直接激冷的金屬鑄造模具系統及其所用的冷卻系統技術方案

一種熔融金屬的模具鑄造系統（１２０），其可保持大致相等的冷卻劑流率，同時改進了排向鑄件的冷卻劑流的流動特性，從而改變作用在所顯露鑄件上的冷卻效果。對于某些較低導熱率的合金金屬而言，降低了在鑄件中心表面部分的熱傳遞，從而在鑄造期間減少了錠卷曲。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】本專利技術涉及一種熔融金屬的模具鑄造系統，其用于鐵和非鐵模具的鑄造。更具體地說，本專利技術提供了一種冷卻系統，其通常使通過冷卻劑排放孔或阻遏件的進氣流率保持大致相等，同時減少了在鑄件的分式(fractional)表面部分的熱傳遞或冷卻作用，從而減少了錠卷曲(butt curl)和/或在鑄件和金屬的鑄造期間任何其它不合乎要求的影響。
技術介紹
金屬鑄錠、鑄塊和其它鑄件通常通過鑄造工藝而成形，該鑄造工藝采用位于大鑄坑之上的垂直取向的模具，該鑄坑在金屬鑄造設施的地面高度之下，但是，本專利技術也可用于水平模具。立式鑄造模具的下面部件是啟動塊。當鑄造工藝開始時，啟動塊在模具中位于其最上面的位置。當熔融金屬注入模具孔或型腔內并(通常通過水)進行冷卻時，啟動塊在預定速度下通過液壓缸或其它裝置而緩慢下降。當啟動塊下降時，固化的金屬或鋁從模具底部顯露出來，并形成具有不同幾何形狀的鑄錠、圓料或鑄塊，這里也稱為鑄件。雖然本專利技術一般而言適用于金屬的鑄造，包括但不限于鋁、黃銅、鉛、鋅、鎂、銅、鐵等，但是，所給出的實例以及所公開的優選實施例是針對鋁的，因此，即使本專利技術可以更廣泛地應用于多種金屬，但是為了一致起見，在整個全文中使用用語“鋁”。雖然具有多種方式來實現并構造立式鑄造裝置，附圖說明圖1顯示了一種實例。在圖1中，通常在工廠地面高度以下，在鑄坑內進行鋁的立式鑄造。沉箱103直接位于鑄坑地面101a之下，在沉箱中放置了用于液壓缸的液壓缸圓筒102。如圖1所示，位于鑄坑101和沉箱103內的所示典型立式鋁鑄造設備的下部分的部件是液壓缸圓筒102、推桿106、安裝底座殼體105、沖頭107和啟動塊底座108(也稱為啟動頭或底部塊)，所有這些都顯示在鑄造設施地面104以下的高度上。安裝底座殼體105安裝在鑄坑101的地面101a上，沉箱103在安裝底座殼體105之下。沉箱103通過側壁103b及其地面103a來限定。在圖1中還顯示了典型的模具臺組件110，如圖所示，模具臺組件可以通過液壓缸111推動模具臺傾料臂110a而傾斜，使其圍繞點112樞軸轉動，由此而提升并轉動主鑄造框架組件，如圖1所示。圖中還有模具臺承載件，使得模具臺組件運動到達和離開鑄坑之上的鑄造位置。圖1還顯示了沖頭107和部分下降到鑄坑101內的啟動塊底座108，其中部分地形成鑄件或鑄塊113。鑄錠113位于包括啟動頭或底部塊的啟動塊底座108上，啟動頭通常(但并非總是)放置在啟動塊底座108上，所有這些部件在本領域中是已知的，因此不進行更加詳細的顯示或說明。雖然用語“啟動塊”用作部件108，但是應該注意到，術語“底部塊”和“啟動頭”在工業中也用于部件108，底部塊通常在鑄造鑄錠時使用，而啟動塊在鑄造鑄塊時使用。雖然圖1中的啟動塊底座108只顯示了一個啟動塊108和支座105，但是通常具有各自安裝在每個啟動塊底座上的多個啟動塊和支座，在鑄造過程中，當啟動塊下降時它們同時鑄造出鑄塊、特定的形狀或鑄錠。當將液壓流體以足夠的壓力引入液壓缸時，推桿106以及啟動塊108就升高到用于鑄造工藝(也就是啟動塊位于模具臺組件110內時)的所需啟動高度。通過在預定速度下計量來自液壓缸的液壓流體，來實現啟動塊108的下降，由此在預定和受控速度下降低推桿106以及啟動塊。在該過程中，通常使用水冷裝置來受控地冷卻模具，以便有助于顯露出的鑄錠或鑄塊固化。當前具有多種裝配在模具臺內的模具和鑄造技術，并且不需要特定的模具和鑄造技術來實施本專利技術的各種實施例，這是因為它們對于本領域的普通技術人員來說是已知的。由于上面放置模具臺的鑄坑具有多種不同的尺寸和構造，因此模具臺具有各種的尺寸和構造。模具臺適用于特定應用的需要和要求，這取決于多種因素，其中一些因素包括鑄坑的尺寸、水源位置以及操作鑄坑的機構的操作。典型模具臺的上側可操作地連接到金屬分配系統上或者與其相互作用。典型的模具臺還可操作地連接到由其容納的模具上。當使用連續鑄造的立式模具來制造金屬時，在啟動塊底座下降時，熔融金屬在模具中冷卻并從模具下端連續地顯露出。所顯露的鑄塊、鑄錠或其它構造充分地固化，使其保持所需的形狀。在顯露的固化金屬和可透過的環壁之間具有氣隙。在其下面，在顯露出的固化金屬和模具及相關設備下部之間具有模具氣腔。由于鑄造工藝通常會采用包含潤滑劑的流體，因此，就需要導管和/或管道將流體輸送到模具型腔周圍的所需位置。盡管在此說明書中使用了術語潤滑劑，但是應該理解，它指的是所有類型的流體，而不管它是否為潤滑劑。在鑄坑和熔融金屬中及周圍工作可能有潛在的危險，并且需要不斷地尋求提高安全性和最大程度地減小設備操作員暴露于危險或事故隱患中的方法。錠卷曲是在某些金屬和/或形狀鑄造期間發生的已知的不合要求的現象，并且一般是由于鑄件的某些部分相對于其它部分的收縮而造成的。過度的錠卷曲可能導致燒穿或滲出情形，在這種情形下，熔融金屬在模制過程期間逸出并且需要立即放棄鑄造。在鑄造鑄錠等形狀時，尤其當鑄造具有較低導熱率的金屬合金時，將更傾向于發生錠卷曲，并且達到較高的程度。例如，各合金具有不同的液相線至固相線區域和導熱率。這些合金中的一些，例如具有較高鎂含量的那些合金也具有低得多的導熱率。結果，形成均勻的水汽阻擋層或薄膜阻擋層將更加困難。這些鑄錠的中心將比鑄錠的其余部分更快地發生泡核沸騰，這是不合要求的。在鑄錠鑄件的中心表面部分需要保持較高的金屬溫度，以便降低熱梯度和減少錠卷曲的發生率和/或幅度。如同人們將遇到的充分認可的問題，已經進行了很多努力來減少錠卷曲的發生率和幅度。但是，本申請人并沒有意識到，任何這種努力或方法還能保持通過各種冷卻劑排放孔的相對恒定的流率。例如，一種方法是通過增大阻遏件和噴射孔的橫截面來提高對四分之一部分的冷卻作用，從而增加對那些區域的冷卻作用，以降低在那些區域和中心表面部分之間的梯度。增大通過四分之一部分中的較大孔的流量可能產生其它不合要求的影響。鑄造和冷卻工藝過程會留下本領域中技術人員所稱的汽斑，其是位于鑄件外面的由鑄造引起的圖案或斑點，并且在任何給定的鑄件部分，例如四分之一部分或中心表面部分，汽斑離鑄件底部的越高，則該部分保持較高溫度的時間就越長。作為一個示例，因此在鑄造鑄錠時，就需要具有這樣的一種汽斑圖案，其中，這種汽斑在鑄件的中心表面部分(分式部分)比朝向末端的部分或所謂的四分之一部分更高。在鑄造其它形狀時，可能需要具有位于第一分式表面位置的一種汽斑，以及位于第二分式表面位置的第二汽斑圖案。實際上對于一種特定的鑄件，可能需要幾種不同的汽斑圖案或高度，并且本專利技術提供了可實現這種目的的能力。在本專利技術的一個方面，其目的是提供一種用于某些形狀的鑄件或某些金屬或合金成分的改進的冷卻系統。本專利技術的一些實施例的一個目的是提供一種會留下汽斑的冷卻系統，該汽斑的量別在中心表面部分比在末端或四分之一部分要更高，或延伸到鑄件的較高位置。本專利技術一些實施例的一個目的是提供一種冷卻和鑄造系統，其減少了錠卷曲，即使對于相對較低熱導率的金屬合金也是如此。附圖簡介下面參考以下附圖來描述本專利技術的優選實施例。圖1是其中使用了本專利技術的立式鑄坑、沉箱和金屬鑄造設備的立視圖；圖2是鑄錠形模具框架和模具型腔的一個示例的頂部透視圖；圖3是圖2所示鑄錠形模具框架和模具型腔的一個示例本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于帶模具型腔的直接激冷式鑄造模具系統的冷卻系統，所述模具系統構造成用于模制金屬鑄件，所述冷卻系統包括：構造成用于定位在模具型腔周邊周圍的冷卻框架，所述冷卻框架包括：第一多個冷卻劑排放孔，其構造成在第一端以第一冷卻劑流率來接受冷卻劑，并且構造成在第二端以第一冷卻劑排放速度朝著正在模制的鑄件的第一分式表面部分來排放第一排放冷卻劑流；第二多個冷卻劑排放孔，其構造成在第一端以第二冷卻劑流率來接受冷卻劑，并且構造成在第二端以第二冷卻劑排放速度朝著所述鑄件的第二分式表面部分來排放第二排放冷卻劑流；其中，所述第一冷卻劑流率大約等于所述第二冷卻劑流率；并且所述第一冷卻劑排放速度小于所述第二冷卻劑排放速度。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】US 2004-2-28 10/789,3911.一種用于帶模具型腔的直接激冷式鑄造模具系統的冷卻系統，所述模具系統構造成用于模制金屬鑄件，所述冷卻系統包括構造成用于定位在模具型腔周邊周圍的冷卻框架，所述冷卻框架包括第一多個冷卻劑排放孔，其構造成在第一端以第一冷卻劑流率來接受冷卻劑，并且構造成在第二端以第一冷卻劑排放速度朝著正在模制的鑄件的第一分式表面部分來排放第一排放冷卻劑流；第二多個冷卻劑排放孔，其構造成在第一端以第二冷卻劑流率來接受冷卻劑，并且構造成在第二端以第二冷卻劑排放速度朝著所述鑄件的第二分式表面部分來排放第二排放冷卻劑流；其中，所述第一冷卻劑流率大約等于所述第二冷卻劑流率；并且所述第一冷卻劑排放速度小于所述第二冷卻劑排放速度。2.根據權利要求1所述的冷卻系統，其特征還在于，所述冷卻劑是水。3.根據權利要求1所述的冷卻系統，其特征還在于，所述冷卻劑包括水。4.根據權利要求1所述的冷卻系統，其特征還在于，所述冷卻劑是水和二氧化碳的混合物。5.根據權利要求1所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是四分之一部分。6.根據權利要求1所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是三分之一部分。7.根據權利要求1所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分圍繞模具型腔的周邊而彼此相鄰。8.根據權利要求1所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分圍繞模具型腔的周邊而彼此間隔開。9.根據權利要求1所述的冷卻系統，其特征還在于，所述模具系統構造成可鑄造鑄錠形狀的鑄件。10.根據權利要求1所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一冷卻劑流率在所述第二冷卻劑流率的4％以內。11.根據權利要求1所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一冷卻劑流率在所述第二冷卻劑流率的8％以內。12.根據權利要求1所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一冷卻劑流率在所述第二冷卻劑流率的12％以內。13.根據權利要求1所述的冷卻系統，其特征還在于，從所述鑄件至所述第一排放冷卻劑流的熱傳遞小于至所述第二排放冷卻劑流的熱傳遞。14.根據權利要求1所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一排放冷卻劑流小于所述第二排放冷卻劑流。15.一種用于帶模具型腔的直接激冷式鑄造模具系統的冷卻系統，所述模具系統構造成用于模制金屬鑄件，所述冷卻系統包括構造成用于定位在模具型腔周邊周圍的冷卻框架，所述冷卻框架包括第一多個冷卻劑排放孔，其構造成在第一端以第一冷卻劑流率來接受冷卻劑，并且構造成在第二端以第一冷卻劑排放速度朝著正在模制的鑄件的第一分式表面部分來排放第一排放冷卻劑流；第二多個冷卻劑排放孔，其構造成在第一端以第二冷卻劑流率來接受冷卻劑，并且構造成在第二端以第二冷卻劑排放速度朝著所述鑄件的第二分式表面部分來排放第二排放冷卻劑流；其中，所述第一冷卻劑流率大約等于所述第二冷卻劑流率；并且所述第一排放流率小于所述第二排放流率。16.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一冷卻劑排放速度小于所述第二冷卻劑排放速度。17.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特征還在于，所述冷卻劑包括水。18.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特征還在于，所述冷卻劑是水和氣體的混合物。19.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是四分之一部分。20.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是三分之一部分。21.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分圍繞模具型腔的周邊而彼此相鄰。22.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分圍繞模具型腔的周邊而彼此間隔開。23.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特征還在于，所述模具系統構造成可鑄造鑄錠形狀的鑄件。24.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一冷卻劑流率在所述第二冷卻劑流率的4％以內。25.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一冷卻劑流率在所述第二冷卻劑流率的8％以內。26.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特征還在于，所述第一冷卻劑流率在所述第二冷卻...

【專利技術屬性】
技術研發人員：CL夏伯，
申請(專利權)人：瓦格斯塔夫公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]