反重力鑄造方法及其設備的製作方法
2023-10-18 00:35:54 2
專利名稱：反重力鑄造方法及其設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及金屬鑄造工藝及其設備領域，涉及在透氣鑄型中熔融金屬的反重力鑄造方法及其設備，特別涉及通過減少在鑄型用熔融金屬充滿後須施加差壓的時間以及熔融金屬在鑄型中凝固時間從而縮短熔融金屬反重力鑄造周期。
本申請是1988年8月22日申請的、申請號為234，583的部分連續申請案。
堪得雷(Chandley)在1978年9月12日公布的美國專利(4，112，997中闡明了在透氣殼型中熔融金屬的反重力鑄造，在該鑄型中，冒口通道下底浸入熔融金屬池，通過鑄型的透氣壁將許多鑄型腔抽成負壓，以便驅動熔融金屬通過在第一內澆口內的起穩定和過濾作用的篩子向上流動，從而用溶融充滿每一個鑄型腔。當每一鑄型腔用熔融金屬充滿並且大多數鑄件凝固後，在鑄型腔仍保持著負壓的情況下，將鑄型從熔融金屬池中移開。在鑄型從熔融金屬池移開時，在冒口通道內和在處於起穩定和過濾作用的篩子和冒口通道之間的內澆口部內的熔融金屬，在鑄型腔內的熔融金屬完全凝固之前，受重力誘導流出的作用而從鑄型中排出。在鑄型腔和在處於起穩定和過濾作用的篩子和鑄型腔之間的內澆口部分的熔融金屬，受到施加於鑄型腔的負壓以及起穩定和過濾作用篩子對熔融金屬的穩定化作用而不流出。在鑄型腔和處於篩子和鑄型腔間的內澆口部分至少形成金屬凝固表層以後，施加於鑄型的減壓才解除。然而，由於在熔融金屬流動方向起穩定和過濾作用的篩子的尺寸小，施加於鑄型腔的負壓必須保持一較長的時間，例如200秒，直到在鑄型腔內和在處於篩子和鑄型腔之間的內澆口部分形成凝固表層為止。這就會延長鑄造周期，並且降低凝固鑄件的生產率。此外，適用於鑄造高熔點金屬(例如熔點高於2950°F的金屬)的使穩定並過濾的篩子是昂貴的，並且增加這樣生產的鑄件的成本。
堪得雷等人在1986年5月20日公布的美國專利4，589，466中闡明熔融金屬的反重力鑄造，其中，透氣鑄型包括一根可成波形的充注管，該充注管密封地連接到冒口通道的底端，並且適宜於在鑄造時浸入處於其下的熔融金屬池中，以便將許多在鑄型中的鑄型腔充滿。一旦鑄型腔由反重力鑄造法用來自下邊的鑄造熔融金屬池的熔融金屬充滿時，該充注管在浸於熔融金屬池中的情況下彎成捲曲而封閉，以防止隨後在從熔融金屬池除去充注管時熔融金屬流出。熔融金屬在捲曲部分上部的充注管中、在鑄型腔中、在中間冒口通道和通到每一鑄型腔的內澆口中保持並凝固。在鑄造高熔點金屬中，使用可成波形的充注管時，其可靠性是不令人滿意的，因為熱金屬偶然會熔穿該充注管，甚至當它包上陶瓷層時也會被熔穿，此外，該捲曲的充注管不可再用。
西爾威斯特(Sylvester)在1982年5月8日公布的美國專利3，032，841的一個實施例中闡明一個內澆口結構，通過該內澆口溶融金屬以反重力方式供應，以便充滿許多透氣鑄型。在下垂充注管和鑄型腔之間的內澆口結構中配置了塞孔閥，並且在鑄型腔被充滿後該閥在內澆口結構中能移動到關閉位置，以防止熔融金屬流出。當塞子移到關閉位置，可使在閥上邊的內澆口通道內的溶融金屬至少部分凝固，以便實質上關團該內澆口通道。隨後，鑄型和內澆口結構作為一個單元與充注管分開，於是，鑄型接著從內澆口結構分開。該專利指出，在縮減的(部分關閉的)內澆口通道內，熔融金屬的粘度和表面張力，如果有的話，可防止熔融金屬從其中流出，甚至當在內澆口通道上下的金屬仍處於溶融狀態下也能防止。
本發明目的之一是提供一個在大大縮短的周期內、通過差壓和反重力法鑄造熔融金屬的方法和設備，該鑄造是以差壓反重力充注鑄型，該鑄型具有鑄型腔和縮減的熔融金屬入口構件，該構件是當鑄型下部浸入其下的熔融金屬池中時向該鑄型腔供給熔融金屬用的;當入口通道構件中仍保持熔融金屬時將該鑄型從熔池中撤回，該入口通道構件的尺寸是縮減的方式，使得其能與鑄型內在熔融金屬上保持的差壓共同作用，從而在入口通道構件內的金屬凝固之前，或者在鑄型顛倒過來之前，實際上防止熔融金屬從鑄型流出來。
本發明另一目的是提供一個用很短周期進行差壓、反重力法鑄造熔融金屬的方法和設備，該鑄造是以差壓、反重力法充注鑄型，該鑄型具有浸入其下熔融金屬池的底部充注通道;當在鑄型中的熔融金屬仍是液態並未凝固，並且通過減壓和在縮減的入口通道構件中施加於熔融金屬的熔融金屬表面張力保持作用的聯合作用，使在熔融金屬仍保持在充注通道上的鑄型內的縮減入口通道構件中時，從金屬融池撤回該鑄型，並且從充注通道排出熔融金屬。
本發明另一目的是提供差壓，反重力鑄造熔融金屬的方法和設備，其中在鑄型上使用底部充注管，該充泫管能在鑄型腔充滿後排出熔融金屬，從而減少用於澆口的金屬量，並且該充注管在鑄型腔被熔融金屬充滿後能除去，以供在隨後鑄型的鑄造中重新使用。
本發明考慮了熔融金屬反重力鑄造的方法，該方法包括作成具有鑄型腔和熔融金屬入口通道構件的鑄型，熔融金屬入口通道構件將鑄型和適於浸入處於其下的熔融金屬池中的鑄型下部連通;相對移動鑄型和熔融金屬池，以便將鑄型下部浸入該熔融金屬池中;和在鑄型和熔融金屬池之間施加差壓，使熔融金屬通過入口通道構件向上抽吸進入鑄型，使熔融金屬充滿鑄型腔。在鑄型腔充滿後，將鑄型和該熔融金屬池相對移動，以便將鑄型下部從該池中取出。在從該熔融金屬池中取出鑄型期間，在鑄型內熔融金屬上保持著負差壓，並且熔融金屬保留在入口通道構件中，該入口通道構件的尺寸被足夠地縮減到它和在其上保持的差壓共同協調作用，以致在鑄型下部從熔融金屬池中取出之後以及在縮窄的入口通道構件內的熔融金屬凝固之前，能夠實際上防止熔融金屬從入口通道構件和其上的鑄型腔中流出。在本發明的一個實施例中，在鑄型從熔池中取出不久和在入口通道構件上面的鑄型腔中的熔融金屬凝固之前，該熔融金屬在縮減的入口通道構件中凝固。由於藉助於差壓使空氣通過透氣鑄型壁所提供的冷卻作用的結果，在入口通道內的熔融金屬很快發生凝固，當金屬在縮減的入口通道構件中凝固以後，差壓才解除。
在本發明另一實施例中，在鑄型下部從熔池中取出之後，同時防止熔融金屬從鑄型中流出時，將鑄型倒轉過來。在鑄型倒轉過來時，差壓被解除，以便使在入口通道構件和倒轉鑄型的鑄型腔中的熔融金屬在常壓下凝固。
在本發明另一實施例中，當鑄型從熔池中取出，同時用前面所述方法防止熔融金屬從入口通道構件和鑄型腔中流出，在縮減的入口通道構件下的鑄型充注通道中的熔融金屬被排出。
在鑄型從熔池中取出後，熔融金屬保持在縮減的入口通道之中及其上面的鑄型腔之中，這是由於當鑄型從熔融金屬池中取出時，在鑄型內的熔融金屬上保持著差壓;在熔融金屬上保持的給定差壓下，在縮減的入口通道的構件中建立一種熔融金屬表面張力保持作用。所需熔融金屬表面張力保持作用是通過選擇適當尺寸的入口通道構件和在入口通道構件中接觸熔融金屬的鑄型材料的表面張力特性而建立起來的。該縮減的入口通道構件可以包含在底部鑄型充注通道和鑄型腔之間的在鑄型內並排布置的許多入口通道，並且該入口通道是縮減尺寸的，以便建立上述的熔融金屬表面張力保持作用。在相同的一端也可作用單個的縮減尺寸的入口縫隙。
在本發明方法另一實施例中，或者在鑄型倒轉之前或者在其後，當充注通道中的熔融金屬被排出後，將該充注通道從鑄型中除去。
本發明還設計一種反重力鑄造設備，該設備具有如下裝置鑄型腔和連通鑄型腔和適於浸入其下熔池中的鑄型下部的縮減和入口構件;供相對移動鑄型和熔池以便將鑄型下部侵入熔池中的裝置;供在鑄型和熔池之間施加差壓的裝置，該差壓可使熔融金屬通過入口通道向上進入鑄型腔內，本發明鑄造設備也包括一種在鑄型腔被熔融金屬充滿後將鑄型下部從熔融金屬中取出來用的裝置，另一種裝置是當鑄型下部從熔池中取出時，對於在縮減的入口通道構件中的熔融金屬施加一種差壓和熔融金屬表面張力聯合作用的裝置，從而在鑄型從熔池取出以後使熔融金屬在入口通道構件和其上的鑄型腔中保持足夠一般時間，以保證入口通道構件中的熔融金屬凝固或者使鑄型倒轉過來。
在本發明設備的一個實施例中，用以當鑄型從熔池中取出後保持住入口通道構件和鑄型腔內熔融金屬的裝置包括處於鑄型之內具有一個或多個特定尺寸(縮減橫截面)的熔融金屬入口通道的熔融金屬保持部件，該熔融金屬保持部件是用於當鑄型從熔池中取出時，對於保持在鑄型中熔融金屬上的已知差壓，建立起足夠的表面張力保持作用，從而保證在入口通道構件中的熔融金屬凝固之前或者該鑄型倒轉過來之前，防止熔融金屬從鑄型中流出。
在本發明設備的另一實施例中，將陶瓷充注管以可拆除、可密封的方式連接到鑄型底部，使熔融金屬進入處於鑄型內上部的垂直冒口通道，並在鑄型內形成一個鑄型腔的延伸部分。該有孔的熔融金屬保持裝置是處於充注通道和冒口通道之間。冒口通道將熔融金屬供給到許多鑄型腔中。在鑄型從熔池中取出後，在鑄型倒轉過來前或後，將陶瓷充注管從鑄型底部除去，以便在隨後鑄型的鑄造中再度使用。
附
圖1是為實施本發明方法的本發明鑄造設備的截面立視圖。
附圖2是從其下的熔融金屬池以熔融金屬對鑄型反重力充注後的、附圖1上畫圈部分的放大圖。
附圖3類似附圖1，鑄型充注管從熔融金屬池拉回，以使熔融金屬從其中排出。
附圖4是在充注管排出熔融金屬後的附圖3的畫圈部分放大圖。
附圖5是鑄型倒轉過來，以使熔融金屬在倒轉過來的鑄型中進行凝固的鑄造設備截面立視圖。
附圖6是嵌入鑄型內的多孔陶瓷插件的底部正視圖。
附圖7是本發明另一實施例的截面立視圖。
附圖8是本發明另一實施例鑄造設備的截面立視圖。
附圖9是沿附圖8的線9-9表示一個入口通道的擴大水平橫截面圖。
參照附圖，鑄造設備10包括安裝在垂直可動的並水平可轉動的支架臂14上的隔離並可密封的鑄造室12，該鑄造室12包括上壁12a和下部鑄型支撐壁12c，該上壁12a具有通向差壓裝置16(例如真空泵)的導管12b，而該下部鑄型支撐壁12c是用來支撐該多孔透氣的鑄型20，該鑄型20是以陶瓷薄殼鑄型示出的，但本發明並不限於這種鑄型(見附圖7)。透氣鑄型20包括主鑄型腔21，該鑄型腔具有縱向垂直冒口通道22，該冒口通道22通過各個側向內澆口通道26通向許多以零件形狀成型的鑄型腔24，該以零件形狀成型的鑄型腔24是以被鑄零件的形狀成型的。
透氣鑄型20包括一個連接在鑄型下端開口處內的環形陶瓷套環28，該陶瓷鑄型套環通過在鑄造室12的下部鑄型支撐壁12c內的中心開口部12d延伸到低於鑄型底部22a。在套環28和鑄型支撐壁12c之間有纖維耐火材料真空密封層，套環28包括一個中心冒口通道28a，該冒口通道28a與垂直冒口通道協同對鑄型腔24供應熔融金屬。
作為多孔陶瓷盤狀插件形式的多孔熔融金屬保持部件40安置於並密封接觸於在冒口通道22、28以及如下所述的充注通道52之間的套環28內。熔融金屬保持部件40和套環28可做成一個組件，該保持部件40的主要功能是如下所解釋的，在鑄型20內保留熔融金屬的熔融金屬保持部件，第二功能才是作為濾網或過濾器，用來防止在熔融金屬中的氧化物，熔渣和其它碎屑進入鑄型20之中。因此，陶瓷盤狀插件40包括許多縱向(垂直)入口通道42，選擇該入口通道42的尺寸以及彼此橫向間距主要是為了在從如下所述的加長陶瓷鑄型充注管50排出熔融金屬的期間內，在入口通道42內的9熔融金屬上建立一種熔融金屬表面張力保持作用。因此，顯然，入口通道42具有比充注通道52明顯縮減(減少)的橫截面(例如直徑)。
加長的陶瓷鑄型充注管50規定了處於其中的縱向充注通道52並且通過陶瓷粘合劑54密封地與鑄型套環28相接。如附圖1所示，加長的陶瓷鑄型充注管50從鑄型20的底邊20a下垂到其下面由在坩堝或容器64中盛著的熔融金屬62構成的熔融金屬池60。充注管50的橫截面(例如直徑大於在插件40內的入口通道42橫截面(例如直徑))。
在其中支撐著鑄型20的鑄造室12在支架臂14上可朝熔融金屬池60下降，以便將陶瓷充注管50的敞開的底端浸入熔融金屬62中，如附圖1所示。該支架臂14由適當的致動器63諸如水力的、氣動的、電動的或其它致動器所降下。當該充注管50浸入熔融金屬內時，在鑄造室12內通過減壓裝置16(真空泵)經由管道12b抽真空。在鑄造室12內抽真空，可使鑄型腔24通過多孔的透氣鑄型20而抽空，並且對鑄型20施加相對於熔融金屬池13的差壓，以便使熔融金屬62通過充注管50，陶瓷插件40、冒口通道22和側向內澆口通道26向上流動，使鑄型腔24充滿熔融金屬。當這樣充注鑄型腔24的期間，進入鑄型的熔融金屬受在陶瓷插件40內的入口通道42的過濾，除去太大而過不去通道42的有害的顆粒。然而，熔融金屬保持部件40的過濾作用僅是實施本發明的次要結果，而主要結果和目的是在鑄型充滿後和在鑄型20倒轉過來之前從充注通道52排出熔融金屬62的期間內，使熔融金屬保持在鑄型20中，解釋如下。
當鑄型腔24被充滿後，由致動器63通過支撐臂將鑄造室12和支撐於其中並充滿熔融金屬的鑄型的鑄型20提升到距離熔融金屬池60足夠遠的距離，以便將充注管50的開敞底端從溶融金屬62中撤出，見附圖3。在提升鑄造室12和支撐於其中的鑄型20的期間內，由減壓裝置16維持鑄造室12中的真空。
當充注管50從熔融金屬池60中撤出時，由於充注通道52的直徑較大，在充注管50內的熔融金屬由於重力作用而開始排出，見附圖3和4。然而，在陶瓷插件40內的縮減的縱向入口通道42內的熔融金屬和在陶瓷插件40之上部(即在主鑄型腔21內)的熔融金屬，通過施加於鑄型20的差壓(從而施加到在入口通道42和主鑄型腔21中的熔融金屬和建立在插件40的縮減的縱向入口通道42內的溶融金屬表面張力的聯合保持作用，抗拒重力感應流出作用而被保留住，直到充注管50排出熔融金屬並且鑄型20被翻轉過來。特別是入口通道42的數目、尺寸、間距和形狀的選擇基於如下需要(1)在較短時間內充滿鑄型腔24，以防止在鑄型腔24被充滿前和鑄型20被翻轉前金屬發生凝固;(2)當充注管50從熔融金屬池60中撤出時，在給定施加差壓下，將入口通道42和在其上的鑄型腔21中的熔融金屬，至少保持到充注管排光熔融金屬和鑄型20能翻轉之時。入口通道42的數目、橫截面尺寸(諸如直徑)和垂直長度(將被證實是有用的)部分地依靠被鑄熔融金屬的表面張力以及在熔融金屬和製作插件40的特定陶瓷材料之間的表面張力。熔融金屬和在熔融金屬和陶瓷濾網插件40之間的較高表面張力值可以使人們採用較大尺寸(較大直徑)的較多數目的入口通道42。
此外，控制在相鄰入口通道42之間的側向間距S，以便防止在插件40的底邊熔融金屬62從一個到另一個入口通道的「蠕動」(「Creeping」)和各個入口通道42內熔融金屬62的最終粘連。一旦在各個入口通道42內的熔融金屬在插件40的底邊上粘連，在充注管50被排淨前和鑄型20被翻倒前，熔融金屬62可從入口通道42流出。在入口通道42之間用以防止熔融金屬62的如此的「蠕動」以及粘連所需的側向間距S的大小將依熔融金屬相對於插件40的陶瓷材料的表面張力而定。
以下例子僅作為解釋用的，在用一慣用的陶瓷殼鑄型20中，在鑄造室12內的減壓為5psia時澆注高收縮性的17-4PH型不鏽鋼(35磅不鏽鋼)時，具有70個圓筒形入口通道42(其直徑為0.095英寸、垂直長度為0.25英寸，並且間距S為約0.130英寸)的二氧化矽濾網插件40在下述方面證實是滿意的在從充注管50(內徑1.5英寸)中排除熔融金屬期間，在濾網插件40的通道42中的熔融金屬至少保持約3秒鐘。這樣的時間間隔是足夠使充注管50完全排淨，並且然後翻轉鑄型20到附圖5的位置，而無任何熔融金屬由重力感應從入口通道42中流出。使用較小可潤溼性的陶瓷(諸如氧化鋯)作為陶瓷插件40時，可使圓筒形入口通道的可用直徑增加到約0.156英寸的最大值，以便在這些同樣的條件下能澆鑄大多數金屬或合金。
當充注管50從熔融金屬池60中撤回後，熔融金屬保留在入口通道42內的時間通常是對於高收縮性合金諸如不鏽鋼，超級耐熱合金等至少幾秒鐘;而對於低收縮性的合金諸如鑄鐵則時間較長。使熔融金屬從入口通道42中流出延遲一段時期，這對於使鑄造室12和鑄型20翻轉到鑄型底22a朝上(見附圖5)，同時在入口通道42，冒口通道28、側向內澆口26和鑄型腔24中的熔融金屬仍處於液態提供了機會。備有慣用型的旋轉致動器65來使支架臂14的延長部14a圍繞一水平軸H旋轉，從而使鑄造室12和在其中充滿熔融金屬的鑄型20翻轉過來。
當充注通道52被排淨和充滿金屬的鑄型20被翻轉前，在入口通道42和鑄型腔24中的熔融金屬仍處於未凝固液體狀態。
當鑄型翻轉過來後，從套環28移去充注管50，並且解除施加於鑄型20的差壓(在鑄造室12提供常壓)，從而使在入口通道42，冒口通道28，內澆口通道26和鑄型腔24中的熔融金屬在常壓下在翻轉鑄型中凝固。在除去充注管50時，在入口通道42中的熔融金屬迅速輻射熱量並且在約幾秒內凝固。
在翻轉而充滿熔融金屬的鑄型20上的差壓解除之後，鑄造室12由於除去鑄荊20而空出，可以用來澆鑄下批鑄型。結果，降低了鑄造周期，和增加了鑄造過程中的生產率。
由於使用陶瓷充注管50，改善了鑄造過程的可靠性，這是因為被熔融金屬熔穿充注管50的可能性基本上沒有了。使用陶瓷充注管50還可降低鑄造成本，困為該充注管能重新用來澆鑄隨後的鑄型。
附圖7闡明本發明另一實施例，其中，樹脂粘合砂模100處於在支架臂114上的鑄造室112中。砂模100包括由適當手段連接一起的多孔透氣上模室102和下模室104，在它們之間規定了許多鑄型腔110。下模室104包括與其整體成型的充注通道152。陶瓷插件140處於充注通道152中，它包括許多入口通道142，該通道142按照結合圖1-5所述的方式起作用。附圖7的砂模100按上述附圖1-5所述的同樣方式用來實施本發明方法，只是當砂模從熔融金屬池13撤回後沒有分開的充注管可除去。
儘管附圖7闡明了對許多鑄型腔110供應熔融金屬的單個充注通道152，但也可對每一鑄型腔使用可分開的充注通道152，該分開的充注通道152在每個充注管的充注通道112內帶有陶瓷插件140。
此外，儘管許多縮減的圓柱形入口通道142已描述於附圖1-7中，普通技術人員將懂得在附圖(例如附圖8)所示的設備中也可以使用形式為狹窄縫的單個入口通道。
本發明方法已描述如上，它包括翻轉鑄型步驟，該步驟是在鑄型20(100)從熔池13撤回後和熔融金屬流出鑄型之前進行的;一個真空釋放步驟，是在鑄型已翻轉過來之後進行，以便使熔融金屬在翻轉的鑄型中在常壓下凝固。本發明這個實施例可用來澆鑄低收縮性金屬(例如灰口鑄鐵和球墨鑄鐵)和高收縮性金屬(例如不鏽鋼和其它鋼。所謂低收縮性或高收縮性這個術語是指在本發明方法凝固步驟的期間內，當金屬從澆鑄溫度冷到常溫時熔融金屬的體積收縮。在冷卻即從澆鑄溫度到常溫時某些鋼顯示高的體積收縮，如大約10%;而灰口鑄鐵和球墨鑄鐵顯示較低的體積收縮，如小於約1%。
低收縮性金屬(例如灰口鑄鐵和球墨鑄鐵)可按照本發明變更方法澆鑄，其中當鑄型從熔池13中取出後不翻轉。例如，參考附圖3，當鑄型腔24用熔融金屬充滿後，提舉鑄型20，以將充注管50從熔池中撤出，並使充注管50將熔融金屬排回熔池13。然後，當充注管50被排淨熔融金屬後，由於在鑄造室212內維持真空和在通道42內於熔融金屬上建立所需熔融金屬表面張力保持作用，如上所述，可防止熔融金屬從通道42與鑄型腔24中排出。當從熔池13取出充注管50達到如附圖3所示的位置時，在入口通道42內的熔融金屬迅速輻射熱量，並且通過充注管50附近空氣循環被冷卻，以致熔融金屬在入口通道42內迅速凝固(在約30秒鐘內)在該入口通道42處，熔融金屬由於以下的聯合作用而被保留在熔融金屬上保持的負差壓以及由於為此目的而縮減尺寸的入口通道42建立起來的表面張力保持作用。在每一入口通道42中的熔融金屬比在鑄型中的上部的熔融金屬先凝固。一旦熔融金屬在入口通道42內凝固，鑄造室12內的真空就解除，因為凝固的金屬將防止熔融金屬從鑄型腔24中流出。然後可分開鑄型和鑄造室，以便空出鑄造室12供澆鑄其它鑄型20使用。
在另一實施例中，當充注管50從熔池13中取出後，見附圖3，並且當它排淨熔融金屬後，充注管50能從鑄型套環28除去。當除去充注管50時，在入口通道42中的熔融金屬迅速輻射熱量，並且被圍繞套環28和插件40的空氣流動所冷卻，因此在入口通道42中的熔融金屬先於在鑄型中上部的熔融金屬而迅速凝固。在鑄造室12內的真空也可解除了。
附圖8闡明本發明另一實施例，用以鑄造低收縮性金屬如灰口鑄鐵和球墨鑄鐵，沒有鑄型翻轉這一步驟，在鑄型220中，具有透氣上鑄型構件222和可以是透氣的也可不透氣的下鑄型構件223，它們在水平分型平面P處氣密連接。本實施例與以上所述者不同，在本實施中使用一個單獨的縮減尺寸的熔融金屬入口通道242，使熔融金屬進入每個環形鑄型腔224，每個入口通道242呈狹窄縫狀，該狹窄縫在透氣鑄型220的底邊220a和在鑄型中處於其上的各個鑄型腔224之間延伸。鑄型224可以是現有技術已知的樹脂粘合砂型或陶瓷薄殼鑄型，並且密封地處於鑄造室212之中，該鑄造室212適用通過管道212b抽真空，如以上附圖1-7中所描述。
通過將底連220a浸入在其下的熔融金屬池13中，同時對鑄造室212施加足夠的真空，以驅使熔融金屬向上通過每一入口通道242進入在其上的各個鑄型腔224，並且熔融金屬充注它們，從而鑄型腔224由熔融金屬所充滿。當鑄型腔224被充滿後，向上提升鑄造室212和鑄型220，以便將鑄型220的底邊220a從熔池13中撤回。在撤回期間，將鑄造室212繼續抽真空，對入口通道242以及鑄型腔224內的熔融金屬施加負差壓，並且也通過鑄型的透氣邊220a和透氣壁220b抽空氣。由於差壓和每一入口通道242的縮減尺寸使其中的熔融金屬產生表面張力保持作用的共同作用，結果，在底邊220a撤出熔池13後，在入口通道242和在鑄型腔224中的熔融金屬不致從鑄型220中流出，甚至在其中的金屬仍是熔融狀態並未凝固時也不流出。
當底邊220a從熔池13中撤出後，由於入口通道242的細的橫截面、熱量從其中快速輻射和通過鑄型220的透氣邊/壁220a、220b所抽出的周圍空氣施加的冷卻作用，在入口通道242中的熔融金屬迅速凝固(先於在鑄型腔224中的熔融金屬)。當在入口通道242中的熔融金凝固後，鑄造室212中的真空被解除，而在入口通道242中的凝固金屬防止鑄型腔224中的熔融金屬流出。然後可將充滿金屬的鑄型220和鑄造室212分開，以便空出鑄造室供澆鑄其它鑄型用。
已經使用矩形截面的狹縫形狀的入口通道242成功地實施了本發明，用一個具有寬w約為1英寸、厚度t約為1/32至1/16英寸和高度h為約11/2-3英寸的矩形縫已經在鑄造室212的壓力為6.4psia下將19磅的鑄鐵充鑄入樹脂粘合砂模中。每一入口通道242具有至少一個狹窄尺度，諸如厚度t，該厚度最好是1/16英寸或更小。然而普通技術人員將懂得，該入口通道242可以具有其它形狀和尺寸，這依所鑄金屬、其表面張力以及在所鑄金屬和在入口通道242內與熔融金屬接觸的鑄型材料類型之間的表面張力而定，也可使用多個、有間距的入口通道242。
本發明也可用下列反重力鑄造方法和設備實施該設備使用懸浮於一大堆顆粒狀鑄型材料中的、在顆粒狀物內構成鑄型腔的可破壞的鑄型。
儘管已用它們的特定實施例描述了本發明，但本發明無意限止於此，而是本發明內容只受下面權利要求中所提出的內容的限制。
權利要求
1.一種反重力充鑄熔融金屬的方法，包括如下步驟(a)構成鑄型(100；220)，該鑄型具有鑄型腔(110；224)和連通鑄型腔(110；224)和適於浸入其下的熔融金屬池(60)中的鑄型下部的縮減尺寸的入口通道構件(140，142；242)；(b)相對移動鑄型(100；220)和熔池(60)，以將所說的鑄型下部(104；223)浸入熔池；(c)於鑄型腔(110；224)和熔池之間施加差壓，以便驅動熔融金屬(62)經過入口通道構件(140，142；242)向上進入其上面的鑄型腔，以便用熔融金屬充滿鑄型腔(110；224)；(d)相對移動鑄型(100；220)和熔池(60)，將所說的鑄型下部(104；223)從熔池中撤出，包括在入口通道構件(140，142；242)內的熔融金屬上保持差壓；(e)在所說的入口通道構件(140，142；242)中使熔融金屬(62)凝固；其特徵在於，該入口通道構件(140，142；242)尺寸的縮減程度，應使之產生一個熔融金屬表面張力，並與所述差壓共同產生對其內的熔融金屬的保持作用，從而當所述鑄型下部從該熔池(60)中撤出之後、在熔融金屬在該入口通道構件(140，142；242)中凝固之前，防止熔融金屬(62)從該入口通道構件(140，142；242)及其上的鑄型腔(110；224)中流出來。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於包括在從熔池(60)中撤出所說的鑄型下部(104，223)後和在熔融金屬從鑄型腔(110;224)中流出前將鑄型(100;220)翻轉，以便使熔融金屬(62)在入口通道構件(140，142;242)和翻轉鑄型的鑄型腔中凝固。
3.按照權利要求2的方法，其特徵在於當鑄型(100;220)已翻轉後解除保持於熔融金屬(62)上的差壓。
4.按照權利要求1的方法，其特徵在於在步驟(e)中，在鑄型(110;224)腔內的熔融金屬凝固以前，在所說的入口通道構件(140，142;242)內的熔融金屬(62)先行凝固。
5.按照權利要求4的方法，其特徵在於，包括在入口通道構件(140，142;242)內的熔融金屬發生凝固後，因而入口通道構件中的凝固金屬防止熔融金屬從其上的鑄型腔(110;224)中流出，此時解除在鑄型(100;220)內熔融金屬(62)上所保持的差壓。
6.按照權利要求4的方法，其特徵在於，包括通過所說的鑄型(100;220)的壁抽吸空氣，對在所說的入口通道構件(140，142;242)中的熔融金屬(62)進行冷卻。
7.按照權利要求1的方法，其特徵在於，所說的入口通道構件包含在鑄型(100;220)底邊和鑄型腔(110;224)之間延伸的通道(142，152;242)，所說的底邊適用於浸入熔池(60)。
8.按照權利要求1的方法，其特徵在於，所說的入口通道構件(140，142)處於從鑄型(100)的底邊的充注管(152)和在鑄型內的冒口通道之間，所說的充注管(152)適用於浸入熔池。
9.一種反重力鑄造設備(10)，包括(a)具有鑄型腔(21;110;224)和縮減尺寸的入口通道構件(42，52;142，152;242)的鑄型(20;100;220)，所說的入口通道構件從該鑄型(110;224)腔下垂並且將該鑄型腔和適於浸入在其下熔融金屬池(60)的鑄型下部(50;104;223)連接起來;(b)能相對移動鑄型(20;100;220)和熔池(60)以便將所說的鑄型下部(50;104;223)浸入熔池(60)中去的裝置(14，63);(c)能在鑄型腔(21;110;224)和熔池(60)之間施加差壓的裝置(16)，當所說的鑄型下部(50;104;223)浸入熔池(60)中時，藉此驅動熔融金屬向上通過所說的入口通道構件(42，52;142，152;242)進入鑄型腔(21;110;224);(d)用以相對移動該鑄型和該熔池的裝置(14，63)，用以當鑄型腔(21;110;224)已充滿熔融金屬後，將鑄型下部(50;104;223)從熔池(60)中撤出;(e)當所說的鑄型下部(50;104;223)從熔池(60)中撤出後，用以在所說的入口通道構件(42，52;142，152;242)中的熔融金屬上保持差壓的裝置(16);其特徵在於，所說的入口通道構件(42，52;142，152;242)的尺寸如此地被縮減，以致於在所說的鑄型下部(50;104;223)從熔池(60)中撤出後和熔融金屬在所說的入口通道構件(50，52;142;152;242)中凝固以前，由於縮減所產生的熔融金屬表面張力保持作用與所說的差壓共同作用，能防止熔融金屬從所說的入口通道構件(50，52;142，152;242)和所說的鑄型腔(21;110;224)流出。
10.按照權利要求9的設備，其特徵在於，包括當熔融金屬在所說的入口通道構件(142;242)中凝固後，解除在熔融金屬上所保持差壓的裝置(16)。
11.按照權利要求9的設備，其特徵在於，包括在所說的鑄型下部(104;223)從熔池(60)撤出後和熔融金屬在所說的入口通道構件(142;242)中凝固之前，用以翻轉鑄型(100;220)的裝置(14;63)。
12.按照權利要求11的設備，其特徵在於，包括當鑄型翻轉後，用以解除在熔融金屬上所保持差壓的裝置(16)。
13.按照權利要求9的設備，其特徵在於所說的鑄型下部(223)包括鑄型(220)的底邊(220a)和所說的入口通道構件(242)在所說的底邊(220a)和所說的鑄型腔(224)之間延伸。
14.按照權利要求9的設備，其特徵在於所說的鑄型下部包括從鑄型(20)下垂以將熔融金屬供應到在所說鑄型的冒口通道(22)的充注管(50)，所說的入口通道構件(42)處於該充注管(50)和該冒口通道(22)之間。
15.按照權利要求9的設備，其特徵在於所說的入口通道構件(142，152)包括具有開敞底端的直立通道(152)。
16.按照權利要求9的設備，其特徵在於所說的入口通道構件包括一個狹窄縫(242)。
全文摘要
差壓、反重力鑄造熔融金屬的方法，包括施加差壓，以驅動熔融金屬通過縮減尺寸的入口通道從在其下的熔融金屬池進入鑄型中的鑄型腔；當鑄型腔充滿熔融金屬後從熔池撤出鑄型；通過差壓和熔融金屬表面張力的聯合保持作用將熔融金屬保持在鑄型中，直到熔融金屬在已撤出鑄型的縮減尺寸的入口通道中凝固，或者直到鑄型可翻轉。在金屬於入口通道內凝固後或鑄型翻轉後，可解除差壓，以使熔融金屬在常壓下凝固。
文檔編號B22D23/00GK1095654SQ9410200
公開日1994年11月30日 申請日期1994年2月15日 優先權日1988年8月22日
發明者喬治·D·錢德利 申請人:金屬鑄造技術有限公司