CN1061578C - 具有感应线圈的铸造装置 - Google Patents

Abstract

提供一种铸造装置，其目的在于：通过避免感应线圈3的高温氧化，达到提高感应线圈3的耐久性和持久性的目的。该装置包括：具有形成产品的模腔的金属模1；装熔液的容器；将熔液供入金属模1的注液管28；感应线圈配置室20。在该装置中，在注液管28的周围略同轴地设有感应线圈3、在感应线圈3与注液管28之间略同轴地设有隔热套筒5，并设有向感应线圈配置室20供应外部空气的贯通孔21、22。感应线圈由在铜管制的线圈本体30上顺次镀上镀金层和陶瓷层构成。

Description

具有感应线圈的铸造装置

本发明涉及一种具有感应线圈的铸造装置，本发明可以应用于：如低压铸造装置、重力铸造装置、高压铸造装置方面。

过去的铸造装置，大多采用气体喷烧器方式或电阻加热器方式来加热金属模型。但是，采用气体喷烧器方式时，存在着气体燃烧后排出的气体恶化作业环境的问题。加之气体的不完全燃烧会产生煤烟子和一氧化碳。同时难于依靠Hi(高)-Lo(低)控制方式进行温度调节。又，如果采用电阻加热器的方式来加热，因利用电力作为动力，有不产生不必要的气体排出、温度调节容易等优点，但应用于实际的铸造装置中，存在有不利于快速加热、难以在短时间内加热至高温、生产效率低等缺点。

进而，用感应线圈进行感应加热的方法被人们所考虑。但是，当感应线圈的环境温度处于高温状态时，易产生高温氧化现象。高温氧化的状态对线圈保持其所需性能是非常不利的。加之，感应线圈的表面产生的氧化层将随着使用时间变长而渐渐脱落。脱落的氧化层将有可能使线圈发生短路现象。更进一步，感应线圈有可能通过脱落的氧化层与铸造装置的机械铸模台相接触发生漏电的可能性。

另外，过去为了对感应线圈的高温进行抑制，也曾揭示过利用冷却水对感应线圈进行冷却的技术(实开平6-34858号公报)。

但对线圈采用水冷方式也存在着一些不足点。例如图6中，在装有熔液100的炉102里，浸泡着导入熔液的注液管104，感应线圈106大致以绕相同的轴线，被配置在注液管104的周围。然后，将空气由加压口102a送入，以增大容器102内的气压，由此，提升注液管104内的熔液，这种被提升后的熔液，将被提供给金属模型的模腔。由图6可知的那样，在这样的低压铸造装置里，熔液100位于感应线圈106之下。因此，用冷却水来冷却感应线圈，很有可能诱发水蒸气爆炸，所以也不很理想。

前述的场合，由于热辐射、热传导等原因，将会更容易造成感应线圈106产生高温，伴随线圈的使用时间的增长，将更容易使线圈106产生高温氧化现象。

本发明鉴于以上实情，作为本发明各方案的共同课题，其目的在于避免感应线圈的高温氧化现象的出现，提供一种可提高感应线圈的使用耐久性和保持长寿命的、具有感应线圈的铸造装置。

本发明的具备感应线圈的铸造装置包括：具有形成产品的模腔的铸造模型；可容纳金属熔液的容器；具有将容纳在该容器内的金属熔液提供给模腔的金属熔液通道的金属溶液注入管；包围在该金属溶液注入管周围的感应线圈配置室；位于该感应线圈配置室内的环绕在金属熔液导入管周围的感应线圈；配置在该感应线圈与金属熔液注入管之间的隔热材料；向该感应线圈配置室内提供冷却用气体，并让冷却气体与该感应线圈配置室内的感应线圈相接触的气体供给装置；其特征在于，

上述感应线圈具有：由导电材料作成的线圈本体；叠层在该线圈本体表面上的镀金层；该镀金层外的陶瓷层。

利用本发明的铸造装置可将容纳在熔液容器中的熔液状金属，经过溶液导入管提供给铸造模型的模腔后，通过固化形成产品。

当感应线圈被通入交变电流时，溶液注入管内的金属熔液里将有感应电流流动或者当熔液注入管具有导电性时，感应电流流过熔液注入管。利用这种随着感应电流而产生的焦耳热，来达到维持通过熔液注入管并提供给模腔的金属溶液的温度。

隔热材料可以抑制来自高温金属溶液的热辐射和热传导，也可以抑制感应线圈的过热。由气体供给装置送入到感应线圈配置室内的冷却用气体，与感应线圈接触可达到抑制感应线圈的过热。

根据本发明的感应线圈，因在线圈本体上有镀金层，所以可以控制线圈本体与空气的直接接触。而且，由于镀金层具有优越的热传导性能，故可避免在线圈本体的局部产生的热的非均匀性。

图1．表示铸造装置的主要部分的放大剖面图；

图2．表示感应线圈的平面状态图；

图3．表示感应线圈主要部分的剖面图；

图4．表示感应线圈装配结构的结构图；

图5．表示与其它应用有关的铸造装置主要部分的放大剖面图；

图6．表示与传统技术有关的铸造装置的放大剖面图。

下面，说明本发明的实施例。此例中取消了用水冷方法冷却感应线圈，而改为利用空气冷却法来冷却线圈。

本实施例所涉及的整体结构和如图6中所表示的形态基本上相同。图1表示涉及本发明的实施例的铸造装置的主要部分。作为铸造模型的金属模1被固定在铸造装置的钢制的机械铸模台2上。金属模1具有可形成产品的模腔。金属模1的下方，配置有与图6所表示的现有技术中的炉102一样的熔液容器。位于金属模1的下部处的机械铸模台2上，构成有由盘体20X所划分的感应线圈配置室20。作为熔液导入管的注液管28，通过感应线圈配置室20那样纵向地被配置。注液管28的钢制品，具有将熔液容器中的铝系列类的熔液提供给金属模1的注液通路28t。根据场合不同，注液管28，也可选用耐火材料或以耐火材料作为主体的材料制成。

感应线圈配置室20里，配置有与注液管28几乎同轴线的感应线圈3。感应线圈3与注液管28之间，几乎同轴地配置有作为隔热材料的隔热套筒5。因而，由注液管28传向感应线圈3的热辐射等热传导被押制。隔热套筒5是利用粘合剂将氧化铝和陶瓷纤维的混合体粘合在一起而构成的。

前述感应线圈3是由导电材料(如铜、铜的合金)制的管状材料绕成线圈形状的感应线圈本体30所构成的。这里构成线圈本体30的管状材料的直径D1设定为6-10mm左右，线圈本体30的线圈直径D2设定为150-200mm左右，上下两个相邻线圈间的间隔L1设定为约3-10mm左右，不过上述参数值的选取要根据铸造装置的种类不同而适当变化，决不是只限定为上述值。本实施例中，废除了让冷却水流过构成线圈3的管的管孔3f的水冷方式，由压送装置(图中省略)(例如，工厂的空气源，压缩机，空气泵等)，将压缩空气送到管孔3f内，对感应线圈3进行强制性的空气冷却。

当感应线圈3内通入高频电流时，线圈产生交变的磁力线，注液管28和注液管28内的液体被感应加热。尚若按需要设定感应线圈3与金属模1之间的位置关系，也可期待使金属模1产生感应加热。

机械模具台2上，开有将感应线圈配置室20和外面空气连通的贯通孔21、22。贯通孔21位于感应线圈配置室20的上侧，贯通孔22则位于线圈配置室20的下侧。其作用在于利用贯通孔21、22来确保上下方向上的热对流性，同时可将感应线圈配置室20内的热气放到外面去。该贯通孔21、22的作用还在于它作为气体供给装置将外边空气提供给感应线圈配置室20。上侧的贯通孔21，由于热对流的关系，作为排气孔易于发挥其功能，因而该孔21被开设有多个。贯通孔22也可被开设有多个。

如图2、3所示，对构成感应线圈3的线圈本体30上，全部具有镀金层33。镀金层33是利用电镀处理方法镀上的。关于镀金层33的厚度可以适当选择，例如，0．5μm以上的厚度。由于电镀处理的缘故，线圈本体30的管孔3f的内面也被同时镀上了镀金层。但是从价格角度来看，也可利用遮蔽的方法使管孔3f的内面不镀上镀金层。

一般的镀金处理的过程是：先进行作为前处理的镀镍等的中间处理，之后才进行镀金处理，以增强镀金层的强度，在本实施例中，为避免镍等中间镀层的高温酸化，略去了上述中间处理，采用了直接在线圈本体30上进行镀金而形成镀金层33的方法。

为谋求所镀的镀金层33具有更高的强度，在镀金处理之前，对线圈本体30的表面，先作喷沙处理，使表面粗化以提高镀金层的附着性。也可以采用钢粒喷射处理和表面压网格处理代替前述的喷沙处理。

虽利用镀金层33可以防止线圈本体30的高温氧化，但也存在着镀金层易出现损伤的问题。为了防止构成线圈本体30的管体之间发生短路和漏电，则在镀金层33的外圆周上又镀上了一层热传导率低、电阻大的陶瓷层35。

有关镀陶瓷层的工序过程大致如下。使用以硅元素类的粘合剂(齐拉罗聚合物：宇部兴产株式会社制)为主要成分的耐热涂料(齐拉罗耐热涂料：宇部兴产株式会社制)，将热传导率低的陶瓷粉末粒子和前述耐热涂料混合后的混合物用毛刷涂抹方式涂抹在镀金层33外侧，然后进行干燥处理，烧结处理(300℃温度时烧30分钟)后，便形成陶瓷层35。另外，线圈本体30的管孔3f的内侧面上，没有涂抹上混合物。

一般情况，从物理性能上来看，热传导率低的材料，其电阻都大，金属氧化物属此类。因此，对于前述陶瓷粉末粒子来说最好采用ZrO₂、SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、MgO、CaO等的单独物，或者由它们组成的复合氧化物。齐拉罗粘合剂是由多碳硅烷骨架的主锁是由钛的有机化合物交联结合而成的网孔状的有机硅元素的聚合体。

可是，将前述耐热涂料(齐拉罗耐热涂料)直接涂抹在感应线圈3上而形成膜时，由于该膜从约300℃起便开始软化，若单独仅使用该膜时，有可能被破坏。另外，由于齐拉罗耐热涂料膜，一般只能做成0．1-0．3mm的厚度，所以依然容易损伤，并且，其隔热性能也不能很高。可是，由于前述耐热涂料，对感应线圈3来说，具有良好的粘着性和密着性，所以本发明者还是考虑利用前述耐热涂料作为粘合剂。在此，为防止损伤和确保其隔热性能，故在本实施例中重量比为，齐拉罗耐热涂料为10％-30％，前述陶瓷粉末粒子为70-90％，由此而得的混合物成为陶瓷层35。

本实施例中的混和物涂层，采用毛刷涂抹一次次地进行。一般情况下一次毛刷涂抹，可确保形成0．3-0．8mm的保护膜，经过重复地涂抹，便可以达到1．5-2．0mm的厚度，可形成具有绝热性能和耐久性能的陶瓷层35。此厚度值不限于上述值。

还有，根据需要也可以选择耐热涂料和陶瓷粉末粒子的混和比或陶瓷粉末粒子的粒度。完成陶瓷层35，即混合物的涂抹方法，不限于毛刷涂抹法，也可以采用喷涂法和浸渍法。

感应线圈3的安装结构如图4所示。将具有管孔的管卷成的感应线圈3的安装部3i，镶嵌到由电气绝缘材料(例如氮化硅和氧化铝等烧结而成的材料)所组成的线圈固定块70的夹持孔70a内，同时，将该线圈固定块70镶嵌到由金属所制的安装盘72上的安装孔72h内，在这种状态下将钢制的压缩板74贴紧在安装盘72上，然后利用钢制的螺钉76拧紧，将线圈固定块70安装在金属制的装配盘72上，由此可将感应线圈3固定在装配盘72上。因此，装配盘72起到了固定感应线圈的固定装置的作用。

前述状态下，作为输电装置的机能的输电线39连接感应线3，可由输电装置向感应线圈输电。本实施例中，在感应线圈3与输电线39相连接的范围内，由于涂抹了前述混合物，所以使电路整体的安全性得到了提高。

可是，以前感应线圈配置室20里的空间20r的环境温度约为500℃左右，如前所述，感应线圈3在熔液的热辐射和热传导的影响下温度变高。这主要是由于受到了注液管28内的高温液体和来自高温注液管28自身的热辐射和热传导等的影响的缘故。在本实施例中，由于废止了利用水冷方式对感应线圈3进行冷却的方法，换成了对感应线圈实行空气冷却的方法，故感应线圈配置室20内的空间20r的温度，将更容易变高。因此，本实施例中所提供的感应线圈3的热负荷问题，将面临着更加严酷的考验。

因此，在本实施例中，由图1可理解的那样，在前述注液管28与感应线圈3之间，配置有隔热套筒5，以此提高对来自注液管28和注液管28内的熔液的热传导、热辐射的隔断能力。因此，可使隔热套筒5外侧空间20r的环境温度降低到了350℃。

另外，在本实施例中，由于机械模具台2的上下处，设有贯通孔21、22。因此，带有热量的空气，利用对流现象，可很容易地由上侧的贯通孔21排出去。同时，低温的外部新鲜空气由下侧的贯通孔22进入到感应线圈配置室20里，所以即抑制了感应线圈配置室20内变得高温，同时也由于通过让低温气体与感应线圈3的接触，可抑制感应线圈3的高温化。

这样，在本实施例中，通过积极地进行利用贯通孔21、22的热对流现象，所以可以使隔热套筒5外侧的空间20r内的环境温度降低到约300℃。因而，即抑制了感应线圈3的高温氧化，也有利于感应线圈3的长寿命化。

在本实施例中，由于低透磁率的隔热套筒5几乎与感应线圈3同轴地被配置，所以隔热套筒5与感应线圈3大致处于平行状态。因此，隔热套筒5隔断由感应线圈3产生的磁力线的现象可得到抑制，有利于对注液管28等进行感应加热。

本实施例还可得到如下的效果。

由于使感应加热的方法能够适应恶劣条件下工作的低压铸造和重力铸造等，因而在铸造装置及金属模1的需要保温和加热的部分，对稳定的金属模的温度条件和金属模的温度设定能够进行调节。因此可谋求产品质量的提高(即降低产品的不合格率及消除现有技术中所发生的不良现象等)。

另外，利用感应线圈3进行感应加热，可以达到对金属模1进行加热的目的，所以，在铸造工序开始前的对金属模进行预先加热工序中，可同时采用感应线圈3的感应加热和喷烧器预热，从而可使金属模1的预热时间缩短约60％。

更进一步，通过利用在金属模1上涂抹涂料的作业时的予热，可抑制金属模1的表面产生氧化现象，可使在金属模1的模腔面上涂抹涂料后的模具的寿命延长两倍左右。由此可使其运转率得以提高。

下面，介绍其它的实施例。

本实施例中，为防止感应线圈3发生短路和漏电现象，在由铜管所制成的线圈本体30上，涂抹了由耐热涂料和陶瓷粉末混合而成的混合物，而构成了陶瓷层35，不限于此，若在线圈本体30上涂上耐热水泥层也可以，根据场合不同，也可考虑涂上耐热树脂层。此时镀金层33有效。

如图5所示的其它实施例中，可装备向机械模具台2的感应线圈配置室20内送入冷却气体的给气装置81，同时，也装备上将感应线圈配置室20内的气体排出来的排气装置82。和用给气装置81和排气装置82，可提高感应线圈配置室20内的热气体排放性能，同时也可为防止感应线圈产生高温氧化现象做出一定贡献。作为冷却气体，可采用空气、根据情况也可采用氮气、或氩气等非活性气体。如用非活性气体，可进一步防止感应线圈3的高温酸化。给气装置81及排气装置82具有向感应线圈配置室20内提供冷却用气体的气体供给装置的机能。给气装置81及排气装置82，至少应装备其中一方。

此外，除了利用感应线圈3进行加热的条件外，如把通过贯通路21、22的依靠冷却用气体的冷却条件适当加以组合的话，就有可能对于金属模实施更加细小的温度控制。

前述感应线圈3不仅适用于低压铸造方面的铸造装置，也同样适用于重力铸造和高压铸造装置等。更进一步，还适用于象高频烧入装置那样的利用感应加热的热处理装置，利用感应加热的焊接装置和热锻造装置等，是适用于感应加热装置的感应线圈的一般情况的。

除此之外，本发明的应用，不仅限于前述的和如图中所示的实施例方面，例如：溶液不限于铝类，铸铁、铸钢、镁类等也适用，铸造模型也可是砂制模型，除此之外，线圈本体的材料不限于铜类材料，也可以选用钢类及其它导电性能好的材料，另外，线圈本体不限于用管状材料，也可采用实芯状的材料，更进一步，为了提高镀金层的附着力，对线圈本体实施的表面粗化处理也可采用腐蚀处理等，只要不违背本发明的宗旨，均可根据需要进行适当的选择。

附注：

由前述实施例，也可以充分理解下述的技术思想。

(1)在本发明的铸造装置中，其感应线圈的构成为：感应线圈的线圈本体具有管孔，管孔的内圆周面上形成有镀金层。

据此，提高了防止在管孔的内圆周面上产生高温氧化现象的能力。同时也减轻或避免了管孔内圆周面的损耗。所以当向管孔内输入压缩空气等气体对感应线圈进行冷却时，有利于降低气体流过的阻力。加之，由于所镀的镀金层的材料是具有良好导电性能的金，所以对于确保利用流过管孔的气体产生的，来自感应线圈内圆周面的冷却性也很有利。

(2)根据前述(1)所记载的感应线圈，在形成于管孔内周面上的镀金层上未附加陶瓷层。

由此，对于流过管孔的气体阻力的降低，确保管孔的流通路径的截面面积十分有利。

根据本发明的铸造装置，可以利用隔热元件抑制由于来自金属溶液的热辐射和热传导而产生的感应线圈过热现象。同时，把由气体供给装置所提供的冷却用气体送入感应线圈配置室，并通过该气体与感应线圈的接触，来达到抑制感应线圈过热的目的。由此可降低或避免感应线圈在高温时所产生的氧化现象，有利于提高感应线圈的耐久性和持久性。

在本发明所述的铸造装置中，由于在线圈本体上，具有镀金层，利用该镀金层可以控制线圈本体与高温空气的直接接触，从而达到降低或避免高温情况下的感应线圈所产生的氧化现象。由于所构成的镀金层为良好的导热体，所以，对避免线圈本体的局部性热不均非常有利，利于抑制线圈本体的局部过热现象。因此，对抑制线圈本体的高温氧化也相当有利。

另外，由于构成镀金层的金是一种电的良导体，所以对于确保感应线圈的良好导电性能和感应加热能十分有利。

Claims (1)

1．一种具有感应线圈的铸造装置，它包括：具有形成产品的模腔的铸造模型；容纳金属熔液的熔液容器；具有将容纳在该熔液容器内的金属熔液提供给该铸造模型的模腔的金属熔液通道的注液管；包围该注液管的感应线圈配置室；位于该感应线圈配置室内的、环绕在注液管周围的感应线圈；配置在该感应线圈与该注液管之间的隔热材料；向该感应线圈配置室内供给冷却用气体并使冷却气体与该感应线圈配置室内的感应线圈相接触的气体供给装置；其特征在于，

上述感应线圈具有：由导电材料制成的线圈本体；层叠在该线圈本体外表面上的镀金层；层叠在该镀金层外面的陶瓷层。

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