УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ РАСПЛАВЛЕННОГО МАТЕРИАЛА И ЛИТЕЙНАЯ МАШИНА
DEVICE AND METHOD FOR METERING MOLTEN MATERIAL AND CASTING MACHINE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для дозированной подачи расплавленного материала для литейной машины, при этом указанное устройство дозированной подачи расплавленного материала содержит вакуумируемый дозатор, который установлен с возможностью перемещения между позицией загрузки расплавленного материала и позицией выгрузки расплавленного материала, и который предназначен для того, чтобы забирать дозированное количество литейного расплавленного материала на позиции загрузки расплавленного материала из плавильной ванны, перемещать его в позицию выгрузки расплавленного материала литейной машины и выгружать там, а также к способу дозированной подачи расплавленного материала при помощи указанного устройства и к литейной машине, оснащенной указанным устройством для дозированной подачи расплавленного материала. Такие устройства и способы применяются, например, в машинах для литья металла под давлением с целью дозированной подачи литейного расплавленного металла.
Уровень техники
Известны устройства для дозированной подачи расплавленного материала, в которых загрузка литейного расплавленного материала происходит путем погружения литейной ложки или ковша в плавильную ванну с последующим перемещением в позицию выгрузки расплавленного материала или в литейную позицию, для того, чтобы выгрузить там расплавленный материал. Ковш может иметь ручное управление или может быть присоединен к транспортирующему механизму, который осуществляет его управление. Во время транспортировки поверхность расплава, загруженного в ковш, подвергается воздействию атмосферного воздуха.
Альтернативно этому употребляются системы дозированной подачи расплавленного материала, в которых расплавленный материал при помощи механического насоса или пневматического вытеснения подается из плавильной ванны плавильной печи в транспортировочную трубу, которая имеет наклон вниз и по которой он поступает на позицию выгрузки расплавленного материала. Однако такая система является сравнительно дорогостоящей, и, кроме того, расплавленный материал относительно сильно охлаждается в процессе прохождения по транспортировочной трубе, если не принимать соответствующих контрмер.
В качестве другой альтернативы известны устройства для дозированной подачи расплавленного материала, которые указаны выше. Они содержат вакуумируемый дозатор с присоединенным к нему вакуумным устройством. Выложенное описание к неакцептованной заявке JP 2000-218360 А описывает устройство дозированной подачи расплавленного материала такого типа, в котором загрузочное отверстие образовано патрубком, выступающим от днища дозатора, как внутрь, так и наружу. Проходящая внутрь половина патрубка закрыта колпаком в виде торцевого конца полой трубы, который расположен вдоль центральной части дозатора и присоединен к источнику инертного газа. На наружной стороне дозатора установлен погружной датчик, который контролирует опускание дозатора в плавильную ванну до достижения предварительно заданной позиции погружения. При помощи датчика веса контролируется количество расплавленного материала, закачанного в дозатор. Благодаря этому, можно исключить датчик уровня наполнения, который традиционно используется в дозаторе.
Выложенное описание к неакцептованной заявке JP 2009-039764 А описывает устройство дозированной подачи расплавленного материала аналогичного типа с вакуумируемым дозатором, в котором загрузочное отверстие также образовано патрубком, выступающим из днища дозатора внутрь и наружу. В этом устройстве половина патрубка, выступающая внутрь, закрывается торцевой стороной запорной штанги, перемещающейся в осевом направлении и имеющей форму колпака. Совершая возвратно-поступательное движение, запорная штанга может перемещаться между открытой позицией, в которой загрузочное отверстие открывается, и закрытой позицией, закрывающей верхний, внутренний конец патрубка. Датчик уровня наполнения, расположенный в дозаторе, определяет, достиг ли расплавленный материал, закачанный в дозатор, предварительно заданной позиции наполнения. Во внутренней части дозатора может быть создан вакуум, или внутренняя часть дозатора может быть заполнена инертным газом. При этом выступающая вниз половина патрубка с загрузочным отверстием в устройствах согласно JP 2000-218360 А и JP 2009-039764 А затрудняет или предотвращает полное освобождение дозатора на позиции выгрузки расплавленного материала, даже в том случае, если в соответствии с указанными описаниями он устанавливается наклонно.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является обеспечение устройства вышеуказанного типа для дозированной подачи расплавленного материала, а также способа дозированной подачи расплавленного материала при помощи указанного устройства и оснащенной им литейной машины, при помощи которых можно предпочтительным образом забирать литейный расплавленный материал из плавильной ванны и транспортировать его к позиции выгрузки, чтобы полностью устранить или по меньшей мере в значительной степени уменьшить нежелательные окислительные воздействия на транспортируемый расплавленный материал и/или нежелательные потери расплавленного материала при транспортировке дозатора от позиции загрузки расплавленного материала к позиции выгрузки расплавленного материала.
Эта задача изобретения решена при помощи устройства для дозированной подачи расплавленного материала с признаками пункта 1 формулы изобретения, способа дозированной подачи расплавленного материала с признаками пункта 9 формулы изобретения и литейной машины с признаками пункта 15 формулы изобретения. Предпочтительные варианты усовершенствования изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Устройство дозированной подачи расплавленного материала согласно изобретению содержит вакуумируемый дозатор и вакуумное устройство для вакуумирования дозатора. Вакуумирование дозатора позволяет исключить воздействие атмосферного воздуха или другой вредной атмосферы на литейный расплавленный материал, загруженный в дозатор. Таким образом, расплавленный материал можно надежно и без влияния химических агентов транспортировать в вакуумированном закрытом дозаторе к позиции выгрузки расплавленного материала или к литейной позиции. Применение вакуумируемого и, следовательно, принудительно закрытого дозатора также минимизирует тепловые потери транспортируемого расплавленного материала, при этом можно дополнительно предусмотреть тепловую изоляцию дозатора.
Устройство дозированной подачи расплавленного материала согласно изобретению отличается тем, что содержит управляемое закрывающее средство для избирательного открытия и закрытия загрузочного отверстия дозатора, при этом в закрытой позиции закрывающее средство закрывает загрузочное отверстие дозатора, оставляя открытым капиллярное отверстие, и/или специальный датчик веса, выполненный с возможностью контроля веса порожнего дозатора при опускании в плавильную ванну до достижения предварительно заданной позиции погружения дозатора.
К вакуумируемому дозатору часто предъявляется требование о том, чтобы во время транспортировки от позиции загрузки расплавленного материала к позиции выгрузки расплавленного материала расплавленный материал, по возможности, не капал и не вытекал из дозатора. Оказалось, что при наличии указанного специального закрывающего средства это требование особенно строго выполняется, поскольку в закрытой позиции закрывающее средство оставляет капиллярное отверстие и, таким образом, не пытается плотно закрыть загрузочное отверстие. Благодаря капиллярному отверстию, расплавленный материал, который после подъема дозатора из плавильной ванны остается в области загрузочного отверстия, в результате поддерживаемого вакуумирования внутреннего объема дозатора и создаваемого им пониженного давления или разрежения, действующего также в области капиллярного отверстия, безопасно и надежно удерживается в дозаторе, не капая и не вытекая из него.
Указанное специальное закрывающее средство может быть дополнительно или альтернативно снабжено датчиком веса, который позволяет безопасно и надежно опускать дозатор в предварительно заданную позицию погружения для забора расплавленного материала из плавильной ванны, без необходимости применения собственного датчика погружения. Датчик веса использует при этом эффект уменьшения измеряемого веса порожнего дозатора при погружении в плавильную ванну под действием результирующей выталкивающей силы. Чем легче дозатор, тем сильнее проявляется этот эффект. Кроме того, на этот эффект может оказывать влияние конструкция погружаемой нижней части дозатора.
В усовершенствованном варианте осуществления изобретения капиллярное отверстие образовано капиллярным кольцевым зазором между внутренней кромкой загрузочного отверстия и наружной кромкой закрывающего средства или по меньшей мере капиллярной канавкой, которая предусмотрена на внутренней кромке загрузочного отверстия или на наружной кромке закрывающего средства. Это обеспечивает функционально полезное и технологически простое исполнение капиллярного отверстия.
В одном варианте осуществления изобретения загрузочное отверстие выполнено в днище дозатора, а управляемое закрывающее средство содержит заглушку, которая установлена с возможностью перемещения в продольном направлении дозатора. Достоинство такой конструкции заключается в том, что дозатор для забора расплавленного материала необходимо опускать в плавильную ванну только его днищем, чтобы всасывать расплавленный металл из плавильной ванны в дозатор через загрузочное отверстие. При этом для выгрузки расплавленного материала из дозатора требуется только открыть закрывающее средство загрузочного отверстия без необходимости перемещения дозатора, например, не требуется наклон дозатора в разгрузочной позиции. Загрузочное отверстие можно легко выполнить таким образом, чтобы полностью освобождать дозатор, не применяя для этого каких-либо дополнительных мер. Для этого загрузочное отверстие может быть расположено, например, в самой нижней точке днища дозатора. В другом варианте осуществления изобретения загрузочное отверстие образовано патрубком, выступающим наружу из днища дозатора. В этом случае для того, чтобы закачать расплавленный металл в дозатор, требуется погружать дозатор в плавильную ванну не по всей ширине днища, а только в области патрубка. Патрубок может иметь сравнительно малый диаметр, что позволяет поддерживать минимальный эффект разрыва поверхностного слоя расплавленного материала в плавильной ванне.
В усовершенствованном варианте осуществления изобретения устройство дозированной подачи расплавленного материала содержит управляемое средство подвода защитного газа, позволяющее регулировать подачу в дозатор обычного защитного газа, который используется, например, для создания защитной атмосферы в плавильной печи над плавильной ванной. При этом защитный газ выполняет свою обычную функцию газообразной защиты расплавленного материала в дозаторе и, кроме того, может поддерживать высокое давление, которое используется для выпуска расплавленного материала из дозатора на позиции выгрузки.
В усовершенствованном варианте осуществления изобретения вакуумное устройство содержит вакуумный насос или управляемый поршневой механизм. Оба альтернативных варианта с относительно малыми затратами обеспечивают требуемое вакуумирование дозатора.
В усовершенствованном варианте осуществления изобретения предусмотрен датчик веса, который выполнен с возможностью контроля веса заполненного дозатора во время его перемещения от позиции загрузки расплавленного материала к позиции выгрузки расплавленного материала для определения возможной потери расплавленного материала.
В усовершенствованном варианте осуществления изобретения предусмотрен датчик веса, выполненный с возможностью контроля веса дозатора на операции выгрузки расплавленного материала для определения полноты освобождения дозатора.
Способ согласно изобретению осуществляется при помощи устройства для дозированной подачи расплавленного материала согласно изобретению.
В усовершенствованном варианте осуществления этого способа для забора расплавленного материала из плавильной ванны дозатор опускают в плавильную ванну до достижения предварительно заданной позиции погружения, определяемой датчиком веса, при этом закрывающее средство загрузочного отверстия устанавливают в открытое положение. При этом опционная подача защитного газа может быть отключена, и включают вакуумное устройство. Благодаря этому, расплавленный материал всасывается в дозатор, а защитный газ, который может находиться в дозаторе, выводится из него.
В усовершенствованном варианте осуществления изобретения загрузку расплавленного материала из плавильной ванны в дозатор заканчивают по истечении предварительно заданного периода времени или при достижении определяемого предварительно заданного количества заполняющего расплавленного материала в дозаторе, например, при помощи датчика веса, при этом закрывающее средство загрузочного отверстия устанавливают в закрытое положение. Это выгодно упрощает загрузку и транспортировку точно дозированного количества расплавленного материала от плавильной ванны к позиции выгрузки.
В одном варианте осуществления изобретения вакуумное устройство после окончания загрузки расплавленного материала из плавильной ванны в дозатор при закрытом закрывающем средстве загрузочного отверстия остается включенным до начала операции выгрузки расплавленного материала. Это позволяет производить обезгаживание расплавленного материала, загруженного в дозатор, во время его транспортировки к позиции выгрузки. Кроме того, в тех вариантах осуществления изобретения, в которых предусмотрено наличие открытого капиллярного отверстия при закрытом отверстии для выхода расплавленного материала, продолжение вакуумирования дозатора в сочетании с капиллярным отверстием обеспечивает надежное сохранение расплавленного материала на дозаторе или внутри дозатора, что предотвращает случайные потери расплавленного материала во время транспортировки от позиции загрузки к позиции выгрузки.
В усовершенствованном варианте осуществления изобретения для выгрузки расплавленного материала из дозатора закрывающее средство загрузочного отверстия устанавливают в открытое положение, и включают подачу защитного газа. Благодаря этому, под действием повышенного давления защитного газа и силы тяжести расплавленный материал можно плавно выгрузить из дозатора.
В усовершенствованном варианте осуществления изобретения вес дозатора контролируют при перемещении от позиции загрузки расплавленного материала к позиции выгрузки для определения возможной потери расплавленного материала и/или на операции выгрузки расплавленного материала для определения полного освобождения дозатора. Для этой цели может быть использован, в частности, датчик веса, который предусмотрен также в соответствующих вариантах осуществления изобретения.
Машина для литья под давлением согласно изобретению оснащена устройством для дозированной подачи расплавленного материала согласно изобретению. При этом имеется в виду, в частности, машина для литья металла под давлением, а обрабатываемый металлический материал может представлять собой, например, алюминий, магний или цинк.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлены:
фиг. 1 - схематическое изображение в продольном разрезе устройства для дозированной подачи расплавленного материала с вакуумируемым дозатором и с вакуумным насосом в качестве вакуумного устройства,
фиг. 2 - вариант устройства для дозированной подачи расплавленного материала с фиг. 1 с поршневым механизмом в качестве вакуумного устройства,
фиг. 3 - схематический вид в разрезе описываемой части машины для литья металла под давлением с устройством для дозированной подачи расплавленного материала с фиг. 1 или фиг. 2,
фиг. 4 - блок-схема последовательности операций способа дозированной подачи расплавленного материала, осуществляемого при помощи показанных устройств,
фиг. 5 - частичный вид в разрезе нижней части дозатора с фиг. 1 или фиг. 2 в позиции всасывания расплавленного материала,
фиг. 6 - вид, соответствующий фиг. 4, но с дозатором, расположенным в позиции транспортировки между позициями загрузки расплавленного материала и выгрузки расплавленного материала,
фиг. 7 - вид, соответствующий фиг. 4, но с дозатором, расположенным в позиции выгрузки расплавленного материала,
фиг. 8 - схематический продольный разрез другого варианта осуществления устройства для дозированной подачи расплавленного материала согласно изобретению, содержащего датчик веса,
фиг. 9 - вид, соответствующий фиг. 8, с устройством для дозированной подачи расплавленного материала, опущенным в плавильную ванну,
фиг. 10 - вид, соответствующий фиг. 9, с устройством для дозированной подачи расплавленного материала в процессе заполнения,
фиг. 11 - вид, соответствующий фиг. 10, с устройством для дозированной подачи расплавленного материала в процессе транспортировки от позиции загрузки к позиции выгрузки,
фиг. 12 - поперечное сечение по оси XII-XII с фиг. 11,
фиг. 13 - поперечное сечение, соответствующее фиг. 12, для модифицированного варианта осуществления изобретения и
фиг. 14 - вид, соответствующий фиг. 11, с устройством для дозированной подачи расплавленного материала в позиции выгрузки.
Осуществление изобретения
Устройство для дозированной подачи расплавленного материала, показанное на фиг. 1, в качестве средства для загрузки расплавленного материала содержит вакуумируемый дозатор 1 с, по существу, цилиндрическим корпусом 1а и крышкой 1b, которая для покрытия корпуса 1а устанавливается на него сверху и присоединяется к нему с возможностью отсоединения. Для этого корпус 1а на верхней стороне содержит выступающий наружу круговой фланец 1с, к которому крышка 1b прикрепляется, например, при помощи не показанных резьбовых соединений, при этом между фланцем корпуса 1с и крышкой 1b установлено кольцевое уплотнение 2. На крышке 1b выполнен скошенный кверху фланец 3 с отверстием 3а для подвешивания, при помощи которого дозатор 1 можно присоединить к транспортирующему механизму с возможностью поворота относительно вертикальной оси.
Днище 1d корпуса 1а имеет воронкообразную форму с сужающимся в основании участком, от которого вниз выступает патрубок 1е, содержащий загрузочное отверстие 4, по которому расплавленный материал можно подавать в дозатор 1 и снова выгружать из него.
Загрузочное отверстие 4 связано с управляемым закрывающим средством, которое содержит заглушку 5, установленную с возможностью перемещения параллельно продольной оси корпуса 1а в дозаторе 1. За счет перемещения в продольном направлении, показанном стрелкой Р1, заглушку 5 можно избирательно устанавливать в закрытую позицию или в открытую позицию, при этом на фиг. 1 заглушка 5 показана в открытой позиции, открывающей загрузочное отверстие 4. Для управления заглушкой 5 служит соответствующий линейный привод 6, который прикреплен к крышке 1b дозатора.
С дозатором 1 связано вакуумное устройство, которое в варианте осуществления, показанном на фиг. 1, содержит вакуумный насос 7. Вакуумный насос 7 при помощи комбинированного вакуумпровода/трубопровода 8 для защитного газа соединяется с камерой дозатора 1.
Кроме того, дозатор 1 соединяется со средством подвода защитного газа, содержащим источник 9 защитного газа, который при помощи трубопровода 10 для защитного газа соединяется с комбинированным вакуумпроводом/трубопроводом 8 для защитного газа. В трубопроводе 10 для защитного газа предусмотрен опционный ручной запорный вентиль 11 и управляемый магнитный вентиль 12.
Путем соответствующего активирования вакуумного насоса 7 или средства подачи защитного газа 9-12 можно избирательно вакуумировать камеру 14 дозатора 1 или подавать в нее обычный защитный газ, например, азот. Участок 8а комбинированного вакуумпровода/трубопровода 8 для защитного газа выполнен из гибкого материала, например, в виде соответствующего отрезка шланга, для того, чтобы дозатор 1 мог в определенной степени перемещаться относительно вакуумного насоса 7 и источника 9 защитного газа. При этом соединение дозатора 1 с вакуумным насосом 7 и источником 9 защитного газа не препятствует требуемой транспортировке расплавленного материала даже в том случае, если вакуумный насос 7 и источник 9 защитного газа установлены стационарно.
Дозатор 1 снабжен также датчиком 13 уровня наполнения для определения уровня наполнения дозатора 1 расплавленным материалом. В показанном примере датчик 13 уровня наполнения выполнен в виде стержневого указателя уровня известного типа, который прикреплен к крышке 1b дозатора и проходит оттуда вниз в камеру 14 дозатора. В зависимости от необходимости и конструктивного исполнения датчик 13 уровня наполнения расплавленным материалом непрерывно измеряет уровень наполнения дозатора 1 расплавленным материалом или определяет, достиг ли уровень наполнения расплавленным материалом определенного порогового значения, превышает его, или не достиг этого уровня.
На наружной стороне дозатора 1 установлен датчик погружения в плавильную ванну, который позволяет определять наличие и/или глубину погружения дозатора 1 в плавильную ванну плавильной печи для забора расплавленного материала. В показанном примере этот датчик выполнен в виде известного стержневого указателя уровня, который прикреплен к наружной кромке крышки 1b дозатора снаружи корпуса 1а и направлен вниз. При этом его измерительная часть проходит вниз по меньшей мере до уровня днища 1d корпуса или впускного/выпускного патрубка 1е. Благодаря этому, можно измерять глубину погружения впускного/выпускного патрубка 1е в плавильную ванну.
На фиг. 2 показан вариант осуществления устройства, который отличается от фиг. 1 только исполнением вакуумного устройства. В остальном для идентичных или функционально эквивалентных компонентов используются одинаковые ссылочные номера и применимо приведенное выше описание к фиг. 1.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, вакуумное устройство содержит поршневой механизм 17 с цилиндром 16, поршнем 18, который установлен с возможностью осевого перемещения в цилиндре, и штоком 19 поршня, который отходит с одной стороны от поршня, выступает из торцевой стороны цилиндра 16 и соответствующим концом соединяется с линейным приводом 20. Под действием линейного привода 20 поршень 18 может перемещаться в цилиндре 16, как показано двунаправленной стрелкой Р2, между полностью втянутой крайней позицией А, показанной сплошными линиями, и полностью выдвинутой позицией С, показанной штриховыми линями. При помощи датчика 21, функционирующего в качестве концевого выключателя для линейного привода 20, определяется промежуточная или средняя позиция В, также показанная штриховыми линиями. При втягивании поршня 18 происходит вакуумирование дозатора 1, например, при загрузке расплавленного материала в дозатор 1. Движение поршня 18 вперед может происходить, например, во время операции выгрузки расплавленного материала.
На фиг. 3 показано устройство дозированной подачи расплавленного материала с фиг. 1 или с фиг. 2, установленное на литейной машине. В представленном варианте осуществления литейная машина в качестве примера представляет собой машину для литья под давлением металлических деталей, в частности, деталей из алюминия, магния или цинка.
Машина для литья под давлением содержит известный блок 22 не показанной здесь литьевой формы с неподвижной и подвижной полуформой, которая приводится в действие также не показанной здесь замыкающей частью, и блоком дозированной подачи расплавленного материала, который в показанном примере содержит горизонтальный литьевой цилиндр 23 с расположенным в его верхней части загрузочным отверстием 24 для дозированной подачи расплавленного материала, а также пресс-поршень 25. Пресс-поршень 25 установлен в литьевом цилиндре 23 с возможностью перемещения в осевом направлении между отведенным назад положением, открывающим загрузочное отверстие 24, как показано на фиг. 3, и выведенным вперед положением, при этом пресс-поршень 25 при перемещении вперед в крайнее выдвинутое положение выдавливает в предварительно закрытую литьевую форму дозированное количество расплавленного металла, предварительно загруженного в литьевой цилиндр 23.
Кроме того, машина для литья под давлением содержит плавильную печь 26, которая расположена на предварительно заданном расстоянии от блока 22 литьевой формы. Плавильная печь 26 является печью известного типа и содержит плавильный горшок 27 для приготовления плавильной ванны 28 соответствующего металлического материала.
Машина для литья под давлением оснащена устройством для дозированной подачи расплавленного материала, показанным на фиг. 1 или фиг. 2, для того, чтобы отбирать из плавильной ванны 28 предварительно заданное дозированное количество расплавленного материала для соответствующего процесса литья, транспортировать его к загрузочному отверстию 24 литьевого цилиндра 23 и выгружать там в литьевой цилиндр 23. Для этого устройство дозированной подачи расплавленного материала содержит дозатор 1 и транспортирующий механизм 29, к которому присоединен дозатор 1.
В показанном примере транспортирующий механизм 29 специально содержит поворотный рычаг 31, который приводится в действие соответствующим поворотным приводом 30, и к свободному концу которого шарнирно присоединено подвесное устройство 3, 3а дозатора 1. Поворотный рычаг 31 совершает поворотное движение по примерно полукруглой траектории, показанной штриховой дугой 32, для того, чтобы перемещать дозатор 1 между позицией загрузки расплавленного материала в горшке 27, показанной сплошной линией, и позицией выгрузки расплавленного материала в литьевой цилиндр 23, показанной штриховой линией. Шарнир дозатора 1 на поворотном рычаге 31 выбирается таким образом, чтобы дозатор 1, как показано, мог ограниченно поворачиваться относительно поворотного рычага 31, занимая в позиции загрузки расплавленного материала в горшке 27 вертикальное положение, а в позиции выгрузки расплавленного материала, имея, как показано, небольшой наклон над литьевым цилиндром 23 относительно вертикального положения дозатора. Это можно реализовать, например, при помощи цепного механизма с цепью 33 между ведущим цепным колесом 34 на конце поворотного рычага 31, установленном на шарнире, и ведомым цепным колесом 35 на шарнире дозатора, установленном на свободном конце поворотного рычага, при этом цепные колеса 34, 35 имеют различное число зубьев, например, ведущее цепное колесо 34 имеет больше зубьев, чем ведомое цепное колесо 35. Во время поворотного движения поворотного рычага 31 по полуокружности дозатор 1 синхронно совершает поворотное движение между его вертикальным положением на позиции загрузки расплавленного материала в горшке 27 и его наклонным положением на позиции выгрузки расплавленного материала над литьевым цилиндром 23.
Ниже приведено более подробное описание процесса дозированной подачи расплавленного материала в машину для литья металла под давлением с фиг. 3 со ссылками на блок-схему последовательности операций на фиг. 4 и на частичные виды, соответствующие различным стадиям процесса фиг. 5-7. При выключенной машине или во время простоя транспортирующий механизм 29 удерживает дозатор 1 в позиции ожидания, соответствующей шагу S1 на фиг. 4, за пределами плавильного горшка 27 над плавильной печью 26. В этой позиции ожидания вакуумное устройство 7, 16-21 выключено.
Как только требуется проведение процесса литья, транспортирующий механизм 29 опускает дозатор 1 в плавильный горшок 27 до тех пор, пока датчик 15 погружения не установит, что впускной/выпускной патрубок 1е дозатора 1 погружен в плавильную ванну 28. Датчик 15 погружения определяет, в частности, что его чувствительный элемент, установленный несколько выше уровня нижней кромки патрубка 1е, достиг зеркала 28а плавильной ванны 28. Соответствующий сигнал датчика 15 погружения используется в качестве управляющего сигнала, который устанавливает заглушку 5 в открытое положение, если она уже не находилась там в позиции ожидания дозатора 1, магнитный вентиль 9 закрывается, и включается вакуумное устройство 7, 16-21. При этом целесообразно, чтобы магнитный вентиль 9 был открыт перед погружением дозатора 1 в плавильную ванну 28 для заполнения камеры 14 дозатора защитным газом. Кроме того, под действием этого сигнала датчика 15 погружения прекращается перемещение поворотного рычага 31, т.е., дозатор 1 остается в позиции загрузки расплавленного материала, показанной на фиг. 3, где его патрубок 1е погружен в плавильную ванну 28. Достоинство этого заключается в уменьшении сил сопротивления при разрыве поверхностного слоя расплавленного материала на зеркале 28а ванны. При этом силы сопротивления, создаваемые поверхностным слоем расплавленного материала, остаются минимальными и, в частности, гораздо меньшими, чем, например, при погружении литейного ковша согласно вышеуказанной традиционной технологии, использующей литейный ковш.
После окончания этого процесса погружения дозатора, соответствующего шагу S2 на фиг. 4, 5, требуемое дозированное количество расплавленного материала из плавильной ванны 28 загружается в дозатор 1 согласно шагу S3 на фиг. 4. Для этого, как указано выше, включается вакуумное устройство 7, 16-21, и под действием разрежения, образующегося в камере 14 дозатора, расплавленный металл 37 всасывается в камеру 14 дозатора через впускное/выпускное отверстие 4, открытое заглушкой 5, как показано на фиг. 5 стрелками 36, указывающими направления потоков расплавленного материала. Как только уровень расплавленного материала 37, всасываемого в дозатор 1 через патрубок 1е, действующий в качестве всасывающего патрубка, достигнет нижнего конца измерительного элемента датчика 13 уровня наполнения, датчик 13 уровня наполнения указывает это и генерирует соответствующий сигнал, под действием которого процесс загрузки расплавленного материала прекращается. Для этого заглушка 5 перемещается в позицию, в которой она закрывает загрузочное отверстие 4, оставляя капиллярное отверстие 4а, как показано на фиг. 6. Иными словами, заглушка 5 в закрытой позиции не полностью закрывает загрузочное отверстие 4, но оставляет капиллярное отверстие 4а между внутренней кромкой 1е′ впускного/выпускного патрубка 1е и наружной кромкой 5а заглушки 5. Такое отверстие можно получить, например, если выбрать наружный диаметр заглушки 5 меньшим, чем внутренний диаметр впускного/выпускного патрубка 1е, на величину, соответствующую размеру капилляра.
Альтернативно описанному применению датчика 13 уровня заполнения расплавленным материалом дозирование количества расплавленного материала, загружаемого в дозатор 1, можно осуществлять путем настройки предварительно заданного периода времени и/или предварительно заданного всасывающего эффекта вакуумного устройства в процессе всасывания расплавленного материала. Так, например, заглушку 5 после истечения предварительно заданного периода времени можно переводить в закрытую позицию и/или устанавливать мощность всасывания вакуумного устройства, достаточную для всасывания расплавленного материала в дозатор 1, только в течение предварительно заданного периода времени. Кроме того, в примере осуществления, показанном на фиг. 2, сигнал опознавания концевого выключателя 21 можно использовать для того, чтобы переводить заглушку 5 в закрытую позицию, когда поршень 18 достигает центральной позиции В.
Вакуумное устройство 7, 16-21 остается включенным, однако, в некоторых случаях - с измененной мощностью всасывания. Так, например, для устройства, показанного на фиг. 1, можно путем переключения уменьшать объем или мощность всасывания вакуумного насоса 7. Для устройства, показанного на фиг. 2, всасывающий эффект для забора расплавленного материала 37 регулируется путем обратного перемещения поршня 18 из выдвинутой крайней позиции А в центральную позицию В. Эта центральная позиция поршня 18 распознается концевым выключателем 21, сигнал опознавания которого вызывает переключение связанного с ним линейного привода 20 на уменьшение скорости штока 19, по существу, одновременно с перемещением заглушки 5 в закрытую позицию. Продолжая медленно перемещаться из центральной позиции В во втянутую крайнюю позицию С, поршень 18 поддерживает ограниченный всасывающий эффект.
Затем дозированное количество расплавленного материала, загруженное таким образом в дозатор 1, согласно шагу S4 с фиг. 4 транспортируется к позиции выгрузки расплавленного материала в литьевом цилиндре 23, при этом впускное/выпускное отверстие 4 дозатора 1 является закрытым, и производится откачивание объема газа из камеры 14 дозатора над загруженным расплавленным материалом. Для этого закрытый дозатор 1, который содержит загруженный расплавленный материал 37, перемещается транспортирующим механизмом 29 из плавильного горшка 27 к позиции выгрузки расплавленного материала в литьевом цилиндре 23 через его загрузочное отверстие 24, как показано на фиг. 3. На фиг. 6 дозатор 1 показан в этом транспортном положении с дозированным количеством загрузочного расплавленного материала 37, при этом заглушка 5 закрывает впускное/выпускное отверстие 4, оставляя открытым капиллярное отверстие 4а.
Как указано выше, поскольку во время транспортировки закрытого дозатора 1 сохраняется определенная мощность всасывания вакуумного устройства 7, 16-21, предпочтительно осуществляется необходимое обезгаживание расплавленного материала 37, загруженного в дозатор 1, и одновременно, благодаря капиллярному отверстию 4а, обеспечивается надежное удержание загруженного расплавленного материала 37 в дозаторе 1. В частности, расплавленный металл 37 также безопасно и надежно удерживается в области впускного/выпускного патрубка 1е на дозаторе и внутри дозатора 1, поскольку, благодаря капиллярному отверстию 4а, там сохраняется всасывающий эффект вакуумного устройства 7, несмотря на то, что заглушка 5 находится в закрытом положении. Расплавленный материал, который находится у нижней кромки впускного/выпускного патрубка 1е, под действием всасывающего эффекта втягивается в капиллярное отверстие 4а и поэтому остается на дозаторе 1 без нежелательного капанья. Размер капиллярного отверстия 4а определяется с учетом таких обычных параметров влияния, как форма впускного/выпускного патрубка, давление всасывания, а также плотность и вязкость расплавленного материала и выбирается, например, экспериментально.
Затем может быть выполнена операция выгрузки расплавленного материала, во время которой дозированное количество расплавленного материала 37 из дозатора 1 через загрузочное отверстие 24 подается в литьевой цилиндр 23 при отведенном назад пресс-поршне 25, см. шаг S5 на фиг. 4. После того как дозатор 1 достигнет позиции выгрузки или опорожнения через загрузочное отверстие 24 литьевого цилиндра 23, заглушка 5 снова возвращается во втянутую открытую позицию, в которой она открывает впускное/выпускное отверстие 4. При этом открывается магнитный вентиль 12 и снова включается подача защитного газа в камеру дозатора. Одновременно прекращается работа вакуумного устройства. В случае устройства, показанного на фиг. 1, это осуществляется при помощи выключения вакуумного насоса 7. В случае устройства, показанного на фиг. 2, поршень 18 удерживается в отведенной назад крайней позиции С. Альтернативно этому поршень 18 уже во время операции выгрузки дозатора 1 снова возвращается в выдвинутую вперед позицию А. Вследствие этого расплавленный материал, загруженный в дозатор 1, выходит через впускное/выпускное отверстие 4 и через загрузочное отверстие 24 из дозатора 1 в литьевой цилиндр 23 под действием силы тяжести и поддерживается за счет подачи защитного газа под давлением в камеру 14 дозатора, а также за счет перемещения поршня из его задней крайней позиции С в переднюю крайнюю позицию А.
На фиг. 7 показан частичный вид дозатора 1 в этой позиции выгрузки, при этом стрелками 38 обозначены соответствующие выходные потоки расплавленного материала. После этого дозатор 1 снова готов к загрузке расплавленным материалом и при помощи транспортирующего механизма 29 возвращается из позиции выгрузки в позицию ожидания над плавильной печью 26 или сразу в позицию загрузки в плавильном горшке 27.
Другой предпочтительный пример осуществления изобретения показан на фиг. 8-14. Поскольку это устройство содержит компоненты, идентичные или эквивалентные компонентам, показанным на фиг. 1-7, для простоты понимания они обозначены одинаковыми ссылочными номерами, при этом можно также сослаться на вышеприведенное описание устройства, показанного на фиг. 1-7, включая его принцип действия и достоинства. Это относится, например, к остающемуся открытым капиллярному отверстию 4а между впускным/выпускным патрубком 1е и заглушкой 5, когда последняя находится в позиции, закрывающей загрузочное отверстие 4, как показано на фиг. 8.
В отличие от устройства на фиг. 1-7 устройство на фиг. 8-14 дополнительно содержит датчик 40 веса, который расположен между линейным приводом 6 заглушки 5, выполненным здесь в виде поршневого механизма, и несущим элементом 41, посредством которого дозатор 1 в этом примере соединяется с не показанным подробнее транспортирующим механизмом, конструкция и принцип действия которого соответствуют, например, транспортирующему механизму 29 с фиг. 3. Корпус 1а в этом примере посредством крышки 1b дозатора прикреплен к корпусу поршневого механизма 6. Датчик 40 веса, называемый также тензодатчиком, содержит обычный измерительный элемент для измерения веса присоединенного дозатора 1 вместе с поршневым механизмом 6 и блок обработки данных для обработки результатов измерения веса.
В зависимости от требований и условий применения блок обработки данных, поступающих от датчика, может быть объединен с измерительным элементом в общем корпусе датчика или альтернативно выполнен в виде аппаратного и/или программного обеспечения, например, как часть не показанного здесь подробно блока управления, который выполняет различные задачи управления устройством дозированной подачи расплавленного материала. В блоке обработке данных используются характерные функции, выполняемые датчиком 40 веса.
А
А
Первая функция датчика 40 веса связана с перемещением дозатора 1 для забора расплавленного материала из плавильной ванны 28 в требуемую определенную позицию 1 всасывания или погружения, как показано на фиг. 9 в соответствии с фиг. 5. Для этого дозатор 1 после выполнения предшествующей операции выгрузки возвращается от позиции выгрузки расплавленного материала к позиции загрузки расплавленного материала и там опускается в плавильную ванну 28. Как только дозатор 1 достигает своим впускным/выпускным патрубком 1е зеркала 28а плавильной ванны и начинает погружаться в плавильную ванну 28, плавильная ванна 28 прикладывает к дозатору 1 выталкивающую силу, которая зависит от глубины его погружения и которая приводит к соответствующему уменьшению веса, измеряемого датчиком 40 веса. Благодаря этому датчик 40 веса позволяет очень точно определить достижение оптимальной позиции 1 погружения, после чего опускание дозатора прекращается. Как показано на фиг. 9, оптимальная позиция погружения задана, например, в положении, в котором зеркало 28а плавильной ванны находится на верхнем конце впускного/выпускного патрубка 1е, при этом патрубок 1е полностью погружен в плавильную ванну 28, в то время как расширяющая часть 1d днища корпуса не опущена в плавильную ванну 28. Как пояснялось выше для фиг. 5, это минимизирует противодействие поверхностного слоя расплавленного материала и исключает налипание расплавленного материала на днище 1d дозатора за пределами патрубка 1е.
А
После достижения требуемой позиции погружения заглушка 5 отводится в открытую позицию, и включается вакуумное устройство, как показано на фиг. 10 стрелкой 42, указывающей направление возвратного перемещения заглушки, и стрелкой 43, указывающей направление откачиваемого потока. При этом расплавленный металл 37 всасывается в дозатор 1, и стрелка 36 указывает направление потока расплавленного материала. Другой задачей датчика 40 веса является контроль количества расплавленного материала 37, всасываемого в дозатор 1 во время выполнения операции загрузки путем измерения веса дозатора. Это измерение можно облегчить за счет того, что после достижения позиции 1 погружения дозатора 1 устанавливается нулевое показание датчика 40 веса, поэтому он непосредственно определяет вес расплавленного материала 37, который всасывается в дозатор 1.
Как только, благодаря этой функции датчика 40 веса, будет установлено, что предварительно заданное количество расплавленного материала 37 загружено в дозатор 1, процесс всасывания заканчивается, заглушка 5, как показано на фиг. 11 стрелкой 44, выдвигается в закрытую позицию, и дозатор 1 поднимается из плавильной ванны 28. После этого дозатор 1 перемещается от позиции загрузки расплавленного материала к позиции выгрузки расплавленного материала, при этом вакуумное устройство продолжает работать с постоянной или измененной мощностью всасывания, как указано выше для шага S4 на фиг. 4.
1
Как поясняется выше, поддержание вакуумирования загруженного дозатора 1 в сочетании с позицией заглушки 5, закрывающей загрузочное отверстие 4 и оставляющей открытым капиллярное отверстие 4а, обеспечивает требуемый эффект, в соответствии с которым расплавленный материал, находящийся в области впускного/выпускного патрубка 1е, под действием всасывания/пониженного давления, действующего также в капиллярном отверстии 4а, надежно удерживается на дозаторе и внутри дозатора 1, не капая с него. На фиг. 12 показано капиллярное отверстие, которое в этом случае в поперечном сечении образуется в виде проходящего по всему объему сквозного капиллярного кольцевого зазора 4a между наружной стенкой 5а заглушки и внутренней стенкой 1е′ патрубка. Этот зазор образуется в результате того, что наружный диаметр заглушки 5 выбирается меньше на соответствующий размер капилляра, чем внутренний диаметр впускного/выпускного патрубка 1е. Оптимальную ширину капилляра, обеспечивающую требуемый эффект, можно определить для каждого конкретного случая применения, например, эмпирическим путем.
2
1
2
На фиг. 13 показана альтернативная конструкция капиллярного отверстия 4а в виде нескольких распределенных по окружности капиллярных канавок 4а, которые в данном примере проходят в осевом направлении в виде желобков у внутренней кромки впускного/выпускного патрубка 1е. Очевидно, что возможны также другие альтернативные конструкции капиллярного отверстия 4а. Так, вместо проходящего по всему объему сквозного капиллярного кольцевого зазора 4а может быть предусмотрен капиллярный кольцевой зазор, проходящий только через часть всего объема. В других альтернативных вариантах осуществления вместо капиллярных канавок 4а может быть предусмотрена только одна капиллярная канавка и/или по меньшей мере одна капиллярная канавка проходит не точно в осевом направлении, но содержит компонент, проходящий в окружном направлении. В следующих альтернативных вариантах осуществления одна или несколько капиллярных канавок предусмотрены на наружном периметре заглушки 5 вместо внутренней кромки патрубка 1е, или предусмотрено по меньшей мере по одной капиллярной канавке как на заглушке 5, так и на патрубке 1е.
Другой используемой функцией датчика 40 веса является контроль веса заполненного дозатора 1 во время его транспортировки от позиции загрузки расплавленного материала к позиции выгрузки расплавленного материала. Это позволяет обнаружить возможное капанье или вытекание из дозатора 1 загруженного расплавленного материала 37.
Как только дозатор 1 достигает своей позиции выгрузки расплавленного материала над литьевым цилиндром 23, начинается процесс выгрузки, при этом, как показано на фиг. 14, заглушка 5 возвращается в открытую позицию, что указывает стрелка 45, а вакуумное устройство выключается и переключается на наддув воздуха или подачу защитного газа, как указывают стрелки 46. В результате этого расплавленный металл 37 плавно поступает из дозатора 1 в литьевой цилиндр 23, как указывают стрелки 38, символизирующие выходные потоки. Форма дозатора 1 и в особенности его днища 1d, включая патрубок 1е, обеспечивает полную разгрузку дозатора 1 в показанном вертикальном положении над литьевым цилиндром 23 без необходимости его опрокидывания для этой цели.
Еще одна функция датчика 40 веса заключается в том, чтобы контролировать полноту разгрузки дозатора 1, определяя для этого вес дозатора в процессе выгрузки. Как только датчик 40 веса установит, что уменьшение веса дозатора на операции выгрузки соответствует увеличению его веса на операции загрузки, можно сделать заключение о полном опорожнении дозатора 1. Это контроль отношения между загруженным количеством и выгруженным количеством расплавленного материала в случае необходимости можно использовать как проверку достоверности в целях обеспечения контроля качества.
После установленной полной разгрузки дозатор 1 может быть снова перемещен к позиции загрузки расплавленного материала, при этом заглушка 5 предпочтительно снова выдвигается вперед в закрытую позицию, а подача защитного газа может быть прекращена.
А
Как указано выше, в устройстве, показанном на фиг. 8-14, опускание дозатора 1 в плавильную ванну 28 можно контролировать при помощи датчика 40 веса, поэтому применение датчика 15 погружения, используемого в варианте осуществления, показанном на фиг. 1-7, можно исключить. В одном альтернативном варианте осуществления опускание дозатора 1 в плавильную ванну 28 для достижения требуемой позиции 1 погружения контролируется путем измерения давления или осуществляется при помощи управляемого погружения. Для этого в указанном варианте осуществления при погружении дозатора 1 заглушка 5 перемещается в открытое положение, и при этом поддерживается активная подача защитного газа в дозатор 1. Как только дозатор 1 погрузится в плавильную ванну 28, защитный газ, подаваемый в камеру 14 дозатора, не сможет выходить через загрузочное отверстие 4, в результате чего возникает повышение давления защитного газа в дозаторе 1 и подводящем трубопроводе защитного газа, которое можно измерить. Указанное повышение давления можно измерить при помощи предусмотренного для этой цели датчика давления защитного газа. Он сообщает о достижении требуемой позиции погружения, после чего подача защитного газа прекращается и включается вакуумное устройство для всасывания расплавленного материала в дозатор 1. Такая конструкция системы пригодна также для вариантов осуществления изобретения, в которых датчик веса не предусмотрен.
Как очевидно из приведенного выше описания вариантов осуществления изобретения, используемых только в качестве примеров, изобретение обеспечивает очень полезное новое устройство дозированной подачи расплавленного материала, которое позволяет транспортировать точно дозируемое количество расплавленного материала без доступа воздуха от плавильной ванны в позицию выгрузки расплавленного материала. При этом возможно вакуумирование дозатора. Во время транспортировки расплавленного материала дозатор может быть плотно закрыт с поддержанием в нем пониженного давления. В сочетании с открытым капиллярным отверстием закрытое загрузочное отверстие обеспечивает надежное удержание расплавленного материала даже в этой критической области на дозаторе и внутри дозатора. Дозатор может иметь загрузочный патрубок, который имеет очень малое поперечное сечение по сравнению с основной частью дозатора, при этом дозатор нужно погружать в плавильную ванну только этим загрузочным патрубком, что позволяет минимизировать эффекты разрыва на поверхности плавильной ванны. Вакуумирование дозатора также обеспечивает низкие тепловые потери, при этом в случае необходимости можно дополнительно предусмотреть тепловую изоляцию стенок дозатора, а в показанных вариантах осуществления, например, тепловую изоляцию стенки корпуса и/или крышки дозатора.
Один аспект изобретения предусматривает также специальные предпочтительные варианты применения датчика веса, которым снабжены соответствующие устройства дозированной подачи расплавленного материала. В частности, датчик веса служит для контроля веса порожнего дозатора при опускании в плавильную ванну, что является простым способом определения достижения требуемой оптимальной позиции погружения/всасывания без применения отдельного датчика положения, например, в виде датчика погружения в плавильную ванну, устанавливаемого снаружи на дозаторе. В зависимости от потребности и условий применения датчик веса может выполнять другие функции. Так, например, во время транспортировки дозатора от позиции загрузки к позиции выгрузки расплавленного материала он может контролировать вес дозатора, чтобы определять, не происходит ли нежелательное капанье или утечка расплавленного материала из дозатора. Другой функцией датчика веса может быть контроль веса дозатора на операции загрузки расплавленного материала для того, чтобы определить, когда в дозатор будет загружено требуемое количество расплавленного материала и прекратить операцию загрузки. Еще одной функцией датчика веса может быть контроль веса дозатора на операции выгрузки, чтобы определить полноту разгрузки дозатора. При этом следует понимать, что по мере необходимости может быть использована только часть указанных функций датчика веса.
На фигурах 1-7 показан пример осуществления изобретения без применения датчика веса, но с капиллярным отверстием, в то время как в примере осуществления, показанном на фигурах 8-14, используется как датчик веса, так и капиллярное отверстие. При этом следует понимать, что изобретение включает также варианты осуществления, в которых используются только соответствующие функции датчика веса при отсутствии капиллярного отверстия в области закрытого загрузочного отверстия.
Устройство дозированной подачи расплавленного материала согласно изобретению может быть использовано не только для конкретного показанного случая машин для литья металла под давлением, но и для любых других литейных машин, в которых требуется транспортировать расплавленный материал от территориально удаленной плавильной ванны в позицию выгрузки расплавленного материала или в литейную позицию, как, например, в случае установок для литья в кокили. Устройство дозированной подачи расплавленного материала согласно изобретению можно очень просто приспособить к существующим разливочным установкам и плавильным печам, что позволяет без всяких проблем доукомплектовать им существующее оборудование. При этом большие колебания зеркала ванны в плавильном горшке плавильной печи не представляют сложности для устройства дозированной подачи расплавленного материала согласно изобретению. Дозатор просто опускается в плавильный горшок до тех пор, пока не будет установлено, что он погрузился в плавильную ванну своим загрузочным патрубком. Транспортирующий механизм для дозатора может иметь простую конструкцию и в случае необходимости может быть снабжен только одним приводом. Устройство дозированной подачи расплавленного материала позволяет транспортировать любые широко распространенные расплавленные материалы, в частности, металлические расплавы для литья алюминия, магния и цинка.