CN1422205A - 一种热处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种铸造过程中热处理的装置和方法，其中铸件14，20在浇铸机50中成型，该浇铸机包括一个具有封闭的铸造室40的分体式成型模具10，11，铸造室(40)设计用来盛装液态铸造材料30。该装置包括至少一个加工表面3其形状至少部分地与铸造室40的形状相近似，一个加工模具1，21包括用来连接在加工模具1，21的铸造室40中成型的铸件14，20的装置7，还包括用来对所述铸件14，20在浇铸机50外部进行热处理的装置。

Description

一种热处理装置和方法

技术领域

本发明涉及一种铸造过程中热处理的方法和装置，其中铸件在浇铸机中成型，浇铸机包括一个分体式成型模具，该模具具有一个封闭的铸造室，设计用来装液态铸造材料。铸造材料可以由例如塑料、轻金属、铸铁溶液、贵金属组成。

本发明还涉及一种包括一个热处理分离装置的浇铸机。

背景技术

在铸造过程中，把液态铸造材料添加到包含铸造室的成型模具中，铸件在浇铸机中成型，铸造室的形状与铸件的形状相应。成型模具通常包括两半，一半可以移动，另一半固定。成型模具通常装有冷却段，比如散热凸缘或冷却槽。铸件一直在成型模具中直到其充分冷却都，目的是为了，比如，铸件被传送到传送带上仍然保持其形状。当铸件足够冷却得以进一步加工，把成型模具移动端移到旁边，打开成型模具，从浇铸机中取出铸件。之后，下一个铸件就可以进行铸造。

铸造一个铸件所用的时间称作循环时间，循环时间决定每一单位时间生产的铸件数量。在铸造过程中为了生产尽可能多的铸件，生产的大量、短的循环时间是重要的。使循环时间减少证明很难取决于某些自然因素的干扰，比如，在铸造材料能够注入到成型模具之前，模具必须达到一定的温度；并且铸件为保持其确定的形状必须在成型模具中冷却。如果铸件过早地从成型模具中取出，就有歪斜和尺寸偏差的危险。通过确定开模、关模、冷却、浇铸的最佳时间以减少循环时间。循环时间的基本部分由冷却铸件的时间和仅仅是为保证铸件尺寸精度和质量的冷却时间组成。在某些铸造过程中，冷却时间会占到整个循环时间的70-80％。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种铸造过程中缩短循环时间的装置和方法，可以增加每一单位时间铸件的生产数量。特别是一种用于铸造过程与浇铸机配套的热处理装置。

从附加权利要求可清楚了解本发明的一种装置和方法的特征。

把铸件从成型模具传输到加工模具，该加工模具包括一个加工表面，其形状与铸造室的至少某些部分相仿并且安装在浇铸机的外部，某些冷却时间在浇铸机外部进行，这意味着循环时间的缩短。这意味着一个新铸件在浇铸机中进行铸造的同时，一个或几个铸件能够被冷却。

当铸件冷却时，收缩从而其形状改变。当铸件形状基本上稳定也就是铸件的外层形状稳定时，铸件就被送到加工模具。在这时，铸件的内部不需要凝结；因此铸件形状没有完全稳定，还会发生进一步的收缩。当铸件在加工模具发生这样的收缩是有利的。根据铸件的形状，加工模具需要完全或仅仅部分地模仿铸造室。对于不太复杂的形状，加工模具在一个或某些选择部分仿照铸造室的形状就足够了。另外仿照成型模具的一端也许就足够了，例如仿照可移动端的形状，或一端的某些部分。成型模具必需具有非常高的尺寸精度，因而造价非常昂贵。加工模具的形状不必像成型模具那样具有高精度，这归公于这样的实际情况：当铸件被搬到加工模具时，其形状已稳定，因此，加工模具造价要低得多。并且在铸造过程高压力是常有的，这就要求具有坚实的尺度，特别是在例如喷射浇铸中。为了使注满铸造室的速度尽可能快，必须在高度粘稠的熔化物上施加一个非常大的压力。如果希望获得好的铸件的补偿的形态，必须补偿铸造模具打开时的温度下熔化物由液态变为固态时铸造物体积的增加。因此，必要的高压使得成型模具非常贵，在大量生产中需求量很高。

成型模具最好用导热材料制成，比如用像铝、镁或铁之类金属。其它可用材料是镀金属塑料，比如有金属覆盖层的塑料或者导热塑料，即混合金属的塑料，以提高其导热性能。如果加工模具用热导电的、重的材料制成，热处理就会是铸件在加工模具中保存一定时间，热量通过导热材料带走。为了加速冷却达到控制温度，加工模具可以配备冷却结构，比如传导热量的散热凸缘或以上述材料为冷却介质的沟槽。

在本发明的一个实施例中，加工模具包括一个或者若干个槽用来充当增加和消除热量的媒介。该媒介的温度由铸件是否要被冷却或加热决定。加工模具既能用来冷却铸件也能用来加热铸件。在某些情况下，还必须在热的铸件传送到加工模具前加热加工模具，目的是减小铸件和加工模具之间的温差，防止产生裂纹。冷却槽可以在加工模具的内部或者位于外部，散热介质可以是液体、气体或空气。在本发明的一个实施例中，加工模具包括若干个槽用来充当传导媒介，它们之间具有不同的温度。由不同的温度的媒介组成不同沟槽的目的是在某些应用中想要铸件的不同部分有不同的冷却过程。例如，当铸件的不同部分具有不同的材料厚度时，薄的部分比厚的部分冷却快，这可能导致有害的材料变形，诸如裂纹。通过厚的部分比薄的部分冷却多，使整个铸件实现相同的冷却速率。由于其中的这些沟槽和介质，我们可以控制热处理效果，并且以这样的方式控制内部张力是可能达到的。

在大批量的生产中，工序应该是自动化的。在本发明的一个实施例中，包括一个用来把铸件从成型模具传输到加工模具的操作杆。比如操作杆可以是一个由一个活动臂组成的机械手、门式机械手或者一个机械工具。在一个实施例中，加工模具固定地安装在浇铸机的外部。铸件由操作杆从成型模具取出，传输运送到加工模具以冷却或加热铸件。

在本发明的一个优选实施例中，操作杆可转换地连接于加工模具。这意味着把铸件从成型模具中取出并从成型模具直接传输到加工模具时，加工模具和操作杆相配合。在热处理期间，操作杆也运送加工模具。铸件被传送到相应于铸件形状的加工模具的一个优点是以这样的一种方式铸件能够获得一个很适当的限定位置使得连续自动地操纵铸件成为可能并提供便利。例如，如果处于工序下一个步骤的铸件正好和另一个铸件相衔接，它的位置被很适当的限定是重要的。

在一个实施例中，加工模具包括联接铸件和加工模具的联接装置，目的是为了从铸造室中取出铸件并且防止铸件从成型模具中运出时从加工模具里掉出来。在本发明的一个优选实施例中，是通过负压连接铸件和加工模具。这样的一个负压能够由比如吸盘或者抽出大气的空腔实现。该连接还可以通过卡接工具，例如卡爪，或通过粘附，例如胶合或用胶带粘贴。

在本发明的一个实施例中，加工模具包括具有调整热处理铸件变形的加工表面的装置。当铸件在加工模具中冷却，由于收缩会产生一定的变形。为了保持铸件和加工模具的表面接触良好，不管铸件是否收缩，加工模具装有收缩的随动装置。该装置可以具有弹性，例如一些塑料。

有时候要求铸件的某些部分具有高的尺寸精度，而对铸件的其它部分尺寸精度的要求低。还有一些铸件过分细长，因此需要把他们固定。本发明的一个实施例中，加工模具包括热处理过程中至少固定铸件某些部分的装置。这些装置的用途是确保铸件选择部分的尺寸精度。在铸件从成型模具运走的过程中也需要固定。

在一些实际应用中，铸件需要保持在加工模具中的时间比铸造循环时间长。如果加工模具包括两个或者几个加工表面，几个铸件就可以同时被冷却。那么，在早先铸造好的一个或者几个铸件冷却的同时，一个新铸件可以拿来。

根据本发明的另一个实施例，包括一个由若干加工表面组成的加工调色板(palette)，用于在已有外部浇铸机制造出一个新的铸件的同时处理几个铸件。加工调色板(palette)可旋转，例如转炉，其中操作杆传输形状稳定的铸件到这些加工室。

根据本发明的另一个实施例，热处理涉及喷射铸造塑料件的冷却。传统的喷射铸造机的成型模具包括在该成型模具中用来引导冷却塑性熔体的冷却液的冷却槽。比如当制造一个具有矩形通孔的矩形铸件时，带有一个贯穿铸件的矩形孔，熔化物通过一个入口沿着成型模具壁的形状流入充满模具。这样该熔化物将与入口相反方向的熔融材料相遇并结合。该接合处是力的薄弱点，因为当熔融材料与从其相对方向的熔融材料相遇时温度已经降低。从本实施例得出的一个确定结果，控制在喷射铸造机外部的冷却时间的基本部分，通过加热成型模具可以实现，并且以这种方式便于所述结合。

通常当熔融材料比较快地冷却到固态，就会产生内部张力。由热产生的内部张力能够使铸件变形甚至产生裂纹。如果冷却不是非常慢地进行，这些张力将永久存在于产品中，通常到现在为止慢速冷却在经济上不合理，因为本发明没有写出代表铸造过程循环时间的热处理发生的缺点。

在喷射铸造过程中，本发明的一种装置和方法本质上是有用的。其中把液态塑性材料注入铸造室形成铸件，之后成型铸件部分固化后在铸造室外部进行冷却。

附图说明

本发明的装置和方法的一个示范实施例将结合以下附图进行描述。

图1是一种铸件热处理加工模具。

图2a-2c是一种用本发明的装置对铸件进行热处理的方法。

图3a是由浇铸机成型的一种铸件。

图3b是一种加工模具，具有热处理过程中固定铸件选择部分的装置。

具体实施方式

如图1所示是一种加工模具1，在铸造过程中用来冷却铸件。加工模具包括室2，表面3构成一个冷却过程中靠着铸件的接触表面，该接触表面根据铸件的形状加工成形。冷却过程中与铸件接触的表面3以下被称作加工表面3。加工表面3的形状由要铸造的铸件的形状决定。例如，现在的铸件是一个碗，加工模具就包括一个突出部分，突出部分的表面构成一个加工表面。在加工模具上有引入冷却介质的引入杆4和导出冷却介质的导出杆5，还有若干输送冷却介质的冷却槽6。

此外，加工模具1包括若干连接沟槽7，通向加工表面3，这样的结构能使他们能被排空大气，在沟槽产生负压力。连接沟槽7构成联接装置，用来连接铸件和加工模具1，于是固定铸件。连接沟槽排空大气，铸件通过吸力连接于加工表面，并且只要连接沟槽处于负压，铸件被固定加工表面3上。

如图2a-2c是本发明的一种方法能够应用在喷射铸造过程中，生产弹性铸件。浇铸机50包括一个成型模具，在本发明示范实施例中包括两部分，固定部分10和可移动部分11。加工模具1由操作杆12携带传送，在本示范实施例中操作杆是一个六轴机械手。该机械手包括臂13，可以彼此相对转动。当成型模具闭合固定，液态塑性材料30压入成型模具。冷却在成型模具中进行直到至少铸件14的外层基本上形状稳定，也就是说，直到铸件14形状足够稳定，允许到加工模具1的传送时。当铸件14具有这样的形状稳定性，打开成型模具，参见图2a。加工模具1由机械手传送到成型模具的一个部分，比如成型模具的可移动部分1，在这里铸件14被定位，参见图2b，码放铸件以便铸件14的表面靠在加工表面3上。当这些表面彼此贴合，连接沟槽7被排空大气，铸件连接在加工表面3上。此后，机械手传送加工模具1连同铸件14一起从加工成型模具(10，11)到浇铸机50外部适当的位置，如图2c。当铸件冷却的时候，机械手停留在那里并且夹持加工模具1一段时间。铸件14靠在加工模具1上的一端由加工模具冷却，远离加工模具1的一端通过周围空气冷却。当铸件14达到预定温度，也就是当铸件的形状足够稳定能够进行进一步的加工处理时，铸件14被操作杆12传送到比如传送带。

铸造过程中，铸造材料30从熔融状态变成固态材料。关于强度，理想的是熔化物缓慢冷却到固态减少铸件内部张力的产生和产生裂纹的危险。另一方面，理想的是熔化物较快速冷却以便缩短成型周期的时间长度。

铸造过程的三个阶段能被判别。在第一阶段铸造材料30是液态熔化物，也就是成型模具10，11的铸造室40充满铸造材料30的时候。该熔化物靠近成型模具10，11较冷的壁的部分最先凝固。不过，此时内部仍然是熔融的。这说明成型过程的第二阶段里成型的铸造材料外部凝固，而其内部是粘稠的熔化物。当外层凝固，铸造材料收缩到一定程度。作为这的一个结果，张应力在外部产生，因为铸造材料的外部比内部收缩大。在第二阶段，外部基本上形状稳定；因此成型的铸造材料被传输到本发明的进行进一步热处理的装置。成型过程的第三阶段在一定时段之后开始，这时成型的铸造材料内部也凝固并且要收缩。不过这一收缩被外层早先的凝固抵消，结果外层通过外层张力的变化，吸收这些张力也就是说早些时候的张应力转变为压应力。

本发明的装置，在初始阶段的铸件可以从铸造室传送并且铸件最适合在浇铸机外部被冷却的时机例如在浇铸机很长一段时间没有装料期间。

本发明的一个实施例中，装置完全从浇铸机中分离，以这样的一种方式装置允许执行热处理，不需成型铸件在浇铸机中就能进行。因此，浇铸机装料为新的铸造加工。在成型铸件(14，20)通过处理装置进行热处理的同时，新的铸件(14，20)在成型模具(10，11)中成型。由此平行工序得以实现，就是说铸件的成型和冷却同时进行，减少了铸造工序的循环时间。

本发明的另一个实施例中，加工模具1包括两部分，都有一个加工表面，其形状至少部分仿制成型模具(10，11)的两部分。当加工模具的两部分合在一起时，构成一个内部空间与成型模具的铸造室相仿。加工模具的一个部分安装在机械手上，与在前示范实施例中一样。加工模具的第二部分固定安装在浇铸机的外部。当机械手取出铸件，铸件被置于加工模具的固定部分，铸件整个被加工模具所封闭。这样整个铸件就能被加热或者冷却。

在本发明的另一个实施例中，加工模具包括几个部分，其形状与成型模具相仿。因此可能在冷却若干个由浇铸机产生的铸件的同时，浇铸机能够空出进行新铸件的生产。

当铸件14在加工模具中冷却，会发生一定的收缩。为了确保铸件某些部分的尺寸精度，加工模具1可以装备可以向铸件方向移动的可移动部分。对于有凹口的铸件，例如有一个圆形孔，保证其形状是非常重要的，一个具有精确外测度的管形构件，能够在冷却过程中移入孔中，当达到确定温度抽出该管形构件，目的是保证铸件的形状。如3a是具有矩形通孔的矩形铸件20。对于该铸件，重要的是孔的拐角尺寸的正确，从而获得直角。图3b给出一种冷却铸件20的加工模具21。该加工模具包括四个成直角的块22其上各附装可向内或向外滑动的支架23。当加工模具为空时，块22滑入，当铸件在加工模具位置时，块22滑出到预定位置并且在此位置停留直到铸件20被冷却。

本发明还涉及一种铸造铸件14，20的浇铸机，该浇铸机包括一个具有封闭液态铸造材料的铸造室40的分体式成型模具，浇铸机包括一个如上所述的单独的热处理装置。

本发明不是限于给出的实施例，而是可以在后面的权利要求的范围内予以改变和改进。

例如，热处理可以包括冷却也可以包括加热，当然操作杆可以从成型模具的可移动部分接收铸件，也可以从成型模具的固定部分接收铸件。

Claims (23)

1.一种铸造过程中的热处理装置，其中铸件(14，20)在浇铸机(50)中成型，浇铸机包括一个分体式成型模具(10，11)，该成型模具带有一个密封的铸造室(40)，设计用来盛装液态铸造材料(30)，其特征在于：所述装置包括一个加工模具(1，21)至少包含一个加工表面(3)，其形状至少部分地与上述铸造室(40)相仿，加工模具(1，21)包括连接装置(7)用来连接铸造室(40)中成型的铸件(14，20)和加工模具(1，21)，所述装置用来对铸件(14，20)在浇铸机(50)外部进行热处理。

2.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：包括一个操作杆(12)，用来把铸件(14，20)从成型模具(10，11)传送到浇铸机(50)外部的一个位置进行热处理。

3.如权利要求2所述的热处理装置，其特征在于：加工模具(1，21)可转换地与操作杆(12)连接。

4.如权利要求2或3所述的热处理装置，其特征在于：操作杆(12)包括一个活动臂(13)，用以实现传输过程中的移动。

5.如前权利要求中的任一权利要求所述的热处理装置，其特征在于：连接装置(7)通过负压来连接铸件(14，20)和加工模具(1，21)。

6.如前权利要求中的任一权利要求所述的热处理装置，其特征在于：加工模具(1，21)包括具有与铸件(14，20)的与热处理有关的形变相适应的加工表面(3)的装置。

7.如前权利要求中的任一权利要求所述的热处理装置，其特征在于：加工模具(1，21)包括在热处理时至少固定铸件(14，20)的某些部分的装置(22，23)。

8.如前权利要求中的任一权利要求所述的热处理装置，其特征在于：包括若干加工表面以便铸件(14，20)同时能被处理。

9.如前权利要求中的任一权利要求所述的热处理装置，其特征在于：加工模具(1，21)由热导电材料组成，热传导在其中进行。

10.如前权利要求中的任一权利要求所述的热处理装置，其特征在于：加工模具(1，21)包括一个或多个槽(6)用来充当增加和消除热量的媒介。

11.如权利要求10所述的热处理装置，其特征在于：加工模具(1，21)包括若干温度不同的槽(6)用作传导媒介。

12.如前权利要求中的任一权利要求所述的热处理装置，其特征在于：该装置用于冷却铸件(14，20)。

13.如前权利要求中的任一权利要求所述的热处理装置，其特征在于：该装置用于加热铸件(14，20)。

14.如前权利要求中的任一权利要求所述的热处理装置，其特征在于：一种喷射浇铸机限定所述浇铸机(50)，浇铸材料由塑性材料组成。

15.一种铸造过程中的热处理方法，其中液态铸造材料注入包括一个铸造室(40)的分体式成型模具(10，11)中，其特征在于：铸造材料一直在铸造室(40)中直到成型铸件(14，20)的外层基本上达到形状稳定，其中铸件(14，20)和包括一个形状至少部分地与铸造室形状相仿的加工表面的加工模具(1，21)相连，铸件在所述浇铸机外部进行热处理，与此同时，新数量的液态铸造材料被注入铸造室(40)中成型新铸件。

16.如权利要求15所述的热处理方法，其特征在于：铸件(14，20)从成型模具(10，11)中取出并由操作杆(12)传送到浇铸机外部的一个位置。

17.如权利要求15或16所述的热处理方法，其特征在于：当至少铸件的外层形状基本稳定时，所述成型模具被打开并且加工模具(1，21)靠着铸件(14，20)以便铸件贴合加工表面(3)，并且铸件(14，20)与加工模具(1，21)通过连接装置(7)相连接，之后加工模具(1，21)从成型模具(10，11)中被移走。

18.如权利要求17所述的热处理方法，其特征在于：铸件(14，20)通过负压与加工模具(1，21)连接。

19.如权利要求15至18中的任一权利要求所述的热处理方法，其特征在于：冷却铸件(14，20)直到其温度达到预定温度。

20.如权利要求15至19中的任一权利要求所述的热处理方法，其特征在于：加热铸件(14，20)直到其温度达到预定温度。

21.如权利要求15至20所述的任一权利要求所述的热处理方法，其特征在于：铸造过程由喷射铸造过程组成，其中外层形状基本稳定的铸件(14，20)把液态塑性材料引进铸造室生产制造。

22.如前权利要求中的任一权利要求所述的热处理方法，其特征在于：在铸造室中成型的若干铸件(14，20)在若干加工模具(1，21)中冷却，与此同时新的铸件(14，20)在成型模具(10，11)中依次形成。

23.一种铸造铸件(14，20)的机器，包括一个具有封闭液态铸造材料的铸造室的可分式成型模具，其特征在于：该浇铸机包括一个如权利要求1至14中的任一权利要求所述的分离装置。

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