專利名稱：清除鑄件飛邊和堵塞的方法和裝置的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2004年6月28日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/583438以及2004年8月17日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/602131的優(yōu)先權(quán)，這兩個(gè)申請(qǐng)?jiān)诖苏w引用作為參考文獻(xiàn)。
背景技術(shù)：
制造金屬鑄件的傳統(tǒng)鑄造工藝使用不同類型模具中的一種，例如濕砂模、精密砂?；蜾撃?，這些模具在其內(nèi)表面形成鑄件的外部特征，例如氣缸蓋或發(fā)動(dòng)機(jī)本體。型芯放置在模具內(nèi)，由砂子和適合的結(jié)合劑組成并形成鑄件的內(nèi)部特征。用于在金屬鑄件內(nèi)形成輪廓和內(nèi)部特征的砂芯，通常必須取出和回收。
接著將熔融金屬或金屬合金澆注到模具中，再將鑄件從模具中取出，轉(zhuǎn)移到處理爐內(nèi)熱處理，取出砂芯，回收砂芯的砂子，并且在此過(guò)程中鑄件時(shí)效。熱處理和時(shí)效是調(diào)節(jié)金屬或金屬合金達(dá)到應(yīng)用于給定用途的各種所需性能的過(guò)程。
一旦鑄件完成，為了對(duì)金屬鑄件熱處理以及回收砂芯的砂子，一般必須執(zhí)行幾個(gè)明顯不同的步驟。首先，使用一種或多種技術(shù)將一部分砂芯與鑄件分離。例如，可以從鑄件中鑿出砂子，或者可以物理地晃動(dòng)或振動(dòng)鑄件使砂芯破碎并取出砂子。另外，當(dāng)模具包括一個(gè)或多個(gè)小孔連通砂芯時(shí)，必須清出被堵塞的小孔。
在從鑄件取出砂子之后或在此過(guò)程中，一般在隨后步驟中執(zhí)行鑄件的熱處理和時(shí)效。如果在別的處理中需要強(qiáng)化或硬化鑄件，或者需要緩解鑄件的內(nèi)部應(yīng)力，通常要對(duì)鑄件進(jìn)行熱處理。
雖然在金屬鑄造工業(yè)已經(jīng)取得了很多進(jìn)展，但仍需要改進(jìn)從鑄件中取出砂芯和殘余砂子的工藝。
通過(guò)結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的各個(gè)目的、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明不同方面的一個(gè)代表性金屬鑄造工藝；圖2表示根據(jù)本發(fā)明不同方面的另一個(gè)代表性金屬鑄造工藝；以及圖3表示根據(jù)本發(fā)明不同方面的又一個(gè)代表性金屬鑄造工藝。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的各個(gè)方面一般涉及鑄造工藝。在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及改進(jìn)消除飛濺和其它堵塞的不同方法和裝置，用于到達(dá)鑄件內(nèi)的砂芯。
金屬鑄造工藝對(duì)于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員基本是公知的，為了參考的目的，下面僅是簡(jiǎn)要介紹。可以理解的是，本發(fā)明可以應(yīng)用于任何類型的鑄造工藝，包括用于制造鋁、鐵、鋼和/或其它種類金屬和金屬合金鑄件的金屬鑄造工藝。因此，本發(fā)明并不限于應(yīng)用于一種特殊鑄造工藝或者一種或多種金屬或金屬合金。
圖1基本表示根據(jù)本發(fā)明不同方面的一個(gè)代表性冶金鑄造工藝10。熔融的金屬或金屬合金M通常在澆注或鑄造站20澆注到模具15中，形成鑄件25，例如氣缸蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)本體或類似的鑄造制品。模具一般包括形成用于容納熔融金屬的內(nèi)部空腔的多個(gè)壁。該空腔具有形成鑄件內(nèi)部特征的凹凸圖案。澆口一般形成在外壁中，通常在模具頂部，并與內(nèi)部空腔相通，使熔融金屬澆注或流入模具內(nèi)。砂芯由砂子或有機(jī)結(jié)合劑制成，例如酚醛樹(shù)脂或其它適合的結(jié)合劑，插在或放在模具內(nèi)，用于在鑄件中形成中空腔體，鑄件細(xì)節(jié)和/或芯部圖案。鑄件可以包括一個(gè)或多個(gè)砂芯孔，用于到達(dá)砂芯。
任何適合的模具都可以使用本發(fā)明的各個(gè)方面。例如，模具可以是永久性模具(包括低壓和高壓模具鑄造)，這種模具通常由諸如鋼、鑄鐵等金屬或其它適合材料制成的。這種模具可以蛤殼型設(shè)計(jì)，便于打開(kāi)以及從其中取出鑄件。另外，模具可以是“精密砂模”或“濕砂?！?，一般由砂子與結(jié)合劑混合形成，砂子可以是石英砂、鋯英砂或其它適合的材料，結(jié)合劑可以是酚醛樹(shù)脂或其它適合的結(jié)合劑。同樣地，砂芯也可以由砂子和結(jié)合劑形成，例如，酚醛樹(shù)脂、酚醛尿烷(phenolicurethane)“冷箱”結(jié)合劑，或其它適合的結(jié)合劑。另外，模具可以是半永久性砂模，通常具有由砂子和結(jié)合劑，諸如鋼的金屬，或者兩種材料組合形成的外模壁。
可以理解的是，這里的術(shù)語(yǔ)“模具”，除了具體指出的特殊類型以外，一般指如上所述的所有類型的模具，包括永久性模或金屬模，半永久性模和精密砂模，以及其它金屬鑄造模。
在澆注站附近具有預(yù)熱模具的熱源或加熱元件(未圖示)，例如熱氣鼓風(fēng)機(jī)或其它適合的氣體烘烤或電加熱機(jī)構(gòu)，或者流化床。預(yù)熱工序用于將熔融金屬和/或鑄件保持在較高溫度，例如，至少是熱處理溫度，從而減少熱量損耗，提高工藝的效率。另外，在一些情況下，預(yù)熱模具可以啟動(dòng)鑄件在模具內(nèi)的熱處理工序。
根據(jù)用于制造鑄件的特殊金屬或合金所必需的或所要求的，模具可以預(yù)熱到任何適合溫度。例如，對(duì)于鋁，模具可以預(yù)熱到大約400℃到大約600℃的溫度。不同金屬合金和其它金屬的預(yù)熱溫度是本領(lǐng)域一般技術(shù)人員公知的，包括從大約300℃到大約1200℃的一個(gè)寬溫度范圍。因此，其它預(yù)熱溫度可以預(yù)計(jì)到。
根據(jù)用于制造模具和/或砂芯的骨料和結(jié)合劑，可以使用較低的預(yù)熱溫度，防止模具和砂芯在澆注和凝固過(guò)程減弱。在這些情況下，并且當(dāng)需要較高金屬加工溫度時(shí)，可以使用適合的控溫方法，例如感應(yīng)加熱或其它本領(lǐng)域公知的方法，達(dá)到所需的加工結(jié)果。
另外，模具可以具有內(nèi)部熱源或加熱元件。例如，永久性金屬模可以包括一個(gè)或多個(gè)靠近鑄件的空腔或通道，由此可以接收和/或循環(huán)控制加熱的流體介質(zhì)，例如水或熱油。然后，具有較低溫度的流體介質(zhì)，例如大約250℃到大約300℃，可以流過(guò)或循環(huán)經(jīng)過(guò)模具，冷卻鑄件并使鑄件至少部分凝固。較高溫度的熱油，例如加熱到大約500℃到大約550℃的溫度，可以流過(guò)和/或循環(huán)經(jīng)過(guò)模具，用于抑制鑄件冷卻，在一些情況下，使鑄件溫度升高到均熱溫度，對(duì)鑄件熱處理。
當(dāng)熔融金屬或金屬合金澆注到模具中并且至少部分凝固成鑄件后，通過(guò)轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)將其中具有鑄件的模具從澆注站取走，轉(zhuǎn)移到裝載站(未圖示)。轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)可以包括轉(zhuǎn)移機(jī)器人(未圖示)，絞車(chē)或其它類型的傳統(tǒng)公知轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)。在裝載站，將鑄件從模具中取出并裝載到包括定位裝置的的鞍形座或吊筐中，使鑄件保持在相對(duì)加工設(shè)計(jì)和其它鑄件的指定位置。這樣做可以保證鑄件處于所需方向，實(shí)現(xiàn)砂芯取出和/或清潔，這將在下面描述。
再看圖1，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，接著將鑄件轉(zhuǎn)移到砂芯打開(kāi)站35。在砂芯打開(kāi)站35，至少部分清除砂芯孔或開(kāi)口，移出、分離和/或清除(統(tǒng)稱為“清潔”或“清除”)堵塞，并使以后工序可以到達(dá)砂芯。另外，在砂芯打開(kāi)工序可以清除所有或部分砂芯。
雖然可以在整個(gè)金屬鑄造工藝的不同時(shí)間清除砂芯孔，但在取出砂芯和/或熱處理之前清除砂芯孔有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，通過(guò)清除堵塞的砂芯孔，增強(qiáng)除芯工序，從而隨后減少熱處理時(shí)間。另外，可以改善淬火工序(在下面討論)，從而提高金屬質(zhì)量，并且在一些情況下，減少淬火時(shí)間或整個(gè)工藝時(shí)間。因此，縮短除芯和熱處理所需時(shí)間，可以使執(zhí)行工藝時(shí)不需要將鑄件裝載到吊筐、托盤(pán)或其它多級(jí)鑄件運(yùn)輸車(chē)的傳統(tǒng)排隊(duì)方法。相反，可以使用直接接觸運(yùn)輸裝置，例如鏈條、輥?zhàn)?、步進(jìn)梁或其它類似的運(yùn)輸機(jī)構(gòu)。
清除砂芯孔可以使用很多適合技術(shù)中的任何一種。在一個(gè)方面，使用“沖壓”系統(tǒng)物理敲出孔的堵塞物，清除砂芯孔。在另一個(gè)方面，使用“修整”系統(tǒng)穿透并“切割”孔的堵塞，清除砂芯孔。這種沖壓和修整系統(tǒng)可以使用物理或機(jī)械切割器，例如激光、銑床、鉆孔器、開(kāi)孔裝置、鋸，或者其它具有穿刺/翻倒模具的沖壓系統(tǒng)，用于切削或者物理穿刺堵塞。修整裝置還可以用于清除制造鑄件過(guò)程中形成的澆道和/或冒口。
在另一個(gè)方面中，通過(guò)搖動(dòng)或振動(dòng)鑄件可以清除堵塞。在又一個(gè)方面中，通過(guò)聲音撞擊堵塞而清除堵塞。在另一個(gè)方面中，通過(guò)加熱的或未加熱的流體或特殊介質(zhì)，例如水、油、空氣或沙子，噴向堵塞或撞擊堵塞而清除堵塞。可以根據(jù)需要使用不同噴嘴、撞擊壓力、數(shù)量和流體溫度實(shí)現(xiàn)所需結(jié)果，并且這些可以預(yù)計(jì)到。可以根據(jù)需要使用任何尺寸和配置的噴嘴。在一個(gè)方面中，每個(gè)噴嘴的直徑可以是大約0.125英寸到大約1.00英寸，例如是大約0.25英寸。同樣，可以在任何流速和壓力下供應(yīng)介質(zhì)，并且在一個(gè)方面，可以在從大約10到大1300cfm流速和從大約5到150psi壓力下供應(yīng)介質(zhì)。
任何這些裝置可以裝在適于移動(dòng)鑄件的機(jī)器人機(jī)構(gòu)上，用于清除砂芯孔。在使用這種裝置時(shí)，可以使用夾具或其它固定裝置將鑄件保持靜止。
在一些情況下，“梨形銷”、棒或類似零件用于推動(dòng)、促使，或者輔助或促進(jìn)鑄件從其模具中出來(lái)。如果需要，可以固定這些零件，從而當(dāng)鑄件從其模具中推出時(shí)，可以使一個(gè)或多個(gè)選擇的零件咬入和刺穿堵塞的孔。這些零件可以包括當(dāng)零件咬入其中時(shí)監(jiān)測(cè)鑄件溫度的裝置。
可以選擇地，可以凈化從砂芯打開(kāi)過(guò)程以及這里所述的任何其它過(guò)程或由此預(yù)計(jì)的過(guò)程取出的砂子。凈化過(guò)程可以包括燒除涂覆砂子的結(jié)合劑，研磨砂子，擦洗砂子并將部分砂子過(guò)篩。一些砂子可以經(jīng)過(guò)多級(jí)回收過(guò)程，直到得到足夠純度的砂子。
在砂芯打開(kāi)過(guò)程之前、過(guò)程中以及之后，可以將鑄件溫度保持在工藝控制溫度或此溫度以上。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，隨著金屬鑄件冷卻，其到達(dá)這里稱為“工藝控制溫度”或“工藝臨界溫度”的一個(gè)溫度或溫度范圍，在此溫度以下，需要將鑄件升溫到熱處理溫度并執(zhí)行熱處理所需的時(shí)間明顯延長(zhǎng)。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，本發(fā)明處理的鑄件工藝控制溫度，可以根據(jù)鑄件所用的特定金屬和/或金屬合金、鑄件的尺寸和形狀以及很多其它因素而改變。
在一個(gè)方面，工藝控制溫度對(duì)于一些合金或金屬可以是大約400℃。在另一個(gè)方面，工藝控制溫度可以從大約400℃到大約600℃。在又一個(gè)方面，工藝控制溫度可以從大約600℃到大約800℃。在另一個(gè)方面，工藝控制溫度可以從大約800℃到大約1100℃。在另一個(gè)方面，對(duì)于一些合金或合金，例如鐵，工藝控制溫度可以從大約1000℃到大約1300℃。在一個(gè)特殊例子中，鋁/銅合金的工藝控制溫度可以從大約400℃到大約470℃。在此例子中，工藝控制溫度一般低于大多數(shù)銅合金的固溶熱處理溫度，通常是大約475℃到大約495℃。雖然這里給出了特殊例子，但應(yīng)該理解的是，根據(jù)鑄件所用的特定金屬和/或金屬合金、鑄件的尺寸和形狀以及很多其它因素，工藝控制溫度可以是任何溫度。
當(dāng)鑄件金屬處于所需的工藝控制溫度范圍內(nèi)時(shí)，鑄件通常根據(jù)需要充分冷卻到凝固。但是，如果允許鑄件金屬冷卻到其工藝控制溫度以下，可以發(fā)現(xiàn)，鑄件金屬每冷卻到工藝控制溫度以下1分鐘，就額外需要至少4分鐘將鑄件加熱到所需的熱處理溫度，例如，對(duì)于鋁/銅合金是大約475℃到大約495℃，或者對(duì)于鋁/鎂合金是大約510℃到大約570℃。因此，即使鑄件冷卻到工藝控制溫度以下較短時(shí)間，恰當(dāng)和徹底熱處理鑄件所需的時(shí)間也明顯增加。另外，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在一個(gè)批處理系統(tǒng)中，當(dāng)在一個(gè)批次將幾個(gè)鑄件經(jīng)過(guò)熱處理站處理時(shí)，整個(gè)批次鑄件的熱處理時(shí)間一般基于該批次中最低溫度的鑄件所需的熱處理時(shí)間。結(jié)果，如果被處理的該批次中一個(gè)鑄件已經(jīng)冷卻到低于其工藝控制溫度以下的溫度，例如，10分鐘，則為了保證所有鑄件恰當(dāng)和徹底熱處理，需要額外將整個(gè)批次熱處理，例如，至少40分鐘。
工藝控制溫度可以保持在工藝控制溫度站(未圖示)，此工藝控制溫度站可以與其它工藝部分分離或集成，例如砂芯打開(kāi)站。工藝控制溫度站可以包括加熱和溫度控制特征的不同組合。在一個(gè)方面，工藝控制溫度站包括具有一系列熱源的輻射室，例如沿著該室的壁和/或頂裝在其中。通常，可以多個(gè)熱源，并且可以包括一個(gè)或多個(gè)不同類型的熱源或加熱元件，包括輻射加熱源，例如紅外、電磁和感應(yīng)能量源，傳導(dǎo)的、對(duì)流的和直接撞擊型熱源，例如將氣體火焰引入該室的氣體加熱燃燒管。另外，輻射室的側(cè)壁和頂可以由高溫輻射材料制成或者涂覆這些材料，例如金屬、金屬薄膜或類似材料、陶瓷或能輻射熱的復(fù)合材料。輻射涂層基本在壁和頂形成不粘著的表面。當(dāng)加熱室的壁和頂時(shí)，壁和頂朝鑄件輻射熱，同時(shí)，表面基本加熱到足以燒除廢氣和諸如煙灰等殘余物的溫度，這些物質(zhì)來(lái)自于砂模和/或砂芯的結(jié)合劑燃燒，從而防止其在室壁和頂上聚集和積累。
在一個(gè)方面，工藝控制溫度站可以起到熱處理站或室前面的保溫區(qū)的功能。鑄件溫度可以保持或停留在工藝控制溫度或該溫度以上，但等于或低于所需的熱處理溫度，使鑄件在等待進(jìn)入熱處理站時(shí)完全凝固。因此，該系統(tǒng)使?jié)沧⑸a(chǎn)線在更快或更有效的速率下運(yùn)行，而鑄件不必在暴露于環(huán)境溫度的同時(shí)，排成隊(duì)列或直線等待被輸送到熱處理站，導(dǎo)致鑄件冷卻其工藝控制溫度以下。
本發(fā)明的各種特征包括監(jiān)測(cè)鑄件溫度的系統(tǒng)，用于保證鑄件完全處于工藝控制溫度或在該溫度以上。例如，可以將熱電偶或其它類似的溫度檢測(cè)裝置或系統(tǒng)放置在鑄件上或鑄件附近，或者處于鑄件從澆注站到熱處理爐的行進(jìn)路線的間隔位置上，實(shí)現(xiàn)基本連續(xù)監(jiān)測(cè)。另外，可以使用在足夠頻率確定的間隔周期性監(jiān)測(cè)。這些裝置可以連接熱源，使溫度測(cè)量或檢測(cè)裝置與熱源協(xié)同工作，保持鑄件的溫度完全處于鑄件金屬的工藝控制溫度或在該溫度以上?？梢岳斫獾氖牵梢栽阼T件上或在鑄件中的一個(gè)特定位置測(cè)量鑄件的溫度，可以通過(guò)在鑄件上或鑄件中的多個(gè)位置測(cè)量的溫度計(jì)算出平均溫度，或者可以根據(jù)需求或特定用途的需要按任何其它方式測(cè)量。因此，例如，可以在鑄件上或鑄件中的多個(gè)位置測(cè)量鑄件溫度，并且總溫度值可以計(jì)算或確定為最低測(cè)量溫度、最高測(cè)量溫度、中間測(cè)量溫度、平均測(cè)量溫度或者其任何組合或變化。
另外，在進(jìn)入熱處理爐之前，鑄件可以經(jīng)過(guò)進(jìn)入或退出區(qū)(未圖示)，在此處監(jiān)測(cè)每個(gè)鑄件的溫度，判斷鑄件是否冷卻到所需的程度，以及溫度升高到熱處理溫度的剩余能量。進(jìn)入?yún)^(qū)可以包括在工藝控制溫度站，或者可以是單獨(dú)的區(qū)域。監(jiān)測(cè)鑄件的溫度可以通過(guò)任何適合的溫度檢測(cè)或測(cè)量裝置，例如熱電偶，用于判斷鑄件溫度是否達(dá)到預(yù)先設(shè)置或預(yù)定的退出溫度，或者下降到該溫度以下。在一個(gè)方面，預(yù)定的退出溫度可以是低于鑄件金屬的工藝控制溫度的溫度(例如，從大約10℃到大約20℃)。在另一方面，預(yù)定的退出溫度可以是熱處理爐的熱處理溫度以下的溫度(例如，從大約10℃到大約20℃)。如果鑄件冷卻到溫度等于或低于預(yù)定的溫度，控制系統(tǒng)可以將退出信號(hào)發(fā)送到轉(zhuǎn)移或清除機(jī)構(gòu)。響應(yīng)于檢測(cè)到缺陷狀態(tài)或信號(hào)，可以標(biāo)記目標(biāo)鑄件進(jìn)一步評(píng)價(jià)，或可能從轉(zhuǎn)移線去除。鑄件可以用任何適合的機(jī)構(gòu)或裝置去除，包括，但不限于機(jī)械手或其它自動(dòng)化裝置，或者由操作工手工去除此鑄件。
如上所述，可以理解的是，可以在鑄件上或鑄件中的一個(gè)特定位置測(cè)量鑄件的溫度，可以是由鑄件上或鑄件中多個(gè)位置測(cè)量的溫度計(jì)算的平均溫度，或者可以是根據(jù)需要或特殊應(yīng)用所需的任何其它方式測(cè)量。因此，例如，可以在鑄件上或鑄件中的多個(gè)位置測(cè)量鑄件溫度，并且總值可以計(jì)算或確定為最低測(cè)量溫度、最高測(cè)量溫度、中間測(cè)量溫度、平均測(cè)量溫度或者其任何組合或變化。
在砂芯打開(kāi)過(guò)程結(jié)束之前或之后，可以使用任何適合的裝置40將鑄件單個(gè)地或成批地轉(zhuǎn)移到熱處理站45，進(jìn)行熱處理，砂芯和/或砂模破壞和清除，在一些情況下，進(jìn)行砂子回收。熱處理可以用于強(qiáng)化或硬化鑄件，或者釋放內(nèi)部應(yīng)力。鑄件加熱到適合的溫度，并在此溫度保溫足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使某些成分進(jìn)入固溶狀態(tài)，接著快速冷卻使這些成分保持在固溶狀態(tài)。
熱處理站一般包括熱處理爐(未圖示)，通常是氣體火焰爐或者用通常認(rèn)可的裝置加熱，并且一般包括一系列處理區(qū)或室，用于熱處理每個(gè)鑄件并清除和回收砂芯的砂子。這些熱處理區(qū)可以包括不同類型的加熱環(huán)境，例如傳導(dǎo)，包括使用流化床，以及對(duì)流或者本領(lǐng)域公知的其它市售可用系統(tǒng)，例如使用加熱空氣流。處理區(qū)的數(shù)量可以根據(jù)需要或者特殊應(yīng)用所需的而改變，用于清除砂芯。在熱處理站或者其每個(gè)區(qū)的停留時(shí)間，可以是相當(dāng)于將鑄件熱處理到所需程度需要的時(shí)間。如果需要，也可以在熱處理站對(duì)鑄件部分時(shí)效。
熱處理站可以包括任何適當(dāng)組合的不同熱源。熱源包括對(duì)流熱源，例如供應(yīng)諸如空氣或其它流體等加熱介質(zhì)的鼓風(fēng)機(jī)或噴嘴；傳導(dǎo)熱源，例如流化床，感應(yīng)、輻射和/或其它類型熱源，熱源可以裝在爐室的壁和/或頂上，用于對(duì)鑄件提供熱量以及可以選擇的氣流，改變將鑄件加熱到恰當(dāng)熱處理溫度的程度和數(shù)量。這些所需的熱處理溫度和熱處理時(shí)間可以根據(jù)制造鑄件的金屬或金屬合金的種類而改變，這是本領(lǐng)域一般技術(shù)人員公知的。
適合于本發(fā)明使用的各種熱處理爐的例子包括美國(guó)專利5294994、5565046和5738162中披露的那些，這些專利在此引用作為參考文獻(xiàn)。本發(fā)明使用的熱處理爐或站的其它例子圖示和披露了美國(guó)專利6217317以及2000年9月9日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)09/665354和2002年1月18日提交的10/051666，這些專利同樣在此整體引用作為參考文獻(xiàn)。這些熱處理站或爐可以包括從鑄件熱處理過(guò)程排出的砂芯和/或模具中回收砂子的特征。
根據(jù)圖1所示本發(fā)明的另一個(gè)方面，在熱處理結(jié)束后，將鑄件從熱處理站45通過(guò)機(jī)器人或其它自動(dòng)化裝置55轉(zhuǎn)移到清除站50。鑄件置于前室中，噴嘴60設(shè)置在鑄件周?chē)?。一個(gè)或多個(gè)噴嘴可以定位在直接對(duì)準(zhǔn)開(kāi)口孔。此外，一個(gè)或多個(gè)噴嘴可以插入開(kāi)口孔中。接著，噴嘴輸出空氣、水、油或其它介質(zhì)噴射到孔，輔助清除砂芯。在清除過(guò)程中，鑄件的一些區(qū)域可以輕微淬火，但是，任何溫度變化是微小的。在清除過(guò)程結(jié)束后，接著將鑄件轉(zhuǎn)移到時(shí)效爐65。
根據(jù)圖2所示的本發(fā)明的另一個(gè)方面，鑄件可以在清除50之后轉(zhuǎn)移到淬火站70。淬火過(guò)程通過(guò)清出的孔或其它結(jié)構(gòu)將大體積/高壓力的流體介質(zhì)(水、空氣、蒸汽、油等等)供給鑄件。淬火過(guò)程可以利用裝滿冷卻流體的淬火罐或貯存池，冷卻液體可以是水或其它公知介質(zhì)，將每個(gè)鑄件或成批鑄件浸入冷卻流體冷卻和淬火。淬火罐或貯存池設(shè)計(jì)成適應(yīng)制造的鑄件尺寸和類型，金屬或金屬合金的比熱，以及每個(gè)鑄件加熱的溫度。淬火時(shí)間和溫度可以控制成達(dá)到鑄件的機(jī)械和物理性能。在一些情況下，淬火站可以保持在120到200。如上所述，接著將鑄件立即轉(zhuǎn)移到時(shí)效爐65，或者在特定成分所需的工藝確定的以后時(shí)間轉(zhuǎn)移。
根據(jù)圖3所示的本發(fā)明的另一個(gè)方面，在固溶熱處理結(jié)束之后，將每個(gè)鑄件從熱處理站45轉(zhuǎn)移到淬火站70，進(jìn)行清除和進(jìn)一步處理。淬火站通常包括具有冷卻流體的淬火罐，冷卻流體可以是水或其它公知的冷卻劑，或者可以包括具有一系列噴嘴的室，噴嘴用于供應(yīng)諸如空氣、水或類似冷卻介質(zhì)的冷卻流體。如上所述，通過(guò)將大量的空氣、水、蒸汽和/或油供應(yīng)到鑄件，淬火過(guò)程清除大部分的內(nèi)部砂芯，將鑄件溫度降低到所需的最終溫度。
通常，淬火介質(zhì)聚集了來(lái)自鑄件的微量砂子。接著這些砂子重新沉積在鑄件上。因此，此后鑄件可以轉(zhuǎn)移到清除站50，用于進(jìn)一步清除和處理。如上所述，清除過(guò)程使鑄件受到不同數(shù)量、壓力和溫度的介質(zhì)，例如空氣、水、油或蒸汽。在使用空氣清除鑄件時(shí)，清除過(guò)程可以進(jìn)一步對(duì)鑄件淬火。在清除鑄件后，如果需要，接著可以將鑄件放置到時(shí)效爐60中。
因此，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可以容易地理解，在考慮上面本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明時(shí)，本發(fā)明具有廣泛的效用和應(yīng)用。在不偏離本發(fā)明實(shí)質(zhì)或范圍的情況下，本發(fā)明除了上面描述的以外，很多適應(yīng)以及很多變化、修改和等價(jià)配置，從本發(fā)明以及這里上面的詳細(xì)描述是明顯的，或者可以合理提出的。
雖然這里參考具體的方面詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明，但可以理解的是，此詳細(xì)說(shuō)明僅是本發(fā)明解釋性的和例證性的，并且僅僅是為了提供本發(fā)明完全的和生效的內(nèi)容。這里給出的詳細(xì)說(shuō)明既不構(gòu)成限制本發(fā)明，也不排除本發(fā)明其它任何實(shí)施例、適應(yīng)、變化、修改和等價(jià)配置，本發(fā)明僅僅受到權(quán)利要求及其等價(jià)條款的限定。
權(quán)利要求
1.一種制造金屬鑄件的方法，包括將熔融金屬澆注到模具中形成具有砂芯孔的鑄件；從模具中取出鑄件；清除鑄件的砂芯孔；以及對(duì)鑄件熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將鑄件的溫度保持在所述金屬的工藝控制溫度或者所述工藝控制溫度以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將鑄件的溫度保持在所述金屬的工藝控制溫度或者所述工藝控制溫度以上，直到鑄件進(jìn)行熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括為鑄件提供能量阻止鑄件冷卻，并且至少部分熱處理鑄件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將模具預(yù)熱到至少是金屬熱處理溫度左右的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括在模具處于預(yù)熱溫度的同時(shí)，將熔融金屬澆注到模具中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于清除砂芯孔包括沖壓、銑削、鉆削、激光加工或切削砂芯孔內(nèi)的堵塞，或者對(duì)砂芯孔內(nèi)的堵塞噴吹流體介質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于清除砂芯孔包括當(dāng)從模具中取出鑄件時(shí)，利用推進(jìn)件穿刺砂芯孔內(nèi)的堵塞。
9.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括使用與所述推動(dòng)件連通的溫度測(cè)量裝置監(jiān)測(cè)鑄件的溫度。
10.一種處理具有砂芯孔的金屬鑄件的系統(tǒng)，包括形成鑄件的澆注站；包括砂芯打開(kāi)裝置的砂芯打開(kāi)站，所述砂芯打開(kāi)裝置用于清除砂芯孔的堵塞；在砂芯打開(kāi)站下游的熱處理站；以及至少一個(gè)工藝控制溫度站，包括能量源，用于在澆注站和熱處理站之間將鑄件的溫度保持在等于或高于金屬的工藝控制溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括熱源，用于將模具預(yù)熱到至少是金屬熱處理溫度左右的溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于砂芯打開(kāi)裝置包括沖頭、銑刀、鉆頭、激光、刀片或噴砂嘴。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述砂芯打開(kāi)裝置包括推動(dòng)件。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述推動(dòng)件包括溫度測(cè)量裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于熱處理站包括鑄件退出區(qū)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于鑄件退出區(qū)包括鑄件溫度測(cè)量裝置；以及與溫度測(cè)量裝置連通的轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，根據(jù)溫度測(cè)量裝置對(duì)退出溫度的檢測(cè)，所述轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)適于在鑄件進(jìn)入爐子之前將鑄件取走。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述工藝控制溫度站還包括與能量源、熱源和轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)連接的溫度檢測(cè)裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于所述工藝控制溫度站還包括與溫度檢測(cè)裝置和熱源連接的控制器，所述控制器控制供給鑄件的能量。
19.一種處理金屬鑄件的系統(tǒng)，包括第一熱源，用于將模具預(yù)熱到至少約為澆注熔融金屬的熱處理溫度的溫度；澆注站，用于將熔融金屬澆注到預(yù)熱模具中；澆注站下游的第一工藝控制溫度站，第一工藝控制溫度站包括第二熱源，用于在金屬至少部分凝固并形成具有砂芯孔的鑄件時(shí)，將金屬保持在等于或高于工藝控制溫度；鑄件取出站，用于從模具中取出鑄件；砂芯打開(kāi)站，包括砂芯打開(kāi)裝置，用于清除砂芯孔的堵塞；與砂芯打開(kāi)站集成的第二工藝控制溫度站，第二工藝控制溫度站包括第二熱源，用于當(dāng)清除砂芯孔時(shí)將金屬保持在等于或高于工藝控制溫度；以及熱處理站。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于砂芯打開(kāi)裝置包括沖頭、銑刀、鉆頭、激光、刀片、噴砂嘴或推動(dòng)件。
全文摘要
一種制造金屬鑄件的方法，包括將熔融金屬澆注到模具中，形成具有砂芯孔的鑄件；從模具中取出鑄件；至少部分清除鑄件的砂芯孔；以及對(duì)鑄件熱處理。
文檔編號(hào)B22D29/00GK1976772SQ200580021745
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2005年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月28日
發(fā)明者S·P·克拉夫頓, P·M·克拉夫頓, 小詹姆斯·L·萊維斯, I·弗倫奇 申請(qǐng)人:聯(lián)合工程公司