CN1613581A - 铸勺 - Google Patents

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Abstract

一种铸勺具有一主体(2)，该主体(2)具有由叠层的复合陶瓷材料制成的底座(3)和壁(4，6，8)，该复合陶瓷材料包括多层嵌入陶瓷基体内的纤维增强织物。一种用于把该铸勺安装到操纵设备上的刚性支承件(20)被嵌入该复合陶瓷材料内。在一种优选形式中，增强织物由玻璃织物制成，而基体材料包括硅酸钙和硅石。

Description

铸勺
技术领域
本发明涉及一种用于金属铸造厂的铸勺，尤其是但非只是涉及一种用于浇铸铝和铝合金及其它非铁金属例如锌的铸勺。
背景技术
在采用高压模铸或重力压铸技术进行铸造的铝件铸造厂中，通常利用铸勺把预定量的液态金属从保温炉输送至铸造机，然后把该液态金属注入该铸造机的容器内。对于大规模的生产过程，铸勺通常安装在一种机械或机器人操纵的设备上，该设备被编制程序以把铸勺浸入保温炉内，获取预定量的液态金属，然后把该液态金属输送至并注入铸造机内。对于小规模的生产过程，可手动操纵铸勺。铸勺的容量通常相当少(一般在0.5至50kg液态铝之间)，且金属通常保持在铸勺内相当短的时间(例如，少于60秒)。
在传统上，铸勺由铸铁制成。这种材料的优点是其能承受相关的高温且其非常坚韧。但这种材料也具有缺点，即其会被液态铝腐蚀，且其非常密实(大约7000kg/cm3)。因此，由这种材料制成的铸勺非常重，这带来了操纵问题并需要使用大功率操纵设备。铸铁还具有高导热性，因而导致液态金属相当快地失去热量。因此，不得不维持保温炉的温度大大高于铸造温度，以顾及输送金属时温度的降低，而这将导致高的能量成本。由铸铁制成的铸勺还具有高维护要求，因为在每次铸造操作之后必须对其清洗以去除固化并粘附在该铸勺上的任何金属。还必须频繁地例如每隔一或两天给铸勺涂覆脱模剂。
为减少其中一些困难，已知给铸勺涂覆耐火涂层或陶瓷涂层。但这实际上难以实现，因为涂层和底层铸铁具有差异的热膨胀率，而会导致该涂层破裂。同时，绝大多数陶瓷涂层和耐火涂层都是易碎的或者易磨损，因此仅有有限的使用寿命。
还已知由基于水泥的耐火材料或者由陶瓷材料来制造铸勺，这些材料中有些包括钢或纤维增强材料。例如，JP10296427A描述了一种由陶瓷纤维材料制成的铸勺，利用金属条和一片耐热纺织材料来增强该陶瓷纤维材料。但是，由这种材料制成的铸勺在使用中通常易碎和/或高度磨损。另外，经常存在的问题是要充分支承铸勺且在使用时不出现机械故障这样的方式把由这些材料制成的铸勺安装到机械操纵设备上。因此，这种铸勺没有得到广泛认可。
发明内容
本发明目的是提供一种减少前述至少一些缺点的铸勺。
依照本发明，提供了一种具有主体的铸勺，该主体具有由复合陶瓷材料(composite ceramic material)制成的底座和壁，该复合陶瓷材料包括嵌入陶瓷基体内的纤维增强织物；其特征在于，复合陶瓷材料是一种叠层材料，该叠层材料包括多层贯穿铸勺的底座和壁的纤维增强织物(woven fibre reinforcing fabric)，而且一种用于把铸勺安装到操纵设备上的刚性支承件被嵌入复合陶瓷材料内。
复合陶瓷材料与铸铁相比非常轻，因此，由这种材料制成的铸勺比传统铁铸勺更易于操作。这就允许使用功率较小的操纵设备和/或输送更大量的液态金属。它们还具有相当低的导热性，因此液态金属的热损失没有铁铸勺那么迅速。这就可以降低铸造炉的温度，从而大大节省能量成本。我们还发现其能显著减少模铸制品的破裂，因而降低了废品率。
陶瓷复合材料的另一优点是其不会被液态金属润湿。因此，易于自铸勺浇注金属，使铸勺保持清洁。同时，由于其具有比铸铁更低的导热性，故金属不会在铸勺内迅速固化。因此，不需要在铸造工序之间清洗铸勺。此外，涂覆在铸勺上的脱模剂比铁铸勺持续更长的时间，从而进一步降低了维护要求和生产成本。
复合陶瓷材料是一种叠层材料，该叠层材料包括多层贯穿铸勺底座和壁的纤维增强织物。因此，铸勺相当坚固耐用，可以完全自立，从而避免了需要金属内壳。复合陶瓷材料优选包括二至二十五层之间、优选为四至二十层之间的增强织物。通常，铸勺包括大约十层增强织物。增强织物优选由玻璃织物制成。
铸勺包括一种支承件，该支承件使铸勺容易地装到一种操纵设备上，例如机械或机器人臂或者一个或多个手动提升螺杆。
基体材料可由多种陶瓷材料组成，包括石英玻璃、氧化铝、富铝红柱石、碳化硅、氮化硅、氮氧化铝硅(silicon aluminium oxy-nitride)、锆石、氧化镁、氧化锆、石墨、硅酸钙、氮化硼(固体BN)、氮化铝(AIN)和二硼化钛(TiB2)、或者这些材料的混合物。优选的是基体材料是钙基的，更优选的是基体材料包括硅酸钙(硅灰石(wollastonite))和硅石。有利的是基体材料由大约60％重量的硅灰石和大约40％重量的固态氧化硅胶体(solid colloidal silica)组成。该复合材料优选是美国专利No.5,880,046中描述的一种可模铸耐火合成物，在此引入该专利的全部内容以供参考。
有利的是铸勺包括不粘表面涂层。优选的是该涂层包括氮化硼。
铸勺可具有5mm至25mm之间、优选为大约12mm的壁厚。铸勺可具有0.5kg至50kg之间、优选为1kg至20kg之间的液态铝容量。通常，铸勺具有大约5kg的容量。
支承件可包括刚性框架件和/或一个或多个用于把铸勺安装到操纵设备上的装配件。支承件优选位于相邻增强织物层之间且可例如由钢制成。支承件可包括弹性体覆盖层例如橡胶，以吸收框架与陶瓷材料之间的热差胀(differential thermal expansion)。该涂层可以是全部的或者局部的，且具有0mm-3.0mm、通常大约1.5mm的厚度。支承件可围绕铸勺的周边延伸，或者其仅仅是局部的；例如，其可嵌入铸勺的侧壁内。
附图说明
现参照附图通过示例描述本发明的某些实施例，其中：
图1是依照本发明的第一铸勺立体图；
图2是该第一铸勺的平面图；
图3是该第一铸勺的侧视立面图；
图4是该第一铸勺的前视立面图；
图5是沿图2线V-V的该第一铸勺侧视剖面图；
图6是该第一铸勺的立体图，用虚线表示嵌入该铸勺内的一种支承框架；
图7是依照本发明的第二铸勺立体图；
图8是该第二铸勺的平面图；
图9是沿图8线IX-IX的该第二铸勺剖面图；
图10是该第二铸勺的侧视立面图；
图11是该第二铸勺的前视立面图；
图12是沿图8线XII-XII的该第二铸勺侧视剖面图；以及
图13和14是可供选择的铸勺支承框架立体图。
具体实施方式
图1所示铸勺包括一种顶部开口容器2，该容器2具有底座3、两侧壁4、倾斜前壁6、倾斜后壁8以及浇注口10。入口12设在后壁8上，在该入口12的下方设有一种向外延伸的刮片14。装配架16设在铸勺的每侧上，每个装配架都具有两个用于接收装配螺栓(未示出)的圆筒形孔18。装配架16用于把铸勺安装到一种操纵设备上，例如机器人臂或者一个或多个手动提升螺杆(未示出)。
图1所示铸勺具有大约2升的容量，且可装载大约5kg液态铝。该铸勺的壁厚通常约为12mm，其范围从浇注口10附近的大约8mm到入口12上方的大约20mm。
该铸勺由一种叠层复合陶瓷材料制成，这种材料包括嵌入陶瓷基体内的大量纤维增强织物层。该纤维增强织物贯穿铸勺的底座和壁，且优选由玻璃织物制成。有多种材料可用作陶瓷基体，包括石英玻璃、氧化铝、富铝红柱石、碳化硅、氮化硅、氮氧化铝硅、锆石、氧化镁、氧化锆、石墨、硅酸钙、氮化硼、氮化铝和二硼化钛，或者这些材料的混合物。优选的是，陶瓷基体包括硅酸钙(硅灰石)和硅石，且由如美国专利No.5880046中描述的一种可模铸耐火合成物组成。铸勺通常具有二至二十五层之间的增强织物，典型地具有大约十层。
优选的是铸勺具有至少涂覆在其内表面上的不粘涂层，例如氮化硼。
铸勺包括一种把该铸勺安装到操纵设备上的刚性钢支承框架20。该支承框架如图6中的虚线所示。支承框架20嵌入相邻增强织物层之间的复合陶瓷材料内，且包括两个安装件，其由位于装配架16内的支承板22和沿着两侧壁4且穿过后壁8延伸基本为矩形的框架构件24组成。钢框架20优选具有弹性体材料的涂层，以吸收该框架与陶瓷基体之间的任何热差胀。该弹性体材料可以是例如厚度为0mm-3.0mm、通常大约1.5mm的橡胶涂层。
支承框架的两种可供选择形式表示在图13和14中。在图13所示第一种可供选择形式中，支承框架20包括位于装配架16内的两个支承板22和沿着两侧壁4且穿过后壁8延伸基本为矩形的框架构件24。该框架还包括一种嵌入浇注口10下方的弧形连接件26和两对位于支承板22内用于装配螺栓(未示出)的孔28。框架20具有一种厚度为0mm-3.0mm的橡胶涂层，以吸收该框架与陶瓷基体之间的任何热差胀。可以选择，该框架的一个表面(优选内表面)省掉此橡胶涂层，以使陶瓷基体与该框架的那个表面直接接触，减少该框架与铸勺之间的移动。于是，通过设在框架剩余表面上的涂层来吸收任何热差胀。
图14所示支承框架的第二种可供选择形式由一对半框架30组成，该对半框架30在铸勺两侧上嵌入陶瓷基体内。每个半框架30都包括支承板32和沿着铸勺侧壁4延伸的框架件34。每个支承板32都装有用于接收装配螺栓的两个圆筒形螺纹套管36。框架30具有厚度为0mm-3.0mm的局部或全部橡胶涂层，以吸收该框架与陶瓷基体之间的热差胀。
现在将描述一种制造该铸勺的方法。首先，通过把例如美国专利No.5,880,046中描述的那种材料的组分混合到一起来制造陶瓷基体材料。该组成材料可以包括例如大约60％重量的硅灰石和大约40％重量的固态氧化硅胶体。将这些材料混合到一起以形成一种浆液。
接着，在一种阳模上这样构成具有若干层的铸勺，即通过把预切割的E级玻璃织布铺设在模型上并添加浆液，使该浆液渗入织物内，以确保该织物充分润湿。重复此操作以构成连续的织物层和基体材料层，直至达到预期厚度。每层通常具有大约1mm的厚度，而图1所示铸勺通常具有大约十层的玻璃增强织物。在成层过程中，把钢加强框架放置在模型上，这样该框架就嵌入相邻增强织物层之间的复合材料内。
一旦制品已经达到预期厚度，便脱模，再机加为未淬火(未焙烧)形态，以成形主体的外表面。然后，把该铸勺放入炉内进行干燥。干燥后，对制品进行最终精整和铸件清理，并涂覆一种不粘涂层例如氮化硼。
图7-12所示第二形式铸勺在大多数方面都类似于第一铸勺，且采用类似工序制成。主要区别在于，其具有两个浇注口10a，10b，可使其同时将液态金属注入两个单独的铸造机内或者同一铸造机的两个部分内。
应当知道，铸勺可采取其它形式，本发明并不限于图中表示的特定形式。
在使用时，通过穿过装配架16上的孔18插入装配螺栓，把铸勺安装到操纵设备例如机器人臂上。然后，利用该铸勺把液态铝从保温炉输送至铸模。首先，铸勺向后倾斜，利用刮片14刮除液态金属表面上的任何残渣。然后，把该铸勺浸入金属内，这样经入口12注入金属。接着，竖直铸勺，并升高脱离金属，任何多余的金属将经由入口12回流到保温炉内。最后，输送铸勺至铸模，并经由浇注口10把金属注入该铸模内。

Claims (17)

1.一种铸勺，具有一主体，所述主体具有由复合陶瓷材料制成的底座和壁，所述复合陶瓷材料包括嵌入陶瓷基体内的纤维增强织物；其特征在于，所述复合陶瓷材料是一种叠层材料，所述叠层材料包括多层贯穿所述铸勺的所述底座和所述壁的所述纤维增强织物，而且一种用于把所述铸勺安装到操纵设备上的刚性支承件被嵌入所述复合陶瓷材料内。
2.根据权利要求1所述的铸勺，其特征在于，所述复合陶瓷材料包括二至二十五层之间、优选四至二十层之间、更优选为大约十层的所述增强织物。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的铸勺，其特征在于，所述增强织物由玻璃织物制成。
4.根据权利要求1所述的铸勺，其特征在于，所述基体材料自以下类中选出，所述类包括石英玻璃、氧化铝、富铝红柱石、碳化硅、氮化硅、氮氧化铝硅、锆石、氧化镁、氧化锆、石墨、硅酸钙、氮化硼(固体BN)、氮化铝(AlN)和二硼化钛(TiB2)、以及这些材料的混合物。
5.根据权利要求1所述的铸勺，其特征在于，所述基体材料是钙基的。
6.根据权利要求1所述的铸勺，其特征在于，所述基体材料包括硅酸钙和硅石。
7.根据权利要求1所述的铸勺，其特征在于，所述基体材料包括硅灰石和氧化硅胶体。
8.根据前述任一权利要求所述的铸勺，其特征在于，所述铸勺包括不粘表面涂层。
9.根据权利要求8所述的铸勺，其特征在于，所述涂层包括氮化硼。
10.根据前述任一权利要求所述的铸勺，其特征在于，所述铸勺具有5mm至25mm之间、优选为大约12mm的壁厚。
11.根据前述任一权利要求所述的铸勺，其特征在于，所述铸勺具有0.5kg至50kg之间、优选为1kg至20kg之间的液态铝容量。
12.根据前述任一权利要求所述的铸勺，其特征在于，所述支承件包括刚性框架件。
13.根据前述任一权利要求所述的铸勺，其特征在于，所述支承件包括一个或多个用于把所述铸勺安装到操纵设备上的装配件。
14.根据前述任一权利要求所述的铸勺，其特征在于，所述支承件位于相邻的所述增强织物层之间。
15.根据前述任一权利要求所述的铸勺，其特征在于，所述支承件由钢制成。
16.根据前述任一权利要求所述的铸勺，其特征在于，所述支承件包括弹性体覆盖层。
17.根据前述任一权利要求所述的铸勺，其特征在于，所述支承件围绕所述铸勺的周边延伸。
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