专利名称：铸件的有效补缩方法、加压件和加压系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1前序部分更具体描述的铸件的有效补缩方法。
液态和固态金属在受冷时体积缩小(称其为热收缩)，这是众所周知的。热量在浇注后于铸型型腔中不均匀分布且因而不是所有的铸件部分都同时凝固，这在铸型中造成了最后凝固的铸件部分释放出金属液以补偿在先凝固的铸件部分的收缩。这造成通常被称为“缩孔”的铸造缺陷，它在铸件表面上表现为缩陷或在铸件内部表现为空心(孔洞和显微缩孔)。为避免这些缺陷，技术人员采用了一系列步骤，其中最常用的就是使用补缩冒口(after-feedingreservoirs)，即在铸造过程中用金属液填充铸型中的孔穴，所述孔穴的尺寸是这样的，即孔穴中的金属液比铸件的后凝固区晚凝固，通过导槽将这些孔穴与一个横截面比较大的区连接起来，从而可以使它们在铸件凝固时通过金属液对这些区域进行补缩。
我们通常知道有两种类型的补缩冒口，即从使其与铸件相连的导槽伸向铸型上表面的基本上是圆柱形空腔的明冒口，或者是被称为“暗冒口”(suction buds)的铸型内的内孔或封孔，它们紧靠待补缩的铸件区域。
与后一种补缩冒口相比，前一种冒口显示出了这样的优点，即补缩位置上的较高金属液静压力即叠加的金属液柱压力通过将补给连接导槽的金属液压入铸件中的方式极大地支持了补缩，而在后一种补缩冒口中，压力在补缩过程中降低。
另一方面，后一种补缩冒口显示出了这样的优点，即它通常在铸造过程中有很高的金属成品率，即将使更少的金属与铸件分离开以用于后续的重熔(回收)，这也降低了熔炼能耗。
与具有水平分型面的铸型相比，具有垂直分型面的铸型上表面具有较小的表面积，因此，后一类型的铸型只允许有限地使用冒口来完成补缩。因此，通常需要使用具有上述不利之处的“暗冒口”，即在将补缩金属液经导槽压入铸件时金属液静压力比较低。当补缩轻金属铸件时，即在铸造铝及其合金或锰及其合金时，由于这些金属具有比较小的比重，所以这种缺点变得更加明显。
在具有垂直分型面的铸型中铸造轻金属铸件，这在两种情况下是很有商业应用价值的，即在金属型铸造中如压力铸造时和在串列铸造设备(string-moulding plant)如DISAMATIC的铸型中铸造时，上述设备由本申请人制造并销售。在铸造这样的轻金属合金的情况下，经常出现内浇口系统且尤其是补缩冒口在凝固后大约占铸件重量一半的现象，这需要与铸件主体的分离并可能需要回收，当多余材料先被熔化并接着凝固时，这造成了额外的工作和大量的能量损失。
由于上述问题，当进行这种铸造工艺时，众所周知地通过对补缩冒口施加压力如气压以便将金属液压入型腔中来补偿已凝固部分的收缩而从内浇口系统和补缩冒口去除多余的铸造材料。例如，PCT申请WO95/18689公开了用于这种铸造工艺的设备，其中主要有两种这样的设备，它们能够在铸型的运动过程中对补缩冒口施加压力。
其中一种设备是由适于与铸型相连或适于整装入铸型中且能够独立加压的复杂的独立单元构成；这些单元复杂且成本高昂，它们甚至使得铸型的制造变得困难。
与此相反，另一种设备是由适于在铸型制造时整装入铸型中的配合元件构成的，随后通过复杂的压力传递设备给这些元件加压，所述压力传递设备的成本比较高且可能使浇道结构变得复杂或必须改变浇道。
实际上，这种已知设备已令人满意地工作并可以缩小补缩冒口的尺寸，因此通过先熔化金属并接着从铸件上除去它们而减少了能量损失，同时铸件质量不变或者有所提高，这是因为在铸件的凝固过程中一直在给补缩冒口加压。
即便这种设备到目前为止令人满意地工作着，但它确实遇到了其是由比较复杂待整装入铸型中的单元构成的苦恼，它包括用于各铸型的为补缩冒口加压的复杂附加设备或复杂的压力传递设备，或者它需要特殊的浇注区和冷却区的布局或结构，而后者很费事且可能限制了铸型的结构，这是因为在浇注/冷却区内通过上述设备给它们加压的缘故。因此，早在制造铸型的工作中就需要考虑补缩冒口和压力传递件要在制造铸型时整装入铸型中的问题。
因此，本发明的目的是因增加了加压的灵活性而可以无需在设计铸型时考虑加压地给铸型的至少一个补缩冒口简单加压。
上述目的是通过前序部分所述类型的方法并依照根据本发明而按照权利要求1特征部分所述的实施方式而实现的。
通过按照此方式实施上述方法，可以从铸型的制造开始直到给补缩冒口加压为止地在任意时刻将像加压导管这样的附加装置装入铸型中。当例如在串列铸型设备中采用砂型时，可以通过将加压导管压入型砂中来实现上述操作，而与此相反的，金属铸型不得不配有一个使补缩冒口与铸型外界连通的孔，此孔的最底端或其最内端配有一个如呈木塞或水泥塞盖形式的塞头或盖。
通过权利要求2所述的实施例，可以实现在对补缩冒口加压之前一直使其对外封闭，由此可以按照传统方式将金属液浇入铸型中，而没有因施加压力而引起的附加氧化的危险或者此压力造成熔融金属被压出铸型外的危险。
在适当时刻，优选地在补缩冒口中的金属液面因铸件收缩而已降低之前，给加压导管加压并将加压导管推入补缩冒口中，从而使其穿透阻挡层。因此，加压导管在加压之前都不可能接触金属液。因而，它是自清洁的。反之，如果加压导管已经在对其加压之前接触了金属液，则可能出现金属液环绕加压导管凝固的危险，由此堵塞了加压导管。
权利要求3所述的实施例可以简单地通过一个力并利用铸型外的机构将加压导管插入补缩冒口中。
当使用铸型串列浇注设备时，权利要求4所述的实施例可以实施本发明的方法，从固定的压力源通过活动的供压链给加压导管加压。这简化了加压导管的结构并同时发挥了采用固定压力源的优势。
权利要求5描述了一个优选方法，它在将加压导管插入补缩冒口之前给加压导管加压。
在逐渐减少补缩冒口中的金属液量的过程中，增大来自加压导管的压力以补偿因金属液柱引起的压力降低是有利的。这例如可以像权利要求6所述的那样实现，由此使得供应连续增大的压力成为可能。
权利要求7描述了一个有利的方法，它产生了将加压导管下压和/或抽出加压导管的力。
权利要求8描述了一种有利的方法，即当在加压导管与压力腔相连的时候给其加压时，该方法降低了作用于加压导管上的力。
另外，本发明涉及一种如权利要求10前序部分中所述类型的加压件，该加压件的特征在权利要求10的特征部分中描述了，根据本发明，这使得形成一种特别简单的加压导管结构成为可能。
通过按照权利要求11所述地形成加压件，可以避免加压件的喷气口在加压件穿透铸型材料或塞而进入补缩冒口时被堵死。
通过如权利要求12所述地进一步加工削尖端，可以简单地形成此尖端。
当如权利要求13所述的那样另外给加压件配备了一个套环时，便于加压件的插入和取出。
如果例如铸型材料中的粘结剂在存在加压件的时候凝固或硬化，也可以通过按照权利要求14所述的方式为加压件设置涂覆层或上黑涂料来实现加压件不会粘陷在铸型材料中，如果金属液在加压件抽出前凝固，则甚至可以由此避免加压件粘陷在金属液中。
最后，本发明涉及一种如权利要求15前序部分所述类型的加压系统，它通过权利要求15特征部分所述的技术特征可以根据本发明的方法简单地给加压导管施加压力。
其它有利的实施例在从属权利要求16-20中描述了，这些实施例可以实现权利要求1-9所述的方法。
在以下具体描述的说明书部分中，参见附图所示的示范实施例地更详细地描述了本发明，其中
图1示出了属于串列铸型设备的一串铸型，其中通过本发明的加压系统给每个铸型中的补缩冒口施加补缩压力；图2是沿图1的A-A剖面线的局部剖视图，它示出了压力腔与加压导管之间的连接结构；图3是沿图2的B-B线的局部剖视图，它示出了加压导管是如何通过槽中的密封唇密封地插入压力腔中的；图4a、4b示出了加压系统，利用此系统可以有利地产生两种不同的压力；图5在一个平面中示出了本发明的一根喷枪；图5a、5b示出了喷枪削尖端的不同形状；图6绕其纵轴转动90度地示出了图5的喷枪；以及图6a示出了喷枪削尖端的形状。
图1示出了一连串铸型，它们是由铸型件6构成的，每个铸型件在分型面7的每一侧形成了半个各自的型腔(图中未示出)。补缩冒口8与内浇口系统相联，该补缩冒口在将金属液浇入铸型的过程中被充入金属液，这些金属液从补缩冒口8与浇注材料在型腔中的收缩成比例地向前流向型腔。为了能够使金属液从补缩冒口8流入铸型件6的型腔并补偿收缩，需要给补缩冒口8加压。
给补缩冒口8加压是通过呈喷枪形式的加压导管1实现的，喷枪1先被如此深地插入铸型件6中，即喷枪头11靠近补缩冒口8但没有穿透补缩冒口8前的最后一层材料或塞头。这由正沿箭头30的方向向下插入铸型件6中的喷枪1表示，向下运动在喷枪头穿透补缩冒口8前的最后一层材料之前停止。接着，喷枪1和铸型串一起沿箭头31的方向向加压链或加压系统前进。如果此时未给铸型填充金属液，则在到达加压系统之前注入金属液。
加压系统由一个向压力腔3提供压力的压力源4构成，所述压力腔被压力腔外壳9封闭，参见图2和图3，其中设有一条纵槽2，通过唇形件20对外密封所述纵槽，各密封唇从槽的每一侧起沿唇分界面21被压在一起，从而基本上对外密封住了压力腔3。在压力腔3中还设有用于在喷枪受压时压下喷枪1的压下件5。当喷枪1到达加压系统时，带供压端10的喷枪端抵靠纵槽2中的密封唇20并沿唇分界面21将密封唇20分开，从而喷枪端10移入压力腔3并与压力腔中的压力连通。在喷枪1已与压力腔3中的压力连通之后，它们和铸型串一起向前移向压下件5，压下件在所示例子中具有朝下的倾斜表面，它将喷枪端向下压，而此时喷枪和铸型串一起沿箭头31的方向前进。通过压下喷枪1，喷枪头11穿透补缩冒口8前的最后一层材料或塞头。
这样，就使补缩冒口8通过喷枪1与压力腔3的压力连通起来，从而将压力施加给补缩冒口。在喷枪沿箭头31的方向移动且经过整个加压系统段的过程中保持压力，直到喷枪通过纵槽2的端部离开加压系统为止。调节此前进长度以使金属液在铸型件6的型腔中凝固。当喷枪1和铸型串一起移出加压系统时，从铸型件6中按照箭头32所示方式抽出喷枪1。这是在铸型件6继续沿冷却区移向如抽取工站之前进行的。
可以从以上描述中清楚地知道，喷枪1可以呈简单的管形，但是这些管可有利地经过某种加工。因此，具有喷气口15的喷枪头11或管端可以如图5所示的那样被压扁，并且可以将喷枪头11压扁到这样一种程度，即形成了一个用作喷气口的喷气缝15。但是，也可以完全压扁管子以便像图5b、图5a那样封闭它。当管子被压扁时，喷枪头11将具有如在图6、图6a中以虚线所示的形状，喷枪头11最初具有如虚线所示的刮刀形状。随后，可以切除或磨掉喷枪头11的突出部分16，从而喷枪头11变成了如图6a所示的凿子形状或如图6所示的针状。
如果喷枪1在喷枪头11的外端已被完全压扁，则磨削操作将在喷枪头11两侧按图5a所示的方式产生一个喷气口15。或者，可以在喷枪头处按图5b所示的方式给喷枪1开设钻孔15。喷枪头11和喷气口15可以有许多形状，选择其形状以便在加工和可以穿入铸型而不会堵塞喷气口15方面最有利。
另外，喷枪可以配有一个套环13，它用来装入和取出喷枪1和/或当压力腔3给喷枪1加压时密封地压靠在槽2的下侧上。在与喷枪头11相对的那端上，喷枪1可以像一根用作供气端10的管那样被简单地切掉，或者以某个角度切掉它或为其开设缝或孔，这全取决于哪种方式对将喷枪插入槽2中的密封唇20和压下件5之间最有利。
图2和图3示出了加压系统的局部截面，它示出了槽2中的密封唇20是如何环绕喷枪1密封地安装在喷气端10上的。密封唇20是用有弹性的弹性材料制成的，它可以多多少少地受到压缩，并且密封唇材料可以例如是泡沫橡胶，或者密封唇20可以呈软管形式，并从外部压力源给该软管形密封唇加压，从而压力沿唇分界面21将它们彼此压紧或像图2、图3所示的那样将它们压在喷枪1上。
如图1所示，加压系统呈压力腔3的形式，它具有一个基本上呈直线延伸的槽2，但是所述槽在入口端(图1的左侧)与铸型部件沿箭头31所示的前进方向相反地斜向上延伸。如在垂直于图1平面的平面内所看到的，槽2基本上成按直线延伸的缝形，从而喷枪可以在槽2的入口端逐渐滑动并且喷枪喷气端10进入压力腔3并且未受到横向力地沿槽2滑动。压力腔单元包括压力腔3、压力腔外壳9、槽2和压下件5，它可以被构造成一个可独立调节的单元并且能够根据喷枪1所经高度、其将被压下的高度和路线进行调节。如果是这样的话，压下件5也可以被设计成可调节式的，从而如果要改变喷枪的压下量，则无需调节整个单元，只要调节压下件5的高度就行了。压下件5当然可以被设计成各种形式的，因此，它可以位于压力腔3之外并适于与一个例如像喷枪1的套环3那种类型的套环配合并安放在套环的下面。它也可以是活动的。加压机构本身可以由一个固定压力源4供压，所述压力源通过软管22与压力腔22相连。因此，上述加压系统可以很灵活且可以在现有设备上简单地加装上该加压系统。
图4a示出了一个加压系统，它又被分成两个压力腔3、3’。当要求沿加压区将压力损失分散给多于一个的压力源时，或者当要求沿加压区增大压力时，这种细分是有利的，通过由压力源4提供压力并由压力源4’施加更高的压力可以实现上述的压力增大。另外，当设备用于生产各种产品时，细分成不同的压力腔也可能是有利的，从而当不需要整段压力区时即铸件在最后的压力腔区的上游已经凝固时，可切断给此段压力区的供压。
图4b示出了当通过一个接连的压力腔施加高压时细分成多于一个压力腔的有利实施例，所述的接连压力腔被装入一个在先的压力腔中，从而压力腔3’、3之间的在整个密封唇20上的压差小于在压力腔3’处密封唇20外为大气压的情况。通过这种布局，可以在比可通过其它方式获得的压力高的压力下和/或减少损失的情况下使用压力腔3’。
总而言之，本发明提供了一种使用呈简单的喷枪形式的加压导管的可行方案，其中可以简单且低成本的方式通过不复杂地加工标准管件或通过其它方式制成喷枪。一种特别有利的可行方案在于，用与有关型腔中的铸件相同的材料制成喷枪。这样，部分实现了避免铸件与外来材料的混杂并且部分实现了喷枪在从铸件中抽出、去毛刺和除去冒口等后可以成为回收以重新熔化的金属总量的一部分，否则将需要耗费劳动力地细致的分门别类处理。
另外，压力源4可以采用比较先进的压力控制装置，这是因为可以简单地选择呈标准压力源形式的压力源如带有必要的控制装置的压缩机。另外，当压力腔外壳9被设计成绕槽2开启的结构时，可以简单地进行磨损部件的更换即密封唇20的更换，从而可以从安放槽中取出密封唇20并换上新的密封唇20就行了，新的密封唇例如成弹性条带的形式，它被切断成槽2所需的长度。当压力腔3或压力腔3、3’被设计成一个能够根据需要来回移动的结构时，加压系统是相当适用的，而且压力腔通过供压导管22即呈软管形式的导管与一个或许多个压力源4、4’相连，这使得将加压机构移动并调节到加压导管在铸型件6外到补缩冒口的所经路线上成为可能，而且这使得使系统适应于各种铸型成为可能，其中呈喷枪形式的加压导管1可以沿各种路径移动。另外，可以简单地使喷枪适应于在各种情况下使用的铸型，该系统所用喷枪1的制造不成问题。另外，可以使用现有的压力源或标准压力源4，该标准压力源通过传统方式与加压机构相连。
附图标记一览表1-喷枪；2、2’-槽；3、3’-压力腔；4、4’-压力源；5-压下件；6-铸型部；7-分型面；8-补缩冒口；9-压力腔外壳；10-加压端/喷枪端/孔；11-喷枪头；13-套环；15-喷气缝/喷气口；16-突出部；20-密封唇；21-唇分界面；22-软管；30、31、32-箭头；
权利要求
1.一种对在铸型(6)中的铸件进行有效补缩的方法，所述铸型具有至少一个补缩冒口(8)，它们分别与至少一个模腔连通，对至少一个补缩冒口中的金属液施加压力并保持和有可能地增大压力，并有可能也在浇注过程中施加、保持并增大压力，直到模腔或型腔中的金属液凝固为止，其特征在于，a)至少一个加压导管或喷枪(1)被插入铸型(6)中；以及b)通过在供给压力的同时将所述的至少一个加压导管或喷枪(1)插入所述至少一个补缩冒口(8)中而对补缩冒口(8)施加压力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在补缩冒口(8)和加压导管或喷枪(1)之间设置了一个例如呈铸型材料、塞头或盖形式的阻挡层，在使其穿透该阻挡层的同时给至少一个加压导管或喷枪供给压力，从而使加压导管与补缩冒口(8)连通起来。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用了一种呈这样一种机构形式的加压导管(1)，即它包括一个如呈一根基本上与一个卸压口(15)刚性相连的管子形式的加压端(10)，通过在加压导管端(10)处或靠近此加压导管端地对加压导管(1)施加力而使具有所述卸压口的加压导管(1)穿过铸型中的材料而进入补缩冒口(8)。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其中包括连续浇注许多沿运动路线前进(31)的铸型(6)，其特征在于，在铸型(6)沿该运动路线前进(31)的过程中，对加压导管(1)的施压是通过将其端部压入在一个槽(2)中的弹性密封唇(20)之间从而使该端(10)与一个在所述密封唇(20)和所述槽(2)之后的压力腔(3)连通地使加压导管端(10)与一个供压链或加压系统相接合而实现的，其中在压力腔(3)中产生了高于大气压的压力。
5.如权利要求3和4所述的方法，其特征在于，当所述加压导管端(10)在压力腔(3)中位于密封唇(20)和槽(20)后时，此端(10)未离开压力腔(3)地被向后压向密封唇(20)，从而致使具有喷气口(15)的加压导管端(11)穿透铸型材料而进入补缩冒口(8)，由此所述加压导管(1)通过所述端(10)和加压导管(1)上的喷气口(15)造成压力腔(3)与补缩冒口(8)之间的压力连通。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，对多于一个的压力区(3，3’)使用压力进给系统，使所述端(10)在穿过压力进给系统时进入至少一个第二压力腔(3’)，使第二压力腔通过所述端(10)与补缩冒口(8)连通起来。
7.如权利要求3-6中至少一项所述的方法，其特征在于，通过一个在加压导管(1)上的部件(13)产生压下力和/或随后的抽取力，该部件(13)离所述端(10)一定距离，该部件(13)尤其是呈套环(13)形式的，当套环靠在铸型(6)上时，可以调节套环以便进一步在铸型(6)和加压导管(1)之间形成密封。
8.如权利要求4-7中至少一项所述的方法，其特征在于，采用了这样的加压系统，其中压力腔(3，3’)中的槽(2)或槽(2，2’)是沿一个平行于加压导管端(10)的前进方向(31)的纵向开设的，槽(2)在其入口端处离铸型列有一个第一距离，槽(2)或槽(2，2’)从此入口端起斜向下地延伸了一段离铸型列较短的第二距离。
9.如权利要求1-8中至少一项所述的方法，其特征在于，当在具有水平分型面或垂直分型面(7)或以任意角与水平面相交的分型面的铸型(6)中进行浇注时，实施该方法。
10.一种实施权利要求1-9中至少一项所述方法的加压件(1)，其特征在于，该加压件(1)成管状喷枪形，在其最后端开设有一个呈入口端形状的孔(10)而在其最前端开设了一个或多个喷气口(15)，喷枪(1)适于以将喷气口(15)或喷气孔与铸型(6)的补缩冒口(8)连通起来的方式插入铸型(6)中。
11.如权利要求10所述的加压件，其特征在于，喷枪(1)的一端被削尖，这一端具有喷气口(15)或喷气孔，此削尖端至少在一个平面内成凿子形状或者在两个平面内成针状。
12.如权利要求11所述的加压件，其特征在于，通过在一个平面内挤压此端并随后在此平面内磨削其侧面而形成了所述的削尖端(11)。
13.如权利要求10-12中至少一项所述的加压件，其特征在于，喷枪(1)配有一个突出件(13)且最好配有一个套环，该部件(13)放置在构成入口端(10)的喷枪端上，而且该部件(13)离开此喷枪端一段距离地设置。
14.如权利要求10-13中至少一项所述的加压件，其特征在于，喷枪(1)至少在最靠近喷气口或孔(15)的那端具有一个涂层或涂黑涂料层。
15.实施权利要求4-10中至少一项所述方法的加压系统，其特征在于，设有至少一个适于由至少一个压力源(4)供压的压力腔(3)，压力腔(3)设有一个槽(2)，此槽由从该槽(2)的各相应侧起环绕一个唇分界面(21)彼此密封地压接的弹性密封唇(20)封闭，槽(2)和密封唇(20)的形状和尺寸适于如此容纳一个如权利要求10-14中至少一项所述的加压件(1)的一端(10)，即此端(10)可以沿槽的纵向并因此沿铸型(6)的前进方向(31)移动，密封唇(20)在所述前进过程中在其唇分界面(21)处基本上不透气地围住所述端(10)。
16.如权利要求15所述的加压系统，其特征在于，槽(2)或槽(2，2’)从上游端开始先斜向下地延伸并接着基本上平行于铸型(6)的前进方向(31)地延伸。
17.如权利要求15或16所述的加压系统，其特征在于，先后设置了许多压力腔(3，3’)，所述压力腔(3，3’)通过一个或许多像权利要求15所述类型的槽(2，2’)彼此分开。
18.如权利要求17所述的加压系统，其特征在于，在一个随后的压力腔(3’)中，槽(2’)在位于一个在先的上游压力腔(3)中的槽(2)的上方延伸，从而第二槽(2’)在第一槽(2)的上方向内伸向压力腔(3’)或在压力腔(3，3’)中延伸。
19.如权利要求15-18中至少一项所述的加压系统，其特征在于，密封唇(20)是由弹性材料如泡沫橡胶制成的。
20.如权利要求15-19中至少一项所述的加压系统，其特征在于，密封唇(20)呈适于由一个外部压力源加压的软管形式。
全文摘要
在浇注具有补缩冒口(8)的铸型(6)中的铸件型腔(未示出)时,插入管形喷枪(1),首先喷枪头距离补缩冒口(8)有一个短距离,随后一个加压腔(3)给喷枪(1)加压并通过一个带斜面的部件(5)使其经过上述短距离地被向下压向补缩胃口(8)以便给补缩冒口加压。在这种布局的情况下,可以给补缩冒口(8)加压而无需给铸型(6)配备复杂的附加装置,而且没有金属液受到不必要的加压的危险。
文档编号B22D18/08GK1248187SQ9880265
公开日2000年3月22日 申请日期1998年3月18日 优先权日1997年3月18日
发明者奥勒·A·雅各布森, 彼得·M·伊韦尔森, 乌弗·安德森 申请人:乔治·费希尔·迪萨公司