锻造模具加热设备及使用方法
【专利说明】锻造模具加热设备及使用方法
[0001]本申请是申请日为2010年5月19日，申请号为201080034278.0、发明名称为“锻造模具加热设备及使用方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本公开涉及用于锻造模具加热的器械和技术。本公开更具体地涉及用于加热锻造模具的锻造表面的器械和技术。
【背景技术】
[0003]工件，例如铸锭或者方坯等，可以使用锻造模具锻造成特定的构造或形状。锻造模具可以包括开面锻造模具、闭面或者“压印”锻造模具、或者其它适当的锻造模具。大多数开面锻造模具可以包括第一部分或者顶部以及第二部分或者底部。总的来说，底部可以用作“锤砧”或者固定部分，而顶部可以用作“锤子”或者可动部分，因为它移动趋近和远离底部。在其它开面锻造模具中，顶部和底部均可以朝彼此移动，或者，在再一些构造中，例如底部可以朝固定的顶部移动。锻造模具的顶部或者底部的移动可以通过使用例如气动致动器或者液压致动器对于实现。在任意情况下，锻造模具的顶部和底部可以设置在打开位置和闭合位置，在所述打开位置它们彼此间隔适当的距离，而在所述闭合位置它们彼此接触或者几乎接触。
[0004]锻造工艺期间，工件的一部分可以定位在锻造模具的顶部与底部之间，并通过顶部和/或底部施加的作用力得到锻造。向工件施加这种作用力能够例如通过加工硬化改变工件的结构性能和/或晶态结构，从而可能地发展工件中的薄弱点。加工硬化，例如，可以得到抑制，如果工件在锻造工艺前或者期间被加热至适当的温度。工件的加热能够使工件更加可锻，使得它能够使用由锻造模具的顶部和/或底部施加的较少作用力得到锻造。取决于工件的组成，工件可以在被锻造前加热至例如1800-2100华氏度的温度范围内，以促进工件的锻造。可以看出，通过在锻造前和/或期间加热工件，能够获得各种好处。
[0005]除在锻造前和/或期间加热工件外，在一些情况下，锻造模具的顶部和/或底部也可以被加热，以降低或者最小化受热工件与锻造模具的顶部和底部之间的任意温度差。通过这种加热，相对于使用环境温度(20-25摄氏度)的锻造模具进行的锻造，能够降低锻造期间工件的表面裂纹。例如，如果工件的被加热至1800-2100华氏度的温度的区域在环境温度接触锻造模具，则可观的温度差会降低该工件区域和相邻区域的温度。可观的温度差可以在工件内生成机械上薄弱的区域，这会使得工件不适于其预期用途。此外，在一些情况下，锻造模具与工件之间的可观温度差可能导致在工件中生成夹杂，这是因为如果被环境温度锻造模具接触的工件的区域冷却得快于受热工件的其余部分，则在锻造期间和后引起工件的不均匀冷却。
[0006]在最小化这些负面结果的一个尝试中，参考图1，某些锻造技术采用单个火炬(torch) 2，在锻造工件(未示出)前瞄准锻造模具4，以预热锻造模具4的大部分或全部。该单个火炬2可以是例如天然气或者丙烷气吸入火炬。因为使用的是单个火炬2，该锻造模具预热技术可能需要数小时或者更长时间，并且可能只将锻造模具4加热至例如600-800华氏度的温度范围内。在多数情况下，锻造模具4是在锻造模具4的顶部6和底部8处于闭合或者大致闭合的位置时被加热的。如此一来，单个火炬2可以沿例如箭头“A”和箭头“B”示出的方向，围绕锻造模具4的顶部和底部6、8的侧面9垂直地移动，以加热锻造模具4。此外，单个火炬2可以沿箭头“C”和箭头“D”示出的方向，围绕锻造模具4的顶部和底部6、8的侧面9水平地移动，以加热锻造模具4。在另一些实施例中，单个火炬2可以围绕侧面9水平地和垂直地移动。当然，单个火炬2也可以沿任意其它适当的方向围绕锻造模具4的侧面9移动，也可以保持固定。
[0007]锻造模具的这种预热，虽然在锻造工艺中是有帮助的，但是可能导致对锻造模具4或者锻造模具4的锻造表面5的不均匀加热，同样可能在工件中在锻造模具4接触并冷却工件的地方导致夹杂或者薄弱点。上述预热实践的另一问题是，即使锻造模具4能被加热至约600-800华氏度，在工件与锻造模具4之间仍然可能存在可观的温度差，所述工件的锻造温度可能是约1800-2100华氏度。工件与锻造表面5之间存在的可观温度差有时可能导致例如合金720、Rene’ 88和Waspaloy等裂纹敏感合金工件的表面裂纹。此外，因温度差形成的不均匀冷却在一些情况下可能在这些合金的工件内引起夹杂或者薄弱点。
[0008]鉴于与常规锻造模具预热技术相关联的缺点，将有利的是开发出替代的预热技术。
【发明内容】
[0009]根据本公开的一个非限制性方面，锻造模具加热设备的一个实施例包括具有多个火焰端口的燃烧器头。所述燃烧器头取向成与锻造模具的锻造表面的至少一个区域的取向互补(compliment)。所述燃烧器头构造成接收并燃烧氧化气体源和燃料源，并在所述火焰端口处生成火焰。所述多个火焰端口构造成向所述锻造模具的所述锻造表面的至少一个区域上喷射火焰，以大致均匀地加热所述锻造模具的所述锻造表面的至少一个区域。
[0010]根据本公开的另一非限制性方面，锻造模具加热设备的一个实施例包括具有多个火焰端口的燃烧器头。所述燃烧器头构造成至少部分地符合于锻造模具的锻造表面的一个区域的取向。所述燃烧器头构造成接收并燃烧氧化气体源和燃料源，并在所述火焰端口处生成火焰。所述多个火焰端口构造成向所述锻造模具的所述锻造表面的所述区域上喷射火焰，并大致均匀地加热所述区域。
[0011]根据本公开的又一非限制性方面，一种开面锻造模具加热设备的实施例包括燃烧器，所述燃烧器包括歧管和燃烧器头，所述歧管构造成接收氧化气体源和燃料源。所述燃烧器头包括第一部分，所述第一部分包括具有至少两个火焰端口的第一组火焰端口。所述第一组火焰端口与所述歧管流体连通，以使所述第一组火焰端口构造成向锻造模具的锻造表面的第一区域上喷射至少两个火焰。所述燃烧器头还包括第二部分，所述第二部分包括具有至少两个火焰端口的第二组火焰端口。所述第二组火焰端口与所述歧管流体连通，以使所述第二组火焰端口构造成向所述锻造模具的锻造表面的第二区域上喷射至少两个火焰，其中所述燃烧器头的取向符合于所述锻造模具的锻造表面的至少所述第一区域的取向。
[0012]根据本公开的再一非限制性方面，一种锻造模具预热设备的实施例包括燃烧器头，所述燃烧器头包括第一火焰端口、第二火焰端口和第三火焰端口。所述第二火焰端口与所述第一火焰端口和所述第三火焰端口相距大致相同的距离。所述燃烧器头构造成接收并燃烧氧化气体源和燃料源，以在所述第一火焰端口、所述第二火焰端口和所述第三火焰端口中的每一个处生成火焰。所述第一火焰端口、所述第二火焰端口和所述第三火焰端口中的每一个构造成向锻造模具的锻造表面的至少一个区域上喷射火焰，并在以所述锻造模具锻造工件前预热所述锻造表面的所述区域。
[0013]根据本公开的再一非限制性方面，一种加热锻造模具的方法的实施例包括邻近所述锻造模具的锻造表面的一个区域设置包括至少两个火焰端口的燃烧器头。所述方法还包括向所述至少两个火焰端口供给氧气燃料，并在所述至少两个火焰端口处燃烧氧气燃料，以在所述至少两个火焰端口中的每一个处生成氧气燃料火焰。所述方法还包括向所述锻造模具的所述锻造表面的所述区域上喷射所述氧气燃料火焰中的至少两个，并大致均匀地加热所述锻造模具的所述锻造表面的所述区域。
[0014]根据本公开的再一非限制性方面，一种预热开面锻造模具的方法的实施例包括在至少部分地位于锻造模具的第一锻造表面与锻造模具的第二锻造表面之间的一个位置设置包括至少两个火焰端口的燃烧器头。所述燃烧器头取向成至少部分地符合于所述第一锻造表面和所述第二锻造表面中的至少一者的取向。所述方法还包括向所述至少两个火焰端口供给燃料，燃烧所述燃料以在所述至少两个火焰端口中的每一个处生成火焰，以及向第一锻造表面和第二锻造表面中的至少一者上喷射所述火焰中的至少两个。
[0015]根据本公开的又一非限制性方面，提供了一种锻造模具漂移硬止动系统的实施例，用于包括附接至十字头的顶部锻造部分和底部锻造部分的锻造模具设备。所述锻造模具漂移硬止动系统包括臂，所述臂包括第一端部和第二端部。所述臂的第二端部可枢转地附接至锻造模具设备的一部分，并且一分隔物附接至所述臂的第一端部。所述臂在第一位置与第二位置之间是可移动的，在所述第一位置，所述分隔物不与所述锻造模具设备的一部分和所述十字头的一部分接合，而在所述第二位置，所述分隔物与所述锻造模具设备的所述部分和所述十字头的所述部分接合，以抑制所述顶部锻造部分朝所述底部锻造部分移动。
[0016]根据本公开的再一非限制性方面，提供了一种锻造模具加热设备的实施例。所述锻造模具加热设备包括臂和可移动地附接至臂的燃烧器头。所述燃烧器头构造成在相对于所述臂的第一位置与相对于所述臂的第二位置之间移动。所述锻造模具加热设备还包括定位在所述燃烧器头上的多个燃烧器喷嘴和与所述多个燃烧器喷嘴流体连通的至少一个组件。所述至少一个组件包括构造成允许空气进入所述燃烧器头的空气抽吸器和构造成允许可燃燃料流动穿过其中的孔穴。
【附图说明】
[0017]可以通过参考附图来更好地理解本文所述方法和设备的特征和优点，附图中:
[0018]图1是常规锻造模具加热工艺的示意图；
[0019]图2是本公开的锻造模具加热设备的一个非限制性实施例的某些部件的简化视图；
[0020]图3是图2所示锻造模具加热设备的某些部件的俯视图；
[0021]图4是图3所示锻造模具加热设备的某些部件的透视图；
[0022]图5A是本公开一个实施例的沿图3中的线5-5所取的并且在图3中的箭头的方向上的截面图，示出了图2的锻造模具加热设备的某些部件；
[0023]图5B是本公开一个实施例的沿图3中的线5-5所取的并且在图3中的箭头的方向上的截面图，示出了图2的锻造模具加热设备的某些部件；
[0024]图5C是本公开一个实施例的沿图3中的线5-5所取的并且在图3中的箭头的方向上的截面图，示出了图2的锻造模具加热设备的某些部件；
[0025]图6-11是本公开的锻造模具加热设备的多个不同非限制性实施例的某些部件的示意图；
[0026]图12是本公开的锻造模具加热设备的另一非限制性实施例的某些部件的示意图；
[0027]图13是包括致动器的本公开的锻造模具加热设备的又一非限制性实施例的示意图；
[0028]图14是包括致动器的本公开的锻造模具加热设备的再一非限制性实施例的示意图；
[0029]图15是本公开一个非限制性实施例的包括有用于监测锻造模具的各个区域的温度的多个传感器的锻造模具的一部分的示意图；
[0030]图16是本公开一个非限制性实施例的闭环开/闭火焰喷射系统的流程图；
[0031]图17是本公开一个非限制性实施例的包括有用于监测锻造模具和/或锻造模具表面的各个区域的温度的多个传感器的锻造模具的一部分的示意图；
[0032]图18是本公开一个非限制性实施例的闭环开/闭火焰喷射系统的流程图；
[0033]图19是本公开一个非限制性实施例的锻造模具温度传感系统的示意图；
[0034]图20是本公开一个非限制性实施例的具有锻造模具漂移硬止动系统的锻造模具设备的透视图；而
[0035]图21是本公开一个非限制性实施例的锻造模具加热设备的透视图。
[0036]读者在考虑本公开的设备和方法的某些非限制性实施例的以下详细描述后将理解上述详情以及其它方面。读者还能在实施或者使用本文所述设备和方法后领会这类附加详情的某些方面。
【具体实施方式】
[0037]在对非限制性实施例的本描述中，除在操作示例中或另有说明外，表示元件、成分和产品的数量或特性的所有数字和加工条件等均应理解为在所有情况下均被术语“约”修正过。因此，除非有相反说明，在以下描述中给出的任意数字参数均为近似值，该近似值可以根据某人寻求在本公开的设备和方法中获得的期望性能发生变化。至少来说，并非为了试图限制相当于权利要求的范围的教义的应用，每个这种数字参数均应至少根据报告过的有效数字的数字并通过应用常规舍入技术来解释。
[0038]本公开部分地涉及构造成加热锻造模具或者锻造模具的锻造表面的整体或者一个区域的锻造模具加热设备的改善的设计。在一个非限制性实施例中，参考图2，锻造模具10可以包括顶部12和底部14。例如，锻造模具10的顶部12可以相对于锻造模具10的底部14是可移动的，或者反之亦然。在一个非限制性实施例中，该移动可以通过使用气动和/或液压致动器来实现。在另一些非限制性实施例中，顶部12和底部14可以均相对于彼此是可移动的。在某些非限制性实施例中，顶部12可以起着“锤子”的作用，而底部14可以起着“锤砧”的作用，使得工件(未示出)的至少一部分能够在工件的锻造期间定位于顶部12与底部14之间。锻造能够发生，是因为锻造模具10的顶部12和/或底部14向工件的至少一部分实施可观的作用力。顶部12可以包括第一锻造表面16，而底部14可以包括第二锻造表面18。第一和第二锻造表面16、18在锻造期间大致与工件的一些区域发生接触，以将工件锻造成期望的形状和/或具有期望的尺寸。在多个不同非限制性实施例中，锻造模具10可以是例如开面锻造模具。在另一些非限制性实施例中，锻造模具可以是闭合或者“压印”锻造模具，也可以具有任意其它适当的锻造模具设计。
[0039]锻造前，希望的是加热或者预热(以下术语“预热”或者“正预热”还将包含术语“加热”或者“正加热”，并且反之亦然)锻造模具10的第一锻造表面16和/或第二锻造表面18的整体或者一个区域。这种加热能够降低受热后的工件与第一和/或第二锻造表面16、18之间的温度差。然而，使用单个火炬(torch)的常规预热技术可能需要数小时来加热锻造模具，前提是这些技术涉及在任一时间只预热锻造模具的侧面的一个小区域。使用这种常规预热技术还可能引起第一和第二锻造表面16、18的非均匀加热。作为结果，当锻造表面16、18接触工件时，锻造表面16、18的第一区域可以是第一温度，而锻造表面16、18的第二区域可以是明显不同的第二温度，从而可能引起例如工件的表面裂纹和/或不均匀冷却。此外，这种常规预热技术可能不会将第一和/或第二锻造表面16、18预热至与受热工件大致相同的温度，从而允许可观的温度差存在于工件和/或锻造模具10的第一和第二锻造表面16、18之间。如果存在可观的温度差，则工件的接触锻造表面16、18的部分可能冷却得过快，这可能例如在工件内导致表面裂纹和/或夹杂。
[0040]为了对第一和/或第二锻造表面16、18的至少一个区域提供均匀的或者大致均匀的预热，提供了改善的锻造模具加热设备20。以下，术语“锻造表面”或者“多个锻造表面”可以包括各个锻造模具的顶部和底部的区域。如图2所示，锻造模具加热设备20可以构造成至少部分地定位在锻造模具10的顶部与底部12、14之间。如此一来，锻造模具加热设备20可以构造成至少部分地定位在锻造模具10的第一锻造表面16与第二锻造表面18之间并与它们相对。在一个非限制性实施例中，锻造模具加热设备20可以定位成邻