CN104755191A - 上引式连续铸造装置和上引式连续铸造方法 - Google Patents

Abstract

一种上引式连续铸造装置包括保温炉(101)和形状限定构件(102)，保温炉(101)保持熔融金属(M1)，形状限定构件(102)靠近被保持在保温炉(101)中的熔融金属(M1)的熔融金属表面设置，并且在熔融金属(M1)穿过形状限定构件(102)时限定待铸造的铸件(M3)的截面形状。形状限定构件(102)能够在接合状态与分开状态之间进行切换。通过该结构，可以形成具有分支结构的铸件。

Description

上引式连续铸造装置和上引式连续铸造方法

技术领域

本发明涉及一种上引式连续铸造装置和上引式连续铸造方法。

背景技术

在日本专利申请公开No.2012-61518(JP2012-61518A)中，发明人提出了一种不需要模具的作为新颖的上引式连续铸造方法的自由铸造方法。如在JP2012-61518A中所描述的，在启动器浸没到熔融金属的表面(或熔融金属表面)中之后，拉起启动器，并且随后，熔融金属借助于熔融金属的表面膜和表面张力跟随启动器并且还被拉出。此处，熔融金属通过靠近熔融金属表面放置的形状限定构件拉出，并且随后冷却，从而实现具有所需截面形状的铸件的连续铸造。

在常规的连续铸造方法中，纵向方向上的形状由模具和截面形状一起限定。特别地，在连续铸造方法中，由于需要使凝固的金属(也就是说，铸件)穿过模具的内部，已经铸造的铸件的形状沿纵向方向直线延伸。相反地，自由铸造方法中的形状限定构件仅限定了铸件的截面形状，而没有限定纵向方向上的形状。此外，由于形状限定构件能够沿与熔融金属表面平行的方向(也就是说，沿水平方向)移动，从而获得了铸件在纵向方向上的各种形状。例如，JP2012-61518 A公开了一种中空铸件(也就是说，管)，该中空铸件形成为诸如纵向方向上锯齿形形状或螺旋形形状之类的非线性形状。

发明人发现了下述问题。在JP 2012-61518 A中，没有公开用于具有分支结构的铸件的制造方法。

发明内容

本发明提供了一种上引式连续铸造装置和一种上引式连续铸造方法，通过该上引式连续铸造装置和该上引式连续铸造方法能够形成具有分支结构的铸件。

根据本发明的一个方面的一种上引式连续铸造装置包括保温炉和形状限定构件，该保温炉保持熔融金属，该形状限定构件靠近通过保温炉保持的熔融金属的熔融金属表面设置，并且在熔融金属穿过形状限定构件时限定了待铸造的铸件的截面形状，并且该形状限定构件能够在接合状态与分开状态之间进行切换。通过该结构，可以形成具有分支结构的铸件。

上引式连续铸造装置还可以包括熔融金属切割器，该熔融金属切割器在形状限定构件处于分开状态的情况下插入已经穿过形状限定构件的熔融金属中。此外，一对熔融金属切割器可以设置成经由已经穿过形状限定构件的熔融金属在形状限定构件分开所沿的分型线上面向彼此。通过该结构，可以进一步确保形成具有分支结构的铸件。

形状限定构件包括内部形状限定构件和外部形状限定构件，并且待铸造的铸件具有中空结构。上引式连续铸造装置还可以包括冷却部，该冷却部使已经穿过所述形状限定构件的熔融金属冷却并凝固。

上引式连续铸造装置可以是自由铸造装置，其中，当将启动器从熔融金属表面拉起时，熔融金属借助于表面膜和表面张力跟随启动器并且从所述熔融金属表面被拉起，从而形成被保留的熔融金属，通过形状限定构件为被保留的熔融金属赋予形状，并且该被保留的熔融金属从上侧向下侧凝固，从而形成铸件。

根据本发明的一个方面的一种上引式连续铸造方法包括：将保持在保温炉中的熔融金属拉起，同时使得熔融金属穿过限定待铸造的铸件的截面形状的形状限定构件；通过使已经被拉起穿过形状限定构件的熔融金属冷却来使熔融金属凝固；以及在铸造期间使形状限定构件从接合状态切换至分开状态。通过该结构，可以形成具有分支结构的铸件。在铸造期间已经分开的形状限定构件可以从分开状态切换至接合状态。

在形状限定构件处于分开状态的情况下，熔融金属切割器可以插入已经穿过形状限定构件的熔融金属中。此外，一对熔融金属切割器可以设置成经由已经穿过形状限定构件的熔融金属在形状限定构件分开所沿的分型线上面向彼此。通过该结构，可以进一步确保形成具有分支结构的铸件。

而且，形状限定构件可以通过内部形状限定构件和外部形状限定构件构造，并且可以铸造具有中空结构的铸件。

上引式连续铸造方法可以是自由铸造方法，其中，当启动器从熔融金属表面拉起时，熔融金属借助于表面膜和表面张力跟随启动器并且被从熔融金属表面拉起，从而形成了被保留的熔融金属，通过形状限定构件为被保留的熔融金属赋予形状，以及被保留的熔融金属从上侧向下侧凝固，从而形成铸件。

根据本发明，可以提供一种上引式连续铸造装置和一种上引式连续铸造方法，通过该上引式连续铸造装置和该上引式连续铸造方法，能够形成具有分支结构的铸件。

附图说明

下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优势和技术及工业意义进行描述，其中，相似的附图标记指示相似的元件，并且其中：

图1为根据第一实施方式的自由铸造装置的截面图；

图2A为形状限定构件102(当接合在一起时)的平面图，以及图2B为形状限定构件102的平面图(当分开时)；

图3A为示出了形状限定构件102与熔融金属切割器C1、C2之间的位置关系(当形状限定构件102接合在一起时)的平面图，以及图3B为示出了形状限定构件102与熔融金属切割器C1、C2之间的位置关系(当形状限定构件102分开时)的平面图；

图4为根据第一实施方式的铸件M3的立体图；以及

图5为沿着图4中的切割平面线V-V截取的截面立体图。

具体实施方式

下文将参照附图对适用本发明的特定实施方式进行详细解释。然而，应当指出的是，本发明不限于下文描述的实施方式。同样，下文的陈述和附图根据需要而被简化以阐明解释。

(第一实施方式)首先，将参照图1对根据第一实施方式的自由铸造装置(上引式连续铸造装置)进行描述。图1为根据第一实施方式的自由铸造装置的截面图。如图1中所示，根据第一实施方式的自由铸造装置包括熔融金属保温炉101、三个内部形状限定构件102a1、102a2和102a3、外部形状限定构件102b、四个内部冷却气体喷嘴103、支承杆104、致动器105和外部冷却气体喷嘴106。图1中的xy平面构造了水平表面，并且z轴线方向为竖向方向。更具体地，z轴线上的正向方向为竖向向上的方向。

熔融金属保温炉101保持诸如铝及铝合金之类的熔融金属M1，并且将熔融金属M1保持在给定的温度。在图1中示出的示例中，由于熔融金属保温炉101中的熔融金属没有被补充，熔融金属M1的表面(或熔融金属表面)随着铸造的进行而降低。然而，可以根据需要在铸造期间将熔融金属补充到熔融金属保温炉101中，使得熔融金属表面保持恒定。当然，熔融金属M1可以是除铝之外的其他金属或合金。

内部形状限定构件102a1、102a2、102a3和外部形状限定构件102b由例如陶瓷或不锈钢制成，并且靠近熔融金属表面设置。在图1中的示例中，三个内部形状限定构件102a1、102a2、102a3和一个外部形状限定构件102b设置成与熔融金属表面接触。然而，内部形状限定构件102a1、102a2、102a3和外部形状限定构件102b可以设置成使得内部形状限定构件102a1、102a2、102a3和外部形状限定构件102b的位于下侧(熔融金属表面侧)的主表面不与熔融金属表面接触。具体地，可以在内部形状限定构件102a1、102a2、102a3和外部形状限定构件102b的位于下侧的主表面与熔融金属表面之间提供给定间隙(具有例如大约0.5mm的间隙)。三个内部形状限定构件102a1、102a2、102a3限定了待铸造的铸件M3的内部形状，并且外部形状限定构件102b限定了待铸造的铸件M3的外部形状。

如图1中所示，熔融金属M1借助于熔融金属M1的表面膜和表面张力跟随铸件M3，并被拉起，并且随后穿过熔融金属通道部102c。借助于熔融金属的表面膜和表面张力跟随铸件M3并且从熔融金属表面被拉起的熔融金属将被称为被保留的熔融金属M2。铸件M3与被保留的熔融金属M2之间的界面为凝固界面。

内部冷却气体喷嘴103分别连接至内部形状限定构件102a1、102a3的中央部。内部冷却气体喷嘴103分别连接至被分成两个的内部形状限定构件102a2的中央部。四个内部冷却气体喷嘴103将冷却气体(例如空气、氮气、氩气)从对应的内部形状限定构件102a1、102a2、102a3的中央部朝向铸件M3吹动，从而从内部冷却铸件M3。同时，内部冷却气体喷嘴103支承内部形状限定构件102a1、102a2、102a3。

两个支承杆104分别支承被分成两个的外部形状限定构件102b。内部形状限定构件102a1、102a2、102a3与外部形状限定构件102b之间的位置关系由内部冷却气体喷嘴103和支承杆104保持。此外，可以执行形状限定构件102的分开操作及接合操作。

两个内部冷却气体喷嘴103和一个支承杆104连接至两个致动器105中的每一个致动器。两个致动器105能够沿上下方向(竖向方向)和水平方向以彼此同步的方式移动内部冷却气体喷嘴103和支承杆104。因此，内部形状限定构件102a1、102a2、102a3和外部形状限定构件102b可以在熔融金属表面随着铸造的进行而降低时沿向下的方向移动。同样，可以沿水平方向移动内部形状限定构件102a1、102a2、102a3和外部形状限定构件102b。因此，铸件M3在纵向方向上的形状能够自由改变，并且能够执行形状限定构件102的分开操作或接合操作。

外部冷却气体喷嘴(外部冷却部)106设计成在铸件M3上吹动冷却气体(例如空气、氮气和氩气)并且冷却铸件M3。在铸件M3由连接至启动器ST的升降装置(未示出)拉起的同时，铸件M3由冷却气体冷却，因此靠近凝固界面的被保留的熔融金属M2随后凝固，从而形成铸件M3。

接下来，将参照图2A和图2B对形状限定构件102的细节进行解释。图2A为形状限定构件102(当接合在一起时)的平面图。图2B为形状限定构件102(当分开时)的平面图。如图2A和图2B中所示，形状限定构件102包括内部形状限定构件102a1、102a2、102a3和外部形状限定构件102b。内部形状限定构件102a1、102a2、102a3和外部形状限定构件102b的截面形状对应于沿着图2A中的I-I截取的截面图。图2A和图2B中的xyz坐标与图1的xyz坐标一致。

如图2A中所示，外部形状限定构件102b具有例如大致矩形形状的平面形状并且在中央具有大致矩形的开口。同样，如图2B中所示，外部形状限定构件102b能够沿着与y轴线平行的对称轴线在x轴线方向上分开。在图2A和图2B中示出的示例中，外部形状限定构件102b的四个边角中的每一个边角均被倒角。此外，沿x轴线方向突出的突出部分别设置在开口的四个边角处。

如图2A中所示，三个内部形状限定构件102a1、102a2、102a3中的每一者均具有大致矩形平面形状并且在外部形状限定构件102b的开口内部沿x轴线方向排列。此外，如图2B中所示，位于形状限定构件102的中央的内部形状限定构件102a2能够沿着与y轴线平行的对称轴线在x轴线方向上分开。内部形状限定构件102a1、102a2、102a3与外部形状限定构件102b之间的间隔用作熔融金属穿过的熔融金属通道部102c。

如图2A和图2B中所示，形状限定构件102能够沿着与y轴线平行的对称轴线(分型线)在x轴线方向上分开。也就是说，可以将形状限定构件102在接合状态与分开状态之间进行切换。因此，可以通过在铸造时将形状限定构件102从接合状态切换至分开状态而使铸件M3分支。此外，可以通过在铸造时将形状限定构件102从分开状态切换至接合状态而使分支的铸件M3结合成一体。也就是说，通过使用根据本实施方式的形状限定构件102，可以制造具有分支结构的铸件M3。具有该分支结构的铸件M3的细节将在下文进行详细描述。

接下来，将参照图3A和图3B对用于与形状限定构件102合作而形成铸件M3中的分支结构的金熔融属切割器进行描述。图3A为示出了形状限定构件102与熔融金属切割器C1、C2之间的位置关系的平面图(当形状限定构件102接合在一起时)。图3B为示出了形状限定构件102与熔融金属切割器C1、C2之间的位置关系的平面图(当形状限定构件102分开时)。图3A和图3B中的xyz坐标与图1中的xyz坐标一致。

如图3A和图3B中所示，两个熔融金属切割器C1、C2的沿y轴线方向延伸的根部分别固定至沿x轴线方向延伸的臂部A1、A2的一端。臂部A1、A2的另一端安置在沿y轴线方向延伸的导引件G上，使得臂部A1、A2的另一端能够滑动。通过该结构，熔融金属切割器C1、C2能够沿y轴线方向滑动。

此处，导引件G能够在xy平面上以及沿z轴线方向移动，从而跟随形状限定构件102。这意味着熔融金属切割器C1、C2能够在xy平面上以及沿z轴线方向移动，同时跟随形状限定构件102。熔融金属切割器C1、C2在z轴向方向上设置在形状限定构件102的上侧并且在凝固界面的下侧。然而，为了提高铸件M3的尺寸精度，优选将熔融金属切割器C1、C2设置成尽可能靠近形状限定构件102。

如图3A中所示，当形状限定构件102接合在一起时，熔融金属切割器C1、C2设置成在形状限定构件102的、与y轴线平行的对称轴线上经由被保留的熔融金属M2面对彼此，该被保留的熔融金属M2已经从形状限定构件102被拉起。也就是说，熔融金属切割器C1、C2没有插入到被保留的熔融金属M2中。

同时，如图3B中所示，当形状限定构件102分开时，熔融金属切割器C1、C2沿y轴线方向移动以更靠近彼此。因此，通过形状限定构件102的分开而促使被保留的熔融金属M2的分开。由于被保留的熔融金属M2的表面张力，仅分开形状限定构件102不足以根据需要分开被保留的熔融金属M2。因此，在形状限定构件102分开的同时通过将熔融金属切割器C1、C2插入到被保留的熔融金属M2中，可以确保分开被保留的熔融金属M2。因此，可以提高铸件M3的分支结构的尺寸精度。

接下来，将参照图4和图5对根据第一实施方式的铸件M3进行解释。图4为根据第一实施方式的铸件M3的立体图。图5为沿着图4中的切割平面线V-V截取的立体截面图。根据第一实施方式的铸件M3可以用于例如设置在汽车的前部的保险杠(所谓的前保险杠)，但没有特别地限定铸件M3的用途。图4和图5中的xyz坐标与图1中的xyz坐标一致。此外，图4和图5中示出的铸件M3仅为示例，并且不特别地限于此，只要铸件M3为具有分支结构的铸件即可。

如图4中所示，根据第一实施方式的铸件M3包括一体部201、203和分支部(分支结构)202。分支部202设置有沿y轴线方向延伸的开口204。开口204用作例如前保险杠的通风孔。如图4中所示，一体部201、203具有其中沿x轴线方向排列的三个弯管P1至P3结合成一体的结构。一体部201、203在如图2A和图3A中所示的形状限定构件102的接合状态下形成。

在分支部202中，位于中央的弯管P2沿竖向(z轴线)方向分开，并且弯管P1、P2被弯曲以彼此分开(在沿x轴线方向的相反两侧上)。分支部202在如图2B和图3B中所示的形状限定构件102的分开状态下形成。

更具体地，一旦形状限定构件102在铸造期间从接合状态分开，铸造从形成一体部201切换至形成分支部202。此时，形状限定构件102分开的宽度加宽，并且分支部202的开口204的宽度也加宽。因此，弯管P1、P3之间的间隔也加宽。其后，当形状限定构件102分开的宽度保持恒定时，分支部202中的开口204的宽度也变得恒定，并且弯管P1、P3变得彼此平行。其后，减小形状限定构件102分开的宽度，并且也减小分支部202的开口204的宽度。因此，也减小了弯管P1与P3之间的间隔。一旦形状限定构件102在铸造期间再次接合在一起，铸造从形成分支部202切换至形成一体部203。

接下来，将参照图1对根据第一实施方式的自由铸造方法进行解释。首先，启动器ST下降，从而在形状限定构件102接合在一起的情况下使得启动器ST的远端部穿过位于内部形状限定构件102a1、102a2、102a3与外部形状限定构件102b之间的熔融金属通道部102c浸没在熔融金属M1中。关于启动器ST，优选地使用如下启动器，该启动器具有与铸件M3的一体部201的截面形状相同的截面形状并且沿纵向方向线性地延伸。

接下来，启动器开始以给定的速度拉起。此时，即使启动器ST与熔融金属表面分开，仍形成被保留的熔融金属，该被保留的熔融金属借助于表面膜和表面张力跟随启动器ST并且从熔融金属表面拉起。如图1中所示，被保留的熔融金属M2形成在位于内部形状限定构件102a1、102a2、102a3与外部形状限定构件102b之间的熔融金属通道部102c中。也就是说，通过内部形状限定构件102a1、102a2、102a3与外部形状限定构件102b将形状赋予被保留的熔融金属M2。

接下来，由于启动器ST通过从内部冷却气体喷嘴103和外部冷却气体喷嘴106中吹出的冷却气体冷却，被保留的熔融金属M2随后从上侧朝向下侧凝固，并且因此形成铸件M3。这样，实现了铸件M3的连续铸造。

到目前为止，如上所述，在根据第一实施方式的自由铸造方法中，一体部201(见图4)首先在形状限定构件102接合在一起的状态下(见图2A和图3A)形成。随后，分支部202(见图4)在形状限定构件102分开的状态下(见图2B和图3B)形成。最后，在形状限定构件102再次接合在一起时(见图2A和图3A)，形成一体部203(见图4)。

形状限定构件102可以沿水平方向移动，同时仍保持内部形状限定构件102a1、102a2、102a3与外部形状限定构件102b之间的相对位置关系。这使得可以赋予铸件M3除分支结构之外的具有折弯部和弯曲部的各种类型的结构。

代替沿水平方向移动内部形状限定构件102a1、102a2、102a3和外部形状限定构件102b，固定至升降装置的启动器ST可以沿水平方向移动。替代性地，内部形状限定构件102a1、102a2、102a3和外部形状限定构件102b以及启动器ST可以沿水平平面上相反的方向移动。

本发明不限于前述实施方式，并且可以在不背离本发明的要领的情况下视情况而改变。特别地，铸件M3可以是实心结构而非中空(管)结构。

Claims (12)

1.一种上引式连续铸造装置，包括：

保温炉，所述保温炉保持熔融金属；以及

形状限定构件，当所述熔融金属穿过所述形状限定构件时，所述形状限定构件限定待铸造的铸件的截面形状，其中，

所述形状限定构件设置成靠近由所述保温炉保持的所述熔融金属的熔融金属表面，并且所述形状限定构件能够在接合状态与分开状态之间进行切换。

2.根据权利要求1所述的上引式连续铸造装置，还包括：

熔融金属切割器，所述熔融金属切割器在所述形状限定构件处于所述分开状态的情况下插入已经穿过所述形状限定构件的所述熔融金属中。

3.根据权利要求2所述的上引式连续铸造装置，其中，

一对所述熔融金属切割器设置成经由已经穿过所述形状限定构件的所述熔融金属在所述形状限定构件被分开所沿的分型线上面向彼此。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的上引式连续铸造装置，其中，

所述形状限定构件包括内部形状限定构件和外部形状限定构件，以及

待铸造的所述铸件具有中空结构。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的上引式连续铸造装置，还包括：

冷却部，所述冷却部使已经穿过所述形状限定构件的所述熔融金属冷却并凝固。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的上引式连续铸造装置，其中，

当从所述熔融金属表面拉起启动器时，所述熔融金属借助于表面膜和表面张力跟随所述启动器并且从所述熔融金属表面被拉起，从而形成被保留的熔融金属，

通过所述形状限定构件为所述被保留的熔融金属赋予形状，以及

所述被保留的熔融金属从上侧向下侧凝固，从而形成铸件。

7.一种上引式连续铸造方法，包括：

将保持在保温炉中的熔融金属拉起，同时使所述熔融金属穿过形状限定构件，所述形状限定构件限定待铸造的铸件的截面形状；

通过使已经被拉起穿过所述形状限定构件的所述熔融金属冷却来使所述熔融金属凝固；以及

在铸造期间使所述形状限定构件从接合状态切换至分开状态。

8.根据权利要求7所述的上引式连续铸造方法，还包括：

在铸造期间使所述形状限定构件从所述分开状态切换至所述接合状态。

9.根据权利要求7或8所述的上引式连续铸造方法，还包括：

在所述形状限定构件处于所述分开状态的情况下，将熔融金属切割器插入已经穿过所述形状限定构件的所述熔融金属中。

10.根据权利要求9所述的上引式连续铸造方法，还包括：

将一对所述熔融金属切割器设置成经由已经穿过所述形状限定构件的所述熔融金属在所述形状限定构件被分开所沿的分型线上面向彼此。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的上引式连续铸造方法，其中，

通过所述形状限定构件铸造具有中空结构的铸件，所述形状限定构件由内部形状限定构件和外部形状限定构件构成。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的上引式连续铸造方法，其中，

当从熔融金属表面拉起启动器时，所述熔融金属借助于表面膜和表面张力跟随所述启动器并且从所述熔融金属表面被拉起，从而形成了被保留的熔融金属，

通过所述形状限定构件为所述被保留的熔融金属赋予形状，以及

所述被保留的熔融金属从上侧向下侧凝固，从而形成铸件。