专利名称：铸造方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铸造方法和设备，尤其涉及采用感应炉的铸造方法和设备。
背景技术：
感应炉是这样一种装置，其中通过施加磁场而在导电材料中感应产生电流从而导致导电材料熔化。材料因其中的功率耗散而被加热，即所说的欧姆加热，这归因于当电流流过材料时材料的电阻率。传统的感应炉由产生交变电流或交变电压的发电机或换流器(inverter)组成。
本发明既可以用于电流馈电(current-fed)换流器系统，也可以用于电压馈电(voltage-fed)换流器系统，其中电流馈电换流器系统中产生幅值固定的交变电流，电压馈电换流器系统中产生幅值固定的交变电压。无论在哪种情况下，电流或者电压通过呈螺线管形式的感应线圈、以便在线圈周围产生磁场。磁通线形成了环形(toroidal)的形状，其中，环形的中心轴线与线圈的中心轴线重合。传统做法是把要熔化的材料设置在线圈中心处的轴线上，那里的磁通密度最大。传统做法还把此位置处的材料容纳在坩埚里。随着熔化的进行，坩埚中既有固相材料也有液相材料。为了达到较高的铸造质量，即便在完全熔化后，也有必要保持感应加热，以把材料保持在过热状态。一旦达到适当的温度，材料必须被转移到模具或型箱中。这通常通过倾斜坩埚以通过流嘴(spout)或其他出口将其内容物浇入模具、或通过将坩埚加速以在惯性作用下将其内容物喷出来而被实现。
在任一系统中，都要移动坩埚。传统做法中这种移动是有问题的，因为这需要断开螺线管或将坩埚从螺线管上移开。当移动坩埚时，在缺少感应加热的情况下，材料会迅速冷却。这种冷却可能降低最终铸件的质量。
本发明的目的在于解决该问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种铸造设备，包括坩埚支撑和感应加热装置，其设置用来容纳和支撑坩埚，所述坩埚容纳将被熔化并将从坩锅出口浇出的材料，该出口定位在垂直轴线上，而且该支撑和感应加热装置可操作以对材料实施感应加热使其熔化在坩埚中；以及平移装置(translation means)，当该支撑和感应加热装置继续支撑坩埚并对其中的材料实施感应加热时，该平移装置可操作以将坩埚倾斜，导致熔化的材料从坩埚的出口中浇出，在倾斜期间，该平移装置约束坩埚使得出口保持定位在垂直轴线上，由此，至少基本在垂直轴线上将熔化材料从坩埚出口浇出。
优选的设备进一步包括用于支撑模具的模具支撑设备，该模具在垂直轴线上具有进口，随着坩埚的倾斜，熔化的材料将从坩埚被浇入该进口，并且，在进行操作以倾斜坩埚的同时，所述平移装置可操作以导致坩埚与模具支撑设备之间发生相对的垂直运动，使得熔化的材料从坩埚浇入由模具支撑设备支撑的模具的进口。
所述模具支撑设备在垂直方向上可以是固定的，所述平移装置可操作以从初始位置朝向所述模具支撑设备垂直向下移动所述坩埚。
有利地，所述平移装置包括可旋转和垂直移动的支撑构件及在上述支撑构件绕着与垂直轴线相交的水平轴线旋转的同时约束所述支撑构件垂直移动的装置，并且，所述坩埚支撑和感应加热装置被连接至上述支撑构件，使得当该支撑构件垂直移动并旋转、从而倾斜坩埚并使坩埚垂直移动时，被支撑坩埚的出口从而位于垂直轴线上，并遵循该轴线。
因此，本发明的该方面通过在倾斜坩埚以浇出其内容物时保持对材料的感应加热来解决前面提到的问题，即不希望发生的熔化材料冷却问题。本发明通过在倾斜期间控制坩埚的运动使得通常为流嘴的出口沿着预定的垂直轴线朝向模具垂直移动、而进一步解决了适应不同模具尺寸的问题。在实践中，模具的进口将也被定位在该轴线上，使得不管模具的尺寸如何，从坩埚浇出的熔化材料基本上沿着垂直轴线下落进入模具中。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种铸造方法，所述方法包括步骤将待熔化材料放入坩埚，其中所述坩埚具有定位在垂直轴线上的出口；对坩埚内的材料实施感应加热以导致材料熔化；提供模具，所述模具具有在垂直轴线上的模具进口；以及倾斜坩埚，同时保持对材料实施感应加热以及同时将所述坩埚的出口保持在垂直轴线上，以便将熔化的材料由所述出口基本上沿着垂直轴线从坩埚浇入模具中。
本发明的方法和设备的其他特征在所附权利要求中阐述。
现在将参照附图更详细地描述本发明，该描述仅供示例，在附图中图1图解图示了根据本发明的铸造设备的特定部件；图2(a)、3(a)和4(a)以顺序透视解图示出在铸造步骤中的各透视图中图1所示部件的操作；图2(b)、3(b)和4(b)分别以正视解图示与图2(a)、3(a)和4(a)相同的顺序；图5图解图示根据本发明另一实施例的铸造设备的特定部件；以及图6图解图示本发明铸造设备的另外的部件。
具体实施例方式
图1-4中所示的部件形成部分感应炉。在图1中，附图标记10表示坩埚，通常为金属的材料将在坩埚中被熔化，并且熔化的材料将从坩埚被浇入如图6所示的模具或型箱12中。上述坩锅被容纳在具有线圈引线16的感应线圈14中。如图所示，线圈14和引线16为坩埚提供完全的支撑。在某些情况下，也可能需要另外的机械支撑部件以承受坩埚及其内容物的重量。为方便说明，并未图示出这样的另外部件。
线圈引线16以及在被提供的情况下的另外机械支撑部件，在卡盘20处被连接至可旋转和垂直移动的支撑构件18。构件18的形状大致呈圆的扇形，该圆具有圆周22以及与卡盘20隔开的旋转中心轴线24。水平延伸的控制臂26在轴线24处被连接至构件18。
缆索28的一端27被连接至感应炉框架的固定部。缆索28的相对端30朝向构件18的一端被附连至构件18的外周22。以相似的方式，另一缆索36的相对端32和34被连接至固定框架结构、以及朝向构件18的另一端被连接至构件18的外周22。应该指出的是，缆索设置在构件外周处的槽内。
坩埚出口呈流嘴38的形式，其位于轴线24上。
使用时，通过由线圈14产生的磁场导致感应加热来熔化坩埚的内容物。当熔化的内容物要被浇入模具12中时，控制臂26如箭头37所示垂直向下移动。在实践中，可以设置适当的驱动机构以向下移动控制臂。
控制臂26的向下运动也令构件18垂直向下移动，与其一起移动的还有线圈14、坩埚10，若存在机械支撑部件，则所述机械支撑部件也一起移动。同时，由缆索28和36建立的约束装置的作用导致构件18如箭头39所示绕轴线24旋转。因此，构件18执行滚动动作，其中，构件18的外周在包含缆索垂直部的垂直平面上有效滚动。该运动的效果在于坩埚被倾斜使得其熔化的内容物从流嘴38浇出。
图2(a)到4(a)以及图2(b)到4(b)中图示出该顺序，同时还显示，随着坩埚发生倾斜，流嘴38沿着与轴线24相同的垂直轴线40移动，轴线24与轴线40相交。流嘴38沿着不变的垂直路径、即沿着轴线24移动这一点意味着可预期其内容物基本在相同路径上浇出。在这点上，可以理解，材料浇出的垂直路径可略微不同于所述垂直轴线，特别是在坩埚被快速倾斜的情况下。不过仍预期在正常操作中，以正常的倾斜速度，被浇材料将至少基本遵循轴线24所确立的垂直路径。
与图2(a)到4(a)以及图2(b)到4(b)中所示的缆索机构不同的约束装置也在本发明的范围之内。图5中图示出另一例子，它显示了如何通过齿条-小齿轮式机构来约束构件18经历沿垂直方向的滚动运动。构件18的部分圆周形成有齿42，齿42与垂直固定齿条46上的齿44啮合。可以理解，在该情况下，在倾斜期间随着构件18垂直向下移动，坩埚的流嘴一样受到约束从而沿着垂直轴线移动。
贯穿坩埚所经历的旋转和垂直平移始终保持感应加热。这样，可在熔化物中尽可能长时间地保持所需的高温，以便确保实现高质量铸造。
现在参照图6，其图示了铸造设备另外的部件。模具或型箱12的外形为锥形的截头圆锥形，模具或型箱12被互补容纳在锥形摇台(cradle)50内。模具12具有中央漏斗形进口52，进口52位于垂直轴线40上，从而沿垂直方向与流嘴38对准、以便接收从坩埚浇出并垂直下落的熔化材料。
在该实施例中，模具具有内部的型腔(不可见)，所述内部型腔设置在进口沿径向向外的位置，并通过径向沟道或通道(也不可见)与进口相连通。摇台被牢固安装在支撑在轴承座56中的垂直轴54上。三角皮带或带齿皮带57作用于轴60上的带轮58和轴54上的另一带轮64之间，轴60由电机62驱动。在操作中，摇台50和模具12绕垂直轴线旋转。因此，从坩埚中浇出进入进口52的熔化材料通过内部通道向外加速进入型腔中。这样，熔化的材料被迫进入型腔中、以便提高所得铸件的质量。
图6中的附图标记70表示可选的模具或型箱，能够用其来取代模具12并仍然能将其互补套入摇台50中。因此，所述设置的优点在于其适应不同容量模具的能力。进一步的优点在于通过模具以及摇台上的互补锥形实现了对中性(centralization)和模具的适当对准。
螺线管线圈和构件18之间连接的旋转调整的便利、即如上所述通过卡盘20的旋转调整在很多方面也是有利的。其允许关于构件18来设定坩埚的初始取向，即在坩埚起始位置处的取向。通过在该连接点处作适当调整，能够针对不同的熔化物体积来设置坩埚，即能够设定坩埚的倾斜角以便在构件18的向下移动和旋转开始后立即或很快开始浇注。这进而提供了使用具有不同深度的模具的能力，例如模具12和70。更进一步，其通过允许初始倾斜角总是被设定成使坩埚的流嘴或其他出口被正确定位、以在构件18垂直移动和转动时描画垂直轨迹，而为不同容量的坩埚提供了便利。
如上所示，在实践中熔化物可能并不恰好沿着轴线40从流嘴浇出，尤其是当坩埚快速倾斜而导致熔化物带着一定水平动量涌出的时候。在各具体情况中，无论如何该设备将被设置成以期确保模具进口被置于浇注材料的路径上，而且即便不能恰好在垂直轴线40上也一般离垂直轴线40很近。也应相应地解释本说明书中对沿着垂直轴线的熔化物浇注以及处于垂直轴线上的模具进口作出的参考。
权利要求
1.一种铸造设备，包括坩埚支撑和感应加热装置，其被设置用来容纳和支撑坩埚，所述坩埚容纳将被熔化并从坩锅出口浇出的材料，所述出口定位在垂直轴线上，而且所述支撑和感应加热装置可操作以对所述材料实施感应加热使其熔化在所述坩埚中；以及平移装置，当所述支撑和感应加热装置继续支撑所述坩埚并对其中的材料实施感应加热时，所述平移装置可操作以将所述坩埚倾斜，使熔化的材料从所述坩埚的出口中浇出，在倾斜期间，所述平移装置约束所述坩埚使得所述出口保持定位在所述垂直轴线上，由此，至少基本在所述垂直轴线上将熔化材料从所述坩埚的出口浇出。
2.如权利要求1所述的设备，并进一步包括用于支撑模具的模具支撑设备，所述模具具有基本在所述垂直轴线上的进口，随着所述坩埚的倾斜，熔化的材料将从所述坩埚被浇入所述进口，并且，在进行操作以倾斜所述坩埚的同时，所述平移装置可操作以使得所述坩埚与所述模具支撑设备之间发生相对的垂直运动，而使得熔化的材料从所述坩埚浇入由所述模具支撑设备支撑的模具的进口。
3.如权利要求2所述的设备，其中，所述模具支撑设备在垂直方向上是固定的，并且，所述平移装置可操作以从初始位置朝向所述模具支撑设备垂直向下移动所述坩埚。
4.如权利要求3所述的设备，其中，所述平移装置包括可旋转和垂直移动的支撑构件，以及在所述支撑构件绕着与所述垂直轴线相交的水平轴线旋转的同时约束所述支撑构件垂直移动的装置，并且，其中，所述坩埚支撑和感应加热装置被连接至所述支撑构件，使得当所述支撑构件垂直移动并旋转、从而倾斜所述坩埚并使所述坩埚垂直移动时，被支撑坩埚的出口从而位于所述垂直轴线上并遵循该轴线。
5.如权利要求4所述的设备，其中，所述坩埚支撑和感应装置包括可将所述坩锅容纳于其中的螺线管线圈，所述线圈在与水平轴线隔开的位置处被连接至所述支撑构件，其中，所述构件可绕所述水平轴线旋转。
6.如权利要求5所述的设备，其中，所述螺线管线圈以允许绕水平轴线调整所述坩埚相对于所述支撑构件的取向的方式被连接至所述构件。
7.如权利要求4至6中任意一项所述的设备，其中，所述支撑构件具有圆形外周，且所述约束装置进行操作以在所述支撑构件垂直移动时、使得所述支撑构件在该外周上滚动运动。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述构件的形状呈圆的扇形。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述约束装置包括缆索，每根缆索在一端处附连至固定结构，所述缆索具有相对端，所述相对端在角度上隔开的位置处被附连至所述扇形的外周。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述约束装置包括相互啮合的齿，所述齿在所述构件上和固定的垂直元件上，其中，所述构件充当小齿轮，所述固定的垂直元件充当用于小齿轮的齿条。
11.如权利要求3至10中任意一项所述的设备，其中，所述模具支撑设备包括用于旋转所述模具的装置。
12.如权利要求11所述的设备，其中，所述模具支撑设备包括用于支撑所述模具的摇台和用于旋转所述摇台的装置。
13.如权利要求12所述的设备，并包括模具，所述模具包括型腔，所述型腔设置在所述模具的进口沿径向朝外的位置。
14.如权利要求12或13所述的设备，其中，所述摇台呈锥形以容纳并对中锥形的模具。
15.一种铸造方法，包括步骤将待熔化材料放入坩埚，其中所述坩埚具有定位在垂直轴线上的出口；对所述坩埚内的材料实施感应加热以使所述材料熔化；提供模具，所述模具具有基本在所述垂直轴线上的模具进口；以及倾斜所述坩埚，同时保持对所述材料实施感应加热以及同时将所述坩埚的出口保持在所述垂直轴线上，以便将熔化的材料由所述出口基本上沿着所述垂直轴线从所述坩埚浇入模具中。
16.如权利要求15所述的方法，包括在所述坩埚倾斜期间使所述坩埚和所述模具之间发生相对垂直运动的步骤。
17.如权利要求16所述的方法，其中，在所述坩埚倾斜期间，所述坩埚垂直向下朝向所述模具移动。
18.如权利要求15至17中任意一项所述的方法，包括在熔化材料被浇入所述进口时旋转所述模具的步骤。
19.如权利要求18所述的方法，其中，对其中设置有所述模具的摇台实施旋转，从而旋转所述模具。
全文摘要
本发明涉及一种铸造设备，其包括设置成容纳和支撑坩埚(10)的坩埚支撑和感应加热装置(14，16，18)，所述坩埚容纳有材料，所述材料将被熔化并从出口(38)浇出。所述出口定位在垂直轴线(40)上。所述支撑和感应加热装置还操作以对所述材料实施感应加热、以将其熔化在坩埚中。还有平移机构，当所述坩埚仍被支撑时以及持续对所述坩埚加热时，所述平移机构倾斜所述坩埚。该机构以这样的方式操作即，使得在倾斜期间，所述坩埚的出口被保持在垂直轴线上、以便熔化材料在垂直轴线上从所述出口浇出。在所述实施例中，所述坩埚同时朝向熔化物浇入的模具垂直移动。
文档编号F27D11/00GK101044367SQ200580029468
公开日2007年9月26日 申请日期2005年5月17日 优先权日2004年9月2日
发明者伊尔沙德·汗, 韦塞尔·马蒂纳斯·克龙涅 申请人:开普敦大学