异形铸件连续铸造的设备及方法

专利名称：异形铸件连续铸造的设备及方法
技术领域：
本发明涉及一种异形铸件连续铸造的设备及方法，用于熔点在1200℃以下的有色金属，主要是铝合金铸件的铸造。
在金属熔体结晶成形的过程中，有序结晶及快速热扩散是理想的状态。有序结晶是指结晶界面始终沿一个方向移动，它可以消除缩孔和疏松，增加铸件致密度，免除补缩帽口，提高金属收得率。快速热扩散可以使铸件晶粒细化，减少偏析。连续铸造技术在有序结晶及快速热扩散方面都是比较理想的。
在美国专利文献中，公开了题为“改变连续铸造金属板横截面尺寸的方法”(专利号为3710843)的专利，水冷却铸型见

图10，由前壁板83和84、85以及侧壁板86、87和88、89组成，前壁板83为一整体，其余的三面壁板均由上、下两块组成，前壁板83固定，其余六块壁板都可独立作水平移动，以达到改变所铸四方坯的横截面尺寸的目的。改变板坯宽度的步骤见图11和12，图11为减小板坯宽度的步骤，图12为增大板坯宽度的步骤。其不足之处在于，它只能用于连铸金属板坯的方坯;铸坯表面粗糙度不好;有严重的搭接横纹。
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种连续铸造异形铸件的设备及方法。
本发明的目的可以通过以下措施来实现本发明的设备由型板、成形电热材料、热反射层、型芯装置、定位柱、底座、顶帽、压块、保温箱、电热材料和喷水器组成。型板至少有两层，自上至下依次紧密叠置。型板的层数与铸件不同横截面的次数相一致，横截面形状连续变化的部份视作一次;同一层型板可以分型，同层分型板组合后的内周形状构成铸件相应的横截面的外周形状，各分型板可以沿型腔径向移动。各层型板及底座紧密叠置构成型腔，型腔上部有顶帽，型腔与顶帽所构成的空间可以容纳一个铸件所需的熔融金属;底座由底座板、托板和拉杆组成;各型板及底座板之中有封闭的腔道，腔道内装置成形电热材料;腔道中不需要热扩散的方向有热反射层;腔道内可以通入冷却水。由增设型芯以铸造中空铸件，中空铸件内腔在横截面上有两次或两次以上的形状时，则型芯亦相应地有两个或两个以上，两个或两个以上的型芯可以各个独立，也可以成平行滑移状态，也可以呈套装关系，在套装型芯中，直径小的型芯可以在直径大一级的型芯中上下滑动，直径最大的型芯由定位柱定位，定位柱支撑在最上一层型板结晶界面不会达到的位置上。喷水器可以做垂向运动，其自身有双重功能，功能一是向铸件外表面喷水，功能二是作型板的纵向支撑。
本发明的方法是令型板和底座板就位以组成型腔，喷水器自下向上顶紧型板，用成形电热材料和电热材料将型板、底座板和顶帽加热至所铸金属的熔融温度，向型腔及顶帽构成的空间注入一个铸件所需的熔融金属，切断底座板中成形电热材料的电流，随即向底座板腔道中通入冷却水，使铸件底部开始结晶，待结晶界面的边缘达到最底层型板的中部时，由底座从型腔底部拉出铸件，当铸件被拉出的距离能够让喷水达到铸件外表面时，即开通喷水器向铸件喷水，拉件速度等于铸件结晶线速度;当下端一层型板所限定形状的这段铸件拉够标定长度后，停止拉件，切断下端一层型板中成形电热材料的电流，同时向其腔道通入冷却水，令结晶界面上移，当结晶界面的边缘上移至下端次一层型板的中部时，撤消喷水器对型板的顶紧力，下端一层的各分型板沿型腔径向退让，退让距离以不阻碍喷水器上升为准，喷水器上升顶紧下端次一层型板，开始第二次拉件;当下端次一层型板所限定形状的一段铸件拉够标定长度后，停止拉件，切断下端次一层型板中成形电热材料的电流，向其腔道通入冷却水，令结晶界面第二次上移，当结晶界面上移至下端次二层型板的中部时，撤消喷水器对型板的顶紧力，下端次一层的各分型板沿型腔径向退让，喷水器上升顶紧下端次二层型板，开始第三次拉件，依此程序往复，直至铸件铸造完毕，各次拉件的速度应与铸件相应段的结晶线速度相一致。
本发明与已有技术比较，产生如下积极效果上述已有技术只能用来生产板坯与方坯，本发明能够生产多种形状的铸件;本发明生产的铸件表面粗糙度优于该技术;完全消除了搭接横纹。
附图的图面说明如下图1，本发明设备的示意图。
图2，实施例一的设备剖视图。
图3，实施例一生产的铸件图。
图4，实施例一的工作示意图。
图5，实施例二生产的铸件剖视图。
图6，实施例二的工作示意图。
图7，实施例三生产的铸件立体图。
图8，实施例三的工作示意图。
图9，图8的A-A视图。
图10、11、12，已有技术(专利号为3710843)的附图。
本发明下面将结合实施例作进一步详述图2表示一个可以生产有三次横截面的铸件的设备，其中包括最上一层整块型板3，其下两层四块分型板5、6、和9、10，各个分型板前沿开槽，槽内有成形电热材料4、7、8、11、12，成形电热材料与型板之间均布钢玉架绝缘(图中未表示)，在槽内不需要热扩散的方向有热反射层13，槽的适宜位置有冷却水进出口，待成形电热材料、反射层和冷却水进出口就位后，封闭槽口形成腔道，槽口封闭后，对型板有关平面进行切削加工以达到要求的表面粗糙度。
参照图9，各层型板的分型数及分型面的位置视铸件相应横截面的形状和是否有利于分型板的加工而定。各分型板都有经过标准化的连接头41，连接头与动力装置42连接，每一对相对方向的分型板，例如分型板43与分型板44，其中一方有限位块45，有限位块一方的动力装置的推力大于另一方，限位块在型腔的径向位置可调，安装分型板时，限位块调准位置后紧固，有差异的一对推力和限位块共同保证了各层型板之间的形位公差在名义值之内。各动力装置可以操纵相应的分型板沿型腔径向作进退运动。各动力装置对相应的分型板还有纵向支撑作用，在实际的工作条件下，自连接头向型板内侧延伸，温度将越来越高，如果铸造铝合金，型板前沿温度将高达680～740℃，热反射层后侧大约200～300℃，连接头附近大约80～150℃，在这种温度场中，如果用热作模具钢或耐热不起皮钢做型板，其弹性模量急剧降低;如果用石墨材料作型板，虽然弹性模量不会降低，但石墨自身的机械强度有限，所以，动力装置对分型板的纵向支撑力，仅仅设计在克服熔融金属对型板的纵向压力加上型板自身重量的范围内。而拉件时作用在型板上的垂直向下的力，由喷水器纵向顶紧型板来克服。
参照图2、4、6、8和9，喷水器19有标准化的连接头46，连接头与动力装置连接，动力装置控制喷水器作垂向运动，其向上的推力足够顶紧各层型板，其中包括克服拉件时作用于型板上的垂直向下的力。喷水器的内周形状要适应铸件的外周形状，本发明实施例三的铸件由于不同段的横截面形状差异较大，因此设计了两个喷水器19和47，分别由两组动力装置操纵。
底座由底座板14、托板15和拉杆18组成，两块底座板14可以在托板15所具有的滑槽(图中未画出)中滑动，当两块底座板靠紧时，形成凹窝17，以便拉件时铸件不脱离底座。托板下方有拉杆18，拉杆与拉件的动力装置连接，拉件速度可调。在底座板中，有成形电热材料16和热反射层13。
参照图2，最上一层型板3通过结构件27固定在保温箱22上，保温箱固定在车间工位上。在铸造过程中，最上一层型板没有位移动作，因此，该层型板勿须分型。顶帽20置于最上一层型板之上，顶帽上端有压块21，保温箱22上有盖24，保温箱和盖的内壁附有保温层23，保温层以内敷设电热材料25。注管26通过盖和压块上开设的孔口伸到型腔底部进行熔融金属液的浇注。
参照图5和图6，铸造外周与内腔均有多次横截面形状的中空铸件31时，本发明增设了型芯装置，它由底芯32、型芯34和36、型芯压筒35和37、至少三个定位柱40、型芯提升杆38和39组成。底芯安装在底座板上，底芯决定铸件内腔下部的形状，底芯中有成型电热材料33，各个型芯可以套装，直径小的型芯在直径大一级的型芯中滑动，相邻的两个型芯在高温下呈动配合状态，其配合间隙以熔融金属不能渗入为准，最大的一个型芯由定位柱限准位置，定位柱支撑在最上一层型板结晶界面不会达到的部位，通过上述结构可以保证各个型芯准确定位。
实施例一。参照图2、3、4，铸造如图3所示的铝合金铸件28。下端一层型板9、10限定a段的形状，分型数为二;下端次一层型板5、6限定b段的形状，分型数为二;下端次二层型板3限定c段的形状，这一层型板不分型。用成形电热材料和电热材料将型板3、5、6、9、10和底座板14及顶帽20加热至700℃。向型腔铸入熔融金属液29;注管26退出型腔;切断成形电热材料16的电流，向底座板14的腔道通水，当结晶界面30的边缘上升至分型板9、10的中部时，开始拉件，拉出1～2公分后，用喷水器19向铸件已拉出部份的外表面喷水，拉件速度与a段结晶线速度相同。待a段拉够标定长度时，停止拉件，切断成型电热材料11、12的电流，向分型板9、10的腔道通水，当结晶界面的边缘上升至分型板5、6的中部时，撤消喷水器向上的顶紧力，分型板9、10退让至不阻碍喷水器上升为止，喷水器上升直至顶紧型板5、6，开始第二次拉件，拉件速度与b段结晶线速度相同，当b段拉够标定长度时，停止拉件，切断成型电热材料7、8的电流，向分型板5、6的腔道通水，当结晶界面的边缘上升至型板3的中部时，撤消喷水器向上的顶紧力，型板5、6退让，喷水器上升顶紧型板3，开始第三次拉件，拉件速度与c段结晶线速度相同，直至铸造完毕。
本发明中诸多的机械动作或电动作，例如分型板的进、退，喷水器的升、降，拉件的停、动，冷却水的开、关，电流的启、闭等等，用微电系统48进行程序控制，一套动作可以在数秒钟内完成。
实施例二，参照图5、6，铸造如图5所示的中空铸件。由底芯32限定d段形状，由型芯34限定e段形状，由型芯36限定f段形状，型芯34与36呈套装形式，当结晶界面由分型板9、10上升至分型板5、6的中部的过程中，型芯34以届时结晶线速度提升，直至其底端与型板7、8的底面平齐。当结晶界面由型板5、6中部上升至型板3的中部的过程中，型芯34随之提升直至其底端与型芯36的底端齐平。其余铸造步骤同实施例一。
实施例三，参照图7、8、9，铸造如图7所示的铸件59。其中g段的外形由底座49限定，h段的外形由底座5U和型板51共同限定，m段的外形由型板52、53限定，n段的外形由型板54限定。本实施例涉及了两个底座49、50和两个喷水器19、47，底座50与下端一层分型板51处于同一层，在第一次拉件过程中，喷水器19同时顶紧分型板51和底座50，第二次拉件前分型板51退让，喷水器47顶紧型板52、53，由两个底座49、50同时拉件，本实施例的两个型芯56、57呈平行滑动状态，定位柱55设计成纵向长形，并固定于型芯压筒58上，当型芯56向上提升时，定位柱55沿型板53、54的内表面滑动，其余铸造步骤同实施例一。
权利要求
1.一种异形铸件连续铸造的设备，包括型板，其特征在于，由成形电热材料、热反射层、型芯装置、定位柱、底座、顶帽、压块、保温箱、电热材料和喷水器组成。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，型板至少有两层，自上至下依次紧密叠置，型板层数与铸件不同横截面的次数相一致，同一层型板可以分型，同层分型板组合后的内周构成铸件相应横截面的外周形状，各分型板可以沿型腔径向移动。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，各层型板及底座紧密叠置构成型腔，型腔与顶帽所构成的空间可以容纳一个铸件所需的熔融金属。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，各型板及底座板之中有封闭的腔道，腔道内装有成形电热材料，腔道内不需要热扩散的方向有热反射层，腔道内可以通入冷却水。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，铸件内腔横截面有两次或两次以上的形状时，则型芯相应地有两个或两个以上，两个或两个以上的型芯可以是各个独立的，也可以成平行滑移状态，也可以成套装关系，各个型芯成套装关系时，直径小的型芯在直径大一级的型芯中上下滑动。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，型芯装置上固定有定位柱，定位柱支撑在最上一层型板结晶界面不会到达的地方。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，喷水器做垂向运动，喷水器具有向铸件外表面喷水和作型板的纵向支撑的双重功能。
8.一种异性铸件连续铸造的方法，其特征在于，令型板和底座板就位以组成型腔，喷水器自下向上顶紧型板，用成形电热材料和电热材料将型板、底座板和顶帽加热至所铸金属的熔融温度，向型腔及顶帽构成的空间注入一个铸件所需的熔融金属，切断底座板中成形电热材料的电流，随即向底座板腔道中通入冷却水，使铸件底部开始结晶，待结晶界面的边缘达到最底层型板的中部时，由底座从型腔底部拉出铸件，当铸件被拉出的距离能够让喷水达到铸件外表面时，即开通喷水器向铸件喷水，拉件速度等于铸件结晶线速度，当下端一层型板所限定形状的这段铸件拉够标定长度后，停止拉件，切断下端一层型板中成形电热材料的电流，同时向其腔道通入冷却水，令结晶界面上移，当结晶界面的边缘上移至下端次一层型板的中部时，撤消喷水器对型板的顶紧力，下端一层各分型板沿型腔径向退让，退让距离以不阻碍喷水器上升为准，喷水器上升顶紧下端次一层型板，开始第二次拉件，当下端次一层型板所限定形状的一段铸件拉够标定长度后，停止拉件，切断该层型板中成形电热材料的电流，向其腔道通入冷却水，令结晶界面第二次上移，当结晶界面上移至下端次二层型板的中部时，撤消喷水器对型板的顶紧力，下端次一层各分型板沿型腔径向退让，喷水器上升顶紧下端次二层型板，开始第三次拉件，依此程序往复直至铸件铸造完毕，各次拉件的速度与铸件相应段的结晶线速度相一致。
全文摘要
异形铸件的连续铸造，主要用来生产铝合金铸件。其设备主要由型板、电热材料、热反射层、型芯、底座、顶帽和喷水器组成。本发明将连续铸造的方法扩展到生产异形铸件的范围。
文档编号B22D11/04GK1071105SQ91109159
公开日1993年4月21日 申请日期1991年9月27日 优先权日1991年9月27日
发明者孙金根 申请人:孙金根