎn)到鑄造位置，合金的壓頭增加。組件在鑄造位置時(shí)，壓頭達(dá)到最大，容器中合金的高度足以達(dá)到模腔中最高點(diǎn)以上，從而確保完成模腔填滿。
從管路所延伸出的上述位置開始，管路離開容器，并且橫向通過爐壁并向外到達(dá)模具處的第二端。管路與模具相連通，至少在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，其方式為使得當(dāng)組件在鑄造位置時(shí)合金可以在容器中建立的合金壓頭作用下向上流動(dòng)到模腔中并填充模腔。盡管不是必要的，但優(yōu)選為管路與模腔相通的位置是當(dāng)組件在非鑄造位置時(shí)直接位于模腔以下的位置。無論如何，模具最優(yōu)選在從容器橫向向外的位置，并且所處高度使得組件在非鑄造位置并且模具打開時(shí)，容器和管路中的合金水平均在相鄰于管路第二端和模具固定部分而延伸的相同的水平面上。
管路優(yōu)選為相對(duì)較長(zhǎng)的。在爐內(nèi)的管路第一部分被爐加熱，從而降低了合金流向模具時(shí)過度冷卻的危險(xiǎn)。在爐和模具之間的管路第二部分優(yōu)選被保護(hù)防止過度冷卻。為了這種保護(hù)，管路可以是耐高溫的隔熱材料制成，或者第二部分可以裝有隔熱套。然而管路的第二部分，特別是在由適合金屬例如鋼制成的情況下，優(yōu)選被加熱，例如通過盤繞在第二部分上的電阻線圈。
管路可以具有從第一端延其長(zhǎng)度的主要部分，其延伸穿過爐并且從爐向外延伸，當(dāng)在非鑄造位置時(shí)相對(duì)于組件向下傾斜。該主要部分例如可以相對(duì)于水平面傾斜大約5°到15°的角度。從主要部分遠(yuǎn)離容器的端部開始，管路具有例如基本豎直向上延伸到模具的較短的部分。主要部分和較短部分的相對(duì)長(zhǎng)度，以及主要部分從水平面向下傾斜的角度是這樣的，以使得樞轉(zhuǎn)相對(duì)較小的角度就可以將組件在非鑄造位置和鑄造位置之間樞轉(zhuǎn)。該樞轉(zhuǎn)角度例如可以從大約15°到30°，如從大約20°到25°。較短部分可以從主要部分以銳角向上延伸，該銳角基本上相當(dāng)于主要部分相對(duì)水平面傾斜角度的余角。或者，管路可以具有提供了從主要部分到較短部分的彎曲過渡的中間部分。
管路從容器所延伸的位置優(yōu)選為便于在非鑄造位置和鑄造位置之間采用相對(duì)較小的角度樞轉(zhuǎn)。如上所述，管路延伸位置最優(yōu)選是當(dāng)組件在非鑄造位置時(shí)低于容器中合金水平以下。容器最優(yōu)選具有管路從其延伸的直立壁，該壁優(yōu)選為當(dāng)組件在非鑄造位置時(shí)與垂直線之間至多有很小的角度。因此，當(dāng)組件從非鑄造位置樞轉(zhuǎn)時(shí)，在管路延伸位置以上的合金壓頭可以基本上隨著組件向鑄造位置樞轉(zhuǎn)而增加。此外，為了使得該效果最大化，組件樞轉(zhuǎn)的軸線可以在離開管路延伸位置的方向上與容器的中心線水平間隔開，使得該軸線和管路延伸位置之間的間距相對(duì)于管路主要部分的長(zhǎng)度來說是顯著的。該間距例如可以至少為管路主要部分長(zhǎng)度的大約40％，但是優(yōu)選為超過該長(zhǎng)度的大約50％。
一種方便的形式，容器由在垂直于樞轉(zhuǎn)軸線的截面上為U形的槽構(gòu)成。在該形式中，管路從U形限定出的相對(duì)側(cè)壁的一個(gè)延伸，而樞轉(zhuǎn)軸線向另一個(gè)壁偏移，或者如果需要，超過另一個(gè)壁。這種形式的容器在各端可以具有相應(yīng)的向上延伸的壁，這些壁相對(duì)于樞轉(zhuǎn)軸線橫向延伸，如基本上豎直地。在這種或其它形式中，如果需要，容器最優(yōu)選具有可以在合金表面上保持保護(hù)氣氛的蓋子。蓋子可以具有可打開的口，通過該口可以向容器供給新的合金?；蛘?，虹吸管可以延伸穿過該蓋子，從而通過虹吸作用保持容器中合金的水平。
容器可以具有橫向擋板或者隔板，其將容器內(nèi)部分為兩個(gè)腔或者部分。在如上所述容器為槽的情況下，橫向擋板可以在端壁之間并且例如是大約在中間。管路可以從第一個(gè)腔或者部分伸出，而新的合金可以供給到第二腔或者部分。擋板具有穿過其的開口，或者在擋板邊緣和容器的底面之間限定出開口，從而使得提供給第二腔的新的合金可以流過到達(dá)有管路延伸的第一腔。該結(jié)構(gòu)使得固態(tài)的合金塊可以存在于第二裝料腔中，而不會(huì)妨礙鑄造操作的過程中合金從第一鑄造腔向管路流動(dòng)。
在根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，模具具有下部和上部，通過下部，模具安裝在爐上或相對(duì)于爐安裝，而上部可以相對(duì)于爐移動(dòng)從而打開和閉合模具。在該實(shí)施例中，模具具有用于向模腔供給保護(hù)覆蓋氣體的裝置，從而當(dāng)模具打開時(shí)保護(hù)在管路的第二端的熔融合金的表面。該供給裝置優(yōu)選為可操作用來向模具提供保護(hù)氣體，氣體在合金在模腔中凝固時(shí)且恰在組件從鑄造位置向非鑄造位置傾轉(zhuǎn)之前流入模腔。該結(jié)構(gòu)使得在熔融合金從模具縮回的時(shí)候，管路第二端的壓力降低，使得保護(hù)氣體可以流入管路的第二端。正如將要理解的，以微小的正壓供給保護(hù)氣體，就可以使其流入模腔并且進(jìn)入管路的第二端。由于鑄造產(chǎn)品的內(nèi)在收縮而在產(chǎn)品表面和限定出模腔的模具表面之間提供微小的間隙，從而便于模腔內(nèi)的保護(hù)氣體流動(dòng)到管路。
保護(hù)覆蓋氣優(yōu)選可以沿著在分型面處在一個(gè)或每個(gè)模具部分上形成的一個(gè)或多個(gè)通道流入模腔。該氣體可以提供到彼此之間限定出分型面的模具部分表面的外周。一種便利的形式，該氣體從方便的供應(yīng)源供給到在上述模具部分表面外周附近延伸的腔中，并且可以從該腔沿著限定出的多個(gè)通路流到模腔，該多個(gè)通路例如限定在模具的分型面上。
當(dāng)組件向鑄造位置傾轉(zhuǎn)時(shí)，流入模腔的合金排出空氣和保護(hù)氣體。因此，新的保護(hù)氣體需要在各個(gè)鑄造周期中提供到模具中。該設(shè)備優(yōu)選包括用于適當(dāng)時(shí)根據(jù)相應(yīng)的工作參數(shù)來為供給保護(hù)氣體定時(shí)的裝置。
用于供給保護(hù)覆蓋氣體的裝置優(yōu)選包括在從供給源向模具提供氣體的模具供給口和模腔之間提供連通的通道系統(tǒng)。該通道系統(tǒng)還可以使得鑄造操作開始時(shí)模腔中的氣體被流入模腔的熔融合金清除，而清除的氣體從該通道經(jīng)過排出口而排出。當(dāng)一個(gè)口打開時(shí)，可以操作相應(yīng)的閥門關(guān)閉另一個(gè)口。
如果模具在持續(xù)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持打開，可取的是提供覆蓋氣體到管路的模具端。這可以借助于供給軟管、槍、噴射器等實(shí)現(xiàn)。


為了更易于理解本發(fā)明，將參考附圖，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明鑄造設(shè)備的截面圖，示出了非鑄造位置的設(shè)備；圖2與圖1相對(duì)應(yīng)，但是示出了鑄造位置的設(shè)備；圖3以放大的比例示出了圖2所示設(shè)備的部分；圖4與圖3相似，但是示出了稍微改進(jìn)結(jié)構(gòu)的部分控制系統(tǒng)；圖5是圖4結(jié)構(gòu)一部分的放大分解透視圖；
圖6以放大的比例示出了圖1和2所示設(shè)備的另一部分；圖7是圖6所示部件的透視圖；圖8示意性示出了用于釋放圖7部件的機(jī)構(gòu)；圖9是圖1和2所示設(shè)備一部分的剖開透視圖；圖10至13提供了參考圖1和2所述的爐的略圖，但是在四個(gè)不同的相應(yīng)位置；以及圖14至16示出了圖4和5所示控制系統(tǒng)的替代形式的相應(yīng)視圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1和2，其中所示的設(shè)備10具有組件12，其包括用于容納一定量熔融合金15的供給容器14，以及爐16，容器14容納在其中并且可以加熱從而將合金15保持在鑄造溫度。組件12還包括安裝在爐16上或者相對(duì)于爐16從容器14的一側(cè)橫向在外安裝的模具18，以及在容器14和模具18之間提供連通的管路20。
組件12安裝成使得其能在與圖1和2所示視圖正交的方向上延伸的基本水平的軸線″X″上傾轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)該目的，從爐16各端伸出的耳軸22樞軸連接在緊固到基礎(chǔ)B上的一對(duì)支柱24中的相應(yīng)的一個(gè)中。并且，在爐16的各端，具有相應(yīng)的可以伸出和縮回的液壓活塞26，用于使組件12傾轉(zhuǎn)。
容器14的形式是由U形外周板28和相對(duì)端壁30限定出的相對(duì)較短的槽。此外，在端壁30的中間，容器14具有帶開口31的橫向擋板或隔板29，在下面將會(huì)更詳細(xì)敘述。管路20具有主要部分32，其從板28的一個(gè)側(cè)壁34延伸，穿過相鄰的爐16側(cè)壁36，到達(dá)模具18下面隔開的位置。從主要部分32的外端，管路20具有較短的向上延伸的部分38，其提供與模具18的連通。如圖6最佳可見，管路部分32的內(nèi)端連接到容器14的連接器42上的環(huán)形凸緣40。凸緣40與管路20的類似凸緣44對(duì)接，同時(shí)凸緣40和44通過下面更詳細(xì)敘述的夾緊裝置45緊固在一起。
模具18具有下部46和上部48。下部46安裝在爐16上或者相對(duì)于爐16安裝。在圖1和2的示意圖中，所示的下部46基本上安裝在管路20的部分38的上端。然而，爐16的更典型結(jié)構(gòu)為具有支撐下部46的側(cè)支架或者托座，如圖中49所示。上部48可以在圖2所示的位置，在該位置部分46和48限定出模腔50(見圖3)，以及圖1所示的升起位置之間移動(dòng)。用于這樣的移動(dòng)，設(shè)備具有直立引導(dǎo)部52，在其上端上安裝有液壓活塞54?；钊?4可以縮回和伸出，用于使得模具部分48相對(duì)于模具部分46升起和降下。
容器14設(shè)計(jì)為保持一定量的熔融合金15，使得當(dāng)組件12在圖1所示的非鑄造位置時(shí)，合金15的自由表面位于連接器42使容器14和管路20連通的位置以上。從該位置，管路20的部分32相對(duì)于容器14向外并且向下延伸。這樣的結(jié)構(gòu)使得組件12在非鑄造位置以及模具18打開時(shí)(因此管路20的外端處于大氣壓)，管路20中合金15的自由表面正好在模具18以下。隨著液壓活塞26縮回，組件12可以在軸線X上相對(duì)于圖1和2所示視圖順時(shí)針方向傾轉(zhuǎn)，從而使組件12到達(dá)圖2所示的鑄造位置。然而在傾轉(zhuǎn)之前，使活塞52伸出，從而向下移動(dòng)上模部分48以與下模部分46相接合，從而閉合模具18，為鑄造操作作準(zhǔn)備。
當(dāng)組件12從圖1的非鑄造位置傾轉(zhuǎn)到圖2的鑄造位置時(shí)，管路20從容器14所延伸的位置下降到更加低于容器14中合金15的表面。在該位置之上的壓頭在鑄造位置增加到最大。此外，管路20的外端和閉合的模具18相對(duì)于容器14中合金15的自由表面降低。因此，使得合金在重力影響下流入管路20，并且從管路20進(jìn)入模腔50。模腔50的頂部在容器14中合金表面以下，以使得在鑄造位置時(shí)在模腔之上有實(shí)際壓頭″H″。因此，可以在相當(dāng)大的壓力下實(shí)現(xiàn)模腔的填滿，從而確保裝填完成和一定量的收縮補(bǔ)償。
由于管路20主要部分32的長(zhǎng)度，組件12在從非鑄造位置移動(dòng)到鑄造位置時(shí)僅僅傾轉(zhuǎn)相當(dāng)小的角度就足以建立壓頭H。該角度例如可以從大約15°到30°，如從大約20°到25°。由于組件12處于非鑄造位置時(shí)管路20相對(duì)于容器14向下傾斜，以及管路20的部分32和38相互傾斜而造成的管路20的彎曲或拐彎形式，從而幫助獲得實(shí)際的壓頭。此外，由于軸線X在沿著離開管路20所延伸的容器14那一側(cè)的方向與容器14的中心線隔開，以及管路20從板28的側(cè)壁34的相對(duì)較直立部分延伸，也有助于壓頭的形成。
至少當(dāng)用鎂合金鑄造時(shí)，最優(yōu)選在容器14中提供保護(hù)氣氛，當(dāng)模具18打開時(shí)，在管路20的出口端提供保護(hù)氣氛，以防止合金氧化和燃燒的危險(xiǎn)。在容器14中，合金15以上的容積相對(duì)的容易保護(hù)。適合的保護(hù)氣體比空氣密度更大，因此相對(duì)容易保持，而通過提供蓋子55覆蓋容器14有助于氣體的保持。當(dāng)合金在管路20的部分38的上端時(shí)，物質(zhì)不是直接前進(jìn)。然而，發(fā)現(xiàn)如圖3至5所示的結(jié)構(gòu)具有有益的效果。
圖3示出了在組件12從非鑄造位置開始傾轉(zhuǎn)之前的模具18。因此，模具18是關(guān)閉的。圖4示出了組件12回到非鑄造位置之后，并就在打開模具18以從模腔50釋放出鑄件56之前的情況。
如圖3至5所示，下模部分46和上模部分48分別具有相應(yīng)的外周凸緣58和60。在圖3中，模具部分48的凸緣60具有下翻的外緣62，而在外緣62下邊緣中的溝槽65中裝配著密封件64，以抵靠在下模部分46的凸緣58的上表面。在圖4和5中，下模部分46的凸緣58具有上翻的外緣62，而用于抵靠在外緣62上邊緣的密封件64裝配在上模部分48凸緣60的下表面中的溝槽65中。該結(jié)構(gòu)使得模具18閉合而使部分46和48在分型面P上接觸時(shí)，凸緣58和60形成集流腔66。在集流腔66中，繞著模具部分46和48的外周限定出腔68，并且平面P延伸通過它。在模腔50周圍，腔68和模腔50通過在部分46和48中至少一個(gè)的表面上形成的多個(gè)槽70而連通—在圖中所示的結(jié)構(gòu)是在部分46中—從而在模腔50和腔68之間限定出薄的通路71。
集流腔66包括與腔68連通的至少一個(gè)連接器72。連接器72可連接到供給管線74，通過它可以將保護(hù)覆蓋氣供給到腔68中。此外，集流腔66包括至少一個(gè)連接器75，通過它可以將氣體從腔68中排出，以通過排出管線76收集。
如前所示，組件12在非鑄造位置并且模具18打開時(shí)，管路20中合金15的表面恰在模具18以下。這種情況保持到模具18閉合，且從該位置傾轉(zhuǎn)之前，如圖3中所示。隨著組件12傾轉(zhuǎn)到鑄造位置，合金在管路20中升高，通過入口澆道78進(jìn)入模具，流入并填滿模腔50。在模腔填滿的過程中，合金使得管路20出口端以及模腔50內(nèi)存在的氣體排出。被排出的氣體沿著通路71到達(dá)腔68。從腔68，被排出的氣體通過管線76排出。為了實(shí)現(xiàn)它，管線76中的閥門80打開，而管線74中的閥門82關(guān)閉。閥門80和82優(yōu)選為電磁閥。
在由傾轉(zhuǎn)至鑄造位置過程中填充模腔的合金形成的鑄件56凝固時(shí)，合金從鑄件向回凝固到澆道78進(jìn)口的窄頸部。在凝固完成后，組件12返回到非鑄造位置。隨著組件傾轉(zhuǎn)離開鑄造位置，管路20中仍舊熔融的合金向著容器14抽回，從而傾向于在管路20中熔融合金表面和澆道78中凝固合金表面之間產(chǎn)生真空。
在從鑄造位置開始傾轉(zhuǎn)之前，閥門80關(guān)閉而閥門82打開。隨著閥門82打開，保護(hù)氣體供給進(jìn)入腔68中，并且保護(hù)氣體可以經(jīng)過通路71和模腔50，進(jìn)入到管路20的端部。這是通過以下而實(shí)現(xiàn)的，即模腔50內(nèi)的合金在凝固時(shí)收縮而在最終鑄件56周圍提供了足夠微小的間隙，用于使得保護(hù)氣體從通路71經(jīng)過鑄件56和澆道金屬周圍流到管路20。此外，必要的是以超過大氣壓的壓力提供保護(hù)氣體，以供給到腔68之內(nèi)，同時(shí)如所指出的，管路20中縮回的合金會(huì)使得管路20中的壓力減小。
當(dāng)組件12返回到非鑄造位置時(shí)，閥門82關(guān)閉。模具部分48隨后升高并移出鑄件。然而，盡管模具18被打開，保護(hù)氣體還是可以足夠地保持在管路20的端部，因?yàn)樗瓤諝饷芏雀?。因此可以保護(hù)管路20中合金的上表面在鑄造周期之間的相對(duì)短暫的間隔過程中不被氧化。
除了可以操作以使組件12在鑄造和非鑄造位置之間傾轉(zhuǎn)之外，活塞26還可以被操作以使組件12傾轉(zhuǎn)到儲(chǔ)存位置。為此，活塞26伸出至比使組件12從鑄造位置返回到非鑄造位置所必須的量更大的程度。也就是說，組件12相對(duì)于圖1和2的視圖逆時(shí)針方向傾轉(zhuǎn)，超過圖1中的非鑄造位置。組件12從非鑄造位置到儲(chǔ)存位置可傾轉(zhuǎn)的角度要足以使得管路20中的所有合金流回到容器14中。
儲(chǔ)存位置可以用于鑄造完成后。在容器14中凝固的合金可以通過爐16輸入的熱能而被重熔。然而，合金不應(yīng)該容許在管路20中凝固，因?yàn)殡y以重熔。組件12傾轉(zhuǎn)到儲(chǔ)存位置可以避免合金在管路20中凝固。
傾轉(zhuǎn)到儲(chǔ)存位置也可以用于容器14失效的情況，從而可以使得熔融合金排入到爐16中。如圖所示，爐16具有排出口84，當(dāng)組件12在儲(chǔ)存位置時(shí)，可以使得熔融合金排出到沿著爐16遠(yuǎn)離模具18那側(cè)安裝的腔86中。腔86可以提供有適合于與熔融合金形成熔渣的助熔劑87。由于腔86可以保持相對(duì)較冷，助熔劑可以保持在塑料袋中，當(dāng)接觸到合金的時(shí)候塑料袋會(huì)融化從而將其中容納物釋放出來。傾斜基底88易于使合金排入到腔86中。
管路20可以根據(jù)需要移除以便時(shí)常地檢修或者替換。通過圖6所示的結(jié)構(gòu)和夾緊裝置45，會(huì)使其變得容易。如圖6所示，凸緣40和44的表面相互配合，因?yàn)橥咕?4具有凹座89而凸緣40具有突出的中心突起90。在座89和突起90之間設(shè)置波形墊片91，通過裝置45把凸緣40和44擠壓到一起，以在墊片91處實(shí)現(xiàn)密封。
各個(gè)凸緣40和44均具有錐形的外側(cè)面。裝置45具有一對(duì)相對(duì)的夾持構(gòu)件92和93，其中每個(gè)夾持構(gòu)件都限定有凸緣40和44可以坐入的半圓形溝槽。下部構(gòu)件92具有從其突出并穿過上部構(gòu)件93的孔的一對(duì)平行的螺紋桿94。在構(gòu)件93以上，在各桿94上裝配壓縮間隔管95，從而在桿94上把螺母96向下緊固到管95上就可將構(gòu)件92和93拉到一起。每個(gè)構(gòu)件92和93中的溝槽都具有錐形側(cè)面，其抵靠凸緣40和44的錐形側(cè)。因此，緊固螺母96或者桿94可以迫使凸緣40和44牢固地壓在一起，從而夾緊墊片91。
如圖1和2所示，桿94的上端和管95穿過爐16的頂部伸出。因此，螺母96可以容易地根據(jù)需要緊固或松開。此外，如圖7最佳所示，上部構(gòu)件93具有桿97，其在桿94之間向上突出。桿97作為操縱裝置45的柄。然而，如圖8所示，在將重套筒99放在桿97上之后，螺母98可以提供在桿97的帶螺紋的上端上，該結(jié)構(gòu)可以作為撞擊錘，用于在松開螺母96之后分開構(gòu)件92和93。
參考圖9，其中示出容器14的剖視立體，從而示出擋板29。擋板的形狀與板28的內(nèi)部U形表面相適，并且通過焊接在板28上而固定到位。擋板29基本上平行于容器14的端壁30并且位于端壁30的中間。因此，容器24的內(nèi)部被分成管路20從其延伸的第一腔14a，以及第二腔14b。新的合金可以提供給腔14b，并且為了將腔14a中的熔融合金保持在需要的高度，在擋板29中設(shè)有孔31從而可以使合金從腔14b流到腔14a。擋板29具有上邊緣，相對(duì)于非鑄造位置的組件12而言，其具有基本上水平的中間部分29a，在中間部分29a的各端具有向外和向上傾斜的端部部分29b。容器14中合金需要的高度是這樣的，組件12在非鑄造位置時(shí)它在中間部分29a以下，并且當(dāng)組件12分別在鑄造以及儲(chǔ)存位置時(shí)在相應(yīng)的端部部分29b以下。
參考圖10至13的各圖，其中所示的設(shè)備110非常類似圖1和2的設(shè)備10。設(shè)備110的結(jié)構(gòu)以及鑄造操作都將由圖1和2的敘述理解。在有必要提到設(shè)備110的部件時(shí)，它們具有與設(shè)備10相應(yīng)部件相同的數(shù)字標(biāo)號(hào)，加上100。然而，簡(jiǎn)潔起見，圖1和2中的支柱以及相應(yīng)于支柱24的活塞以及活塞26被省去了。
圖11和12分別示出了處于相當(dāng)于圖1的非鑄造位置以及相當(dāng)于圖2的鑄造位置的設(shè)備110。因此，在圖11中，組件112在非鑄造位置，準(zhǔn)備運(yùn)動(dòng)到圖12所示的鑄造位置。在這些位置之間運(yùn)動(dòng)時(shí)操作的各方面基本上與關(guān)于圖1和2所述的相同。
圖10示出了在從圖12的鑄造位置移動(dòng)到圖11的非鑄造位置之后，隨后超出非鑄造位置到達(dá)停放或者儲(chǔ)存位置的設(shè)備110。在停放或儲(chǔ)存位置，該位置例如可以是在鑄造結(jié)束時(shí)的位置，管路120的主要部分132從容器114向上傾斜，從而使得它略微高于水平面。因此，合金115從打開模具118的下模部分146并且從管路120排回容器114中。
圖13示出了在排空位置的組件112。通過將組件傾轉(zhuǎn)通過圖11的非鑄造位置且到達(dá)和超過圖12的鑄造位置，組件從圖10的停放或儲(chǔ)存位置移動(dòng)到該排空位置。然而，在離開停放或儲(chǔ)存位置之前，改進(jìn)管路20。這可以通過許多不同的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。在第一種結(jié)構(gòu)中，松開夾緊裝置145以便能拆下管路120，之后可以用另一個(gè)管路120a替換。如圖13所示，管路120a是直的，并且為容器114的連接器142提供了線路的連續(xù)。該結(jié)構(gòu)使得隨著組件112傾轉(zhuǎn)到其排空位置，合金可以從容器114中排放并接收到適合的貯器100中。在圖13中，示出了組件112到其排空位置的途中。組件112需要進(jìn)一步傾轉(zhuǎn)超過圖12的鑄造位置以到達(dá)排空位置，在排空位置容器114中的所有合金都可以排出到貯器100中。
在第二種結(jié)構(gòu)中，圖12所示，主要部分132遠(yuǎn)離連接器142的端部具有可移走的蓋子101。當(dāng)需要排空容器114時(shí)，在組件112位于圖10的停放位置時(shí)移去蓋子101，隨后裝配上圖12中虛線所示的嵌入式短管路102。作為另一變例，101表示閥門構(gòu)件，管路102可以連接到其上。閥門構(gòu)件101使得管路102可以在組件處于任何位置時(shí)進(jìn)行裝配，閥門元件101可以在防止通過管路102流動(dòng)的位置以及允許通過管路102流動(dòng)的位置之間調(diào)節(jié)。
圖14至16示出了圖4和5結(jié)構(gòu)的替換，不僅在模具的形式方面，而且在用于分配保護(hù)氣體和排出大氣的系統(tǒng)方面。圖14至16結(jié)構(gòu)的各部分與圖4和5的相應(yīng)部件具有相同的數(shù)字標(biāo)記，加上100。
圖14示出了模具118的局部剖面圖，模具118具有下模部分和上模部分146和148，以及當(dāng)模具118閉合時(shí)在部分146和148之間的外圍模具主體組件102。部分146和148與主體組件102一起限定出了模腔150。因此，不是在部分146和148接合的位置具有分型面，而是各個(gè)部分146和148與主體組件102的相應(yīng)表面接合。
主體組件102包括多個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件103，在圖15和16中示出了其中一個(gè)的一部分。構(gòu)件103具有斜接端，相鄰元件103在斜接端相接觸。此外構(gòu)件103限定出流動(dòng)系統(tǒng)，可以給模腔150提供保護(hù)氣體并且從中清除大氣氣體。
在各個(gè)構(gòu)件103的上下表面103a中，鄰近外表面103b限定出了縱向溝槽104。從各個(gè)溝槽104，多個(gè)淺的但是相對(duì)較寬的通道105延伸到用于限定模腔的內(nèi)表面103c。鉆孔106提供各個(gè)溝槽104之間的連通，而外表面103b上的入口107與鉆孔106相連通。模具閉合時(shí)，如圖14所示，各個(gè)溝槽104和其通道105被模具部分146和142相鄰的一個(gè)覆蓋，從而分別限定出縱向通道104a和淺通道105a。這樣的結(jié)構(gòu)使得氣體可以從在108處部分地示出的氣流線路流過入口107到達(dá)通道104a，隨后經(jīng)過通道105a，進(jìn)入模腔150，或者從模腔150反向流動(dòng)從而通過管線108排出。
在每個(gè)構(gòu)件103的一個(gè)斜接端103d，每個(gè)交替構(gòu)件103的每端103d，或者每個(gè)構(gòu)件103的每端103d，具有類似的用于氣體流動(dòng)的布置。因此，如圖15和16所示，具有鄰近外表面103b的豎直溝槽109以及多個(gè)淺的但是相對(duì)的較寬的通道111，通道111從溝槽109延伸到內(nèi)表面103c。與溝槽109連通的口113使得氣體可以流到模腔150或者從模腔150流出。模具閉合時(shí)，相鄰構(gòu)件103的相對(duì)端對(duì)接，從而溝槽109和通道111在模腔150和口113之間提供了通路。
該結(jié)構(gòu)類似參考圖4和5所述的結(jié)構(gòu)。因此，用于至少一個(gè)構(gòu)件103的流動(dòng)系統(tǒng)可以具有連接到保護(hù)覆蓋氣體供給源的氣體流動(dòng)管線108，從而在需要時(shí)向模腔供給保護(hù)氣體，并且至少另一個(gè)構(gòu)件103具有其管線108，在需要時(shí)可以從模腔150排出氣體。在這種情況下，在斜接端103d用于氣體流動(dòng)的設(shè)置可以與用于管線108中流動(dòng)的系統(tǒng)互連。許多結(jié)構(gòu)都是可以的，盡管總的要求是模腔150可以靠進(jìn)入的合金清除氣體，以及在需要時(shí)可以接受保護(hù)氣體。
參考附圖根據(jù)本發(fā)明的敘述將會(huì)理解本發(fā)明鑄造設(shè)備的許多重要的實(shí)際益處。因此，該設(shè)備顯著地?cái)U(kuò)展了對(duì)各種零部件包括高性能零部件進(jìn)行永久型模具鑄造的能力，并且降低了成本。此外，該設(shè)備可以降低投入、減少加工和減小運(yùn)行的成本，同時(shí)它也可以修改為電阻式加熱。該設(shè)備具有小的占地面積，同時(shí)可以避免在空氣中澆包的需要，并且不需要外加壓力來裝填模腔。該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)鑄造金屬的高收得率，一般地為大約95％。
發(fā)現(xiàn)該鑄造設(shè)備可以生產(chǎn)可熱處理的并且可焊的高完整性的鑄件。使用砂型芯可以制造具有復(fù)雜內(nèi)部形狀的鑄件。該設(shè)備適合于從少量到大量的生產(chǎn)用于汽車及其它工業(yè)的各種產(chǎn)品。
鑄件(用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備制造的)在出模后具有優(yōu)良的表面質(zhì)量，沒有流徑線或者褪色，并且整體有很好的表面外觀。該鑄件具有優(yōu)良的表面細(xì)部和輪廓，并且沒有未鑄滿的情況。此外，機(jī)械加工的鑄件顯示出良好的光澤表面。用該設(shè)備制造的鑄件測(cè)量拉伸性能發(fā)現(xiàn)，等于或超過了重力永久鑄模鑄造合金的報(bào)道性能，例如AZ-91。
本發(fā)明的設(shè)備使周期時(shí)間可以比相當(dāng)?shù)逆V重力永久鑄模鑄造更快，而不需要冒口。此外，周期時(shí)間顯著快于相當(dāng)?shù)匿X重力永久鑄模鑄造。另外，消耗成本通常很低，例如對(duì)于保護(hù)覆蓋氣體來說，并且可以使用市售的模具涂料。鑄件壁厚具有永久鑄模鑄造的典型特征。此外，勞力成本可以保持在低的水平。
最終應(yīng)當(dāng)理解，各種變化、改進(jìn)和/或添加都可以引入前面敘述的各部分的結(jié)構(gòu)和布置中而不背離本發(fā)明的精髓和范圍。
權(quán)利要求
1.一種鑄造設(shè)備，可以在鑄造作業(yè)時(shí)使合金通過重力流動(dòng)和進(jìn)給，其中該設(shè)備具有用于保持一定量合金的供給容器，將容器容納在其中并且可以在其中加熱容器從而將供應(yīng)的合金保持在適合鑄造溫度的爐，相對(duì)于爐從容器向外橫向安裝的模具，在容器和模具之間提供連通的管路，以及用于使得包括爐、容器和模具在內(nèi)的組件繞著基本上水平的軸線可逆地傾轉(zhuǎn)的裝置，從而使得合金可以從容器流到模具限定出的模腔中或者阻止合金流動(dòng)到該模腔中。
2.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，用于可逆傾轉(zhuǎn)組件的裝置可以操作使得組件在第一非鑄造位置以及第二鑄造位置之間傾轉(zhuǎn)，其中第一非鑄造位置是在一個(gè)周期完成并且下一周期開始之前組件所占的位置，且在該位置阻止合金從容器流動(dòng)到模具中，而第二鑄造位置則使得合金可以從容器流到模具中。
3.如權(quán)利要求2的設(shè)備，其特征在于，用于可逆傾轉(zhuǎn)組件的裝置可以操作使得組件傾轉(zhuǎn)到第三儲(chǔ)存位置，其在離開鑄造位置的方向上超過了非鑄造位置，并且在該位置管路中的合金可以排入容器中。
4.如權(quán)利要求3的設(shè)備，其特征在于，用于傾轉(zhuǎn)組件的裝置可以操作使得組件傾轉(zhuǎn)離開第三位置，通過并且超過鑄造位置到達(dá)第四合金排空位置。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，容器可以保持一定量的熔融合金，基本上大于一個(gè)鑄造周期要消耗的合金量。
6.如權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，容器可以根據(jù)需要接受新的合金，從而使得當(dāng)組件在非鑄造位置時(shí)容器中合金的上自由表面保持在相對(duì)于容器而言的基本上恒定的高度。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，管路具有位于容器上的第一端，在組件位于非鑄造位置時(shí)，該第一端所在的位置低于容器中合金高度，從而可以在組件從非鑄造位置到鑄造位置的樞轉(zhuǎn)過程中保持該位置以上的熔融合金的壓頭，并且隨著組件從非鑄造位置到鑄造位置的傾轉(zhuǎn)，合金的該壓頭增大。
8.如權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，組件在鑄造位置時(shí)，壓頭為最大，容器中合金的高度足夠高于模腔中最高點(diǎn)，從而確保完成模腔填滿。
9.如權(quán)利要求7或8的設(shè)備，其特征在于，從管路延伸的位置開始，管路離開容器，并且橫向通過爐壁，向外到達(dá)模具處的第二端，并且管路與模具連通，以使得當(dāng)組件在鑄造位置時(shí)，合金在容器中建立的壓頭作用下向上流到模腔中并填充模腔。
10.如權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，管路與模腔連通的位置是當(dāng)組件在非鑄造位置時(shí)直接位于模腔以下的位置。
11.如權(quán)利要求7至10任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，模具位于從容器橫向向外的位置。
12.如權(quán)利要求1至11中任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，管路在爐之內(nèi)的第一部分可以通過爐被加熱，從而降低在流入模具時(shí)合金過度冷卻的危險(xiǎn)，并且保護(hù)爐和模具之間的管路的第二部分不會(huì)過度冷卻。
13.如權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，管路為耐高溫的隔熱材料制成，或者管路的第二部分設(shè)置有隔熱套。
14.如權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，管路的第二部分可以通過盤繞著第二部分的電阻線圈加熱。
15.如權(quán)利要求1至14中任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，該管路具有沿其長(zhǎng)度的主要部分，其延伸穿過爐并且從爐向外延伸，并且當(dāng)在非鑄造位置時(shí)相對(duì)于組件向下傾斜。
16.如權(quán)利要求15的設(shè)備，其特征在于，管路的主要部分相對(duì)于水平面傾斜從大約5°到15°的角度。
17.如權(quán)利要求15或16的設(shè)備，其特征在于，管路具有從主要部分的遠(yuǎn)離容器的端部向上延伸到模具的較短的部分。
18.如權(quán)利要求17的設(shè)備，其特征在于，主要部分和較短部分的相對(duì)長(zhǎng)度，以及主要部分從水平面向下傾斜的角度是這樣的，以使得樞轉(zhuǎn)相當(dāng)小的角度就可以將組件在非鑄造位置和鑄造位置之間樞轉(zhuǎn)。
19.如權(quán)利要求18的設(shè)備，其特征在于，樞轉(zhuǎn)的角度從大約15°到30°。
20.如權(quán)利要求1至19中任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，容器具有管路所從其延伸的直立壁，該壁在組件處于非鑄造位置時(shí)與垂直線之間至多形成很小的角度，從而在組件從非鑄造位置樞轉(zhuǎn)時(shí)，管路延伸出的位置以上的合金壓頭基本上能隨著組件樞轉(zhuǎn)到鑄造位置而增加。
21.如權(quán)利要求20的設(shè)備，其特征在于，組件樞轉(zhuǎn)的軸線在離開管路延伸位置的方向上水平間隔超過容器的中心線，使得該軸線和管路延伸位置之間的間距相對(duì)于管路主要部分的長(zhǎng)度而言是顯著的，該間距為管路主要部分長(zhǎng)度的至少大約40％。
22.如權(quán)利要求1至21中任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，容器由在垂直于樞轉(zhuǎn)軸線的截面上形狀為U形的槽構(gòu)成，管路從U形限定出的相對(duì)側(cè)壁的其中一個(gè)上延伸，并且樞轉(zhuǎn)軸線向相對(duì)側(cè)壁的另一個(gè)偏移或者超過該另一個(gè)壁。
23.如權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于，容器具有可以在合金表面上保持保護(hù)氣氛的蓋子。
24.如權(quán)利要求22或23的設(shè)備，其特征在于，容器具有橫向擋板或者隔板，其將容器的內(nèi)部分為兩個(gè)腔或部分，該管路從第一個(gè)腔或部分延伸，并且該容器適合于將新的合金供給到第二腔或者部分中。
25.如權(quán)利要求24的設(shè)備，其特征在于，擋板可以使得供給到第二腔的新的合金流過而到達(dá)管路所從其延伸的第一腔，同時(shí)防止在鑄造作業(yè)的過程中第二裝料腔中的固態(tài)合金塊妨礙合金從第一鑄造腔流到管路中。
26.如權(quán)利要求1至25中任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，模具具有下部和上部，通過下部，模具相對(duì)于爐安裝，上部可以相對(duì)于爐移動(dòng)以打開和閉合模具。
27.如權(quán)利要求26的設(shè)備，其特征在于，模具具有用于向模腔供給保護(hù)覆蓋氣體的裝置，從而當(dāng)模具打開時(shí)，該保護(hù)覆蓋氣體保護(hù)在管路第二端的熔融合金表面。
28.如權(quán)利要求27的設(shè)備，其特征在于，供給裝置可被操作從而向模具提供保護(hù)氣體，從而在模具中的合金凝固時(shí)并且就在組件從鑄造位置傾轉(zhuǎn)到非鑄造位置之前保護(hù)氣體流入模腔，從而當(dāng)熔融合金從模具退回時(shí)，在管路第二端壓力減小，從而使得保護(hù)氣體可以流入到管路的第二端中。
29.如權(quán)利要求28的設(shè)備，其特征在于，保護(hù)覆蓋氣體可以沿著在分型面處其中一個(gè)或每個(gè)模具部分上形成的一個(gè)或多個(gè)通道流入模腔。
30.如權(quán)利要求29的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括可以將氣體供給到在模具周邊延伸的腔中的裝置，從而氣體沿著多個(gè)通路從該腔流到模腔中。
31.如權(quán)利要求27至30中任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括用于適當(dāng)時(shí)根據(jù)鑄造工作參數(shù)而定時(shí)供應(yīng)保護(hù)氣體的裝置。
全文摘要
用于在鑄造操作中使合金在重力下流動(dòng)而送進(jìn)的設(shè)備，具有用于保持一定量合金的供給容器，將容器容納在其中并且可以在其中加熱容器從而將供應(yīng)的合金保持在適合鑄造溫度的爐，以及相對(duì)于爐從容器向外橫向安裝的模具。管路在容器和模具之間提供連通。該設(shè)備還包括用于使得包括爐、容器和模具在內(nèi)的組件繞著水平軸線可逆傾轉(zhuǎn)的裝置，從而可以使得合金從容器流動(dòng)到模具限定出的模腔中或者阻止合金流動(dòng)流到該模腔。
文檔編號(hào)B22D23/00GK101039767SQ200580034569
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2005年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月1日
發(fā)明者約翰·F·卡里格, 杰弗里·德魯茲, 唐·T·源, 弗拉迪米爾·N·阿爾吉內(nèi) 申請(qǐng)人:聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織