集成金属加工设备制造技术

本发明专利技术提供了一种用于形成和热处理金属铸件的集成设备，所述设备包括：浇注工位，用于将熔融金属浇注到铸模中以形成铸件；位于所述浇注工位下游的工艺温度控制工位，所述工艺温度控制工位包括位于热处理炉中的温度感应装置；其中所述温度感应装置和所述热源适于将铸件温度保持在铸件金属的工艺温度控制或该温度以上，并且其中在接收到来自所述温度感应装置的排放信号时，所述传送机构在铸件进入所述炉之前将其移走。

【技术实现步骤摘要】
集成金属加工设备本申请为申请人的申请号为200580024668. 9的进入国家阶段日期为2007年1月 22日的国际申请日为2005年6月1日的专利技术名称为“集成金属加工设备”的专利技术专利申请 的分案申请。
技术介绍
传统上，在形成金属铸件的传统方法中，例如具有内腔的金属模具或砂模的铸模 充满熔融金属，所述内腔在其内部界定了希望铸件的外部结构。限定铸件内部结构的砂芯 容纳或放置在铸模内，当熔融金属围绕砂芯凝固时，形成铸件的内部细节。在铸件的熔融金 属凝固后，铸件通常移动到处理炉中进行铸件热处理，去除砂芯和/或铸模的砂子，以及必 需的其他处理。热处理工艺调节铸件的金属或金属合金以获得用于给定应用的所需物理性 能。通常，在铸件从浇注工位输送到热处理工位的过程中，特别是如果允许铸件放置 相当长的时间，铸件会暴露在铸造或金属加工设备的外界环境中。结果，铸件易于从熔化或 半熔化温度开始快速冷却。尽管需要铸件一定程度的冷却以使铸件凝固，但是铸件温度下 降得越多，铸件保持在铸件工艺临界温度(还称作工艺温度控制)下的时间越长，将铸件加 热到所需热处理温度以及对铸件进行热处理所需要的时间越长。例如，人们已经发现，对于 某些类型的金属来说，铸件降低到其工艺温度控制以下的每一分钟，都需要至少约四分钟 的额外热处理时间来实现希望的结果。因此，即使降至铸件金属的工艺温度控制之下短短 10分钟，也需要至少40分钟左右的额外热处理时间才能获得希望的物理性能。因此，为了 获得希望的热处理效果，这些铸件通常需要热处理至少2-6个小时，且在某些情况下时间 更长。这导致更多的能量使用，并因此导致更高的热处理成本。
技术实现思路
简言之，本专利技术通常包括一种对从金属或金属合金形成的铸件进行浇注、成形、热 处理和其他处理的集成金属加工设备。这种集成金属加工设备通常包括浇注工位，在此例 如铝或铁的熔融金属，或金属合金浇铸到铸模或模具内，例如永久性的金属铸模、半永久性 的铸模或砂型中。然后，所述铸模从浇注工位的浇注或浇铸位置移动到输送位置，在此铸件 从其铸模中取出或输送到热处理生产线上。所述传送机构通常包括机器人臂、起重机、高架 提升机或升降机、推杆、传送带或类似的传送机构。同样的机构还可用于从铸模中取出铸件 并将铸件传送到热处理生产线上。在这种从浇注工位到输送位置和/或到热处理生产线的 输送过程中，铸件中的熔融金属可以冷却到足以形成铸件的程度。所述热处理生产线或热处理单元通常包括工艺温度控制工位和热处理工位或热 处理炉，所述热处理炉通常具有一或多个炉腔，以及可选的，具有通常位于热处理工位下游 的淬火工位。所述工艺温度控制工位通常为细长的腔或通道，在铸件进入热处理工位之前， 通过所述腔或通道接收铸件。所述腔可以包括一系列热源，例如辐射加热器、红外、感应、对 流、传导或其他类型的加热元件。所述工艺温度控制工位的壁和顶也可以包括辐射材料，当铸件和/或铸模移动通过所述腔时，这些材料通常朝所述铸件和/或铸模辐射或引导热量。 可选地，可以使用一系列热源，包括辐射加热元件，例如红外和感应加热元件、对流、传导或 其他类型的热源以在铸件或铸模从浇注工位传送到热处理工位时将热量导引到铸件或铸 模。此外，可以将加热元件或热源直接安装到传送机构上以加热铸件和/或砂型。当铸件和/或其中带有铸件的铸模穿过工艺温度控制工位时，铸件的冷却被限制 在工艺温度控制或该温度以上。工艺温度控制通常是铸件金属所需的固溶热处理温度以下 的温度，从而使铸件冷却到足以使它们凝固的数量或程度，但在此温度之下，将铸件升高到 其固溶热处理温度以及随后对铸件热处理所需的时间按指数规律增加。铸件保持在其工艺 温度控制或该温度以上直到所述铸件进入热处理工位为止。通过阻止铸件冷却以及随后使铸件保持在铸件金属的基本工艺温度控制或该温 度以上的温度下，铸件热处理所需要的时间可以明显减少。因此，铸件浇注工位的输出量可 以增加，这样，铸件的整个加工和热处理时间可以减少。在进入热处理炉之前，铸件通过入口区。铸件温度受到监视以确定温度是否降至 预设或预定排出温度以下。如果铸件温度等于或低于排出温度，可以使用任何适当的装置 将铸件从热处理生产线上取走。如果铸件为可接受的，它就前进到用于热处理的热处理炉。热处理单元可以包括有助于取走和/或回收砂芯和/或铸模的结构。其后，铸件 可以进行附加的处理，例如，淬火、时效处理和/或其他热处理。对于本领域的技术人员来说，在阅读了下面结合附图的详细描述后，本专利技术的各 个目的、特征和优点将更为明显。附图说明图IA是根据本专利技术各个方面的示例性金属加工系统的示意图；图IB是根据本专利技术各个方面的另一个示例性金属加工系统的示意图，显示了从 多个浇注工位到热处理单元的铸件的收集和输送；图IC是根据本专利技术各个方面的另一个示例性金属加工系统的示意图，其中从铸 模中取出冷却物；图ID是根据本专利技术各个方面的另一个示例性系统，显示了包括加热装置在内的 传送机构；图2A是根据本专利技术各个方面的示例性工艺温度控制工位和热处理工位的顶部平 面图；图2B是图2A所示工艺温度控制工位和热处理工位的侧面正视图；图3是根据本专利技术各个方面的示例性成批处理系统的透视图；图4A和4B显示了根据本专利技术各个方面的示例性工艺温度控制工位，包括对流热 源；图5A和5B显示了根据本专利技术各个方面的另一个示例性工艺温度控制工位，包括 直接热源/冲击(impingement)热源；以及图6A和6B显示了根据本专利技术各个方面的另一个示例性工艺温度控制工位，包括 辐射热源。具体实施例方式现在详细地参照附图，在附图中相同的附图标记表示相同的部件。图1A-3示意地 示出了集成金属加工设备或系统5以及加工金属铸件的方法。金属铸造工艺通常是本领域 技术人员所公知的，下面出于参考目的仅简要描述传统的铸造工艺。本领域的技术人员可 以理解，本专利技术可以用于任何类型的铸造工艺，包括用于成形铝、铁、钢和/或其他类型的 金属和金属合金铸件的金属铸造工艺。因此，本专利技术并不且不应当仅限于与特定铸造工艺 或特定类型的金属或金属合金一起使用。如图IA所示，熔融金属或金属合金M通常在浇注工位或浇铸工位11浇注到模具 或铸模10中以形成铸件12，例如，汽缸头、发动机本体或类似铸件。由砂子和例如酚醛树 脂的有机粘合剂制成的型芯13容纳或放置在铸模10中，从而产生铸件内的空腔和/或铸 件细节或型芯座。可选地，每个铸模可以是永久性的铸模或模具，通常由金属，例如钢、铸铁 或本领域已知的其他材料制成。这种铸模可以具有蛤壳式设计，以便于打开和从中取出铸 件。仍可选地，所述铸模可以是“精密砂型”式铸模和/或“湿砂型”，这些铸模通常由与粘 合剂，例如酚醛树脂或本领域已知的其他粘结剂混合的砂质材料，例如硅砂或锆砂制成，类 似于砂型芯13。所述铸模还可包括半永久性的砂型，它通常具有外部铸模壁，该壁由砂子和 粘结材料、例如钢的金属、或两种材料的组合制成。应当理解的是，术语“铸模”在下文中通常用于指上述所有类型的铸模，包括永久 性的或金属模具、半永久性的和精密砂型式铸模、以及其他金属铸模，但指出特定类型铸模 的情况除外。还应当理解的是，在下述各个实施例中，除非指出了特定类型的铸模和/或热 处理工艺，否则本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成和热处理金属铸件的集成设备，该设备包括：浇注工位，用于将熔融金属浇注到铸模中以形成铸件；位于所述浇注工位下游的工艺温度控制工位，所述工艺温度控制工位包括与热源和传送机构相连的温度感应装置；和位于所述工艺温度控制工位下游的热处理炉；其中所述温度感应装置和所述热源适于将铸件温度保持在铸件金属的工艺控制温度或该温度以上；和其中在接收到来自所述温度感应装置的排放信号时，所述传送机构在铸件进入所述炉之前将铸件移走。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SP克拉夫顿，PM克拉夫顿，小JL刘易斯，I弗伦奇，
申请(专利权)人：联合工程公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]