TWI386262B - 合金鑄造裝置 - Google Patents

Description

合金鑄造裝置

本發明關於一種合金鑄造裝置。

對一種多用型重力式鑄造裝置(versatile gravity casting apparatus)之需求存在，而該鑄造裝置是非常適合鑄造廠對於高整合性元件的經濟生產之需要。本發明係朝向符合上述需求，並且特別是提供在鎂合金鑄件的生產方面特別有用的鑄造裝置。

本發明所提供的鑄造裝置具有一種可逆樞轉式組合件，而該可逆樞轉式組合件使合金在鑄造作業中可以重力式流動與進給。該組合件包括：一個以儲液罐(pot)、曲頸瓶(retort)或槽(tank)形式呈現的合金供給槽、一個包含該供給槽之熔爐與一個與該供給槽連通的模具。該組合件可朝某一方向繞著大致水平的軸傾斜，以使合金流動到至少一個由模具所界定的模穴，而朝反方向傾斜則防止上述流動。

該裝置很適合用於任何的重力可鑄造式合金。然而，該該裝置更特別適合用於鎂或鎂合金，在本文中共同參照鎂合金做說明。這是因為：該裝置會考慮關於處理與鑄造熔融鎂合金之特定問題。因此，儘管本發明可以有相當廣泛的應用，但是本文中主要還是以鎂合金來說明。

依據本發明的鑄造裝置具有一個容納供給用合金的供給槽、一個熔爐、一個模具、一個導管與一個用於繞大致水平的軸可逆式地傾斜一個組合件以致使或防止合金從該供給槽流到由該模具所界定的模穴之裝置；其中，該供給槽包含在該熔爐之內，並且該供給槽是可加熱的，以將合金的供給保持在適當的鑄造溫度下，該模具相對於該熔爐從該供給槽側向向外裝設，該導管提供在該供給槽與該模具之間的連通，而該組合件包括該熔爐、該供給槽與該模具。

在該裝置中，用於可逆式地傾斜該組合件之裝置會以兩種可能模式的至少第一種模式操作。第一種模式能以一些重複的鑄造循環(casting cycle)來操作本裝置。在第一種模式中，該組合件可以在一個第一非鑄造位置與一個第二鑄造位置之間傾斜，其中，該第一非鑄造位置佔用一鑄造循環完成後及開始下一個鑄造循環之前的時間，並於其間防止合金從該供給槽流到該模具，而該第二鑄造位置使合金從該供給槽流到該模具。該第二種模式能用於完成一個連續的鑄造流程(casting run)時，抑或用於進行維護或維修本裝置時。在該第二種模式中，該組合件可傾斜到一個第三蓄料位置(storage position)，該第三蓄料位置在遠離該鑄造位置的方向上超過該非鑄造位置。當該組合件處於該第三蓄料位置時，於該第一種模式下的樞轉期間保留在該導管中的合金會流回該供給槽之內。

該供給槽能夠容納熔融合金的量大致大於在鑄造循環中合金的消耗量。較佳地，當該組合件處於非鑄造位置時，如需要的話，該供給槽能接受新鮮的合金(fresh alloy)，以將合金的上方自由面維持在相對於該供給槽大致固定的液面高度。然而，該合金表面固定的液面高度會在狹窄的範圍內變動。該範圍的大小會隨著該裝置的大小而變動，但是範圍例如是不會超過大約±30 mm，而令人滿意的範圍例如是大約±15 mm。合金例如可以藉由虹吸作用而從一個靠近該裝置的較大保溫熔爐(holding furnace)供給到該供給槽。再者，當需要時，合金也可在連續的鑄造循環之間不時地加入該供給槽，例如可以藉由加入將於該供給槽之中熔化的固態合金。

該組合件可傾斜的位置可以由樞轉到固定角度位置的方式獲得。這些位置包括上述三種位置的每一種，以及於後文中詳述的第四位置。然而，透過某一個隨連續的鑄造循環充分增加之角度，以達到對每一個循環有大致均勻的壓力頭(pressure head)，該組合件能夠從該非鑄造位置傾斜到該鑄造位置，在這方面是存有優勢的。換言之，在考量到熔融金屬在每一個鑄造循環中的損失後，可以設計增加傾斜角。當然，考量到在需要增加該供給槽的合金量之前，增加傾斜角這方面的可行性而言，鑄造循環的次數是有所限制的。

在某種形式中，該導管具有一個在該供給槽位置的第一端部，當該組合件處於該非鑄造位置時，該第一端部位於某一高度位置(location)，而該高度位置最佳低於該供給槽內之合金的液面高度。這種配置使得在該組合件以第一種模式樞轉期間，能夠維持高於上述高度位置的熔融合金之壓力頭，並且使得合金的壓力頭隨著該組合件從該非鑄造位置傾斜到該鑄造位置的方式增加。在該組合件處於該鑄造位置時，由於合金的液面高度充分高於在該模穴中的最高點，所以該壓力頭達到一個最大值，以確保模穴完全充填。

該導管從上述高度位置延伸離開該供給槽，接著側向通過該熔爐的壁部，然後向外到達一個在該模具處的第二端部。當該組合件處於該鑄造位置時，該導管至少以本發明較佳的形式，用一種能使合金在該供給槽中所建立之合金的壓力頭下，向上流入並充填該模穴的方式與該模具相通。於該組合件處於該非鑄造位置的情況下，該導管較佳(但非必要)在一個恰低於該模穴的高度位置處與該模穴相通。無論如何，該模具最佳是位於該供給槽的側向之外並位於某一高度，使得當該組合件處於該非鑄造位置而該模具開啟的情況下，在該供給槽與該導管中之合金的液面高度是在相同的水平面，延伸的水平面鄰接該導管的第二端部與該模具的固定部件。

該導管長度相對較長的情況為較佳。該在該熔爐內之導管的第一部件是由該熔爐所加熱，從而，降低流到該模具中的合金過度冷卻的風險。該導管在該熔爐與該模具之間的第二部件較佳受到防護而避免過度冷卻。對於這種防護措施而言，該導管可以是一種耐火的絕熱材料所製成，或者該第二部件可以被提供一個絕緣套管。然而，該導管的第二部件，特別是由合適的金屬(例如：鋼)所製成的部分，較佳地藉由提供例如環繞該第二部件之電阻線圈的方式來加熱。

該導管可以具有其長度從該第一端部開始的主要部件，該主要部件向外延伸穿過該熔爐，並當處於該非鑄造位置的情況下，也相對於該組合件向下傾斜。例如，該主要部件可以相對水平方向傾斜大約5°到15°的範圍。該導管具有一個較短部件，其從遠離該供給槽的主要部件之端部大致垂直向上延伸到該模具。該主要部件與該較短部件的相對長度和該主要部件相對水平方向傾斜的角度，使得一種該組合件能在該非鑄造位置與該鑄造位置之間樞轉的相當小的樞轉角度是需要的。該樞轉角度可以例如從大約15°到30°的範圍，或例如從大約20°到25°的範圍。該較短部件可以從該主要部件以銳角向上延伸，而該銳角大致相當於該主要部件相對水平方向傾斜的角度之補角。再者，該導管可以具有一個中間部件，該中間部件提供一種從該主要部件到該較短部件之彎曲的過渡區域。

該導管從該供給槽延伸出的位置，較佳是例如：使一個在該非鑄造位置與該鑄造位置之間相當小的樞轉角容易利用。如上述，當該組件是處於該非鑄造位置時，該高度位置最佳是低於在該供給槽中之合金的液面高度。該供給槽最佳具有一個直立壁部，而該導管從該直立壁部延伸，且在該組件是處於非鑄造位置的情況下，該直立壁部相對於該組合件的垂直方向較佳為不大於一個小角度。因此，當該組合件從該位置樞轉時，高於該高度位置(該導管從該高度位置延伸)的合金之壓力頭會大致隨著該組合件樞轉到該鑄造位置時增加。同時，為了最大化這樣的效果，可樞轉的組合件所繞的軸是在遠離該高度位置的方向上，水平地相隔於該供給槽的中心線外，使得在該軸與該位置之間的間隔是主要相關於該導管的主要部件之長度。例如，該間隔至少是大約該長度的40%，但較佳是超過大約該長度的50%。

在一種合宜的形式中，該供給槽包括：一個料槽(trough)，該料槽垂直於該樞轉軸的橫剖面為U形。在這樣的形式中，該導管從該U形所界定之相對側壁部的其中一個側壁部延伸，而該樞轉軸是偏位朝向或是遠離(如果需要的話)該等相對側壁部的另一側壁部。該種類形的供給槽在每一個端部位置可以個別具有一個向上延伸(例如是以大致垂直的方式)的壁部，而該等壁部相對於該樞轉軸橫向延伸。在這種或其它的形式中，該供給槽最佳具有一個遮蓋(cover)，如果需要的話，該遮蓋使在合金液面之上的防護空氣(protective atmosphere)能夠保留住。該遮蓋可以具有一個可開啟的接口，而新鮮的合金能夠透過該可開啟的接口供應到該供給槽。再者，一個虹吸管可以延伸通過該遮蓋，以使在該供給槽中的合金液面高度能夠由虹吸作用來維持。

該供給槽可以具有一個橫向擋板(transverse baffle)或隔板(partition)，其將該供給槽內部分隔成兩個容室或區域。如果該供給槽是一種如上述的料槽，則該橫向擋板可以在該等端壁的中間，以及例如大約在該等端壁的中間位置附近。該導管能夠從該兩個容室或區域的第一個處延伸，而新鮮的合金能被供應到第二容室或區域。該擋板具有數個貫穿其間的開孔，或者數個開孔被界定在該擋板的一個邊緣與該供給槽的底表面之間，使得供應到第二容室之新鮮的合金能流到該第一容室(該導管從該第一容室處延伸)。這樣的配置使得於鑄造作業期間固態的合金塊能出現在該第二容室中，進行充填容室而不會阻礙合金從該第一鑄造容室流到該導管。

在一個依據本發明的裝置之實施例中，該模具具有一個下方部件與一個上方部件，該模具藉由該下方部件而裝設到該熔爐之上(或相對於該熔爐而裝設)，而該上方部件可相對於該熔爐移動以開啟與關閉該模具。在這個實施例中，該模具具有供給裝置，其用於將防護遮蔽氣體(protective cover gas)供給到該模穴，以當該模具開啟時，保護在該導管的第二端部之熔融合金的液面。該供給裝置較佳係可操作來將防護氣體提供到該模具，而在合金於模穴中進行固化過程，並在該組合件從該鑄造位置傾斜到該非鑄造狀態之前流入該模穴。這種配置是使得：該導管的第二端部因熔融合金在該模具內收縮所造成的壓力降低使防護氣體可以流到該導管的第二端部內。如將瞭解的是，該防護氣體在很小的正壓力下被供給，而使其能流到該模穴與該導管的第二端部之中。在該模穴內到該導管的防護氣體之流動由於被鑄造產品收縮之固有特性而變得容易，此產品收縮提供在該產品表面與界定模穴的模具表面之間的微小空隙。

較佳地，該遮蔽氣體(cover gas)能沿著一或多流道(channel)流入該模穴，而該(等)流道於該等模具部件的其中一個或每一個中在分模面位置處形成。該遮蔽氣體可以被提供到該等模具部件的外周圍表面，而該分模面界定在該等模具部件之間。在一個合宜的形式中，該氣體從一個合宜的供給源供應到一個環繞該周圍的容室，並能夠從該容室沿著複數條通道(passageway)(例如，界定在該模具的分模面)流到該模穴。

當該組合件被傾斜到該鑄造位置時，流入該模穴的合金排出了空氣與防護氣體。因此，新鮮的防護氣體需要在每一鑄造循環中被供應到該模具。較佳地，該裝置包括：用於計時供給適當的防護氣體以回應相關的操作參數之裝置。

用於供給防護遮蔽氣體之裝置較佳包括：一個通道系統(passage system)，其提供該模具的供給接口(該氣體可以從一個源頭供給到該供給接口)與該模穴之間的連通。該流道系統使在該模穴中的氣體也可以於開始進行鑄造作業時，由流入該模穴中的熔融合金所清除，而被清除的氣體透過一個排出接口從該流道排出。個別的閥門可以當其它的接口開啟時，***作來關閉其中一個接口。

如果該模具維持更長的開啟時間，則將遮蔽氣體供給到該導管的模具端部是令人合意的。這種方式可以是藉由一條供給軟管、噴射器(gun)、噴霧容器(spray can)等等。

參照圖1與圖2，於圖中所顯示的裝置10具有一個組合件12，該組合件12包括：一個用於容納供給用熔融合金15的供給槽14與一個熔爐16，而該供給槽14包含在該熔爐16之內，並且該供給槽14是可加熱的，以將熔融合金15保持在一鑄造溫度下。該組合件12更包括：一個模具18與一個導管20，該模具l8被裝設在該熔爐16之上，或相對於該熔爐16從該供給槽14的一側側向向外地裝設，而該導管20提供在該供給槽14與該模具18之間的連通。

該組合件12被裝設成在一個大致為水平的軸“X”上係可傾斜，該軸“X”正交於在圖1與圖2中所描述的視圖。為了能實現上述結果，一個從該熔爐16的各端部突出的耳軸22被軸承於一對固定到基座B之個別支柱24中。同時，在該熔爐16的各端部有一個個別的液壓缸(hydraulic ram)26，該液壓缸26係可延伸與縮回以用於該組合件12之傾斜。

該供給槽14是由一個U形周圍板件28與相對的端壁30所界定的一種相當短的料槽。並且，該供給槽14在該等端壁30的中間處具有一個橫向擋板或隔板29，而該橫向擋板或隔板29具有數個開孔31，並於下文中更詳細地描述。該導管20具有一個主要部件32，而該主要部件32從該板件28的一個側壁部34延伸穿過該熔爐16的一個鄰近側壁部36到達一個在該模具18之下的隔開位置。該導管20具有一個從該主要部件32的外端部向上延伸之較短的部件38，其提供與該模具18之間的連通。如於圖6中可清楚看出，該導管20的主要部件32之內端部被連接到一個環狀凸緣40，該環狀凸緣40被提供在該供給槽14的連接器42之上。該環狀凸緣40被該導管20之類似的凸緣44頂靠，同時該凸緣40與44由一個夾鉗裝置45固緊在一起，該夾鉗裝置45將於下文中詳細描述。

該模具18具有一個下方部件46與一個上方部件48。該下方部件46被裝設在該熔爐16之上或相對於該熔爐16而裝設。在圖1與圖2的概略代表圖中，該部件46基本上被描述成裝設在該導管20之部件38的上方端部之上。然而，一個對於該熔爐16的更典型配置是其具有一個側托座或裙部(apron)，其以元件符號49表示，而該下方部件46被支撐到該側托座或裙部49之上。該上方部件48能在圖2中所示的位置與圖1中所示的升高位置之間移動，而在圖2中所示的位置中，該等部件46與48界定一個模穴50(請參照圖3)。對於這樣的移動而言，該裝置具有數個直立式導引件52，而一個液壓缸54被裝設在該等直立式導引件52的上方端部之上。該液壓缸54是可縮回與延伸，以相對於該模具部件46來升高與降低該模具部件48。

該供給槽14是設計來容納某一容量的熔融合金15，使得當該組合件12在圖1所示的非鑄造位置時，該熔融合金15的自由表面是高於該連接器42提供在該供給槽14與該導管20之間連通的高度位置。該導管20的主要部件32從該高度位置處相對於該供給槽14向外並向下延伸。這樣的配置是使得當該組合件12在非鑄造位置以及該模具18為開啟時(因此該導管20的外端部是處於大氣壓力下)，在該導管20中的熔融合金15之自由表面正好低於該模具18。隨著該液壓缸26的縮回，該組合件12可以在軸X上相對於圖1與圖2的視圖以順時針方向傾斜，來將該組合件12帶到圖2中所示的鑄造位置。然而，在進行這樣的傾斜動作之前，該液壓缸54被延伸，以移動該模具上方部件48向下結合該下方部件46，從而，關閉該模具18準備鑄造作業。

當該組合件12從圖1的非鑄造位置傾斜到圖2的鑄造位置時，在該導管20從該供給槽14延伸的高度位置處更進一步掉到在該供給槽14中的熔融合金15的液面之下。高於該高度位置的壓力頭在該鑄造位置處增加到最大值。同時，該導管20的外端部與關閉的模具18被下降到低於該供給槽14中的熔融合金15的自由表面。結果，使合金在重力的影響下流入該導管20內，接著從該導管20流到該模穴50。該模穴50的頂部係低於在該供給槽14中的熔融合金15的液面至一鑄造位置的程度，於該鑄造位置時係存在一高於該模穴50的確實壓力頭“H”。因此，模穴的充填能夠在一個重要的壓力下達成，該顯著壓力確保完成充填與收縮補償的方法。

由於該導管20的主要部件32之長度，所以在從該非鑄造位置移動到該鑄造位置時，僅經由一個建立該壓力頭H之相當小的角度就足以來傾斜該組合件12。例如，該角度可以是從大約15°到30°的範圍，或例如從大約20°到25°的範圍。在該組合件12處於該非鑄造位置時，該導管20相對於該供給槽14的向下傾斜，有助於獲得一確實的壓力頭，而該導管20的彎曲或屈曲(dog－leg)形式是由於其相互傾斜的部件32與38之故。藉由在遠離該供給槽14的側邊(該導管20從該側邊延伸)之方向上和該供給槽14的中心線分隔開之軸X，以及藉由從該板件28的側壁部34之相當垂直的部分所延伸之導管20，同時也有助於壓力頭的進展。

至少用鎂合金進行鑄造時以及當模具18開啟時，一種防護氣體較佳被提供在該供給槽14與在該導管20的出口端中，以防止氧化與合金燃燒的危險。在該供給槽14中，高於熔融合金15的的容積相當容易受到保護。合適的防護氣體較空氣密度更大，並因此相對容易保留住，同時，一個覆蓋該供給槽14之蓋子55有助於該氣體的保留。對於在該導管20的部件38之上方端部的合金而言，上述情況則較不明確。然而，已發現一種如圖3到圖5所圖示之配置提供一種有益的結果。

圖3顯示該模具18正好是在該組合件12開始從該非鑄造位置傾斜之前。接著，該模具18被關閉。圖4顯示在該組合件12回復到該非鑄造位置之後，正好在該模具18開啟以將該鑄件56從該模穴50取出之前的情況。

如圖3到圖5所示，下方與上方部件46與48各具有一個個別的周圍凸緣58與60。在圖3中，該模具部件48的周圍凸緣60具有一個下彎外環緣(down－turned outer rim)62，而一個密封件64套合環繞在該環緣62的下緣中的一溝槽65，用於壓抵該下方部件46的凸緣58的上方表面。在圖4與圖5中，該下方部件46的凸緣58具有一個上彎的外環緣62，而一個用於壓抵該外環緣62的上緣之密封件64套合環繞一個在該上方部件48的凸緣60之下方表面中的溝槽65。這樣的配置使得以該模具18關閉而將下方與上方部件46與48帶至接觸於分模面P的情況下，凸緣58與60形成一個歧管66。在該歧管66中，一個容室68被界定環繞該等模具部件46與48的周圍，而該分模面P並延伸通過該容室68。該容室68與該模穴50藉由複數個開槽70而在該模穴50的周圍連通，該等開槽70至少在該等部件46與48的至少其中一個之表面中形成(在圖式中係以在部件46中來說明)，以界定介於該模穴50與該容室68之中的淺通道71。

該歧管66包括至少一個連接器72，該連接器72與該容室68相連通。該連接器72是可連接到一條供給管線74，藉由該供給管線74，防護遮蔽空氣能被供給到該容室68。並且，該歧管66包括：至少一個連接器75，透過該連接器75氣體能夠從該容室68處排放，並經由排放管線76來收集該氣體。

如前述，於該組合件12處於該非鑄造位置且該模具18開啟時，在該導管20中的熔融合金15之液面是正好低於該模具18。如圖3所示，此種情況繼續存在在該模具18關閉時於從該非鑄造位置處傾斜之前。當該組合件12被傾斜到該鑄造位置時，該合金在該導管20中升起，接著經由澆注口(inlet sprue)78進入該模具18，最後流入並充填該模穴50。在充填模穴的過程中，該合金排出在該導管20的出口端與該模穴50中的氣體。被排出的氣體通過該等通道71到達該容室68。該排出的氣體從該容室68經由該管線76排放。為使上述情況成為可能，一個在該管線76中的閥門80被開啟，同時在該管線74中的閥門82被關閉。該等閥門80與82較佳為電磁閥。

藉由於傾斜到該鑄造位置下進行模穴充填所產生的鑄件56於固化時，合金開始從該鑄件56的後方固化到在該澆注口78的入口處之狹窄的頸部。在完成上述固化時，該組合件12回到該非鑄造位置。當該組合件12從該鑄造位置傾斜回到該非鑄造位置時，在該導管20中的靜止的熔融合金流回到該供給槽14，這樣的結果易於在該導管20中的熔融合金之液面與在該澆注口78中固化的合金之間產生空隙。

在從該鑄造位置開始傾斜之前，閥門80被關閉而閥門82被開啟。在該閥門82被開啟的情況，防護氣體被供幾到該容室68，並且該防護氣體能夠通過該等通道71與該模穴50進入該導管20的端部。因合金在該模穴50中固化時的收縮而使上述情況成為可能，該收縮提供環繞鑄件56的微小空隙，足以讓防護氣體從該等通道71流動環繞該鑄件56與澆注口的金屬到達該導管20。並且，該防護氣體必需在超過大氣壓力下供給到該容室68之內，同時，如所示，在該導管20中收縮的合金會使在該導管20中所建立的壓力下降。

當該組合件12回到該非鑄造位置時，該閥門82被關閉。接著，該模具部件48上升，而該鑄件被取出。然而，即使在該模具18開啟的情況下，由於該防護氣體較空氣密度更大，所以該防護氣體會被充分地保留在該導管20的端部中。因此，該氣體能夠在鑄造循環之間相當短的時間間隔下，防止在該導管20中的合金之上方液面氧化。

除了***作以在該鑄造位置與該非鑄造位置之間傾斜該組合件12之外，該液壓缸26能***作來傾斜該組合件12到一個蓄料位置(storage position)。為了達成這樣的結果，該液壓缸26被延伸達到一個需要將該組合件12從該鑄造位置回到該非鑄造位置之更大的範圍。換言之，該組合件12相對於圖1與圖2的視圖以逆時鐘方向被傾斜超過圖1之非鑄造位置。該組合件12可以從該非鑄造位置傾斜到該蓄料位置之角度必需足以使所有在該導管20中的合金流回該供給槽14。

該蓄料位置能用來完成鑄造作業(casting campaign)。在該供給槽14中固化的合金藉由從該熔爐16輸入熱能而可以被重新熔解。然而，由於將合金重新熔解的困難度，因此合金不應該被容許在該導管20中固化。該組合件12傾斜到該蓄料位置使合金在該導管20中固化得以避免。

進行傾斜到該蓄料位置的動作也可以在該供給槽14故障時使用，期使熔融合金可以被排放到該熔爐16。如所示，該熔爐16具有一個排放口84，在該組合件12在該蓄料位置時，該排放口84使熔融合金被排放到一個容室86，而該容室86沿著遠離該模具18之熔爐16的側邊被裝設。該容室86可以被提供有助熔劑(flux)87，該助熔劑87適合與熔融合金形成熔渣。由於該容室86能維持相當低的溫度，因此該助熔劑87可以保存在塑膠袋中，而該塑膠袋在接觸合金時溶化以釋放其內容物。斜面基座(sloping base)88使合金容易排放到該容室86之中。

該導管20需要時可以移除以維修或更換。前述情況因該夾鉗裝置45與圖6的配置方式而容易達成。如圖6所示，因為該凸緣44具有一個凹座(recessed seat)89而該凸緣40具有一個突出式中央轂(projecting central hub)90，所以該凸緣40與44的表面會相互套合。一個波狀襯墊91被提供在該座部89與該突出式中央轂90之間，而該等凸緣40與44由該夾鉗裝置45迫緊在一起，以達成在該波狀襯墊91處的密封狀態。

每一個凸緣40與44具有一個錐形外側表面。該夾鉗裝置45具有一對相對的夾鉗構件92與93，每一個夾鉗構件界定一個半環形溝槽，而該等凸緣40與44可以座落在該半環形溝槽中。該下方構件92具有一對從該處凸起之平行的螺紋桿件94，而該上方構件93中具有貫通孔。在該構件93之上有一個壓緊用間隔管件(compression spacer tube)95，其套合在每一個桿件94之上，使得一個螺帽96被緊固在該桿件94之上，下壓該管件95，而將該等構件92與93拉在一起。在每一個構件92與93中的溝槽具有錐形側邊，該等側邊壓抵該等凸緣40與44的錐形側邊。因此，緊固該等螺帽96或桿件94用來驅動該等凸緣40與44緊固在一起以夾住該襯墊91。

如圖1與圖2所示，該桿件94與該管件95的上方端部突出穿過該熔爐16的頂部。因此，該等螺帽96如果需要的話能輕易地緊固或鬆開。同時，如於圖7清楚所見，該上方構件93具有一個桿件97，該桿件97在該等桿件94之間向上突起。該桿件97做為一種用於機動調整該裝置45之把手。然而，如圖8所示，在將一個沉重的套筒99定位在該桿件97之上後，一個螺帽98可以被提供在該桿件97的螺紋上方端部之上，而此種配置是可操作成為一種撞擊鎚(impact hammer)，以用於在鬆開該等螺帽96之後分開該等構件92與93。

參照圖9，顯示於其中的供給槽14之立體圖部分切除來顯示擋板29。該擋板29形狀做成符合該板件28的U形內表面，其並藉由焊接到該板件28的方式而被固定在適當位置。該擋板29係大致平行於並且位於該供給槽14的端壁30中間。因此，該供給槽14的內部被分隔成一個第一容室14a與一個第二容室14b，該導管20從該第一容室14a處延伸。新鮮的合金能被供給到該第二容室14b，並將該第一容室14a中的熔融合金維持在一個所希望的液面高度，而該等開孔31被供應在該擋板29中，以使合金從該第二容室14b能夠流到該第一容室14a。該擋板29具有一個上緣，其相對於在該非鑄造位置之組合件12具有一個大致水平的中間區段29a與在每一個中間區段29a的端部之向上向外傾斜的端部區段29b。在該組合件12處於該非鑄造位置時，該供給槽14中所需要的液面高度是低於該中間區段29a，並在該組合件12處於該鑄造位置與蓄料位置的每一個時，低於個別的端部區段29b。

參照圖10到圖13，顯示在圖中的裝置110是非常類似圖1與圖2的裝置10。該裝置110的結構與鑄造作業大致將從圖1與圖2的描述來瞭解。為了參照該裝置110的元件必須要擴展元件符號，該裝置110的元件符號與該裝置10對應的元件之元件符號加上100後是相同的。然而，省略相當於圖1與圖2中的支柱24與液壓缸26之支柱與撞錘是基於說明簡化之目的。

圖11與圖12顯示該裝置110是分別處於一個相當於圖1之非鑄造位置與一個相當於圖2之鑄造位置。因此，在圖11中，該組合件12是處於該非鑄造位置之狀態，其正準備移動到圖12所示之鑄造位置。於上述位置之間移動的操作方面基本如圖1與圖2相關的描述。

圖10顯示該裝置110在已經從圖12的鑄造位置移動到該圖11的非鑄造位置，接著越過該非鑄造位置到一個停置(park)或蓄料位置。在該停置或蓄料位置中(例如假設在鑄造作業的最後階段)，該導管120的主要部件132從該供給槽114處向上傾斜，使得其稍微高過水平線。結果，熔融合金115從開啟的模具118的下方模具部件146以及從該導管120處被排回到該供給槽114之內。

圖13顯示該組合件112是處於一個排空的位置。該組合件112從圖10的停置或蓄料位置被移動到這個位置，其係藉由傾斜該組合件112通過圖11的非鑄造位置，接著到達並超越圖12的鑄造位置。然而，在離開該停置或蓄料位置之前，該導管120被更改。此種情況可以藉由多種不同的配置來達成。在第一種配置中，該夾鉗裝置145被鬆開，以使該導管120被移除，在移除之後該導管120以另一個導管120a取代。如圖13所示，該導管120a是平直的，並提供有一個該供給槽114的連接器142之同直線的延長部分。該配置使得當該組合件112被傾斜到該排空的位置時，合金能從該供給槽114排放，接著被接收在一個合適的容器100中。在圖13中，該組合件112到達其排空的位置之中途。該組合件112需要進一步傾斜越過圖12的鑄造位置到達該排空的位置，而於該排空的位置時，在該供給槽114中的所有合金能排放到該容器100中。

在第二配置狀態中，如圖12所示，該主要部件132遠離該連接器142之端部具有一個可移除的蓋子101。當需要排空該供給槽114時，該蓋子101於該組合件112處於圖10的停置位置時被移除，而一個同直線的短導管102(其顯示在圖12的虛線部分)被套裝。至於一個進一步的變化例而言，元件符號101表示一個閥門構件，該短導管102可以被附繫到該閥門構件101。該閥門構件101使該短導管102能在任何位置與該該組合件套合，因為該閥門構件101在阻斷合金或使其能夠流過該短導管102的位置之間可以調整。

圖14到圖16顯示圖4與圖5的另一種配置方式，而前述兩者是關於該模具類型與用於分配防護氣體並置換空氣的系統。圖14到16的配置之部件(其等)的元件符號相當於圖4與圖5的配置之部件的元件符號加上100。

圖14顯示一個模具118之部分剖面圖，該模具118具有：下方與上方模具部件146與148以及當該模具118關閉時在該等部件146與148之間的一個模具圓周的主體組合件102。該等部件146與148與該主體組合件102共同界定一個模穴150。因此，除了有一個分模面(該等部件146與148在分模面位置接合)，而每一個部件146與148接合該主體組合件102的個別表面。

該主體組合件102包括：複數個長形構件103，一長形構件的部分係顯示在圖15與圖16各圖中。該等長形構件103具有斜接端部(mitred end)，而相鄰的長形構件103在斜接端部處接合。該等長形構件103同時也界定一個流動系統，該流動系統使防護氣體能夠供給到該模穴150並將空氣從該模穴150處清除。

在每一個長形構件103的上方與下方表面103a中，界定一個靠近該外表面103b的縱長溝槽104。複數個淺的但較寬的流道105從每一個溝槽104延伸到界定表面103c之模穴內。一個孔洞106提供對每一個溝槽104之間的連通，同時一個在該外表面103b位置的通口107與該孔洞106連通。如圖14所示，在該模具關閉時，每一溝槽104與其流道105由該等部件146與148的其中相鄰的一個所覆蓋，以個別地界定長形通道104a與淺的通道105a。上述配置使得氣體能從一個氣體流動管線(部分顯示在元件符號108處)流過該通口107到達通道104a，接著透過該等通道105a流入該模穴150，或從該模穴150朝相反的方向透過管線108排放。

在每一個長形構件103的斜接端部103d、每一個替代構件103的每一斜接端部103d或每一個構件103的每一斜接端部103d之位置，有一個用於氣體流動類似的設備。因此，如圖15與圖16所示，有一個靠近該外表面103b的垂直溝槽109與複數個淺的但相當寬的流道111，該等流道111從該垂直溝槽109延伸到內表面103c。一個與該垂直溝槽109連通之通道113使氣體能夠流到該模穴150，或從該模穴150流出。在該模具關閉的情況，相鄰構件103的相對端部相鄰接，使得該溝槽109與該等流道111提供一個在該模穴150與通道113之間的通道。

前述配置類似圖4雨圖5所描述之配置。因此，用於至少一個該構件103之流動系統可以具有氣體流動管線108，而該氣體流動管線108被連接到一個防護遮蔽氣體之供給源，當需要時，該防護遮蔽氣體被供應到模穴，而至少一個構件103具有：當需要時使氣體從模穴150排放之氣體流動管線108。在上述情況中，用於氣體流動的裝置在該斜接端部103d位置可以在該氣體流動管線108中與用於流動的系統相互連接。儘管該模穴150能由流入的合金來清除氣體，並當需要時接受防護氣體是基本的要求，但是仍有許多可能的配置存在。

本發明的鑄造裝置許多顯著實用的優點將從參照附圖的說明來瞭解。因此，該裝置顯著地擴大能力，並且降低用於鑄造廣汎元件(包括高效能元件)之永久模的成本。同時，該裝置也能降低資本、工具與運轉費用，而仍可修改以適用於電阻加熱。該裝置具有一個小的機器佔地面基，同時可以無添加空氣(ladling through the air)與施加壓力來充填模具的需求。該裝置在鑄造金屬方面有高產量，典型上大約95%。

已發現該鑄造裝置能生產高整合性能熱處理與焊接的鑄件。具有複雜的內部形狀之鑄件使用沙心(sand core)是可能的。該裝置適合汽車或其它工業從小規模到大規模生產的廣汎產品。

已發現鑄件(依據本發明之裝置來生產)具有得自模具之優良的表面精度(finish)，且無流線或污點並有良好的表面外觀。該鑄件具有良好的清晰與細部之表面，並且無鑄造缺陷(misrun)。再者，加工後的鑄件呈現良好明亮的表面精度。已發現用本裝置生產的鑄件所量測到的張力特性，相當於或超過可比較的重力式永久模鑄造用合金(例如AZ－91)已知的特性。

本發明的裝置使成型時間(cycle time)能較相當的鎂合金永久模鑄件更短，且無需冒口(riser)。再者，該成型時間也顯著較相當的鋁合金永久模鑄件更短。此外，銷耗成本(consumable cost)通常較低，例如是使用防護遮蔽氣體，同時可以使用商用模具披覆。鑄件壁部厚度典型是永久模鑄件。再者，勞動成本保持低的位準。

最後，應該瞭解到數種變化、修改以及/或增加部分可以引入前述部件的結構與配置，而不會偏離本發明的精神或範疇。

B．．．基座

H．．．壓力頭

P．．．分模面

X．．．水平的軸

10．．．裝置

12．．．組合件

14．．．供給槽

14a．．．第一容室

14b．．．第二容室

15．．．熔融合金

16．．．熔爐

18．．．模具

20．．．導管

22．．．耳軸

24．．．支柱

26．．．液壓缸

28．．．U形周圍板件

29．．．橫向擋板或隔板

29a．．．中間區段

29b．．．端部區段

30．．．端壁

31．．．開孔

32．．．主要部件

34．．．側壁部

36．．．側壁部

38．．．較短的部件

40．．．環狀凸緣

42．．．連接器

44．．．凸緣

45．．．夾鉗裝置

46．．．下方部件

48．．．上方部件

49．．．側托座或裙部

50．．．模穴

52．．．直立式導引件

54．．．液壓缸

55．．．蓋子

56．．．鑄件

58．．．周圍凸緣

60．．．周圍凸緣

62．．．下彎外環緣

64．．．密封件

65．．．溝槽

66．．．歧管

68．．．容室

70．．．開槽

71．．．淺通道

72．．．連接器

74．．．供給管線

75．．．連接器

76．．．排放管線

78．．．澆注口

80．．．閥門

82．．．閥門

84．．．排放口

86．．．容室

87．．．助熔劑

88．．．斜面基座

89．．．座部

90．．．突出式中央轂

91．．．波狀襯墊

92．．．夾鉗構件(下方構件)

93．．．夾鉗構件(上方構件)

94．．．螺紋桿件

95．．．壓緊用間隔管件

96．．．螺帽

97．．．桿件

98．．．螺帽

99．．．套筒

100．．．容器

101．．．蓋子

102．．．短導管(主體組合件)

103．．．長形構件

103a．．．上方與下方表面

103b．．．外表面

103c．．．表面

103d．．．斜接端部

104．．．縱長溝槽

104a．．．通道

105．．．流道

105a．．．通道

106．．．孔洞

107．．．通口

108．．．氣體流動管線

109．．．垂直溝槽

110．．．裝置

111．．．流道

112．．．組合件

113．．．通道

114．．．供給槽

115．．．熔融合金

118．．．模具

120．．．導管

120a．．．導管

132．．．主要部件

142．．．連接器

145．．．夾鉗裝置

146．．．下方模具部件

148．．．上方模具部件

150．．．模穴

為了使本發明可以更容易被瞭解，請參照附圖，其中，圖1為一個依據本發明的鑄造裝置之剖面圖，其顯示該裝置處於非鑄造位置；圖2相當於圖1，但是其顯示該裝置處於鑄造位置；圖3以放大的尺寸顯示在圖2的裝置之部件；圖4類似於圖3，但係顯示一個稍微修改過配置方式之控制系統的部件；圖5為一個圖4的配置之部件的放大之立體分解視圖；圖6為以放大的尺寸顯示在圖1與圖2的裝置之另一部件；圖7為一個顯示在圖6的元件之立體圖；圖8概略圖示一個用於釋放圖7的元件之機構；圖9為一個顯示在圖1與圖2的裝置之部件的部分切除的立體圖；圖10到圖13提供一個參考圖1與圖2所說明之一熔爐但係處於四個個別不同位置之概略代表圖；以及圖14到圖16顯示圖4與圖5的控制系統之另一實例的個別視圖。

X．．．水平的軸

10．．．裝置

12．．．組合件

14．．．供給槽

16．．．熔爐

18．．．模具

20．．．導管

22．．．耳軸

24．．．支柱

26．．．液壓缸

28．．．U形周圍板件

30．．．端壁

32．．．主要部件

38．．．較短的部件

42．．．連接器

45．．．夾鉗裝置

46．．．下方部件

48．．．上方部件

52．．．直立式導引件

54．．．液壓缸

55．．．蓋子

84．．．排放口

86．．．容室

87．．．助熔劑

88．．．斜面基座

Claims (23)

1. 一種鑄造裝置，其使在鑄造作業時合金能夠重力式流動與進給，該鑄造裝置包含：一個容納供給用合金的供給槽；一個熔爐，該熔爐包含該供給槽，並且該供給槽是可加熱的，以將供給用合金保持在適當的鑄造溫度下；一個固定鑄模，該模具從該供給槽和該熔爐側向向外固定，該鑄模具有以模穴定義的數個印模；一個導管，該導管提供在該供給槽與該印模之間的連通；以及一個驅動元件可操作的用於繞大致水平的軸可逆式地傾斜一個包括該熔爐、該供給槽與該鑄模之組合件以致使或防止合金透過該導管從該供給槽流到在供給槽之合金的壓力頭下且由該印模所界定的模穴，其遍及該組合件之傾斜範圍，從第一非鑄造位置到第二鑄造位置以產生壓力且生產鑄造，在第一非鑄造位置中該組合件佔用一鑄造循環完成後及開始下一個鑄造循環之前的時間，並於其間防止合金從該供給槽流到該模穴，而該第二鑄造位置使合金從該供給槽流到該模穴，該鑄模具有一個下方部件與一個上方部件，由該下方部件合金可藉由從導管向上地流而向上地被接受進入該模穴，且藉由該下方部件該鑄模係關於該熔爐而被固定，而該上方部件可相對於該下方部件和該熔爐移動以開啟與關閉該鑄模，該鑄模以一配置而被提供，其可連接至防護覆蓋氣體之提供源並且可使防護覆蓋氣體 流至模穴以保護在該導管的第二端部之熔融合金的液面，該配置包含一容室，該防護氣體被接收於其內，該配置包含複數個出口，藉由該些出口，該容室與該模穴相通，該配置可***作在正壓力下提供防護覆蓋氣體至該鑄模，以在合金於模穴中進行固化過程時和在該組合件從該第二鑄造位置傾斜到該第一非鑄造狀態之前流入該模穴，從而，當鑄模打開時，當熔融合金從該模具收縮如同該壓力頭降低一樣，防護覆蓋氣體之正壓力以及在導管的第二端部處所造成的壓力降低，使防護覆蓋氣體可以流到該導管的第二端部內，用以保護在該導管的第二端部內之熔融合金的液面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該驅動元件可操作的用於可逆式地傾斜該組合件之裝置可操作式地將該組合件傾斜到第三蓄料位置，該第三蓄料位置在遠離該第二鑄造位置的方向上超過該第一非鑄造位置，且在該第三蓄料位置時，在該導管中的合金會排放到該供給槽之內。
3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中，用於傾斜該組合件之該驅動元件***作以將該組合件傾斜遠離第三蓄料位置，通過並超過該第二鑄造位置到一個第四合金排空位置。
4. 如申請專利範圍第1項到第3項中任一項所述之裝置，其中，該供給槽能容納一熔融合金量，該熔融合金量大於在一個鑄造循環所消耗的合金量。
5. 如申請專利範圍第1項到第3項中任一項所述之裝置，其中，該導管具有一個位於該供給槽之第一端部，當該組合件處於該第一非鑄造位置時，該第一端部的高度位置是低於在該供給槽中的合金液面高度，藉以於該組合件從該非鑄造位置樞轉到該第二鑄造位置期間，高於該第一端部位置之熔融合金的壓力頭能被維持，並藉以當該組合件從該第一非鑄造位置傾斜到該第二鑄造位置時，使該合金的壓力頭增加。
6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中，在該組合件處於該第二鑄造位置時，該壓力頭在最大值，而在該供給槽中的合金液面高度充份高於在該模穴中的最高點，以確保模穴的完全充填。
7. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中，該導管從該導管的第一端部位置穿過離開該供給槽，接著側向穿過該熔爐的一個壁部並向外到達一個在鑄模處的第二端部，而其中，當該組合件是處於該第二鑄造位置時，在該供給槽中所建立的合金壓力頭下，該導管以讓合金能夠向上流入並充填該模穴的方式，來與該鑄模相連通。
8. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中，當該組合件處於該第一非鑄造位置時，該導管在一個恰位於該模穴下方的位置處與該模穴相連通。
9. 如申請專利範圍第1項到第3項中任一項所述之裝置，其中，在該熔爐內的導管之第一部件是可由該熔爐加熱，藉以降低該合金在流到該鑄模時過度冷卻的危險，而 在該熔爐與該模具之間的導管之第二部件受到保護以防止被過度過度冷卻。
10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中，該導管是由一種耐火絕熱材料製成。
11. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中，該導管之第二部件是可由環繞該第二部件的電阻線圈加熱。
12. 如申請專利範圍第1項到第3項中任一項所述之裝置，其中，該導管具有一個主要部件，其長度延伸向外穿過該熔爐，並當處於該第一非鑄造位置時，相對該組合件向下傾斜。
13. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，該導管的主要部件相對水平線傾斜從大約5°到15°的角度。
14. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，該導管具有一個較短部件，該較短部件從該主要部件之遠離該供給槽的端部向上延伸到該模具。
15. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中，該主要部件與該較短部件的長度以及該主要部件相對水平線向下傾斜的角度，係使得需要一個從15°到30°的樞轉角讓該組合件能夠在該第一非鑄造位置與該鑄造位置之間樞轉。
16. 如申請專利範圍第1項到第3項中任一項所述之裝置，其中，該供給槽包括：一個料槽，該料槽垂直於該樞轉軸的橫剖面為U形，該導管從該U形所界定之相對側壁部的其中一個側壁部延伸，而該樞轉軸之偏位係從該料槽之中心朝向該等相對側壁部的另一個側壁部。
17. 如申請專利範圍第16項所述之裝置，其中，該供給槽具有一個遮蓋，該遮蓋使一種在該合金的液面之上的防護空氣能夠被保留住。
18. 如申請專利範圍第16項所述之裝置，其中，該供給槽可以具有一個橫向擋板或隔板，其將該供給槽的內部分隔成兩個容室或區域，該導管從該兩個容室或區域的第一個處延伸，而該供給槽設計成可將新鮮的合金供應到第二容室或區域。
19. 如申請專利範圍第18項所述之裝置，其中，該擋板使供應到第二容室之新鮮的合金能夠流到該導管自其延伸之該第一容室，同時於鑄造作業期間，防止出現在該第二充料容室中的固態合金塊阻礙合金從該第一容室流到該導管。
20. 如申請專利範圍第1項到第3項中任一項所述之裝置，其中，該防護覆蓋氣體能沿著一與多流道流入該模穴，而該或該等流道在分模面位置被形成於該等印膜的其中一個或每一個中。
21. 如申請專利範圍第20項所述之裝置，其中所配置的容室，該防護氣體能被供給，而該容室延伸環繞該鑄模的周圍，以使氣體從該容室沿著複數個通道流到該模穴，每個通道終止於各別的一個出口。
22. 如申請專利範圍第1項到第3項中任一項所述之裝置，其中，該裝置包括一計時器，用於回應鑄造操作參數以安排供給防護氣體之時間。
23. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該導管的第二部份係以一絕緣套管來提供。