TW201306964A - 用於連續鑄造式熔融金屬模具之熱管理系統 - Google Patents

Abstract

一種用於連續鑄造式模具之熱管理系統，其用以控制及管理在直接冷卻區域上方之該模具的熱特性，更特別地控制與該鑄件之其他部份比較之在該鑄件之角部份中的熱特性。

Description

用於連續鑄造式熔融金屬模具之熱管理系統 技術領域

本發明係有關於用於連續鑄造式熔融金屬模具之熱管理系統，包括一用於例如較大鑄件之熱分布或熱管理系統。

發明背景

金屬鑄塊，鋼胚及其他鑄件可藉由使用位在一大鑄坑上方且在該金屬鑄造設備之地面高度下方之一垂直定向模具的一鑄造程序來形成，但是本發明亦可使用在水平模具中。該垂直鑄造模具之下方組件是一起熔塊。當該鑄造程序開始時，該等起熔塊係在它們的最上方位置且在該等模具中。當熔融金屬被倒入該模具孔或模穴中且被冷卻(通常是藉由水)時，該起熔塊藉由一液壓缸或其他裝置以一預定速度緩慢地降低。當該起熔塊降低時，固化之金屬或鋁由該模具之底部浮現且形成在此亦可被稱為鑄件之各種幾何形狀的鑄塊、圓鋼或鋼胚。

雖然本發明通常應用於鑄造金屬，包括但不限於，鋁、黃銅、鉛、鋅、鎂、銅、鋼等，但是提出之例子及揭露之較佳實施例會有關於鋁，且因此即使本發明更通常應用於多數金屬，亦會為了一致性而全部使用該用語鋁或熔融金屬。

雖然有多種方式可實現及構成一垂直鑄造配置，但是第1圖顯示一例子。在第1圖中，鋁之垂直鑄造通常發生在 該工廠地板之高度下方且在一鑄坑中。該鑄坑底面101a正下方的是一沈箱103，且用於該液壓缸之液壓缸筒102放在該沈箱103中。

如第1圖所示，顯示在一鑄坑101及一沈箱103內的一典型垂直鋁鑄造裝置之下部的多數組件是一液壓缸筒102、一柱塞106、一安裝底座殼體105、一壓板107及一底塊108(亦被稱為一起熔頭及起熔塊基底)，全部顯示在該鑄造設備地面104下方之高度。

該安裝底座殼體105係安裝在該鑄坑101之底面101a上，且在該安裝底座殼體105下方的是該沈箱103。該沈箱103係由其側壁103b及其底面103a界定。

一典型模具檯總成110亦顯示在第1圖中，且藉由液壓缸111推動模具檯傾斜臂110a使得它圍繞點112樞轉且因此使該主鑄造框架總成上升及旋轉，如第1圖所示，該模具檯總成110可如圖所示地傾斜。亦有多數容許該等模具檯總成移動至或遠離在該鑄坑上方之鑄造位置的模具檯托架。

第1圖更顯示該壓板107及起熔塊基底108部份地下降至該鑄坑101中且鑄件113(可為一鑄塊或一鋼胚)部份地形成。鑄件113係在可包括一起熔頭或底塊之該起熔塊基底108上，且該鑄件113經常(但非總是)安放在該起熔塊基底108上，這些在此項技術中均是習知的且因此不必更詳細地顯示或說明。雖然物件108使用該用語起熔塊，但是應注意的是在工業中亦使用該等用語底塊及起熔頭來稱呼物件108，且當鑄造一鑄塊時通常使用底塊並且當鑄造一鋼胚時 使用起熔頭。

雖然第1圖中之起熔塊基底108只顯示一個起熔塊108及底座，但是通常有數個安裝在各起熔塊基底上之各起熔塊及底座，且在該起熔塊在該鑄造程序中下降時該等起熔塊及底座同時鑄造鋼胚、特殊錐體或構形，或鑄塊。

當液壓流體以足夠壓力導入該液壓缸時，該柱塞106及因此該起熔塊基底108被升高至該鑄造程序之所需上升開始高度，這是在該等起熔塊在該模具檯總成110中時。

該起熔塊108之下降係藉由計量以一預定速度來自該缸之液壓流體達成，藉此使該柱塞106且因此該起熔塊以一預定及受控制速度下降。該模具在該程序時，通常使用水冷卻裝置，可控制地被冷卻以便協助該等浮現之鑄塊或鋼胚固化。雖然在此涉及使用一液壓缸，但是所屬技術領域中具有通常知識者應了解的是有可用來降低該壓板之多數其他機構及方式。

有多種適合模具檯之模具及鑄造技術，且沒有特別需要一種技術來實施本發明之各種實施例，因為它們對於所屬技術領域中具有通常知識者是習知的。

該典型模具檯之上側與該金屬分布系統可操作地連接，或相互作用。該典型模具檯亦與它收納之模具可操作地連接。

當使用一連續鑄造式垂直模具鑄造金屬時，該熔融金屬在該模具中冷卻且在該起熔塊基底下降時由該模具之下端連續地浮現。該浮現之鋼胚、鑄塊或其他構形係欲被充 分地固化使得它保持其所需輪廓、錐體或其他構形。在某些鑄造技術中，在該浮現之固化金屬與該可穿透環壁之間可有一空氣間隙，而在其他鑄造技術中可以是直接接觸。在此下面，亦有在該浮現之固化金屬與該模具及相關設備之下部之間的一模具空氣穴。

一旦完成鑄造後，由該底塊取出在這例子中之該等鑄件、鋼胚。

在連續熔融金屬鑄造中之多數主要關心事項及目的中之一者係實現最高鑄件品質且增加該外表面之平滑度當然是所需品質之一部份。例如鑄塊之大鑄件通常藉由使它們通過一輥軋機而被減小成可使用原料，且在該輥軋機中該鑄件透過多數軋台被輥軋直到該鑄件被減小至所需厚度(可為例如用於鋁罐之厚度)。一大鑄件通常將通過多數輥軋操作以便得到一金屬，且由該金屬可製造例如罐子或其他原料之鋁部件。如果該鑄塊之外表面開始時便具有不必要之波紋、粗糙、破裂表面及/或其他缺陷，則該經輥軋鋁之這些部份通常會被移除，產生相當多之廢料或殘渣。亦已發現的是不良鑄塊表面會大幅增加在鋁合金中之破裂率，特別是在航太工業中使用之鋁合金，且通常是2XXX及7XXX型合金。長期以來工業上已了解一較高品質鑄件，例如具有一較平滑外表面者，透過例如一輥軋機處理時，該鑄件具有較少裂縫及其他殘渣。

在輥軋時產生過多廢料通常必須將該廢料放在一爐中，熔回到熔融金屬且接著通過另一鑄造程序。如所屬技 術領域中具有通常知識者可了解地，產生過多廢料增加整個工業之成本及能量消耗。估計因為在該輥軋程序時由於在該鑄件中之各種缺陷而產生之過多廢料損失了數億美元或數億美元以上。

工業已正在尋求解決方法且在此技術中之長期存在技術中的一技術是聚焦在將模具壁冷卻減至最小以改善表面品質。對某些金屬而言這一直無法有效地達成。如下所述且參閱第2圖，在熔融金屬之連續鑄造中，該熔融金屬被導入一模穴之頂部中直到該模穴之寬度被填滿為止。

該模穴包括一架構段，其中對大鑄件而言，潤滑劑分散在該模具壁上以便在該熔融金屬與該模穴之內壁之間提供潤滑。在該模具架構之這經潤滑部份下方的是冷卻區域或段，其中通常有多數水或冷媒孔環繞該模穴之內壁之內圓周。該冷媒可流束狀、片狀地，以噴灑或以在此技術中通常習知之其他方式施加在浮現在該模具架構之底部的鑄件上，因此藉由冷卻使該鑄件固化。

環繞冷媒或水施加在該熔融金屬上之領域或區域可被稱為冷卻區域，且該冷卻區域可包括工業上所稱之一初始模具冷卻區域，一緩慢冷卻區域及一前進冷卻距離區域。在該初始模具冷卻區域中，該熔融金屬之某些固化開始發生，且這是在該水冷媒施加在該經固化金屬上方的一位置處。

如第13圖中所示及稍後所述，固化通常在有時被稱為IMCZ之該初始模具冷卻區域中發生。這是因為該內模具壁 表面之溫度由於該孔之冷卻及該潤滑流體而較冷，且因此促成及產生該初始模具冷卻區域。如第13圖所示，來自一水冷媒之冷卻將金屬凍結至該等冷媒孔上方之某距離。這被稱為前進冷卻距離。

當金屬在該初始模具冷卻區域中冷卻且開始固化時，它收縮遠離該模具壁之內表面。該緩慢冷卻區域在這點開始。當該金屬已由該模具壁拉出時，它不再被冷卻且開始再熔回到該模具壁，且它在該模具壁再凍結。這產生一具有不同冶金性質之不規則鑄件或鑄塊表面。

申請人不知道其他人透過對在該初始模具冷卻區域與該緩慢冷卻區域之間之模穴壁上之溫度差的熱管理使鑄件品質及該鑄件之外表面之平滑度最佳化的任何明顯或成功之先前努力。此外，在此技術中之主要教示已朝向試圖將模具壁冷卻減至最小而不是使它最佳化。

因此本發明之某些實施例之一目的是改善模具架構之熱管理，且更特別的是要熱管理在該初始模具冷卻區域與在且環繞該緩慢冷卻區域之下部之領域之間的模穴壁溫度差以改善表面品質以便特別在航太型2XXX及7XXX合金中減少破裂。

亦已發現的是改善在角段或區域中之該鑄造模具之熱管理提供一具有改善鑄件品質之機會的領域。一缺陷之材料領域是角領域，如第5與6圖中顯示之例子中更完整所示者。該等習知裝置具有環繞該模穴壁之周邊的大致均勻分 布潤滑劑。

申請人已發現一種更佳地熱管理完全環繞該鑄件且特別在該等角部份中之該模穴及該浮現鑄件的方式。本發明之某些實施例係有關於藉由環繞該周邊產生一更有效溫度模式或區域，例如藉由使環繞整個周邊，特別在其角區域中使溫度特性更均一來熱管理整個該模穴之整個內周邊。

在該等習知模穴中，環繞該模穴壁之潤滑劑分布通常是均勻的且不改變環繞該模穴壁之周邊之熱模式或溫度模式或溫度差。例如在角領域中，由於依據增加每一模具壁表面積之模具金屬質量而增高之熱傳特性，在該等角中之模具質量可吸收更多熱。這會導致在該等鑄件之角區域中之溫度下降或熱傳模式減少而造成表面中斷及破裂，因此妨礙製造一可使用鑄件。

因此本發明之某些實施例之一目的是提供一改良熱管理系統，其提供一環繞該模穴壁之周邊之更均勻溫度模式及溫度分布。本發明之某些實施例之一目的亦是藉由減少及/或更佳地熱管理環繞該模穴之整個內周邊之溫度及溫度模式來提供一環繞該模穴壁之周邊的改良熱管理系統。

此外，在本發明之某些實施例中，在該模穴壁以外之多數位置的其他裝置可作為這熱管理系統之一部份使用以改善鑄件品質及減少裂縫。因此本發明之某些實施例之另一目的是在該前進冷卻距離區域上方提供多數客製化之熱管理區域以便環繞該模穴壁之周邊提供一更符合所需之溫度分布及較小溫度差。

本發明之某些實施例之一目的亦是提供環繞該模穴壁之周邊的改良熱管理。在本發明之某些實施例中，這目的可更特別地是減少環繞該模穴壁之周邊，且特別是在環繞該周邊之角區域與其他區域之間的溫度差或溫度差量。

本發明之某些實施例之一目的亦是提供由該前進冷卻距離區域通過該初始模具冷卻區域之改良熱管理。在某些實施例中這目的可更特別地是減少由該冷媒出口至該初始模具冷卻區域上方之溫度差或溫度差量。

本發明之其他目的、特徵及優點將由形成其一部份之說明書、申請專利範圍及添附圖式。在實現本發明之目的時，應了解的是其實質特徵可依需要接受設計及結構配置上之改變，且只有一實用及較佳實施例顯示在添附圖式中。

圖式簡單說明

以下參照以下添附圖式說明本發明之多數較佳實施例。

第1圖是一習知垂直鑄坑、沈箱及金屬鑄造裝置的垂直切面圖；第2圖是本發明之實施例可使用之一模具架構之一例的立體圖；第3圖是示意地顯示透過該模具固化之熔融金屬之一示範架構構形的立面橫截面圖；第4圖是一其中潤滑可透過一模具側壁導入該模穴之一模具架構之一上部之一部份區段的立體圖；第5圖是一典型鑄件之立體正視圖且示意地顯示與沒 有相同波狀或波紋角之一上部比較，具有波狀或波紋角之一下區域；第6圖是一來自第5圖之6的放大圖且較佳地顯示該等波狀或波紋角；第7圖是一模具潤滑蓋系統之俯視圖，部份示意地顯示在該模具架構中之潤滑蓋及潤滑孔，且多數大致均勻分布之潤滑孔環繞該模穴之周邊；第8圖是示意地顯示一熱管理系統之一例的俯視圖，且該熱管理系統可用於實施本發明之某些實施例之多數經識別熱管理區域；第9圖是示意地顯示一熱管理系統之另一例的俯視圖，且該熱管理系統具有可用於實施本發明之某些實施例之多數熱管理區域及多數示範流速；第10圖是示意地顯示一熱管理系統之另一例的俯視圖，且該熱管理系統具有可用於實施本發明之某些實施例之多數熱管理區域；第11圖是示意地顯示一熱管理系統之另一例的俯視圖，且該熱管理系統具有可用於實施本發明之某些實施例之多數熱管理區域；第12圖是當熔融金屬固化通過該模穴時一模具架構之一下部之一例的垂直切面放大圖，顯示熔融金屬固化之各種區域或階段；第13圖是一模具架構之內表面之上部與下部之一例的垂直切面圖，顯示在該初始模具冷卻區域與該緩慢冷卻區 域之間的熱管理系統溫度差；第14圖是一模具架構之一部份區段或角之立體圖，顯示由本發明所設想之一熱管理系統之一可能實施例的一例；第15圖是來自第14圖之15的放大圖；第16圖是該模具架構之一部份區段或角之俯視圖，顯示由本發明所設想之一熱管理系統之另一實施例，其中一熱性不相似之材料被用於該模具架構之一區段；第17圖是該模具架構之一部份區段或角之俯視圖，顯示由本發明所設想之一熱管理系統之另一實施例，其中一獨特或不同潤滑孔分布(或尺寸)，或一具有不同熱性質之不相似油被用來熱管理一模具架構之一角；第18圖是該模具架構之一部份區段之俯視圖，顯示由本發明所設想之一熱管理系統之另一實施例，其中多數水冷媒導管係在該模具架構內重新組配以便藉由改變該模具架構之角部份之熱傳特性來改變該溫度；及第19圖是該模具架構之一部份區段之俯視圖，顯示由本發明所設想之一熱管理系統之一實施例的一例，其中增加熱被用來熱管理該模具架構之一角部份。

較佳實施例之詳細說明

在本發明中使用之許多固結、連接、製造及其他裝置及組件係在所述本發明之領域中廣為人知及使用，且它們的真正本質或型式對於由所屬技術領域或科學中具有通常 知識者了解及使用本發明而言不是必要的；因此，它們將不會非常詳細地說明。此外，在此為本發明之任何特定應用所示或所述的各種組件可以如由本發明所預期地變化或改變且任何元件之一特定應用或實施例的實施可已在此項技術中或被所屬技術領域或科學中具有通常知識者廣泛地知道或使用；因此，各組件及實施將不會非常詳細地說明。

在此在申請專利範圍中所使用之用語“一”及“該”係符合長時間存在之申請專利範圍撰寫實務地而不是以一限制方式使用。除非特別在此指明，該等用語“一”及“該”不限於這些元件中之一個元件，而是表示“至少一個”。

應了解的是本發明可與各種金屬澆鑄技術及構形一起使用。更應了解的是本發明可使用在水平或垂直鑄造裝置上。

因此可在本發明之實施例中使用之一模具或模具架構必須不論該特殊來源型態為何均可收納來自一熔融金屬源之熔融金屬。因此在該模具中之模穴必須被定向在相對該熔融金屬源之流體或熔融金屬收納位置。

所屬技術領域中具有通常知識者亦應了解的是這熱管理系統之實施例可以且將與現有系統組合及/或改裝在現有操作鑄造系統上，這些全部在本發明之範疇內。

為了達成在本發明之某些實施例中之熱管理目標，可在該角部份中使用一不同或不相似潤滑劑或油以達成本發明之某些目的。

如由本發明所預想地使用多數熱管理區域可，相較於 一典型模具架構，在該初始模具冷卻區域與該緩慢冷卻區域及該等區域上方提供增加或減少之模具壁溫度及/或熱傳特性。這可以是透過改變潤滑孔及供應之位置，改變在各個模穴壁區域中之潤滑孔之數目，改變在特定領域中之潤滑劑熱傳值，藉由特殊區域(例如散熱器)之增加熱或吸熱特性改變該模穴壁之熱傳特性，提供一與環繞該模穴壁周邊之其他部份不相似之模穴壁材料等等來達成。

在許多可能例子中之一例子中，會需要在一或多個角區域中提供增高之鑄塊或鑄件溫度。例如，這可藉由在該角中減少或移除潤滑劑供應孔以減少遠離該角區域之熱傳送來達成。這會產生比將另外在該角區域中所預期者高之溫度及減少在該角區域與該鑄件或鑄塊周邊之一較中央或中間部份之間的溫度差。在本發明之另一實施例中，該模穴壁之角區域可由一不相似材料提供以改變在該角部份之熱傳特性及溫度。這亦會產生一比將另外在目標角區域中所預期者高之溫度，減少在減少在該角區域與該鑄件或鑄塊之一較中央或中間部份之間的溫度差，且提供環繞該模具之改良熱管理。

在另一實施例中，一補充熱源可設置在一目標區域上，例如在一或多個角區域，或者替代地或組合地，可在或靠近該目標角或其他區域減少該冷媒之接近度，因此減少遠離該內模穴表面之熱傳送及實現一更為所需之溫度分布。

第1圖是以上在發明背景段中說明，其在此將不重覆。

第2圖是本發明之實施例可一起使用之多數模具架構中之一模具架構。第2圖顯示模具130，油保持或潤滑蓋124，在該潤滑蓋中之多數固結件125，模穴126，模具架構外側壁127及具有潤滑劑128沿該模穴壁向下滴落之潤滑劑128之多數示意顯示的潤滑孔129。項目132顯示亦可被稱為模具架構之模穴壁123的高度。該潤滑劑係沿該模穴壁123向下滴落且在模穴壁123之底部或下部131係大略靠近該水冷媒被噴灑在該熔融金屬(如稍後在以下圖中所示及所述)。

所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是在不需要特定人實施本發明之情形下，有可與本發明一起使用之多數不同模具架構構形中之一模具架構構形。亦應了解的是該等潤滑孔129及潤滑劑128係用以說明及定位，而不是一定代表真正潤滑流動模式或間隔。

第3圖是該示範模具架構構形之立面橫截面圖，其示意地顯示熔融金屬透過該模具固化。第3圖顯示模具架構141，水冷媒孔135，以箭號138所示之方向相對模具架構141移動之熔融金屬133。在該區域137中之熔融金屬133大致仍較熔融而由於該水冷媒136冷卻該熔融金屬，所以在區域139中之金屬係或變成大致較固化。在兩區域之間的線139是相對在該冷卻金屬區域134中直接冷卻後較固化金屬的熔融金屬139之一非常簡單之示意圖；而一固化模式可在一給定模具中產生之一種方式的更詳細圖示係在以下相對第13圖顯示及說明。

第4圖是一模具架構之一上部140之一部份區段之立體 圖，其中潤滑劑145、146可透過一模具側壁141b導入該模穴。第4圖顯示在將產生鑄塊形狀之鑄件之一模具之一角段的該模具架構之一部份區段，顯示部份模具架構141，且該部份模具架構141具有用來收納多數固結件以附接該潤滑蓋(在其他圖中顯示)之多數固結孔144，部份模具架構141之角部份141a，多數潤滑孔143及沿該部份模具架構141之模穴壁141b向下滴落之潤滑劑145、146。第4圖所示之部份模具架構部份140可通常與在該冷卻區域(未顯示在第4圖中)中及環繞該冷卻區域之架構及模具側壁之下部為一體或單體。為了達到顯示之目的，由於以下所述之熱管理系統之一形態是由該等較中央部份熱管理該模具之角部份，所以在該角部份141a中之潤滑劑係與在較中央壁部中之潤滑劑146分開表示。

第5圖是一典型鑄件150之立體正視圖，其顯示與沒有相同程度之波狀或波紋角之一上部153比較，具有多數波狀或波紋角155之一下區域152。該鑄件150係用以顯示與沒有該波紋之一所示平滑部部153比較，在具有下側波紋155之下區域152之間的差異；但是在一典型鑄塊鑄件中你通常更會看到在該鑄件150之整個長度上的一致波紋圖案。這在例如鋁系列2XXX及7XXX之航太型合金中特別為真。

第6圖是來自第5圖之6的放大圖且更顯示或表示鑄件150之波狀或波紋角155。如上所述，該等波紋或較不平滑角是比較不需要的且由於在航太型合金中形成“J”裂縫而造成更多廢料。

第7圖是一模具架構160之簡化俯視圖，且該模具架構160具有潤滑蓋158，環繞該模穴161之周邊大致均勻分布的多數潤滑孔或孔洞162。多數角潤滑孔163亦顯示為環繞該模穴之周邊之該等潤滑孔162與163之比較均勻分布的部份。多數潤滑蓋孔159(螺栓或固結件孔)亦顯示在第7圖中且大致用以固鎖潤滑蓋158以將它附接在該模具架構160上。

第8圖是俯視圖，示意地顯示由本發明所預想之一熱管理系統之一實施例如何可表示環繞一模具架構170之熱管理區域180、181、182、183、184、185、186、187、188與189，作為在該直接冷卻區域上方熱管理該模具程序之一部份。該等熱管理區域180、181、182、183、184、185、186、187、188與189係環繞該模穴176，可用於實施本發明之某些實施例之區域的例子。第8圖更示意地顯示多數角部份171a。

第9圖是一俯視圖，示意地顯示環繞一模具架構200且界定一模穴201之一熱管理系統之另一例。第9圖顯示多數熱管理區域202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214、215、217、218、219、220、221、222、223、224、225、226、227、228、229與230。與該等熱管理區域相鄰地顯示的是對應於各區域用以使一鑄件之品質最佳化之可能示範熱管理領域。在第9圖所示之各種區域中之該等對應示範熱管理需要領域可透過例如變化潤滑劑流，在該等區域中潤滑孔之分布之一或多個在此述之熱管理工具，及以在實施本發明之 某些實施例中之其他方式達成。所屬技術領域中具有通常知識者應了解的是沒有特定數目之會在實施本發明之實施例中使用的熱管理區域。

第10圖是一俯視圖，示意地顯示在環繞一模穴252之一模具架構250內的一熱管理系統的一例。應了解的是在這示意形式之圖中不顯示代表孔之尺寸、數目等，而是顯示環繞一模穴252之潤滑孔分布。在此之其他圖更準確地顯示這些潤滑孔可相對於該等內模穴壁如何及在何處設置。

該熱管理系統顯示，在各種熱管理區域中，具有對應數目及分布之潤滑孔247、248、248、258的多數熱管理區域251a、251b、251c、251d與251e。由第10圖可看到某些熱管理區域依據它們環繞該模穴252之周邊的位置重覆。又，應了解的是這只是均可在本發明之不同實施例預想中之範疇內使用的多數不同可能構形中之一構形。

更詳而言之，第10圖顯示依據多數潤滑孔所設置之區域，不同位置及構形之潤滑孔。例如，熱管理區域251c包括多數潤滑孔249之一圖案及構形，熱管理區域251d包括多數潤滑孔248之一圖案及構形，且熱管理區域251b包括多數潤滑孔247之一圖案及構形。可觀察到的是三個角熱管理區域251e不包括潤滑孔，而該熱管理區域251a之角則包括一單一潤滑孔258。識別多數熱管理區域使在本發明之特定應用中可有這些特殊化應用及更準確之熱管理。

第11圖是一俯視圖，示意地顯示相對模具架構260及模具壁261之一熱管理系統，且包括多數熱管理區域261a、261b、261c、261d與261e。應了解的是在這示意形式之圖中不顯示代表孔之尺寸、數目等，而是顯示環繞一模穴262之潤滑孔分布。在此之其他圖更準確地顯示這些潤滑孔可相對於該等內模穴壁如何及在何處設置。

在第11圖中之本發明之這實施例的所示例子中，潤滑孔265對應於熱管理區域261e；潤滑孔263對應於熱管理區域261c；潤滑孔264對應於熱管理區域261d；潤滑孔266對應於熱管理區域261b；且潤滑孔270對應於熱管理區域261a。所屬技術領域中具有通常知識者應了解的是在第11中所示之潤滑孔之數目及位置以及熱管理區域只是本發明之一實施例之示範且本發明不限於此。

第12圖顯示可由於在該水冷媒出口中或環繞該水冷媒出口冷卻或降溫該熔融金屬而在一給定鑄件中產生一固化模式的一種方式，它是可看到如何固化之一例之另一示意圖。第12圖顯示模具架構301，冷媒孔329，冷媒302，初始模具冷卻區域320(有時被稱為“IMCZ”)，緩慢冷卻區域321，前進冷卻距離區域322，及其中呈現固化及熔融元件/相之一混合物的半固體或糊狀區域323。領域或區域324係已冷卻之固化金屬。在該模穴壁325a與在該初始模具冷卻區域320之頂部之間的界面，它顯示該熔融金屬會如何收縮。該初始收縮係顯示在固化區域324a中一空氣間隙304係顯示在該固化金屬324a與該模穴壁325a之間且在靠近該初 始模具冷卻區域320之該緩慢冷卻區域之上部。當該固化程序繼續時，在該緩慢冷卻區域321中有另外之收縮。該大氣區域327係顯示在該初始模具冷卻區域上方。

在鑄造程序中任何模具架構之上部將通常是在一特定穩定狀態溫度。在本發明之某些實施例中且為了增加鑄件平滑度或品質，會需要消除在模具架構壁325之上部與模具架構壁325c之一下部之間的任何鑄件或鑄塊溫度差，且該模具架構壁325c之一下部正好在水冷媒施加在該固化熔融金屬上之前進冷卻距離區域。藉由消除或大幅減少溫度差將影響該熔融金屬之收縮特性，防止導致裂縫之角冷皺摺或起伏。

第13圖是一模具架構330之內表面之上部與下部之一簡化例的垂直切面圖，且示意地顯示由該初始模具冷卻區域331至該前進冷卻距離區域332之一溫度差量或差309。這顯示在該前進冷卻距離區域上方透過控制(消除或減少)該溫度差來熱管理一模具架構。這溫度管理及控制將影響該熔融金屬之收縮特性，防止導致裂縫之角冷皺摺或起伏。

第14圖是置於模具架構351上之一熱管理系統350之一部份區段或角的立體圖，顯示由本發明所預想之一熱管理系統之一可能實施例的一例。第14圖顯示置於該角部份中之潤滑孔352、353與354，模具架構351之一角部份351a及多數長溝槽355以實現所需熱管理。該等溝槽係更詳細地顯示在第15圖中。

當將焦點放在該直接冷卻區域上方或在該前進冷卻距 離區域上方之該模具架構之角的熱控制或管理時，可更佳地控制及改善鑄件特徵及品質。例如，長溝槽355將改變在該固化熔融金屬與該模穴之內壁之間的表面界面，因此影響在固化之早期階段(在該初始模具冷卻區域中或環繞初始模具冷卻區域)中之該熔融金屬的收縮特性。如第14與15圖所示地使用長溝槽355將亦容許相對比較位於該模穴周邊之中央的區域及部份進一步熱控制在該等角中之內模穴壁的熱傳送及溫度特性。在實施本發明之一給定實施例時，該等長溝槽355可與例如在非限制之情形下，在第16、17、18與19圖所示之其他熱管理技術組合使用。

第15圖是來自第14圖之放大圖。第15圖顯示模具架構351及模具架構351之角部份351a，多數潤滑孔354。第15圖顯示可被機械加工或產生該模穴壁中以改變該角部份351a之熱特性及熱傳特性的一連串溝槽357。該等溝槽357可用來影響環繞在該模穴之內壁周邊四週之區域的熱傳及/或溫度模式及差，且以其他方式使用以便達成在該前進冷卻距離區域上方之較佳熱管理。所屬技術領域中具有通常知識者應了解的是第15圖所示之溝槽357是用以說明的且可在本發明之預想內使用多數不同溝槽圖案及構形中之任一溝槽圖案及構形。

第16圖是模具架構370之一部份區段或角之俯視圖，顯示由本發明所預想之一熱管理系統之另一實施例，其中使用一熱不相似材料作為該模具架構之一區段。所示之模穴側壁371具有一不相似角部份372，且該不相似角部份372具 有例如一陶瓷，耐火或其他物質之一不相似材料，該不相似材料可被用來作為該角段及作為該模穴壁之一部份以提供一熱管理系統以便在該角部份中維持一所需溫度(可以為高於如果環繞該模穴之整個周邊使用相同物質將會另外經歷之溫度)。使用一不相似材料以改善熱控制可更特別地用於決定在該角中之模穴溫度，例如藉由控制它以使它係與該等模穴內壁之周邊之較中央部份相同的溫度。

所屬技術領域中具有通常知識者應了解的是可使用多數不同種類之不相似材料中之任一不相似材料以便在該模穴側壁371之角部份中達到一較高溫度，且實施本發明不需要一特別之不相似材料。其一例子可為將一絕緣耐火布添加在該等角部份或區段中之模孔以便熱影響該等熱傳特性。

第17圖是模具架構380之一部份區段或角之俯視圖，顯示由本發明所預想之一熱管理系統之另一實施例，其中使用一熱不相似材料作為該模具架構之一區段。在第17圖中，使用一獨特潤滑孔分布來熱管理一模具架構381之一角。所示之角部份382具有多數潤滑孔383而在相對該角部份382之一中間或相鄰部份使用更多潤滑孔384。類似地，所示之多數潤滑孔385鄰近角部份382之另一側以提供所需之熱管理效果及溫度分布。

第17圖更顯示本發明之另一例子，其中一第一潤滑劑源378係組配成及可操作地連接於在該角部份中之潤滑孔383且一第二潤滑劑源379係組配成及可操作地連接於該等 潤滑孔384。在這例子中，該第一潤滑劑源將具有一第一種潤滑劑，且組配來提供它至該等潤滑孔383，並且該第二潤滑劑源379將具有一第二種潤滑劑，且組配來提供該第二種潤滑劑至該等潤滑孔384。在這實施例中使用不同潤滑劑將被選擇以便在該潤滑劑相對該(等)其他部份提供至該角部份時產生不同熱傳特性。在一實施例之另一例子中，該第一潤滑劑源可提供至潤滑孔383比該第二潤滑劑源379將提供至潤滑孔384更高之潤滑劑流，因此在該角部中產生不同熱傳特性。該等潤滑劑源可以是此技術中習知多數潤滑劑源中之任一種，包括與潤滑劑泵耦合之貯槽或其他者，且實施本發明不需要一特別之潤滑劑源。

如在此另外所述地，在某些實施例中較佳的是在該模具架構之角部份中不使用潤滑孔，這些全部在本發明之不同實施例的預想內。

第18圖是模具架構400之一部份區段之俯視圖，顯示由本發明所預想之一熱管理系統之另一實施例。在第18圖所示之實施例中，水冷媒管405係以一應用所需方式分布或重新組配在該模具架構401內以便較佳地熱管理角區域溫度或熱傳模式或特性。第18圖顯示模具架構400之角部份420，示意地表示對應於該模具架構之角部份之多數潤滑孔403。

第18圖顯示如何，在一更典型模具架構400中，該等水管405係組配成且進一步延伸至該角部份420中，如虛線404所示。為了更佳地熱管理該角部份420(例如產生一比將另 外經歷者更高之內模穴壁溫度)，該等水冷媒管可重新設置或更遠離該角部份420終止，因此藉由在一經識別之角區域中改變該熱傳特性來在該模具架構之角部份420中產生一較高溫度。

第19圖是本發明之實施例所預想之一熱管理系統之另一實施例之一部份區段的俯視圖。第19圖顯示置於該角部份420上之一熱管理系統，且該熱管理系統使用增加施加在該角部份420之角部份上之示意顯示的補充熱425。增加熱將設計成增加該角部份420之內模穴壁之角部份422的溫度，因此產生一更符合所需之鑄件品質。多數水冷媒管424亦顯示在它們的正常位置且多數潤滑孔423係顯示為靠近該角部份422。

如所屬技術領域中具有通常知識者可了解地，可有對本發明之多數實施例，及可使用之元件及組件的多數變化，這些變化全部在本發明之範疇內。在一實施例中，例如，所揭露之一種用於熱管理一模穴內壁之預冷卻部份之連續鑄造式模具熱管理系統包含一組配成產生一鑄件之連續鑄造式模具，且該模具包含：一模具架構，其具有一設置成可收納熔融金屬之模穴，且該模穴包括一熔融金屬入口及一鑄件出口；一內壁，其在該模具架構內，且該內壁大致界定該模穴之周邊，並且該內壁包括一直接冷卻部份及一在該直接冷卻部份上游之預冷卻部份；且其中一或多個在該內壁之預冷卻部份中之經識別周邊角區段係組配成可相較於環繞該內壁周緣之內壁之其他部份減少熱傳送。

除了揭露在前段中之實施例以外，本發明可更包括：該一或多個周邊區段提供與該鑄件上之周邊區段相關之不相似熱傳特性；該等不相似熱傳特性包括對該一或多個周邊區段提供較少潤滑劑；該等不相似熱傳特性包括對該一或多個經識別周邊區段提供補充熱；在該內壁之預冷卻部份中之該一或多個經識別周邊區段係對於不相似熱傳特性識別以便環繞該鑄件周邊提供一更均勻溫度；該一或多個經識別周邊區段包括在該內壁之周邊之角部份中的一連串溝槽；此外其中較少潤滑劑係提供至該一或多個經識別周邊區段，且該一或多個經識別周邊區段係該內壁之多數角部份；其中在該內壁之預冷卻部份中之該一或多個經識別周邊區段係組配成可提供與環繞該內壁周緣之內壁之其他部份不相似之熱傳特性以便在該一或多個經識別周邊區段中之內壁的該預冷卻部份與該直接冷卻部份之間提供一較低溫度差。

來自揭露在前段中之實施例的另一實施例可更為其中在該內壁之預冷卻部份中之該一或多個經識別周邊區段係組配來提供與環繞該內壁周緣之內壁之其他部份不相似之熱傳特性以便在該一或多個經識別周邊區段中之該鑄件的該預冷卻部份與該直接冷卻部份之間提供一較低溫度差。

在揭露於第二前段中之實施例的另一實施例中，另一實施例可更為其中一第一潤滑劑源係可操作地連接在該一或多個經識別周邊角區段上且一第二潤滑劑源係可操作地連接在該內壁之其他部份上；且更為其中該第一潤滑劑源 提供，與由該第二潤滑劑源供應至該內壁之其他部份之潤滑劑源流比較，一不相似潤滑劑或一較多潤滑劑流中之一潤滑劑流至該一或多個經識別周邊角區段。

101‧‧‧鑄坑

101a‧‧‧底面

102‧‧‧液壓缸筒

103‧‧‧沈箱

103a‧‧‧底面

103b‧‧‧側壁

104‧‧‧鑄造設備地面

105‧‧‧安裝底座殼體

106‧‧‧柱塞

107‧‧‧壓板

108‧‧‧底塊；起熔塊；起熔塊基底

110‧‧‧模具檯總成

110a‧‧‧模具檯傾斜臂

111‧‧‧液壓缸

112‧‧‧點

113‧‧‧鑄件

123‧‧‧模穴壁

124‧‧‧油保持或潤滑蓋

125‧‧‧固結件

126‧‧‧模穴

127‧‧‧模具架構外側壁

128‧‧‧潤滑劑

129‧‧‧潤滑孔

130‧‧‧模具

131‧‧‧底部或下部

132‧‧‧模穴壁高度

133‧‧‧熔融金屬

134‧‧‧冷卻金屬區域

135‧‧‧水冷媒孔

136‧‧‧水冷媒

137‧‧‧區域

138‧‧‧箭號

139‧‧‧線；熔融金屬；區域

140‧‧‧上部

141‧‧‧模具架構

141a‧‧‧角部份

141b‧‧‧模具側壁；模穴壁

143‧‧‧潤滑孔

144‧‧‧固結孔

145,146‧‧‧潤滑劑

150‧‧‧鑄件

152‧‧‧下區域

153‧‧‧上部；較平滑部份

155‧‧‧波狀或波紋角；波紋

158‧‧‧潤滑蓋

159‧‧‧潤滑蓋孔

160‧‧‧模具架構

161‧‧‧模穴

162,163‧‧‧潤滑孔

170‧‧‧模具架構

171a‧‧‧角部份

176‧‧‧模穴

180-189‧‧‧熱管理區域

200‧‧‧模具架構

201‧‧‧模穴

202-230‧‧‧熱管理區域

247,248,249,258‧‧‧潤滑孔

250‧‧‧模具架構

251a,251b,251c,251d,251e‧‧‧熱管理區域

252‧‧‧模穴

260‧‧‧模具架構

261‧‧‧模具壁

261a,261b,261c,261d,261e‧‧‧熱管理區域

262‧‧‧模穴

263,264,265,266,270‧‧‧潤滑孔

301‧‧‧模具架構

302‧‧‧冷媒

304‧‧‧空氣間隙

309‧‧‧溫度差量或差

320‧‧‧初始模具冷卻區域

321‧‧‧緩慢冷卻區域

322‧‧‧前進冷卻距離區域

323‧‧‧半固體或糊狀區域

324‧‧‧領域或區域

324a‧‧‧固化區域；固化金屬

325‧‧‧模具架構壁

325a‧‧‧模穴壁

325c‧‧‧模具架構壁

327‧‧‧大氣區域

329‧‧‧冷媒孔

330‧‧‧模具架構

331‧‧‧初始模具冷卻區域

332‧‧‧前進冷卻距離區域

350‧‧‧熱管理系統

351‧‧‧模具架構

351a‧‧‧角部份

352,353,354‧‧‧潤滑孔

355‧‧‧長溝槽

357‧‧‧溝槽

370‧‧‧模具架構

371‧‧‧模穴側壁

372‧‧‧不相似角部份

378‧‧‧第一潤滑劑源

379‧‧‧第二潤滑劑源

380‧‧‧模具架構

381‧‧‧模具架構

382‧‧‧角部份

383‧‧‧潤滑孔

384‧‧‧潤滑孔

385‧‧‧潤滑孔

400‧‧‧模具架構

401‧‧‧模具架構

403‧‧‧潤滑孔

404‧‧‧虛線

405‧‧‧水冷媒管；水管

420‧‧‧角部份

422‧‧‧角部份

423‧‧‧潤滑孔

424‧‧‧水冷媒管

425‧‧‧補充熱

第1圖是一習知垂直鑄坑、沈箱及金屬鑄造裝置的垂直切面圖；第2圖是本發明之實施例可使用之一模具架構之一例的立體圖；第3圖是示意地顯示透過該模具固化之熔融金屬之一示範架構構形的立面橫截面圖；第4圖是一其中潤滑可透過一模具側壁導入該模穴之一模具架構之一上部之一部份區段的立體圖；第5圖是一典型鑄件之立體正視圖且示意地顯示與沒有相同波狀或波紋角之一上部比較，具有波狀或波紋角之一下區域；第6圖是一來自第5圖之6的放大圖且較佳地顯示該等波狀或波紋角；第7圖是一模具潤滑蓋系統之俯視圖，部份示意地顯示在該模具架構中之潤滑蓋及潤滑孔，且多數大致均勻分布之潤滑孔環繞該模穴之周邊；第8圖是示意地顯示一熱管理系統之一例的俯視圖，且該熱管理系統可用於實施本發明之某些實施例之多數經識別熱管理區域；第9圖是示意地顯示一熱管理系統之另一例的俯視 圖，且該熱管理系統具有可用於實施本發明之某些實施例之多數熱管理區域及多數示範流速；第10圖是示意地顯示一熱管理系統之另一例的俯視圖，且該熱管理系統具有可用於實施本發明之某些實施例之多數熱管理區域；第11圖是示意地顯示一熱管理系統之另一例的俯視圖，且該熱管理系統具有可用於實施本發明之某些實施例之多數熱管理區域；第12圖是當熔融金屬固化通過該模穴時一模具架構之一下部之一例的垂直切面放大圖，顯示熔融金屬固化之各種區域或階段；第13圖是一模具架構之內表面之上部與下部之一例的垂直切面圖，顯示在該初始模具冷卻區域與該緩慢冷卻區域之間的熱管理系統溫度差；第14圖是一模具架構之一部份區段或角之立體圖，顯示由本發明所設想之一熱管理系統之一可能實施例的一例；第15圖是來自第14圖之15的放大圖；第16圖是該模具架構之一部份區段或角之俯視圖，顯示由本發明所設想之一熱管理系統之另一實施例，其中一熱性不相似之材料被用於該模具架構之一區段；第17圖是該模具架構之一部份區段或角之俯視圖，顯示由本發明所設想之一熱管理系統之另一實施例，其中一獨特或不同潤滑孔分布(或尺寸)，或一具有不同熱性質之不 相似油被用來熱管理一模具架構之一角；第18圖是該模具架構之一部份區段之俯視圖，顯示由本發明所設想之一熱管理系統之另一實施例，其中多數水冷媒導管係在該模具架構內重新組配以便藉由改變該模具架構之角部份之熱傳特性來改變該溫度；及第19圖是該模具架構之一部份區段之俯視圖，顯示由本發明所設想之一熱管理系統之一實施例的一例，其中增加熱被用來熱管理該模具架構之一角部份。

170‧‧‧模具架構

171a‧‧‧角部份

176‧‧‧模穴

180-189‧‧‧熱管理區域

Claims (10)

1. 一種用於熱管理一模穴內壁之預冷卻部份之連續鑄造式模具熱管理系統，包含：一連續鑄造式模具，其組配來產生一鑄件，且該模具包含：一模具架構，其具有一設置成可收納熔融金屬之模穴，且該模穴包括一熔融金屬入口及一鑄件出口；一內壁，其在該模具架構內，且該內壁大致界定該模穴之周邊，並且該內壁包括一直接冷卻部份及一在該直接冷卻部份上游之預冷卻部份；且其中一或多個在該內壁之預冷卻部份中之經識別周邊角區段係組配成可相較於環繞該內壁周邊之內壁之其他部份減少熱傳送。
2. 如申請專利範圍第1項之連續鑄造式模具熱管理系統，且更其中該一或多個經識別周邊區段提供與該鑄件上之周邊區段相關之不相似熱傳特性。
3. 如申請專利範圍第1項之連續鑄造式模具熱管理系統，且更其中該等不相似熱傳特性包括對該一或多個經識別周邊區段提供較少潤滑劑。
4. 如申請專利範圍第1項之連續鑄造式模具熱管理系統，且更其中該等不相似熱傳特性包括對該一或多個經識別周邊區段提供補充熱。
5. 如申請專利範圍第1項之連續鑄造式模具熱管理系統，且更其中在該內壁之預冷卻部份中之該一或多個經識 別周邊區段係對於不相似熱傳特性識別以便環繞該鑄件周邊提供一更均勻溫度。
6. 如申請專利範圍第1項之連續鑄造式模具熱管理系統，且更其中該一或多個經識別周邊區段包括在該內壁之周邊之角部份中的一連串溝槽。
7. 如申請專利範圍第1項之連續鑄造式模具熱管理系統，且更其中較少潤滑劑係提供至該一或多個經識別周邊區段，且該一或多個經識別周邊區段係該內壁之多數角部份。
8. 如申請專利範圍第1項之連續鑄造式模具熱管理系統，且其中在該內壁之預冷卻部份中之該一或多個經識別周邊區段係組配成可提供與環繞該內壁周邊之內壁之其他部份不相似之熱傳特性以便在該一或多個經識別周邊區段中之內壁的該預冷卻部份與該直接冷卻部份之間提供一較低溫度差。
9. 如申請專利範圍第1項之連續鑄造式模具熱管理系統，其中在該內壁之預冷卻部份中之該一或多個經識別周邊區段係組配來提供與環繞該內壁周邊之內壁之其他部份不相似之熱傳特性以便在該一或多個經識別周邊區段中之該鑄件的該預冷卻部份與該直接冷卻部份之間提供一較低溫度差。
10. 如申請專利範圍第1項之連續鑄造式模具熱管理系統，且其中一第一潤滑劑源係可操作地與該一或多個經識別周邊角區段連接且一第二潤滑劑源係可操作地與該 內壁之其他部份連接；且又其中，與由該第二潤滑劑源供應至該內壁之其他部份之潤滑劑相比，該第一潤滑劑源將一不相似潤滑劑或一增加的潤滑劑流其中一者提供至該一或多個經識別周邊角區段。