專利名稱：一種熱處理裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種鑄造過程中熱處理的方法和裝置，其中鑄件在澆鑄機中成型，澆鑄機包括一個分體式成型模具，該模具具有一個封閉的鑄造室，設計用來裝液態鑄造材料。鑄造材料可以由例如塑料、輕金屬、鑄鐵溶液、貴金屬組成。
本發明還涉及一種包括一個熱處理分離裝置的澆鑄機。
鑄造一個鑄件所用的時間稱作循環時間，循環時間決定每一單位時間生產的鑄件數量。在鑄造過程中為了生產盡可能多的鑄件，生產的大量、短的循環時間是重要的。使循環時間減少證明很難取決于某些自然因素的干擾，比如，在鑄造材料能夠注入到成型模具之前，模具必須達到一定的溫度；并且鑄件為保持其確定的形狀必須在成型模具中冷卻。如果鑄件過早地從成型模具中取出，就有歪斜和尺寸偏差的危險。通過確定開模、關模、冷卻、澆鑄的最佳時間以減少循環時間。循環時間的基本部分由冷卻鑄件的時間和僅僅是為保證鑄件尺寸精度和質量的冷卻時間組成。在某些鑄造過程中，冷卻時間會占到整個循環時間的70-80％。
從附加權利要求可清楚了解本發明的一種裝置和方法的特征。
把鑄件從成型模具傳輸到加工模具，該加工模具包括一個加工表面，其形狀與鑄造室的至少某些部分相仿并且安裝在澆鑄機的外部，某些冷卻時間在澆鑄機外部進行，這意味著循環時間的縮短。這意味著一個新鑄件在澆鑄機中進行鑄造的同時，一個或幾個鑄件能夠被冷卻。
當鑄件冷卻時，收縮從而其形狀改變。當鑄件形狀基本上穩定也就是鑄件的外層形狀穩定時，鑄件就被送到加工模具。在這時，鑄件的內部不需要凝結；因此鑄件形狀沒有完全穩定，還會發生進一步的收縮。當鑄件在加工模具發生這樣的收縮是有利的。根據鑄件的形狀，加工模具需要完全或僅僅部分地模仿鑄造室。對于不太復雜的形狀，加工模具在一個或某些選擇部分仿照鑄造室的形狀就足夠了。另外仿照成型模具的一端也許就足夠了，例如仿照可移動端的形狀，或一端的某些部分。成型模具必需具有非常高的尺寸精度，因而造價非常昂貴。加工模具的形狀不必像成型模具那樣具有高精度，這歸公于這樣的實際情況當鑄件被搬到加工模具時，其形狀已穩定，因此，加工模具造價要低得多。并且在鑄造過程高壓力是常有的，這就要求具有堅實的尺度，特別是在例如噴射澆鑄中。為了使注滿鑄造室的速度盡可能快，必須在高度粘稠的熔化物上施加一個非常大的壓力。如果希望獲得好的鑄件的補償的形態，必須補償鑄造模具打開時的溫度下熔化物由液態變為固態時鑄造物體積的增加。因此，必要的高壓使得成型模具非常貴，在大量生產中需求量很高。
成型模具最好用導熱材料制成，比如用像鋁、鎂或鐵之類金屬。其它可用材料是鍍金屬塑料，比如有金屬覆蓋層的塑料或者導熱塑料，即混合金屬的塑料，以提高其導熱性能。如果加工模具用熱導電的、重的材料制成，熱處理就會是鑄件在加工模具中保存一定時間，熱量通過導熱材料帶走。為了加速冷卻達到控制溫度，加工模具可以配備冷卻結構，比如傳導熱量的散熱凸緣或以上述材料為冷卻介質的溝槽。
在本發明的一個實施例中，加工模具包括一個或者若干個槽用來充當增加和消除熱量的媒介。該媒介的溫度由鑄件是否要被冷卻或加熱決定。加工模具既能用來冷卻鑄件也能用來加熱鑄件。在某些情況下，還必須在熱的鑄件傳送到加工模具前加熱加工模具，目的是減小鑄件和加工模具之間的溫差，防止產生裂紋。冷卻槽可以在加工模具的內部或者位于外部，散熱介質可以是液體、氣體或空氣。在本發明的一個實施例中，加工模具包括若干個槽用來充當傳導媒介，它們之間具有不同的溫度。由不同的溫度的媒介組成不同溝槽的目的是在某些應用中想要鑄件的不同部分有不同的冷卻過程。例如，當鑄件的不同部分具有不同的材料厚度時，薄的部分比厚的部分冷卻快，這可能導致有害的材料變形，諸如裂紋。通過厚的部分比薄的部分冷卻多，使整個鑄件實現相同的冷卻速率。由于其中的這些溝槽和介質，我們可以控制熱處理效果，并且以這樣的方式控制內部張力是可能達到的。
在大批量的生產中，工序應該是自動化的。在本發明的一個實施例中，包括一個用來把鑄件從成型模具傳輸到加工模具的操作桿。比如操作桿可以是一個由一個活動臂組成的機械手、門式機械手或者一個機械工具。在一個實施例中，加工模具固定地安裝在澆鑄機的外部。鑄件由操作桿從成型模具取出，傳輸運送到加工模具以冷卻或加熱鑄件。
在本發明的一個優選實施例中，操作桿可轉換地連接于加工模具。這意味著把鑄件從成型模具中取出并從成型模具直接傳輸到加工模具時，加工模具和操作桿相配合。在熱處理期間，操作桿也運送加工模具。鑄件被傳送到相應于鑄件形狀的加工模具的一個優點是以這樣的一種方式鑄件能夠獲得一個很適當的限定位置使得連續自動地操縱鑄件成為可能并提供便利。例如，如果處于工序下一個步驟的鑄件正好和另一個鑄件相銜接，它的位置被很適當的限定是重要的。
在一個實施例中，加工模具包括聯接鑄件和加工模具的聯接裝置，目的是為了從鑄造室中取出鑄件并且防止鑄件從成型模具中運出時從加工模具里掉出來。在本發明的一個優選實施例中，是通過負壓連接鑄件和加工模具。這樣的一個負壓能夠由比如吸盤或者抽出大氣的空腔實現。該連接還可以通過卡接工具，例如卡爪，或通過粘附，例如膠合或用膠帶粘貼。
在本發明的一個實施例中，加工模具包括具有調整熱處理鑄件變形的加工表面的裝置。當鑄件在加工模具中冷卻，由于收縮會產生一定的變形。為了保持鑄件和加工模具的表面接觸良好，不管鑄件是否收縮，加工模具裝有收縮的隨動裝置。該裝置可以具有彈性，例如一些塑料。
有時候要求鑄件的某些部分具有高的尺寸精度，而對鑄件的其它部分尺寸精度的要求低。還有一些鑄件過分細長，因此需要把他們固定。本發明的一個實施例中，加工模具包括熱處理過程中至少固定鑄件某些部分的裝置。這些裝置的用途是確保鑄件選擇部分的尺寸精度。在鑄件從成型模具運走的過程中也需要固定。
在一些實際應用中，鑄件需要保持在加工模具中的時間比鑄造循環時間長。如果加工模具包括兩個或者幾個加工表面，幾個鑄件就可以同時被冷卻。那么，在早先鑄造好的一個或者幾個鑄件冷卻的同時，一個新鑄件可以拿來。
根據本發明的另一個實施例，包括一個由若干加工表面組成的加工調色板(palette)，用于在已有外部澆鑄機制造出一個新的鑄件的同時處理幾個鑄件。加工調色板(palette)可旋轉，例如轉爐，其中操作桿傳輸形狀穩定的鑄件到這些加工室。
根據本發明的另一個實施例，熱處理涉及噴射鑄造塑料件的冷卻。傳統的噴射鑄造機的成型模具包括在該成型模具中用來引導冷卻塑性熔體的冷卻液的冷卻槽。比如當制造一個具有矩形通孔的矩形鑄件時，帶有一個貫穿鑄件的矩形孔，熔化物通過一個入口沿著成型模具壁的形狀流入充滿模具。這樣該熔化物將與入口相反方向的熔融材料相遇并結合。該接合處是力的薄弱點，因為當熔融材料與從其相對方向的熔融材料相遇時溫度已經降低。從本實施例得出的一個確定結果，控制在噴射鑄造機外部的冷卻時間的基本部分，通過加熱成型模具可以實現，并且以這種方式便于所述結合。
通常當熔融材料比較快地冷卻到固態，就會產生內部張力。由熱產生的內部張力能夠使鑄件變形甚至產生裂紋。如果冷卻不是非常慢地進行，這些張力將永久存在于產品中，通常到現在為止慢速冷卻在經濟上不合理，因為本發明沒有寫出代表鑄造過程循環時間的熱處理發生的缺點。
在噴射鑄造過程中，本發明的一種裝置和方法本質上是有用的。其中把液態塑性材料注入鑄造室形成鑄件，之后成型鑄件部分固化后在鑄造室外部進行冷卻。


本發明的裝置和方法的一個示范實施例將結合以下附圖進行描述。
圖1是一種鑄件熱處理加工模具。
圖2a-2c是一種用本發明的裝置對鑄件進行熱處理的方法。
圖3a是由澆鑄機成型的一種鑄件。
圖3b是一種加工模具，具有熱處理過程中固定鑄件選擇部分的裝置。
此外，加工模具1包括若干連接溝槽7，通向加工表面3，這樣的結構能使他們能被排空大氣，在溝槽產生負壓力。連接溝槽7構成聯接裝置，用來連接鑄件和加工模具1，于是固定鑄件。連接溝槽排空大氣，鑄件通過吸力連接于加工表面，并且只要連接溝槽處于負壓，鑄件被固定加工表面3上。
如圖2a-2c是本發明的一種方法能夠應用在噴射鑄造過程中，生產彈性鑄件。澆鑄機50包括一個成型模具，在本發明示范實施例中包括兩部分，固定部分10和可移動部分11。加工模具1由操作桿12攜帶傳送，在本示范實施例中操作桿是一個六軸機械手。該機械手包括臂13，可以彼此相對轉動。當成型模具閉合固定，液態塑性材料30壓入成型模具。冷卻在成型模具中進行直到至少鑄件14的外層基本上形狀穩定，也就是說，直到鑄件14形狀足夠穩定，允許到加工模具1的傳送時。當鑄件14具有這樣的形狀穩定性，打開成型模具，參見圖2a。加工模具1由機械手傳送到成型模具的一個部分，比如成型模具的可移動部分1，在這里鑄件14被定位，參見圖2b，碼放鑄件以便鑄件14的表面靠在加工表面3上。當這些表面彼此貼合，連接溝槽7被排空大氣，鑄件連接在加工表面3上。此后，機械手傳送加工模具1連同鑄件14一起從加工成型模具(10，11)到澆鑄機50外部適當的位置，如圖2c。當鑄件冷卻的時候，機械手停留在那里并且夾持加工模具1一段時間。鑄件14靠在加工模具1上的一端由加工模具冷卻，遠離加工模具1的一端通過周圍空氣冷卻。當鑄件14達到預定溫度，也就是當鑄件的形狀足夠穩定能夠進行進一步的加工處理時，鑄件14被操作桿12傳送到比如傳送帶。
鑄造過程中，鑄造材料30從熔融狀態變成固態材料。關于強度，理想的是熔化物緩慢冷卻到固態減少鑄件內部張力的產生和產生裂紋的危險。另一方面，理想的是熔化物較快速冷卻以便縮短成型周期的時間長度。
鑄造過程的三個階段能被判別。在第一階段鑄造材料30是液態熔化物，也就是成型模具10，11的鑄造室40充滿鑄造材料30的時候。該熔化物靠近成型模具10，11較冷的壁的部分最先凝固。不過，此時內部仍然是熔融的。這說明成型過程的第二階段里成型的鑄造材料外部凝固，而其內部是粘稠的熔化物。當外層凝固，鑄造材料收縮到一定程度。作為這的一個結果，張應力在外部產生，因為鑄造材料的外部比內部收縮大。在第二階段，外部基本上形狀穩定；因此成型的鑄造材料被傳輸到本發明的進行進一步熱處理的裝置。成型過程的第三階段在一定時段之后開始，這時成型的鑄造材料內部也凝固并且要收縮。不過這一收縮被外層早先的凝固抵消，結果外層通過外層張力的變化，吸收這些張力也就是說早些時候的張應力轉變為壓應力。
本發明的裝置，在初始階段的鑄件可以從鑄造室傳送并且鑄件最適合在澆鑄機外部被冷卻的時機例如在澆鑄機很長一段時間沒有裝料期間。
本發明的一個實施例中，裝置完全從澆鑄機中分離，以這樣的一種方式裝置允許執行熱處理，不需成型鑄件在澆鑄機中就能進行。因此，澆鑄機裝料為新的鑄造加工。在成型鑄件(14，20)通過處理裝置進行熱處理的同時，新的鑄件(14，20)在成型模具(10，11)中成型。由此平行工序得以實現，就是說鑄件的成型和冷卻同時進行，減少了鑄造工序的循環時間。
本發明的另一個實施例中，加工模具1包括兩部分，都有一個加工表面，其形狀至少部分仿制成型模具(10，11)的兩部分。當加工模具的兩部分合在一起時，構成一個內部空間與成型模具的鑄造室相仿。加工模具的一個部分安裝在機械手上，與在前示范實施例中一樣。加工模具的第二部分固定安裝在澆鑄機的外部。當機械手取出鑄件，鑄件被置于加工模具的固定部分，鑄件整個被加工模具所封閉。這樣整個鑄件就能被加熱或者冷卻。
在本發明的另一個實施例中，加工模具包括幾個部分，其形狀與成型模具相仿。因此可能在冷卻若干個由澆鑄機產生的鑄件的同時，澆鑄機能夠空出進行新鑄件的生產。
當鑄件14在加工模具中冷卻，會發生一定的收縮。為了確保鑄件某些部分的尺寸精度，加工模具1可以裝備可以向鑄件方向移動的可移動部分。對于有凹口的鑄件，例如有一個圓形孔，保證其形狀是非常重要的，一個具有精確外測度的管形構件，能夠在冷卻過程中移入孔中，當達到確定溫度抽出該管形構件，目的是保證鑄件的形狀。如3a是具有矩形通孔的矩形鑄件20。對于該鑄件，重要的是孔的拐角尺寸的正確，從而獲得直角。圖3b給出一種冷卻鑄件20的加工模具21。該加工模具包括四個成直角的塊22其上各附裝可向內或向外滑動的支架23。當加工模具為空時，塊22滑入，當鑄件在加工模具位置時，塊22滑出到預定位置并且在此位置停留直到鑄件20被冷卻。
本發明還涉及一種鑄造鑄件14，20的澆鑄機，該澆鑄機包括一個具有封閉液態鑄造材料的鑄造室40的分體式成型模具，澆鑄機包括一個如上所述的單獨的熱處理裝置。
本發明不是限于給出的實施例，而是可以在后面的權利要求的范圍內予以改變和改進。
例如，熱處理可以包括冷卻也可以包括加熱，當然操作桿可以從成型模具的可移動部分接收鑄件，也可以從成型模具的固定部分接收鑄件。
權利要求
1.一種鑄造過程中的熱處理裝置，其中鑄件(14，20)在澆鑄機(50)中成型，澆鑄機包括一個分體式成型模具(10，11)，該成型模具帶有一個密封的鑄造室(40)，設計用來盛裝液態鑄造材料(30)，其特征在于所述裝置包括一個加工模具(1，21)至少包含一個加工表面(3)，其形狀至少部分地與上述鑄造室(40)相仿，加工模具(1，21)包括連接裝置(7)用來連接鑄造室(40)中成型的鑄件(14，20)和加工模具(1，21)，所述裝置用來對鑄件(14，20)在澆鑄機(50)外部進行熱處理。
2.如權利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于包括一個操作桿(12)，用來把鑄件(14，20)從成型模具(10，11)傳送到澆鑄機(50)外部的一個位置進行熱處理。
3.如權利要求2所述的熱處理裝置，其特征在于加工模具(1，21)可轉換地與操作桿(12)連接。
4.如權利要求2或3所述的熱處理裝置，其特征在于操作桿(12)包括一個活動臂(13)，用以實現傳輸過程中的移動。
5.如前權利要求中的任一權利要求所述的熱處理裝置，其特征在于連接裝置(7)通過負壓來連接鑄件(14，20)和加工模具(1，21)。
6.如前權利要求中的任一權利要求所述的熱處理裝置，其特征在于加工模具(1，21)包括具有與鑄件(14，20)的與熱處理有關的形變相適應的加工表面(3)的裝置。
7.如前權利要求中的任一權利要求所述的熱處理裝置，其特征在于加工模具(1，21)包括在熱處理時至少固定鑄件(14，20)的某些部分的裝置(22，23)。
8.如前權利要求中的任一權利要求所述的熱處理裝置，其特征在于包括若干加工表面以便鑄件(14，20)同時能被處理。
9.如前權利要求中的任一權利要求所述的熱處理裝置，其特征在于加工模具(1，21)由熱導電材料組成，熱傳導在其中進行。
10.如前權利要求中的任一權利要求所述的熱處理裝置，其特征在于加工模具(1，21)包括一個或多個槽(6)用來充當增加和消除熱量的媒介。
11.如權利要求10所述的熱處理裝置，其特征在于加工模具(1，21)包括若干溫度不同的槽(6)用作傳導媒介。
12.如前權利要求中的任一權利要求所述的熱處理裝置，其特征在于該裝置用于冷卻鑄件(14，20)。
13.如前權利要求中的任一權利要求所述的熱處理裝置，其特征在于該裝置用于加熱鑄件(14，20)。
14.如前權利要求中的任一權利要求所述的熱處理裝置，其特征在于一種噴射澆鑄機限定所述澆鑄機(50)，澆鑄材料由塑性材料組成。
15.一種鑄造過程中的熱處理方法，其中液態鑄造材料注入包括一個鑄造室(40)的分體式成型模具(10，11)中，其特征在于鑄造材料一直在鑄造室(40)中直到成型鑄件(14，20)的外層基本上達到形狀穩定，其中鑄件(14，20)和包括一個形狀至少部分地與鑄造室形狀相仿的加工表面的加工模具(1，21)相連，鑄件在所述澆鑄機外部進行熱處理，與此同時，新數量的液態鑄造材料被注入鑄造室(40)中成型新鑄件。
16.如權利要求15所述的熱處理方法，其特征在于鑄件(14，20)從成型模具(10，11)中取出并由操作桿(12)傳送到澆鑄機外部的一個位置。
17.如權利要求15或16所述的熱處理方法，其特征在于當至少鑄件的外層形狀基本穩定時，所述成型模具被打開并且加工模具(1，21)靠著鑄件(14，20)以便鑄件貼合加工表面(3)，并且鑄件(14，20)與加工模具(1，21)通過連接裝置(7)相連接，之后加工模具(1，21)從成型模具(10，11)中被移走。
18.如權利要求17所述的熱處理方法，其特征在于鑄件(14，20)通過負壓與加工模具(1，21)連接。
19.如權利要求15至18中的任一權利要求所述的熱處理方法，其特征在于冷卻鑄件(14，20)直到其溫度達到預定溫度。
20.如權利要求15至19中的任一權利要求所述的熱處理方法，其特征在于加熱鑄件(14，20)直到其溫度達到預定溫度。
21.如權利要求15至20所述的任一權利要求所述的熱處理方法，其特征在于鑄造過程由噴射鑄造過程組成，其中外層形狀基本穩定的鑄件(14，20)把液態塑性材料引進鑄造室生產制造。
22.如前權利要求中的任一權利要求所述的熱處理方法，其特征在于在鑄造室中成型的若干鑄件(14，20)在若干加工模具(1，21)中冷卻，與此同時新的鑄件(14，20)在成型模具(10，11)中依次形成。
23.一種鑄造鑄件(14，20)的機器，包括一個具有封閉液態鑄造材料的鑄造室的可分式成型模具，其特征在于該澆鑄機包括一個如權利要求1至14中的任一權利要求所述的分離裝置。
全文摘要
一種鑄造過程中熱處理的裝置和方法，其中鑄件14，20在澆鑄機50中成型，該澆鑄機包括一個具有封閉的鑄造室40的分體式成型模具10，11，鑄造室(40)設計用來盛裝液態鑄造材料30。該裝置包括至少一個加工表面3其形狀至少部分地與鑄造室40的形狀相近似，一個加工模具1，21包括用來連接在加工模具1，21的鑄造室40中成型的鑄件14，20的裝置7，還包括用來對所述鑄件14，20在澆鑄機50外部進行熱處理的裝置。
文檔編號B22D17/20GK1422205SQ0180790
公開日2003年6月4日 申請日期2001年4月17日 優先權日2000年4月13日
發明者麥克·溫博格 申請人:庫爾特爾腔股公司