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铸件的热处理和除砂

阅读:1044发布:2020-08-28

专利汇可以提供铸件的热处理和除砂专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于对铸件(13、53)进行 热处理 和从该铸件中除 去砂 芯的系统和方法。铸件(13、53)首先设置在已知x、y和z坐标的标定 位置 处。该铸件(13、53)穿过一系列 喷嘴 台(41、63),每个喷嘴台所具有的一系列喷嘴(42、64、64’)分别安装在与铸件穿 过喷 嘴台(41、63)时的标 定位 置相对应的位置处。喷嘴(42、64、64’)对铸件(13、53)喷射热流,以便对所述铸件(13、53)进行热处理以及从该铸件(13、53)上除下砂芯(54)。,下面是铸件的热处理和除砂专利的具体信息内容。

1.一种加工金属铸件的方法,包括:
为一模具提供铸件芯型;
将模具预热到足以至少部分热处理铸件金属的温度
将熔融态金属倾倒进模具中;
至少部分热处理模具中的金属以形成一个在其内具有砂芯件的铸 件,从而在金属铸件中限定出砂芯开口;和
将砂芯从铸件中移走。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:
将数个砂芯开口与第一数个喷嘴对齐;和
将来自第一数个喷嘴的流体流引到砂芯开口。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,还包括,
将数个砂芯开口与第二数个喷嘴对齐;和
将来自第二数个喷嘴的流体流引到砂芯开口。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于,将砂芯进口与第一数 个喷嘴相对齐的步骤包括将铸件定位在第一位置,其中铸件的X、Y、 Z轴处于已知的第一方位内,并且至少数个砂芯开口与第一数个喷嘴 对齐。
5.如权利要求2所述的方法,其特征在于,还包括:
将铸件从模具中移走;
将铸件定位在第一位置,其中铸件的X、Y、Z轴被取向在已知的 第一方位内,并且至少数个砂芯开口与第一数个喷嘴对齐;
利用第一数个喷嘴将流体引到铸件上,至少部分地将砂芯从铸件 中移走;
将铸件定位在第二位置,其中铸件的X、Y、Z轴被取向在已知的 不同于第一方位的第二方位内,并且至少数个砂芯开口与第二数个喷 嘴对齐;
利用第二数个喷嘴将流体引到铸件。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,至少部分热处理铸件 的步骤还包括:
将模具和铸件保持在一已知的位置;
将数个喷嘴围绕模具移动到第一喷嘴位置;
利用喷嘴给模具施加热量以至少部分地从铸件中移走砂芯;
将数个喷嘴中的至少一部分移动到第二喷嘴位置;和
还利用在第二喷嘴位置的喷嘴将热量施加到模具上以进一步热处 理模具中的铸件。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述金属包括,而 且预热步骤包括将模具预热到400-600℃范围的温度。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括将模具的温度 保持在足够的温度范围内以至少部分地对铸件金属热处理足够的时间 来完成铸件金属的热处理。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括将所述铸件移 动穿过数个喷嘴台,其中每个喷嘴台设有数个喷嘴。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于,型芯是由砂形成的, 并且还包括利用从铸件中移走砂芯来回收砂芯的砂。
11.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括淬火所述铸 件。
12.如权利要求1所述的方法,其特征在于还包括:将流体流引 到铸件以破碎模具的至少一部分。
13.如权利要求12所述的方法,其特征在于,上述流体流选自空 气,和热油。
14.如权利要求12所述的方法,其特征在于,上述引导流体流包 括在高压下将液体流引导到铸件上。
15.如权利要求12所述的方法,其特征在于,上述模具包括一个 砂芯,其中将流体流引到铸件以破碎模具的至少一部分的步骤包括破 碎砂芯的至少一部分。
16.如权利要求12所述的方法,其特征在于,还包括将模具放置 在一个热处理台上来对模具内的铸件进行热处理,铸件对准在一限定 的、标定的位置。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于,将模具放置在热处 理台上还包括:
将铸件放置在标定位置上,铸件的若干个砂芯开口对准在一已知 的预定的方位,将砂芯开口与若干个喷嘴对齐;
将流体流从喷嘴引导到铸件上和铸件内。

说明书全文

发明领域

本发明涉及冶金铸造工艺,更确切地是涉及用于从铸件中除去砂 芯和对该铸件进行热处理的方法和装置。

现有技术的描述

成型金属铸件的传统铸造工艺例如使用将所需铸件(例如汽缸头) 的外部特征成型在内表面上的砂箱型铸型或砂型(通常称为模 具)。一个包括砂和合适粘结材料并限定出铸件内部特征的砂芯设置 在模具中。砂芯通常用于在金属铸件内部制出轮廓和内部特征,在铸 造过程结束后必须要从铸件中除去并回收芯砂材料。根据应用,砂芯 和/或砂型如果使用粘结剂的话可以包括酚树脂粘合剂、酚醛聚酯 “冷箱”粘合剂或者其它适合的有机粘结材料。随后在模具中填满熔 融金属合金。当合金固化时,铸件通常会从模具中取出并送到热处理 炉中进行热处理、从砂芯中回收型砂并且时效。热处理和时效是改善 金属合金的工艺以便使其具有适于各种不同应用场合的物理特性。

根据一些现有技术,一旦形成铸件,为了对金属铸件进行热处理 并且从砂芯中充分回收纯砂通常需要进行几个明显不同的步骤。第一 步骤是从铸件中分离出砂芯部分。通常利用一个或组合方式从铸件中 分离出砂芯。例如,可以从铸件中凿出型砂或者可以物理振动或震动 铸件以便破碎溃散,从而取出型砂。一旦从铸件中取出型砂,通常会 在随后的步骤中对铸件热处理以及时效。如果希望强化或硬化铸件, 通常对铸件热处理。另外一个步骤包括净化从铸件中分离出的型砂。 通常利用一个或组合方式进行上述净化操作。这些可以包括燃烧包涂 在砂上的粘合剂、研磨该型砂以及使型砂部分通过网筛。因此,可将 型砂部分再进行回收步骤,直至回收到充分净化的型砂。

因此,工业上需要改善热处理铸件以及从中回收砂芯材料的方法, 因此长期以来要求获得能更有效地进行热处理、除去砂芯以及从砂芯 中回收充分净化的砂的有效方法以及相关装置。

发明概述

简而言之,本发明包括一种用于热处理铸件(例如使用在冶金工 厂)和在铸造过程中除下砂芯的系统和方法。本发明具有多个利用高 压流体介质有效除下和回收砂芯型砂、以及在模具内对铸件热处理的

实施例

在本发明的一个用于除下型砂和热处理铸件的实施例中,熔融金 属被浇注进模具中,该模具通常要经过预热以便能将金属温度保持在 接近形成铸件时的热处理温度。随后从模具中取出铸件,并将每个铸 件放置在一个具有已知x、y、z轴和坐标的鞍状物上的预定位置内。 每个鞍状物通常被构成可在一个具有X、Y、Z轴和坐标的固定方位或 位置内接纳一个铸件,并且铸件设置在一个已知标定位置处,这样利 用砂芯形成的铸件的芯孔就定位或对齐在所述已知标定位置处。上述 鞍状物还能包括定位件,引导并帮助铸件维持在所需已知标定位置处。

每个鞍状物带着定位在其内部的一个铸件穿过一个热处理台的热 处理炉或热处理室,进行热处理和除砂并可能回收砂芯。在经过热处 理台热处理时,一系列具有x、y、z坐标被固定或定位成与上述铸件 位置对齐的喷嘴将高压热流体介质流,例如空气、或者导热油等引 导到铸件上以及内部。该流体易于和有助于在热处理时破碎砂芯后从 铸件内腔体中移走和促进除去砂芯型砂。通常,喷嘴被布置在顺序穿 过热处理室定位的喷嘴台上,每个喷嘴台上的喷嘴被设置在相对铸件 芯孔的已知位置的预定方位,每个喷嘴组合能通过一个控制系统或控 制台进行远程控制。

在本发明的另一个实施例中,铸件能被保留在其模具内进行“模 内热处理”。这些模具通常在倒入熔融铸件金属之前要进行预热以将 其保持在接近铸件的热处理温度,以便在铸件部分固化的同时在模具 内对铸件进行部分热处理。然后,模具连通其内的铸件通常被放置或 定位在标定方位,或者是已知x、y、z坐标的位置处,以便对其内的 铸件进行热处理以及去除砂芯。

为了进行热处理以及除去并回收铸件的砂芯,模具和铸件通常要 经过热处理台的热处理炉。该热处理台还包括若干喷嘴台,每个喷嘴 台具有一系列以预定方式对应于模具和铸件已知位置进行定位和设置 的喷嘴,以方便对其使用设计高压流体。喷嘴台同样也包括可由自动 机器操作并可沿模具周围的一条预定路径进入各种应用位置的喷嘴, 其中这些应用位置与模具进口或开口的位置或方位相对应,方便进入 铸件以便从中去除砂芯。可替代的是,热处理台同样能包括例如电感 或辐射能源等替代性热源或者气室,用于为模具或铸型整体提供能 源以便升温对其内的铸件进行热处理。随后,从模具中取出铸件,并 使该铸件通过后续的型芯去除台或者经过后续的型芯去除步骤,以便 进一步从铸件中去除并可能地回收砂芯。

在另一个实施例中,模具被预热到一个预定温度。随后,在将熔 融金属倒入模具中时,持续对模具进行加热,以便在铸件固化的同时 对其进行热处理而未从模具中除去铸件。该模具随后能被传送淬火台, 以便对铸件淬火以及从中去除砂芯。在该实施例中,模具通常保持在 一个位于浇注台处或者其附近的已知的固定位置或方位。应用从一系 列布置在模具周围并且通常与模具进口相对齐的喷嘴中喷射出的热流 对模具加热。随后上述喷嘴进一步围绕模具在一系列根据模具位置或 方位所设定的喷嘴位置之间运动,以便加热模具对其内的铸件进行热 处理。

通过阅读理解本说明书并结合附图可以更清楚地了解本发明的各 种目的、特征以及优点。

附图的简要说明

图1为本发明第一实施例的示意图;

图2为示出将熔融金属引入模具的侧视图;

图3为示出鞍形物内铸件位置的透视图;

图4为示出用于进行模具内热处理以及去除砂型的本发明另一实 施例的示意图;

图5A-5B为示出空气喷嘴围绕模具运动到各种应用位置进行模具 内热处理的侧视图;

图6示意性地示出对铸件进行模具内热处理的热处理室的另一个

实施例的侧视图;

圈7示意性地示出对铸件进行模具内热处理的热处理室的另一个

实施例的侧视图;

图8A-8B示意性地示出对铸件进行模具内热处理的热处理室的其 它实施例的侧视图。

最佳实施例的描述

现在详细描述视图,其中在所有视图中相同的标号表示相同的部 件。图1大致示出冶金铸造工艺10。因为铸造工艺属于现有技术,所 以在此仅仅简要描述传统的铸造工艺,以便参考。

如图1和图2所示,根据本发明,在一个倾倒台或铸造台12将熔 融金属或金属合金M倾倒进模具11中,以便形成一个如汽缸头或汽车 发动机汽缸的铸件13。通常,型芯被接纳或放置成可在每个模具中的 铸件内部形成中空腔和/或铸件细部或型芯座(core print)。每个模 具11通常为砂箱型模具并能由一种铸铁等金属或者其它现有技术中 的材料制成,可具有蛤壳形状设计以方便从中打开以及取出铸件。该 模具也可以是由混合有例如酚醛树脂或其它现有的合适有机粘结剂等 粘结剂的型砂材料所制成的湿砂型模具。相似地,铸件芯通常包括砂 芯,其由一种砂材料和例如酚醛树脂、酚醛聚氨酯“冷箱”粘结剂等 合适粘结剂或者其它合适的现有有机粘结剂材料所形成。

如图3所示,每个模具11通常包括一系列侧壁14、一个顶壁或上 壁16、和一个底壁或底部17,由此限定出一个接纳熔融金属M的内腔 18。该内腔18通常形成有用于形成模具内铸件13内部特征的凹凸图 案,以便限定出最终铸件的形状或轮廓。浇口19通常形成在上壁或顶 部16上并与内腔18连通,以便如图1和图2所示倾倒熔融金属M或 将该熔融金属引入模具。最终的铸件具有模具内腔的特征,另外砂芯 开口或进口21也成型在砂芯在模具内的定位位置处。

同样也经常在倾倒台12附近设置一个加热元件,例如热鼓吹机 或其它合适的气体或电炉加热机构22,以便预热模具11。可供替代的 是,该模具能设有加热模具的热源或元件。例如,模具能在铸件附近 包括用于接纳加热模具的例如热油等加热介质的腔室。通常,根据形 成铸件的金属或合金,将模具被预热到一个所需温度。例如,对于, 模具需要被预热到约400-600摄氏度的范围内。预热各种金属合金所 需的各种预热温度为本技术领域的技术人员所熟悉,并能包括400- 600摄氏度上下的较大温度范围。预热模具有助于将铸件金属保持在 热处理温度处或在该温度附近,以便在倾倒熔融金属以及熔融金属在 模具内固化时而使热损失最小化,随后将模具传送至后续处理台,对 铸件进行热处理。

如图1所示,一旦熔融金属或金属合金已经倒入模具并且已经至 少部分固化,一个模具输送机构25会从倾倒台12上将模具和铸件取 下,并将其传送至一个加载台26。该模具输送机构包括一个输送模具 的自动机器(未示出),绞盘或其它类型的现有输送机构,用于将模 具从倾倒台传送至加载台。在本发明的第一实施例中,在熔融金属M 已经在模具内固化而形成铸件后,在加载台26(图1)例如利用机器 人臂或类似机构处从模具11中取出铸件13(图3),并将该铸件放 置在鞍状物27内部的一个具有已知x、y、z坐标的预定标定位置内。 结果,铸件的芯孔21(图3)同样地定位或对齐在已知位置内,以便 从铸件除去砂芯。

如图3所示,每个鞍状物通常是一个篮子或货架,该鞍状物通常 由金属材料制成并具有一个基部28和一系列侧壁29,由此限定出一 个开口铸腔或容器31,该容器利用裸露出的芯孔或进口来接纳铸件 13。该铸件在放置在其鞍状物27的容器31内时将通常被固定在已知 的标定或对齐方位或位置内。另外,如图3所示,鞍状物27还能包括 安装在每个鞍状物基部和/或壁28和29上的定位件32,用于将铸件 引导和维持在鞍状物27内的所需标定位置上。该定位件包括如图3的 导销33,或者能包括如图3中虚线34所示的凹口或沟槽,或者其它 用于将铸件引导和定位在所需标定位置或方位内的相似器件。通常, 导销33由例如铸铁或类似耐高温的金属材料制成,并被安装在鞍状物 的底部或任一侧壁上。在铸造过程中,例如通过使用安装在鞍状物的 底部或侧壁上的导销,或通过使用可降解的砂芯材料,在铸件内形成 相应的定位器或导向开口36(如虚线所示)。当铸件放置在其鞍状物 内时,导销将被接纳在铸件的相应导向开口内,以便将铸件定位和维 持在一个具有已知且限定的x、y、z坐标的所需标定位置内,并相似 地将铸件中型芯进口的位置定位或对齐在已知位置内,以便更有效更 直接地加热铸件砂芯,从而促进取下和去除芯砂进行回收。

另外,在一些应用中,模具可以包括一个或铁“模”(chill) 或型芯(insert),所述金属“模”或型芯具有为了改进其晶粒结构 而分配在铸件上的各种设计特征。这些金属模能在浇注后取出,或者 能留下并在铸件熔融金属固化时成为铸件的一部分。该金属模如果留 在铸件内将也能用作定位件,而使铸件定位在其鞍状物内的所需对齐 或位置中。通过取出金属模所留下的特征或细部同样也能用作接合鞍 状物内导销或其它定位件的定位点,以便将每个铸件固定在其所需的 标定位置内。

如图1所示,在每个铸件11已经装载在其鞍状物内具有已知x、y、 z坐标的位置或方位后,每个铸件随后将在鞍状物内进入一个热处理 台40进行热处理,去除型芯以及回收芯砂(如果需要)。该鞍状物通 常在一个运输带或轨道上穿过热处理台进行传送,这样铸件在穿过热 处理台时将被保持在已知的标定位置。热处理台40通常包括一个热处 理炉,该热处理炉通常为一个气体燃料加热炉并具有一系列处理区段 或处理室,用来对每个铸件进行热处理和去除型芯以及回收芯砂。其 中在各个应用可能需要进行热处理和取出砂芯的同时而处理区段能分 成尽可能多或尽可能少的区段,而每个铸件通常被保持在模具内部直 至一个鞍状物能带其穿过一个热处理台。如果需要,还可能在热处理 台40内部使铸件时效。

在美国专利第5,294,094;5,565,046和5,738,162号中公开了一 些如下的热处理炉,即这些热处理炉可对铸件进行热处理和从铸件中 取出砂芯,以及可能地从铸件砂芯中回收芯砂,本文参考这些公开物。 在1999年5月17日申请的美国专利申请第09/313,111号中所公开的 另一个热处理炉可对金属铸件进行热处理以及去除砂芯,和回收芯砂, 本文同样也将参考该公开物。

如图1所示,热处理台40包括一系列喷嘴台41,该喷嘴台沿该热 处理台间隔放置定位,以便促进热处理操作和从铸件中除去砂芯。沿 热处理台放置的喷嘴台数目可根据铸件的型芯座或设计而变化。每个 喷嘴台或组件41所包括的一系列喷嘴42安装和定位在与正从中穿过 的鞍状物内铸件的已知标定位置相对应的已知或对齐位置内。在每个 喷嘴台内的喷嘴数目可根据铸件的型芯座而变化,这样具有不同型芯 设计的不同类型铸件就能在每个喷嘴台应用随意不同设置或数量的喷 嘴。通常通过一个能远程控制的控制系统来控制喷嘴,以便能根据穿 过热处理台的铸件的设计或型芯座来接合或脱开位于不同喷嘴台处的 各个喷嘴。

每个喷嘴42通常安装在一个预定位置和/或方位,并根据鞍状物 中铸件的已知标定位置而形成和芯孔或进口或型芯座中的一个或者与 一组在模具中的芯孔相对齐。为每个喷嘴所供应的高压热流通常包括 空气、热油、盐、水或其它已知流体,并在通常接近1,000FPM到约 15,000FPM的高压下被引到型芯开口处,尽管但是也能根据特定铸件 情况采用更高或更低的压。通过喷嘴施加在铸件上的加压流体倾向 于冲击或接触到铸件内的型芯,以便使砂芯的粘结材料至少部分裂解 或破碎。当砂芯被流体破碎或驱散时,砂芯的芯砂会倾向于利用流体 通过铸件回收芯砂的通道而通过芯孔或进口从铸件中被取下或清理。

每个喷嘴组件或喷嘴台41的喷嘴42还能根据铸件的特征而被调 节到不同的喷嘴位置,同样流体的压力也能被调节。例如通过使用可 自动运动或定位的喷嘴可实现远程调节喷嘴。同样来自喷嘴的流体也 能根据分散流体的喷嘴所在的热处理台内的区段而具有不同的温度, 这样流体将不会消极影响铸件通过热处理炉或台所进行的热处理。另 外,每个喷嘴台的喷嘴能在各个位置之间运动,包括从一个静止位置 运动到一个应用位置,或者在几个应用位置之间运动,并且在一旦铸 件移动到热处理台内每个不同的区域或台时会朝着芯孔或者进口,以 便有策略地将热的高压流体流引到不同的砂芯孔或进口来引起砂芯破 碎并从铸件中移走和用于将砂芯除去。这样,在热处理炉或台内使用 喷嘴台可以提高和使得更有效地在热处理铸件时将砂芯从每个铸件中 破碎和去除,并有助于将砂材料从砂芯中回收来再次使用。

如图1所示,在每个铸件完成热处理和去除砂芯后,每个铸件从 热处理台40移走并通常移到淬火台45。淬火台45通常包括一个填有 如水或其它公知的铸件可以浸入其中进行冷却和淬火的冷却流体的淬 火槽。淬火槽的容积和尺寸通常是所形成的铸件和金属或金属合金的 特定热量的函数,特定热量包括铸件和每个铸件已经被加热的温度。 可替代的,淬火台可以包括一系列空气喷嘴,用于将冷却的空气喷射 到淬火的铸件。

本发明的另一个实施例说明了如图4-8B所示,铸件在模内热处 理。如图4所示,在铸造过程50的实施例中,在浇注或铸造台52上 将熔融金属或合金M注入模具51内。如图4-5B所示,在该实施例中 的模具51通常包括由如铸铁或类似材料制成的砂箱型模具,或者可以 是在现有技术中公知的混有有机粘合剂的砂材料制成的湿砂型模具, 并通常包括一个内部室,在其内形成铸件53(图6-8B)。

每个模具通常包括一个砂芯54,如图7所示,砂芯通常由混有有 机粘结剂的砂材料形成,用于在模具内形成的铸件内形成孔和或芯孔 或进口,并用于形成铸件细节或芯部图案。在该实施例中的模具51, 还包括端口或模具入口56(图4-5B),其可以在模具周围的任选、 所需的位置或地方形成并延伸通过模具51的侧壁57,以便为模具(图 6-8B)内形成的铸件53提供入口,来直接将热量施加在模内的铸件 并将砂芯破碎和移走。

侧如热鼓风机或其他的合适的气体或电加热机构58(图4)的加 热元件设置在浇注台或铸造台52附近,以在将熔融金属M引到模具内 时能预热模具。可替代地模具在邻近模具内铸件处的地方可以形成有 空腔,其中,可以容纳加热的气体,热油或其他的加热介质,用来预 热模具和进一步加热模具内的铸件。通常地,根据金属或合金所需的 形成铸件的热处理温度,将模具预热到一所需的温度,对于铝也就是 400-600摄氏度。对模具预热倾向于:在从浇注台传送出模具时基本 将模具内所形成铸件的温度保持在铸件热处理温度或附近并使其热损 失最小化;在铸件固化时至少部分地对铸件进行热处理;以及由于铸 件无需显著地被重新加热到热处理所需的温度水平从而通过减少热处 理时间来强化对铸件的热处理。

此后,每个模具51一旦已经装填熔融材料M后将被一个模具输送 机构59从铸造台或浇注台52传送到加载台61。该模具输送机构59 通常包括一个用于将模具从倾倒台传送至加载台的模具输送自动机 器、绞盘、输送带或其它类型的现有输送机构。该输送机构将每个模 具定位在加载台处的一个已知预定标定位置内,并且该模具的x、y、 z坐标在热处理之前处于已知的方位或定位中。

在本发明的一个最佳实施例中,上述模具随后通常会移进并且穿 过热处理台62,以便至少部分地对铸件进行热处理以及破碎和除下型 芯。如上所述,热处理台62通常包括一个通常为气体燃料加热炉的热 处理炉,该热处理炉具有一连串的处理区段或处理室,用来加热模具 以便至少部分地对“模具内”的铸件进行热处理。其中处理区段或处 理室的数目能根据所处理的铸件而在各个应用中被分成尽可能多或尽 可能少的区段。另外,在模具内对铸件进行至少部分的热处理之后, 该铸件能从其模具被取出并穿过一个热处理台,以便继续热处理、去 除砂芯以及可能地回收芯砂。

在美国专利第5,294,994;5,565,046和5,738,162号中公开了一 种如下的热处理炉,即该热处理炉可在该铸件保持在“模具内”时对 铸件进行热处理、在该铸件中至少部分破碎和/或取出砂芯,或者继续 热处理、去除砂芯以及可能地回收芯砂。本文将参考结合这些公开物。 在1999年5月17日申请的美国专利申请第09/313,111号中公开了另 一种与本发明一起使用的热处理炉,本文同样也将参考引用该公开物。 这些处理炉都能在铸件仍保留在铸件中的同时从在铸件热处理过程中 通过模具进口而取下的铸件的砂芯中回收芯砂。

如图4-5B所示,热处理台62还通常包括一连串都装配有若干喷 嘴64的喷嘴台63或组件。每个喷嘴台的喷嘴通常定位在一个已知的 预定位置和/或与模具51上一些个或一些组进口56的已知位置相对齐 的方位。喷嘴台的数目和每个喷嘴台上喷嘴的数目能根据需要进行变 化,以便以可变的程度和/或数量对模具加热,从而对其内的铸件进行 热处理,而实现控制对模具和从而对铸件的加热以及调整对铸件热处 理的不同阶段的加热。

每个喷嘴通常都供应一种加热液流或气流,如图5A和5B所示, 该热流被引导到模具上,通常是被引导到每个模具的一个特定模具进 口或一组模具进口处。施加在喷嘴上的该流体介质通常包括水、空气、 热油、盐或其它已知流体,这些流体为高压和处于加热模具的不同温 度,在铸件经过热处理台的不同喷嘴台时,由针所施加的热流的温度 被控制成与不同热处理阶段相一致。通过模具进口将热流引导进模具 通常还容易促使铸件砂芯的粘结剂破裂,以便在热处理时使砂芯至少 部分分解并从铸件中移开和/或取出,并且移开的芯砂材料在排出流体 时会流过模具进口。另外,该模具在经过喷嘴台时同时也可能至少部 分地打开,以便更直接地使热流施加在铸件和芯孔上,从而进行热处 理和去除型芯。

除了使铸件经过一系列喷嘴台以外,所述喷嘴台包括安装在与模 具已知位置相对齐或对应的固定位置上并由此与模具进口已知位置对 齐,还可能将模具维持在一个喷嘴台或者在浇注台处的一个固定铸造 位置上,以便施加热流。在这样一个实施例中,喷嘴64’(图5A和5B) 通常可被自动机器操作,从而如图5A和5B中箭头66和67所示可在 一系列预定流体应用或喷嘴位置之间运动。在喷嘴64’以箭头66和67 方向围绕模具运动时,它们将一个高压热流F施加到模具上,通常引 导到并进口56,以便将模具的温度提高并维持在铸件熔融金属固化时 足够对金属铸件进行热处理的温度内。在浇注台上或者一旦模具输送 机构将模具定位或放置在加载台上时,可动喷嘴的各种应用或喷嘴位 置通常根据模具并由此根据其进口的已知x、y和z坐标而被确定或设 定。

本发明的模具51通常有能力根据铸件合金或金属固溶处理所需的 温度而被加热到接近450-650摄氏度或者更高,并且在浇注熔融金属 时通常会被预热到一个足够部分地对铸件进行热处理的温度。对模具 加热还通过控制施加在模具上的热流温度来进行控制,以便加热模具 并将其温度保持在所形成铸件金属热处理所需的温度,从而在其被传 送至热处理台的过程中使热损失最小化,由此使需要将铸件重新提高 到热处理温度所需的再加热数量最小化。

在如图6-8B所示的热处理台的替代实施例中,喷嘴台能被附加 的热处理室所补充或替代,在该热处理室内能量被供应或引导到模具 上来升高和将模具温度维持在铸件热处理所需的温度。在热处理室70 的第一实施例中,如图6所示,模具或砂型51通常被放置在一个输送 带或输送机构71上,以便如箭头72所示运动穿过加热室70。该加热 室70通常是一个具有绝缘底部、侧面和顶部的细长炉腔并如图6所示 包括一个辐射能源73。该辐射能源通常安装在加热室70的顶部,但 是本技术领域的人员也应理解到它们在输送带或输送机构上运动穿过 加热室70时,该辐射能源也能安装在侧面,也能使用多个辐射能源安 装在模具侧壁、上方和/或下方。通常,辐射能源是红外发射源或其它 类型的辐射能源。

该辐射能源通常将约400-650摄氏度的辐射热引导到穿过加热室 的模具上,通常是如箭头74所示引导到每个模具的侧面和/或顶部。 该模具由此与其铸件而接受辐射能源一段所需的时间,该时间根据热 处理铸件的金属而定。该辐射能量通常被模具所吸收,从而相应地提 高模具的温度,以便从内部向外加热模具及其铸件。

图7示出在本发明模具内热处理所使用的加热室80的另一个替代 实施例。如7所示,该加热室80通常是一个具有绝缘底部、顶部和侧 面的细长炉并包括一个用于使模具及其铸件以箭头82方向穿过该加 热室80的输送带或其它输送机构84。该加热室80还包括一个对模具 或铸型由此对铸件和其内的砂芯53和54施加感应能量的感应能源 83。该感应能源通常能包括导电线圈、微波能源或其它已知的感应能 源或发生器,与图6中辐射能源相同,该感应能源能沿加热室两侧放 置在模具上方加热室80的顶部,或者放置在两侧。该感应能源能如箭 头84所示产生高能磁波场,该磁波场被引导到模具51顶部和/或两侧 并具有可被砂芯54所吸收的一种或多种预定频率,以便升高砂芯以及 铸件温度而通过从内向外加热铸件以及模具来相应地对模具内的铸件 进行热处理。

图8A和8B示出在本发明中使用的加热室90的另一个替代实施例, 通过将能源施加到模具上从而施加到铸件来提高其温度,以便对铸件 实现“模内”热处理。在该实施例中,模具通常包括砂型填充模具(sand mold pack type dies),当然也可以是砂箱型模具(flask type molds)。 如图8A和8B所示,加热室通常是细长加热室,包括用于将内装铸件 53的模具51沿着箭头92的方向输送的输送带或输送机构91。当模具 和铸件移动穿过加热室90时,它们穿过低流速氧室93。氧室通常包 括高压上游侧94和低压下游侧96,该两侧彼此相对以有助于氧气流 过模具。如箭头97(图8A)和箭头97’(图8B)所述,当所述模具 穿过加热室90的低流速氧室时,加热的氧气被引到并穿过所述模具或 填充模。当所述氧气流过模具或填充模从氧室的高压力侧抽向或流向 低压力侧时,一部分氧气与模具填充物和砂芯的粘结剂燃烧,从而促 进加热室内粘结材料的燃烧。结果,模具填充物和其铸件进一步被提 供粘结材料改进燃烧所提供的能量,从而提高模具填充物内的铸件的 温度,同时破碎模具填充物的粘结剂和砂芯以易于除去和回收砂芯。 如图8A和8B所述,根据加热室的尺寸和结构,低流速的氧室可以取 向成垂直方向(如图8A)或基本水平方向(如图8B),用于迫使热氧 气通过模具填充物。

另外,也可以通过在模具本身内部设有能源,来提高模具或砂模 填充物的温度来对模内铸件进行热处理,同时降低在熔融金属,模具 表面和空气之间的潜在的热量传递损失。在这样的一个实施例中,模 具在接近形成铸件的内腔附近形成有腔室或室。例如热油、水或其它 的能够保留热量的加热流体介质被供给到容纳在这些腔室中的模具结 构。这些加热流体倾向于增加和帮助铸件的温度保持在热处理所需要 的理想水平。

作为将能量施加到模具或模具填充物本身的结果,模具被加热到 理想的温度,并保持在当铸件的熔融金属固化时对其内形成的铸件热 处理所需的温度。当刚刚将熔融金属注入到模具中后,铸件金属通常 被提高温度并稳定在热处理温度处,这样的铸件在模内热处理可以明 显地将热处理铸件所需的加工时间从250分钟削减到尽可能低的大约 50分钟,从而铸件的热处理可以在将熔融金属注入到模具后的很短的 一段时间内进行。如果使用的话,将模具温度提高到热处理铸件的热 处理温度还提高了砂芯和或砂模的破裂和与其可燃烧粘结剂的燃烧, 以便进一步减少热处理和去除和回收砂芯和浇注过程中的砂型所需的 时间。

模具内的铸件在热处理台62中热处理之后,铸件通常从模具中除 去并移动到另外的加热台来根据需要完成铸件的热处理,以及去除砂 芯和可能地将砂芯的砂材料回收。铸件然后移动到淬火台100来淬火 和冷却铸件。可替代地,如图4所示,铸件从模具移出并直接传送到 淬火台。淬火台100通常包括一个填充有冷却流体(如水或其他的冷 却物质)的淬火槽,但该淬火台还具有一系列如图4中的101所指的 喷嘴,用于将冷却流体(如空气或水)施加到铸件。在靠近浇注台邻 近的辅助淬火设备内也可以进行淬火,从而可以将循环时间和热变化 最小化,来设定和处理模具内的熔融金属材料。

在完成铸件的热处理和去除砂芯后,铸件可以从模具中去除,然 后浸入淬火台的淬火槽中以便在进一步加工之前冷却铸件,并且从铸 件中除去砂进行回收以备后用。另外,如图4的虚线所示,也可以将 模具直接从浇注台传送到淬火台。例如,在将来自浇注台的模具加热 到处于浇注台附近来热处理铸件的热处理温度,模具可以被直接传送 到淬火台。

相应地,本发明减少或消除了在一旦从模具中移走铸件时进一步 热处理铸件的需要,该铸件要被加热来提供固溶加热时间(solution heating time)并冷却到提供必需的模内淬火效应,以便显著地减少 形成金属铸件的热处理/加工时间的数量。本发明还通过将流体流引向 处于预定位置的铸件,该预定位置对应于在模具在穿过热处理台时铸 件及其模具的已知方位或位置,

本领域的技术人员应该理解到上述参照附图讨论了本发明,在不 超出下列权利要求所描述的精神和范围内可以做出各种变形,改进和 变化。

引用的相关申请

本发明要求主张第60/146,390号(1999年7月29日提交)、第 60/150,901号(1999年8月26日提交)和第60/202,740号(2000 年5月10日提交)美国临时专利申请中的权益。

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