專(zhuān)利名稱(chēng)：鑄造方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄造方法和設(shè)備，尤其涉及采用感應(yīng)爐的鑄造方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
感應(yīng)爐是這樣一種裝置，其中通過(guò)施加磁場(chǎng)而在導(dǎo)電材料中感應(yīng)產(chǎn)生電流從而導(dǎo)致導(dǎo)電材料熔化。材料因其中的功率耗散而被加熱，即所說(shuō)的歐姆加熱，這歸因于當(dāng)電流流過(guò)材料時(shí)材料的電阻率。傳統(tǒng)的感應(yīng)爐由產(chǎn)生交變電流或交變電壓的發(fā)電機(jī)或換流器(inverter)組成。
本發(fā)明既可以用于電流饋電(current-fed)換流器系統(tǒng)，也可以用于電壓饋電(voltage-fed)換流器系統(tǒng)，其中電流饋電換流器系統(tǒng)中產(chǎn)生幅值固定的交變電流，電壓饋電換流器系統(tǒng)中產(chǎn)生幅值固定的交變電壓。無(wú)論在哪種情況下，電流或者電壓通過(guò)呈螺線(xiàn)管形式的感應(yīng)線(xiàn)圈、以便在線(xiàn)圈周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)。磁通線(xiàn)形成了環(huán)形(toroidal)的形狀，其中，環(huán)形的中心軸線(xiàn)與線(xiàn)圈的中心軸線(xiàn)重合。傳統(tǒng)做法是把要熔化的材料設(shè)置在線(xiàn)圈中心處的軸線(xiàn)上，那里的磁通密度最大。傳統(tǒng)做法還把此位置處的材料容納在坩堝里。隨著熔化的進(jìn)行，坩堝中既有固相材料也有液相材料。為了達(dá)到較高的鑄造質(zhì)量，即便在完全熔化后，也有必要保持感應(yīng)加熱，以把材料保持在過(guò)熱狀態(tài)。一旦達(dá)到適當(dāng)?shù)臏囟?，材料必須被轉(zhuǎn)移到模具或型箱中。這通常通過(guò)傾斜坩堝以通過(guò)流嘴(spout)或其他出口將其內(nèi)容物澆入模具、或通過(guò)將坩堝加速以在慣性作用下將其內(nèi)容物噴出來(lái)而被實(shí)現(xiàn)。
在任一系統(tǒng)中，都要移動(dòng)坩堝。傳統(tǒng)做法中這種移動(dòng)是有問(wèn)題的，因?yàn)檫@需要斷開(kāi)螺線(xiàn)管或?qū)③釄鍙穆菥€(xiàn)管上移開(kāi)。當(dāng)移動(dòng)坩堝時(shí)，在缺少感應(yīng)加熱的情況下，材料會(huì)迅速冷卻。這種冷卻可能降低最終鑄件的質(zhì)量。
本發(fā)明的目的在于解決該問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種鑄造設(shè)備，包括坩堝支撐和感應(yīng)加熱裝置，其設(shè)置用來(lái)容納和支撐坩堝，所述坩堝容納將被熔化并將從坩鍋出口澆出的材料，該出口定位在垂直軸線(xiàn)上，而且該支撐和感應(yīng)加熱裝置可操作以對(duì)材料實(shí)施感應(yīng)加熱使其熔化在坩堝中；以及平移裝置(translation means)，當(dāng)該支撐和感應(yīng)加熱裝置繼續(xù)支撐坩堝并對(duì)其中的材料實(shí)施感應(yīng)加熱時(shí)，該平移裝置可操作以將坩堝傾斜，導(dǎo)致熔化的材料從坩堝的出口中澆出，在傾斜期間，該平移裝置約束坩堝使得出口保持定位在垂直軸線(xiàn)上，由此，至少基本在垂直軸線(xiàn)上將熔化材料從坩堝出口澆出。
優(yōu)選的設(shè)備進(jìn)一步包括用于支撐模具的模具支撐設(shè)備，該模具在垂直軸線(xiàn)上具有進(jìn)口，隨著坩堝的傾斜，熔化的材料將從坩堝被澆入該進(jìn)口，并且，在進(jìn)行操作以?xún)A斜坩堝的同時(shí)，所述平移裝置可操作以導(dǎo)致坩堝與模具支撐設(shè)備之間發(fā)生相對(duì)的垂直運(yùn)動(dòng)，使得熔化的材料從坩堝澆入由模具支撐設(shè)備支撐的模具的進(jìn)口。
所述模具支撐設(shè)備在垂直方向上可以是固定的，所述平移裝置可操作以從初始位置朝向所述模具支撐設(shè)備垂直向下移動(dòng)所述坩堝。
有利地，所述平移裝置包括可旋轉(zhuǎn)和垂直移動(dòng)的支撐構(gòu)件及在上述支撐構(gòu)件繞著與垂直軸線(xiàn)相交的水平軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)約束所述支撐構(gòu)件垂直移動(dòng)的裝置，并且，所述坩堝支撐和感應(yīng)加熱裝置被連接至上述支撐構(gòu)件，使得當(dāng)該支撐構(gòu)件垂直移動(dòng)并旋轉(zhuǎn)、從而傾斜坩堝并使坩堝垂直移動(dòng)時(shí)，被支撐坩堝的出口從而位于垂直軸線(xiàn)上，并遵循該軸線(xiàn)。
因此，本發(fā)明的該方面通過(guò)在傾斜坩堝以澆出其內(nèi)容物時(shí)保持對(duì)材料的感應(yīng)加熱來(lái)解決前面提到的問(wèn)題，即不希望發(fā)生的熔化材料冷卻問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)在傾斜期間控制坩堝的運(yùn)動(dòng)使得通常為流嘴的出口沿著預(yù)定的垂直軸線(xiàn)朝向模具垂直移動(dòng)、而進(jìn)一步解決了適應(yīng)不同模具尺寸的問(wèn)題。在實(shí)踐中，模具的進(jìn)口將也被定位在該軸線(xiàn)上，使得不管模具的尺寸如何，從坩堝澆出的熔化材料基本上沿著垂直軸線(xiàn)下落進(jìn)入模具中。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種鑄造方法，所述方法包括步驟將待熔化材料放入坩堝，其中所述坩堝具有定位在垂直軸線(xiàn)上的出口；對(duì)坩堝內(nèi)的材料實(shí)施感應(yīng)加熱以導(dǎo)致材料熔化；提供模具，所述模具具有在垂直軸線(xiàn)上的模具進(jìn)口；以及傾斜坩堝，同時(shí)保持對(duì)材料實(shí)施感應(yīng)加熱以及同時(shí)將所述坩堝的出口保持在垂直軸線(xiàn)上，以便將熔化的材料由所述出口基本上沿著垂直軸線(xiàn)從坩堝澆入模具中。
本發(fā)明的方法和設(shè)備的其他特征在所附權(quán)利要求中闡述。


現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，該描述僅供示例，在附圖中圖1圖解圖示了根據(jù)本發(fā)明的鑄造設(shè)備的特定部件；圖2(a)、3(a)和4(a)以順序透視解圖示出在鑄造步驟中的各透視圖中圖1所示部件的操作；圖2(b)、3(b)和4(b)分別以正視解圖示與圖2(a)、3(a)和4(a)相同的順序；圖5圖解圖示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的鑄造設(shè)備的特定部件；以及圖6圖解圖示本發(fā)明鑄造設(shè)備的另外的部件。
具體實(shí)施例方式
圖1-4中所示的部件形成部分感應(yīng)爐。在圖1中，附圖標(biāo)記10表示坩堝，通常為金屬的材料將在坩堝中被熔化，并且熔化的材料將從坩堝被澆入如圖6所示的模具或型箱12中。上述坩鍋被容納在具有線(xiàn)圈引線(xiàn)16的感應(yīng)線(xiàn)圈14中。如圖所示，線(xiàn)圈14和引線(xiàn)16為坩堝提供完全的支撐。在某些情況下，也可能需要另外的機(jī)械支撐部件以承受坩堝及其內(nèi)容物的重量。為方便說(shuō)明，并未圖示出這樣的另外部件。
線(xiàn)圈引線(xiàn)16以及在被提供的情況下的另外機(jī)械支撐部件，在卡盤(pán)20處被連接至可旋轉(zhuǎn)和垂直移動(dòng)的支撐構(gòu)件18。構(gòu)件18的形狀大致呈圓的扇形，該圓具有圓周22以及與卡盤(pán)20隔開(kāi)的旋轉(zhuǎn)中心軸線(xiàn)24。水平延伸的控制臂26在軸線(xiàn)24處被連接至構(gòu)件18。
纜索28的一端27被連接至感應(yīng)爐框架的固定部。纜索28的相對(duì)端30朝向構(gòu)件18的一端被附連至構(gòu)件18的外周22。以相似的方式，另一纜索36的相對(duì)端32和34被連接至固定框架結(jié)構(gòu)、以及朝向構(gòu)件18的另一端被連接至構(gòu)件18的外周22。應(yīng)該指出的是，纜索設(shè)置在構(gòu)件外周處的槽內(nèi)。
坩堝出口呈流嘴38的形式，其位于軸線(xiàn)24上。
使用時(shí)，通過(guò)由線(xiàn)圈14產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致感應(yīng)加熱來(lái)熔化坩堝的內(nèi)容物。當(dāng)熔化的內(nèi)容物要被澆入模具12中時(shí)，控制臂26如箭頭37所示垂直向下移動(dòng)。在實(shí)踐中，可以設(shè)置適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以向下移動(dòng)控制臂。
控制臂26的向下運(yùn)動(dòng)也令構(gòu)件18垂直向下移動(dòng)，與其一起移動(dòng)的還有線(xiàn)圈14、坩堝10，若存在機(jī)械支撐部件，則所述機(jī)械支撐部件也一起移動(dòng)。同時(shí)，由纜索28和36建立的約束裝置的作用導(dǎo)致構(gòu)件18如箭頭39所示繞軸線(xiàn)24旋轉(zhuǎn)。因此，構(gòu)件18執(zhí)行滾動(dòng)動(dòng)作，其中，構(gòu)件18的外周在包含纜索垂直部的垂直平面上有效滾動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)的效果在于坩堝被傾斜使得其熔化的內(nèi)容物從流嘴38澆出。
圖2(a)到4(a)以及圖2(b)到4(b)中圖示出該順序，同時(shí)還顯示，隨著坩堝發(fā)生傾斜，流嘴38沿著與軸線(xiàn)24相同的垂直軸線(xiàn)40移動(dòng)，軸線(xiàn)24與軸線(xiàn)40相交。流嘴38沿著不變的垂直路徑、即沿著軸線(xiàn)24移動(dòng)這一點(diǎn)意味著可預(yù)期其內(nèi)容物基本在相同路徑上澆出。在這點(diǎn)上，可以理解，材料澆出的垂直路徑可略微不同于所述垂直軸線(xiàn)，特別是在坩堝被快速傾斜的情況下。不過(guò)仍預(yù)期在正常操作中，以正常的傾斜速度，被澆材料將至少基本遵循軸線(xiàn)24所確立的垂直路徑。
與圖2(a)到4(a)以及圖2(b)到4(b)中所示的纜索機(jī)構(gòu)不同的約束裝置也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。圖5中圖示出另一例子，它顯示了如何通過(guò)齒條-小齒輪式機(jī)構(gòu)來(lái)約束構(gòu)件18經(jīng)歷沿垂直方向的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。構(gòu)件18的部分圓周形成有齒42，齒42與垂直固定齒條46上的齒44嚙合?？梢岳斫?，在該情況下，在傾斜期間隨著構(gòu)件18垂直向下移動(dòng)，坩堝的流嘴一樣受到約束從而沿著垂直軸線(xiàn)移動(dòng)。
貫穿坩堝所經(jīng)歷的旋轉(zhuǎn)和垂直平移始終保持感應(yīng)加熱。這樣，可在熔化物中盡可能長(zhǎng)時(shí)間地保持所需的高溫，以便確保實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量鑄造。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6，其圖示了鑄造設(shè)備另外的部件。模具或型箱12的外形為錐形的截頭圓錐形，模具或型箱12被互補(bǔ)容納在錐形搖臺(tái)(cradle)50內(nèi)。模具12具有中央漏斗形進(jìn)口52，進(jìn)口52位于垂直軸線(xiàn)40上，從而沿垂直方向與流嘴38對(duì)準(zhǔn)、以便接收從坩堝澆出并垂直下落的熔化材料。
在該實(shí)施例中，模具具有內(nèi)部的型腔(不可見(jiàn))，所述內(nèi)部型腔設(shè)置在進(jìn)口沿徑向向外的位置，并通過(guò)徑向溝道或通道(也不可見(jiàn))與進(jìn)口相連通。搖臺(tái)被牢固安裝在支撐在軸承座56中的垂直軸54上。三角皮帶或帶齒皮帶57作用于軸60上的帶輪58和軸54上的另一帶輪64之間，軸60由電機(jī)62驅(qū)動(dòng)。在操作中，搖臺(tái)50和模具12繞垂直軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。因此，從坩堝中澆出進(jìn)入進(jìn)口52的熔化材料通過(guò)內(nèi)部通道向外加速進(jìn)入型腔中。這樣，熔化的材料被迫進(jìn)入型腔中、以便提高所得鑄件的質(zhì)量。
圖6中的附圖標(biāo)記70表示可選的模具或型箱，能夠用其來(lái)取代模具12并仍然能將其互補(bǔ)套入搖臺(tái)50中。因此，所述設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)在于其適應(yīng)不同容量模具的能力。進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)模具以及搖臺(tái)上的互補(bǔ)錐形實(shí)現(xiàn)了對(duì)中性(centralization)和模具的適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)。
螺線(xiàn)管線(xiàn)圈和構(gòu)件18之間連接的旋轉(zhuǎn)調(diào)整的便利、即如上所述通過(guò)卡盤(pán)20的旋轉(zhuǎn)調(diào)整在很多方面也是有利的。其允許關(guān)于構(gòu)件18來(lái)設(shè)定坩堝的初始取向，即在坩堝起始位置處的取向。通過(guò)在該連接點(diǎn)處作適當(dāng)調(diào)整，能夠針對(duì)不同的熔化物體積來(lái)設(shè)置坩堝，即能夠設(shè)定坩堝的傾斜角以便在構(gòu)件18的向下移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)開(kāi)始后立即或很快開(kāi)始澆注。這進(jìn)而提供了使用具有不同深度的模具的能力，例如模具12和70。更進(jìn)一步，其通過(guò)允許初始傾斜角總是被設(shè)定成使坩堝的流嘴或其他出口被正確定位、以在構(gòu)件18垂直移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)描畫(huà)垂直軌跡，而為不同容量的坩堝提供了便利。
如上所示，在實(shí)踐中熔化物可能并不恰好沿著軸線(xiàn)40從流嘴澆出，尤其是當(dāng)坩堝快速傾斜而導(dǎo)致熔化物帶著一定水平動(dòng)量涌出的時(shí)候。在各具體情況中，無(wú)論如何該設(shè)備將被設(shè)置成以期確保模具進(jìn)口被置于澆注材料的路徑上，而且即便不能恰好在垂直軸線(xiàn)40上也一般離垂直軸線(xiàn)40很近。也應(yīng)相應(yīng)地解釋本說(shuō)明書(shū)中對(duì)沿著垂直軸線(xiàn)的熔化物澆注以及處于垂直軸線(xiàn)上的模具進(jìn)口作出的參考。
權(quán)利要求
1.一種鑄造設(shè)備，包括坩堝支撐和感應(yīng)加熱裝置，其被設(shè)置用來(lái)容納和支撐坩堝，所述坩堝容納將被熔化并從坩鍋出口澆出的材料，所述出口定位在垂直軸線(xiàn)上，而且所述支撐和感應(yīng)加熱裝置可操作以對(duì)所述材料實(shí)施感應(yīng)加熱使其熔化在所述坩堝中；以及平移裝置，當(dāng)所述支撐和感應(yīng)加熱裝置繼續(xù)支撐所述坩堝并對(duì)其中的材料實(shí)施感應(yīng)加熱時(shí)，所述平移裝置可操作以將所述坩堝傾斜，使熔化的材料從所述坩堝的出口中澆出，在傾斜期間，所述平移裝置約束所述坩堝使得所述出口保持定位在所述垂直軸線(xiàn)上，由此，至少基本在所述垂直軸線(xiàn)上將熔化材料從所述坩堝的出口澆出。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，并進(jìn)一步包括用于支撐模具的模具支撐設(shè)備，所述模具具有基本在所述垂直軸線(xiàn)上的進(jìn)口，隨著所述坩堝的傾斜，熔化的材料將從所述坩堝被澆入所述進(jìn)口，并且，在進(jìn)行操作以?xún)A斜所述坩堝的同時(shí)，所述平移裝置可操作以使得所述坩堝與所述模具支撐設(shè)備之間發(fā)生相對(duì)的垂直運(yùn)動(dòng)，而使得熔化的材料從所述坩堝澆入由所述模具支撐設(shè)備支撐的模具的進(jìn)口。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述模具支撐設(shè)備在垂直方向上是固定的，并且，所述平移裝置可操作以從初始位置朝向所述模具支撐設(shè)備垂直向下移動(dòng)所述坩堝。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述平移裝置包括可旋轉(zhuǎn)和垂直移動(dòng)的支撐構(gòu)件，以及在所述支撐構(gòu)件繞著與所述垂直軸線(xiàn)相交的水平軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)約束所述支撐構(gòu)件垂直移動(dòng)的裝置，并且，其中，所述坩堝支撐和感應(yīng)加熱裝置被連接至所述支撐構(gòu)件，使得當(dāng)所述支撐構(gòu)件垂直移動(dòng)并旋轉(zhuǎn)、從而傾斜所述坩堝并使所述坩堝垂直移動(dòng)時(shí)，被支撐坩堝的出口從而位于所述垂直軸線(xiàn)上并遵循該軸線(xiàn)。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述坩堝支撐和感應(yīng)裝置包括可將所述坩鍋容納于其中的螺線(xiàn)管線(xiàn)圈，所述線(xiàn)圈在與水平軸線(xiàn)隔開(kāi)的位置處被連接至所述支撐構(gòu)件，其中，所述構(gòu)件可繞所述水平軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述螺線(xiàn)管線(xiàn)圈以允許繞水平軸線(xiàn)調(diào)整所述坩堝相對(duì)于所述支撐構(gòu)件的取向的方式被連接至所述構(gòu)件。
7.如權(quán)利要求4至6中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述支撐構(gòu)件具有圓形外周，且所述約束裝置進(jìn)行操作以在所述支撐構(gòu)件垂直移動(dòng)時(shí)、使得所述支撐構(gòu)件在該外周上滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述構(gòu)件的形狀呈圓的扇形。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述約束裝置包括纜索，每根纜索在一端處附連至固定結(jié)構(gòu)，所述纜索具有相對(duì)端，所述相對(duì)端在角度上隔開(kāi)的位置處被附連至所述扇形的外周。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述約束裝置包括相互嚙合的齒，所述齒在所述構(gòu)件上和固定的垂直元件上，其中，所述構(gòu)件充當(dāng)小齒輪，所述固定的垂直元件充當(dāng)用于小齒輪的齒條。
11.如權(quán)利要求3至10中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述模具支撐設(shè)備包括用于旋轉(zhuǎn)所述模具的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述模具支撐設(shè)備包括用于支撐所述模具的搖臺(tái)和用于旋轉(zhuǎn)所述搖臺(tái)的裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，并包括模具，所述模具包括型腔，所述型腔設(shè)置在所述模具的進(jìn)口沿徑向朝外的位置。
14.如權(quán)利要求12或13所述的設(shè)備，其中，所述搖臺(tái)呈錐形以容納并對(duì)中錐形的模具。
15.一種鑄造方法，包括步驟將待熔化材料放入坩堝，其中所述坩堝具有定位在垂直軸線(xiàn)上的出口；對(duì)所述坩堝內(nèi)的材料實(shí)施感應(yīng)加熱以使所述材料熔化；提供模具，所述模具具有基本在所述垂直軸線(xiàn)上的模具進(jìn)口；以及傾斜所述坩堝，同時(shí)保持對(duì)所述材料實(shí)施感應(yīng)加熱以及同時(shí)將所述坩堝的出口保持在所述垂直軸線(xiàn)上，以便將熔化的材料由所述出口基本上沿著所述垂直軸線(xiàn)從所述坩堝澆入模具中。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，包括在所述坩堝傾斜期間使所述坩堝和所述模具之間發(fā)生相對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)的步驟。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，在所述坩堝傾斜期間，所述坩堝垂直向下朝向所述模具移動(dòng)。
18.如權(quán)利要求15至17中任意一項(xiàng)所述的方法，包括在熔化材料被澆入所述進(jìn)口時(shí)旋轉(zhuǎn)所述模具的步驟。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，對(duì)其中設(shè)置有所述模具的搖臺(tái)實(shí)施旋轉(zhuǎn)，從而旋轉(zhuǎn)所述模具。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鑄造設(shè)備，其包括設(shè)置成容納和支撐坩堝(10)的坩堝支撐和感應(yīng)加熱裝置(14，16，18)，所述坩堝容納有材料，所述材料將被熔化并從出口(38)澆出。所述出口定位在垂直軸線(xiàn)(40)上。所述支撐和感應(yīng)加熱裝置還操作以對(duì)所述材料實(shí)施感應(yīng)加熱、以將其熔化在坩堝中。還有平移機(jī)構(gòu)，當(dāng)所述坩堝仍被支撐時(shí)以及持續(xù)對(duì)所述坩堝加熱時(shí)，所述平移機(jī)構(gòu)傾斜所述坩堝。該機(jī)構(gòu)以這樣的方式操作即，使得在傾斜期間，所述坩堝的出口被保持在垂直軸線(xiàn)上、以便熔化材料在垂直軸線(xiàn)上從所述出口澆出。在所述實(shí)施例中，所述坩堝同時(shí)朝向熔化物澆入的模具垂直移動(dòng)。
文檔編號(hào)F27D11/00GK101044367SQ200580029468
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2005年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月2日
發(fā)明者伊爾沙德·汗, 韋塞爾·馬蒂納斯·克龍涅 申請(qǐng)人:開(kāi)普敦大學(xué)