用于生产金属部件的铸模用致动器制造技术

一种用于生产金属部件的铸模用致动器，具有至少两个与金属熔体接触的电极，用于在铸模金属熔体中产生局部脉冲电场，并将脉冲电流引入金属熔体。入金属熔体。入金属熔体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产金属部件的铸模用致动器


[0001]本专利技术涉及一种用于生产金属部件的铸模用致动器，以及一种用于生产金属部件的装置和方法。

技术介绍

[0002]为了改善铸造部件的机械性能，采用了在凝固金属熔体中引起晶粒细化的措施。
[0003]一种已知技术是提高金属熔体在凝固过程中的冷却速度，使得晶粒生长的时间更少。然而，厚壁部件并不总是能够实现快速冷却，或者模具技术非常复杂。
[0004]另一种是向金属熔体中添加晶粒细化剂(如TiB颗粒)。这些细化剂充当结晶核，增加晶粒数量，从而限制晶粒生长。其缺点是成本高、效率相对较低(仅减小约15％的晶粒尺寸)。此外，这种技术不会影响部件的机械性能，但是会影响整个部件。
[0005]可以看出，本专利技术的深层问题是要提供一种成本有效且通用的概念，以便改善铸造部件的机械性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的潜在问题通过独立权利要求的特征得以解决。本专利技术的进一步发展和实施例是从属权利要求的主题。
[0007]因此，用于生产金属部件的铸模用致动器可有至少两个与金属熔体接触的电极，以便在铸模金属熔体中产生局部脉冲电场，并将脉冲电流引入金属熔体。
[0008]已有研究表明，通过耦合脉冲电场并将脉冲电流引入金属熔体，可以减少凝固过程中的晶粒生长，从而有效限制平均晶粒尺寸。致动器在铸模上或铸模中的适当定位可以有针对性地增强部件局部机械性能。由于致动器的简单设计及其局部应用，此处的概念可用于各种模具和部件工程任务。
[0009]高脉冲电场(即金属熔体中的脉冲电流)对晶粒生长的晶粒细化作用可能是由于枝晶和周围金属熔体之间的电导率差异，导致在枝晶尖端产生高热量，从而使枝晶尖端熔化，减缓晶粒生长。熔化延迟了金属熔体成分过冷时间，导致枝晶生长。
[0010]枝晶的形成和生长受限于其相界面附近的凝固诱导浓度梯度以及温度状态。这种依赖性可用成分过冷的概念来描述。在这里采用的方法中，弱间断局部流动用于在枝晶附近实现浓度和温度平衡。这减小了成分过冷，枝晶生长受到阻碍或减慢。换句话说，异质成核受到抑制，有利于同质成核，导致在后来铸造部件中的晶粒细化。这样可以获得铸造部件最大的各向同性性能。
[0011]根据一个实施例，致动器还包括用于在金属熔体中产生局部磁场的磁场线圈。在致动器操作中，磁场线圈布置在至少两个电极之间。通过在脉冲电场上叠加静态磁场或交变磁场，可以进一步影响晶粒生长。
[0012]特别地，这样可以产生金属熔体的目标运动，使得至少在铸模边缘附近区域中金属熔体的混合增加。这降低了浓度和温度差，减缓了晶粒生长，并为增加内生成核创造了时
间。金属熔体的偏转可以非常小，并且表现为振荡，从而金属熔体在整体上不移动。
[0013]换句话说，在使用(可选)磁场线圈的情况下，由金属熔体中电流本身产生的磁场可以与磁场线圈产生的外部施加磁场相互作用，从而产生排斥力，在金属熔体中形成依赖于场的流动。
[0014]脉冲电场与静态磁场或交变磁场的叠加使得即使在比没有磁场时更低的电场(电流强度)下也可以实现期望的晶粒细化，这有利于符合电磁兼容性。
[0015]例如，在致动器操作期间，至少两个电极和磁场线圈可以布置为磁场基本垂直于电场。通过场的相互作用，并根据电磁感应对电极和磁场线圈的控制，在金属熔体中实现不同的效果。详述见下文。
[0016]致动器可以具有容纳磁场线圈的外壳，外壳安装在铸模壁凹部中。外壳(可选地，包含至少两个电极)被固定锚定在铸模中或铸模上。例如，外壳可以为圆柱形，由此铸模壁凹部可以设计为简单的孔，孔中插入外壳。
[0017]此外，外壳可以容纳使用冷却剂的冷却系统。以这种方式，可以抵消铸模周围壁区域不期望的加热，特别是在高磁场强度下。
[0018]一种用于生产金属部件的装置包括铸模和插入铸模中所述类型的致动器，该铸模具有用于金属部件铸造成型的型腔。插入铸模中的致动器可用于改善金属部件特定区域的机械性能。
[0019]这种金属部件铸造成型的带型腔闭合铸模可以具有至少两个半体，两个半体之间形成型腔，金属部件可在打开铸造半模之后从该型腔中取出。由于(封闭的)型腔，需要时也可对铸模中的熔体施加压力。
[0020]铸模和致动器可以是模块化设计，即致动器可与各种不同铸模结合。当然，也可以使用几个用于部件特定区域的致动器。因此，对于各种各样的部件形状和铸模概念，可以容易地制造出具有局部不同机械性能、适合于部件预期用途的铸造部件。
[0021]例如，铸模型腔可以限定部件厚度和部件表面形状，致动器设置在局部部件增厚部附近。例如，对于连接区域(如螺钉或插入式联轴器、法兰等)，需要部件加厚，即部件区域具有局部较厚的壁。在这些区域，铸造部件冷却得更慢，因此晶粒更大，并且机械性能可能更低。本专利技术的实施例在本文提供了补救措施。
[0022]铸模可以包括用于至少两个电极的至少两个孔。因此，每个电极可以容纳在铸模的孔中，电极与金属熔体直接进行电接触。
[0023]铸模还可以具有至少一个中央凹槽，例如用于容纳致动器磁场线圈的外壳的孔。致动器的至少两个电极布置在中央凹槽的两侧。这使得磁场能够以结构简单的方式叠加在由电极产生的电场上。
[0024]本专利技术的实施例可用于各种铸模，包括高压压铸模具、低压压铸模具或重力压铸模具(也称为永久压铸模具)。由于致动器可以以耐压的方式锚固在铸模中，所以本专利技术的实施例也特别适用于高压压铸，尤其是铝压铸(高压压铸)。由于高工作压力和高磨损，基于直接机械激发或具有传递振动隔膜的传统致动器仅在有限程度上适用于高压压铸。
[0025]根据生产金属部件的方法的一个实施例，铸模可以填充有金属熔体。通过与金属熔体接触的至少两个电极在铸模金属熔体中产生局部脉冲电场，将脉冲电流引入金属熔体。
[0026]例如，可以借助电场将30W(或者也可能是50W)至5kW，优选30W至1kW，特别优选30W至200W的功率耦合到金属熔体中，和/或可以使用1至2500Hz，优选40Hz至2000Hz，特别优选40Hz至500Hz脉冲频率的脉冲电场。5000Hz或更高的频率也是可能的，并且也可能有助于实现本专利技术的效果(晶粒细化)，但是需要更多装置和更高成本。此外，在高于20kHz的范围内，在熔体中会发生空蚀现象(即形成空隙和射流)，带来更好的混合，但也会导致熔体脱气，因此在封闭模具中是无用的，产生的气泡/型腔气泡不能逸出，会导致铸造部件中的空隙和孔隙率增加。
[0027]脉冲的电流幅度可以在2和1000A之间，优选在50和800A之间，特别优选在90和500A之间，或者甚至更高。然而，当使用叠加电流磁场时，甚至最大800A、600A、400A、200A或100A等更小的电流幅度也足以实现有效的晶粒细化。优选面积电流密度取自电极的横截面尺寸，其范围可以从几平方毫米(如10mm2)到超过100或200mm2。电压幅度可以在1
‑
10V之间，并且主要由电极和金属熔体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生产金属部件的铸模用致动器，所述致动器包括：至少两个与金属熔体接触的电极，用于在所述铸模金属熔体中产生衣蛾局部脉冲电场，并将脉冲电流引入所述金属熔体。2.根据权利要求1所述的致动器，进一步包括：一个磁场线圈，用于在金属熔体中产生局部磁场，其中在致动器的操作中，所述磁场线圈布置在至少两个电极之间。3.根据权利要求2所述的致动器，其特征在于，在所述致动器操作期间，所述磁场线圈和所述至少两个电极的布置使得磁场基本上垂直于电场。4.根据权利要求2或3所述的致动器，进一步包括：一个容纳所述磁场线圈的外壳，所述外壳配置安装在所述铸模的壁凹部中。5.根据权利要求4所述的致动器，进一步包括：一个容纳在所述外壳中的冷却剂冷却导管。6.一种用于生产金属部件的装置，包括：一个具有用于铸造成型金属部件的型腔铸模；以及一个插入铸模中的致动器，所述致动器具有至少两个与金属熔体接触的电极，用于在铸模金属熔体中产生局部脉冲电场，并将脉冲电流引入金属熔体。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述铸模具有至少一个用于容纳致动器磁场线圈的一个外壳的中央凹槽，其中所述致动器的至少两个电极布置在所述中央凹槽两侧。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：费德里科，
申请(专利权)人：奥钢联增材制造中心有限公司，
类型：发明
国别省市：