CN1386598A - 带有功能环的模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由热顶构成的用于单流连铸装置的热顶模具,该热顶位于脱模剂分配器的顶部上,并且压住脱模剂分配器,使其下表面抵靠于模具的顶面,一悬垂物形成在热顶的径向内表面处,沿铸流的退出方向突出于脱模剂分配器,并且与模具表面形成有一环形间隙,其中热顶由一外环对中并保持,该外环可释放地与模具固定,该模具朝着模具的支承面围绕一功能环,并且该功能环与脱模剂分配器一起形成功能表面,而在这些功能表面上的粗糙度是可调节的,并且,径向通道形成在上侧和下侧上,通道在穿过上侧和下侧的横截面相互之间的比率为1∶3到1∶5。
Description
本发明涉及一种用于单流连铸装置的热顶模具，该模具由一热顶构成，该热顶位于脱模剂分配器的顶部之上，并且以模具的表面而对脱模剂分配器的下侧施压，一悬垂物形成在热顶的径向的内表面上，沿铸流向下移动方向伸出脱模剂分配器，并且与模具跑合面形成一环形间隙。
在EP 0566865(VAW)中揭示了一种上述类型的热顶模具；通过脱模剂分配器，脱模剂或润滑剂可到达铸流(casting strand)的表面，也可以分别供给两种不同的脱模剂，或者以流体的脱模油和气体脱模剂或润滑剂的混合物形式进行供给。已经认识到的是，特别希望油-气混合物首先在接近模具处形成。
但是，由于在这种情况下，常会有表面质量欠佳的情况出现，所以仍然会有关于所谓的难以铸造的合金的可铸性的问题存在。而对于含有铅、锌、锡和铜的铝合金，这个问题则尤为突出。目前，用于高速切削的特种合金和机加工合金料的生产中显得越发重要。
另一个问题是对气压的精确控制，这对于脱模剂能否到达金属铸流的整体表面起着至关重要的作用。如果压力产生波动，就很容易产生表面缺陷，而如果压力过高，就会存在气体漏出熔化金属的隐患。
为了解决此问题，美国专利4,732,209(Pechiney)中建议在模具的内部使用一石墨环，该石墨环带有多孔性，这样，加压的气体可以从外面通过石墨材料的开孔进入模具的内部，并且在成形的金属铸流的表面和模具的表面作为一种脱模剂。然而，以我们的经验，这种方法还是不能解决难以铸造的合金的生产中涉及的问题。
本发明是针对需改进上述类型的热顶模具的这个问题而提出的，本发明可以使不同类型的合金，特别是难以铸造的合金，都可以生产出令人满意的表面质量。其解决方案建议如下∶
1)热顶1a和1b由一外环4保持，该外环4可释放地与模具3固定。
2)模具3的内表面围绕一功能环5，该功能环5的上侧和脱模剂分配器2形成了一功能表面。
3)脱模剂分配器2由一板件构成，该板件的径向通道设置在两侧上，通道在上侧和下侧的横截面之比为1∶3到1∶5。
根据特征1)，新型的热顶模具由若干个环构成，它们易于装配和拆卸。由此，这样就可以根据所需类型的合金，很快地更换不同的脱模剂分配器和功能环。
根据特征2)，本发明包括使用了一功能环5，该功能环带有的功能表面朝着脱模剂分配器以及模具表面。这些功能表面形成了具有确定的粗糙度的由脱模剂分配器形成的通道的壁体表面，特别希望的是，功能表面可形成用于流体支承通道横截面的一壁体表面。已发现的是，通过精确调节功能的表面的表面粗糙度和温度，可以使流体脱模剂的粘度达到规定的改变，以产生一稳定的泡沫层。
根据特征3)，脱模剂分配器中的通道横截面的比率对于控制脱模剂混合物的成分是很重要的。通过特征2)和3)的结合，可以实现发泡，当作为一种高粘性的脱模剂，尤其是在难以铸造的合金的情况中是特别有效的，它可以获得质量极高的表面。
根据权利要求5，其中建议热顶1a、1b上设置一夹紧环6，热顶1a、1b、脱模剂分配器2和模具3可由该夹紧环6来夹紧。当夹紧环6和外环4松开时，脱模剂分配器2和功能环5可以方便地进行更换。这样，可以方便地取得匹配的表面和通道横截面，从而可靠地产生泡沫。
根据权利要求6，有利的是，功能环5的确定的、致密的多孔性以及特定的密度在小范围中选择。通过附加的实验已达到了对脱模剂泡沫的稳定性的额外的改进，其中为了保持在功能表面上粘稠的连续性，可实施对功能环5的冷却。功能表面的工作方式和结构以及冷却将在下列实施例中进一步加以说明。
如上所述，较佳地，脱模剂分配器2的上侧2a可用来形成携带气体的通道，而位于其下侧2b上的则用于流体脱模剂。这些通道必须以极高的精度制造，例如可以通过激光加工或化学蚀刻的方法达到。
根据权利要求6，脱模剂分配器中的径向通道的横截面的形状对于脱模剂中的空气含量同样重要，而通道的表面积的比率对于脱模剂泡沫能均匀地分布在圆周上的成形是重要的。在这些情况下，脱模剂会形成特别细小的气室，并且它是很坚固的，从而减少了脱模剂的液体成分。
上面提到的功能环5的冷却可以根据权利要求9实现，较佳地可在模具3内设置若干个冷却通道，这些通道都进入功能环的区域中。在这主要冷却的区域中，可以达到对于脱模剂的反应最有利的温度。在邻近的第二冷却区域中，由于此处的冷却通道沿铸流的下降的方向设置，并且引入一缝式喷嘴，这样便为快速的排除热量采取了措施。此处，冷却剂的压力可降低，这样冷却剂可与铝铸流接触，并由此对其进行冷却。
图1示出了本发明的热顶模具的整体分解图。
图2示出了在单流连铸的情况中的本发明的热顶模具的一典型例子。
纵观图1，其中示出了以下这些装配在一起的用于单流连铸的系统部件：
1a热顶
1b热顶
2脱模剂分配器
2a上侧
2b下侧
3模具
3a表面
4外环
5功能环
6夹紧环
7激励环
8底部
9压板
10金属铸流
11环形间隙
12脱模剂泡沫
13
14环形间隙
15冷却通道
16泡沫层
从专利的权利要求书显而易见的是，特定功能表面的成形对于稳定的分脱剂泡沫的成形是至关重要的。功能表面位于脱模剂分配器的上下以及功能环5的内侧。功能环5与脱模剂分配器3的通道直接接触，并且在泡沫的成形中协同作用。
作为对功能表面的创新和补充，引入了激励环7，它可以用各种材料制成。该激励环7位于脱模剂分配器2的外环4和顶部3a之间。这样，该环7覆盖了在脱模剂分配器2内形成的通道的顶部。它的粗糙度系数与热顶1b的不同，并且可以根据脱模剂的特殊需求进行调节。与此同时，也可控制位于1b之下的脱模剂分配器2的热梯度。
模具3可增添一外环4和一功能环5。通过一夹紧环6，系统部件和一激励环7的包含物被装在一起。通过一底部8和一压板9便构成了该模具3。
图2进一步解释了本发明的热顶模具的基本结构，具体地说，将论述在热顶1b的悬垂物之下的放大的细节。在该悬垂物之下可以看到一环形间隙11，该环形间隙的侧壁一方面是由热顶的悬垂物形成的，另一方面是由脱模剂分配器2和功能环5的内径形成的。随着在本发明的容积比范围内引入气体和液体的脱模剂，可形成稳定的脱模剂泡沫12，该泡沫会在模具3和铸流10之间发展成一连续的泡沫层。
首先，脱模剂的粘度会受到气体区域内和液体区域内的表面粗糙度的控制。脱模剂的粘度是泡沫成形的重要因素。另外，输送的气体和液体的媒质的流动的压力和速率也可受到控制，这样，脱模剂泡沫的成分可以在较宽的限制范围内进行调节。
另外，可以实施一种受控的热量排除，或者在脱模剂内可以产生一种绝缘效应。这对于难以铸造的合金而言将是非常有利的。
Claims (11)
1.一种由热顶(1a、1b)构成的用于单流连铸装置的热顶模具，该热顶位于脱模剂分配器(2)的顶部(2a)上，压住脱模剂分配器，使其下表面(2b)抵靠于模具(3)的顶面(3a)，一悬垂物形成在热顶(1a、1b)的径向内表面处，沿铸流的退出方向突出于脱模剂分配器(2)，并且与模具表面形成有一环形间隙(11)，其中热顶(1a、1b)由一外环(4)对中并保持，该外环可释放地与模具(3)固定，该模具(3)朝着模具的支承面围绕一功能环(5)，并且该功能环(5)与脱模剂分配器(2)一起形成功能表面，而在这些功能表面上的粗糙度是可调节的，并且径向通道形成在上侧和下侧(2a，2b)上，通道穿过上侧和下侧的横截面之比为1∶3到1∶5。
2.如权利要求1所述的热顶模具，其特征在于，功能环(5)由铜或铜合金构成。
3.如权利要求1所述的热顶模具，其特征在于，功能环(5)由陶瓷或复合材料构成。
4.如权利要求1所述的热顶模具，其特征在于，功能环(5)由石墨构成。
5.如权利要求1所述的热顶模具，其特征在于，一夹紧环(6)设置在热顶(1a、1b)上，热顶(1a、1b)、脱模剂分配器(2)、功能环(5)和模具(3)由该夹紧环(6)而夹紧。
6.如上述任何一项权利要求所述的热顶模具，其特征在于，功能环(5)的密闭孔隙率为0-20％，而密度为1.5-10克/每立方厘米。
7.如上述任何一项权利要求所述的热顶模具，其特征在于，与脱模剂分配器(2)的上侧(2a)相结合的径向通道与一加压的气体媒质相连，而径向通道形成在脱模剂分配器(2)的下侧(2b)处，并且与加压液体容器相连。
8.如上述任何一项权利要求所述的热顶模具，其特征在于，脱模剂分配器的下部径向通道构造成扩散器形式，位于带有脱模剂分配器(2)的径向向外设置的通道具有一基本方形的横截面，而表面积比至少为1∶2的一矩形横截面形成在径向向内设置的出口侧上。
9.如上述任何一项权利要求所述的热顶模具，其特征在于，冷却通道(15)设置在模具(3)内，该冷却通道(15)总是进入位于脱模剂分配器(2)和功能环(5)下方的区域中，热量排除可以在环形间隙(14)内通过由气体和液体媒质产生的一泡沫层(15)而实现，并且沿铸流的下降的方向排出。
10.如上述任何一项权利要求所述的热顶模具，其特征在于，热顶底部(1b)的热传导比热顶上部(1a)的大1.5到2.0倍。
11.如上述任何一项权利要求所述的热顶模具，其特征在于，脱模剂分配器(2)的上部(2a)覆盖有一激励环(7)。
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