用于過(guò)濾熔融金屬的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于過(guò)濾熔融金屬的裝置和方法。一種用于將已過(guò)濾的熔融金屬傳送到壓鑄鑄模的裝置和方法。裝置和方法包括鑄造過(guò)濾系統(tǒng)，所述鑄造過(guò)濾系統(tǒng)包括澆口杯和流體地放置在熔融金屬源和鑄模之間的連續(xù)可更換的過(guò)濾器。在每個(gè)鑄造運(yùn)行前，澆口杯和過(guò)濾器自動(dòng)地移動(dòng)為與例如壓射缸的熔融金屬容器協(xié)作，且然后自動(dòng)地移開(kāi)，使得在容器中進(jìn)行對(duì)于已過(guò)濾的熔融金屬的加壓。另外，過(guò)濾器可形成在連續(xù)的束上，使得束的分度移動(dòng)將過(guò)濾器的已使用的部分前進(jìn)移開(kāi)，以為將準(zhǔn)備用于隨后的重復(fù)的鑄造運(yùn)行的新的未使用的過(guò)濾器部分騰出空間。
【專利說(shuō)明】
用于過(guò)濾熔融金屬的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總的涉及用于澆注使用在鑄造過(guò)程中的熔融金屬的改進(jìn)的方法，且更特定地涉及在臥式高壓壓鑄(HPDC)壓射缸的填充期間從熔融金屬濾除內(nèi)含物。
【背景技術(shù)】
[0002]低過(guò)程成本、精密的尺寸公差(近凈成形)和平滑的表面精整是使得HPDC成為金屬部件的批量生產(chǎn)中廣泛使用的過(guò)程的所有希望的屬性。例如，汽車(chē)工業(yè)中的制造商使用HPDC來(lái)生產(chǎn)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和結(jié)構(gòu)部件的近凈成形的鋁合金鑄件。在典型的HPDC過(guò)程中，熔融金屬典型地通過(guò)組成填充系統(tǒng)的一系列通道、管道和澆包傳遞到鑄模。此傳遞典型地在兩個(gè)步驟中發(fā)生:到填充管(稱為壓射缸)的低壓澆注，和高壓注射，在所述高壓注射中管內(nèi)的活塞或柱塞的移動(dòng)促使金屬?gòu)膲荷涓椎借T造腔內(nèi)。
[0003]用于HPDC壓射缸填充的一個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)已知為計(jì)量熔爐槽系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，壓力或栗熔爐聯(lián)接到帶有傾斜槽的壓射缸(也稱為計(jì)量槽)。熔爐底部將所需的熔融金屬的加料重量填充到槽的一個(gè)端部，使得所述熔融金屬流過(guò)槽的長(zhǎng)度且排放到壓射缸內(nèi)。也可使用通過(guò)在熔融金屬?zèng)_擊在壓射缸壁和其中的熔池金屬上時(shí)降低相對(duì)于自由下落的熔融金屬流的湍流來(lái)改進(jìn)金屬流控制的裝置。然而，不希望的高金屬速度一和作為結(jié)果的填充湍流一可能仍存在于壓射缸內(nèi)。此外，長(zhǎng)的槽長(zhǎng)度也造成了不希望的高金屬表面積和氧化膜。此外，此系統(tǒng)不包括在壓射缸處清潔熔融金屬的機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗傻难趸锘虼嬖谟诮饘賰?nèi)的在通向槽的入口處的熔爐內(nèi)含物將被運(yùn)輸?shù)綁荷涓浊弧?br>[0004]用于HPDC壓射缸填充的另一個(gè)金屬運(yùn)輸系統(tǒng)已知為傾斜澆注澆包系統(tǒng)。此類型的系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)類似于在傳統(tǒng)的砂型鑄造鑄型中的澆注池，但不具有澆口特征。在此系統(tǒng)中，澆包傾斜以將熔融金屬通過(guò)外注口被澆注到壓射缸。由于金屬流撞擊在壓射缸表面上和壓射缸內(nèi)的成池的熔體上的湍流導(dǎo)致了金屬損壞。降低此填充湍流的一個(gè)方法是使用放置在缸入口上方的裝置，所述裝置收集澆包金屬流且將其引導(dǎo)到壓射缸內(nèi)。對(duì)于以上所述的基于槽的系統(tǒng)，金屬流在碰到壓射缸壁和熔池金屬時(shí)的位置的控制可能在降低金屬損壞方面具有其主要益處。然而，此系統(tǒng)或基于槽的系統(tǒng)都不具有清潔金屬的機(jī)構(gòu)，作為替代使得所生成的氧化物或熔爐內(nèi)含物留在處在壓射缸腔內(nèi)的金屬熔池內(nèi)。
[0005]消除此填充湍流的另一個(gè)方法在2014年I月21日提交的且名為“A METAL POURINGMETHOD FOR THE DIE CASTING PROCESS”的美國(guó)專利申請(qǐng)14/159,866中描述，其整體被本發(fā)明的受讓人擁有且在此通過(guò)引用合并。在此解決方法中，特殊的傾斜澆注澆包聯(lián)接到壓射缸內(nèi)的側(cè)開(kāi)孔且旋轉(zhuǎn)以將金屬引入到儲(chǔ)筒腔內(nèi)，在此之后組件旋轉(zhuǎn)以將澆包排空且將壓射缸開(kāi)孔置于頂部處。雖然此解決方法的底部填充在消除湍流和金屬損壞方面是特別有用的，但其可能增加了復(fù)雜性。例如，用于建立相對(duì)旋轉(zhuǎn)的另外的接頭對(duì)于每次鑄造暴露于熔融金屬;這可能使得維護(hù)和相關(guān)的鑄造廠停工時(shí)間的所關(guān)心的事惡化。另外，模鑄機(jī)的間隙約束可能阻礙澆包運(yùn)動(dòng)，從而使得實(shí)施更困難。
[0006]在壓射缸填充事件期間降低金屬損壞的另外的方法在2015年2月4日提交的且名為 “METAL POURING METHOD FOR THE DIE CASTING PROCESS” 的美國(guó)專利申請(qǐng) 14/613,991中描述，其整體被本發(fā)明的受讓人擁有且在此通過(guò)引用合并。此解決方法使用了傾斜澆注的澆包，其帶有360度嘴，所述嘴裝配有熔融金屬過(guò)濾器。滿的澆包被旋轉(zhuǎn)，以將嘴和過(guò)濾器置于靠近壓射缸，使得在其最終位置上，過(guò)濾器處于或靠近壓射缸底表面以用于填充。過(guò)濾器的流動(dòng)限制降低了金屬速度和來(lái)流的湍流，同時(shí)對(duì)于熔融包含物的物理捕獲提供了另外的益處。本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到實(shí)現(xiàn)此過(guò)濾的主要障礙是過(guò)濾器的放置(除其移除以定期清潔或維修之外)可能對(duì)于過(guò)程添加明顯的時(shí)間和費(fèi)用，因而可能使過(guò)濾器的使用不可維持，特別地當(dāng)與大規(guī)模HPDC生產(chǎn)相結(jié)合時(shí)(其中每天可能在單獨(dú)的鑄造機(jī)中生產(chǎn)上百或上千的鑄件)。此外，用于過(guò)濾器的存儲(chǔ)空間及其在壓射缸內(nèi)或周?chē)奶鎿Q被限制，同時(shí)過(guò)濾器不正確運(yùn)轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致對(duì)于填充系統(tǒng)的壓射缸或其他部分的明顯的損壞，從而進(jìn)一步降低了鑄造運(yùn)行的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在以上背景下，本發(fā)明的實(shí)施例總的涉及使用連續(xù)地可更換的過(guò)濾器來(lái)改進(jìn)輸送到臥式壓力鑄造壓射缸的熔融金屬的質(zhì)量。以此方式，鑄造質(zhì)量得以改進(jìn)，同時(shí)不以復(fù)雜的過(guò)濾器存儲(chǔ)、放置和處置而不加重運(yùn)行的負(fù)擔(dān)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，連續(xù)可更換的過(guò)濾器和澆口杯作為系統(tǒng)的一部分協(xié)作，以將被過(guò)濾的熔融金屬?gòu)纳嫌屋斔推髅?例如，澆包或槽)輸送到下游鑄模容器(例如，前述壓射缸或相關(guān)的澆道)。雖然本公開(kāi)關(guān)注于HDPC設(shè)備和附屬過(guò)程，但本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是可移動(dòng)的過(guò)濾器和澆口杯也可聯(lián)系到可能需要熔融金屬過(guò)濾的其他非HPDC鑄造運(yùn)行。在這些其他構(gòu)造中，澆注槽、冒口或其他開(kāi)口可作為壓射缸的替代使用;任何變體被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0009]在上下文中，連續(xù)可更換的過(guò)濾器是在相繼的鑄造操作之間可自動(dòng)地放置到熔融金屬流動(dòng)路徑中和從所述流動(dòng)路徑移除而無(wú)需手動(dòng)干預(yù)的過(guò)濾器。在一個(gè)特定的形式中，過(guò)濾器作為基于連續(xù)的芯軸或輥的機(jī)構(gòu)的一部分被輸送到系統(tǒng)且從系統(tǒng)移除。這樣的構(gòu)造提供了單次使用過(guò)濾器的益處而不具有對(duì)于每個(gè)鑄造運(yùn)行在熔融金屬源和壓射缸、澆道或相關(guān)的容器之間手動(dòng)放置新的離散過(guò)濾器的缺點(diǎn)。在可選的形式中，系統(tǒng)可包括另外的部件，包括澆道、澆口、填充蓋、流道、上型箱、下型箱和與臥式HPDC系統(tǒng)相關(guān)的其他部件。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，高壓壓鑄系統(tǒng)包括型腔，與型腔流體協(xié)作以將熔融金屬輸送到型腔的填充系統(tǒng)，和流體地布置在恪融金屬源和構(gòu)成填充系統(tǒng)的一部分的壓射缸之間的過(guò)濾系統(tǒng)。如上所述，過(guò)濾系統(tǒng)包括連續(xù)可替換的過(guò)濾器和與過(guò)濾器流體協(xié)作的澆口杯，使得從熔融金屬源輸送的熔融金屬的量在接收在壓射缸內(nèi)之前通過(guò)由澆口杯和過(guò)濾器限定的流動(dòng)路徑。熔融金屬源可包括熔爐，以及從熔爐接收熔融金屬的澆包。如將在下文中論述，澆包的排放端可裝配有嘴狀延伸部，所述延伸部模擬了前述澆口杯的特征，以便執(zhí)行熔融金屬到壓射缸的可比較的輸送功能。在優(yōu)選的形式中，過(guò)濾器部分作為連續(xù)束的一部分(更優(yōu)選地被輸送且張緊在輥上)存儲(chǔ)以最小化存儲(chǔ);輥的分度或同步移動(dòng)保證了已使用的過(guò)濾器部分從鑄造系統(tǒng)的精確的輸送離開(kāi)，同時(shí)將新鮮的未使用的過(guò)濾器部分輸送到熔融金屬源和壓射缸之間的位置中。取決于被過(guò)濾的金屬的清潔度，輥可在金屬輸送過(guò)程期間移動(dòng)，從而將清潔的過(guò)濾器區(qū)域提供到流動(dòng)的金屬。這降低了阻塞過(guò)濾器、停止金屬到壓射缸內(nèi)的流動(dòng)以及中斷金屬鑄造過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，公開(kāi)了將熔融金屬輸送到壓鑄模具的方法。方法包括提供流體地處在熔融金屬源和模具之間的填充系統(tǒng)，將一定量熔融金屬?gòu)娜廴诮饘僭赐ㄟ^(guò)由填充系統(tǒng)部件限定的過(guò)濾流動(dòng)路徑引入，將填充系統(tǒng)部件的至少一些從壓射缸移開(kāi)以實(shí)現(xiàn)已收集在形成在壓射缸內(nèi)的腔內(nèi)的被過(guò)濾的熔融金屬的加壓。一旦被過(guò)濾的熔融金屬通過(guò)加壓已被移動(dòng)到型腔或其他目的地，則新的過(guò)濾器(連同可重復(fù)使用的澆口杯)可移動(dòng)到靠近壓射缸的入口的位置處，使得可開(kāi)始新的鑄造運(yùn)行。如上所述，填充系統(tǒng)和過(guò)濾系統(tǒng)可被認(rèn)為是獨(dú)立的系統(tǒng)或同一系統(tǒng)的連續(xù)部分;在任一種角度中，填充系統(tǒng)和過(guò)濾系統(tǒng)協(xié)作以從熔融金屬源將熔融金屬過(guò)濾且輸送到型腔或相關(guān)的工件。
[0012]本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:
I.一種鑄造過(guò)濾系統(tǒng)，包括:
連續(xù)可更換的過(guò)濾器，所述過(guò)濾器構(gòu)造為流體地布置在熔融金屬輸送器皿和鑄模容器之間；和
與所述過(guò)濾器流體協(xié)作的澆口杯，使得從所述輸送器皿傳送的熔融金屬的量在被所述容器接收之前通過(guò)由所述澆口杯和所述過(guò)濾器限定的流動(dòng)路徑。
[0013]2.根據(jù)方案I所述的系統(tǒng)，其中所述過(guò)濾器形成為多孔材料制成的細(xì)長(zhǎng)束的一部分，所述束在其一個(gè)主要端部處聯(lián)接到輸送機(jī)構(gòu)且在其另一個(gè)主要端部處聯(lián)接到張緊機(jī)構(gòu)。
[0014]3.根據(jù)方案2所述的系統(tǒng)，其中所述輸送機(jī)構(gòu)和所述張緊機(jī)構(gòu)的至少一個(gè)包括芯軸，所述過(guò)濾器安裝在所述芯軸上。
[0015]4.根據(jù)方案2所述的系統(tǒng)，其中所述過(guò)濾器包括從基本上包含如下項(xiàng)的組中選擇的材料:玻璃纖維織物、基于碳的織物、基于金屬的織物、基于陶瓷的織物和其組合。
[0016]5.根據(jù)方案I所述的系統(tǒng)，其中所述鑄模容器包括壓射缸，所述壓射缸限定形成在其中的熔融金屬接收開(kāi)口，所述開(kāi)口與所述過(guò)濾器流體協(xié)作，使得流動(dòng)通過(guò)所述過(guò)濾器的所述熔融金屬的量通過(guò)所述開(kāi)口被傳送到所述壓射缸。
[0017]6.根據(jù)方案5所述的系統(tǒng)，其中所述開(kāi)口終止了流動(dòng)路徑腔，所述流動(dòng)路徑腔成形為接受所述澆口杯和所述過(guò)濾器在所述流動(dòng)路徑腔內(nèi)的選擇的放置。
[0018]7.根據(jù)方案6所述的系統(tǒng)，其中在所述選擇放置期間所述腔、所述過(guò)濾器和所述澆口杯之間的協(xié)作作用在所述過(guò)濾器和所述壓射缸內(nèi)的熔池位置之間留下了豎直滴落高度，所述滴落高度小于所述熔融金屬的量的臨界下降高度。
[0019]8.根據(jù)方案7所述的系統(tǒng)，其中形成在所述澆口杯內(nèi)的出口面在所述選擇放置期間與所述腔的表面和所述過(guò)濾器協(xié)作，以在所述澆口杯和所述壓射缸之間限定大體上密封的流動(dòng)路徑。
[0020]9.根據(jù)方案5所述的系統(tǒng)，其中所述壓射缸限定沿所述壓射缸的大體上主要部分的大體上水平的流動(dòng)路徑。
[0021]10.根據(jù)方案I所述的系統(tǒng)，其中所述澆口杯形成可移動(dòng)的澆口。
[0022]11.根據(jù)方案I所述的系統(tǒng)，其中所述澆口杯形成放置在澆口內(nèi)的可移動(dòng)的插入件。
[0023 ] 12.根據(jù)方案I所述的系統(tǒng)，其中帶有流體傳送延伸部的澆包限定所述澆口杯。
[0024]13.—種高壓壓鑄系統(tǒng)，包括:
型腔，
與所述型腔流體協(xié)作以將熔融金屬輸送到型腔的填充系統(tǒng)，所述填充系統(tǒng)包括:
熔融金屬源;和
流體地布置在所述熔融金屬源和所述型腔之間的壓射缸;和
流體地布置在所述熔融金屬源和所述壓射缸之間的過(guò)濾系統(tǒng)，所述過(guò)濾系統(tǒng)包括:
連續(xù)可替換的過(guò)濾器;和
與所述過(guò)濾器流體協(xié)作的澆口杯，使得從所述熔融金屬源輸送的熔融金屬的量在接收在所述壓射缸內(nèi)之前通過(guò)由所述澆口杯和所述過(guò)濾器限定的流動(dòng)路徑。
[0025]14.根據(jù)方案13所述的系統(tǒng)，其中所述過(guò)濾系統(tǒng)相對(duì)于所述壓射缸的一部分是可移動(dòng)的，以在其內(nèi)接受所述澆口杯和所述過(guò)濾器的選擇的放置。
[0026]15.根據(jù)方案14所述的系統(tǒng)，其中所述壓射缸的所述部分包括由所述壓射缸的表面限定的腔，所述腔在所述選擇的放置期間與所述過(guò)濾系統(tǒng)選擇地協(xié)作，以限定通過(guò)所述過(guò)濾系統(tǒng)的大體上無(wú)泄漏的過(guò)濾路徑。
[0027]16.根據(jù)方案15所述的系統(tǒng)，其中在所述選擇的放置期間所述腔和所述澆口杯之間的協(xié)作作用導(dǎo)致所述過(guò)濾器的鄰近所述壓射缸的至少部分限定曲折的輪廓。
[0028]17.一種將熔融金屬輸送到壓鑄鑄模的方法，所述方法包括:
提供流體地處在熔融金屬源和所述鑄模之間的填充系統(tǒng)，所述填充系統(tǒng)包括過(guò)濾系統(tǒng)和壓射缸，所述過(guò)濾系統(tǒng)包括:
限定至少第一部分和第二部分的連續(xù)可替換的過(guò)濾器;和與所述過(guò)濾器流體協(xié)作的澆口杯；
將熔融金屬的量從所述熔融金屬源通過(guò)由所述澆口杯和所述過(guò)濾器的第一部分限定的過(guò)濾流動(dòng)路徑引入到限定在所述壓射缸內(nèi)的腔，使得所述熔融金屬的基本上全部在進(jìn)入到所述壓射缸內(nèi)之前通過(guò)限定在所述澆口杯內(nèi)的出口而變得被過(guò)濾，所述出口大體上被所述過(guò)濾器的所述第一部分覆蓋；
將所述澆口杯和所述過(guò)濾器的所述第一部分從所述壓射缸移開(kāi)；
將存在于所述壓射缸內(nèi)的所述已過(guò)濾的熔融金屬加壓;和將所述澆口杯和所述過(guò)濾器的第二部分向所述壓射缸移動(dòng)。
[0029]18.根據(jù)方案17所述的方法，其中所述澆口杯和所述過(guò)濾器的所述第一部分和所述第二部分的所述移動(dòng)被自動(dòng)化，以與所述熔融金屬到所述鑄模的每次輸送協(xié)調(diào)，使得用所述過(guò)濾器的所述第二部分替換所述過(guò)濾器的所述第一部分發(fā)生而無(wú)需手動(dòng)干預(yù)。
[0030]19.根據(jù)方案18所述的方法，其中所述過(guò)濾器的所述第一部分從所述過(guò)濾流動(dòng)路徑向張緊卷筒被輸送，且所述過(guò)濾器的所述第二部分朝著所述過(guò)濾流動(dòng)路徑從輸送卷筒被輸送離開(kāi)。
[0031]20.根據(jù)方案17所述的方法，其中所述過(guò)濾器的所述第一部分和所述第二部分限定沿著可移動(dòng)越過(guò)所述出口的連續(xù)過(guò)濾器束的長(zhǎng)度的連續(xù)的位置。
【附圖說(shuō)明】
[0032]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的如下詳細(xì)描述可在結(jié)合下圖閱讀時(shí)被最好地理解，其中類似的結(jié)構(gòu)以類似的附圖標(biāo)號(hào)標(biāo)記，且其中:
圖1示出了由現(xiàn)有技術(shù)的湍流產(chǎn)生的代表性的雙膜；
圖2A和圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的方面的過(guò)濾器和HPDC壓射缸的協(xié)作的視圖；和圖3A和圖3B示出了相繼的步驟，所述步驟描繪了過(guò)濾器和澆口杯相對(duì)于壓射缸的相對(duì)移動(dòng)，其中在圖3A中過(guò)濾器和澆口杯處在接收未過(guò)濾的熔融金屬的位置中，而在圖3B中澆口杯和過(guò)濾器向上移動(dòng)脫離與壓射缸的接合，使得可執(zhí)行下一個(gè)鑄造運(yùn)行。
【具體實(shí)施方式】
[0033]首先參考圖1，圖中示出了在鋁合金中的多種缺陷形式。當(dāng)加熱為液體(即熔融)形式100后，多個(gè)鋁的流(例如，第一流110和第二流120以及小滴130)以多種方式相互作用。當(dāng)在含氧的環(huán)境中被處理時(shí)，氧化物膜140可能形成在液體鋁的外表面上，所述液體鋁包括第一流110、第二流120和小滴130。當(dāng)分別來(lái)自第一流110和第二流120的兩個(gè)氧化物膜140相遇時(shí)，雙膜170形成。在湍流導(dǎo)致的小滴落在金屬流上時(shí)也形成了雙膜，如在150處示出。雖然雙膜150、170是幾乎每個(gè)鑄造過(guò)程的固有部分，但它們通常對(duì)于鑄造機(jī)械特性并不有害，除非由于當(dāng)兩個(gè)分開(kāi)的流即第一流110和第二流120以大角度相遇(典型地，超過(guò)135度，其處一個(gè)流的飛濺作用崩潰到另一個(gè)流上在流之間形成了腔)時(shí)的折疊作用而在合金塊體內(nèi)夾帶了氧化膜140，如在位置160處所示。這樣的形成可能對(duì)于總體材料整體性和隨后的鑄件廢品率具有明顯的影響。類似地，所夾帶的氣體180可能由于液體金屬的澆注作用而形成，從而造成另外的所夾帶的氧化物。如上所述，當(dāng)液體金屬以常規(guī)方式澆注到或被促使到鑄?；驂荷涓變?nèi)時(shí)可能留存大氣泡，所述大氣泡導(dǎo)致所示的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)含物。
[0034]然后參考圖2A和圖2B以及圖3A和圖3B，圖中示出了構(gòu)造為與本發(fā)明的連續(xù)的帶狀束210協(xié)作的臥式HPDC系統(tǒng)200的部分。這些部分包括壓射缸220，所述壓射缸在其內(nèi)限定了大體圓柱形的腔，使得引入到壓射缸220的近端端部?jī)?nèi)的柱塞230可以以往復(fù)平移運(yùn)動(dòng)沿大體上水平方向在腔內(nèi)移動(dòng)，以將包含在壓射缸220內(nèi)的某一量的被注入的熔融金屬100加壓。雖然未示出，但壓射缸220的遠(yuǎn)端端部可流體連接到門(mén)的網(wǎng)絡(luò)或相關(guān)的通道，以將熔融材料傳送到型腔;此網(wǎng)絡(luò)通常稱為澆注系統(tǒng)(或加料系統(tǒng))。澆口杯250也沿大體上豎直的方向在壓射缸220的近端端部?jī)?nèi)平移地可移動(dòng)(例如，通過(guò)例如未示出的步進(jìn)馬達(dá)的電動(dòng)馬達(dá)的移動(dòng))。壓射缸220的近端端部260限定了腔或開(kāi)孔261，所述腔或開(kāi)孔261有助于提供用于將熔融金屬100引入到壓射缸220內(nèi)的過(guò)渡部。一組豎立的導(dǎo)軌265可對(duì)于束210的行進(jìn)路徑的至少部分跨過(guò)壓射缸220的近端端部260，以便在束向腔261移動(dòng)時(shí)有助于保持束210對(duì)齊。在替代的形式中(未示出)，填充蓋可作為覆蓋件起作用，所述覆蓋件可制成為可旋轉(zhuǎn)的，如在以上所述的共同待決的美國(guó)專利申請(qǐng)14/159，866中論述。在再另一個(gè)替代的形式中(未示出)，澆口杯250可以以旋轉(zhuǎn)方式以及通過(guò)平移和旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的組合插入壓射缸220的近端端部260內(nèi)；所有這樣的形式被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0035]如所示，用于帶有其過(guò)濾器211的束210的行進(jìn)路徑例如通過(guò)各輸送器270和張緊器280機(jī)構(gòu)限定了開(kāi)始部和結(jié)束部，其中在一個(gè)形式中輸送器可由簡(jiǎn)單的箱狀容器(如特別地在圖2B中描繪)制成或帶有芯軸的卷筒制成(如特別地在圖2A、圖3A和圖3B中描繪)。類似地，張緊器優(yōu)選地通過(guò)合適的裝置形成，其中在束210和過(guò)濾器211上可維持連續(xù)的張力以避免起皺，以及提供足夠的力以將束210和過(guò)濾器211拉動(dòng)通過(guò)在圖3B中描繪的相對(duì)直線的路徑，其處澆口杯250在相繼的鑄造運(yùn)行之間改變過(guò)濾器211期間已被移出。
[0036]在一個(gè)優(yōu)選的形式中，帶有過(guò)濾器211的束210的移動(dòng)僅在相繼的鑄造運(yùn)行之間進(jìn)行；以此方式，在鄰近壓射缸220的它們的行進(jìn)路徑限定了如在圖3B中描繪的大體上直的線性路徑的時(shí)期期間，所述束210和過(guò)濾器211僅暴露于相當(dāng)大的張力載荷。然而，在替代的實(shí)施例(未示出)中，帶有過(guò)濾器211的束210可以在熔融金屬100澆注運(yùn)行期間移動(dòng)越過(guò)澆口杯250。在過(guò)臟的(即填充有氧化物的)熔融金屬100包含在熔爐內(nèi)或澆包105內(nèi)時(shí)，此后者構(gòu)造是特別地有用的。
[0037]在優(yōu)選的形式中，束210形成為帶有多孔的、篩狀的表面結(jié)構(gòu)，所述表面結(jié)構(gòu)足夠柔性以在鑄造操作的至少部分期間占用由澆口杯250和腔261的協(xié)作作用限定的曲折的形狀(或輪廓)，在所述鑄造操作的至少部分期間澆口杯250和限定在束210的表面上的過(guò)濾器211插入到腔261內(nèi)。在上下文中，雖然束210的表面的基本上全部限定了篩狀過(guò)濾器屬性，但在此所述的過(guò)濾器211更容易地被理解為限定了離散的部分，所述部分在尺寸和形狀上對(duì)應(yīng)于澆口杯出口面251，所述過(guò)濾器211與所述澆口杯出口面251形成了選擇性過(guò)濾流動(dòng)路徑(在此也稱為過(guò)濾路徑)；這些離散的部分(在圖3B中以典型的形式示出)可被視作“已使用部分”(也稱為用過(guò)的過(guò)濾器211B)和“未使用部分”(也稱為新鮮的過(guò)濾器211A);相關(guān)的術(shù)語(yǔ)，例如指示先前過(guò)濾器的“第一部分”和指示后繼過(guò)濾器的“第二部分”也可在此用于區(qū)分在連續(xù)的束210上的成一直線的各自位置。所有這樣的指示將從上下文中顯而易見(jiàn)。此夕卜(如上所述)，束210和過(guò)濾器211的橫穿優(yōu)選地僅在其行進(jìn)路徑已大體上拉直時(shí)發(fā)生，使得避免了尖銳的彎曲、邊沿和其他起伏。
[0038]重要地，澆口杯250的底部到腔261的大體新月形的下表面的靠近聯(lián)接有助于促進(jìn)密封的通路，使得當(dāng)束210的一部分存在時(shí)，熔融金屬100可進(jìn)入壓射缸220的唯一方式是通過(guò)存在于形成在澆口杯250的底部中的出口面251內(nèi)的過(guò)濾器211。換言之，束210的輪廓成形為偏移匹配壓射缸220底表面的輪廓。這最小化了在過(guò)濾器211后的金屬滴落且降低了束210被完全浸入所花費(fèi)的時(shí)間且降低了金屬表面積。在一個(gè)優(yōu)選的形式中，使用5至12毫米(mm)的偏移;高于此值的數(shù)值趨向于導(dǎo)致熔融金屬100的質(zhì)量受損。通過(guò)靠近壓射缸220內(nèi)的最終熔池位置的這樣的定位，除降低或移除內(nèi)容物外，過(guò)濾器211的短的滴落降低了進(jìn)入壓射缸220的金屬速度，這有助于在被過(guò)濾的熔融金屬流101填充壓射缸220時(shí)降低所述被過(guò)濾的熔融金屬流101的湍流和氧化物生成。如上所述，除降低或移除內(nèi)容物外，過(guò)濾器211降低了進(jìn)入壓射缸220的金屬速度，這有助于在被過(guò)濾的熔融金屬流101填充壓射缸220時(shí)降低所述被過(guò)濾的熔融金屬流101的湍流和氧化物生成。
[0039]此外，腔261的形狀(目前示出為帶有漸縮的幾何形狀)允許澆口杯250和過(guò)濾器211升起和降低，使得所述澆口杯250和過(guò)濾器211選擇地被放置到壓射缸220的近端端部處的流體入口內(nèi)和從所述流體入口移除。在多種實(shí)施例中，過(guò)濾器211由玻璃纖維或一些其他材料制成，所述材料不僅相對(duì)于熔融金屬100具有化學(xué)惰性，且柔性和強(qiáng)度足以穿過(guò)形成在腔261內(nèi)的急彎而不粘住或斷裂。這樣的其他材料的示例包括鋼絲網(wǎng)、碳纖維網(wǎng)、鍍錫鐵板或其組合。另外，過(guò)濾器211的篩目尺寸確定了包含物的最小微粒尺寸，所述包含物例如為從被捕獲的滴浴傳遞的有害氧化物。在多種實(shí)施例中，過(guò)濾器211的篩網(wǎng)尺寸由大約9至17目構(gòu)成，帶有大約1.8至0.9 mm的寬度開(kāi)孔和大約46%至36%的開(kāi)孔面積。非限制性的示例性過(guò)濾器211包括17目的篩網(wǎng)，帶有0.9 _的寬度開(kāi)孔和大約36%的開(kāi)孔面積。在任何情況中，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是必須避免過(guò)小的篩目尺寸以最小化不必要地限制熔融金屬100的流動(dòng)的機(jī)會(huì)，同時(shí)也需要避免過(guò)大的篩目尺寸，以便降低有害的包含物通過(guò)篩網(wǎng)的可能性。在一個(gè)示例性形式中，過(guò)濾器211的孔尺寸選擇可使得允許大約6鎊/秒的熔融金屬100到臥式壓射缸220內(nèi)的流速，而不帶有大于l*lmm的氧化物膜。
[0040]重要地，束210的多孔的篩狀構(gòu)造使得所述束210的對(duì)應(yīng)于其上的澆口杯開(kāi)口 251形狀的二維投影的部分允許所述束210作為過(guò)濾器211起作用。到直接位于束210的澆口杯開(kāi)口 251下方的區(qū)域的輸送和從所述區(qū)域的移除可通過(guò)控制器(未示出)聯(lián)系到臥式HPDC系統(tǒng)200的剩余部分的鑄造運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)新鮮過(guò)濾器211A的自動(dòng)的分度移動(dòng)與開(kāi)口 251流體協(xié)作并實(shí)現(xiàn)用過(guò)的過(guò)濾器211B的相關(guān)的分度移動(dòng)從這樣的流體協(xié)作脫離。在一個(gè)實(shí)施例中，束210可具有輥形式212，使得所述束210可安裝到可旋轉(zhuǎn)的芯軸213上，使得可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的張緊和輸送。此外，用于移動(dòng)澆口杯250的馬達(dá)或機(jī)器人操縱裝置也可通過(guò)此類控制器操作。
[0041 ]特別地參考圖3A和圖3B，圖中示出了在過(guò)濾熔融金屬100中的相繼的步驟。在圖3A中，未過(guò)濾的熔融金屬100通過(guò)澆注到澆口杯250中而從澆包105引入到壓射缸220，所述澆口杯250限定了沿向下指向的流動(dòng)路徑的略微漸縮的形狀。重要地，在澆口杯250內(nèi)存在非常小的錐度，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)6鎊/秒熔融金屬100的流速的橫截面要求過(guò)高以致于不能使得所述澆口杯250與下落的金屬流形狀匹配;在此方面，澆口杯250的形狀與常規(guī)的澆口的形狀不同。束210中的張緊度(例如通過(guò)張緊張緊輥290而施加到其上，所述張緊輥290以獨(dú)立方式起作用，如在圖3A和圖3B中所示，以及通過(guò)如在圖2B中所示的較大的張緊結(jié)構(gòu)280的一部分所施加)有助于保證束210內(nèi)的足夠的結(jié)構(gòu)剛度，使得澆口杯250的出口面251和束210的過(guò)濾器部分211A在它們之間形成沿底(或出口)面251的緊配合。以此方式，它們一起限定了在澆口杯250和壓射缸220的下部分之間的大體上密封的熔融金屬流動(dòng)路徑，其處被過(guò)濾的熔融金屬102形成熔池(如在圖3B中所示)。如此，在過(guò)濾器下游處流動(dòng)速度和雜質(zhì)降低，同時(shí)最小化了通過(guò)澆口杯出口面251和過(guò)濾器211A限定的密封區(qū)周?chē)男孤?。圖3B示出了澆口杯250的收回，以及過(guò)濾器211A從壓射缸220的流體入口離開(kāi)的分度移動(dòng)，以允許連續(xù)的加壓應(yīng)用可通過(guò)圖2A的柱塞230的往復(fù)移動(dòng)成為可能。束210的相對(duì)直線和平面的形狀在此升高的位置中與在圖3A中描繪的三維的曲折形狀不同；以此方式，束和過(guò)濾器211A、211B的分度移動(dòng)以如上所述的方式被簡(jiǎn)化。而且，束210在其分度移動(dòng)期間的直線形狀(在此沿通過(guò)箭頭所指示的方向示出)有助于保持用過(guò)的過(guò)濾器211A是基本上平的，使得已被濾出熔融金屬100的且留在過(guò)濾器211A上的被捕獲的包含物傾斜更小而不脫落且在移動(dòng)期間落回到腔261的下部分內(nèi)。
[0042]在替代的實(shí)施例中(未示出)，澆口杯250的流體路徑安排作用可通過(guò)嘴口型澆包105來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述澆包帶有形成在其排放端處的類似的向下延伸的出口面，如在圖3A中所示。由于可能的間隙問(wèn)題，壓射缸220的流體入口可被修改以適應(yīng)澆包105。無(wú)論如何，任何澆口杯變型被認(rèn)為是在所要求的和所公開(kāi)的本發(fā)明內(nèi)的功能等同物。例如，形成在澆包105內(nèi)的槽可具有整體的出口，所述出口在豎直向下的方向上穿透到壓射缸腔261內(nèi)，以通過(guò)相對(duì)于自由下落流降低湍流來(lái)改進(jìn)金屬流控制。這樣的裝置的移動(dòng)可以以類似于澆口杯250的方式實(shí)現(xiàn)。
[0043]過(guò)濾器211和澆口杯250在形成在壓射缸的近端端部260中的腔261內(nèi)的自動(dòng)移動(dòng)示出了在引入熔融金屬100之前，澆口杯250如何降低到腔261的槽狀底部中。腔261的大體弧形形狀，與出口面251的大體平面(在X-Z平面內(nèi))形狀結(jié)合，造成了在過(guò)濾器211的外周邊緣周?chē)诙咧g的緊密密封配合，同時(shí)在腔261內(nèi)留下了新月形的熔池部分262。在此位置處通過(guò)過(guò)濾器211的熔融金屬100變成被過(guò)濾的熔融金屬101，所述被過(guò)濾的熔融金屬101可收集在壓射缸220的腔內(nèi)。在出口面251和腔261的相鄰的弧形表面之間的結(jié)構(gòu)協(xié)作將充足的壓力或接觸載荷施加到過(guò)濾器211，以保證通過(guò)澆口杯250輸送的基本上全部的熔融金屬100通過(guò)過(guò)濾器211，而沒(méi)有在過(guò)濾器211和出口面251相交處的邊緣周?chē)娜魏涡孤?。如特別地在圖3B中所示，澆口杯250的收回和過(guò)濾器211的分度移動(dòng)允許通過(guò)圖2A的柱塞230的作用對(duì)在壓射缸220的腔內(nèi)的熔融金屬池102的相繼的加壓施加，以及相繼的重復(fù)鑄造運(yùn)行的設(shè)置。明顯地，輥212和相關(guān)的張緊設(shè)備的使用可有助于保證在基本整個(gè)的過(guò)濾器211運(yùn)輸和放置運(yùn)行期間束210維持相對(duì)地張緊。
[0044]明顯地，在此描述的基于輥的解決方法允許在緊鄰壓射缸220處的過(guò)濾器211的局部存儲(chǔ)。重要的是，緊湊的、自動(dòng)化的過(guò)濾器211和澆口杯250移動(dòng)結(jié)構(gòu)使得可形成改型的包裝，所述改型的包裝包括到壓射缸220和臥式HPDC系統(tǒng)200支承結(jié)構(gòu)(未示出)的簡(jiǎn)單的螺栓緊固連接性。這將過(guò)濾器放置在壓射缸的底部處，帶有低存儲(chǔ)、放置和處置成本。重要的是，本發(fā)明可對(duì)現(xiàn)有的壓射缸、澆道或相關(guān)的HPDC熔融金屬送給設(shè)備進(jìn)行改造。通過(guò)底部填充壓射缸最小化金屬損壞的模鑄加料過(guò)濾系統(tǒng)是緊湊的螺栓固定的單元。此外，如在此所述的這樣的解決方法與以上所述的槽-澆口杯系統(tǒng)和帶有嘴的澆包系統(tǒng)相兼容。取決于用于輸送和張緊束210和過(guò)濾器211的輥212的尺寸，可更方便地使它們位于遠(yuǎn)離模鑄機(jī)。例如，如果輥212較大(例如，帶有大致一米直徑)，則可優(yōu)選的是使束210輸送平臺(tái)包括附加的芯軸、張緊器、引導(dǎo)器和相關(guān)的輸送設(shè)備，使得較大的輥212可放置在更合適的位置上;任一變型被認(rèn)為在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。
[0045]過(guò)濾器211和澆口杯250相對(duì)于熔融金屬100到壓射缸220內(nèi)的引入的雙級(jí)協(xié)作移動(dòng)在每次鑄造新部件時(shí)發(fā)生。澆口杯250從壓射缸220的引出允許壓鑄型腔(未示出)通過(guò)柱塞230到壓射缸220內(nèi)腔內(nèi)的平移移動(dòng)而被注射填充。當(dāng)澆口杯250從腔261向上移出后，通過(guò)澆口杯250的限定出口面251的部分施加的先前的夾緊壓力被移除，因此允許束210轉(zhuǎn)位，以便使新鮮的過(guò)濾器211A存在于腔261的底部中，以用于下次熔融金屬100澆注。已使用的過(guò)濾器211B然后可向張緊卷筒或相關(guān)的用過(guò)的過(guò)濾器211B收集裝置被運(yùn)送以用于隨后的處置。明顯地，束210相對(duì)于澆口杯250的由其出口面251限定的部分的協(xié)作移動(dòng)——與腔261相對(duì)于壓射缸220的底部的形狀和布置相結(jié)合一一保證了足夠的壓力以密封形成在束210內(nèi)的過(guò)濾器211，使得從源(例如，傾斜澆注澆包、帶有嘴的澆包或槽系統(tǒng))接收熔融金屬100時(shí)，過(guò)濾以如此方式發(fā)生使得移除了內(nèi)含物同時(shí)將熔融金屬100的臨界下落高度保持在極限內(nèi)。如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將理解，臨界下落高度是如下豎直距離，即熔融金屬不應(yīng)被暴露在所述豎直距離以上，以便避免在超過(guò)恪融金屬臨界速度(對(duì)于大多數(shù)金屬在約3 mm至15 mm之間)時(shí)出現(xiàn)的雙褶和相關(guān)的內(nèi)含物的有害影響。如此，澆口杯250和過(guò)濾器211(在澆口杯的出口面251的一側(cè)具有清潔滾筒部分21IA且在另一側(cè)具有已使用的長(zhǎng)度211B)的操作促進(jìn)了低速已過(guò)濾的熔融金屬流101的輸送，以輸送到壓射缸220的底部，在那兒內(nèi)含物(例如以上提到的有害的氧化物)被捕集以保留在過(guò)濾器211上。
[0046]本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是帶有過(guò)濾器211的束210的送給方向示出為在一個(gè)情況中從右向左(圖2B)，且在另一個(gè)情況中從左向右(圖3A和圖3B)。實(shí)際中，正確的送給方向?qū)⑼ㄟ^(guò)將束210相對(duì)于壓射缸220的布置以及相對(duì)于組成填充系統(tǒng)的其他設(shè)備的布置來(lái)規(guī)定;任一送給方向變型被認(rèn)為包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0047]應(yīng)注意的是，像“優(yōu)選地”、“通常”和“典型地”的術(shù)語(yǔ)在此不用于限制所要求的本發(fā)明的范圍，或者不意味著特定的特征對(duì)于所要求的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功能是關(guān)鍵的、本質(zhì)的或甚至重要的。而是這些術(shù)語(yǔ)僅意圖于強(qiáng)調(diào)在本發(fā)明的特定實(shí)施例中可以利用或可以不利用的替代的或附加的特征。此外，術(shù)語(yǔ)“大體上”在此用于代表不確定性的固有程度，所述不確定性的固有程度可屬于任何定量的比較、值、測(cè)量值或其他代表。如此，術(shù)語(yǔ)“大體上”可代表定量表示可能從所陳述的基準(zhǔn)變化的程度，而不導(dǎo)致所考慮的主題的基本功能的改變。
[0048]已經(jīng)詳細(xì)地且通過(guò)參考本發(fā)明的具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，將顯而易見(jiàn)的是在不偏離附帶的權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍的情況下可能進(jìn)行修改和變化。更具體地，雖然本發(fā)明的一些方面在此識(shí)別為是優(yōu)選的或特別地有利的，但認(rèn)為本發(fā)明不必然地限制于本發(fā)明的這些優(yōu)選的方面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鑄造過(guò)濾系統(tǒng)，包括: 連續(xù)可更換的過(guò)濾器，所述過(guò)濾器構(gòu)造為流體地布置在熔融金屬輸送器皿和鑄模容器之間；和 與所述過(guò)濾器流體協(xié)作的澆口杯，使得從所述輸送器皿傳送的熔融金屬的量在被所述容器接收之前通過(guò)由所述澆口杯和所述過(guò)濾器限定的流動(dòng)路徑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述過(guò)濾器形成為多孔材料制成的細(xì)長(zhǎng)束的一部分，所述束在其一個(gè)主要端部處聯(lián)接到輸送機(jī)構(gòu)且在其另一個(gè)主要端部處聯(lián)接到張緊機(jī)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述輸送機(jī)構(gòu)和所述張緊機(jī)構(gòu)的至少一個(gè)包括芯軸，所述過(guò)濾器安裝在所述芯軸上。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述過(guò)濾器包括從基本上包含如下項(xiàng)的組中選擇的材料:玻璃纖維織物、基于碳的織物、基于金屬的織物、基于陶瓷的織物和其組合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述鑄模容器包括壓射缸，所述壓射缸限定形成在其中的熔融金屬接收開(kāi)口，所述開(kāi)口與所述過(guò)濾器流體協(xié)作，使得流動(dòng)通過(guò)所述過(guò)濾器的所述熔融金屬的量通過(guò)所述開(kāi)口被傳送到所述壓射缸。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述開(kāi)口終止了流動(dòng)路徑腔，所述流動(dòng)路徑腔成形為接受所述澆口杯和所述過(guò)濾器在所述流動(dòng)路徑腔內(nèi)的選擇的放置。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中在所述選擇放置期間所述腔、所述過(guò)濾器和所述澆口杯之間的協(xié)作作用在所述過(guò)濾器和所述壓射缸內(nèi)的熔池位置之間留下了豎直滴落高度，所述滴落高度小于所述熔融金屬的量的臨界下降高度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中形成在所述澆口杯內(nèi)的出口面在所述選擇放置期間與所述腔的表面和所述過(guò)濾器協(xié)作，以在所述澆口杯和所述壓射缸之間限定大體上密封的流動(dòng)路徑。9.一種尚壓壓鑄系統(tǒng)，包括: 型腔， 與所述型腔流體協(xié)作以將熔融金屬輸送到型腔的填充系統(tǒng)，所述填充系統(tǒng)包括: 熔融金屬源;和 流體地布置在所述熔融金屬源和所述型腔之間的壓射缸;和 流體地布置在所述熔融金屬源和所述壓射缸之間的過(guò)濾系統(tǒng)，所述過(guò)濾系統(tǒng)包括: 連續(xù)可替換的過(guò)濾器;和 與所述過(guò)濾器流體協(xié)作的澆口杯，使得從所述熔融金屬源輸送的熔融金屬的量在接收在所述壓射缸內(nèi)之前通過(guò)由所述澆口杯和所述過(guò)濾器限定的流動(dòng)路徑。10.—種將熔融金屬輸送到壓鑄鑄模的方法，所述方法包括: 提供流體地處在熔融金屬源和所述鑄模之間的填充系統(tǒng)，所述填充系統(tǒng)包括過(guò)濾系統(tǒng)和壓射缸，所述過(guò)濾系統(tǒng)包括: 限定至少第一部分和第二部分的連續(xù)可替換的過(guò)濾器;和 與所述過(guò)濾器流體協(xié)作的澆口杯； 將熔融金屬的量從所述熔融金屬源通過(guò)由所述澆口杯和所述過(guò)濾器的第一部分限定的過(guò)濾流動(dòng)路徑引入到限定在所述壓射缸內(nèi)的腔，使得所述熔融金屬的基本上全部在進(jìn)入到所述壓射缸內(nèi)之前通過(guò)限定在所述澆口杯內(nèi)的出口而變得被過(guò)濾，所述出口大體上被所述過(guò)濾器的所述第一部分覆蓋； 將所述澆口杯和所述過(guò)濾器的所述第一部分從所述壓射缸移開(kāi)； 將存在于所述壓射缸內(nèi)的所述已過(guò)濾的熔融金屬加壓;和 將所述澆口杯和所述過(guò)濾器的第二部分向所述壓射缸移動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B22D17/20GK106001493SQ201610171297
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月24日
【發(fā)明人】D.D.格特施, J.R.特勞布, M.J.沃克, B.A.奧爾里奇
【申請(qǐng)人】通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司