直接激冷的金属铸造模具系统及其所用的冷却系统技术方案

一种熔融金属的模具铸造系统（１２０），其可保持大致相等的冷却剂流率，同时改进了排向铸件的冷却剂流的流动特性，从而改变作用在所显露铸件上的冷却效果。对于某些较低导热率的合金金属而言，降低了在铸件中心表面部分的热传递，从而在铸造期间减少了锭卷曲。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种熔融金属的模具铸造系统，其用于铁和非铁模具的铸造。更具体地说，本专利技术提供了一种冷却系统，其通常使通过冷却剂排放孔或阻遏件的进气流率保持大致相等，同时减少了在铸件的分式(fractional)表面部分的热传递或冷却作用，从而减少了锭卷曲(butt curl)和/或在铸件和金属的铸造期间任何其它不合乎要求的影响。
技术介绍
金属铸锭、铸块和其它铸件通常通过铸造工艺而成形，该铸造工艺采用位于大铸坑之上的垂直取向的模具，该铸坑在金属铸造设施的地面高度之下，但是，本专利技术也可用于水平模具。立式铸造模具的下面部件是启动块。当铸造工艺开始时，启动块在模具中位于其最上面的位置。当熔融金属注入模具孔或型腔内并(通常通过水)进行冷却时，启动块在预定速度下通过液压缸或其它装置而缓慢下降。当启动块下降时，固化的金属或铝从模具底部显露出来，并形成具有不同几何形状的铸锭、圆料或铸块，这里也称为铸件。虽然本专利技术一般而言适用于金属的铸造，包括但不限于铝、黄铜、铅、锌、镁、铜、铁等，但是，所给出的实例以及所公开的优选实施例是针对铝的，因此，即使本专利技术可以更广泛地应用于多种金属，但是为了一致起见，在整个全文中使用用语“铝”。虽然具有多种方式来实现并构造立式铸造装置，附图说明图1显示了一种实例。在图1中，通常在工厂地面高度以下，在铸坑内进行铝的立式铸造。沉箱103直接位于铸坑地面101a之下，在沉箱中放置了用于液压缸的液压缸圆筒102。如图1所示，位于铸坑101和沉箱103内的所示典型立式铝铸造设备的下部分的部件是液压缸圆筒102、推杆106、安装底座壳体105、冲头107和启动块底座108(也称为启动头或底部块)，所有这些都显示在铸造设施地面104以下的高度上。安装底座壳体105安装在铸坑101的地面101a上，沉箱103在安装底座壳体105之下。沉箱103通过侧壁103b及其地面103a来限定。在图1中还显示了典型的模具台组件110，如图所示，模具台组件可以通过液压缸111推动模具台倾料臂110a而倾斜，使其围绕点112枢轴转动，由此而提升并转动主铸造框架组件，如图1所示。图中还有模具台承载件，使得模具台组件运动到达和离开铸坑之上的铸造位置。图1还显示了冲头107和部分下降到铸坑101内的启动块底座108，其中部分地形成铸件或铸块113。铸锭113位于包括启动头或底部块的启动块底座108上，启动头通常(但并非总是)放置在启动块底座108上，所有这些部件在本领域中是已知的，因此不进行更加详细的显示或说明。虽然用语“启动块”用作部件108，但是应该注意到，术语“底部块”和“启动头”在工业中也用于部件108，底部块通常在铸造铸锭时使用，而启动块在铸造铸块时使用。虽然图1中的启动块底座108只显示了一个启动块108和支座105，但是通常具有各自安装在每个启动块底座上的多个启动块和支座，在铸造过程中，当启动块下降时它们同时铸造出铸块、特定的形状或铸锭。当将液压流体以足够的压力引入液压缸时，推杆106以及启动块108就升高到用于铸造工艺(也就是启动块位于模具台组件110内时)的所需启动高度。通过在预定速度下计量来自液压缸的液压流体，来实现启动块108的下降，由此在预定和受控速度下降低推杆106以及启动块。在该过程中，通常使用水冷装置来受控地冷却模具，以便有助于显露出的铸锭或铸块固化。当前具有多种装配在模具台内的模具和铸造技术，并且不需要特定的模具和铸造技术来实施本专利技术的各种实施例，这是因为它们对于本领域的普通技术人员来说是已知的。由于上面放置模具台的铸坑具有多种不同的尺寸和构造，因此模具台具有各种的尺寸和构造。模具台适用于特定应用的需要和要求，这取决于多种因素，其中一些因素包括铸坑的尺寸、水源位置以及操作铸坑的机构的操作。典型模具台的上侧可操作地连接到金属分配系统上或者与其相互作用。典型的模具台还可操作地连接到由其容纳的模具上。当使用连续铸造的立式模具来制造金属时，在启动块底座下降时，熔融金属在模具中冷却并从模具下端连续地显露出。所显露的铸块、铸锭或其它构造充分地固化，使其保持所需的形状。在显露的固化金属和可透过的环壁之间具有气隙。在其下面，在显露出的固化金属和模具及相关设备下部之间具有模具气腔。由于铸造工艺通常会采用包含润滑剂的流体，因此，就需要导管和/或管道将流体输送到模具型腔周围的所需位置。尽管在此说明书中使用了术语润滑剂，但是应该理解，它指的是所有类型的流体，而不管它是否为润滑剂。在铸坑和熔融金属中及周围工作可能有潜在的危险，并且需要不断地寻求提高安全性和最大程度地减小设备操作员暴露于危险或事故隐患中的方法。锭卷曲是在某些金属和/或形状铸造期间发生的已知的不合要求的现象，并且一般是由于铸件的某些部分相对于其它部分的收缩而造成的。过度的锭卷曲可能导致烧穿或渗出情形，在这种情形下，熔融金属在模制过程期间逸出并且需要立即放弃铸造。在铸造铸锭等形状时，尤其当铸造具有较低导热率的金属合金时，将更倾向于发生锭卷曲，并且达到较高的程度。例如，各合金具有不同的液相线至固相线区域和导热率。这些合金中的一些，例如具有较高镁含量的那些合金也具有低得多的导热率。结果，形成均匀的水汽阻挡层或薄膜阻挡层将更加困难。这些铸锭的中心将比铸锭的其余部分更快地发生泡核沸腾，这是不合要求的。在铸锭铸件的中心表面部分需要保持较高的金属温度，以便降低热梯度和减少锭卷曲的发生率和/或幅度。如同人们将遇到的充分认可的问题，已经进行了很多努力来减少锭卷曲的发生率和幅度。但是，本申请人并没有意识到，任何这种努力或方法还能保持通过各种冷却剂排放孔的相对恒定的流率。例如，一种方法是通过增大阻遏件和喷射孔的横截面来提高对四分之一部分的冷却作用，从而增加对那些区域的冷却作用，以降低在那些区域和中心表面部分之间的梯度。增大通过四分之一部分中的较大孔的流量可能产生其它不合要求的影响。铸造和冷却工艺过程会留下本领域中技术人员所称的汽斑，其是位于铸件外面的由铸造引起的图案或斑点，并且在任何给定的铸件部分，例如四分之一部分或中心表面部分，汽斑离铸件底部的越高，则该部分保持较高温度的时间就越长。作为一个示例，因此在铸造铸锭时，就需要具有这样的一种汽斑图案，其中，这种汽斑在铸件的中心表面部分(分式部分)比朝向末端的部分或所谓的四分之一部分更高。在铸造其它形状时，可能需要具有位于第一分式表面位置的一种汽斑，以及位于第二分式表面位置的第二汽斑图案。实际上对于一种特定的铸件，可能需要几种不同的汽斑图案或高度，并且本专利技术提供了可实现这种目的的能力。在本专利技术的一个方面，其目的是提供一种用于某些形状的铸件或某些金属或合金成分的改进的冷却系统。本专利技术的一些实施例的一个目的是提供一种会留下汽斑的冷却系统，该汽斑的量别在中心表面部分比在末端或四分之一部分要更高，或延伸到铸件的较高位置。本专利技术一些实施例的一个目的是提供一种冷却和铸造系统，其减少了锭卷曲，即使对于相对较低热导率的金属合金也是如此。附图简介下面参考以下附图来描述本专利技术的优选实施例。图1是其中使用了本专利技术的立式铸坑、沉箱和金属铸造设备的立视图；图2是铸锭形模具框架和模具型腔的一个示例的顶部透视图；图3是图2所示铸锭形模具框架和模具型腔的一个示例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于带模具型腔的直接激冷式铸造模具系统的冷却系统，所述模具系统构造成用于模制金属铸件，所述冷却系统包括：构造成用于定位在模具型腔周边周围的冷却框架，所述冷却框架包括：第一多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第一冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第一冷却剂排放速度朝着正在模制的铸件的第一分式表面部分来排放第一排放冷却剂流；第二多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第二冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第二冷却剂排放速度朝着所述铸件的第二分式表面部分来排放第二排放冷却剂流；其中，所述第一冷却剂流率大约等于所述第二冷却剂流率；并且所述第一冷却剂排放速度小于所述第二冷却剂排放速度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-2-28 10/789,3911.一种用于带模具型腔的直接激冷式铸造模具系统的冷却系统，所述模具系统构造成用于模制金属铸件，所述冷却系统包括构造成用于定位在模具型腔周边周围的冷却框架，所述冷却框架包括第一多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第一冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第一冷却剂排放速度朝着正在模制的铸件的第一分式表面部分来排放第一排放冷却剂流；第二多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第二冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第二冷却剂排放速度朝着所述铸件的第二分式表面部分来排放第二排放冷却剂流；其中，所述第一冷却剂流率大约等于所述第二冷却剂流率；并且所述第一冷却剂排放速度小于所述第二冷却剂排放速度。2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述冷却剂是水。3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述冷却剂包括水。4.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述冷却剂是水和二氧化碳的混合物。5.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是四分之一部分。6.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是三分之一部分。7.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分围绕模具型腔的周边而彼此相邻。8.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分围绕模具型腔的周边而彼此间隔开。9.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述模具系统构造成可铸造铸锭形状的铸件。10.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂流率在所述第二冷却剂流率的4％以内。11.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂流率在所述第二冷却剂流率的8％以内。12.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂流率在所述第二冷却剂流率的12％以内。13.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，从所述铸件至所述第一排放冷却剂流的热传递小于至所述第二排放冷却剂流的热传递。14.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一排放冷却剂流小于所述第二排放冷却剂流。15.一种用于带模具型腔的直接激冷式铸造模具系统的冷却系统，所述模具系统构造成用于模制金属铸件，所述冷却系统包括构造成用于定位在模具型腔周边周围的冷却框架，所述冷却框架包括第一多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第一冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第一冷却剂排放速度朝着正在模制的铸件的第一分式表面部分来排放第一排放冷却剂流；第二多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第二冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第二冷却剂排放速度朝着所述铸件的第二分式表面部分来排放第二排放冷却剂流；其中，所述第一冷却剂流率大约等于所述第二冷却剂流率；并且所述第一排放流率小于所述第二排放流率。16.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂排放速度小于所述第二冷却剂排放速度。17.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述冷却剂包括水。18.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述冷却剂是水和气体的混合物。19.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是四分之一部分。20.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是三分之一部分。21.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分围绕模具型腔的周边而彼此相邻。22.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分围绕模具型腔的周边而彼此间隔开。23.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述模具系统构造成可铸造铸锭形状的铸件。24.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂流率在所述第二冷却剂流率的4％以内。25.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂流率在所述第二冷却剂流率的8％以内。26.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂流率在所述第二冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：CL夏伯，
申请(专利权)人：瓦格斯塔夫公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]