CN105934296A - 用于浇铸铸件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于根据倾转浇铸原理浇铸铸件的方法，其中，将熔化金属(1)从至少一个能够倾转的浇注容器(2)移注到铸模(3)中，该铸模具有塑造铸件的模间空隙(4)，其中，利用浇注容器(2)将熔化金属(1)直接从固定式坩埚炉(5)中取出，在浇注容器(2)中在熔化金属(1)的表面上产生金属氧化皮(6)，并且将含有熔化金属(1)和漂浮在其上的金属氧化皮(6)的浇注容器(2)移近铸模(3)，并且通过使浇注容器(2)和铸模(3)围绕旋转轴(a)从起始位置到终点位置中的共同旋转来将熔化金属(1)从浇注容器(2)移注到铸模(3)中，金属氧化皮(6)在移注期间漂浮在熔化金属(1)上并且大部分漂浮在熔化金属(1)上并且基本上保留在该熔化金属(1)的表面上。

Description

用于浇铸铸件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于根据倾转浇铸原理浇铸铸件的方法，其中，熔化金属从至少一个可倾转的浇注容器移注到铸模中，该铸模具有塑造铸件的模间空隙。
背景技术
由WO2010/058003A1公知了一种用于倾转浇铸的方法。在该公知的方法中通过使浇注容器倾转来实施移注工序。在这种情况下，浇注容器或者浇注容器中的熔液水平高于铸模，使得熔液以比较高的动能流进浇注容器内。在所公知的解决方案中，如其在这样的方法中普遍的那样，利用挖斗将熔液从固定式坩埚炉中取出并且然后将其然后从挖斗移注到浇注容器中，然后利用该浇注容器填充铸模。
公知方法的缺点主要是：在开始将熔化金属从浇注容器移注到铸模中之前作为利用挖斗填充浇注容器的结果是：会在熔液中就已经发生涡流以及金属氧化皮与熔化金属的混合并且由此可能严重损害所产生的铸件的组织结构。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种新的没有上述缺点的倾转浇铸方法。
根据本发明，这个目的利用文首述及类型的方法通过如下方式得以实现：利用浇注容器将熔化金属直接从固定式坩埚炉中取出，其中，在浇注容器中在熔化金属的表面上产生金属氧化皮，并且将含有熔化金属和漂浮在其上的金属氧化皮的浇注容器移近铸模并且通过使浇注容器和铸模围绕一根旋转轴从起始位置到终点位置中的共同旋转来将熔化金属从浇注容器移注到铸模中，其中，金属氧化皮的大部分在移注期间漂浮在熔化金属上并且基本上保留在该熔化金属的表面上。
利用根据本发明的解决方案能够实现特别均匀的和紊流少的浇铸过程。由此能够很好地避免铸造部件的材料结构中的不均匀性。首先通过放弃将熔液从挖斗移注到浇注容器中能够实现以涡流特别少的方式将熔液取出并将其运送向铸模。由于熔化金属在从浇注容器转注到铸模中之前就已经平静下来，所以还能够很均匀地和无涡流地将熔液浇注到铸模中。在这种情况下，以一种速度进行移注，使得金属氧化皮直到移注结束为止漂浮在熔化金属上。由此保障将熔化金属均匀地浇注到铸模中。
能够通过如下方式实现紊流特别少的移注，即，金属氧化皮的至少80％漂浮在熔化金属的表面上。
已经证实为特别有益的是：金属氧化皮直到到达终点位置都保留在浇注容器中。在这种情况下特别有利的是：金属氧化皮的背向铸模的区域在到达终点位置时最后一个离开浇注容器并且到达铸模中的熔化金属的表面上。
金属氧化皮的80％以上、优选95％以上以有益的方式到达铸模冒口区域中的、一个在时间上接在终点位置之后的凝结位置中。
利用本发明的一种变型方案能够实现铸造部件的特别高的质量，该变型方案规定：以一种速度进行移注，使得金属氧化皮直到到达终点位置都保持具有弹性和完好无损。
通过如下方式实现紊流特别少的移注：位于浇注容器中的金属氧化皮的表面在将熔化金属从浇注容器移注到铸模中期间扩大。通过这种实施方式保障以最佳的速度进行熔化金属的移注。
根据一种优选的能够实现非常精确的和限定的移注的改进方案可以规定：在移注前将浇注容器与铸模连接，并且在移注期间在起始位置与终点位置之间保持浇注容器相对铸模的相对位置。
能够通过如下方式实现熔化金属在铸模种的最佳凝结特性：旋转轴在起始位置中穿过铸模延伸并且要么位于模间空隙下、要么从浇注容器观看在模间空隙后、要么穿过模间空隙延伸、要么在模间空隙上延伸。
为了防止由金属氧化皮造成的铸造部件缺陷，根据本发明方法的一种改进方案可以规定：金属氧化皮在到达终点位置之后落到铸模的冒口上或者在整个宽度上滑入到这个冒口中。
本发明的一种变型方案的出众之处在于将熔化金属从浇注容器特别平稳且无涡流地移注到铸模中，根据该变型方案可以规定：在将熔化金属从固定式坩埚炉中取出之后将浇注容器移近铸模的冒口，其中，浇注容器具有流出区域，经由该流出区域将熔化金属经由冒口浇注到铸模中，其中，流出区域的轮廓与冒口的在起始位置中沿竖直方向观看位于下部的区段的轮廓相符，其中，将流出区域直接且全等地与冒口连接。
已经证实为特别有益的是：在起始位置中，冒口的轮廓与流出区域的轮廓处于水平位置中或者从水平位置起枢转最大30°的角度。
通过如下方式能够实现铸造部件质量方面的很好的结果：在终点位置中，冒口的轮廓和流出区域的轮廓相对起始位置扭转最大120°和最小60°的角度。
已经证实为特别有益的是：直接在填充熔化金属结束之后在最大5秒钟的时间间隔内、特别是在最大3.5秒钟的时间间隔内将浇注容器与铸模连接并且将其置入起始位置中。通过浇注容器与铸模的短的对接时间能够保障熔化金属的最佳浇注温度以及该熔化金属的最佳流动特性。还能够实现金属氧化皮在规定的时间间隔中的最佳弹性特性。
通过如下方式能够实现金属氧化皮的以及熔化金属的对于浇注来说的最佳状态：在最大持续时间为3.5秒钟的时间间隔内在固定式坩埚炉中给浇注容器填充熔化金属。
通过如下方式能够实现在铸造部件的组织结构方面的很好的结果：浇注容器和铸模在最大8秒钟的时间间隔内、特别是在最大6.5秒钟的时间间隔内从起始位置运动到终点位置中。
已经证明为特别有益的是：固定式坩埚炉中的熔化金属的平均温度具有出自下限为680℃和上限为780℃的值域的值。
除了上述用于取出熔化金属的时间间隔之外，通过如下方式可以实现紊流特别少地和平稳地以及氧化物少地将熔化金属从固定式坩埚炉中取出：浇注容器在起始位置中背向铸模的区域上具有缝隙状的开口，其中，为了将熔化金属从固定式坩埚炉中取出，浇注容器以开口首先浸入到位于固定式坩埚炉中的熔化金属中。
根据本发明的另一种非常有益的变型方案可以规定：在过压环境中将浇注容器和铸模从起始位置置入到终点位置中。
根据一种在生产能力和短的过程时间方面最佳的实施方式可以规定：使用至少三个铸模，这些铸模设置在一个转盘(Karussell)上，该转盘将三个铸模依次从将熔化金属从浇注容器移注到铸模中的浇注位置旋转到使熔化金属在铸模中凝结的凝结位置中，并且然后将其旋转到将铸模打开和将铸件从铸模中取出并且对铸模进行清洁的操作位置中。根据一种有益的改进方案也可以并行地运行两个转盘。
通过如下方式能够在制造的铸造部件的质量最佳的同时实现很高的生产能力：转盘以恒定不变的节拍继续旋转，该节拍具有出自下限为70秒钟和上限为80秒钟的值域的值。
附图说明
为了更好地理解本发明，借助之后的附图进一步阐述本发明。
在大幅度简化的示意图中分别示出：
图1：一个浇注容器、一个铸模和一个固定式坩埚炉，如它们在根本发明的方法中使用的那样；
图2：图1所示浇注容器和铸模在熔化金属被从浇注容器移注到铸模中之前的起始位置；
图3：图2所示浇注容器和铸模在熔化金属被从浇注容器移注到铸模中之后的终点位置；
图4：图2所示浇注容器和铸模的透视图；
图5：图4所示浇注容器和铸模的剖视图；
图6：具有三个铸模的转盘。
具体实施方式
作为引言首先要说明的是：在不同描述的各实施方式中，相同的部件设有相同的附图标记或者相同的构件名称，在说明书全文中所包含的公开内容都可以按照意义转用到设有相同附图标记或者相同构件名称的相同的部件上。再者，在说明书中所选择的方位说明诸如上、下、侧向等等，都是相对直接描述以及示出的附图而言的，并且当方位变化时这些方位说明可按照意义转至新的方位。
各实施例示出根据本发明的解决方案的可能的实施变型，在此需要指出的是：本发明并不局限于本发明的专门示出的实施变型，而更确切地说各个实施变型彼此之间可以进行不同组合并且本技术领域技术人员能够基于本发明技术手段的教导来实现所述变型可能性。
此外，来自示出的和说明的不同实施例的各单个特征或特征组合也可构成本身独立的、发明性的或根据本发明的解决方案。
独立的、发明性的解决方案的目的可以从说明中获得。
具体说明中的所有关于值域的说明均应该理解为：这些说明包括出自它们的任意的和所有的子范围，例如1至10的说明应该理解为所有的子范围，从下限1和上限10起均包括在内，就是说所有从下限1或更大开始并以上限10或更小结束的子范围，例如1至1.7或3.2至8.1或5.5至10。
特别是图6所示的实施方式能够构成一个独立发明的主题。可以从这个附图的详细说明中获得与此相关的发明的目的和方案。
最后为了有规则性起见需要指出的是：为了更好地理解用于实施本方法所使用的铸造设备的部件的结构，局部不符合比例地和/或放大地和/或缩小地示出这些部件或其组成部分。
根据图1至3实施在根据本发明的用于按照倾转浇铸原理浇注铸件的方法中的浇注。在这种情况下，将熔化金属1从可倾转的浇注容器2移注到铸模3中，该铸模具有塑造铸件的模间空隙4。作为熔化金属1特别优选使用铝合金，例如AC-Al Si10Mg(Cu)、AC-Al Si8Cu3、Al Si7Cu3、Al Si6Cu4。铸模3特别优选是用于受高负荷的铝构件、诸如汽缸盖或者汽车发动机的其它构件的铸模。
图1至3示出浇注容器2和铸模3在时间上连续的不同位置中。也可以借助两个或更多个彼此并行设置的、也称为浇注勺的浇注容器2进行移注。
优选由机械手臂将浇注容器2移近铸模3并且与将其这个铸模连接、例如挂住。机械手臂在将浇注容器2与铸模3连接之后可以将该浇注容器2释放并且供另外的工序使用。也优选借助机械手臂对浇注容器2进行填充，该机械手臂将浇注容器2浸入到固定式坩埚炉5的熔化金属1中。在这种情况下，利用浇注容器2直接从固定式坩埚炉5中取出熔化金属1。在取出期间或直接在取出之后在浇注容器2中在熔化金属1的表面上产生金属氧化皮6。位于固定式坩埚炉5中的液态的熔化金属6的平均温度具有一个值，该值出自下限为680℃而上限为780℃的值域。
在对它进行填充之后将含有熔化金属1和漂浮在其上的金属氧化皮6的浇注容器2移近铸模3。然后通过使浇注容器2和铸模3围绕一根旋转轴a从起始位置到终点位置中的共同旋转将熔化金属1从浇注容器2移注到铸模3中。在移注期间，金属氧化皮6的大部分、至少80％或者甚至全部漂浮在熔化金属1上并且直到到达终点位置都基本上保留在熔化金属的表面上。
根据本发明的一种变型方案，金属氧化皮6也可以直到到达终点位置都保留在浇注容器2中。金属氧化皮6的背向铸模3的区域在到达终点位置时最后一个而离开浇注容器2并且到达铸模3中的熔化金属1的表面上。以有利的方式金属氧化皮6的80％以上、优选95％以上到达铸模3冒口7的区域中的在时间上接在终点位置之后的凝结位置中。
金属氧化皮6直到到达终点位置都保持具有弹性和完好无埙。在移注熔化金属1期间，位于浇注容器2中的金属氧化皮6的表面还可能扩大、特别是向着浇注容器2的流出区域的方向。通过金属氧化皮表面在移注期间的扩大实现熔化金属特别平稳的流动。
浇注容器2在移注前与铸模3连接。在起始位置与终点位置之间的移注期间保持浇注容器2相对铸模3的相对位置。就是说，浇注容器2跟随铸模3围绕旋转轴a的运动。旋转轴a在起始位置中穿过铸模3延伸已经证实为特别有利的。在这种情况下，旋转轴a可以位于模间空隙4下或者从浇注容器2观察在模间空隙4后或穿过模间空隙4或在模间空隙4上延伸。
铸模3在浇注侧可以具有冒口7。在这种情况中，在将熔化金属1从固定式坩埚炉5中取出之后可以将浇注容器2移近铸模3的冒口7并且将其与这个冒口7连接。浇注容器2具有流出区域8，熔化金属1经由该流出区域流入冒口7中并且从那里继续流入到模间空隙4中。流出区域8的轮廓与冒口7的在起始位置中沿竖直方向观看位于下部的区段的轮廓相符。流出区域8优选直接和全等地与冒口7连接。所述轮廓就目前而言主要理解为冒口7的底部区域的造型和浇注容器2的流出区域8的底部区域的造型以及它们彼此贴靠的外边棱和外表面的造型。
在到达终点位置之后，金属氧化皮6落到铸模3的冒口7上或者滑到该冒口7中。优选金属氧化皮基本上在冒口7的整个宽度上滑入这个冒口中。
根据图4，浇注容器2可以在一个在起始位置中背向铸模3的区域上具有缝隙状的开口9。为了将熔化金属6从固定式坩埚炉5中取出，浇注容器2以开口9首先浸入位于固定式坩埚炉5中的熔化金属6中。通过在取出过程期间竖直地立在固定式坩埚炉5的熔化金属1中的缝隙状的开口9保障在取出过程期间只有清洁的无氧化物的金属流入浇注容器2中。在最大持续时间为3.5秒钟的时间间隔内完成在固定式坩埚炉5中给浇注容器2填充熔化金属6。
直接在填充熔化金属6结束之后在最大5秒钟的时间间隔内、特别是在最大3.5秒钟的时间间隔内将浇注容器2与铸模3连接并且将其置入起始位置中。
如从图5中可以看出的那样，在起始位置中冒口7的轮廓与流出区域8的轮廓处于一个水平位置中。在此需要指出的是：冒口7的轮廓和流出区域的轮廓在起始位置中也可以从水平位置起围绕旋转轴a枢转一个直至最大30°的角度。在终点位置中，冒口7的轮廓与流出区域8的轮廓相对起始位置扭转最大120°和最小60°的角度。浇注容器2和铸模3在最大8秒钟的时间间隔内、特别是在最大6.5秒钟的时间间隔内从起始位置运动到终点位置中。
在此还需要指出的是：可以在过压环境中实施整个本发明方法或者仅仅将熔化金属1从浇注容器2移注到铸模3中的步骤。为了产生过压，可以将浇注容器2和铸模3设置在一个封闭的空间中，该空间可以填充气体或混合气体、例如惰性保护气体，从而产生相对该空间之外的大气环境的过压。原则上固定式坩埚炉5也可以设置在所述空间中。
图6示出的实施方式具有至少三个铸模10、11、12，这些铸模设置在一个转盘上。这种实施方式本身构成一种独立的、也可以与不同于上述浇铸法的浇铸法进行应用的实施方式。转盘将三个铸模10、11、12依次从将熔化金属6从浇注容器2移注到铸模10、11、12中的浇注位置I旋转到熔化金属1在铸模10、11、12中凝结的凝结位置II中，并且然后将其旋转到将铸模10、11、12打开和将铸件从铸模10、11、12中取出并且对铸模10、11、12进行清洁的操作位置III中。转盘以恒定不变的节拍继续旋转，该节拍具有一个值，该值出自下限为70秒钟而上限为80秒钟的值域。在一种优选的实施方式中，所述节拍为75秒钟并且产生如下的结果：在浇注位置I中，浇注容器2与铸模11的对接持续3.5秒钟；而浇注容器2和铸模11的从起始位置到终点位置中的倾转则需要6.5秒钟。在到达终点位置之后，浇注容器从铸模上脱离并且又供新的取出过程使用。熔化金属在浇注位置I中凝结另外的56秒钟。为了使铸模11继续型换转到位置II中需要9秒钟。
在凝结位置II中，熔化金属1或者铸模10中的铸件凝结另外的66秒钟，其中，为了继续旋转到操作位置III中又需要9秒钟。在操作位置中，铸件凝结另外的10秒钟，为了打开铸模需要9秒钟，并且为了借助机器人取出铸件需要8秒钟。对铸模3的清洁持续20秒钟并且装入型芯需要10秒钟。为了关闭铸模3和继续旋转到浇注位置1中分别需要9秒钟。由此产生用于从位置I、II、III之一继续旋转到下一个位置中的75秒钟的节拍时间。
附图标记列表
1 熔化金属
2 浇注容器
3 铸模
4 模间空隙
5 固定式坩埚炉
6 金属氧化皮
7 冒口
8 流出区域
9 开口
10 铸模
11 铸模
12 铸模
A 旋转轴
I 浇注位置
II 凝结位置
III 操作位置

Claims (21)

1.用于根据倾转浇铸原理浇铸铸件的方法，其中，将熔化金属(1)从至少一个能够倾转的浇注容器(2)移注到铸模(3)中，该铸模具有塑造铸件的模间空隙(4)，其特征在于：利用浇注容器(2)将熔化金属(1)直接从固定式坩埚炉(5)中取出，其中，在浇注容器(2)中在熔化金属(1)的表面上产生金属氧化皮(6)，并且将含有熔化金属(1)和漂浮在其上的金属氧化皮(6)的浇注容器(2)移近铸模(3)，并且通过使浇注容器(2)和铸模(3)围绕旋转轴(a)从起始位置到终点位置中的共同旋转来将熔化金属(1)从浇注容器(2)移注到铸模(3)中，其中，金属氧化皮(6)的大部分在移注期间漂浮在熔化金属(1)上并且基本上保留在该熔化金属(1)的表面上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：金属氧化皮(6)的至少80％漂浮在熔化金属(1)的表面上。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：金属氧化皮(6)直到到达终点位置都保留在浇注容器(2)中。
4.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：金属氧化皮(6)的背向铸模(3)的区域在到达终点位置时最后一个离开浇注容器(2)并且到达铸模(3)中的熔化金属(1)的表面上。
5.如权利要求1至4之任一项所述的方法，其特征在于：金属氧化皮(6)的80％以上、优选95％以上到达铸模(3)冒口(7)的区域中的、在时间上接在终点位置之后的凝结位置中。
6.如权利要求1至5之任一项所述的方法，其特征在于：金属氧化皮(6)直到到达终点位置保持具有弹性和完好无损。
7.如权利要求1至6之任一项所述的方法，其特征在于：位于浇注容器(2)中的金属氧化皮(6)的表面在熔化金属(1)被从浇注容器(2)移注到铸模(3)中期间扩大。
8.如权利要求1至7之任一项所述的方法，其特征在于：在移注前将浇注容器(2)与铸模(3)连接，并且在移注期间在起始位置与终点位置之间保持浇注容器(2)相对铸模(3)的相对位置。
9.如权利要求1至8之任一项所述的方法，其特征在于：旋转轴(a)在起始位置中穿过铸模(3)延伸并且要么位于模间空隙(4)下、要么从浇注容器(2)观看在模间空隙(4)后延伸、要么穿过模间空隙(4)延伸、要么在模间空隙(4)上延伸。
10.如权利要求1至9之任一项所述的方法，其特征在于：金属氧化皮(6)在到达终点位置之后落到铸模(3)的冒口(7)上或者滑入到这个冒口中、特别是基本上在冒口(7)的整个宽度上滑入。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：在将熔化金属(1)从固定式坩埚炉(5)中取出之后将浇注容器(2)移近铸模(3)的冒口(7)，其中，浇注容器具有流出区域(8)，经由该流出区域将熔化金属经由冒口(7)浇注到铸模(3)中，其中，流出区域(8)的轮廓与冒口(7)的在起始位置中沿竖直方向观看位于下部的区段的轮廓相符，其中，将流出区域(8)直接且全等地与冒口(7)连接。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：在起始位置中，冒口(7)的轮廓和流出区域(8)的轮廓处于一个水平位置中或者从该水平位置起旋转最大30°的角度。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：在终点位置中，冒口(7)的轮廓和流出区域(8)的轮廓相对起始位置扭转最大120°和最小60°的角度。
14.如权利要求1至13之任一项所述的方法，其特征在于：直接在填充熔化金属(6)结束之后最大5秒钟的时间间隔内、特别是在最大3.5秒钟的时间间隔内将浇注容器(2)与铸模(3)连接并将其置入起始位置中。
15.如权利要求1至14之任一项所述的方法，其特征在于：在最大持续时间为3.5秒钟的时间间隔内在固定式坩埚炉(5)中给浇注容器(2)填充熔化金属(6)。
16.如权利要求1至15之任一项所述的方法，其特征在于：浇注容器(2)和铸模(3)在最大8秒钟的时间间隔内、特别是在最大6.5秒钟的时间间隔内从起始位置运动到终点位置中。
17.如权利要求1至16之任一项所述的方法，其特征在于：固定式坩埚炉(5)中的熔化金属(6)的平均温度具有出自下限为680℃和上限为780℃的值域的值。
18.如权利要求1至17之任一项所述的方法，其特征在于：浇注容器(2)在起始位置中背向铸模(3)的区域上具有缝隙状的开口(9)，其中，为了将熔化金属(6)从固定式坩埚炉(5)中取出，浇注容器以开口(9)首先浸入到位于固定式坩埚炉(5)内的熔化金属(6)中。
19.如权利要求1至18之任一项所述的方法，其特征在于：在过压环境中将浇注容器(2)和铸模(3)从起始位置置入终点位置中。
20.如权利要求1至19之任一项所述的方法，其特征在于：使用至少三个铸模(10，11，12)，这些铸模设置在一个转盘上，该转盘将三个铸模(10，11，12)依次从将熔化金属(6)从浇注容器(2)移注到铸模(10，11，12)中的浇注位置(I)旋转到使熔化金属(1)在铸模(10，11，12)中凝结的凝结位置(II)中，并且然后将其旋转到将铸模(10，11，12)打开和将铸件从铸模(10，11，12)中取出并且对铸模(10，11，12)进行清洁的操作位置(III)中。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：转盘以恒定不变的节拍继续旋转，该节拍具有出自下限为70秒钟和上限为80秒钟的值域的值。
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