逆重力的离心铸造制造技术

逆重力铸造多个产品的方法和装置，其中，所提供的陶瓷铸模（１０）具有一个直立的冒口通道（１２）和多个沿着冒口通道（１２）的长度在不同的高度上设置的型腔（１６），每个型腔（１６）通过一个浇口通道（１４）与冒口通道（１２）相通，其中，驱动熔化金属从一个源头向上流入冒口通道（１２）中，通过它们的浇口通道（１４）来供给型腔（１６），其中铸模旋转，因此存留在浇口通道中的熔化金属在朝着型腔（１６）的方向上受到离心作用，型腔（１６）和浇口通道中的熔化金属凝固之前，将冒口通道中的熔化金属排出，使冒口通道排空，浇口通道中至少部分注入熔化金属，以便在金属收缩时向型腔（１６）提供熔化的金属。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属和合金的逆重力离心铸造。
技术介绍
在3 863 706、3 900 064、4 589 466号美国专利中对一种在透气的陶瓷壳模中进行熔模铸造的逆重力铸造工艺进行了描述。陶瓷壳模由已知的“熔模”工艺形成，并且包括一个直立的冒口通道，在冒口通道周围，设置了形状为将要制造的铸件产品的型腔阵列。型腔沿着近似从底部到顶部的冒口通道的长度方向放置，每个型腔通过一个或更多的非常狭窄的进料浇口通道与冒口通道相通，这些进料浇口通道取决于型腔的结构。陶瓷铸模设置在一个真空容器中，一个注入管道与冒口通道的底部相通并且伸出容器之外，以浸入下方的熔化金属池。当注入管道浸入金属池后，在容器中形成一个相对真空(低于环境的压力)，用来将熔化的金属向上吸入冒口铸口并进入浇口通道及型腔中。在典型的商业产品生产中，浇口通道和型腔中熔化的金属在容器中的真空释放前凝固，虽然美国3 863 706号专利披露，在浇口通道和型腔中熔化的金属凝固后释放容器中的真空，用以产生单个的铸造产品并且允许冒口通道中仍旧熔化的金属返回下方的金属池中进行再利用。陶瓷壳模可以设置在真空容器的颗粒支撑介质中，例如干铸模砂，如美国5 069 271号专利中所描述的一样。通过在真空容器中使用支撑介质，可以减小壳模壁的厚度。使用真空头可以在容器中产生真空，当容器中形成低于环境的压力时，该真空头也压缩了壳模周围的支撑介质。逆重力铸造方法导致浇注位于直立的冒口铸口的不同高度上的相同型腔中的时间发生很大的变化。注满同一壳模的型腔所需要的时间会发生变化，这取决于以下这些参数中的某一个或两个因素，例如型腔沿冒口通道的位置、颗粒支撑介质的透气性、陶瓷壳模的透气性、容器抽空的速度、容器中最终的真空水平以及其它参数。例如，最低的型腔需要最长的时间来注满熔化的金属，而最高的型腔需要最短的时间注满熔化的金属。推迟注满最低型腔可能导致熔化金属的不完全注满。快速注入最高的型腔可能导致在那些型腔中形成的凝固铸造产品中出现夹气缺陷。遗憾的是，尝试改善这些问题(推迟注满或快速注满)中的一个会进一步促使另一个问题产生有害的结果。逆重力铸造方法还能导致型腔中压力发生很大的变化。每个型腔中的压力等于容器抽空时作用在熔化的金属池表面上的环境压力减去冒口通道中与作用在金属池表面上的环境压力相反的熔化金属的静态压力。因此，型腔中的压力取决于型腔沿着冒口通道长度方向上的高度；特别是，压力取决于熔化的金属池表面和型腔入口之间高度的差值。壳模越高，型腔周围沿着铸口长度方向上的压力的差值越大。压降增加了沿着冒口通道方向上较高处型腔的收缩和夹气缺陷。当被向上吸引的熔化金属到达冒口通道的较高闭合端时，上部型腔可能还没有完全注满熔化金属。当冒口通道注入到顶端时，熔化金属压紧冒口通道的顶端，因此在上部型腔的浇口通道上产生了压力差值波动，使得上部型腔快速注满。冒口通道中熔化金属中的大部分气体被带入型腔中，在型腔中气体可以保留在型腔中形成的凝固的铸造产品中。为了防止熔化金属从型腔和浇口通道中倒流，注入管道保持浸入熔化金属池中足够的长度，这是为了使熔化金属在型腔和浇口通道中凝固。保持注入管道的浸入可以延缓铸造循环时间并且要求铸模随着池中熔化金属的水平而下降，这样铸模越来越暴露在用来加热金属池的感应场中。感应场可以延缓、或者改变铸模中的凝固状态，并且使靠近注入管道的容器部分扭曲，结果是使得气流进入型腔的较低部分。浇口的设计成为这样一种权衡，既要使浇口通道具有足够的空间以注入型腔，又要足够狭窄以便及时凝固其中熔化的金属。另外，浇口设计上的这些约束限制了可以根据3 863 706号美国专利上所述的工艺来制造的铸造产品的尺寸，使得它们通常小于一磅。在逆重力铸造较大的产品中，为了能够接收冒口通道中熔化的金属，需要对这种方法和装置进行修改。例如，在4 589 466号专美国利中披露的一种改进中包括通过夹紧关闭金属注入管道，当铸模注满后，熔化金属通过这种注入管道进入铸模中。也可以使用注入管道中的陶瓷涂层球阀或制动器来实现这个目的。在3 774 668号美国专利中描述了这种工艺。4 961 455号美国专利披露了对“单向阀”的改进，该专利提出使用由磁铁施力的铁磁性、陶瓷涂层球体来密封注入熔化金属的管道。也曾经试图通过在注入管道中使用虹吸管，和在铸造后倒转铸模来实现这个目的。还披露了在倒转铸模时，使用在4 982 777号美国专利中描述的陶瓷过滤器、或5 146 973号美国专利中描述的过滤器和旋绕通道的结合体、或在5 903 762号美国专利中描述的注入管道中的单个的虹吸管状，来延缓冒口通道中的合金的回流。这些修改在一定程度上阻碍了合金流动进入冒口管道并且导致铸模注入缓慢。所有的这些工艺都要求冒口通道中的熔化金属发生凝固，使得熔化金属的利用率相当低。在所有的这些工艺中，铸件的几何形状，亦即，可以设置在冒口通道周围的模具的数目，是受在冒口通道的周围留出足够的空间以便铸件从冒口通道上分离所限制的。4 112 997号美国专利提出在通道上设置“稳定的”保护屏。要求模腔中的压力回复到环境压力后，保护屏能保持合金处于型腔中。如果确实可行并具有经济性，就能通过去除冒口通道自身而使这种工艺免受几何形状上的限制，这种限制是需要将铸件从凝固的冒口通道上切割下来而造成的。本专利技术的一个目的是提供一种逆重力离心铸造的方法和装置，这种方法和装置克服了以上描述的问题并且解决了与沿着冒口通道长度方向在不同高度注满型腔相关的问题。本专利技术的另一个目的是提供一种铸造方法和装置，这种方法和装置可以通过离心作用将熔化金属或合金吸入型腔和通道中，同时允许熔化金属从冒口中排空，使得铸件与冒口分离。
技术实现思路
本专利技术在一个实施例中提供一种用来逆重力铸造多个产品的方法和装置，其中提供一种陶瓷铸模，该陶瓷铸铸模有一个直立的冒口通道和多个沿着冒口通道的长度在不同高度上设置的型腔，每个型腔通过一个浇口通道和冒口通道相通，其中，使熔化金属从一个源头向上流入冒口通道，以便通过它们的浇口通道进入型腔，其中铸模是旋转的，因此存留在浇口通道中的熔化金属在朝着型腔的方向上容受到离心作用，在型腔和浇口通道中熔化金属完全凝固之前，冒口通道中熔化的金属排出，使冒口通道排空，使浇口通道至少部分注入熔化的金属，这些熔化金属在容器旋转过程响应于型腔中的熔化金属发生凝固而产生的收缩提供到型腔中。在旋转容器的同时型腔中的熔化金属凝固以便在型腔中形成多个单独的固化产品。熔化金属在型腔中凝固后，可以停止铸模的旋转。通过实施本专利技术，可以实现80％或更多的金属或合金的较高的产量。采用本专利技术，可以铸造由于收缩减少从而密度增加的较多数量尺寸较大的产品。当冒口通道排空后，其中呈现环境压力，这样部分注入浇口通道和注入型腔的仍然熔化的金属受到环境压力以及由于容器的离心运动所产生的压力的作用，其结果是通过降低收缩而密度得以增加。在冒口通道排空以减少或防止熔化金属从浇口通道中倒流的情况下，存留在浇口通道中的熔化金属迅速凝固。在本专利技术的一种优选实施例中，当铸造容易产生收缩问题的熔化金属时，使熔化金属向上流入冒口通道的步骤和旋转铸模的步骤是在注入型腔的期间同时进行的。使熔化金属向上流动注入型腔后，随着铸模旋转的开始，可以按本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆重力铸造多个产品的方法，包括：　　　　提供一个陶瓷铸模，该陶瓷铸铸模有一个直立的冒口通道和多个沿着所述的冒口通道的长度在不同高度上设置的型腔，每个型腔通过一个浇口通道与所述的冒口通道相通，　　　　使熔化金属从源头向上流入所述的冒口通道中，以通过它们的浇口通道供给到所述的型腔，　　　　旋转所述的铸模，因此存留在所述浇口通道中的熔化金属在朝着所述型腔的方向上受到离心作用，　　　　在所述的铸模和所述的浇口通道中的熔化金属凝固之前，从所述冒口通道中排出熔化金属，使所述的浇口通道至少部分注入熔化的金属，以便在所述铸模旋转时响应于熔化金属在型腔中发生凝固而产生的收缩而向型腔提供熔化的金属，以及　　　　在旋转所述铸模的同时在所述型腔中凝固熔化的金属以便在所述铸模中形成多个单个的凝固铸造产品型腔。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿蒂拉P法卡斯，
申请(专利权)人：希钦拿制造公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]