用于對金屬進(jìn)行連鑄的模具的制作方法
【專利摘要】一種用于鑄造金屬坯的連鑄模具，所述連鑄模具具有模具腔2，所述模具腔具有用于液體金屬的澆注口和用于鑄坯的排出口，并且具有對應(yīng)于鑄坯的基本形狀的橫截面，其中，橫截面至少部分地由沿著鑄造方向延伸的輪廓部8，8’，8”，8’”疊加而成，其特征在于，輪廓部8，8’，8”，8’”由褶皺構(gòu)成，所述褶皺包括多個槽(9)，所述多個干槽以大體平行關(guān)系從模具腔的澆注口延伸至排出口，其中，模具腔的內(nèi)周長與槽9的寬度W的比值大于30，并且槽9的寬度W處于1.5mm至30mm的范圍內(nèi)。
【專利說明】用于對金屬進(jìn)行連鑄的模具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)專利權(quán)利要求1的前序部分中的特征的用于對金屬進(jìn)行連鑄的模具。
【背景技術(shù)】
[0002]在相關(guān)領(lǐng)域中已經(jīng)多次描述了用于對鋼或者具有高熔點的其它金屬的部分進(jìn)行連鑄的銅或銅合金模具。理想地，由連鑄鋼制造的鑄坯應(yīng)當(dāng)具有其鑄造模具的形狀，所述鑄坯由于正被鑄造的金屬收縮而略微小于模具。有時，沒有形成這樣的形狀并且這常常導(dǎo)致在實心部分中出現(xiàn)裂紋和裂縫。當(dāng)鑄鋼的碳含量處于0.2-0.4質(zhì)量百分比之間時這個問題變得更糟糕。在這種碳含量范圍內(nèi)，對于正方形或者矩形構(gòu)造來說存在變成菱形的明顯趨勢。已經(jīng)表明的是，隨著鑄坯的菱形構(gòu)造增加以及矩形特征減弱，內(nèi)部裂縫的程度大到導(dǎo)致鑄坯的質(zhì)量下降并且在極端情況中使得其必須被作為廢料處理掉。當(dāng)使用高速連鑄設(shè)備時這種問題變得愈發(fā)重要。
[0003]已經(jīng)提出了多種方法來解決該問題，諸如:改變模具腔的幾何形狀以更接近正被鑄造的金屬的收縮率；改變模制坯的冷卻；或者改變鋼成分。盡管改變用于高速連鑄的鋼合金的化學(xué)成分可能看起來很有效，但是負(fù)面影響是鋼的成本增加。因此，迄今為止，通常采用的方法是針對修改模具腔，以使得盡可能均勻地固化鑄坯。因為鑄坯的不均勻固化會導(dǎo)致出現(xiàn)理想矩形鑄坯的菱形構(gòu)造，所以應(yīng)當(dāng)盡可能地進(jìn)行鑄坯的坯殼生長(即，從外側(cè)至內(nèi)側(cè)的固化)。已經(jīng)提出擁有相當(dāng)復(fù)雜的幾何形狀的模具腔；然而，這使得整個制造過程更為復(fù)雜并且導(dǎo)致當(dāng)因磨損必須整修模具時增加維護(hù)成本(US2007/0125511A1)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于對金屬進(jìn)行連鑄的模具，所述模具具有模具腔，所述模具腔能夠使得鑄坯在不需要改變鑄坯的金屬合金成分的前提下獲得明顯更好的形狀精度。
[0005]通過具有在專利權(quán)利要求1中所述特征的模具來實現(xiàn)所述目的。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，提出了一種用于對金屬進(jìn)行連鑄的模具，所述模具有模具腔，所述模具腔設(shè)置有用于液體金屬的澆注口和用于明顯固化的鑄坯的排出口。這種模具具有由與鑄坯的基本形狀對應(yīng)的基本形狀限定的橫截面。根據(jù)本發(fā)明，所述橫截面至少部分地具有沿著鑄造方向延伸的輪廓部(profiling)。
[0007]輪廓部構(gòu)造成為褶皺，所述褶皺包括以大體平行關(guān)系延伸的多個槽(溝)。這些槽在模具腔的有效長度上延伸。重要的是已經(jīng)在液體金屬與模具腔相接觸的區(qū)域中設(shè)置槽。因此，槽不必延伸直到澆注口的上邊沿，而是可以與澆注口相距一段距離，只要槽從所謂的彎液面上方開始即可。彎液面表示由液體金屬填充的模具腔的鑄造液位。模具的有效長度應(yīng)當(dāng)長到足以使得能夠從液體金屬消散掉足夠的熱量并且因此使得能夠形成足夠牢固的鑄坯殼，使得其能夠支撐所包含的在內(nèi)側(cè)的液體鋼。因此，理論的鑄造液位位于模具腔的長度的毗鄰澆注口的上三分之一處，具體是在長度的上20%處的區(qū)域中。
[0008]已經(jīng)表明非常有利的是，在模具腔的內(nèi)圓周與各個槽的寬度的比值大于30時，其中,各個槽的寬度處于1.5mm至30_的范圍內(nèi)。
[0009]增加分布在模具腔的內(nèi)圓周上的槽的數(shù)量可基本確保提高形狀的穩(wěn)定性或者減小形成菱形形狀的趨勢。然而，測試結(jié)果顯示:因為各個槽的寬度隨后會變得太小，所以槽的數(shù)量必須不能過多。為了使得槽有效，槽的寬度的下限為大約1.5mm。優(yōu)選地，槽的寬度超過2mm并且特別地超過4.5mm。
[0010]相反地，槽也不應(yīng)當(dāng)太寬，這是因為寬度的增加將導(dǎo)致槽數(shù)量減小，從而對鑄坯的引導(dǎo)造成不利影響。已經(jīng)表明，寬度不應(yīng)當(dāng)超過30mm。優(yōu)選地，槽制得明顯更窄并且寬度高達(dá)15mm,尤其高達(dá)13_。
[0011]各個槽的精確數(shù)量、幾何形狀和布置取決于多種因素并且可以因應(yīng)用而有所變化。因素包括模具腔的幾何形狀、模具腔的內(nèi)圓周、正被鑄造的金屬的溫度控制和冷卻方式、模具的潤滑和振動激發(fā)。然而，對于所有應(yīng)用所共有的是成褶皺形式的輪廓部疊加模具的基礎(chǔ)幾何形狀，以便生產(chǎn)出最終產(chǎn)品，具有一表面的鑄坯，所述表面因輪廓部獲得獨特輪廓并且因槽模式或者模具腔的褶皺而具有一幾何形狀的縱向脊部。
[0012]連鑄模具典型地具有響應(yīng)于冷卻而遵循鑄坯收縮的幾何形狀。結(jié)果，模具腔的在排出口處的內(nèi)圓周小于在彎液面區(qū)域中的內(nèi)圓周。根據(jù)本發(fā)明，輪廓部適于模具腔的幾何形狀。換言之，輪廓部的槽的數(shù)量保持恒定，盡管槽之間的相互距離對應(yīng)于模具沿著鑄造方向的幾何形狀而略微變化。結(jié)果，各個槽沒有完全相互平行地延伸，而是對應(yīng)于模具的幾何形狀相互以非常小的銳角延伸。模具的幾何形狀沿著鑄造方向可發(fā)生變化并且還在模具腔的內(nèi)圓周上發(fā)生變化；其甚至每米減小至0%。換言之，槽在每米O %錐度的條件下在長度區(qū)域中以平行關(guān)系延伸，而同時對應(yīng)于幾何形狀在其它長度區(qū)域中僅僅以基本平行關(guān)系延伸。而且，模具可具有彎曲構(gòu)造，在所述彎曲構(gòu)造中，當(dāng)然槽同時遵循曲率和幾何形狀。
[0013]可基本上不受輪廓部構(gòu)造的影響地建立模具腔的基本形狀和模具腔的幾何形狀。輪廓部僅僅疊加這種包括幾何形狀的基本構(gòu)造，可與符合模具腔的尺寸和圖案的彈性覆蓋物相當(dāng)。僅僅需要確保槽在模具腔的橫斷面內(nèi)保持它們的相對位置，使得槽在更遠(yuǎn)地位于鑄造方向下方的橫斷面中實際上更接近彼此地運動。
[0014]存在多種方式來構(gòu)造各個槽的幾何形狀。根據(jù)本發(fā)明的有利特征，槽可具有一輪廓，所述輪廓易于制造并且使得液體金屬能夠易于承載在模具壁上。因此，本發(fā)明含義內(nèi)的槽不包括具有口的窄深槽口。優(yōu)選地，槽在相應(yīng)槽的中心具有它們的最深點，其中，深度連續(xù)減小至槽的邊界。從槽的最深點過渡到槽邊沿特別地是連續(xù)的，即，不存在跳躍部。而且，中間毗鄰槽之間過渡可以夠是連續(xù)的，即，沒有跳躍部。有利地，Btt鄰槽具有正弦曲線的橫截面圖案。
[0015]在本發(fā)明的范圍內(nèi)還能夠提供一種具有鋸齒狀橫截面的槽。換言之，模具腔的壁具有成實際上之字狀構(gòu)造的橫截面。由此，之字狀形狀涉及一種構(gòu)造，在所述構(gòu)造中，具有三角形橫截面的多個槽相互緊鄰，以使得多個三角形槽并列。
[0016]可能將多種槽形狀相互組合。還可能將不同的槽幾何形狀(特別是槽寬度)相互組合。
[0017]因此，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可能構(gòu)造具有不同深度(也稱作幅度)的一些槽和/或由槽構(gòu)成的組。而且，根據(jù)即將發(fā)生的應(yīng)用，槽可布置成與其它槽相距更遠(yuǎn)的距離或者組合成組。各個槽還可以定位成與其它槽相距更遠(yuǎn)的距離。換言之，可能在各個槽之間設(shè)置不同的間隔。
[0018]槽可對稱于模具腔橫截面的縱向中央軸線或者中心線布置在模具腔的內(nèi)圓周上。因此，在軸線對稱的分布中，鏡像軸線將與該中心線相交。
[0019]當(dāng)然，在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可能提供各個槽在模具腔的橫截面上的非對稱或者非均勻的分布。
[0020]當(dāng)遵守特定幾何學(xué)條件時，尤其是當(dāng)模具具有擁有矩形橫截面的腔時，輪廓部根據(jù)本發(fā)明的連鑄模具的優(yōu)勢尤為明顯。在這些很常見的橫截面構(gòu)造中，可由以下等式來決定各個槽的寬度和深度之間的最佳相關(guān)性:
[0021]W = KXSRk2
[0022]其中，K和K2是常數(shù)因子，
[0023]SR是長邊和短邊之間的邊長比值。
[0024]當(dāng)LI是模具腔的長邊的長度且L2表示模具腔的短邊的長度時，由以下等式來決定邊長比值SR:
[0025]SR = L1/L2
[0026]對常數(shù)因子K的選擇取決于各個槽的幅度或者深度的量。在幅度處于0.5-lmm范圍內(nèi)的條件下，因子K處于3-12的范圍內(nèi)。在幅度處于1.5-2.5_范圍內(nèi)的條件下，常數(shù)因子K處于6-13的范圍內(nèi)。在處于2.5-3.5mm范圍內(nèi)的甚至更大幅度的條件下，因子K處于11-14的范圍內(nèi)。
[0027]因子K2對于長邊和短邊而言各不相同。對于長邊而言，因子K2處于0.6-0.9的范圍內(nèi)。對于短邊而言，因子K2處于一 0.3至一 0.6的范圍內(nèi)。這意味著各個槽的寬度在矩形模具的長邊和短邊上不同。
[0028]通常，各個槽的深度處于0.5-5_的范圍內(nèi)，優(yōu)選地處于1-3_的范圍內(nèi)。
[0029]而且，槽應(yīng)當(dāng)具有側(cè)向角，所述側(cè)向角在槽連接點處不小于滑移面角?；泼娼嵌x為反正切(a/b)。其中，a是連接點與平行于帶槽面的腔中心線之間的垂直距離，b是連接點與垂直于帶槽面的腔中心線之間的垂直距離。側(cè)向角旨在表示槽不太淺，但也不應(yīng)當(dāng)太深，以能夠獲得引導(dǎo)鑄坯的期望效果，并且特別地防止鑄坯在收縮期間發(fā)生阻塞或者將過大的摩擦力施加在模具上。相對于模具腔的表面上的法線測量側(cè)向角，其中，表面法線在相應(yīng)槽的連接點處定向。側(cè)向角處于80°至10°的范圍內(nèi)，優(yōu)選地處于70°至20°的范圍內(nèi)。當(dāng)偏離這些角范圍時，鑄坯在模具上的摩擦力以不想要的方式增大。雖然更大的磨損依然能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的提高形狀精度的目的，但是模具的使用壽命會受到不利影響。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，通過并置凹陷部來實現(xiàn)各個槽，以提供脊?fàn)畹妮喞浚鲚喞康臋M截面整體具有正弦曲線進(jìn)程。正弦曲線進(jìn)程包括在各個槽的側(cè)面區(qū)域中具有轉(zhuǎn)折點的曲線。已經(jīng)表明:第一兩個槽的連接點的側(cè)向角和面的最后兩個槽的側(cè)向角處于下表的值的+/— 5°的范圍內(nèi):
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種用于鑄造金屬坯的連鑄模具，所述連鑄模具包括模具腔，所述模具腔具有用于液體金屬的澆注口和用于鑄坯的排出口，所述模具腔具有對應(yīng)于鑄坯的基本形狀的橫截面，其中，所述橫截面至少部分地由沿著鑄造方向延伸的輪廓部(8，8’，8”，8”)疊加而成，其特征在于，所述輪廓部(8，8’，8”，8”)構(gòu)造成褶皺，所述褶皺包括多個槽(9)，所述槽以大體平行關(guān)系從所述模具腔(2)的所述澆注口延伸至所述排出口，其中，所述模具腔(2)的內(nèi)圓周與所述槽(9)中每一個槽的寬度的比值大于30，并且所述槽(9)的寬度(W)處于1.5mm至30mm的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄模具，其中，所述槽(9)的寬度(W)處于2mm至15mm的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄模具，其中，所述槽(9)的寬度(W)處于4.5mm至13mm的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的一項所述的連鑄模具，其中，所述槽(9)具有深度(T)，所述深度從所述槽(9)的邊界向所述槽(9)的中心連續(xù)增大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項所述的連鑄模具，其中，所述槽(9)的橫截面具有正弦曲線形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項所述的連鑄模具，其中，所述槽(9)的橫截面具有鋸齒形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的一項所述的連鑄模具，其中，所述槽(9)在它們的形狀方面不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的一項所述的連鑄模具，其中，所述槽(9)在它們的寬度(W)方面不同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的一項所述的連鑄模具，其中，所述槽(9)和/或由槽構(gòu)成的組(12)在它們的深度(T)方面不同和/或在垂直于所述鑄造方向的橫截面內(nèi)的幅度方面不同。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的一項所述連鑄模具，其中，Btt鄰的槽(9)或者由毗鄰的槽(9)構(gòu)成的組(12)以不同的相互距離定位。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中的一項所述連鑄模具，其中，所述槽(9)相對于鏡像軸線而軸向?qū)ΨQ，所述鏡像軸線與所述模具腔(2)橫截面的沿著所述鑄造方向延伸的中心線(M)相交。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的一項所述的連鑄模具，其中，所述槽(9)關(guān)于所述模具腔的內(nèi)圓周非均勻地分布。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中的一項所述的連鑄模具，其中，所述模具腔(2)具有帶有多個基本均勻的平行槽(9)的矩形形狀，其中，根據(jù)以下等式來計算所述槽(9)的寬度(W)和深度⑴:
W = KXSRk2
其中，K=常數(shù)因子
K2 =常數(shù)因子 SR = L1/L2 其中，LI =所述模具腔(2)的長邊的長度L2 =所述模具腔(2)的短邊的長度， 其中K在幅度處于0.5mm至1.5mm范圍內(nèi)的情況下處于3_12的范圍內(nèi)，其中K在幅度處于1.5mm至2.5mm范圍內(nèi)的情況下處于6-13的范圍內(nèi)，其中K在幅度處于2.5mm至3.5mm范圍內(nèi)的情況下處于11-14的范圍內(nèi)，其中K2關(guān)于所述模具腔的所述長邊處于0.6至0.9的范圍內(nèi)并且關(guān)于所述模具腔的所述短邊處于-0.3至-0.6的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中的一項所述的連鑄模具，其中，所述槽(9)的深度(T)處于.0.5mm至5_的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中的一項所述的連鑄模具，其中，所述槽(9)的深度(T)處于Imm至3_的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15中的一項所述的連鑄模具，其中，所述模具具有圓形、正方形、矩形、多邊形的橫截面或者橫截面呈截面梁的形狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16中的一項所述的連鑄模具，其中，所述模具是連鑄模具管。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-16中的一項所述的連鑄模具，其中，所述模具是連鑄板模具。
【文檔編號】B22D11/04GK103958093SQ201280058993
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月19日
【發(fā)明者】D·P·洛倫托 申請人:Kme德國有限及兩合公司