УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД НИЗКИМ ДАВЛЕНИЕМ И СПОСОБ ЛИТЬЯ ПОД НИЗКИМ ДАВЛЕНИЕМ
DEVICE FOR CASTING BY LOW PRESSURE AND METHOD OF CASTING BY LOW PRESSURE

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству для литья под низким давлением и способу литья под низким давлением, а более конкретно, к устройству для литья под низким давлением и способу литья под низким давлением, которые позволяют уменьшать количество оксидов, образующихся на поверхности расплавленного металла.
Предпосылки изобретения
[0002] Устройство для литья под низким давлением обычно содержит разделяемую литейную форму, которая помещается на верхнюю часть печи для выдержки расплавленного металла, и металлопровод (стояк), который подсоединяется от печи для выдержки до литейной формы, и литое изделие формируется посредством повышения давления расплавленного металла в печи для выдержки, чтобы заполнять расплавленным металлом литейную форму через металлопровод, и затвердевания расплавленного металла в литейной форме. С другой стороны, оставшийся расплавленный металл в металлопроводе возвращается в печь для выдержки вследствие силы тяжести, снимая и сбрасывая давление внутри печи для выдержки, и поверхность расплавленного металла в металлопроводе и поверхность расплавленного металла в печи для выдержки становятся одинаковой высоты.
[0003] Патентный документ 1 раскрывает понижение поверхности расплавленного металла в металлопроводе к его нижнему концу за счет уменьшения давления в печи для выдержки посредством создания разрежения и объединения расплавленного металла в металлопроводе с расплавленным металлом в печи для выдержки, что быстро повышает температуру расплавленного металла в металлопроводе до температуры, которая требуется для заливки, для того чтобы уменьшить время цикла.
[0004] Кроме того, чистота расплавленного металла уменьшается со временем вследствие образования оксидов и интерметаллических соединений. Затем эти оксиды, плавающие поблизости от поверхности расплавленного металла, покрывая поверхность расплавленного металла, и интерметаллические соединения оседают на дне печи для выдержки. Однако, если в расплавленном металле возникает турбулентный поток, сопровождающий заливку и т.д., поверхность расплавленного металла покрывается рябью, оксидная пленка на поверхности расплавленного металла разрушается и обнажается новый расплавленный металл без оксидной пленки, что создает еще больше оксидов; дополнительно, интерметаллические соединения на дне печи для выдержки взбалтываются перед поступлением в металлопровод, примешиваясь в литое изделие и снижая его качество.
[0005] Патентный документ 2 раскрывает печь для выдержки расплавленного металла, выполненную из двух камер – камеры удерживания расплавленного металла и камеры повышенного давления, и отсечение камеры повышенного давления для подачи под давлением расплавленного металла из камеры удерживания расплавленного металла с помощью отсекающего клапана, чтобы тем самым предотвращать вхождение расплавленного металла в печи для выдержки в соприкосновение с воздухом, предотвращая окисление расплавленного металла.
Сущность изобретения
Задача, решаемая изобретением
[0006] Однако, поскольку раскрытое в патентном документе 1 устройство для литья под низким давлением возвращает весь расплавленный металл в металлопроводе в печь для выдержки, расстояние, на которое расплавленный металл перемещается внутри металлопровода, велико, и создается турбулентный поток, сопровождающий перемещение расплавленного металла, что вызывает рябь расплавленного металла; следовательно, воздействию подвергаются новые поверхности расплавленного металла без оксидной пленки и создается большое количество оксидной пленки, в то время как осадок в печи для выдержки взбалтывается.
[0007] Кроме того, в раскрытом в патентном документе 2 устройстве для литья под низким давлением, имеющем двухкамерную печь для выдержки расплавленного металла, расплавленный металл течет назад из литникового канала к камере повышенного давления, сопровождая снятие давления прекращением повышения давления в камере повышенного давления. Затем, за счет освобождения отсекающего клапана, расплавленный металл течет из камеры удерживания расплавленного металла в камеру повышенного давления, перемешивая расплавленный металл внутри камеры повышенного давления. Следовательно, невозможно предотвращать окисление расплавленного металла, которое возникает вследствие взбалтывания осадка, такого как интерметаллические соединения, и возникновение ряби на поверхности расплавленного металла.
[0008] Настоящее изобретение было создано с учетом таких проблем уровня техники, и его целью является предоставление устройства для литья под низким давлением и способа литья под низким давлением, которые способны минимизировать окисление расплавленного металла, предотвращая примешивание примесей в литое изделие и уменьшая время цикла.
Средство достижения цели
[0009] В результате обширных исследований, направленных на то, чтобы добиваться описанной выше цели, авторы настоящего изобретения обнаружили, что, предусматривая датчик поверхности расплавленного металла в металлопроводе и поддерживая поверхность расплавленного металла в металлопроводе в положении выше поверхности расплавленного металла в печи для выдержки, величину перемещения расплавленного металла можно минимизировать, чтобы добиться вышеописанной цели, и осуществили настоящее изобретение.
[0010] То есть устройство для литья под низким давлением по настоящему изобретению содержит датчик поверхности расплавленного металла в металлопроводе, при этом, после подачи расплавленного металла в печи для выдержки в литейную форму через металлопровод, затвердевшее литое изделие вынимается при поддержании поверхности расплавленного металла в металлопроводе в положении выше поверхности расплавленного металла в печи для выдержки, и процесс переходит к следующему этапу литья.
[0011] Кроме того, способ литья под низким давлением по настоящему изобретению характеризуется поддержанием поверхности расплавленного металла в металлопроводе в положении выше поверхности расплавленного металла в печи для выдержки на основе поверхности расплавленного металла, обнаруживаемой предусмотренным в металлопроводе датчиком поверхности расплавленного металла.
Эффекты изобретения
[0012] Поскольку согласно настоящему изобретению поверхность расплавленного металла в металлопроводе поддерживается в положении выше поверхности расплавленного металла в печи для выдержки, расстояние перемещения расплавленного металла между предшествующим этапом литья и следующим этапом литья является коротким, а возникновение турбулентного потока в расплавленном металле предотвращается. Следовательно, не допускается возникновение ряби на поверхности расплавленного металла и не допускается воздействие на новый расплавленный металл без оксидной пленки, которое окисляет расплавленный металл; в то же время, отложения на дне печи для выдержки не взбалтываются. Кроме того, поскольку расстояние перемещения расплавленного металла, перемещающегося внутри металлопровода, является коротким, предоставляются устройство для литья под низким давлением и способ литья под низким давлением с сокращенным временем цикла.
Краткое описание чертежей
[0013] [Фиг. 1] Вид в разрезе, иллюстрирующий один пример устройства для литья под низким давлением по настоящему изобретению.
[Фиг. 2] Вид в разрезе, иллюстрирующий один пример состояния, в котором литейная форма первого залива закрыта.
[Фиг. 3] Вид в разрезе, иллюстрирующий один пример состояния, в котором расплавленный металл заполнил полость.
[Фиг. 4] Вид в разрезе, иллюстрирующий один пример состояния, в котором расплавленный металл в полости затвердел.
[Фиг. 5] Вид в разрезе, иллюстрирующий один пример состояния после изъятия литого изделия и перед началом следующего цикла литья под давлением.
[Фиг. 6] График, иллюстрирующий один пример зависимости между повышением давления печи для выдержки и снижением давления внутри литейной формы.
Варианты осуществления изобретения
[0014] Устройство для литья под низким давлением по настоящему изобретению и способ литья под низким давлением, в котором используется это устройство для литья под низким давлением, будут описаны подробно. Фиг. 1 является видом в разрезе, иллюстрирующим один пример устройства для литья под низким давлением по настоящему изобретению. Устройство 1 для литья под низким давлением по настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, герметичную печь 2 для выдержки, металлопровод 3, устройство 4 регулирования давления и датчик 5 поверхности расплавленного металла в металлопроводе, причем этот датчик 5 поверхности расплавленного металла в металлопроводе предусмотрен на верхнем участке внутри металлопровода 3, непосредственно под литниковым каналом 6.
[0015] Нижний конец металлопровода 3 погружен в расплавленный металл 7 в печи 2 для выдержки. Когда инертный газ, такой как диоксид углерода, подается под давлением в печь 2 для выдержки устройством 4 регулирования давления, расплавленный металл 7 поднимается в металлопроводе 3 и подается/заливается в разделяемую литейную форму 8 через литниковый канал 6.
[0016] Устройство 4 регулирования давления содержит датчик P давления, который определяет давление внутри печи для выдержки, клапан 9 подачи воздуха, объемный бустер 10, электропневматический пропорциональный клапан 11, нагнетательный насос, который не показан, выпускной клапан 12, который выпускает газ изнутри печи 2 для выдержки, и программируемый контроллер (далее в дальнейшем может называться ПЛК) для управления вышеупомянутым.
[0017] В качестве вышеописанного датчика 5 поверхности расплавленного металла в металлопроводе может быть использован датчик контактного типа, который приспособлен обнаруживать находящуюся поблизости поверхность расплавленного металла посредством двух подвешенных датчиков с различными длинами или за счет наличия двух датчиков на различных высотах.
[0018] В литейной форме 8 может быть предусмотрено всасывающее отверстие 14 для создания разрежения в полости 13, которая образована в литейной форме 8, или полое литое изделие 16 может быть отлито посредством размещения сердечника 15 внутри литейной формы 8.
[0019] Далее будет описана работа устройства для литья под низким давлением по настоящему изобретению. После размещения сердечника 15 в литейной форме 8, если это необходимо, литейную форму 8 закрывают. В случае первого залива высота поверхности расплавленного металла 7 в металлопроводе 3 является такой же, что и высота поверхности расплавленного металла 7 в печи 2 для выдержки, как иллюстрировано на фиг. 2.
[0020] Устройство 4 регулирования давления повышает давление внутри печи 2 для выдержки посредством подачи под давлением инертного газа, толкая вниз поверхность расплавленного металла в печи для выдержки и поднимая расплавленный металл 7 в металлопроводе 3, тем самым заливая расплавленный металл 7 в полость, как проиллюстрировано стрелками на фиг. 3.
[0021] После того как заполнивший полость расплавленный металл 7 затвердел и сформировалось литое изделие 16, устройство 4 регулирования давления слегка открывает выпускной клапан 12 и постепенно снижает давление внутри печи 2 для выдержки, понижая поверхность расплавленного металла ниже литникового канала 6. Когда датчик 5 поверхности расплавленного металла в металлопроводе обнаруживает, что поверхность расплавленного металла в металлопроводе упала ниже литникового канала 6, устройство 4 регулирования давления закрывает выпускной клапан 12 и поддерживает давление внутри печи для выдержки таким, что поверхность расплавленного металла в металлопроводе 3 поддерживается в положении выше поверхности расплавленного металла в печи 2 для выдержки, как иллюстрировано на фиг. 4.
[0022] При поддерживании поверхности расплавленного металла в металлопроводе 3 в более высоком положении, чем непосредственно под литниковым каналом, расстояние, на которое расплавленный металл перемещается внутри металлопровода 3, становится коротким, так что возмущение поверхности расплавленного металла предотвращается. Кроме того, примеси, такие как интерметаллические соединения и затвердевшие частицы, которые осели на дне печи 2 для выдержки, не будут взбалтываться, предотвращая попадание примесей в литейную форму 8. Дополнительно, поскольку выпускается только часть инертного газа, который находился под давлением внутри печи 2 для выдержки, и давление внутри печи для выдержки сохраняется, объем инертного газа, который должен быть подан под давлением на следующем этапе, уменьшается, и сопровождающее подачу под давлением инертного газа количество влаги, которое попадает в печь 2 для выдержки, уменьшается. Следовательно, предотвращаются ухудшения качества и свойств материала литого изделия вследствие водорода и т.д., получаемого из влаги.
[0023] Вышеописанный металлопровод 3 предпочтительно содержит нагреватель. После того как настоящее изобретение осуществляет переход от предыдущего этапа литья, на котором расплавленный металл подается в литейную форму, а затвердевшее литое изделие вынимается, к следующему этапу литья при поддержании поверхности расплавленного металла в металлопроводе в положении выше поверхности расплавленного металла в печи для выдержки, расплавленный металл в металлопроводе легко охлаждается. Нагревая расплавленный металл в металлопроводе, возможно препятствовать снижению температуры расплавленного металла и предотвращать недолив на следующем этапе.
[0024] Кроме того, при наполнении полости 13 расплавленным металлом 7 предпочтительно выполнять создать разрежение в полости 13 прежде, чем расплавленный металл 7 затекает в полость 13, или в то же время, когда расплавленный металл 7 затекает в полость 13. Откачивая полость 13 из всасывающего отверстия 14 для создания разрежения в литейной форме 8 прежде, чем расплавленный металл 7 затекает в полость 13, газ, который создается сердечником 15 и т.д., нагреваемый теплом расплавленного металла 7, быстро выпускается, предотвращая унос пузырьков воздуха. Дополнительно, поток расплавленного металла становится плавным, характер движения расплавленного металла стабилизируется, уменьшается вибрация и улучшается единообразие между отлитыми изделиями. Кроме того, откачивая камеру 17, которая охватывает всю литейную форму 8, возможно предотвратить поступление газа в полость из зазоров в литейной форме 8, сопровождающее создание разрежения из всасывающего отверстия 14.
[0025] Что касается литого изделия 16 в литейной форме 8, то литое изделие 16 вынимают, открывая разделяемую литейную форму 8, как иллюстрировано на фиг. 1. Во время этого этапа открытия формы предпочтительно обнаруживать поверхность расплавленного металла в металлопроводе датчиком 19 поверхности расплавленного металла бесконтактного типа через литниковый канал 6. Возможно получать равномерные литые изделия посредством передачи по каналу обратной связи уровня поверхности расплавленного металла, обнаруженного датчиком 19 поверхности расплавленного металла бесконтактного типа, устройству регулирования давления и осуществления корректировки высоты поверхности расплавленного металла и/или корректировки управления наполнением расплавленного металла на следующем этапе литья.
[0026] Корректировка высоты поверхности расплавленного металла осуществляется для регулирования давления внутри печи 2 для выдержки с тем, чтобы довести поверхность расплавленного металла до заданного положения, исходя из точной поверхности расплавленного металла в металлопроводе, обнаруженной датчиком 19 поверхности расплавленного металла бесконтактного типа. Кроме того, корректировка управления наполнением осуществляется для корректировки режима повышения давления на следующем этапе литья из соотношения между давлением в печи 2 для выдержки и поверхностью расплавленного металла в металлопроводе 3, и т.д., чтобы сохранять характер движения расплавленного металла постоянным.
[0027] В этом способе литья под низким давлением поверхность расплавленного металла подталкивается вниз посредством подачи газа под давлением в печь для выдержки и повышения давления в ней, что поднимает расплавленный металл в металлопроводе, наполняя полость расплавленным металлом. Газ, который используется для повышения давления, имеет большее расширение/сжатие, чем твердые тела или жидкости, и его объем легко изменяется; следовательно, трудно управлять поверхностью расплавленного металла с высокой точностью, и даже если поверхность расплавленного металла обнаруживается предусмотренным в металлопроводе датчиком поверхности расплавленного металла в металлопроводе контактного типа, будет возникать ошибка в несколько сантиметров. Дополнительно, когда расплавленный металл используется и расплавленный металл в печи для выдержки уменьшается, поверхность расплавленного металла в печи 2 для выдержки снижается, и расстояние до литникового канала будет изменяться от залива к заливу; поэтому трудно точно измерять поверхность расплавленного металла в металлопроводе по давлению внутри печи для выдержки.
[0028] Если расстояние от поверхности расплавленного металла в металлопроводе до литникового канала является неточным, будет иметь место несоответствие между моментом переключения с повышения давления первой стадии на повышение давления второй стадии и моментом времени, в который расплавленный металл втекает в полость, и становится трудно сделать характер движения расплавленного металла между заливами равномерным. В частности, при тонкостенном литом изделии, расплавленный металл течет, затвердевая; следовательно, если характер движения расплавленного металла колеблется, качество литых изделий, а также единообразие между литыми изделиями ухудшается.
[0029] Датчик 19 поверхности расплавленного металла бесконтактного типа обнаруживает точную поверхность расплавленного металла в металлопроводе и предоставляет обратную связь устройству регулирования давления. ПЛК устройства регулирования давления управляет электропневматическим пропорциональным клапаном на основе точной поверхности расплавленного металла и корректирует высоту поверхности расплавленного металла в заданное положение. Следовательно, положение поверхности расплавленного металла в металлопроводе поддерживается на одинаковой высоте для каждого залива. Тогда, при корректировке режима повышения давления из соотношения между скорректированной высотой поверхности расплавленного метала и давлением в печи для выдержки, даже если количество расплавленного металла в печи для выдержки, т.е., соотношение между давлением в печи для выдержки и высотой поверхности расплавленного металла в металлопроводе, изменяется, характер движения расплавленного металла для каждого залива делается единообразным, и могут быть сформированы единообразные и высококачественные литые изделия.
[0030] Дополнительно, предпочтительно предусмотреть датчик 20 поверхности расплавленного металла в печи, предназначенный для обнаружения поверхности расплавленного металла в печи 2 для выдержки. При корректировке вместе с количеством расплавленного металла в печи 2 для выдержки возможно сделать характер движения расплавленного металла еще более равномерным. Поскольку устройство 4 регулирования давления по настоящему изобретению содержит электропневматический пропорциональный клапан, который приспособлен осуществлять бесступенчатое регулирование, и объемный бустер, причем объемный бустер управляет выходным давлением на основе пневматических сигналов от электропневматического пропорционального клапана, возможно осуществлять корректировку поверхности расплавленного металла и управление наполнением с высокой точностью.
[0031] В качестве описанного выше датчика 19 поверхности расплавленного металла бесконтактного типа может быть применен оптический датчик с использованием света лазера и т.д.. Поскольку бесконтактный тип датчика позволяет выполнять измерения за короткий период времени и из местоположения, удаленного от расплавленного металла, возможно предохранять датчик от воздействия на него агрессивной среды высокой температуры и сильной пыли, и т.д., в течение длительного периода времени, поэтому возможно высокоточное измерение в течение длительного периода времени.
[0032] Датчик 19 поверхности расплавленного металла бесконтактного типа предпочтительно предусмотрен на устройстве извлечения для вынимания изделий, таком как поддон 18, как иллюстрировано на фиг. 1. При его наличии на устройстве извлечения возможно измерять поверхность расплавленного металла параллельно с этапом извлечения, не предусматривая дополнительного этапа измерения поверхности расплавленного металла, и становится возможным быстро переходить к следующему этапу.
[0033] Затем, когда извлечение отлитого изделия 16 и предыдущий этап литья завершены, литейную форму 8 закрывают, при необходимости размещая сердечник 15 в литейной форме 8, и процесс переходит к следующему этапу литья, как иллюстрировано на фиг. 5. Поскольку в это время поверхность расплавленного металла 7 находится непосредственно под литниковым каналом 6, расстояние перемещения расплавленного металла 7 является коротким, воздействие на чистые поверхности расплавленного металла без оксидной пленки уменьшается, и количество образовавшихся оксидов уменьшается.
[0034] Здесь временные промежутки повышения давления в печи для выдержки и снижения давления в литейной форме описываются далее с помощью фиг. 6. На фиг. 6 расплавленный металл поднимается в металлопроводе 3 в промежутке A, вследствие повышения давления первой стадии в печи 2 для выдержки. Когда расплавленный металл 7 достигает литникового канала 6, начинается откачивание полости 13 в то же время, что и переключение на повышение давления второй стадии, когда скорость наполнения управляется в промежутке B. Когда полость 13 наполнена расплавленным металлом 7, повышение давления в печи 2 для выдержки прекращается, как иллюстрировано промежутком C, и давление поддерживается до тех пор, пока расплавленный металл 7 не затвердеет. С другой стороны, откачивание полости продолжается в течение некоторого времени даже после того, как полость наполнена расплавленным металлом 7. Продолжая откачивание, предыдущий расплавленный металл, который включает в себя примеси, выходит из всасывающего отверстия 14, тем самым улучшая качество литого изделия.
[0035] Когда заполнивший полость расплавленный металл затвердевает, давление печи 2 для выдержки постепенно снижается, как иллюстрировано на промежутке D, и поверхность расплавленного металла опускается до заданного положения под литниковым каналом. Затем, давление в печи 2 для выдержки поддерживается, и литейная форма 8 открывается в состоянии, в котором поверхность расплавленного металла в металлопроводе 3 поддерживается в более высоком положении, чем поверхность расплавленного металла в печи 2 для выдержки, чтобы извлечь литое изделие 16.
[0036] На этапе извлечения литого изделия в промежутке E поверхность расплавленного металла в металлопроводе 3 обнаруживается датчиком 19 поверхности расплавленного металла бесконтактного типа в момент времени e1, и высота поверхности расплавленного металла корректируется в момент времени e2. Посредством корректировки поверхности расплавленного металла на постоянную высоту, момент времени, в который расплавленный металл 7 достигает литникового канала 6 и его переключают на повышение давления второй стадии, скорость, с которой расплавленный металл 7 заполняет полость, и момент времени, в который повышение давления печи 2 для выдержки прекращается, не будут меняться на этапе заполнения следующего этапа литья. Следовательно, возможно перемещать расплавленный металл с желательным характером поведения и сформировать высококачественное литое изделие.
[0037] В вышеизложенном был описан случай, в котором управление наполнением расплавленным металлом осуществляется посредством повышения давления внутри печи 2 для выдержки устройством 4 регулирования давления, однако управление наполнением расплавленным металлом может осуществляться посредством электромагнитного насоса.
[0038] Список ссылочных обозначений
1 Устройство для литья под низким давлением
2 Печь для выдержки
3 Металлопровод (стояк)
4 Устройство регулирования давления
5 Датчик поверхности расплавленного металла в металлопроводе
6 Литниковый канал
7 Расплавленный металл
8 Литейная форма
9 Клапан подачи воздуха
10 Объемный бустер
11 Электромагнитный пропорциональный клапан
12 Выпускной клапан
13 Полость
14 Всасывающее отверстие
15 Сердечник
16 Литое изделие
17 Камера
18 Поддон
19 Датчик поверхности расплавленного металла бесконтактного типа
20 Датчик поверхности расплавленного металла в печи
Документы уровня техники
Патентные документы
[0039]
Патентный документ 1: Выложенная японская патентная заявка № Hei 11(1999)-300464
Патентный документ 2: Выложенная японская патентная заявка № Hei 11(1999)-138250