CN106061654A - 用于连续制造金属铸件的装置与相关方法 - Google Patents

Abstract

用于连续制造金属铸件的装置(100)。此装置(100)设有处理设定所述装置中的所述多个设备的操作的算法的电子控制单元(CC)。所述电子控制单元(CC)能够处理在金属熔化室中执行的至少一个温度测量，以及在用于固化所述模具(ST)的设备中执行至少一个温度测量，以便控制与监控：所述金属熔化站(20)的操作参数；以及在用于固化所述熔化金属的站(30)和/或用于冷却所述模具(ST)的站(40)中的冷却系统(32)和/或加热系统(32B)的操作参数。

Description

用于连续制造金属铸件的装置与相关方法

技术领域

本发明涉及用于连续制造金属铸件的装置以及相关方法。

完整的处理包括将要求数量的金属加载到特定模具中并且随后熔化包含在所述模具内的金属。在每个模具中的金属含量随后被固化并且从模具取回。全部这些操作都连续地发生，即使铸件的向前移动是间歇的，使得贵金属有足够时间熔化、固化与冷却。

背景技术

众所周知，铸件的制造，无论它们是金、银、贵金属合金或者其它金属或合金，都通常地根据两种不同的处理来执行。

为了制造用于诸如硬币、奖章等的物体的具有有限重量的小的铸件，优选的是从诸如钢坯或毛坯的半成品开始的利用按压(“压印”，如果其涉及硬币)的成型处理。通常来说，制成品的重量包括在5g与50g之间。

然而，当需要制造具有相当大的重量的铸件时，材料优选地熔化并且固化在适当的模具中。

待处理的贵金属可以以均匀或非均匀粉末、砂砾或多种尺寸的切口的形式直接加载到模具中。随后，加载模具在熔化区域中传送。

另选地，可以仅通过先前经受精化处理的基本上纯的粉末材料来形成此材料。

尽管保留在模具中，液态金属随后固化。由此获得的固体铸件然后被从模具中取出。

实际上，除了具有如果由纯金属制成的几乎绝对纯度以外，或者如果具有由合金制成(所谓的“计数”)的纯金属的精确百分比以外，在市场上可获得的铸件必须具有极其精确的尺寸和重量与令人愉快的外观、无裂缝表面、无凹陷或裂缝和均匀颜色；此外，它们必须具有完美的内金相结构、没有气孔或微孔隙度并且首要的没有结构张力。

因此，为了避免有缺陷的铸件，必须以极大的关注和精度执行整个制造周期，尤其在模具中的金属的熔化、固化和冷却步骤的过程中。

实际上，由于这些产品对于购买者来说还必须是美观的，因此铸件的基本要求是无裂缝表面处理。

基于使用当前连续操作装置获得了具有不止可接受的表面处理的铸件。

此外，本装置设计为使金属填充模具的剂量、运输、熔化和固化的多个步骤自动化，使得在周期的末端，所述金属将基于可重复处理来呈现期望的形状，使得在时间、成本与易于管理方面在总效率上随之增加。

通过本发明解决的技术问题的另一相关方面是相对于含惰性气体的受控大气(例如，氮、氩、或者具有最大4.5％氢的氮/氢混合物)的密封，装置部件代管包含在铸件中的熔化材料的熔化、固化与冷却。

实际上，如已经知道的，模具通常地由石墨制成，并且由此可以在含氧大气中以高于100℃的温度通过燃烧来消耗它们。

在实际使用中，这会导致模具在几个工作周期以后快速劣化，随后需要以新的模具来替换受损的模具。

然而，在装置的特定敏感区域中使用适当的惰性气体允许模具的寿命急剧增加，在总成本方面具有明显益处。

此外，在升高受控大气条件下的操作允许，通过适当地调节固化步骤，以获得极其高质量的表面处理，所谓的“镜面抛光”。

然而，如已经知道的，由于模具连续地在进入/从处理通道的入口与出口区域中移动，因此用于连续制造铸件的装置的当前构造使得难以将内部区域和周围环境分离。

实际上，这暗示存在两个区域(模具的入口区域与出口区域)其中被注入到通道中的惰性气体趋于消散到外部环境中。

在没有有效密封系统的情况下，防止通道中的氧气进入的仅有方式是以可想象的相关的消耗与操作成本来连续注入惰性气体。

适时地，使氧气的进入最小化的多个系统(以及由此减小工厂中保护气体的进入)已经被测试了，但未证实这些系统是决定性的。

最多使用的系统范围从(通过自由火焰)消耗进入氧气的系统到(通过由适于处理温度的材料制成的帘幕)减少从/至处理通道的铸件的通道部分的系统。

其它商业上可获得系统提供了通过滑动门的处理通道的入口区域与出口区域的打开与闭合。

最后，一些应用防止了外部空气通过空气刀进入处理通道。

然而，明火系统未解决保护气体泄漏的问题，它们仅有目的是消耗包含在空气中的氧气。然而，这对石墨模具具有明显的负面影响。

帘幕系统试图通过利用帘幕的弹性对进入与离开模具进行密封。事实上，仅减小了内部与外部之间的气体的通道，但从未完全地避免。

当滑动门闭合时，但不在模具的插入与取回过程中，滑动门的使用消除了污染。由于门的闭合时间持续为和打开时间一样长，因此保护气体的消耗保持一致。

在入口与出口区域中使用空气刀防止内部与外部大气混合，但是按其非常属性，是将趋于与保护气体混合的永恒的氧气源，即使空气刀完美地导出到外部。

相比之下，通过利用适当隔膜的弹性以在模具周围形成密封，当前发明的系统面临内部与外部之间的污染问题。

通过由在模具的侧面上的隔膜闭合的一个或多个室中的压缩空气的进入致使隔膜粘附在模具的外侧上，由此使其是密封垫片。

这发生在其中模具固定在装置处理通道内部的步骤中。

当外部操作系统向前推动整行模具时，压力的略微降低减小了所述隔膜在所述移动元件上的粘附；只要模具停止，室的复压就再次将内部与外部分离。

发明内容

因此，本发明的主要目的提供连续操作装置，该连续操作装置通过所述装置的操作参数、尤其是感应炉的电功率与控制固化与冷却站中的冷却流体的这些参数的仔细优化提供了铸件的卓越表面处理。

本发明的另一目的是提供一种气动密封阀，所述气动密封阀可以使其中发生铸件的熔化、固化与冷却的装置的部分与外部环境有效地隔离。

此外，本发明涉及一种装置，其以这样的事实为特征，即电子控制单元可以连续地和/或间歇地使模具的前进速度、布置在用于金属直接熔化的第二站中的加热机构的操作与供电、以及至少一对密封阀的打开/闭合同步。

此外本发明涉及用于连续制造金属铸件的方法，其特征为，它包括第一步骤，所述第一步骤用于通过金属熔化站中的温度的连续和精确控制以及在至少一个固化和/或冷却站中的温度的连续和精确控制来设置进入至少一个固化和/或冷却站的冷却流体的特性(进入温度，流速等)。

此外，本发明涉及一种方法，其特征为，其包括第二步骤，取决于模具推动件机构是否被操作以及取决于在第一步骤中设定的温度，所述第二步骤使至少一个气动密封阀的打开/闭合同步。

因此，如在权利要求1中要求的，或者在直接或间接从属于权利要求1的权利要求的任一个中要求的，本发明公开了用于连续地制造金属铸件的装置。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将仅通过非限定实例并且参照附图描述一些优选实施例，在附图中:

图1示出了根据本发明的教导的用于金属铸件的连续制造的整个装置的布置；

图2示出了在图1中示出的装置中使用的气动密封阀的纵向部分的放大；

图3示出了图2的气动密封阀的横截面的第一构造；以及

图4示出了图2的气动密封阀的横截面的第二构造。

具体实施方式

在图1中，100指示根据本发明的教导的用于连续制造金属铸件的整个装置。

装置100包括以下站：

1)用于将贵金属(以均匀与非均匀粉末、不同尺寸的砂砾或切口的形式呈现)加载在模具(ST)中，以及用于以通过气体交换装置10A的加压惰性气体替换装置和/或模具内的空气的第一站10；

2)用于熔化存在于模具(ST)中的金属的第二站20；

3)用于使模具(ST)中的熔化金属固化的第三站30；

4)用于冷却模具(ST)以及容纳在它们中的金属的第四站40；

5)用于卸载模具(ST)的第五站50；以及

6)用于通过例如传送带和/或等效操作系统(NT)清空模具(ST)的第六站60。

已经加载有精确数量金属(以均匀和非均匀粉末、砂砾或多种尺寸切口)的模具(ST)，积聚在第一站10附近并且在装置入口100以前自动地(通过带、活塞、适当的机械元件)或手动地传送。

通过示例的方式，模具(ST)的供给推动件11(也称作“支架”或“铸件模具”)存在于循环的开始处。

为了改进铸件的表面处理，装配有由耐火和/或适当材料(未示出)制成的盖子的模具(ST)，可以与被称为“间隔件”(未示出)的其它元件交替，这允许以相同速度移动模具(ST)。

一旦模具(ST)定位在装置入口之前，推动件11间歇地，以便与下面的操作同步(参见下面)，将模具(ST)插入到感应熔炉定位在其中的第二熔化站20内。可以通过由冷却的陶瓷材料和/或金属(未示出)制成的多个旋转辊和/或引导件使得模具(ST)的滑动容易，其中所述多个旋转辊和/或引导件布置在模具(ST)的支撑表面上并且横向于模具(ST)的路径。

在第二站20中，可以替代感应熔炉使用装配有气体燃烧器的普通电烤炉或熔炉。

然而，在此类型的装置中已经基于感应炉获得了最佳结果以允许对铸件的不同存货上的准确重复处理。

有利地，在本申请中使用的感应炉中，在模具的高温测量闭环控制中，熔化温度的管理被优化。

模具(ST)的平移通过推动器11而发生，其中推动器11间歇地推动已经存在于装置100中的全部模具块(ST)，并且还间歇地排出类似数量的模具(ST)以离开清空站60。

在第二熔化站20中，模具(ST)仅花费必要时间来熔化容纳在它们中的贵金属。

根据由操作者设定的温度与时间参数来熔化模具(ST)中的金属。

如已经陈述的，为了减小在金属熔化温度处发生的模具(ST)的磨损，在通过吹入适当惰性气体(例如，氩气、氮气或具有最大4.5％氢的氮气/氢气的混合物)获得的惰性大气条件下执行此处理。

利用上述气体交换装置10A执行装置100内部的气体交换。

在图1中示出的实施例中，第二熔化站20、用于固化熔化金属的第三站30以及用于冷却模具(ST)的第四站40容纳在由单个块80制成的单个通道70中。

通常地，在固化站30中，模具(ST)具有大约600℃的温度，冷却板具有包括在100℃与150℃之间的温度。

这些参数可以根据待熔化铸件的类型(材料与重量)以及根据生产速率(件/小时)显著地改变。此外，用于制造较大铸件的装置能够可能地通过适当的模具熔化较小件(例如，在用于1kg铸件的烤炉中，可以通过四腔体模具铸造100g铸件)，由此使参数的规划显著地复杂化。

通道的端部70A和70B中的每个都通过在图2、图3、图4(参见下面)中更详细示出的相应的新型闭合阀200选择性地闭合。

如在下文中更好解释的，通过使用阀200选择性地密封通道70，使得喷射到通道70中的惰性气体(例如，氩气、氮气或氮气/氢气混合物)未消散到模块80外部。

装置100包括处理特定算法与接收一系列信号的电子控制单元(CC)。如通过描述装置100的操作更好看到的，这个电子控制单元(CC)还控制多个致动器的操作。

特别地，通过一个或多个光学高温计21探测到的信号将被通过线(L1)发送到电子控制单元(CC)。这些信号表示熔化站20内的模具的温度和/或表示离开第二熔化站20的模具(ST)的外部温度。

用于固化熔化金属的第三站30还包含一个或多个热电偶31，其探测固化板32与冷却流体的温度，并且通过线(L2)将相应信号发送到电子控制单元(CC)。

金属板32通过液体冷却并且确保金属的固化；冷却流体的流速及其温度通过根据由操作者可编程的公式的算法被校准以及被设定以优化金属的固化。

为了改进此处理，金属板32通过适当的绝缘面板和/或加热系统(电阻、感应线圈、气体燃烧器、红外线灯、激光器等)(未示出)绝缘以便调节此站的操作条件。特别地，金属板32的盖子32A可以设有加热装置32B，有利地，但不是必要地设有电阻。

此外，在第四站40中，相应板41通过液体冷却；其使模具(ST)与相关铸件达到室温，从而一旦它们从装置100的热部分出来就可以安全地操作它们。

按照已知的方式，电子控制单元(CC)通过线(L4)控制所述推动件11的反馈操作，以及通过线(L5)在第二熔化站20中的感应熔炉的反馈操作。

此外，两个阀200通过线(L6)通常是通过电子控制单元(CC)被反馈驱动与控制的。

传送带(NT)或等效系统通过线(L7)通过电子控制器(CC)被替代地反馈控制与监控。

如前所述，全部通道70填充有通过将惰性气体插入到通道70中产生的保护大气。

保护环境不仅避免了模具(ST)的劣化，而且通过防止金属与存在于装置100周围的环境中的氧气的任何接触避免了熔化金属的可能氧化，并且同时允许获得称为“镜面抛光”的表面处理。

在当前情形中，使用至少两个密封阀200、即通道入口阀与通道出口阀，来确保通道70的密封。

此密封阀200允许进出通道70的模具(ST)的入口与出口，但是防止了保护气体通过弹性隔膜201的流出(图2、图3、图4)。

入在图3和图4中更加详细示出的，弹性隔膜201包括上部201A、下部210B与两个侧面部分201C。

弹性隔膜201继而封闭在壳体202中，此壳体也是管状并且具有正方形、矩形或圆形横截面。

由此，空气室203限定在壳体202与弹性隔膜201之间，所述室通过供给导管204(图2)进给有压缩空气和/或惰性气体。

如上所述，本发明利用隔膜201的弹性以在模具(ST)周围形成密封。

通过面向模具(ST)侧面的隔膜201闭合的空气室203中的压缩空气的入口允许所述隔膜201粘附到模具的外部，由此用作为密封垫片。

特别地，如图4中所示，上部201A粘附到模具的盖子，下部粘附到模具(ST)在其上滑动的板90的外表面90A，而侧面部分201C倚靠在移动模具(ST)的侧面上。这发生在其中模具(ST)固定在通道70内的步骤中。

实际上，图3和图4示出了弹性隔膜201的两个可能的实施例。

在图3的实施例中，通过具有管状形状与正方形(或矩形或圆形)横截面的单件形成弹性隔膜201；同时图4示出了设有四个矩形单独元件的另一可能的实施例。

当外部操作系统通过推动件11(图1)向前推动整行模具时，空气室203中的压力的略微减小对隔膜201在移动模具上的附着力的减小负责。

只要模具(ST)停止，空气室203的复压再次将通道70内部与外部环境分离。

用于本发明的金属铸件物件的连续制造的装置的主要优点如下：

铸件的无裂缝的上表面；

从处理通道的保护气体泄漏的显著减少，并且仅在模具的滑动步骤的过程中(即当压紧压力较小时)，否则在没有任何热应力的情况下全部阻挡其通道；

并且显著地减少模具的消耗。

Claims (10)

1.一种用于连续制造金属铸件的装置(100)，所述装置(100)包括以下站：

a)用于将贵金属加载在模具(ST)中以及用于以加压惰性气体替换所述装置和/或模具内的空气的第一站(10)；

b)用于直接地熔化在所述模具(ST)中的所述金属的第二站(20)；

c)用于使所述模具(ST)中的所述熔化金属固化的第三站(30)；

d)用于冷却所述模具(ST)以及容纳在它们中的金属的第四站(40)；

e)用于卸载所述模具(ST)的第五站(50)；以及

f)用于清空所述模具(ST)的第六站(60)；

所述装置(100)的特征在于，其还包括执行设定所述装置中的所述多个设备的操作的算法的电子控制单元(CC)；所述电子控制单元(CC)能够执行在金属熔化室中实施的至少温度测量，以及在用于固化所述模具(ST)的设备中实施的至少一个温度测量，以便控制与监控：

所述第二站(20)的所述操作参数；以及

在用于固化所述熔化金属的所述第三站(30)和/或用于冷却所述模具(ST)的所述第四站(40)中的冷却系统(32)和/或加热系统(32B)的操作参数。

2.根据权利要求1所述的装置(100)，其特征在于，所述电子控制单元(CC)能够使所述模具(ST)的前进速度、在用于直接地熔化金属的所述第二站(ST)中的加热机构的操作与供电以及至少一对密封阀(200)的打开/闭合间歇地和/或连续地同步。

3.根据前述权利要求的任一项所述的装置(100)，其特征在于，其包括通道(70)，在其中发生了所述金属在所述模具(ST)中熔化、所述金属的随后固化以及所述模具(ST)的可能冷却。

4.根据前述权利要求的任一项所述的装置(100)，其特征在于，其包括至少一个光学高温计(21)，该至少一个光学高温计(21)测量通过用于直接熔化所述金属的所述第二站(20)的所述模具(ST)的温度，并且还包括探测在用于固化所述熔化金属的所述第三站(30)中的元件的温度的至少一个热电偶(31)和/或至少一个光学高温计。

5.根据权利要求3或当引用权利要求3时的权利要求4所述的装置(100)，其特征在于，所述通道(70)的至少一个端部(70A，70B)装配有相应的气动密封阀(200)。

6.根据权利要求5所述的装置(100)，其特征在于，所述气动密封阀(200)包括至少部分地包围所述移动的模具(ST)的弹性可变形隔膜机构(201)。

7.根据权利要求6所述的装置(100)，其特征在于，在供给有用于使所述隔膜机构(201)变形从而允许它们粘附到至少一个模具(ST)的加压空气的情形中，在所述隔膜机构(201)与壳体(202)之间形成至少一个空气室(203)。

8.根据权利要求7所述的装置(100)，其特征在于，所述隔膜机构(201)包括上部(201A)、下部(201B)与两个侧面部分(201C)。

9.一种用于连续制造金属铸件的方法，所述方法特征在于，其包括第一步骤，所述第一步骤用于通过金属熔化站中的温度的连续和精确控制以及在用于固化和/或冷却所述金属的至少一个站中的温度的连续与精确控制来设定在所述至少一个固化和/或冷却站中的所述冷却/加热参数。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其包括第二步骤，取决于模具推动件机构是否被操作以及取决于在所述第一步骤中设定的温度，所述第二步骤使至少一个气动密封阀的所述打开/闭合和用于制造铸件的所述装置内部的空气/惰性气体的交换同步。