[发明专利]一种金属熔炼、传送和精确定量给汤的铸造工艺及其装置

说明书

[技术领域]

本发明涉及有色金属、黑色金属与贵金属及其合金的熔炼、金属汤的保温、保护、隔渣、传送与精确定量给汤(下称“给定”或“精确给定”)的铸造工艺及实现该工艺的装置，尤其涉及高熔点或易氧化如镁、铝、铜、锡等金属及其合金熔炼、金属汤的保温、保护、隔渣、传送与精确给定的铸造工艺及实现该工艺的装置，适用于铸造、冷室压铸与连铸连锻等需精确给定的领域上。 

[背景技术]

传统的铸造工艺为实现金属的熔化、金属汤的保温、隔渣与给定，一般由几个独立装置分阶段操作来完成的，系统相对复杂、造价高，给定方面更难保证精确定量。应用得最广泛的是四连杆机构给汤机械手，它可以实现准确定位的给定；其给定金属汤的定量问题，靠更换不同容积的勺子解决；这种金属汤给定装置属于多个自由度的运动机构，造价较高，且属于“敞开式”，即金属汤是暴露于空气中，不适合应用于镁合金铸造等须对金属汤进行防氧化保护的给定领域的工艺要求。这种“敞开式”给定方式，系统热量散失大，不节能，对生产现场工况的负面影响也很大(当然，增加外罩并注入保护气体，能有效实现对金属汤的保护，也会减少系统热量的散失)。这种给定方式的另一个缺点是，当勺子自下而上直接从炉子的坩埚中提取金属汤时，浮于金属汤表面的渣料，会随同金属汤进入下一道工序，造成铸件的夹渣缺陷。另一种给定机构是类似热室充型压铸机的活塞式机械给定机 构(下称“活塞式给定机构”)，是集充型与压射于一体的机构，属于直接给定的方式。压室设有进料口，相当于一种连通器结构，结构简单造价低，能效与工况都比“敞开式”好。但这种给定装置与控制系统并没有定量功能，只适用于与型腔直接联通的成形工艺，也就是说，它只应用于只需充型、不需要定量的热室压铸、低压铸造等场合，对需要定量给汤的普通铸造也不适用。并且由于“活塞式给定机构”的压室与活塞置于金属汤之中，对于类似镁合金、铝合金这类需高压射充型压强的压铸工艺，金属汤温度一般都在630-750℃范围，用来制造压室与活塞的热作金属材料都处于退火状态，压室的强度显著下降，普通材料制作的压室与活塞装置难以满足工艺要求。当然采用耐更高温度的金属材料做压室与活塞可缓解这个问题，但装置的成本将会显著上升，压室与活塞的寿命也不高，故工业上很少用热室充型压铸工艺生产铝合金、镁合金工件的。对于温度超过1400℃的黑色金属汤的给定，更高性能的耐高温合金也不可能具备做压室与活塞应有的抗拉强度；采用陶瓷等非金属压室可耐超过1400℃的高温，但其强度不足，仅适用于低压铸造类，无法达到压铸类工艺要求。 

既能对金属汤进行保护又能精确给定的工艺和装置是最难实现的。目前，在防氧化保护下给汤的方法有两个：其一是“密封气压式”。其方法是在密闭的容器中，用0.1MPa左右的压缩气体，将金属汤液面整体压下，使金属汤经过通道流出密闭容器实现给定，金属汤的给定量由金属液面截面积与下行的距离决定。这种方式的难点在于高温环境下保证容器的密封性，系统复杂造价高，精度也不高，对于小体积 铸件的给定，很难实现精确控制；其二是保护气氛下的泵式给定，这是一种控制流量的给定方式。其难点在于，生产过程中坩埚里的金属汤液位是不断变化的，给定又是一种间歇动作，流量控制难度大、精度低，同样不适用于小体积铸件的给定。并且这两种给定的方式，给定过程每次都要先提升金属汤，由于液位是变化的，其提升的行程必定是变化的，想实现系统的精确控制，要实现精确给定很困难，工业应用受到限制。 

[发明目的] 

本发明是要克服现有技术上述之不足，提供一种集金属熔炼、金属汤的保温、保护、隔渣、传送与精确给定的铸造工艺及实现该工艺的装置，做到其给定过程环节最少，金属汤行程最短，给定机构运动最简单，给定精度大大高于传统“密封气压式”方案，整个工艺过程全自动完成，能有效减轻其氧化损耗，不但适用于镁合金等相对高熔点并具有强烈氧化倾向的金属汤精确给定，也适用于其它氧化倾向不严重，如铝、铜、锡及其合金的金属汤精确给定，还适用于包括黑色金属在内所有高熔点金属的给定。其自动化程度高、工艺控制过程可靠、装置结构简单，具有很好的工业经济性。 

[发明内容]