用於熔融金屬的鋼包的製作方法

2023-06-12 14:56:36

專利名稱：用於熔融金屬的鋼包的製作方法
技術領域：
本發明涉及這樣一種裝置和方法，該，和方法用於鋼包的靜態裝填禾口
將熔融金屬從鋼包輸送到鑄模中，從而使得熔融材料中的紊、驢小化，並使得 ffla傾斜澆注成形工藝成形的期望鑄件中的缺陷最小化。
背景技術：
將熔融材料(例如金屬)澆注至IJ鑄模中是非常不穩定的過程，其影響鑄 件的內部完好性、表面狀態和機械性能，例如抗拉弓雖、孔隙度、伸長率和硬 度。目鵬鑄，存在並f頓多種不同設計的浸衞澆注鋼包。通常根據熔融材 料的類型和所用的鑄^^擇鋼包的設計。通常使用的鋼包利用槽、澆包嘴和 擋板，或者位於鋼包頂部的擋渣壩來 >金屬裝填過程中爐內金屬氧化物的夾 雜，或者鋼包可以結合M鐵芯來控制^1A和流出鋼包的金屬流。
熔融金屬(例如鋁)與空氣反應會生皿化物，即通常所知的浮渣，浮 渣與乘除的熔融金屬混合從而在金屬凝固過程中在鑄件內部生成夾雜物及多孔 區。雖然很多因素都會影響並導致鑄件中的不希望性質，但是夾雜物的兩個通 常來源包括熔融金屬頂部形成的浮渣層，和在澆注過程中由熔融金屬的紊流而 造成的熔B^屬的褶鈹動作。紊流金屬的流動使得熔融金屬表面區域暴露在空 氣中，這導致浮渣層的生成。根據熔融金屬的速度(該速度是由澆辦閃包和澆
注池的設計和使用確定的)，熔i^屬可以自身褶鈹多次，從而御哩捕獲氧氣
和金屬氧化層並將另夕卜的金屬表面區職驗空氣中。典型的澆辦ra包指的是茶壺型鋼包。這，包基本上是圓柱形的，具有
從其頂部向外延伸的外部噴口。某些茶壺鋼包含有壁或擋板來將該鋼包的碗型 或腔型區域與噴口分離。該壁或擋板可以延伸到鋼包底部。當熔融金屬被澆注 時，擋板限制了來自鋼包頂部的熔融金屬的流動從而有助於鋼包底部附近的金 屬的澆注。鋼包底部的金屬基本上沒有^^和其它可能存在的雜質材料，例如 被腐蝕的耐火爐襯和在金屬熔融過程中生成的灰輝。儘管擋板用於使浮渣夾雜 物最小化，然而外部噴口的設計仍然會增加材料的澆注速度，M產生紊流。
4200910159585.0
接著，熔融金屬通常^ta澆口池從鋼包輸送到鑄模中。在傳統的澆口池設計
中，熔融材料向下流動通迚澆口池到達模具澆口。熔融金屬Mil澆口的流動也 可能導致該處發生紊流，從而生j^妙卜的糹幾。已知低壓力、底部澆注爐可以生產具有最小浮渣的鑄件，但是該設備是
昂貴且複雜的，並且有較高的維護需要。此外，底部傾注爐會增加基建投資。
熱等靜壓(HIPping)鑄造也會M^鋁鑄件的孔隙度，但是熱等靜壓是昂貴的並
且會導致鑄件尺寸改變，從而使得鑄件不均勻且不能複製。這樣，需要一種經濟的方法和裝置來PIih或者使得導致鑄造材料具有高
孔隙度和/或低機械性能的f魏夾,鄉和雜質最小化。理想的是樹共這樣一種^S和方法，該^S和方法用刊岡包的靜態裝土真 和熔融金屬從鋼包向鑄模的輸送，從而可以4鵬融材料中的紊流最小化，以使 得通過傾斜澆注成形工藝而娜的期望鑄件中的缺陷最小化。

發明內容
根據本發明，令人驚奇的發現了一種用T^包的靜態裝填和將熔融金屬 從鋼包皿到鑄模中的方法和裝置，從而使得熔融材料中的紊流最小化，以使 得通過傾斜澆注工藝成形的期望鑄件中的缺陷最小化。在一個實施例中， 一種鑄3t^S包括具有中空內部的鋼包，戶脫中空內 部用於容納熔融材料，其中所述鋼包適合於繞偏心軸樞轉；其中形成有型腔的 的模具，戶腿型腔適於容納熔融材料，其中所述鋼包與所述模具鄰接，^iJ5艦 模具和所述鋼包共同旋轉從而將熔融材料從0M鋼包中澆注到所述模異的型腔 中。在另一個實施例中， 一種鑄it^g包括具有中空內部的鋼包，戶腿中空 內部適合於容納熔融材料，所述鋼包中形成有孔，其中所述鋼皿合於繞偏心 軸樞轉；和其中形成有型腔的的模具，所述型腔適於容納熔融材料，其中所述
鋼包與所述模具鄰接，且戶;f^Mr和戶;f^鋼包共同旋轉從而將熔融材料i^;f述 鋼包中澆注到所述模具的型腔中。在另一個實施例中，公開了一種將熔融材料輸送到鑄模中的方法，該方 跑括提供具有適於在其中適合容納熔融材料的中空內部的鋼包，戶服鋼包中
形成有孔，其中所述鋼包適合於纖心軸樞轉；提供模具，該模具中形成有適
合容納熔融材料的型腔，其中戶欣鋼包與所述模具鄰接，J/誠模具和戶脫鋼包共同旋轉從而將熔融材料從戶，鋼包中澆注到戶;M模具的型腔中；用熔融材
料裝i真鋼包；將鋼包上的孔定位成與模具型腔相鄰；且旋轉該模具和鋼包從而 有助於將熔融材料從鋼包澆注到模具型腔中。


根據下文結合附圖對,實施例的詳細描述，本發明的Jl^以及其它優 點對於本領域技術人員來說將更加明顯，在附圖中圖1是根據本發明一個實施例的包括鋼包和旋轉90度的模具的澆鑄裝置 的透視圖；圖2是圖1中的鋼包的透視圖；以及圖3是根據本發明另一個實施例的包括鋼包和旋轉90度的模具的澆鑄裝 置的透視圖。
具體實施例方式以下的詳細說明和附圖描述並顯示了本發明的各種示例性實施例。這些 說明和附圖使本領域普通技術人員能夠製造並4頓本發明，且並不旨在以任何 方式限制本發明的f斜戶範圍。關於公開的前去，提出的步驟實際上是示例性的，
這樣，戶;M步驟飾i(W不是必要的或關鍵性的。圖1顯示了根據本發明一個實施例的鑄皿置10。該鑄皿置10包括 適合在其中容納熔融材料16並且將熔融材料從中澆出的鋼包12。模具14設置 成與鋼包12流體連接，並且適合A^M鋼包12接TO融材料16。可以理解的 是，戶;M熔融材料16可以是希望的樹可適合的烙融材料，例如金屬或聚合物。
鋼包12是一種靜態裝填鋼包，其與共同擁有的美國專利No.7025115公 開的鋼包類似，這裡將戶，專利全文引入作為參考。在此使用的，術語"靜態 裝填"定義的是這樣一種適合在其中容納熔融材料的鋼包該鋼包中熔融材料 的紊流、擾動和褶鈹是最少的。鋼包12可由期望的任何適合的常規材料製造， 例如陶瓷或金屬。在圖1和2所示的實施例中，鋼包12包括中空內部26。鋼包 12由一對平面側壁18、基本平面的前壁28和曲面壁30構成。^MP!幢18都 由曲線邊20、第一直線邊22和第二直線邊24形成。第二直線邊24適於與模具 14鄰接。每個側壁18上都形成有銷32。在所示的實施例中，銷32適合於有助 於使鋼包12糹賴ra包12的偏心旋轉軸樞轉，以使得當鋼包12裝±真應融材料時前 壁28向下樞轉。可以理解的是，銷32可以和側壁18是一體 的，或者銷32是與蟲 的並被連接至,壁18上。鋼包12的前壁28適於與模具14基本鄰接。在鋼包12的前壁28上形成 有第二孔34。 ^0f示的實施例中，第二孔34的長度與前壁28的長度基糊等。 然而，第二孔34可以是所需的任意長度。鋼包12的前壁28的頂部可以包括一 個突出部或凸緣。戶皿突出部可以按照需要形^鋼包12的前壁28的外部或 者前壁28的內部。曲面壁30構成了鋼包12的底壁和後壁。然而，鋼包12的 所述底壁和後壁可以按照需要由基本平面的壁和曲面壁、 一對基本平面的壁或 者一對曲面壁組合構成。在圖1所示的實施例中，模具14適合在其中容納M31傾斜澆注工藝輸送 的熔融材料。模具14包括在其中形成有翻空38的模體部分36。型腔38的長度 與形成在鋼包12的前壁28中的第二孔34的長度基#目等。模具14的型腔38 可以具有任一所需鑄件的皿，例如發動 體、汽缸蓋、，的^I器部件，
等等。模具14還包括冒口40，其適合形/ :存器，戶;f^ie存器防止在7轉卩和凝
固過程中由於熔融材料16的鈹縮在所需的鑄件中形成的孔穴和氣孔。
在j頓過程中，鋼包12在裝±真操作期間裝填膽融材料16，其包括(1) 將鋼包12定位在裝±真有熔融材料16的爐子澆口窩或坩鍋(未示出)上方的靜 止位置；(2M辨岡包12降低，融材料16的液面並且使鋼包12和熔融材料16 開始接觸；(3)使鋼包12繞銷32上的偏心軸旋轉並且將部分孔34暴露給熔融 材料16，從而使《雜裝填過程中熔S^才料16至搠包12的落差最小化；(4)將 鋼包12降低到坩鍋中的所需深度；(5)旋轉鋼包12回至撒止健；(6)從塒 鍋中提升魏熔融材料16的鋼包12。M使得熔l^才料16至嗍包12的落差最 小，使得iSA鋼包12的熔融材料16中的紊流和熔融材料16的褶鈹最小化。
如圖1所示，模具14相對於地板或與所^i也板平行的表面旋轉90度， 其型腔38的頂部基本垂直於鋼包12的前壁28。鋼包12的第二 L 34定位成與 型腔38相鄰，鋼包12的前壁28與模具14鄰接。可以理解的是，鋼包12可以 定位成與型腔38相鄰，並且在前壁28禾口模具14之間具有微小的縫隙。然後使 鋼包12和相鄰模具14共同旋轉，或者被共同控制，3^# :用連接，(未 示出)固定在一起^M:鋼包12和模具14的同步控制器來保證實現。然後， 使包括鋼包12和模具14的鑄皿置10如箭頭R所指的那樣糹辦肖32上的偏心 軸旋轉90度，該銷32可以按照需魏TIR包12和模具14的連接處赫位於模具14的基底。可以調整鑄;i^置10的旋,度從而有助"^熔融材料16被重 力助推低速澆注到模具14的型腔38中。由於熔融材料16 l趙接澆注到翻空38 中而不是澆注門系統中，因此熔l^才料16從鋼包12到型腔38的落差被最小化。 由於熔融材料16的紊流和褶鈹被最小化，熔融材料16中空氣的滯留和熔融材 料16的氧化也被最小化，因此使得鑄件的瑕疵和缺陷最小化荊吏得鑄件的質量 最大化。 —旦熔S^才料16被允許冷卻荊更化，艦將三維鑄件從模具14中移出。 然後該鑄件可被進一步機加工成為其最終形狀。還可以在鑄件，行熱處理操 作、塗敷工藝等。圖3顯示的是根據本發明的另一個實施例的鑄it^置10'，除下文戶皿的 特徵外，其與圖1和圖2中的澆鑄裝置10類似。在圖3的這個實施例中使鋼包 12的寬度沒有覆蓋模具14的翻空38的^寬度。當模具14的型腔38的寬度 很寬以致於具有相配寬度的鋼包御佳操作並難以用澆口窩或柑鍋裝填時，就需 要一個寬度小於型腔38寬度的鋼包12。本實施例允i彌小鋼包的寬度，同時不 會有使金屬從開口模具區Jl^益出的危險。與圖1和圖2相同的結構在圖3中用 相同的附圖^H己帶有一個角標(，)5^。鑄it^S 10'包括適合容納和澆注熔融材料16'的鋼包12'。模具14'用於 容納來自鋼包12'的熔融材料16'。可以離的是，熔融材料16'可以是樹可所需 的熔融材料，例如金屬和聚合物。鋼包12'可以由任何所需的常規材料製造，例如陶瓷和金屬。^^標實施 例中，鋼包12'包括由一對平面側壁18'，基本平面的前壁28'和曲面壁30'形成 的中空內部26'。旨側壁18'都由曲線邊20'、第一直線邊22'和第二直線邊24' 限定。第二直線邊24'適於與模具14'鄰接。針側壁18'上都形成有銷32'。在 所示的實施例中，銷32'適合於有助於使鋼包12'在銷12'的旋轉偏 心軸旋轉。可以理解的是，銷32'可以與側壁18'—體，，或者銷32'#^蟲 並與側壁18'連接。然而，鋼包12'的底壁和後壁可以按照需要由平面壁和曲面 壁、 一對平面壁或者一對曲面壁組合構成。鋼包12，的前壁28，適於與模具14，基本鄰接。在鋼包12，的前壁28，中形 成有第二孔34，。在該所示實施例中，第二孔34，的長度與前壁28，的長度基勒目 等，但是第二 L34'也可以具有所需的任意長度。鋼包12'的前壁28'的頂部可以包括突出部或凸緣。該突出駒以根據需要形鵬鋼包12'的前壁28'的外部或 內部。曲面壁30'限定了鋼包12'的底壁和後壁。
在圖3所示的實施例中，模具14'適合在其中容納M;傾斜澆注的熔融材 料。該模具14'包括在其中形成有鵬38，的模體部分36'和一對模具部件42， 該模具部件42適用於消除在傾斜澆注過程中熔融材料16'從模具型腔38'中的溢 出。型腔38'的長度長於形成在鋼包12'的前壁28'中的第二 L34'的長度。模具 14'的型腔38'可以具有任一所需鑄件的微，例如發動機本體、汽缸蓋、複雜 的變速器部件，等等。當鋼包12'設置成與模具14'相鄰時，模具部件42被體 成與鋼包12'的偵幢18'相鄰。模具部件的高度高於模具型腔38'與鋼包12'相鄰 部分的高度。模具部件42的尺寸根職R包12'的微和鋼包12'與模具14'在傾 斜澆注過程中的旋,度來變化。當旋，度增加時，熔融材料16'的澆注皿 增加，因此增加模具型腔38'中的熔融材料16'的高度至高於鋼包12'的孔34'的 高度。當模具型腔38'中的烙S^才料16'的高度增加時，模具部件42的尺寸也增 加來防止溢出。模具14，還包括冒口40'，其適用於形 存器，所述tt存器防 止在冷卻和凝固過程中由於熔融材料16'的褶鈹在所需的鑄件中形成的孔穴和 氣孔。
在^ffl過程中，鋼包12，在裝填操作期間裝i辦融材料16，，其包括(1) 將鋼包12，定位在裝±真有熔融材料16，的爐子澆口窩或坩鍋(未示出)上方的靜 止4體；(2) 3辨岡包12，降低至熔融材料16，的液面並且使鋼包12鄰熔融材料 16，開始^l蟲；(3)使鋼包12，糹鄉32，上的偏心軸旋轉並且將部分孔34，暴露給 熔融材料16，，從而使f雜裝t真過程中熔融材料16'至嗍包12，中的落差最小化； (4)將鋼包12'降低至腳鍋中的所需深度；(5)旋轉鋼包12，回到靜止錢；(6) 從坩鍋中提升竊熔融材料16，的鋼包12'。艦使得熔融材料16'至嗍包12'的 落差最小，使得aX鋼包12'的熔融材料16'中的紊流和熔融材料16'的褶鈹最小 化。
如圖3所示，模具14'相對於地板或與戶;f^t也板平行的表面旋轉90度， 型腔38，的頂部基本垂直於鋼包12'。鋼包12'的第二孔34'定位成與型腔38'相 鄰，鋼包12，的前壁28，與模具14'鄰接。可以離的是，鋼包12'可以定m與 型腔38，相鄰，在前壁28鄰模具14'之間具有微小的縫隙。然後使鋼包12'和相 鄰模具14'共同旋轉，或者共同控制，^!31用連皿置(未示出)固定在一起或^M;鋼包n鄰模具14'的同步控制器來實現。然後，使包擗ra包12鄰模具14，的鑄^g IO，如箭頭R所指的那樣糹纖32，上的偏心軸旋轉90度，該銷32， 可以根據需^^立於鋼包12鄰模具14'的連接處或者位於模具14'的基底。可以調 整鑄it^g IO，的旋,度從而有助於熔融材料16，被重力助樹氐速澆注到模具 14，的型腔38，中。當熔融材料16，iSA型腔38，中時，熔融材料16，^^型腔38'， 從而填充型腔38，中的空隙空間直至蝶i真M^需禾號。由於熔融材料16' l超接 澆注到型腔38'中而不是澆注門系統，因此熔融材料16'從鋼包12'到型腔38'的 落差最小化，從而減小了其紊流和M。由於熔融材料16'的紊流和褶鈹被最小 化，使得熔融材料16'中空氣的滯留和熔融材料16'的氧化被最小化，因此使得 鑄件的瑕疵和缺陷最小化並使得鑄件的質量最大化。
—旦熔ilt才料16，被允許y賴口荊更化，頓將三維鑄件從模具14'中移出。 然後該鑄件可MS—步機加工為其最終皿。還可以在鑄件，行熱處理操作、 塗敷工藝徵鵬作。
戰討論僅僅公開和描述了本發明示例性的實施例。本領域技術人員可 從這些討論以及所附的附圖和權利要求中得知可以在不偏離本發明以下所附 權利要求書所限定的精神和範圍內對本發明進行各種改變、修改和變化。
權利要求
1、一種鑄造裝置，包括具有適於在其中容納熔融材料的中空內部的鋼包，其中所述鋼包適合繞偏心軸樞轉；和其中形成有型腔的的模具，所述型腔適合容納熔融材料，其中所述鋼包與所述模具鄰接，且所述模具和所述鋼包共同旋轉來將熔融材料從所述鋼包中澆注到所述模具的型腔中。
2、 如權利要求i所述的鑄皿置，其中在戶; ^鋼包的側壁上形成有銷，以幫助其樞轉。
3、 如權利要求1戶腿的鑄at^g，其中^^M鋼包中形成有 L以幫助從其澆注熔融材料。
4、 如權利要求3戶腿的鑄3t^g，戶腿 L的長度與戶脫模具翻空的長度基本相等。
5、 如權利要求i阮述的鑄at^置，其中戶皿鋼包，心軸的樞轉使得其中 弓i入的熔融材料的紊齢j、化。
6、 如權利要求l所述的鑄皿置，其中熔融材料M^M鋼包到戶，模具型腔的落差最小化以便消除紊流。
7、 如權利要求i戶，的鑄^g，其中戶;M鋼包和戶;f^模具是一體i^的。
8、 如權利要求i戶腐鑄^s，其中戶;M鋼包和戶;M模具是^^蟲成形並被 連接在一起的。
9、 一種鑄it^g，包括具有適於在其中容納熔融材料的中空內部的鋼包，戶;M鋼祉形成有孔，其中戶/fM鋼^M合，心軸樞轉；和其中形成有型腔的模具，所述型腔適合容納熔融材料，其中所:^鋼包與所 述模具鄰接，且戶;M模具和所述鋼包共同旋轉從而將熔融材料i^f^鋼包中澆 注到戶皿模具的型腔中。
10、 如權利要求9所述的鑄皿置，其中在戶;f^鋼包的側壁上形成有銷， 以幫助 轉。
11、 如權利要求9戶腿的鑄i^g，其中在戶腿鋼包中形成 L以幫助從其澆注熔融材料。
12、 如權利要求n戶腐的鑄it^a，其中戶脫孔的長度與戶/M模具型腔的長度基糊等。
13、 如權利要求9戶脫的鑄it^g，其中戶腐鋼包糹雄心軸的樞轉使得其 中弓l入的烙融材料的紊、驢小化。
14、 如權利要求9戶脫的鑄ii^g，其中熔融材料/A^M鋼包至ij戶;M模具 型腔的落差最小化以便消除紊流。
15、 如權利要求9戶腿的鑄3^g，其中戶jf^鋼包和戶;M模具是一體娜的。
16、 如權利要求9戶;M鑄it^s，其中戶腿鋼包和戶;M模具是與蟲成形並 被連接在一起的。
17、 一種將熔融材料輸送到鑄模中的方法，該方、M括^^共具有適於在其中容納烙融材料的中空內部的鋼包，所述鋼包中形成有 孔，其中戶;M鋼^s合於鄉纖心軸樞轉；劍共其中形成有型腔的模具，所述型腔適合容納熔融材料，其中所述鋼包 和所述模具鄰接，且所述模具和所述鋼包共同旋轉從而將熔融材料從鋼包澆注到模具翻空中；用熔融材料裝填鋼包；辦岡包上的孔與所述模具型腔相鄰定位；和旋轉鵬莫具和鋼被幫助熔融材料從鋼包澆注到模具翻空中。
18. 如權利要求I7戶脫的方法，其中戶腐鋼包和戶腿模具是一體成形的。
19、 如權利要求18所述的方法，其中M^，融材料從爐子中流經噴嘴來 裝填戶脫鋼包。
20、 如權利要求17所述的方法，其中所述鋼包和戶，模具是與蟲 並被 連接在一起的。
全文摘要
本發明涉及用於熔融金屬的鋼包。公開了一種用熔融材料靜態裝填鋼包並將熔融材料從鋼包中輸送的裝置和方法，其中所述熔融材料從鋼包輸送到鑄模中以使熔融材料中的紊流最小化從而使所需鑄件中的缺陷最小化。
文檔編號B22D35/04GK101607308SQ20091015958
公開日2009年12月23日 申請日期2009年6月5日 優先權日2008年6月6日
發明者D·D·格特施 申請人:通用汽車環球科技運作公司