專利名稱：用于鑄件的熱處理和除砂的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及冶金鑄造工藝，更確切地是涉及用于從鑄件中除去砂芯和對該鑄件進行熱處理的方法和裝置。
背景技術：
成型金屬鑄件的傳統(tǒng)鑄造工藝例如使用將所需鑄件(例如汽缸頭)的外部特征成型在內(nèi)表面上的鑄鐵砂箱型鑄型或砂型(通常稱為模具)。一個包括砂和合適粘結材料并限定出鑄件內(nèi)部特征的砂芯設置在模具中。砂芯通常用于在金屬鑄件內(nèi)部制出輪廓和內(nèi)部特征，在鑄造過程結束后必須要從鑄件中除去并回收芯砂材料。根據(jù)應用，砂芯和/或砂型如果使用粘結劑的話可以包括酚醛樹脂粘合劑、酚醛聚氨酯“冷箱”粘合劑或者其它適合的有機粘結材料。隨后在模具中填滿熔融金屬合金。當合金固化時，鑄件通常會從模具中取出并送到熱處理爐中進行熱處理、從砂芯中回收型砂并且時效。熱處理和時效是改善金屬合金的工藝以便使其具有適于各種不同應用場合的物理特性。
根據(jù)一些現(xiàn)有技術，一旦形成鑄件，為了對金屬鑄件進行熱處理并且從砂芯中充分回收純砂通常需要進行幾個明顯不同的步驟。第一步驟是從鑄件中分離出砂芯部分。通常利用一個或組合方式從鑄件中分離出砂芯。例如，可以從鑄件中鑿出型砂或者可以物理振動或震動鑄件以便破碎潰散，從而取出型砂。一旦從鑄件中取出型砂，通常會在隨后的步驟中對鑄件熱處理以及時效。如果希望強化或硬化鑄件，通常對鑄件熱處理。另外一個步驟包括凈化從鑄件中分離出的型砂。通常利用一個或組合方式進行上述凈化操作。這些可以包括燃燒包涂在砂上的粘合劑、研磨該型砂以及使型砂部分通過網(wǎng)篩。因此，可將型砂部分再進行回收步驟，直至回收到充分凈化的型砂。
因此，工業(yè)上需要改善熱處理鑄件以及從中回收砂芯材料的方法，因此長期以來要求獲得能更有效地進行熱處理、除去砂芯以及從砂芯中回收充分凈化的砂的有效方法以及相關裝置。

發(fā)明內(nèi)容
簡而言之，本發(fā)明包括一種用于熱處理鑄件(例如使用在冶金工廠)和在鑄造過程中除下砂芯的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明具有多個利用高壓流體介質有效除下和回收砂芯型砂、以及在模具內(nèi)對鑄件熱處理的在本發(fā)明的一個用于除下型砂和熱處理鑄件的實施例中，熔融金屬被澆注進模具中，該模具通常要經(jīng)過預熱以便能將金屬溫度保持在接近形成鑄件時的熱處理溫度。隨后從模具中取出鑄件，并將每個鑄件放置在一個具有已知x、y、z軸和坐標的鞍狀物上的預定位置內(nèi)。每個鞍狀物通常被構成可在一個具有X、Y、Z軸和坐標的固定方位或位置內(nèi)接納一個鑄件，并且鑄件設置在一個已知標定位置處，這樣利用砂芯形成的鑄件的芯孔就定位或對齊在所述已知標定位置處。上述鞍狀物還能包括定位件，引導并幫助鑄件維持在所需已知標定位置處。
每個鞍狀物帶著定位在其內(nèi)部的一個鑄件穿過一個熱處理臺的熱處理爐或熱處理室，進行熱處理和除砂并可能回收砂芯。在經(jīng)過熱處理臺熱處理時，一系列具有x、y、z坐標被固定或定位成與上述鑄件位置對齊的噴嘴將高壓熱流體介質流，例如空氣、水或者導熱油等引導到鑄件上以及內(nèi)部。該流體易于和有助于在熱處理時破碎砂芯后從鑄件內(nèi)腔體中移走和促進除去砂芯型砂。通常，噴嘴被布置在順序穿過熱處理室定位的噴嘴臺上，每個噴嘴臺上的噴嘴被設置在相對鑄件芯孔的已知位置的預定方位，每個噴嘴組合能通過一個控制系統(tǒng)或控制臺進行遠程控制。
在本發(fā)明的另一個實施例中，鑄件能被保留在其模具內(nèi)進行“模內(nèi)熱處理”。這些模具通常在倒入熔融鑄件金屬之前要進行預熱以將其保持在接近鑄件的熱處理溫度，以便在鑄件部分固化的同時在模具內(nèi)對鑄件進行部分熱處理。然后，模具連通其內(nèi)的鑄件通常被放置或定位在標定方位，或者是已知x、y、z坐標的位置處，以便對其內(nèi)的鑄件進行熱處理以及去除砂芯。
為了進行熱處理以及除去并回收鑄件的砂芯，模具和鑄件通常要經(jīng)過熱處理臺的熱處理爐。該熱處理臺還包括若干噴嘴臺，每個噴嘴臺具有一系列以預定方式對應于模具和鑄件已知位置進行定位和設置的噴嘴，以方便對其使用設計高壓流體。噴嘴臺同樣也包括可由自動機器操作并可沿模具周圍的一條預定路徑進入各種應用位置的噴嘴，其中這些應用位置與模具進口或開口的位置或方位相對應，方便進入鑄件以便從中去除砂芯。可替代的是，熱處理臺同樣能包括例如電感或輻射能源等替代性熱源或者氧氣室，用于為模具或鑄型整體提供能源以便升溫對其內(nèi)的鑄件進行熱處理。隨后，從模具中取出鑄件，并使該鑄件通過后續(xù)的型芯去除臺或者經(jīng)過后續(xù)的型芯去除步驟，以便進一步從鑄件中去除并可能地回收砂芯。
在另一個實施例中，模具被預熱到一個預定溫度。隨后，在將熔融金屬倒入模具中時，持續(xù)對模具進行加熱，以便在鑄件固化的同時對其進行熱處理而未從模具中除去鑄件。該模具隨后能被傳送淬火臺，以便對鑄件淬火以及從中去除砂芯。在該實施例中，模具通常保持在一個位于澆注臺處或者其附近的已知的固定位置或方位。應用從一系列布置在模具周圍并且通常與模具進口相對齊的噴嘴中噴射出的熱流對模具加熱。隨后上述噴嘴進一步圍繞模具在一系列根據(jù)模具位置或方位所設定的噴嘴位置之間運動，以便加熱模具對其內(nèi)的鑄件進行熱處理。
通過閱讀理解本說明書并結合附圖可以更清楚地了解本發(fā)明的各種目的、特征以及優(yōu)點。
附圖的簡要說明

圖1為本發(fā)明第一實施例的示意圖；圖2為示出將熔融金屬引入模具的側視圖；圖3為示出鞍形物內(nèi)鑄件位置的透視圖；圖4為示出用于進行模具內(nèi)熱處理以及去除砂型的本發(fā)明另一實施例的示意圖；圖5A-5B為示出空氣噴嘴圍繞模具運動到各種應用位置進行模具內(nèi)熱處理的側視圖；圖6示意性地示出對鑄件進行模具內(nèi)熱處理的熱處理室的另一個
具體實施例方式
現(xiàn)在詳細描述視圖，其中在所有視圖中相同的標號表示相同的部件。圖1大致示出冶金鑄造工藝10。因為鑄造工藝屬于現(xiàn)有技術，所以在此僅僅簡要描述傳統(tǒng)的鑄造工藝，以便參考。
如圖1和圖2所示，根據(jù)本發(fā)明，在一個傾倒臺或鑄造臺12將熔融金屬或金屬合金M傾倒進模具11中，以便形成一個如汽缸頭或汽車發(fā)動機汽缸的鑄件13。通常，型芯被接納或放置成可在每個模具中的鑄件內(nèi)部形成中空腔和/或鑄件細部或型芯座(core print)。每個模具11通常為砂箱型模具并能由一種鑄鐵等金屬或者其它現(xiàn)有技術中的材料制成，可具有蛤殼形狀設計以方便從中打開以及取出鑄件。該模具也可以是由混合有例如酚醛樹脂或其它現(xiàn)有的合適有機粘結劑等粘結劑的型砂材料所制成的濕砂型模具。相似地，鑄件芯通常包括砂芯，其由一種砂材料和例如酚醛樹脂、酚醛聚氨酯“冷箱”粘結劑等合適粘結劑或者其它合適的現(xiàn)有有機粘結劑材料所形成。
如圖3所示，每個模具11通常包括一系列側壁14、一個頂壁或上壁16、和一個底壁或底部17，由此限定出一個接納熔融金屬M的內(nèi)腔18。該內(nèi)腔18通常形成有用于形成模具內(nèi)鑄件13內(nèi)部特征的凹凸圖案，以便限定出最終鑄件的形狀或輪廓。澆口19通常形成在上壁或頂部16上并與內(nèi)腔18連通，以便如圖1和圖2所示傾倒熔融金屬M或將該熔融金屬引入模具。最終的鑄件具有模具內(nèi)腔的特征，另外砂芯開口或進口21也成型在砂芯在模具內(nèi)的定位位置處。
同樣也經(jīng)常在傾倒臺12附近設置一個加熱元件，例如熱風鼓吹機或其它合適的氣體或電爐加熱機構22，以便預熱模具11?？晒┨娲氖?，該模具能設有加熱模具的熱源或元件。例如，模具能在鑄件附近包括用于接納加熱模具的例如熱油等加熱介質的腔室。通常，根據(jù)形成鑄件的金屬或合金，將模具被預熱到一個所需溫度。例如，對于鋁，模具需要被預熱到約400-600攝氏度的范圍內(nèi)。預熱各種金屬合金所需的各種預熱溫度為本技術領域的技術人員所熟悉，并能包括400-600攝氏度上下的較大溫度范圍。預熱模具有助于將鑄件金屬保持在熱處理溫度處或在該溫度附近，以便在傾倒熔融金屬以及熔融金屬在模具內(nèi)固化時而使熱損失最小化，隨后將模具傳送至后續(xù)處理臺，對鑄件進行熱處理。
如圖1所示，一旦熔融金屬或金屬合金已經(jīng)倒入模具并且已經(jīng)至少部分固化，一個模具輸送機構25會從傾倒臺12上將模具和鑄件取下，并將其傳送至一個加載臺26。該模具輸送機構包括一個輸送模具的自動機器(未示出)，絞盤或其它類型的現(xiàn)有輸送機構，用于將模具從傾倒臺傳送至加載臺。在本發(fā)明的第一實施例中，在熔融金屬M已經(jīng)在模具內(nèi)固化而形成鑄件后，在加載臺26(圖1)例如利用機器人臂或類似機構處從模具11中取出鑄件13(圖3)，并將該鑄件放置在鞍狀物27內(nèi)部的一個具有已知x、y、z坐標的預定標定位置內(nèi)。結果，鑄件的芯孔21(圖3)同樣地定位或對齊在已知位置內(nèi)，以便從鑄件除去砂芯。
如圖3所示，每個鞍狀物通常是一個籃子或貨架，該鞍狀物通常由金屬材料制成并具有一個基部28和一系列側壁29，由此限定出一個開口鑄腔或容器31，該容器利用裸露出的芯孔或進口來接納鑄件13。該鑄件在放置在其鞍狀物27的容器31內(nèi)時將通常被固定在已知的標定或對齊方位或位置內(nèi)。另外，如圖3所示，鞍狀物27還能包括安裝在每個鞍狀物基部和/或壁28和29上的定位件32，用于將鑄件引導和維持在鞍狀物27內(nèi)的所需標定位置上。該定位件包括如圖3的導銷33，或者能包括如圖3中虛線34所示的凹口或溝槽，或者其它用于將鑄件引導和定位在所需標定位置或方位內(nèi)的相似器件。通常，導銷33由例如鑄鐵或類似耐高溫的金屬材料制成，并被安裝在鞍狀物的底部或任一側壁上。在鑄造過程中，例如通過使用安裝在鞍狀物的底部或側壁上的導銷，或通過使用可降解的砂芯材料，在鑄件內(nèi)形成相應的定位器或導向開口36(如虛線所示)。當鑄件放置在其鞍狀物內(nèi)時，導銷將被接納在鑄件的相應導向開口內(nèi)，以便將鑄件定位和維持在一個具有已知且限定的x、y、z坐標的所需標定位置內(nèi)，并相似地將鑄件中型芯進口的位置定位或對齊在已知位置內(nèi)，以便更有效更直接地加熱鑄件砂芯，從而促進取下和去除芯砂進行回收。
另外，在一些應用中，模具可以包括一個鋼或鐵“?！?chill)或型芯(insert)，所述金屬“?！被蛐托揪哂袨榱烁倪M其晶粒結構而分配在鑄件上的各種設計特征。這些金屬模能在澆注后取出，或者能留下并在鑄件熔融金屬固化時成為鑄件的一部分。該金屬模如果留在鑄件內(nèi)將也能用作定位件，而使鑄件定位在其鞍狀物內(nèi)的所需對齊或位置中。通過取出金屬模所留下的特征或細部同樣也能用作接合鞍狀物內(nèi)導銷或其它定位件的定位點，以便將每個鑄件固定在其所需的標定位置內(nèi)。
如圖1所示，在每個鑄件11已經(jīng)裝載在其鞍狀物內(nèi)具有已知x、y、z坐標的位置或方位后，每個鑄件隨后將在鞍狀物內(nèi)進入一個熱處理臺40進行熱處理，去除型芯以及回收芯砂(如果需要)。該鞍狀物通常在一個運輸帶或軌道上穿過熱處理臺進行傳送，這樣鑄件在穿過熱處理臺時將被保持在已知的標定位置。熱處理臺40通常包括一個熱處理爐，該熱處理爐通常為一個氣體燃料加熱爐并具有一系列處理區(qū)段或處理室，用來對每個鑄件進行熱處理和去除型芯以及回收芯砂。其中在各個應用可能需要進行熱處理和取出砂芯的同時而處理區(qū)段能分成盡可能多或盡可能少的區(qū)段，而每個鑄件通常被保持在模具內(nèi)部直至一個鞍狀物能帶其穿過一個熱處理臺。如果需要，還可能在熱處理臺40內(nèi)部使鑄件時效。
在美國專利第5,294,094；5,565,046和5,738,162號中公開了一些如下的熱處理爐，即這些熱處理爐可對鑄件進行熱處理和從鑄件中取出砂芯，以及可能地從鑄件砂芯中回收芯砂，本文參考這些公開物。在1999年5月17日申請的美國專利申請第09/313,111號中所公開的另一個熱處理爐可對金屬鑄件進行熱處理以及去除砂芯，和回收芯砂，本文同樣也將參考該公開物。
如圖1所示，熱處理臺40包括一系列噴嘴臺41，該噴嘴臺沿該熱處理臺間隔放置定位，以便促進熱處理操作和從鑄件中除去砂芯。沿熱處理臺放置的噴嘴臺數(shù)目可根據(jù)鑄件的型芯座或設計而變化。每個噴嘴臺或組件41所包括的一系列噴嘴42安裝和定位在與正從中穿過的鞍狀物內(nèi)鑄件的已知標定位置相對應的已知或對齊位置內(nèi)。在每個噴嘴臺內(nèi)的噴嘴數(shù)目可根據(jù)鑄件的型芯座而變化，這樣具有不同型芯設計的不同類型鑄件就能在每個噴嘴臺應用隨意不同設置或數(shù)量的噴嘴。通常通過一個能遠程控制的控制系統(tǒng)來控制噴嘴，以便能根據(jù)穿過熱處理臺的鑄件的設計或型芯座來接合或脫開位于不同噴嘴臺處的各個噴嘴。
每個噴嘴42通常安裝在一個預定位置和/或方位，并根據(jù)鞍狀物中鑄件的已知標定位置而形成和芯孔或進口或型芯座中的一個或者與一組在模具中的芯孔相對齊。為每個噴嘴所供應的高壓熱流通常包括空氣、熱油、鹽、水或其它已知流體，并在通常接近1,000FPM到約15,000FPM的高壓下被引到型芯開口處，盡管但是也能根據(jù)特定鑄件情況采用更高或更低的壓力。通過噴嘴施加在鑄件上的加壓流體傾向于沖擊或接觸到鑄件內(nèi)的型芯，以便使砂芯的粘結材料至少部分裂解或破碎。當砂芯被流體破碎或驅散時，砂芯的芯砂會傾向于利用流體通過鑄件回收芯砂的通道而通過芯孔或進口從鑄件中被取下或清理。
每個噴嘴組件或噴嘴臺41的噴嘴42還能根據(jù)鑄件的特征而被調節(jié)到不同的噴嘴位置，同樣流體的壓力也能被調節(jié)。例如通過使用可自動運動或定位的噴嘴可實現(xiàn)遠程調節(jié)噴嘴。同樣來自噴嘴的流體也能根據(jù)分散流體的噴嘴所在的熱處理臺內(nèi)的區(qū)段而具有不同的溫度，這樣流體將不會消極影響鑄件通過熱處理爐或臺所進行的熱處理。另外，每個噴嘴臺的噴嘴能在各個位置之間運動，包括從一個靜止位置運動到一個應用位置，或者在幾個應用位置之間運動，并且在一旦鑄件移動到熱處理臺內(nèi)每個不同的區(qū)域或臺時會朝著芯孔或者進口，以便有策略地將熱的高壓流體流引到不同的砂芯孔或進口來引起砂芯破碎并從鑄件中移走和用于將砂芯除去。這樣，在熱處理爐或臺內(nèi)使用噴嘴臺可以提高和使得更有效地在熱處理鑄件時將砂芯從每個鑄件中破碎和去除，并有助于將砂材料從砂芯中回收來再次使用。
如圖1所示，在每個鑄件完成熱處理和去除砂芯后，每個鑄件從熱處理臺40移走并通常移到淬火臺45。淬火臺45通常包括一個填有如水或其它公知的鑄件可以浸入其中進行冷卻和淬火的冷卻流體的淬火槽。淬火槽的容積和尺寸通常是所形成的鑄件和金屬或金屬合金的特定熱量的函數(shù)，特定熱量包括鑄件和每個鑄件已經(jīng)被加熱的溫度?？商娲?，淬火臺可以包括一系列空氣噴嘴，用于將冷卻的空氣噴射到淬火的鑄件。
本發(fā)明的另一個實施例說明了如圖4-8B所示，鑄件在模內(nèi)熱處理。如圖4所示，在鑄造過程50的實施例中，在澆注或鑄造臺52上將熔融金屬或合金M注入模具51內(nèi)。如圖4-5B所示，在該實施例中的模具51通常包括由如鑄鐵或類似材料制成的砂箱型模具，或者可以是在現(xiàn)有技術中公知的混有有機粘合劑的砂材料制成的濕砂型模具，并通常包括一個內(nèi)部室，在其內(nèi)形成鑄件53(圖6-8B)。
每個模具通常包括一個砂芯54，如圖7所示，砂芯通常由混有有機粘結劑的砂材料形成，用于在模具內(nèi)形成的鑄件內(nèi)形成孔和或芯孔或進口，并用于形成鑄件細節(jié)或芯部圖案。在該實施例中的模具51，還包括端口或模具入口56(圖4-5B)，其可以在模具周圍的任選、所需的位置或地方形成并延伸通過模具51的側壁57，以便為模具(圖6-8B)內(nèi)形成的鑄件53提供入口，來直接將熱量施加在模內(nèi)的鑄件并將砂芯破碎和移走。
例如熱鼓風機或其他的合適的氣體或電加熱機構58(圖4)的加熱元件設置在澆注臺或鑄造臺52附近，以在將熔融金屬M引到模具內(nèi)時能預熱模具。可替代地模具在鄰近模具內(nèi)鑄件處的地方可以形成有空腔，其中，可以容納加熱的氣體，熱油或其他的加熱介質，用來預熱模具和進一步加熱模具內(nèi)的鑄件。通常地，根據(jù)金屬或合金所需的形成鑄件的熱處理溫度，將模具預熱到一所需的溫度，對于鋁也就是400-600攝氏度。對模具預熱傾向于在從澆注臺傳送出模具時基本將模具內(nèi)所形成鑄件的溫度保持在鑄件熱處理溫度或附近并使其熱損失最小化；在鑄件固化時至少部分地對鑄件進行熱處理；以及由于鑄件無需顯著地被重新加熱到熱處理所需的溫度水平從而通過減少熱處理時間來強化對鑄件的熱處理。
此后，每個模具51一旦已經(jīng)裝填熔融材料M后將被一個模具輸送機構59從鑄造臺或澆注臺52傳送到加載臺61。該模具輸送機構59通常包括一個用于將模具從傾倒臺傳送至加載臺的模具輸送自動機器、絞盤、輸送帶或其它類型的現(xiàn)有輸送機構。該輸送機構將每個模具定位在加載臺處的一個已知預定標定位置內(nèi)，并且該模具的x、y、z坐標在熱處理之前處于已知的方位或定位中。
在本發(fā)明的一個最佳實施例中，上述模具隨后通常會移進并且穿過熱處理臺62，以便至少部分地對鑄件進行熱處理以及破碎和除下型芯。如上所述，熱處理臺62通常包括一個通常為氣體燃料加熱爐的熱處理爐，該熱處理爐具有一連串的處理區(qū)段或處理室，用來加熱模具以便至少部分地對“模具內(nèi)”的鑄件進行熱處理。其中處理區(qū)段或處理室的數(shù)目能根據(jù)所處理的鑄件而在各個應用中被分成盡可能多或盡可能少的區(qū)段。另外，在模具內(nèi)對鑄件進行至少部分的熱處理之后，該鑄件能從其模具被取出并穿過一個熱處理臺，以便繼續(xù)熱處理、去除砂芯以及可能地回收芯砂。
在美國專利第5,294,994；5,565,046和5,738,162號中公開了一種如下的熱處理爐，即該熱處理爐可在該鑄件保持在“模具內(nèi)”時對鑄件進行熱處理、在該鑄件中至少部分破碎和/或取出砂芯，或者繼續(xù)熱處理、去除砂芯以及可能地回收芯砂。本文將參考結合這些公開物。在1999年5月17日申請的美國專利申請第09/313,111號中公開了另一種與本發(fā)明一起使用的熱處理爐，本文同樣也將參考引用該公開物。這些處理爐都能在鑄件仍保留在鑄件中的同時從在鑄件熱處理過程中通過模具進口而取下的鑄件的砂芯中回收芯砂。
如圖4-5B所示，熱處理臺62還通常包括一連串都裝配有若干噴嘴64的噴嘴臺63或組件。每個噴嘴臺的噴嘴通常定位在一個已知的預定位置和/或與模具51上一些個或一些組進口56的已知位置相對齊的方位。噴嘴臺的數(shù)目和每個噴嘴臺上噴嘴的數(shù)目能根據(jù)需要進行變化，以便以可變的程度和/或數(shù)量對模具加熱，從而對其內(nèi)的鑄件進行熱處理，而實現(xiàn)控制對模具和從而對鑄件的加熱以及調整對鑄件熱處理的不同階段的加熱。
每個噴嘴通常都供應一種加熱液流或氣流，如圖5A和5B所示，該熱流被引導到模具上，通常是被引導到每個模具的一個特定模具進口或一組模具進口處。施加在噴嘴上的該流體介質通常包括水、空氣、熱油、鹽或其它已知流體，這些流體為高壓和處于加熱模具的不同溫度，在鑄件經(jīng)過熱處理臺的不同噴嘴臺時，由針所施加的熱流的溫度被控制成與不同熱處理階段相一致。通過模具進口將熱流引導進模具通常還容易促使鑄件砂芯的粘結劑破裂，以便在熱處理時使砂芯至少部分分解并從鑄件中移開和/或取出，并且移開的芯砂材料在排出流體時會流過模具進口。另外，該模具在經(jīng)過噴嘴臺時同時也可能至少部分地打開，以便更直接地使熱流施加在鑄件和芯孔上，從而進行熱處理和去除型芯。
除了使鑄件經(jīng)過一系列噴嘴臺以外，所述噴嘴臺包括安裝在與模具已知位置相對齊或對應的固定位置上并由此與模具進口已知位置對齊，還可能將模具維持在一個噴嘴臺或者在澆注臺處的一個固定鑄造位置上，以便施加熱流。在這樣一個實施例中，噴嘴64’(圖5A和5B)通常可被自動機器操作，從而如圖5A和5B中箭頭66和67所示可在一系列預定流體應用或噴嘴位置之間運動。在噴嘴64’以箭頭66和67方向圍繞模具運動時，它們將一個高壓熱流F施加到模具上，通常引導到并進口56，以便將模具的溫度提高并維持在鑄件熔融金屬固化時足夠對金屬鑄件進行熱處理的溫度內(nèi)。在澆注臺上或者一旦模具輸送機構將模具定位或放置在加載臺上時，可動噴嘴的各種應用或噴嘴位置通常根據(jù)模具并由此根據(jù)其進口的已知x、y和z坐標而被確定或設定。
本發(fā)明的模具51通常有能力根據(jù)鑄件合金或金屬固溶處理所需的溫度而被加熱到接近450-650攝氏度或者更高，并且在澆注熔融金屬時通常會被預熱到一個足夠部分地對鑄件進行熱處理的溫度。對模具加熱還通過控制施加在模具上的熱流溫度來進行控制，以便加熱模具并將其溫度保持在所形成鑄件金屬熱處理所需的溫度，從而在其被傳送至熱處理臺的過程中使熱損失最小化，由此使需要將鑄件重新提高到熱處理溫度所需的再加熱數(shù)量最小化。
在如圖6-8B所示的熱處理臺的替代實施例中，噴嘴臺能被附加的熱處理室所補充或替代，在該熱處理室內(nèi)能量被供應或引導到模具上來升高和將模具溫度維持在鑄件熱處理所需的溫度。在熱處理室70的第一實施例中，如圖6所示，模具或砂型51通常被放置在一個輸送帶或輸送機構71上，以便如箭頭72所示運動穿過加熱室70。該加熱室70通常是一個具有絕緣底部、側面和頂部的細長爐腔并如圖6所示包括一個輻射能源73。該輻射能源通常安裝在加熱室70的頂部，但是本技術領域的人員也應理解到它們在輸送帶或輸送機構上運動穿過加熱室70時，該輻射能源也能安裝在側面，也能使用多個輻射能源安裝在模具側壁、上方和/或下方。通常，輻射能源是紅外發(fā)射源或其它類型的輻射能源。
該輻射能源通常將約400-650攝氏度的輻射熱引導到穿過加熱室的模具上，通常是如箭頭74所示引導到每個模具的側面和/或頂部。該模具由此與其鑄件而接受輻射能源一段所需的時間，該時間根據(jù)熱處理鑄件的金屬而定。該輻射能量通常被模具所吸收，從而相應地提高模具的溫度，以便從內(nèi)部向外加熱模具及其鑄件。
圖7示出在本發(fā)明模具內(nèi)熱處理所使用的加熱室80的另一個替代實施例。如7所示，該加熱室80通常是一個具有絕緣底部、頂部和側面的細長爐并包括一個用于使模具及其鑄件以箭頭82方向穿過該加熱室80的輸送帶或其它輸送機構84。該加熱室80還包括一個對模具或鑄型由此對鑄件和其內(nèi)的砂芯53和54施加感應能量的感應能源83。該感應能源通常能包括導電線圈、微波能源或其它已知的感應能源或發(fā)生器，與圖6中輻射能源相同，該感應能源能沿加熱室兩側放置在模具上方加熱室80的頂部，或者放置在兩側。該感應能源能如箭頭84所示產(chǎn)生高能磁波場，該磁波場被引導到模具51頂部和/或兩側并具有可被砂芯54所吸收的一種或多種預定頻率，以便升高砂芯以及鑄件溫度而通過從內(nèi)向外加熱鑄件以及模具來相應地對模具內(nèi)的鑄件進行熱處理。
圖8A和8B示出在本發(fā)明中使用的加熱室90的另一個替代實施例，通過將能源施加到模具上從而施加到鑄件來提高其溫度，以便對鑄件實現(xiàn)“模內(nèi)”熱處理。在該實施例中，模具通常包括砂型填充模具(sand mold pack type dies)，當然也可以是砂箱型模具(flask typemolds)。如圖8A和8B所示，加熱室通常是細長加熱室，包括用于將內(nèi)裝鑄件53的模具51沿著箭頭92的方向輸送的輸送帶或輸送機構91。當模具和鑄件移動穿過加熱室90時，它們穿過低流速氧室93。氧室通常包括高壓上游側94和低壓下游側96，該兩側彼此相對以有助于氧氣流過模具。如箭頭97(圖8A)和箭頭97’(圖8B)所述，當所述模具穿過加熱室90的低流速氧室時，加熱的氧氣被引到并穿過所述模具或填充模。當所述氧氣流過模具或填充模從氧室的高壓力側抽向或流向低壓力側時，一部分氧氣與模具填充物和砂芯的粘結劑燃燒，從而促進加熱室內(nèi)粘結材料的燃燒。結果，模具填充物和其鑄件進一步被提供粘結材料改進燃燒所提供的能量，從而提高模具填充物內(nèi)的鑄件的溫度，同時破碎模具填充物的粘結劑和砂芯以易于除去和回收砂芯。如圖8A和8B所述，根據(jù)加熱室的尺寸和結構，低流速的氧室可以取向成垂直方向(如圖8A)或基本水平方向(如圖8B)，用于迫使熱氧氣通過模具填充物。
另外，也可以通過在模具本身內(nèi)部設有能源，來提高模具或砂模填充物的溫度來對模內(nèi)鑄件進行熱處理，同時降低在熔融金屬，模具表面和空氣之間的潛在的熱量傳遞損失。在這樣的一個實施例中，模具在接近形成鑄件的內(nèi)腔附近形成有腔室或室。例如熱油、水或其它的能夠保留熱量的加熱流體介質被供給到容納在這些腔室中的模具結構。這些加熱流體傾向于增加和幫助鑄件的溫度保持在熱處理所需要的理想水平。
作為將能量施加到模具或模具填充物本身的結果，模具被加熱到理想的溫度，并保持在當鑄件的熔融金屬固化時對其內(nèi)形成的鑄件熱處理所需的溫度。當剛剛將熔融金屬注入到模具中后，鑄件金屬通常被提高溫度并穩(wěn)定在熱處理溫度處，這樣的鑄件在模內(nèi)熱處理可以明顯地將熱處理鑄件所需的加工時間從250分鐘削減到盡可能低的大約50分鐘，從而鑄件的熱處理可以在將熔融金屬注入到模具后的很短的一段時間內(nèi)進行。如果使用的話，將模具溫度提高到熱處理鑄件的熱處理溫度還提高了砂芯和或砂模的破裂和與其可燃燒粘結劑的燃燒，以便進一步減少熱處理和去除和回收砂芯和澆注過程中的砂型所需的時間。
模具內(nèi)的鑄件在熱處理臺62中熱處理之后，鑄件通常從模具中除去并移動到另外的加熱臺來根據(jù)需要完成鑄件的熱處理，以及去除砂芯和可能地將砂芯的砂材料回收。鑄件然后移動到淬火臺100來淬火和冷卻鑄件?？商娲?，如圖4所示，鑄件從模具移出并直接傳送到淬火臺。淬火臺100通常包括一個填充有冷卻流體(如水或其他的冷卻物質)的淬火槽，但該淬火臺還具有一系列如圖4中的101所指的噴嘴，用于將冷卻流體(如空氣或水)施加到鑄件。在靠近澆注臺鄰近的輔助淬火設備內(nèi)也可以進行淬火，從而可以將循環(huán)時間和熱變化最小化，來設定和處理模具內(nèi)的熔融金屬材料。
在完成鑄件的熱處理和去除砂芯后，鑄件可以從模具中去除，然后浸入淬火臺的淬火槽中以便在進一步加工之前冷卻鑄件，并且從鑄件中除去砂進行回收以備后用。另外，如圖4的虛線所示，也可以將模具直接從澆注臺傳送到淬火臺。例如，在將來自澆注臺的模具加熱到處于澆注臺附近來熱處理鑄件的熱處理溫度，模具可以被直接傳送到淬火臺。
相應地，本發(fā)明減少或消除了在一旦從模具中移走鑄件時進一步熱處理鑄件的需要，該鑄件要被加熱來提供固溶加熱時間(solutionheating time)并冷卻到提供必需的模內(nèi)淬火效應，以便顯著地減少形成金屬鑄件的熱處理/加工時間的數(shù)量。本發(fā)明還通過將流體流引向處于預定位置的鑄件，該預定位置對應于在模具在穿過熱處理臺時鑄件及其模具的已知方位或位置，本領域的技術人員應該理解到上述參照附圖討論了本發(fā)明，在不超出下列權利要求所描述的精神和范圍內(nèi)可以做出各種變形，改進和變化。
權利要求
1.一種加工已知金屬的鑄件的方法，包括將熔融金屬傾倒進模具中；將金屬保持在模具中達到足夠長的一段時間，以至少部分地固化金屬，從而形成在其內(nèi)具有砂芯和砂芯開口的鑄件；將鑄件放置在標定位置，使得至少數(shù)個砂芯開口的方位處于與數(shù)個噴嘴對齊的已知位置上；將流體流從噴嘴引到砂芯開口處和開口內(nèi)，以從鑄件中除去砂芯；和將鑄件定位在第一鑄造位置，其中鑄件的X、Y、Z軸被取向在一已知的方位內(nèi)；將數(shù)個噴嘴移動到與至少數(shù)個進入砂芯的開口相對齊的第一噴嘴位置；和將數(shù)個噴嘴中的至少一部分移動到第二噴嘴位置，其中，數(shù)個噴嘴的該部分與至少第二數(shù)個砂芯開口相對齊。
2.一種加工已知金屬的鑄件的方法，包括將熔融金屬傾倒進模具中；金屬保持在模具中達到足夠長的一段時間，以至少部分地固化金屬，從而形成在其內(nèi)具有砂芯和砂芯開口的鑄件；將鑄件放置在標定位置，使得至少數(shù)個砂芯開口的方位處于與數(shù)個噴嘴對齊的已知位置上；將流體流從噴嘴引到砂芯開口處和開口內(nèi)，以從鑄件中除去砂芯；和將鑄件從所述模具轉移到鞍狀物；和將鑄件定位在鞍狀物上，從而鑄件的X、Y、Z坐標是已知的。
3.一種由熔融金屬生產(chǎn)鑄件的系統(tǒng)，包括一系列模具，在其內(nèi)接納熔融金屬以限定和形成鑄件；一系列鞍狀物，其適合于容納鑄件所述鑄件處于具有已知標定坐標的所需取向；和一熱處理臺，在其內(nèi)容納有鞍狀物，所述鞍狀物帶有位于其內(nèi)已知標定位置的鑄件，用于熱處理鑄件和去除砂芯，其特征在于，所述熱處理臺包括數(shù)個噴嘴臺，每個噴嘴臺設有數(shù)個噴嘴，噴嘴安置成與鑄件的已知標定位置相對齊，用于將流體流施加到鑄件上以基本上從鑄件移走砂芯。
4.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述每個噴嘴包括一系列自動控制的噴嘴，該噴嘴適合于在至少第一噴嘴位置和第二噴嘴位置之間圍繞鑄件進行移動，用于將流體流從不同方向引到鑄件上以基本上從鑄件移走和去除砂芯。
5.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個所述鞍狀物包括一系列限定鑄件容腔的壁和數(shù)個位于所述鑄件容腔內(nèi)的定位件，以便接合和引導所述鑄件進入其在所述鞍狀物的具有已知位置坐標的已知標定位置。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位件包括導銷，所述鑄件在所述模具中形成，所述模具具有相應的定位開口，在該開口內(nèi)容納所述導銷用于將鑄件定位在所述鞍狀物中的其已知的標定位置。
7.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述模具包括砂箱型鑄型，其具有一個用于預熱所述模具和至少部分熱處理所述鑄件的加熱源。
8.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個用于淬火所述鑄件的淬火臺。
9.一種用于制造金屬鑄件的系統(tǒng)，包括一個模具，在其內(nèi)容納有金屬材料以形成鑄件；熱處理臺，其包括一個熱處理室，在所述室內(nèi)所述模具接受施加的熱量以至少部分熱處理所述模具內(nèi)的鑄件；和其特征在于，所述熱處理臺包括一個用于將所述模具加熱到足以至少部分熱處理其內(nèi)鑄件的溫度的裝置。
10.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱裝置包括至少一個噴嘴臺，該噴嘴臺沿著所述熱處理臺設置并具有至少一個原始安裝成與一系列模具進口相對齊的噴嘴，所述模具進口形成于所述模具內(nèi)，所述噴嘴用于將流體介質施加到所述模具上，以加熱所述模具和去除所述鑄件內(nèi)砂芯的砂芯材料。
11.如權利要求9所述的系統(tǒng)，還包括至少一個噴嘴臺，該噴嘴臺沿著所述熱處理臺設置并具有至少一個原始安裝成與一系列模具進口相對齊的噴嘴，所述模具進口形成于所述模具內(nèi)，所述噴嘴用于將流體介質施加到所述模具上以去除所述鑄件內(nèi)砂芯的砂芯材料。
12.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱裝置包括一個安裝在所述加熱室內(nèi)的輻射能量源，以便將輻射能量引到所述模具上。
13.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱裝置包括一個安裝在所述加熱室內(nèi)的感應能量源，以便將感應能量引到所述模具上。
14.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱裝置包括一個沿所述熱處理室安裝的氧室，從而將氧氣流引過所述模具來與粘結劑反應和燃燒，以便提高在所述模具內(nèi)的鑄件的溫度。
15.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱裝置還包括一個位于所述加熱室內(nèi)的能量源，用于將能量施加到所述模具以便從內(nèi)外加熱所述模具。
16.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個用于淬火經(jīng)過熱處理的鑄件的淬火臺。
17.如權利要求9所述的系統(tǒng)，還包括用于將流體介質引導到鑄件以分解模具的至少一部分的裝置。
18.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流體介質選自空氣、水和熱油。
19.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述引導流體介質的裝置還包括在高壓下將流體介質引導到鑄件上的裝置。
20.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述模具包括一個砂芯，其中將流體介質引到鑄件以分解模具的至少一部分的裝置包括用于施加流體介質以分解砂芯的至少一部分的裝置。
21.如權利要求17所述的系統(tǒng)，還包括與所述熱處理臺相連的裝置，該裝置將模具放置在所述熱處理臺內(nèi)來對模具內(nèi)的鑄件進行熱處理，所述鑄件對準在以限定的、標定的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對鑄件(13、53)進行熱處理和從該鑄件中除去砂芯的系統(tǒng)和方法。鑄件(13、53)首先設置在已知x、y和z坐標的標定位置處。該鑄件(13、53)穿過一系列噴嘴臺(41、63)，每個噴嘴臺所具有的一系列噴嘴(42、64、64′)分別安裝在與鑄件穿過噴嘴臺(41、63)時的標定位置相對應的位置處。噴嘴(42、64、64′)對鑄件(13、53)噴射熱流，以便對所述鑄件(13、53)進行熱處理以及從該鑄件(13、53)上除下砂芯(54)。
文檔編號B22D29/04GK1672835SQ200410078968
公開日2005年9月28日 申請日期2000年7月27日 優(yōu)先權日1999年7月29日
發(fā)明者斯科特·P·克拉夫頓, 保羅·M·克拉夫頓, 沃爾科·R·克諾布洛赫, 詹姆斯·L·劉易斯, 伊恩·弗倫奇 申請人:聯(lián)合工程公司