專利名稱：用于熔融金屬的澆注澆包的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝置和方法，該裝置和方法用于以熔融材料填充澆包并且將熔融材料從澆包轉(zhuǎn)移到鑄模。
背景技術(shù)：
將熔融材料(例如金屬)澆注到鑄模中是非常不穩(wěn)定的過程，其影響鑄件的內(nèi)部完好性、表面狀態(tài)和機(jī)械性能，例如抗拉強(qiáng)度、孔隙度、伸長(zhǎng)率和硬度。目前在鑄造業(yè)存在并使用多種不同設(shè)計(jì)的浸潰/澆注澆包。鑄造通常使用高壓模鑄(HPDC)工藝或重力澆注鑄造方法。澆包通常是用于鑄造，其用于從保溫爐至鑄 造機(jī)傳送預(yù)測(cè)定量的熔融金屬。然后熔融金屬從澆包被澆注進(jìn)入鑄造機(jī)的容器，例如進(jìn)入在HPDC工藝中的壓鑄儲(chǔ)筒或重力澆注鑄造工藝中的澆注池。對(duì)于大規(guī)模的生產(chǎn)鑄造工藝，澆包正常地安裝在機(jī)械或機(jī)器人操作裝置上，其被編程來把澆包浸入保溫爐中以獲得預(yù)期量的熔融金屬。然后機(jī)器人操作裝置傳送金屬到鑄造機(jī)并引起從澆包澆注金屬進(jìn)入鑄造機(jī)。使用常規(guī)的鑄造方法，鑄造澆包，和機(jī)器人操作裝置，在將澆包浸入保溫爐的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生大量的湍流。對(duì)于鋁合金，此湍流可引起氧化物的形成，通常稱為渣滓，或其他雜質(zhì)，其可不利地影響鑄造的質(zhì)量。電磁泵在轉(zhuǎn)移熔融金屬到鑄模的使用日益增長(zhǎng)。由于電磁泵沉浸在熔融金屬中，與傳統(tǒng)的澆包有關(guān)的表面湍流和氧化物的產(chǎn)生被減到最小。不過，電磁泵會(huì)是昂貴的并且難以維護(hù)和修理。此外，電磁泵需要在全部時(shí)間里通電以產(chǎn)生使電磁泵和清洗系統(tǒng)中的氧化物形成減到最小的偏壓。此外，電磁泵要求的冷卻空氣可以產(chǎn)生從初始熔化溫度開始的熔融金屬的溫度的變化。添加劑可以被引入熔融金屬，以修改微結(jié)構(gòu)和增加由熔融金屬形成的鑄件的強(qiáng)度。添加劑包括那些例如鈦碳鋁、鈦鋁、鋁鍶，和鈦硼。添加劑在熔融金屬的凝固期間在熔融金屬之內(nèi)充當(dāng)成核劑以控制晶體形成。當(dāng)添加到加熱的澆包時(shí)添加劑，例如鈦硼的添加劑傾向于快速地蒸發(fā)。因此，添加劑必須策略上被添加到熔融金屬，以確保在與熔融金屬混合之前，添加劑不蒸發(fā)，添加劑必須充分地和均勻地與熔融金屬混合。沒有添加劑與熔融金屬的正確混合，會(huì)產(chǎn)生不希望的鑄造。會(huì)是希望的提供改進(jìn)的澆注澆包，其解決了常規(guī)的澆注澆包和電磁泵的缺點(diǎn)，同時(shí)確保添加劑希望的引入和混合到熔融金屬中的時(shí)候。因而，會(huì)是期望的是，提供一種裝置和方法，該裝置和方法用于以熔融金屬和添加劑靜態(tài)填充澆包，以及用于將熔融金屬從澆包轉(zhuǎn)移到鑄模，從而使熔融金屬中的湍流最小化，以使得通過傾斜澆注鑄造工藝形成的希望鑄件中的缺陷最小化。

發(fā)明內(nèi)容
與本發(fā)明統(tǒng)一且一致的，令人驚奇的發(fā)現(xiàn)了一種裝置和方法，該裝置和方法用于以熔融金屬和添加劑靜態(tài)填充澆包，以及用于將熔融金屬從澆包轉(zhuǎn)移到鑄模，從而使熔融金屬中的湍流最小化，以使得形成的希望鑄件中的缺陷最小化。
在一個(gè)實(shí)施例中，鑄造裝置包括澆包，其具有中空內(nèi)部；與中空內(nèi)部流體連通的噴嘴，噴嘴具有在澆包之外放置的第一部分和在中空內(nèi)部之內(nèi)放置的第二部分；添加劑給料機(jī)與澆包的中空內(nèi)部連通；氣體導(dǎo)管與澆包的中空內(nèi)部流體連通。在另一個(gè)實(shí)施例中，鑄造裝置包括澆包，其具有開口，該開口與其中空內(nèi)部流體連通；以及孔，該孔在其底部形成，澆包適于在其中接收熔融材料；噴嘴與中空內(nèi)部流體連通，噴嘴具有在澆包之外放置的第一部分和在中空內(nèi)部之內(nèi)放置的第二部分；蓋，其被置于開口上并與其形成流密密封；添加劑給料機(jī)與澆包的中空內(nèi)部流體連通；氣體導(dǎo)管與澆包的中空內(nèi)部流體連通；以及塞子組件，其具有塞棒，該塞棒以其放置在中空內(nèi)部中的部分穿過蓋放置，以及塞子，其放置在其第一端上，該塞子適于有選擇地塞住孔。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于轉(zhuǎn)移熔融材料到鑄模的方法包括將具有中空內(nèi)部的澆包降低進(jìn)入熔融材料源和降低促進(jìn)流入中空內(nèi)部的孔；通過孔以熔融材料填充澆包的內(nèi)部；引入惰性氣體到噴嘴的一部分；從熔融材料源去除澆包；使噴嘴接觸鑄模；以惰性氣體 增壓中空內(nèi)部以使熔融材料流入鑄模。本發(fā)明還提供了以下方案
I.一種鑄造裝置，包括
澆包，其具有中空內(nèi)部；
與中空內(nèi)部流體連通的噴嘴，所述噴嘴具有在澆包之外放置的第一部分和在中空內(nèi)部之內(nèi)放置的第二部分；
添加劑給料機(jī)，其與澆包的中空內(nèi)部連通；以及 氣體導(dǎo)管，其與澆包的中空內(nèi)部流體連通。2.根據(jù)方案I所述的鑄造裝置，其特征在于，澆包具有開口，所述開口與中空內(nèi)部流體連通。3.根據(jù)方案2所述的鑄造裝置，其特征在于，其還包括蓋，其被置于開口上并與其形成流密密封。4.根據(jù)方案I所述的鑄造裝置，其特征在于，添加劑給料機(jī)被置于蓋中。5.根據(jù)方案I所述的鑄造裝置，其特征在于，添加劑給料機(jī)被置于噴嘴中。6.根據(jù)方案I所述的鑄造裝置，其特征在于，氣體導(dǎo)管被置于蓋中。7.根據(jù)方案I所述的鑄造裝置，其特征在于，其還包括接觸探頭，其被置于澆包的外部上。8.根據(jù)方案I所述的鑄造裝置，其特征在于，其還包括撇渣器，其在鄰近其底部的澆包的外部上形成。9.根據(jù)方案I所述的鑄造裝置，其特征在于，孔在澆包的底部中形成。10.根據(jù)方案9所述的鑄造裝置，其特征在于，其還包括塞子組件，其具有塞棒，所述塞棒以其放置在中空內(nèi)部中的部分穿過蓋放置，以及塞子，其放置在其第一端上，所述塞子適于有選擇地塞住孔。11.根據(jù)方案10所述的鑄造裝置，其特征在于，其還包括致動(dòng)器，所述致動(dòng)器放置在蓋上，其連接到塞桿的第二端以有選擇地使塞子塞住孔。12.根據(jù)方案I所述的鑄造裝置，其特征在于，其還包括壓力傳感器，其與中空內(nèi)部連通。
13. 一種鑄造裝置，包括
澆包，其具有開口，所述開口與其中空內(nèi)部流體連通；以及孔，所述孔在其底部形成，所述澆包適于在其中接收熔融材料；
噴嘴，其與中空內(nèi)部流體連通，噴嘴具有在澆包之外放置的第一部分和在中空內(nèi)部之內(nèi)放置的第二部分；
蓋，其被置于開口上并與其形成流密密封；
添加劑給料機(jī)，其與澆包的中空內(nèi)部流體連通；
氣體導(dǎo)管，其與澆包的中空內(nèi)部流體連通；以及
塞子組件，其具有塞棒，所述塞棒以其放置在中空內(nèi)部中的部分穿過蓋放置，以及塞子，其放置在其第一端上，所述塞子適于有選擇地塞住孔。 14. 一種用于轉(zhuǎn)移熔融材料到鑄模的方法，所述方法包括
將具有中空內(nèi)部的澆包降低進(jìn)入熔融材料源和降低促進(jìn)流入中空內(nèi)部的孔；
通過孔以熔融材料填充澆包的內(nèi)部；
引入惰性氣體到噴嘴的一部分；
從熔融材料源去除澆包；
使噴嘴接觸鑄模；以及
以惰性氣體增壓中空內(nèi)部以使熔融材料流入鑄模。15.根據(jù)方案14所述的方法，其特征在于，其還包括在填充步驟之前引入添加劑到中空內(nèi)部。16.根據(jù)方案14所述的方法，其特征在于，其還包括在以惰性氣體增壓中空內(nèi)部以使熔融材料流入鑄模期間通過噴嘴引入添加劑到熔融材料。17.根據(jù)方案14所述的方法，其特征在于，其還包括降低澆包到熔融材料中直到放置在澆包的外部上的撇渣器的一部分浸入其中并且通過跨熔融材料的表面移動(dòng)澆包來以撇渣器撇清熔融材料的表面。18.根據(jù)方案17所述的方法，其特征在于，其還包括旋轉(zhuǎn)澆包直到放置在澆包的外部上的噴嘴的一部分浸入熔融材料中以促進(jìn)填充步驟。19.根據(jù)方案14所述的方法，其特征在于，其還包括致動(dòng)塞子組件以取下塞子，所述塞子形成與孔的流密密封，所述孔在澆包的底部形成，其促進(jìn)填充步驟。20.根據(jù)方案19所述的方法，其特征在于，其還包括以惰性氣體凈化澆包。


根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述以及其它優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將更加明顯，在附圖中
圖I是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的鑄造裝置的剖視 圖2是圖I的鑄造裝置和保溫爐的浸入井的剖視圖，鑄造裝置旋轉(zhuǎn)和降低進(jìn)入浸入井以用于填充操作；
圖3是圖2的鑄造裝置和浸入井的剖視圖，其中鑄造裝置通過填充操作和在浸入井內(nèi)而填充有熔融金屬；
圖4是圖3的鑄造裝置的剖視圖，其從浸入井去除；圖5是與鑄模流體連通的圖4的鑄造裝置的剖視 圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的鑄造裝置的剖視圖；和 圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的鑄造裝置的剖視圖。
具體實(shí)施例方式以下的詳細(xì)說明和附圖描述并顯示了本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。這些說明和附圖使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠制造并使用本發(fā)明，且并不旨在以任何方式限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。關(guān)于公開的方法，提出的步驟實(shí)際上是示例性的，這樣，所述步驟的順序不是必要的或關(guān)鍵性的。圖I顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鑄造裝置10。該鑄造裝置10包括適于在其中接收熔融材料14 (圖2-5所示)的澆包12，提供與澆包12的中空內(nèi)部20流體連通的噴嘴16，以及在內(nèi)部20和大氣之間形成基本上流密密封的蓋18?？梢岳斫獾氖?，所述熔融材料14可以是希望的任何熔融材料，例如金屬(如鋼、鋁以及其合金)或聚合材料。 澆包12是靜態(tài)填充澆包，其具有在其外部上放置的撇渣器22。如在此使用的，術(shù)語“靜態(tài)填充澆包”定義為一種適于在其中接收熔融材料的澆包，該澆包中熔融材料14的湍流、擾動(dòng)和褶皺的量是最少的。澆包12具有基本上圓形截面形狀，但是澆包12也可以具有任何截面形狀，例如矩形、三角形、卵形等等。澆包12可由期望的任何常規(guī)的耐火材料形成，例如陶瓷或金屬。撇渣器22是適于從液體材料撇出固體材料的篩。撇渣器22可以是固體材料，其包括多個(gè)孔，熔融材料14通過其被允許通過，或者撇渣器22可以是網(wǎng)。當(dāng)噴嘴16鄰近澆包12的底部24時(shí)，撇渣器22通常被放置于澆包12的相同側(cè)。不過，撇渣器22可根據(jù)要求放置在澆包12上的任何地方。例如，撇渣器22可由適于經(jīng)受熔融金屬的高溫的任意數(shù)量的非金屬材料形成，例如石墨或碳化硅。在澆包12的頂部28中形成的開口26提供與其內(nèi)部20的流體連通。開口 26可根據(jù)要求具有任何尺寸與形狀。在所示的實(shí)施例中，蓋18形成與澆包12形成開口 26的一部分的流密密封。例如，流密密封可通過焊接蓋18到澆包12，利用粘合劑等等方式形成。替代地，蓋18可與澆包12整體地形成，或者澆包12可以不需要蓋18的方式形成。噴嘴16是中空導(dǎo)管，其提供與澆包12的內(nèi)部20的流體連通。噴嘴16放置通過鄰近開口 26的澆包12的側(cè)壁。噴嘴16包括從澆包12至其外部向外延伸的第一部分30和延伸進(jìn)入澆包12的內(nèi)部20的第二部分32。第一部分30包括促進(jìn)流經(jīng)噴嘴16的孔31。第二部分32包括促進(jìn)流經(jīng)噴嘴16的孔33。第一部分30具有大于第二部分32內(nèi)徑的內(nèi)徑，但是部分30，32可具有相同內(nèi)徑或第二部分32可根據(jù)要求具有比第一部分30的內(nèi)徑更大的內(nèi)徑。第二部分32相對(duì)于第一部分30有角度地形成。第二部分32鄰近澆包12的內(nèi)部20的底部24終止，以在澆包12的填充期間使熔融材料14的液滴減到最小，因而促進(jìn)其靜態(tài)填充。如圖示的，噴嘴16具有圓形截面，但是噴嘴16可根據(jù)要求具有任何橫截面形狀。例如，噴嘴16根據(jù)要求由例如陶瓷或金屬的耐火材料形成。蓋18在澆包12的內(nèi)部20和大氣之間形成基本上流密密封，并且包括氣體導(dǎo)管34，其提供與內(nèi)部20的流體連通，添加劑給料機(jī)36，其提供與內(nèi)部20的流體連通，以及壓力傳感器39，其與內(nèi)部20連通。如圖示的，蓋18由不銹鋼形成，但是蓋18可以由適于經(jīng)受熔融金屬的高溫的任何彈性材料形成。氣體導(dǎo)管34和添加劑給料機(jī)36的每個(gè)都包括通過蓋18放置并且形成與蓋18的基本上流體密封的部分。氣體導(dǎo)管34例如包括用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置38，例如閥，該流動(dòng)從氣體源(未示出)到澆包12的內(nèi)部20。添加劑給料機(jī)36例如包括用于調(diào)節(jié)連通的裝置40，例如閥，該連通從添加劑源(未示出)到澆包12的內(nèi)部20。添加劑源可以是向內(nèi)部20引入希望量的添加劑(未示出)的單體件或添加劑給料機(jī)，例如由Reading, PA的KB Alloys, Inc.出售的KB Alloys Rod Feeder。應(yīng)理解為添加劑給料機(jī)36可以是添加劑給料機(jī)，其直接安裝到裝置10而不是導(dǎo)管和用于調(diào)節(jié)與添加劑給料機(jī)連通的裝置。添加到內(nèi)部20的添加劑可根據(jù)要求例如是鈦碳鋁、鈦鋁、鋁鍶，或鈦硼。氣體導(dǎo)管34和添加劑給料機(jī)36可根據(jù)要求例如由相同材料或不同材料形成，例如不銹鋼或陶瓷。壓力傳感器39適于在裝置10的內(nèi)部20之內(nèi)檢測(cè)氣態(tài)流體的壓力。壓力傳感器39可與計(jì)算機(jī)或控制器或適于為流體增壓曲線反饋和控制而接收并解釋壓力讀數(shù)的其他裝置電連通。圖2-5示出了在使用期間鑄造裝置10的各種位置。鑄造裝置10被本領(lǐng)域已知的機(jī)器人操作裝置(未示出)傳送和/或被旋轉(zhuǎn)。機(jī)器人操作裝置在添加劑源附近定位鑄造裝置10，添加劑給料機(jī)36與添加劑源連通。用于調(diào)節(jié)連通的裝置40被打開，從添加劑源通過添加劑給料機(jī)36引入預(yù)期量的添加劑到鑄造裝置10的內(nèi)部。一旦預(yù)期量的添加劑被引 入，用于調(diào)節(jié)連通的裝置40被關(guān)閉，鑄造裝置10被送往到爐子(未示出)的浸入井42以用于填料。為了抵抗與熔融材料14混合之前的添加劑氧化，添加劑剛好在以熔融材料14填充其之前被引入澆包12中。為了用熔融材料14填充鑄造裝置10，鑄造裝置10在浸入井42上被降低直到至少一部分撇渣器22浸在熔融材料14中。一旦撇渣器22的部分浸在熔融材料14中，導(dǎo)致鑄造裝置10與熔融材料14的頂面的平面平行的平面中移動(dòng)以使撇渣器22撇清熔融材料14的頂面，以從其上去除渣滓。通過從熔融材料14的頂面去除渣滓，鑄造裝置10可以被降低進(jìn)入熔融材料14，其在基本上沒有渣滓的浸入井42的區(qū)域中。如圖2所示的，鑄造裝置10被降低進(jìn)入熔融材料14中并被旋轉(zhuǎn)直到噴嘴16的第一部分30的至少一部分浸在熔融材料14中。鑄造裝置10被降低進(jìn)入熔融材料14直到被放置于澆包12的外部上的接觸探頭44與熔融材料14接觸。一旦熔融材料14接觸該接觸探頭44，電路被接地，其引起機(jī)器人操作裝置停止降低鑄造裝置10。一旦噴嘴16的部分被降低進(jìn)入熔融材料14中，熔融材料14將從浸入井42流過噴嘴16的第一部分30的孔31，流過噴嘴16的第二部分32，從孔33進(jìn)入澆包12的內(nèi)部20。由于噴嘴16的第二部分32鄰近澆包12的底部24終止，熔融材料14的液滴減到最小，并且澆包12的填充是靜態(tài)的。一旦鑄造裝置10的澆包12填充有預(yù)期量的熔融材料14，鑄造裝置10被旋轉(zhuǎn)到直立位置，其中蓋18基本上與熔融材料14的頂面平行，最好如圖3所示。導(dǎo)管46然后被放置成與噴嘴16的第一部分30接觸和流體連通。例如，導(dǎo)管46與惰性氣體源50流體連通并包括用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置48，例如閥。例如，惰性氣體可以是N2。在第一部分30和導(dǎo)管46之間的接觸基本上是流體密封的。一旦第一部分30和導(dǎo)管46流體連通，用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置48被打開，噴嘴16沒有填充熔融材料14的部分填充來自源50的惰性氣體52。惰性氣體52可以在噴嘴16中稀釋空氣(或其他氣體)，或者惰性氣體52可以排出空氣，其從噴嘴16有選擇地被排出。一旦噴嘴16填充有預(yù)期量的惰性氣體52，用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置48被關(guān)閉。通過在裝置10填充熔融材料14之后用惰性氣體52填充噴嘴16，熔融材料14的氧化減到最小。一旦用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置48被關(guān)閉，導(dǎo)管46和第一部分30之間的接觸被破壞，噴嘴16的孔31被蓋54密封以防止惰性氣體52從其中逸出，如圖4所示。蓋54可以鉸接地或以其他方式連接到鑄造裝置10或根據(jù)要求與鑄造裝置10分離地形成。蓋54根據(jù)要求可以是塞或其他加蓋裝置。然后鑄造裝置10通過機(jī)器人操作裝置從浸入井42和熔融材料14被去除。使用蓋54的替代方法，在鑄造裝置10從浸入井42傳送期間，導(dǎo)管46可以保持與噴嘴16流密接觸。在填充以后，鑄造裝置10由機(jī)器人操作裝置傳送到鑄模56，最好如圖5所示。蓋54從噴嘴16的孔31去除，并且噴嘴16密封地連接到鑄模56，其帶有與在鑄模56之中形成的孔(未示出)流體連通的孔31。一旦鑄造裝置10和鑄模56連接，用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置38被打開，使得惰性氣體58流入內(nèi)部20，以增壓澆包12。如箭頭60所示，內(nèi)部20中的壓力在熔融材料14上引起向下壓力并使熔融材料14流經(jīng)孔33，流過噴嘴16和從孔31進(jìn)入鑄模56。一旦鑄模56被填充到預(yù)期的水平，用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置38被關(guān)閉以停止惰性氣體58流入內(nèi)部20?；诹黧w壓力測(cè)量和通過噴嘴16的熔融材料14的預(yù)期的流動(dòng)，進(jìn)入內(nèi)部的惰性氣體58的流動(dòng)可以根據(jù)要求增加，減少，或停止。機(jī)器人操作裝置然后移動(dòng)鑄造裝置10遠(yuǎn)離鑄模56。在以熔融材料14再填充鑄造裝置10之前，鑄造裝置10可以用惰性 氣體凈化。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的鑄造裝置610。除了下文所述的之外，圖6的實(shí)施例類似于圖I的鑄造裝置10。結(jié)構(gòu)與圖I重復(fù)，在圖6包括相同附圖標(biāo)記，其前面加上6 (例如，6XX)。該鑄造裝置610包括適于在其中接收熔融材料614的澆包612，提供與澆包612的中空內(nèi)部620流體連通的噴嘴616，以及在內(nèi)部620和大氣之間形成基本上流密密封的蓋618，以及塞子組件62。可以理解的是，所述熔融材料614可以是希望的任何熔融材料，例如金屬(如鋼、鋁以及其合金)或聚合材料。澆包612是靜態(tài)填充澆包，其具有在其外部上放置的撇渣器622。澆包612具有基本上矩形截面形狀，但是澆包12也可以具有任何截面形狀，例如圓形、三角形、卵形等等。澆包612可由期望的任何常規(guī)的耐火材料形成，例如陶瓷或金屬。撇渣器622是適于從液體材料撇出固體材料的篩。撇渣器622可以是固體材料，其包括多個(gè)孔，熔融材料614通過其被允許通過，或者撇渣器622可以是網(wǎng)。當(dāng)噴嘴616鄰近澆包612的底部624時(shí)，撇渣器622通常被放置于澆包612的相對(duì)側(cè)。撇渣器622可根據(jù)要求放置在澆包612上的任何地方。不過，例如，撇渣器622可由適于經(jīng)受熔融金屬高溫的任意數(shù)量的非金屬材料形成，例如石墨或碳化硅的。在澆包612的頂部628中形成的開口 626提供與其內(nèi)部620的流體連通。開口 626可根據(jù)要求具有任何尺寸與形狀。在所示的實(shí)施例中，蓋618形成與澆包612形成開口 626的一部分的流密密封。例如，流密密封可通過焊接蓋618到澆包612，利用粘合劑等等方式形成。替代地，蓋618可與澆包612整體地形成，或者澆包612可以不需要蓋618的方式形成。噴嘴616是中空導(dǎo)管，其提供與通過蓋618放置的澆包612的內(nèi)部620的流體連通。噴嘴616包括從澆包612至其外部向外延伸的第一部分630和延伸進(jìn)入澆包612的內(nèi)部620的第二部分632。第一部分630包括形成噴嘴616的出口的孔631。第二部分632包括形成噴嘴616的入口的孔633。第一部分630具有大于第二部分632內(nèi)徑的內(nèi)徑，但是部分630，632可具有相同內(nèi)徑或第二部分632可根據(jù)要求具有比第一部分630的內(nèi)徑更大的內(nèi)徑。第二部分632基本上是線性的并且基本上平行于澆包612的縱向軸線，但是第二部分632可根據(jù)要求相對(duì)于第一部分630有角度地形成。第二部分632鄰近澆包612的內(nèi)部620的底部624終止。如圖示的，噴嘴616具有圓形截面，但是噴嘴616可根據(jù)要求具有任何橫截面形狀。例如，噴嘴616根據(jù)要求由例如陶瓷或金屬的耐火材料形成。蓋618在內(nèi)部620和大氣之間形成基本上流密密封，并且包括氣體導(dǎo)管634，其提供與內(nèi)部620的流體連通，添加劑給料機(jī)636，其提供與內(nèi)部620的流體連通，以及壓力傳感器639，其與內(nèi)部620連通。如圖示的實(shí)施例中，蓋618由不銹鋼形成，但是蓋618可以由適于經(jīng)受熔融金屬的高溫的任何彈性材料形成。氣體導(dǎo)管634和添加劑給料機(jī)636的每個(gè)都包括通過蓋618放置并且形成與蓋618的基本上流體密封的部分。氣體導(dǎo)管634例如包括用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置638，例如閥，該流動(dòng)從氣體源(未示出)到澆包612的內(nèi)部620。添加劑給料機(jī)636例如包括用于調(diào)節(jié)連通的裝置640，例如閥，該連通從添加劑源(未示出)到澆包612的內(nèi)部620。添加劑源可以是向內(nèi)部620引入希望量的添加劑(未示出)的單體件或添加劑給料機(jī)，例如由 Reading, PA 的 KB Alloys, Inc.出售的 KB Alloys Rod Feeder。應(yīng)理解為添加劑給料機(jī)636可以是添加劑給料機(jī)，其直接安裝到裝置610。添加到內(nèi)部620 的添加劑可根據(jù)要求例如是鈦碳鋁、鈦鋁、鋁鍶，或鈦硼。氣體導(dǎo)管634和添加劑給料機(jī)636可根據(jù)要求例如由相同材料或不同材料形成，例如不銹鋼或陶瓷。壓力傳感器639適于在裝置610的內(nèi)部620之內(nèi)檢測(cè)氣態(tài)流體的壓力。壓力傳感器639可與計(jì)算機(jī)或控制器或適于為流體增壓曲線反饋和控制而接收并解釋壓力讀數(shù)的其他裝置電連通。塞子組件62包括塞棒63，其具有塞子64，其形成于其第一端處并連接到其第二端處的致動(dòng)器66并由其第二端處的致動(dòng)器66致動(dòng)。致動(dòng)器66放置在蓋618上。塞棒63形成與蓋618的基本上流密密封。如圖6所示，當(dāng)在其中放置時(shí)，塞子64形成與在澆包612的底部624中形成的孔68的流密密封。塞棒63和塞子64例如可以根據(jù)要求由相同材料或不同材料形成，例如陶瓷或其他耐火材料。塞棒63和塞子64也可以根據(jù)要求分離地形成或整體形成。在使用中，鑄造裝置610被本領(lǐng)域已知的機(jī)器人操作裝置(未示出)傳送。機(jī)器人操作裝置在添加劑源附近定位鑄造裝置610，添加劑給料機(jī)636與添加劑源連通。用于調(diào)節(jié)連通的裝置640被打開，從添加劑源通過添加劑給料機(jī)636引入預(yù)期量的添加劑到鑄造裝置610的內(nèi)部。一旦預(yù)期量的添加劑被引入，用于調(diào)節(jié)連通的裝置640被關(guān)閉，鑄造裝置610被送往到爐子(未示出)的浸入井(未示出)以用于填料。為了抵抗與熔融材料614混合之前的添加劑氧化，添加劑剛好在以熔融材料614填充其之前被引入澆包612中。為了用熔融材料614填充鑄造裝置610，鑄造裝置610在浸入井上被降低直到至少一部分撇渣器622浸在熔融材料614中。一旦撇渣器622的部分浸在熔融材料614中，導(dǎo)致鑄造裝置610與熔融材料614的頂面的平面平行的平面中移動(dòng)以使撇渣器622撇清熔融材料614的頂面，以從其上去除渣滓。通過從熔融材料614的頂面去除渣滓，鑄造裝置610可以被降低進(jìn)入熔融材料614，其在基本上沒有渣滓的浸入井的區(qū)域中。鑄造裝置610被降低進(jìn)入熔融材料614直到被放置于澆包612的外部上的接觸探頭644與熔融材料614接觸。一旦熔融材料614接觸該接觸探頭644，電路被接地，其引起機(jī)器人操作裝置停止降低鑄造裝置610。一旦接觸探頭644停止鑄造裝置610的下降，塞子組件62的致動(dòng)器66導(dǎo)致塞桿63朝向頂部628移動(dòng)，從而將塞子64從孔68取下，由此破壞塞子64和孔68之間的流密密封并且允許熔融材料614填充澆包612。通過從底部624填充澆包612，熔融材料614的液滴減到最小，并且澆包612的填充是靜態(tài)的。一旦鑄造裝置610的澆包612填充有預(yù)期量的熔融材料614，致動(dòng)器66使塞棒63移向底部624以在孔68中放置塞子64,因而在其之間產(chǎn)生流體密封。導(dǎo)管646隨后被放置成與噴嘴616的第一部分630的孔631接觸和流 體連通。例如，導(dǎo)管646與惰性氣體源650流體連通并包括用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置648，例如閥。例如，惰性氣體可以是N2。在第一部分630和導(dǎo)管646之間的接觸基本上是流體密封的。一旦第一部分630和導(dǎo)管646流體連通，用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置648被打開，噴嘴616沒有填充熔融材料614的部分填充來自源650的惰性氣體652。惰性氣體652可以在噴嘴616中稀釋空氣(或其他氣體)，或者惰性氣體652可以排出空氣，其從噴嘴616有選擇地被排出。一旦噴嘴616填充有預(yù)期量的惰性氣體652，用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置648被關(guān)閉。通過在裝置610填充熔融材料614之后用惰性氣體652填充噴嘴616，熔融材料614的氧化減到最小。一旦用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置648被關(guān)閉，導(dǎo)管646和第一部分630之間的接觸被破壞,噴嘴616的孔631被蓋(未不出)密封以防止惰性氣體652從其中溢出。蓋可以鉸接地或以其他方式連接到鑄造裝置610或根據(jù)要求與鑄造裝置610分離地形成。蓋根據(jù)要求可以是塞或其他加蓋裝置。然后鑄造裝置610通過機(jī)器人操作裝置從浸入井和熔融材料614被去除。使用蓋的替代方法，在鑄造裝置610從浸入井傳送期間，導(dǎo)管646可以保持與噴嘴616流密接觸。在填充以后，鑄造裝置610由機(jī)器人操作裝置傳送到鑄模(未示出)。蓋從噴嘴616的孔631去除，并且噴嘴616密封地連接到鑄模，其帶有與在鑄模之中形成的孔(未示出)流體連通的孔631。一旦鑄造裝置610和鑄模連接，用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置638被打開，使得惰性氣體658流入內(nèi)部620，以增壓澆包612。如箭頭660所示，內(nèi)部620中的壓力在熔融材料614上引起向下壓力并使熔融材料614流經(jīng)孔633，流過噴嘴616和從孔631進(jìn)入鑄模。一旦鑄模被填充到預(yù)期的水平，用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置638被關(guān)閉以停止惰性氣體658流入內(nèi)部620?；趤碜詨毫鞲衅?39的流體壓力測(cè)量和通過噴嘴616的熔融材料614的預(yù)期的流動(dòng)，進(jìn)入內(nèi)部的惰性氣體658的流動(dòng)可以根據(jù)要求增加，減少，或停止。機(jī)器人操作裝置然后移動(dòng)鑄造裝置610遠(yuǎn)離鑄模。在以熔融材料614再填充鑄造裝置610之前，鑄造裝置610可以用惰性氣體凈化。圖7顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的鑄造裝置710。除了下文所述的之外，圖7的實(shí)施例類似于圖I的鑄造裝置610。結(jié)構(gòu)與圖6重復(fù)，在圖7包括相同附圖標(biāo)記，其前面加上7 (例如，7XX)。該鑄造裝置710包括適于在其中接收熔融材料714的澆包712，提供與澆包712的內(nèi)部720流體連通的噴嘴716，以及在澆包712的內(nèi)部720和大氣之間形成基本上流密密封的蓋718，以及塞棒763。可以理解的是，所述熔融材料714可以是希望的任何熔融材料，例如金屬(如鋼、鋁以及其合金)或聚合材料。噴嘴716是中空導(dǎo)管，其提供與通過蓋718放置的澆包712的內(nèi)部720的流體連通。噴嘴716包括從澆包712至其外部向外延伸的第一部分730和延伸進(jìn)入澆包712的內(nèi)部720的第二部分732。第一部分730包括提供到噴嘴716的連通的孔731。第二部分732包括提供通過噴嘴716的流體連通的孔733。第一部分730具有大于第二部分732內(nèi)徑的內(nèi)徑，但是部分730，732可具有相同內(nèi)徑或第二部分732可根據(jù)要求具有比第一部分730的內(nèi)徑更大的內(nèi)徑。添加劑給料機(jī)736與第一部分730流體連通。添加劑給料機(jī)736的至少一部分通過第一部分730放置并且形成與第一部分730的流密密封。添加劑給料機(jī)736是添加劑給料機(jī)，例如由Reading, PA的KB Alloys, Inc.出售的KB Alloys Rod Feeder。添加劑給料機(jī)736可包括閥或其他裝置，其用于根據(jù)要求調(diào)節(jié)與噴嘴716的連通。第二部分732基本上是線性的并且基本上平行于澆包712的縱向軸線，但是第二部分732可根據(jù)要求相對(duì)于第一部分630成角度。第二部分732鄰近澆包712的內(nèi)部720的底部724終止。噴嘴716具有圓形截面，但是噴嘴716可根據(jù)要求具有任何橫截面形狀。例如，噴嘴716根據(jù)要求由例如陶瓷或金屬的耐火材料形成。在使用中，鑄造裝置710被本領(lǐng)域已知的機(jī)器人操作裝置(未示出)傳送。為了用熔融材料714填充鑄造裝置710，鑄造裝置710在浸入井上被降低直到撇渣器722的至少一部分浸在熔融材料714中。一旦撇渣器722的部分浸在熔融材料714中，鑄造裝置710在與熔融材料714的頂面的平面平行的平面中運(yùn)動(dòng)，以使撇渣器722撇清熔融材料714的頂面，以從其中去除渣滓。通過從熔融材料714的頂面去除渣滓，鑄造裝置710可以被降低進(jìn)入熔融材料714，其在基本上沒有渣滓的浸入井的區(qū)域中。鑄造裝置710被降低進(jìn)入熔融 材料714直到被放置于澆包712的外部上的接觸探頭744與熔融材料714接觸。一旦熔融材料714接觸該接觸探頭744，電路被接地，其引起機(jī)器人操作裝置停止降低鑄造裝置710。一旦接觸探頭744停止鑄造裝置710的下降，塞子組件762的致動(dòng)器766導(dǎo)致塞子組件762的塞桿763朝向澆包712的頂部728移動(dòng)，從而將塞子764從澆包712的底部724中形成的孔768取下，由此破壞塞子764和孔768之間的流密密封并且允許熔融材料714填充澆包712。通過從底部724填充澆包712，熔融材料714的液滴減到最小，并且澆包712的填充是靜態(tài)的。一旦鑄造裝置710的澆包712填充有預(yù)期量的熔融材料714，致動(dòng)器766使塞棒763移向底部724以在孔768中放置塞子764，因而在其之間產(chǎn)生流體密封。導(dǎo)管746隨后被放置成與噴嘴716的第一部分730的孔731接觸和流體連通。例如，導(dǎo)管746與惰性氣體源750流體連通并包括用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置748，例如閥。例如，惰性氣體可以是N2。在第一部分730和導(dǎo)管746之間的接觸基本上是流體密封的。一旦第一部分730和導(dǎo)管746流體連通，用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置748被打開，噴嘴716沒有填充熔融材料714的部分填充來自源750的惰性氣體752。惰性氣體752可以在噴嘴716中稀釋空氣(或其他氣體)，或者惰性氣體752可以排出空氣，其從噴嘴716有選擇地被排出。一旦噴嘴716填充有預(yù)期量的惰性氣體，用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置748被關(guān)閉。通過在裝置710填充熔融材料714之后用惰性氣體752填充噴嘴716，熔融材料714的氧化減到最小。一旦用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置748被關(guān)閉，導(dǎo)管746和第一部分730之間的接觸被破壞，噴嘴716的孔731被蓋(未示出)密封以防止惰性氣體752從其中溢出。蓋可以鉸接地或以其他方式連接到鑄造裝置710或根據(jù)要求與鑄造裝置710分離地形成。蓋根據(jù)要求可以是塞或其他加蓋裝置。然后鑄造裝置710通過機(jī)器人操作裝置從浸入井和熔融材料714被去除。使用蓋的替代方法，在鑄造裝置710從浸入井傳送期間，導(dǎo)管746可以保持與噴嘴716流密接觸。在填充以后，鑄造裝置710由機(jī)器人操作裝置傳送到鑄模(未示出)。蓋從噴嘴716的孔731去除，并且噴嘴716密封地連接到鑄模，其帶有與在鑄模之中形成的孔(未示出)流體連通的孔731。一旦鑄造裝置710和鑄模連接，用于調(diào)節(jié)氣體導(dǎo)管734的流動(dòng)的裝置738被打開，使得惰性氣體758流入內(nèi)部720，以增壓澆包712。通過蓋718放置和與內(nèi)部720連通的壓力傳感器739測(cè)量惰性氣體758的流體壓力。流體壓力測(cè)量可以發(fā)送給計(jì)算機(jī)或控制器或其他裝置，其適于接收并解釋用于流體增壓曲線反饋和控制的壓力讀數(shù)。如箭頭760所示，內(nèi)部720中的壓力在熔融材料714上引起向下壓力并使熔融材料714流經(jīng)孔733，流過噴嘴716和從孔731進(jìn)入鑄模?；诹黧w壓力測(cè)量和通過噴嘴716的熔融材料714的預(yù)期的流動(dòng)，進(jìn)入內(nèi)部的惰性氣體758的流動(dòng)可以根據(jù)要求增加，減少，或停止。當(dāng)熔融材料714被引起流入鑄模時(shí)，添加劑從添加劑給料機(jī)736以預(yù)期的速率送到噴嘴716里。通過剛好在熔融材料714的引入到鑄模之前引入添加劑到熔融材料714，添加劑與熔融材料714的混合被確保。一旦鑄模被填充到預(yù)期的水平，用于調(diào)節(jié)流動(dòng)的裝置738被關(guān)閉以停止惰性氣體758流入內(nèi)部720。機(jī)器人操作裝置然后移動(dòng)鑄造裝置710遠(yuǎn)離鑄模。鑄造裝置710可以在以熔融材料714再填充鑄造裝置710之前以惰性氣體凈化。
上述討論僅僅公開和描述了本發(fā)明示例性的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可從這些討論以及所附的附圖和權(quán)利要求中得知可以在不偏離本發(fā)明以下所附權(quán)利要求書所限定的精神和范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改變、修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種鑄造裝置，包括 澆包，其具有中空內(nèi)部； 與中空內(nèi)部流體連通的噴嘴，所述噴嘴具有在澆包之外放置的第一部分和在中空內(nèi)部之內(nèi)放置的第二部分； 添加劑給料機(jī)，其與澆包的中空內(nèi)部連通；以及 氣體導(dǎo)管，其與澆包的中空內(nèi)部流體連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鑄造裝置，其特征在于，澆包具有開口，所述開口與中空內(nèi)部流體連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鑄造裝置，其特征在于，其還包括蓋，其被置于開口上并與其 形成流密密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鑄造裝置，其特征在于，添加劑給料機(jī)被置于蓋中。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鑄造裝置，其特征在于，添加劑給料機(jī)被置于噴嘴中。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鑄造裝置，其特征在于，氣體導(dǎo)管被置于蓋中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鑄造裝置，其特征在于，其還包括接觸探頭，其被置于澆包的外部上。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鑄造裝置，其特征在于，其還包括撇渣器，其在鄰近其底部的澆包的外部上形成。
9.一種鑄造裝置，包括 澆包，其具有開口，所述開口與其中空內(nèi)部流體連通；以及孔，所述孔在其底部形成，所述澆包適于在其中接收熔融材料； 噴嘴，其與中空內(nèi)部流體連通，噴嘴具有在澆包之外放置的第一部分和在中空內(nèi)部之內(nèi)放置的第二部分； 蓋，其被置于開口上并與其形成流密密封； 添加劑給料機(jī)，其與澆包的中空內(nèi)部流體連通； 氣體導(dǎo)管，其與澆包的中空內(nèi)部流體連通；以及 塞子組件，其具有塞棒，所述塞棒以其放置在中空內(nèi)部中的部分穿過蓋放置，以及塞子，其放置在其第一端上，所述塞子適于有選擇地塞住孔。
10.一種用于轉(zhuǎn)移熔融材料到鑄模的方法，所述方法包括 將具有中空內(nèi)部的澆包降低進(jìn)入熔融材料源和降低促進(jìn)流入中空內(nèi)部的孔； 通過孔以熔融材料填充澆包的內(nèi)部； 引入惰性氣體到噴嘴的一部分； 從熔融材料源去除澆包； 使噴嘴接觸鑄模；以及 以惰性氣體增壓中空內(nèi)部以使熔融材料流入鑄模。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于熔融金屬的澆注澆包。具體公開了鑄造裝置和使用鑄造裝置形成鑄件的方法，鑄造裝置包括澆包，其具有中空內(nèi)部，其適于在其中接收熔融材料；與中空內(nèi)部流體連通的噴嘴，噴嘴具有在澆包之外放置的第一部分和在中空內(nèi)部之內(nèi)放置的第二部分；添加劑給料機(jī)，其與澆包的中空內(nèi)部流體連通；氣體導(dǎo)管，其與澆包的中空內(nèi)部流體連通。
文檔編號(hào)B22D41/00GK102794443SQ201210165460
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者C.D.科根, S.M.費(fèi)奇, Q.王 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司