综合性金属加工设备的制作方法

专利名称：综合性金属加工设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属浇铸和处理工艺，尤其涉及一种综合性金属加工设备和热处理铸件的方法。
背景技术：
通常，在金属铸件成型的普通工艺中，需要使用熔融金属填充铸型，比如具有内腔的金属模具或砂型，其中所述内腔确定了所需铸件的外部特征。确定铸件内部特征的砂芯容纳或放置在铸型内，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，铸件通常被移动到处理炉中进行铸件热处理，去除砂芯和/或铸型的砂子，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，使它们具有能适合不同应用场合的所需物理性能。通常，在铸件从浇注工段输送到热处理工段的过程中，特别是如果允许铸件放置相当长的时间，铸件通常暴露在铸造和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。虽然为了使铸件凝固，铸件一定程度的冷却是必须的，但本发明的发明人/申请人发现，铸件的温度下降得越多，铸件在铸件的工艺临界温度或工艺控制温度之下保持的时间越长，则在热处理炉中将铸件加热到所需的热处理温度，以及将铸件保持在铸件的所述热处理温度下以获得所需的物理性能，需要更长的热处理时间。已经发现，对于某些类型的金属，铸件降低到其工艺控制温度以下的每一分钟，都需要四分钟或更长的热处理时间来完成所需的工艺。因此，即使是在铸件金属的工艺控制温度之下短短的10分钟，也需要多达40分钟以上的热处理时间，才能获得经过处理的所需物理性能。因此，为了获得所需的热处理效果，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。结果，对铸件进行适当且彻底地热处理需要的热处理时间越长， 热量越多，热处理工艺的成本越高，浪费的热能越多。现已试图通过缩短浇注和热处理工段之间的距离来减少热量损失。例如，德国戴姆勒奔驰公司的Mercede厂已经将热处理炉放置在靠近圆盘传送带式浇注工段的分接点或转送点的位置。当铸件到达分接点时，从其模具中取出，它们通常被运送到筐斗或传送带上，集中一批铸件。然后将铸件送入热处理炉中，进行成批处理。这一系统的问题在于它仍然不能解决在铸件输送到收集筐斗以及当铸件放在筐斗中等待送入热处理炉的过程中，铸件受到外界环境影响的问题，外界环境的温度通常远低于铸件的所需工艺控制温度。根据浇注和热处理工段的处理速度，这一空闲时间仍然多达10分钟或更长。然而，为了使铸件能够在热处理前适当地凝固，对铸件来说，冷却到或低于热处理温度的温度，并在该温度下保持至少一段所需的时间也是非常重要的。这样，过于快速地将铸件从浇注工段移动到热处理工段可能破坏铸件的成形，并且会妨碍它们适当的凝固。因此，本行业中希望改进铸件的热处理工艺，所以需要一种更有效的方法、系统或设备，能够更有效地进行金属铸件的热处理和加工，并且还能使砂芯和/或砂型的去除和回收更为有效。

发明内容
简言之，本发明包含一种用于浇注、成形、热处理和后续加工金属或金属合金铸件的综合性金属加工设备。这种综合性金属加工设备通常包括浇注工段，在此熔融金属例如铝或铁，或金属合金浇铸到铸型或模具中，比如，永久性的金属铸型、半永久性的铸型或砂型。然后，所述铸型从浇注工段的浇注或浇铸位置移动到输送位置，在此从铸型中取出铸件，或装有铸件的铸型通过输送机构输送到热处理生产线上。所述输送机构通常包括机械臂、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。在某些实施例中，上述机构也可用于从铸件的铸型中取出铸件，然后将铸件传送到热处理生产线上。在这种从浇注到输送位置或点，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够的程度，能使金属凝固而形成铸件。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段和热处理工段或热处理炉，所述热处理炉通常具有一个或多个炉腔，且在某些实施例中，具有淬火工段，所述淬火工段通常位于热处理工段的下游。所述工艺温度控制工段通常为细长的炉腔或通道， 在铸件进入热处理工段之前，通过所述炉腔或通道接收铸件。所述工艺温度控制工段的炉腔通常包括沿线安装的一系列热源，比如辐射加热器、红外、感应、对流、传导或其他类型的加热元件，这样可以供热，形成加热的环境。所述工艺温度控制工段的壁和顶通常由辐射材料制成或加装有辐射材料，当铸件和/或铸型通过所述腔室时，这些材料通常朝铸件和/或铸型辐射或引导热量。当铸件和/或带有铸件的铸型容纳在工艺温度控制工段的炉腔内且经过炉腔时， 铸件的冷却限制在工艺控制温度或之上。工艺控制温度通常是铸件金属所需的固溶热处理温度之下的温度，从而使铸件冷却到足够的程度，使它们固化，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的热处理所需的时间按指数规律增加。当铸件在进入热处理工段之前经过工艺温度控制工段时，它们保持在其工艺控制温度或之上。作为选择，一系列热源，包括辐射加热元件，比如红外和感应加热元件，对流、传导或其他类型的热源可以沿当铸件从浇注工段输送到用于送入热处理工段的热处理生产线时行进的路径放置。对于这种实施例，工艺温度控制工段可以替换为一系列沿铸件从浇注工段到热处理炉的行进路径安装的热源，从而在铸件或铸型从浇注工段送入热处理工段时使热量比如经过加热的空气或其他介质导向铸件或铸型。此外，加热元件或热源可以直接安装在输送机构上使热流正对铸件和/或装有铸件的砂型的位置。这样，在铸件从浇注工段直接进入热处理工段的输送和送入过程中，在其工艺控制温度之下铸件的冷却由于施加直接来自于输送机构本身的热量而受到抑制。通过阻止铸件的冷却以及随后使铸件基本保持在铸件金属的工艺控制温度或之上的温度下，铸件热处理需要的时间可以明显减少，因为在进入热处理工段或炉之后，铸件可以在较短时间内快速地升高到固溶热处理温度。因此，铸件浇注工段的输出量可以增加，
5这样，铸件的整个加工和热处理时间可以增加或减小。当铸件经过热处理工段时，它们在固溶热处理温度下保持预定的时间长度，这是使铸件金属彻底、充分地热处理，且铸件砂型和砂芯的砂子崩塌和回收所需的。此后，铸件可以经过淬火工段，然后可以经过用于对铸件进行时效和其他处理及加工的时效处理工段。对于本领域的技术人员，在阅读了下面结合附图的详细描述后，本发明的各个目的、特征和优点将更为明显。附图简要说明图IA是本发明的综合性多功能金属加工设备的示意图，示意地示出了铸件的加工过程。图IB是本发明的另一实施例的示意图，示出了铸件从多个浇注工段到本发明的热处理单元的收集和输送。图IC是本发明的另一实施例的示意图，其中从铸型中去除冷却物。图ID是本发明的另一实施例的示意图，示出了当铸件输送到热处理单元时通过输送机构输送铸件的过程和加热铸件的过程。图2A是本发明的工艺温度控制和热处理工段的顶视平面图。图2B是图2A所示的本发明的工艺温度控制和热处理工段的侧视图。图3是本发明的另一实施例的透视图，其中铸件成批经过工艺温度控制工段，送入热处理工段中。图4A和4B示出了使用对流热源的工艺温度控制模块或工段的第一实施例。图5A和5B示出了使用直接加热/冲击热源的工艺温度控制模块或工段的补充实施例。图6A和6B示出了使用辐射热源的工艺温度控制模块或工段的补充实施例。本发明的详细描述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示意地示出了综合性金属加工设备或系统5以及加工金属铸件的方法。金属铸造工艺是本领域的技术人员所公知的，下面仅简要描述传统的铸造工艺，以供参考。本领域的技术人员可以理解，本发明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，本发明并不且不应当仅限于与特定的铸造工艺或特定类型的金属和金属合金一起使用。 如图IA所示，通常，在浇注工段或浇铸工段11，熔融金属或金属合金M浇注到模具或铸型10中，形成铸件12，比如气缸头或发动机本体或类似的铸件。通常，型芯13由砂子或有机粘合剂制成，例如酚醛树脂，容纳或放置在铸型10中，这样可以在每个铸型形成的铸件中产生空腔或铸件的细节或型芯座。每个铸型还可以是永久性的金属铸型或模具，通常由金属，比如钢、铸铁或本领域已知的其他材料制成，并且具有蛤壳式设计，以便于打开和从中取出铸件。或者，所述铸型可以包括“精密砂型”类型的铸型和/或“湿砂型”，这些铸型通常使用砂质材料，比如石英砂或碳化锆砂制成，与粘结剂，比如酚醛树脂或本领域已知的其他粘结剂，类似于型芯13。所述铸型还可包括半永久性的砂型，它通常具有外部铸型壁，该壁由砂子和粘结材料、金属比如钢，或两种材料的组合制成。
应当理解的是，术语“铸型”在下文中通常用于指上述所有类型的铸型，包括永久性的或金属模具，半永久性的和精密砂型铸型，以及其他金属铸型，除非指示特定类型的铸型。而且，还应当理解的是，在下述的不同实施例中，除非指示特定类型的铸型和/或热处理工艺，本发明可用于对已经从永久性铸型中取出的铸件进行热处理，或对仍保持在砂型中的铸件进行热处理，以便组合热处理，以及破坏砂型，回收砂子。如图IA所示，每一铸型10通常包括侧壁14，上壁或顶部16，下壁或底部17，这些壁一起形成了内部空腔18，其中容纳熔融金属，并形成铸件12。浇口 19通常在每一铸型的上壁或顶部16上形成，且与内部空腔连通，用于在浇注工段11处使熔化金属通过每一铸型，进入内部空腔18。如图1A-1C所示，浇注工段11通常包括用于将熔融金属M浇入铸型中的铸包或类似的机构21，和传送带22，比如圆盘式传送带、活塞、分度结构或类似的传送机构，将一个或多个铸型从标为23的浇注或浇铸位置移动到标为M的输送点或位置，其中在浇注位置熔化金属浇注到铸型中，在输送位置将铸件从其模具中取出，或带有铸件的铸型从浇注工段输送到热处理单元或热处理生产线沈上进行热处理。当熔融金属已经浇注到铸型中时，把铸型传送到输送位置，在这期间，金属在模具中冷却到所需的程度或温度， 使金属凝固形成铸件，然后可以在所需的热处理温度下对铸件进行热处理。本发明的发明人已经发现，当铸件的金属冷却时，它达到工艺控制温度，低于这一温度，使铸件温度升高到热处理温度所需的时间，以及进行热处理所需的时间都显著增加。这一工艺控制温度随着用于形成铸件的金属或金属合金的不同而变化，温度范围为从对于某些合金或金属来说约400°C或更低的温度，到对于其他金属或合金来说约 IOOO0C -1300°c或更高的温度，比如铁。例如，对于铝/铜合金来说，工艺控制温度通常在 4000C到470°C的温度范围内，该温度通常低于大部分铜合金的固溶热处理温度，所述固溶热处理温度通常约为475°C至495°C。当铸件在其工艺控制温度范围内时，已经发现铸件通常可以冷却到足以使其金属根据需要凝固的程度。然而，本发明的发明人还发现，当铸件的金属可以冷却到低于工艺控制温度时，为了使铸件升温或保持在所需的热处理温度上，比如，铝/铜合金的475°C至495°C，或铝/锰合金的高达510°C至570°C，对于铸件金属冷却到低于所述工艺控制温度的每一分钟，必须另外加热铸件4分钟或更长时间，这样才能够执行热处理操作。因此，如果允许铸件冷却到低于其工艺控制温度即使很短的时间，此后对铸件进行适当、彻底地热处理的时间将会显著增加。另外，应当认识到在批量加工型的系统中，如图1B，1C和ID所示，多个铸件在一个批次中通过热处理工段处理，整个批次铸件的热处理时间通常取决于在该批次中最低温度的铸件所需的热处理时间。结果。如果在该批铸件中，有一个铸件已经冷却到工艺控制温度之下10分钟的时间，为了保证所有铸件进行适当、彻底的热处理，则整个批次通常需要约40分钟以上的额外热处理时间。因此，本发明涉及一种综合性加工设备或系统5(图1A-3)以及加工金属铸件的方法，该方法用于将铸件(位于其铸型内或与铸型分离)从浇注工段11移动和/或输送到达热处理系统或单元沈，使铸件的熔融金属的冷却限制在铸件金属的工艺控制温度或之上， 但低于或等于所需的热处理温度，从而可以调节铸件必需的冷却凝固，并更有效地缩短铸件的热处理时间。本领域的技术人员可以理解，通过本发明加工的铸件的工艺控制温度可以根据铸件的特定金属或金属合金不同而变化。因此，可以理解，虽然对于很多金属或金属合金来说，比如铝等金属的工艺控制温度通常约400°C，比如铁等金属的则高达1300°C或更高，但根据加工的铸件金属，可以调节为更高或更低的温度。在图IA和2A-2B中，示出了综合设备5以及用于移动和/或加工铸件的工艺的第一实施例。图IB和3还示出了综合设备5以及成形和处理铸件的工艺的另一补充实施例， 其中铸件以批量处理的方式收集并通过热处理加工。然而，本领域的技术人员可以理解， 本发明的原理同样可以适用于批量类型和连续处理类型的设备，其中铸件单个通过所述设备。因此，下述的实施例不而且不应当仅限于连续或批量类型的加工设备。图IC和ID还示出了本发明的用于执行附加加工步骤的另一实施例，例如，从铸件上去除冷却物(图1C) 或将铸件输送到多个热处理炉中(图1D)。另外，本领域的技术人员可以理解，下文论述的且在附图中示出的实施例的各个特征可以组合形成本发明的补充实施例。在图IA和2A-2B示出的实施例中，通过输送机构27在输送或浇注工段11将铸件12从其铸型10中取出。如图2A和2B所示，输送系统或机构27通常包括机械臂或起重机，标为观，然而本领域的技术人员可以理解，可以使用其他的系统和装置移动铸件和/或铸型，比如高架式悬杆或升降机、传送带、推杆或其他类似的材料搬运机构。如图1A，1B和 2A所示，输送机构的机械臂观通常包括用于啮合或夹持铸型或铸件的啮合或抓持部分或夹钳四，和基座31，机械臂28可旋转地安装在基座上，从而可以在浇注工段的输送点M和热处理生产线之间如箭头32和32'(图2A)所示移动。另外，如图IB所示，输送机构可用于从多个浇注工段11和11 ‘输送铸型和/或铸件，并可以将所述铸型和/或铸件输送到多个热处理生产线或单元沈(图1C)。通常带有铸件的铸型从浇注工段11移动到拾取或输送点M，如图2A所示，其中输送机构27通常拾取带有铸件的铸型，或从铸型中取出铸件12，并将铸件12输送到热处理单元26。这样，同一个操作器或输送机构可用于从浇注工段取出铸件，并将铸件送入热处理单元。通常，热源或加热元件33位于输送点观附近，为铸件提供热量。所述热源通常可包括任何类型的加热元件或热源，比如传导、辐射、红外、对流和直接冲击类型的热源。如图 2A所示，可以使用多个热源33，其位置可以在从浇注工段向热处理生产线的输送过程中向铸件高效地供热。通常，在永久性或金属模具或铸型的情况下，铸型在输送点处打开，而通过输送机构取出铸件，如图ID所示。然后，所述输送机构将铸件输送到综合加工设备5的热处理单元、生产线或系统沈的一个或多个入口传送带34(图IB和2A)上。当铸型打开，取出铸件时，在随着铸件输送到热处理单元而铸件暴露于铸造厂的外界环境时，热源33 (图2A)直接向铸件施加热量，阻止或以其他方式控制铸件的冷却，从而可以使铸件大致保持在铸件金属的工艺控制温度或之上。对于半永久性或砂型中制成的铸件的加工，在热处理过程中铸件通常保持在其铸型中，在此期间，由于保持铸型砂子的粘结剂材料热降解而使铸型破坏，输送机构27将整个带有铸件的铸型从输送点输送到入口传送带34。因此，热源33将继续向铸型本身施加热量，所施加的热量受到控制，使铸型内的铸件温度大致维持在铸件金属的工艺控制温度或之上，且不会导致铸型过度或过早解体。在下文中，当提到输送、加热、处理或其他方式移动或加工铸件时，除非另外指出， 可以理解这种论述包括取出和加工铸件本身，而没有它们的铸型，和铸件保持在砂型中进行热处理的工艺，铸型和砂芯的破坏，以及砂子的回收，如美国专利US5294994，US5565046， US5738162和US6212317以及未审结的2000年9月9日提交的美国专利申请No. 09/665354 中公开的内容，在此通过引用而包含其内容。如图IA和2A-2B所示，铸件开始由入口传送带34(图2A和2B)，或传送带34和 34'(图1B)分度或传送入预置腔室或工艺温度控制工段或模块36。如图2A和2B所示， 工艺温度控制工段或模块通常包括加热的内腔37，其中铸件和/或带有铸件的铸型在链式传送带、滚轮或类似的传送机构38上，沿其处理路径沿热处理生产线输送。铸件在上游或入口端39进入腔室37，并通过下游或出口端41离开腔室37，且通常直接送入热处理生产线26的热处理炉或工段42中。工艺温度控制工段的入口和出口端39和41还可打开，或可包括门或类似的封闭结构，如图2B中标记43所示，以有助于密封腔室37，避免过多的热量损失。通常，铸件直接从工艺温度控制工段36'送入热处理工段42，因此，热处理和工艺温度控制工段连接在一起，进一步避免潜在的热量损失，并使热量共享成为可能。腔室37通常是辐射腔，包括一系列安装在其中的热源45，所述热源沿腔室的壁46 和/或顶47放置。通常，可以使用多个热源45，且可包含一个或多个不同类型的热源或加热元件，包括辐射加热源，比如红外、电磁或感应能源，传导、对流或直接冲击型热源，比如将燃气火焰导入腔室中的气体燃烧管。另外，辐射腔室37的侧壁和顶壁通常由高温辐射材料制成或涂敷有高温辐射材料，比如金属、金属薄膜或类似的材料、陶瓷或能辐射热量的复合材料，且通常在侧壁和顶壁上形成不粘表面。结果，当腔室的侧壁和顶壁加热时，侧壁和顶壁易于朝铸件辐射热量，同时它们的表面通常能加热到足以将废气和残余物质，比如砂型和/或砂芯中的粘结剂燃烧产生的煤烟等燃尽的温度，以避免在腔室的侧壁和顶壁上积聚ο图4A-6B示出了工艺温度控制工段的多种不同的实施例。图4A-4B示出使用对流型热源45的工艺温度控制工段36。每个对流热源通常包括一个和多个通过导管52连接于加热的介质源的喷嘴或吹风机51。吹风机51放置或位于腔室37的顶壁47和侧壁46周围，从而可以使加热的介质，比如空气或其他气体，和/或流体进入腔室中，对着铸件和/或包含铸件的模具。所述对流吹风机通常倾向于在铸件周围产生扰动的加热流体流，如箭头 53所示，而可以将热量基本上施加到铸件和/或砂型的所有侧面上。结果，铸件基本上均勻地沐浴在加热介质中，这样可以将铸件的温度大致保持在铸件金属的工艺控制温度或之上。另外，当铸件在其砂型中进行加工处理时，在工艺温度控制工段中施加的热量用于加热铸型本身，将其温度升高到分解或燃烧温度，在该温度下，其中的粘接材料开始燃烧、降解或以其他方式驱除。还可以让吹风机或喷嘴52在工艺温度控制工段的前面，靠近其入口端，以较高的速度和/或温度运行，以便更快地阻止铸件和/或铸型的冷却。朝着工艺温度控制工段的腔室的中部和/或端部，比如出口定位的喷嘴或吹风机52可以在较低的温度和速度下运行， 从而可以使铸件和/或砂型保持所需的温度值，避免仍在工艺温度控制工段中的砂型完全降解，且还可以在热处理前完成铸件的凝固。另外，图5A和5B示出了工艺温度控制工段36'的另一实施例，其中热源45 ‘通常包含一个或多个辐射加热器54，比如红外加热元件、电磁能源或类似的辐射加热源。通常，辐射加热器M可以在工艺控制工段36的辐射腔室37的侧壁和顶壁46和47周围，放
9置在多个位置或成组放置在所需的位置和方位，类似于对流吹风机51的布置。与对流加热源52 —样，当铸件进入工艺温度控制工段时，靠近腔室入口端的辐射加热器可以在较高的温度下运行，快速地阻止在砂型内的铸件的冷却。另外，真空吹风机、泵或排气扇/系统56 通常经导管57连接于辐射腔室37，在辐射腔室37中产生负压，从而可以抽出腔室内由型芯和/或砂型中的粘结剂燃烧产生热量和废气，有助于冷却并避免辐射加热器的元件过热。在图6A和6B中示出了工艺温度控制工段36〃的另一实施例，其中示出了直接冲击型加热源45"。直接冲击型热源包括一系列成组或阵列地排布在辐射腔室37内选定位置或方位上的燃烧器或喷嘴58。这些燃烧器58通常经导管59连接于燃料源，比如天然气等。直接冲击型热源的喷嘴或燃烧器对着铸件的侧壁、顶部和底部施加热量。因此，铸件充分均勻地受热，并且从中放出的砂料还可以暴露而直接加热，以便将其中的粘结剂材料燃尽。本领域的技术人员可以理解，这些不同的热源可以在辐射腔室中组合使用。而且， 多个腔室可以系列使用，以便在铸件顺序进入热处理工段时，在工艺控制温度或之上阻止铸件的冷却，此后保持铸件的温度。除了使用多种类型的热源以外，还可以如图IA所示，将在浇注工段11中把熔融金属材料浇注到铸型中产生和捕获的废气，导入和/或回收到工艺温度控制工段36的辐射腔室，如箭头60所示，以便可以从加热金属铸件的过程中共享加热和回收能量。另外，由于热处理工段42内铸件砂芯和/或砂型中的粘结剂破坏和燃烧以及铸件的热处理产生的多余热量也可以返回到工艺温度控制工段，如图IA中的虚线箭头61所示，有助于加热工艺温度控制工段的辐射腔室的内部环境。这种废气和热量的回收，有助于减少所需的能量，该能量将工艺温度控制工段的腔室加热到阻止经过腔室的铸件冷却所需的温度。另外，如图2B、4A、5A和6A所示，沿工艺温度控制工段36的底部形成收集漏斗或斜槽62，位于辐射腔室37之下。这种漏斗62通常包括在其下端64向下倾斜的侧壁63。当粘结剂开始在工艺温度控制工段中热降解时，所述倾斜侧壁收集铸件砂芯和/或砂型中脱落的砂子。砂子通常向下流到位于漏斗62的开口下端之下的收集传送带66上。通常沿漏斗62的壁下部64放置流化系统或机构。流化装置通常包括燃烧器、吹风机、分配器或类似的流化单元，比如，在美国专利US5294994，US5565046, US5738162中公开和要求保护的，在此通过引用而包含其内容，其中将加热的介质流比如空气或其他流体加入到砂子中，促使粘结剂进一步降解，有助于从铸件上取下的砂子和粘结剂形成的结块破碎，以便回收砂芯和/砂型的砂子，使铸件为纯净的形式。回收的砂子收集到传送带66上，并传送离开工艺温度控制工段。另外，如图1A、2A_2B、4A、5A和6A所示，由于铸件砂芯和/或砂型中粘结剂材料的燃烧产生的多余热量和废气也可以收集或从工艺温度控制工段36的辐射腔室37中抽出， 并导入热处理工段42，如图IA中的箭头68所示。多余热量和废气从工艺温度控制工段进入热处理工段的这种通道使得在工艺温度控制工段的腔室内产生的热量可以回收，以及在热处理腔室中砂型和/或砂芯的粘结剂降解产生废气的继续加热和/或燃烧。如图IA所示，吹风机或类似的空气分配机构69通常沿热处理工段安装，并且通常将在铸件的热处理过程中以及铸件的砂芯和/或砂型的粘结剂材料燃尽过程产生的废气抽出。这些废气由吹风机收集，并且通常导入焚烧炉71中，对这些废气进行继续处理和燃烧，对这些废气进行再处理，减少铸件和热处理工艺造成的污染物数量。还可以使用过滤器在废气进入热处理工段前，进一步过滤来自于工艺温度控制工段的废气，和/或过滤从热处理工段到达焚烧炉的废气。因此，所述工艺温度控制工段用作热处理工段或腔室前的嵌套区域，其中当铸件等待进入热处理工段时，铸件可以保持在或限制在工艺控制温度或之上，但低于所需的热处理温度。因此，所述系统能使浇铸生产线以更快或更有效的速度运行，而铸件不必在暴露于外界环境下时排队等候送入热处理工段中，而导致铸件冷却到它们的工艺控制温度以下。此后，这些铸件可以单独输送，如图1A，1C和2A-2B所示，或批量输送，如图1B、1C和3 所示，送入热处理工段42中，进行热处理，使所述砂芯和/或砂型破坏并去除，并可以回收砂子。热处理工段42(图2B)通常是细长的炉子，包括一个或多个连续安装的炉腔75，传送带76延伸穿过所述炉腔，用于输送铸件。热源77(图2A)包括施加比如空气或其他流体的加热介质的对流热源，比如吹风机或喷嘴，传导热源，比如流化床，感应、辐射和/或其他热源，将安装在腔室75的壁和/或顶壁内，用于在铸件周围提供变化程度和数量的热量以及气流，以将铸件加热到其金属的适当热处理温度。这种所需的热处理温度和热处理时间， 将根据形成铸件的金属和金属合金的类型不同而变化，这是本领域的技术人员所公知的。在美国专利US5^4994、US5565046和US5738162中示出了热量处理炉的示例，该热处理炉用于热处理，和至少使铸件的砂芯和/或砂型部分破坏并去除，以及砂芯和砂型中的砂子的回收，在此通过引用而包含其公开内容。与本发明一起使用的热处理炉或工段的另一示例在1999年5月17日提交的美国专利申请No. 09/313111中，2000年9月9日提交的专利申请号09/665354中公开，在此通过引用而包含其公开内容。这种热处理工段或炉通常还能回收在铸件的热处理过程中脱落的铸件砂芯和/或砂型中的砂子。热处理后，通常从热处理工段中取出铸件，并且移动到淬火工段78(图1A)，用于使铸件淬火，在此它们可以清洗并后续处理。所述淬火工段通常包括具有冷却流体比如水和其他已知冷却液的淬火槽，或可以包含一个具有一系列喷嘴的腔室，可以施加冷却流体， 比如空气、水或本领域中公知的类似冷却介质。然后，可以从淬火工段中取出铸件，进行清洗或根据需要进行后续处理。在图IB中示出了综合性设备5的另一实施例。在这一实施例中，输送机构27，在此示出为起重机或机械臂观，将铸件从多个浇注生产线和/或工段11和11'上取出，在此示为圆盘传送带类型的系统，其中铸型可以在浇注或浇铸位置23和输送点M之间旋转，在输送点处输送机构27啮合并传输带有铸件的砂型，或将铸件从铸型中取出并传输铸件，输送到热处理单元沈的一个和多个入口传送带34和34'处。这些铸件可以单独地移动入或通过工艺温度控制工段36，用于送入热处理工段42中，或可以收集到筐斗中或传送托盘79 中，用于成批处理铸件。在图IB所示的实施例中，工艺温度控制工段36通常为形成腔室82的细长的辐射通道81，铸件或带有铸件的砂型可以经过该腔室移动或传送。辐射通道81通常包括沿通道安装的一系列热源83，比如上述关于图2A-2B和4A-6B的实施例的多种不同的热源45、 45'、45〃。通常，辐射通道81的腔室82的壁84和顶壁由耐火材料制成，或涂敷有耐火材料，这样，当铸件沿着通道移动时，辐射通道中产生的热量反射或辐射到铸件上。在通道81的端部是收集工段86，铸件可以在此收集和/或存放在筐斗79和/或类似的传送托盘中， 用于通过热处理工段42成批处理铸件，或带有铸件的砂型。用于在热处理工段中批量处理的铸件在筐斗内的收集过程也可以在铸件通过工艺温度控制工段36的辐射腔室或通道之前进行，如图IC和3所示。在图IC中示意地示出了本发明的综合性设备5的另一实施例。在该实施例中， 工艺温度控制工段36，在此示为包含细长的辐射通道或腔室81 (如关于图IB所述)，连接或送入冷却物去除工段87，该工段与热处理工段42连通，并将铸件送入热处理工段42中。 通常，在该实施例中，所述铸件在保持在半永久性或砂型中移动和热处理或加工，其中所述砂型还包括安装在其中的“冷却物”。冷却物通常是由钢或类似材料制成的金属板，具有用于形成铸件表面的所需设计特征的设计形状，并且在浇注熔融金属材料时或在此之前，将冷却物放入铸型中。因此，在铸件热处理前必须取出冷却物，或回收所述冷却物重新使用。 当通过辐射通道81的腔室82，砂型的燃烧至少已经部分开始时，可以非常容易地取出冷却物，而不会明显延误铸型和铸件向热处理工段42的移动。当在冷却物去除工段去除冷却物后，内有铸件的铸型通常直接送入热处理工段，进行热处理，使砂芯和砂型破坏，并回收砂子。在图ID中示出了本发明的综合性设备的另一实施例。在该实施例中，通常可以从铸型中取出铸件，输送到入口传送带90或91上，直接送入一个或多个热处理炉或工段92 中。或者，如果铸件在砂型内制成，则整个铸型可以从输送点28输送到入口传送带90或91 之一上。如图ID所示，铸件从铸型中取出和铸件的输送，或带有铸件的铸型从浇注工段的取出，和输送到热处理工段92，通常可以通过同一输送机构或操作器完成。在这一实施例中，热源93示为安装在输送机构27本身上，且当铸件从浇铸生产线的输送点移动到热处理炉92的入口传送带90或91之一时，该热源直接向铸件和/或砂型施加热量。如上所述，所述热源可以包括辐射能源，比如红外或电磁发射器，感应，对流和/ 或传导热源，或对于本领域的技术人员来说显而易见的其他类型的热源。当铸件或铸型输送到入口传送带时，来自于安装在输送机构27上的热源93的热量通常指向铸件或铸型的一个或多个表面，比如顶部或侧面，从而可以阻止铸件和/或铸型的冷却，因此将铸件金属的温度基本上保持在该金属的工艺控制温度或之上。其他热源，比如标记94所示，可以安装入口传送带90或91上方或附近，如图ID 所示，或沿如箭头96、96'、97和97'所示的输送机构的行进路径安装，以保持铸件的加热和温度的限制。另外，吹风机、风扇或其它类似的空气移动装置(未示出)也可以放置在输送机构附近，或沿如箭头96、96'、97和97'所示的输送机构的行进路径放置，用于在从浇注生产线输送到热处理炉92的过程中，施加加热介质，比如空气或其他加热的流体，用于将所施加的热量在其侧面、顶部和底部分布在输送的铸件和/或铸型上，以试图减少冷点的发生率以及铸件的不均勻加热或冷却。使用这种安装在输送机构上的热源或加热元件， 在某些装置中，沿铸件的行进路径，可以实现工艺温度控制工段的功能，有助于使铸件的温度保持并限制在工艺控制温度或之上。如图3所示，在综合性金属加工设备的另一实施例中，铸件和/或砂型可以直接放在收集筐斗或传送托盘100中，通过输送机构27送入工艺温度控制工段中，该控制工段为铸件整批热处理工艺的一部分，如图3所示。在这种装置中，铸件12通常装入传送托盘
12100的一系列舱室或腔室101中，其中铸件放置在已知的分度位置，以便当铸件进入并通过工艺温度控制工段102和热处理工段103时，可以直接施加除芯或其他功能的热量，如2000 年9月9日提交的美国专利申请No. 09/6653M所公开和要求保护的，在此通过引用而包含其内容。在这一实施例中，当铸件装入时，托盘100通常分度进入和离开工艺控制温度工段的腔室104，如箭头106和106'所示。结果，使铸件在外界环境中的暴露最小化，同时托盘的各其他舱室101中装有该批中剩余的铸件，其中铸件在外界环境中的暴露将使铸件冷却到工艺控制温度或临界温度之下。另外，如图3所示，还可以为托盘100的每个舱室101提供定向热源107。例如，当第一舱室101'中装有铸件12'，且分度进入工艺温度控制工段102时，如图3所示，第一热源107'将开始对位于在该特定舱室中的铸件和/或砂型施加热量。然后，当后续的铸件或铸型装入筐斗的其他腔室或舱室时，朝向这些舱室的附加热源107开始工作。因此，工艺温度控制工段的腔室104的加热可以根据需要限制在或朝向特定的区域，以便更有效地加热铸件。如图3所示，一系列吹风机或的其它类似的空气移动装置108通常可以安装到工艺温度控制工段的顶部，用于抽出砂芯和/或砂型粘结剂材料降解产生的废气，其中气体和废热通过导管109导入热处理工段103，进行热量回收和减轻污染，并且还有助于避免可燃废物在工艺温度控制工段102腔室的侧面和顶部积聚。本领域的技术人员可以理解，虽然已经参照上述的特定实施例公开了本发明，但可以对其作出各种添加、删除、修改和变化，而不脱离本发明的主旨和范围。还可以理解，本发明的各实施例和/或特征可以组合，形成本发明的补充实施例。
权利要求
1.一种用于加工由熔融金属制成的铸件的系统，包含 浇注工段，其中熔融金属浇注入一系列铸型中形成铸件；位于所述浇注工段下游的热处理生产线，所述热处理生产线包含 至少一个热处理炉子，铸件通过该热处理炉子，进行热处理；和位于所述热处理炉子上游的工艺温度控制工段，所述工艺温度控制工段包含 沿铸件的行进路径放置的热源，用于向铸件施加所需的热量，以将铸件的温度保持在用于铸件金属的工艺控制温度或之上、但是低于用于铸件金属的热处理温度；从而当铸件从所述浇注工段移动到所述热处理生产线时，铸件的熔融金属可以凝固， 同时铸件的温度保持在所述工艺控制温度或之上。
2.如权利要求1所述的系统，还包含用于将所述铸件从所述浇注工段输送到所述热处理生产线的输送机构。
3.如权利要求2所述的系统，还包含安装在所述输送机构上的热源，所述热源适于在所述铸件从所述浇注工段输送到所述热处理生产线时向铸件施加热量。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热源包含对流加热器。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热源包含连接于燃料源的一系列燃烧ο
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热源包含辐射加热器。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热处理生产线包含具有多个炉腔的炉子，每个炉腔形成一个热处理工段。
8.如权利要求1所述的系统，还包含收集托盘，用于接收来自浇注工段的铸件，并且当后续铸件放入时，可以往复地移入和移出所述工艺温度控制工段。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述工艺控制温度为这样一个温度，即，在该温度以下，对于铸件温度降低的每一分钟时间，需要四分钟或更长的额外热处理以获得铸件所需的性能。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述金属为铝/铜合金，且所述工艺控制温度为 4000C M 4700C O
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述金属为铁合金，且所述工艺控制温度为 1000°C至 13000C O
12.—种形成多个金属铸件和热处理多个金属铸件的方法，包含将熔融金属浇注到多个铸型中以形成多个单独的铸件，所述铸型具有限定热处理铸件的结构的内部炉腔；将铸件输送到热处理生产线上；使铸件通过热处理生产线的工艺温度控制工段，并且限制铸件金属在工艺控制温度或之上冷却以使铸件至少部分凝固，所述工艺控制温度为低于铸件金属所需的固溶热处理温度的温度，当铸件输送到热处理生产线时，使铸件连续保持在所述工艺控制温度或之上； 热处理所述铸件以获得所需的性能。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述工艺控制温度还限定为这样一个温度，即，在该温度以下，对于铸件温度降低的每一分钟，需要另外4分钟或更长的热处理，以获得铸件的所需的性能。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述工艺控制温度为这样一个温度，即， 在该温度以下，对于铸件温度降低的每一分钟时间，需要四分钟或更长的额外热处理以获得铸件所需的性能。
15.如权利要求12或13或14所述的方法，其特征在于，所述金属为铝/铜合金，且所述工艺控制温度为400°C至470°C。
16.如权利要求12或13或14所述的方法，其特征在于，所述金属为铁合金，且所述工艺控制温度为1000°C至1300°C。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的使铸件连续保持在所述工艺控制温度或之上的步骤包含在足以限制铸件冷却的温度下将热施加到铸件上，而没有将铸件加热至铸件金属或铸件金属合金的高于固溶热处理温度以上。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的使铸件连续保持在所述工艺控制温度或之上的步骤包含移动所述铸件使其通过一具有一系列安装在其上的用于将热施加到铸件上的热源的辐射腔室。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述热源包含向铸件辐射热量的辐射加热器。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述热源包含向铸件导入热介质流的对流加热器。
21.如权利要求17所述的方法，还包含将废气和热量从辐射腔室导入热处理工段内的步骤。
22.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述输送铸件的步骤包含将所述铸件从铸型上去除，然后将所述铸件从所述浇注工段移到所述热处理生产线上。
23.如权利要求12所述的方法，其特征在于，输送铸件的步骤包含将铸型与其中包含的铸件和输送机构啮合，并将铸件从浇注工段移动到热处理生产线的入口传送带上的步
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述的使铸件连续保持在所述工艺控制温度或之上的步骤包含当铸件和铸型被输送到热处理生产线时，将从安装在输送机构上的热源来的热导入到铸件中。
25.如权利要求12所述的方法，还包含将铸件装入用于批量加热铸件的筐斗中的步马聚ο
26.如权利要求12所述的方法，还包含在热处理铸件前从铸型中去除冷却物的步骤。
全文摘要
一种综合性金属加工设备，其中在浇注工段将熔融金属浇注到一系列铸型中形成金属铸件，然后将铸件输送到热处理生产线上。在将铸件送入热处理生产线的热处理工段之前，加热铸件，而足以在其金属的工艺控制温度或之上阻止铸件的冷却。
文档编号B22D30/00GK102277480SQ20111021290
公开日2011年12月14日 申请日期2002年1月18日 优先权日2001年2月2日
发明者伊恩·弗伦奇, 保罗·M·克拉夫顿, 小詹姆斯·L·刘易斯, 斯科特·P·克拉夫顿 申请人:联合工程公司