專利名稱：鑄造金屬物件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在模中金屬鑄造的裝置，和在模中鑄造物件的方法。
背景技術(shù)：
鑄造金屬物件的發(fā)明裝置和方法的背景技術(shù)中可知，在真空感應(yīng) 熔煉單元包括兩個(gè)水冷腔。初級(jí)腔包括熔煉爐，在其中金屬在真空下 被熔煉。當(dāng)熔液準(zhǔn)備灌注時(shí)，陶器殼模(ceramic shell mould),預(yù)先 加熱到1000° C放置于其后也被真空排氣的第二腔中。當(dāng)兩腔中的壓 力均衡時(shí)，腔間的閥門(mén)被打開(kāi)。模被傳送到初級(jí)腔并灌注熔化的金屬。 模然后被回收到第二腔，閥門(mén)關(guān)閉并且第二腔提供抵靠著空氣壓力。
因此，這種方法需要相對(duì)昂貴的設(shè)備，包括具有一對(duì)被具有足 夠大的尺寸以允許模通過(guò)的閥門(mén)隔開(kāi)的雙腔的真空感應(yīng)熔煉單元；和 用于預(yù)加熱陶器殼的加熱裝置。另外，真空感應(yīng)熔煉單元必須具有真 空泵裝置，其能夠使第二腔非常快的真空以減少陶器殼的溫度損失。 由于該設(shè)備和工藝的高成本，當(dāng)全球潛在的基于特種鋼和鎳的鑄造制 造考慮要求時(shí),雙腔系統(tǒng)僅適用于較小的市場(chǎng)分額。
世界上少數(shù)的這種真空感應(yīng)熔煉單元具有大于IOO公斤的熔煉能 力。因?yàn)榧庸つ芰筒僮鞒杀?，以及生產(chǎn)巨大的陶器殼困難，其必須 在IOOO。 C免鑄，它們的應(yīng)用只能相應(yīng)的應(yīng)用于鑄造那些重量和安全 性遠(yuǎn)遠(yuǎn)重要于成 的場(chǎng)合，例如在航天器的部分。上述描述的方法也具有不好的能源效率的問(wèn)題，第一，由于需要 預(yù)加熱模，且第二由于在預(yù)加熱爐和鑄造腔之間傳送模所造成的熱量 的損失。
同樣需要認(rèn)識(shí)到，傳送陶器殼模，當(dāng)在iooo。 c下，在預(yù)加熱裝
置和真空感應(yīng)熔煉裝置間產(chǎn)生了傳送問(wèn)題并需要適當(dāng)?shù)奶幚碓O(shè)備。
對(duì)模的在預(yù)加熱爐和鑄造腔之間保溫也被證明是困難的，特別是 對(duì)大型模。此外，由于模的尺寸增加，而腔的尺寸也同增加以容納模。 對(duì)于泵的功率，大的第二腔通常比較小的要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)真空排 氣。因此，在預(yù)加熱爐和初級(jí)(鑄造)腔間傳送模所花費(fèi)的時(shí)間通常 由于較大的腔而延長(zhǎng)。這進(jìn)一步的造成在預(yù)加熱爐和鑄造腔間保持模 溫度的困難。當(dāng)然，泵的功率可以增加，以在應(yīng)用水平上保持對(duì)第二 腔真空排氣的速度和保持在預(yù)加熱爐和鑄造腔間傳送，但是這樣造成 資金和運(yùn)營(yíng)成本的增加。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第 一個(gè)方面，其提供了在模中鑄造金屬物件的方
法，包括步驟(a)在裝有微粒材料的模箱中設(shè)立模;(b)在鑄造腔中放 置所述模箱；(c)向坩鍋中裝入金屬;(d)當(dāng)所述模箱和所述坩鍋在所述 腔中定位后，自所述腔中真空排氣以降低所述腔中的壓力；(e)加熱坩 鍋中的金屬以熔化所述金屬；(fl)在自所述腔中真空排氣完成后，注 入非氧氣體進(jìn)入所述鑄造腔；(f2)采用真空泵直接作用于所述模箱， 以輔助熔化的金屬流進(jìn)入所述模；和(g)自所述蚶鍋灌注熔化金屬進(jìn)入
所述模，同時(shí)持續(xù)自所述模箱泵氣體。
由于^^莫箱安置在所述鑄造腔中，同坩鍋一起，在坩鍋內(nèi)的金屬被 加熱和熔化前，這個(gè)過(guò)程允許單腔真空感應(yīng)熔煉單元的使用。而且， 由于在腔被真空排氣之前模在腔中傳遞已經(jīng)發(fā)生，需要裝置和傳送方 法將是簡(jiǎn)單的。
又，由于整個(gè)過(guò)程發(fā)生在單獨(dú)腔中，沒(méi)有必要傳送一個(gè)熱的模(大約1000° c)通過(guò)第二腔，到鑄造腔。因此，大的鑄件能夠通過(guò)此方 法生產(chǎn)。為了說(shuō)明之目的，"大的鑄件"是指加工后質(zhì)量在IOO公斤
或以上的鑄件。
優(yōu)選的，當(dāng)其是冷的時(shí)候，模被安放在鑄造腔中。為了說(shuō)明之目
的，"冷"這里被定義為介于周?chē)諝鉁囟群?00。 C之間的溫度。 由于模不需要加熱(大約1000° C),加熱設(shè)備和處理設(shè)備可以簡(jiǎn)化， 特別是對(duì)大的鑄件。另外，能源費(fèi)和熱損耗被降低。
優(yōu)選的，模在步驟(g)之前不被預(yù)加熱。因此，處理模進(jìn)一步 簡(jiǎn)化。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種在模中鑄造金屬物件的方 法，包括步驟(a)在裝有微粒材料的模箱中設(shè)立模;(b)在鑄造腔中放 置所述模箱；(c)向坩鍋中裝入金屬;(d)當(dāng)所述模箱和所述坩鍋在所述 腔中定位后，自所述腔中真空排氣以降低所述腔中的壓力；(e)加熱坩 鍋中的金屬以熔化所述金屬；(f)在自所述腔中真空排氣完成后，注入 非氧氣體進(jìn)入所迷鑄造腔；和(g)自所述坩鍋灌注熔化金屬進(jìn)入所述 模。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供一種在模中鑄造金屬物件的裝 置，包括鑄造腔具有(i)第一接口，其被成型適于連接氣體以供應(yīng) 引入非氧氣體進(jìn)入鑄造腔；(ii)第二接口，其被成型適于連接泵設(shè) 備以用于自鑄造腔中真空排氣；和(iii)管，其具有連接安裝在鑄造 腔外的泵設(shè)備的裝置和具有連接安裝在鑄造腔里的模裝置之內(nèi)的低 壓腔裝置；和電氣加熱裝置用于熔化置于在所述鑄造腔里的坩鍋中的 金屬。


圖1顯示的是用于鑄造金屬物件的裝置101的剖面示意圖2顯示的在鑄造裝置101中使用的模裝置201;
圖3顯示的是使用圖1中的裝置101鑄造金屬物件方法的流程圖；圖4顯示的是根據(jù)圖3中要點(diǎn)方法所使用的裝置101; 圖5顯示的是提供準(zhǔn)備模步驟301的進(jìn)一步細(xì)節(jié)的流程圖； 圖6顯示的是被用在用于鑄造金屬物件的裝置101中的沙模裝置 601;和
圖7顯示的是被用在圖1的裝置101中的沙模裝置701。
優(yōu)選的實(shí)施方式 圖1
用于鑄造金屬物件的裝置101在剖面示意圖表中所示。裝置101 包括界定了鑄造腔103的殼體102。圖1中所示的殼體102安裝在鑄 造地面151之上。腔103的進(jìn)入口通過(guò)主門(mén)104和殼體102的壁上的 蚶鍋門(mén)105提供。因此工人，這樣的鑄造工人152可以通過(guò)主門(mén)104 進(jìn)入腔103。主門(mén)104和蚶鍋門(mén)105被提供了密封106,這樣當(dāng)門(mén)關(guān) 閉時(shí)，如圖l所示，腔被實(shí)質(zhì)的空氣密閉。
腔103具有進(jìn)接口 107成型適于連接氣體以供應(yīng)引入非氧氣體進(jìn) 入鑄造腔103。因此，在本實(shí)施例中，接口 107具有連接實(shí)現(xiàn)自氬氣 汽缸110提供氬氣供應(yīng)的管設(shè)備109的法蘭108。在管設(shè)備109上提 供閥門(mén)111以控制自汽缸進(jìn)入腔103中的氣流。
在當(dāng)前的事例中，進(jìn)入氣被采用，但是可預(yù)見(jiàn)此處的氣體可以被 其他氣體替換，例如氮?dú)?，取決于鑄造的金屬類(lèi)型。
應(yīng)該注意到這里用的單詞"金屬"是指純的金屬和金屬合金。因 此，金屬可以是合金，例如鋼，不銹鋼或者鎳基合金。
腔103具有出接口 112成型適于連接泵設(shè)備用于自鑄造腔中真空 排氣。因此，接口 112具有連接真空排氣管114上的相應(yīng)法蘭的法蘭 113。真空排氣管114在出接口 112和泵設(shè)備115之間提供連接。在 本例中，泵設(shè)備包括一雙羅茨風(fēng)機(jī)(roots blower)串行連接并由旋轉(zhuǎn) 活塞泵所支持。真空排氣管114提供有螺線管執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥門(mén)116以控 制自腔103的氣體的泵動(dòng)?？梢岳斫獾氖窃谘b置101工作過(guò)程中，門(mén)
9封106在腔103和占有工人的周?chē)臻g之間，例如工人152,提供了 真空密封。
除了接口 107和112外，腔103具有獨(dú)立的管117，其具有連接 安裝在鑄造腔外的泵設(shè)備的裝置和具有連接安裝在鑄造腔內(nèi)的低壓 腔裝置。因此，在本例中，管117為在腔103外的末端上具有法蘭118 和在腔內(nèi)的相對(duì)端具有法蘭119的管子。本例中的法蘭118通過(guò)第二 真空排氣管120連接在泵裝置125上。真空排氣管也提供了螺線管執(zhí) 行機(jī)構(gòu)閥門(mén)121以控制通過(guò)管117的泵氣。安裝在腔103內(nèi)的法蘭119 允許管117連接在低壓腔上，其自身在工作過(guò)程中置于鑄造腔103之 中。這將在下面的圖4中進(jìn)一步描述。
在本實(shí)施例中，泵裝置125的出口通過(guò)管設(shè)備126連接在鑄造腔 103的進(jìn)接口 127上。因此，在操作中，通過(guò)管U7真空排氣的氣體 又循環(huán)入腔103中。為了氣體循環(huán)進(jìn)入腔103以保持相對(duì)的干燥，泵 裝置125包括羅茨風(fēng)機(jī)(roots blower)。
腔103還具有氣體進(jìn)接口 131和配合閥門(mén)132。如將在下面所描 述，該閥門(mén)可以打開(kāi)以使得氣體進(jìn)入腔，或允許氣體自腔排出，以使 得腔內(nèi)的壓力達(dá)到周?chē)鷼怏w的壓力。
該裝置包括具有感應(yīng)加熱線圈123的感應(yīng)熔煉單元，其安裝在腔 103內(nèi)，連接到適合的如現(xiàn)有技術(shù)所知的電源上(未視出)。提供在 感應(yīng)加熱線圈123內(nèi)支撐坩鍋122的裝置，這樣使得置于蚶鍋內(nèi)的金 屬可以通過(guò)感應(yīng)熔煉單元的造作被熔化。
感應(yīng)加熱線圈被固定在高的位置，這樣使得它們能夠安裝在腔 103的地板之上以形成可以安裝模的空間。
在替換的實(shí)施例中，感應(yīng)熔煉單元被可選的電氣加熱裝置替代， 例如真空電弧再熔煉爐(vacuum arc remelter)，用于在坩鍋內(nèi)熔煉金 屬。
圖2在如圖2所示的鑄造裝置101內(nèi)使用的模裝置201。
模裝置包括模箱202其具有連續(xù)的自底板204向上延伸的壁203。 氣體可透鑲板205被固定在箱202內(nèi)，使得其在箱子的四周壁之間延 伸并平行底板204。因此，鑲板205，底板204和壁203界定了低壓 腔206。在壁203的其中之一上為低壓腔206設(shè)有出接口 207。
鑲板205支撐著微粒材料208,例如沙子，且陶器殼模(ceramic shell mould),例如模209,安置在微粒材料之中。
本例中的鑲板205通過(guò)網(wǎng)篩成型。網(wǎng)篩限定的孔徑具有足夠小的 尺寸以防止微粒材料的通過(guò)，而允許氣體的通過(guò)。
模裝置201提供有安裝在底板204之下的輪子或輥?zhàn)?12,以方 便在使用時(shí)在鑄造腔103內(nèi)進(jìn)出。
不滲透膜210安裝在微粒材料208的上表面。在膜210內(nèi)界定了 一個(gè)或更多的孔徑，以使得模209的部件延伸出，例如澆鑄杯211。
在可替換的實(shí)施例中，不是沙子的微粒材料被用在陶器殼模周 圍。這些微粒材料包括孔雀石(molochite)。
在可替換的實(shí)施例中，不滲透膜自沙子的上表面被省略。
圖3和4
采用圖1中的裝置101鑄造金屬物件的方法，如圖3的流程圖， 且根據(jù)圖4所示的方法采用的裝置101。
方法的第一步301是準(zhǔn)備合適的模裝置用于接收熔化的金屬以成 型鑄件，例如如圖2所示。準(zhǔn)備模的步驟201詳細(xì)描述參照?qǐng)D5。
模裝置201包括模209，而在步驟302中被安置在鑄造腔103中， 例如通過(guò)主門(mén)104。低壓腔206的出口 207連接著管117的法蘭119， 例如通過(guò)柔性真空軟管401。
在步驟303中，在鑄造腔103中的坩鍋122被裝上金屬406，其 將被熔化并灌注到才莫209中。坩鍋122可通過(guò)坩鍋門(mén)105 -故安裝。
應(yīng)該注意的是，步驟302和303可以任一次序操作。就是說(shuō)，蚶鍋可以在才莫被》丈入4壽造腔之前安裝。
在步驟304，腔門(mén)(104和105)被密封，且閥門(mén)116打開(kāi)使得氣 體自鑄造腔103泵出以形成真空。典型的，在下一步前進(jìn)行操作(步 驟205)，腔103 ^皮泵出氣體直到腔內(nèi)氣壓小于1x10 —imbar ( 10牛頓 每平米)。
當(dāng)鑄造腔103獲得足夠的低壓時(shí)，感應(yīng)加熱裝置123被啟動(dòng)，以 使得坩鍋122內(nèi)的金屬406在步驟205中熔化。為保證金屬流入模的 所有部件，特別是在模有小的通道的地方，在步驟205處被加熱的金 屬溫度在金屬的熔點(diǎn)之上。當(dāng)金屬達(dá)到所需溫度，閥門(mén)116在步驟306 處關(guān)閉，使得進(jìn)一步的對(duì)腔的真空排氣被阻止。閥門(mén)lll然后打開(kāi)以 用非氧氣體回填腔103。例如，在鑄造的金屬是不銹鋼時(shí)，氣體可以 為氬氣。
氣體被供應(yīng)到腔103中直到壓力達(dá)到一半到一個(gè)大氣壓時(shí) (0.5xl()5到lxl()S牛頓每平米)，且典型的是達(dá)到0.9大氣壓(0.9x105 牛頓每平米)。在步驟307中閥門(mén)121然后打開(kāi)，使得低壓腔206中 的壓力降低，典型的達(dá)到500毫米汞柱的值(大約6.7xl(^牛頓每平 米)，且非氧氣體被泵設(shè)備125通過(guò)模和沙中抽出。
自鑄造腔103到模箱和沙208顆粒間的壓力差別，形成的效果是 鎖住沙粒在一起以提高沙子提供給模209的支撐力。而且，由于殼模 滲透性的限制，壓力梯度穿過(guò)殼壁形成，在壁的內(nèi)部的非氧氣體和相 對(duì)低的壁的外部壓力，沙子側(cè)。這保持殼在剛性的沙子上以提供進(jìn)一 步的支撐。
應(yīng)該注意到，在本實(shí)施例中，由泵設(shè)備125通過(guò)模抽取的氣體通 過(guò)進(jìn)接口 127返回到鑄造腔103中。
在步驟308中，坩鍋122中熔化的金屬然后灌注到模中。在灌注 中，由于氣體通過(guò)模209 ，微粒材料208,低壓腔206和管117排出， 部分真空在模沒(méi)有填滿的空間中形成。因此，在模沒(méi)有填滿的空間中 的壓力變得小于鑄造腔103中的氣體壓力，這種壓力差幫助熔化的金屬流進(jìn)入i^莫中未填滿的空間。
應(yīng)該注意到，不滲透膜210阻止了氣體自腔103到微粒材料208 上表面的通過(guò)。因此，膜210阻止了氣體穿過(guò)模裝置201的不必要的 損失。
在傳統(tǒng)的采用真空感應(yīng)熔化鑄造工藝中，灌注是在真空下完成。 然而，在本例中，灌注在大氣壓或接近大氣壓下完成，且這具有牢固 的有利效果和避免了鑄件制造中的退讓。
在填充模之后，閥門(mén)121在步驟309中關(guān)閉以阻止氣體的進(jìn)一步 真空排氣，且閥門(mén)lll也關(guān)閉。鑄件然后在腔103中無(wú)氧氣體環(huán)境中 被硬化和冷卻，這樣不利的鑄件氧化被避免了。當(dāng)鑄件足夠冷卻，氣 體進(jìn)閥門(mén)132在步驟310中打開(kāi)，以允許腔103中的壓力達(dá)到周?chē)鷼?壓的水平。門(mén)104打開(kāi)且模自鑄造腔中移出。鑄件可以接著自模中移 出。
應(yīng)注意的是，在本實(shí)施例中，熔化的金屬被灌注在沒(méi)有被預(yù)加熱 的模中。然而，即4吏^t中的通道具有相對(duì)窄的尺寸，熔化的液體能夠 在固化前流入模的所有部分。這個(gè)原因在于，氬氣體的壓力和在模自 身中形成的部分真空之間所形成的上面講述的壓力差。
在上述方法中，在步驟305中金屬在真空下熔化，且在步驟306 下，非氧氣體允許進(jìn)入腔103中。對(duì)于一些金屬，這具有脫氣 (de-gassing)的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)其在真空下進(jìn)行熔化時(shí)。然而，在可替換的 方法中，在步驟305金屬被熔化前，腔103被填入非氧氣體。這將變 得有利，當(dāng)不要求脫除工藝時(shí)，或者當(dāng)金屬是包括相對(duì)低的熔點(diǎn)的合 金時(shí)，例如鋁，其在真空狀態(tài)下傾向氣化且造成鑄件中合金的成分的 不良效果。
應(yīng)該明白，使用冷模的整個(gè)過(guò)程是在單獨(dú)的腔中發(fā)生。因此，在 腔被真空排氣和在金屬被感應(yīng)加熱設(shè)備熔化前，模被安置在腔中。相 應(yīng)的，在腔中的模的操作被簡(jiǎn)化，且足夠大的陶器模的釆用使生產(chǎn)具 有質(zhì)量IOOO公斤或更大的非常大鑄件成為可能。
13圖5
準(zhǔn)備模裝置的步驟301在圖5的流程圖中被詳細(xì)顯示。在步驟501中，薄壁陶器殼模被生產(chǎn)。這通過(guò)注入或者是蠟或者是可膨脹聚合物，例如聚苯乙烯(polystyrene)進(jìn)入模中形成^t樣。在聚苯乙烯的情況下，聚苯乙烯球體安裝在模內(nèi)并加熱，使得它們膨脹并熔合成一體以形成實(shí)質(zhì)堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。
模樣然后同澆冒口系統(tǒng)相裝配以形成一體。這個(gè)裝配體然后敷上一系列的統(tǒng)一的灰泥層，其包含有難熔材料和黏合劑的泥漿，熟料(grog)也被采用。典型的，對(duì)于小的鑄件，5至6層灰泥層被采用并且以本方法干燥，對(duì)于大的鑄件，采用8至9層。由蠟或聚苯乙烯成型的模樣，在殼被燒硬之前，然后通過(guò)熔化去除，或者燒掉。
冷卻后，成品殼?？梢员磺鍧嵑痛俅嬉詡浜笥?。
殼模(如圖2中所示的例子209 )安放在模箱(202 )和微粒材料之中，例如在步驟102中沙子(208)被置于其周?chē)ＤＯ淙缓笤诓襟E103中振動(dòng)，典型的以40-50赫茲且在卯秒的周期內(nèi)0.045毫米均方才艮(RMS (root mean square))的偏移。振動(dòng)造成沙子流動(dòng)以密切同殼接觸，并使沙子緊湊成高的大密度。因此，在鑄造工藝的進(jìn)一步驟中，沙子對(duì)薄的陶器殼模提供實(shí)質(zhì)的支撐。(如上所述，在步驟307，這種支撐通過(guò)在低壓腔206內(nèi)降低的壓力形成的壓力差被進(jìn)一步提升。)。模裝置201然后準(zhǔn)備在裝置101中使用。
典型的，在5至9層的灰泥層適用到才莫樣上以制造陶器殼。因此，陶器殼太薄以至不能在鑄造操作中自身支撐。然而，如上所述，在鑄造過(guò)程中，殼被緊湊的沙子所支撐。
相比傳統(tǒng)真空感應(yīng)加熱工藝中使用的陶器殼，相對(duì)薄的陶器殼的壁，使得殼達(dá)到足夠的輕以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。另外，薄的殼具有相對(duì)低的熱容量，使其能夠在鑄造前不需要預(yù)熱就可使用。因此，手動(dòng)操作更方便，由于被冷卻的殼。
輕的、冷的殼也便于清潔和保持清潔，相對(duì)重的和非常熱的傳統(tǒng)真空感應(yīng)熔化工藝的殼。這使得包含物得到簡(jiǎn)化。
應(yīng)該注意的是，本方法中較薄的殼壁使得鑄件在凝固點(diǎn)收縮并冷卻，進(jìn)而，減少熱撕裂發(fā)生的預(yù)期。
薄的陶器殼也相對(duì)傳統(tǒng)真空感應(yīng)熔化工藝中的使用的較厚壁的殼更加便宜和快速加工，且它們使得整個(gè)鑄造操作的物流得到提高。
圖6
一種替換上述的鑄造的方法，陶器殼模被沙模所替代。沙模裝置601在如圖1中的裝置101中被使用，以鑄造圖6中的金屬物件。
沙模裝置601類(lèi)似模裝置201，它包括模箱602,其具有連續(xù)的自底板604向上延伸的壁603。氣體可滲透鑲板605被安裝在箱602內(nèi)使得其在箱子的四壁間延伸并平行底板604。因此，鑲板605,底板604和壁603限定了低壓腔606。為低壓腔606的外出接口 607設(shè)在其中一個(gè)壁603上。
鑲板205支持著顆粒狀材料608,例如沙子，其限定了內(nèi)空腔621和進(jìn)給和澆口通道626，等等，如現(xiàn)有技術(shù)中所知。
模箱自身由三部分成型包含著低壓腔606的低部件622;包含限定了模的沙子608的下部分的中間部件623;和容納所述沙子的上部分的上部件624，通過(guò)分型線625同沙子的下部分分開(kāi)。上部件624和中間部件623同傳統(tǒng)的沙模箱本質(zhì)上相同。然而，中間部件623和低部件622被加工成密封在一起，以使得在低壓腔606中的氣壓可以降低，從而在沙模上形成真空。
模按照實(shí)質(zhì)傳統(tǒng)的方式準(zhǔn)備，因此在限定模的模樣、澆口系統(tǒng)、冒口等被置于靠近分型線的模箱的中間部件前，模箱602的中間部件623部分地裝入沙子。在其也^皮裝滿沙子之前，箱602的上部件624然后置于中間部件623之上。沙子通過(guò)振動(dòng)和/或其他機(jī)械方式被壓緊。上部件624然后被提取出，在上部件被放回原處以形成完整的如圖6所示的模之前，然后模樣被小心的子沙子中取出。
15氣體不滲透膜631放置在顆粒狀材料608的上表面上。膜631限定了進(jìn)入模中的孔徑，例如，允許熔化的金屬被灌注到模中。類(lèi)似于圖2中的膜210，在使用時(shí)，膜631抵抗著自腔103通過(guò)顆粒狀材料上表面的氣流，以阻止不必要的氣體流失。在本實(shí)施例中，膜631由塑料材料成型，但是其他的可以抵擋鑄造工程中的所產(chǎn)生的溫度的材料也可以使用。
在本實(shí)施例中，形成模的沙子同黏合劑進(jìn)行預(yù)混合，例如硅酸鈉，但在替換的實(shí)施例中，有機(jī)黏合劑，例如基于聚氨酯酚醛(phenolicurethane)的泰占合劑，石威'l"生盼酸初于月旨(alkaline phenolic )，或者p夫喊杉于月旨(furanresin)的采用。相應(yīng)的，被制成的模在轉(zhuǎn)移模樣和鑄造的過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定。
裝置101和沙模裝置601的使用類(lèi)似于前述的裝置101同模裝置201。因此，附圖3中的描述的流程302至310步驟同樣適用。需要注意的是，在鑄造過(guò)程中，灌注入沙模的熔化的金屬加熱了沙子中相鄰層中的黏合劑至高溫。這造成黏合劑成分的蒸發(fā)和/或化學(xué)衰弱，且相應(yīng)的產(chǎn)生大量的氣體。如果灌注在真空條件下進(jìn)行，產(chǎn)生的氣體將強(qiáng)烈的擴(kuò)散，阻止正確的金屬流入模中。也有可能，擴(kuò)散的氣體達(dá)到較大的擴(kuò)張率而破壞模。這個(gè)問(wèn)題在機(jī)械操作灌注系統(tǒng)的高灌注率下將更加惡化，例如在本發(fā)明所用的。然而，在本實(shí)施例中，灌注是在具有或接近大氣壓的氣體保護(hù)下操作的，且相應(yīng)的由黏合劑產(chǎn)生的其他擴(kuò)散也大量的減少。另外，借助灌注系統(tǒng)15的運(yùn)作，產(chǎn)生的氣體通過(guò)沙子608和低壓腔606被抽取，且因此它們?cè)阼T造中的作用被進(jìn)一步的降低。
在圖6描述的另一個(gè)替換方法中，沙模采用已知的在空氣中制造鑄件的方法準(zhǔn)備。沙模然后被安置在裝置101的鑄造腔103中。金屬被裝入坩鍋122中并且腔排空氣體直到腔中的壓力大約小于1X10一imbar ( 10牛頓每平米)。
當(dāng)鑄造腔103中的壓力達(dá)到足夠低的時(shí)候，感應(yīng)加熱裝置103被啟動(dòng)以使得坩鍋122中的金屬被熔化。當(dāng)金屬達(dá)到所需的溫度，閥門(mén)
116關(guān)閉，以使得腔的更進(jìn)一步的排氣得到阻止。閥門(mén)lll然后打開(kāi)
以回補(bǔ)入腔103中非氧氣體，例如氬氣。
一直向腔103提供氣體，直到壓力范圍達(dá)到半個(gè)到一個(gè)大氣壓 (0.5X1()5到1.0X105牛頓每平米)，且典型的為達(dá)到0.9個(gè)大氣壓 (0.9X1()S牛頓每平米)。熔化的金屬然后被灌注到沙模，并且在將鑄
件置于空氣和自腔中移動(dòng)鑄件前，對(duì)其進(jìn)行冷卻。
這個(gè)替換的方法，在灌注金屬的過(guò)程中沒(méi)有直接采用真空作用到
模箱，且相應(yīng)的自模的內(nèi)部析出氣體的移動(dòng)沒(méi)有被采用。然而，鑄造
過(guò)程實(shí)質(zhì)是在非氧氣體環(huán)境下進(jìn)行的。
圖7
在更進(jìn)一步的可替換上述鑄造方法中，陶器殼模被沙模所替換。 沙模裝置701被采用，在圖1中的裝置101內(nèi)部，以鑄造圖7所示的 金屬物件。
沙模裝置701實(shí)質(zhì)類(lèi)似于模裝置201，但陶器殼模被傳統(tǒng)的沙模 702替代。因此，模箱202包括微粒材料703,其包容和支持傳統(tǒng)的 包含由粒狀材料704的沙模702。
沙模702的上表面，類(lèi)似前面的實(shí)施例，提供了不滲透氣膜732。
沙膜的下表面置于微粒材料703之上，且在操作中，當(dāng)腔206中 形成真空，氣體通過(guò)沙模702的孔腔，通過(guò)它的粒狀材料704,和通 過(guò)微粒材料703被抽取。
除了模裝置的準(zhǔn)備，采用圖7所示的設(shè)備鑄造的過(guò)程實(shí)質(zhì)的等同 于圖3的描述。
權(quán)利要求
1.一種在模中鑄造金屬物件的方法，包括步驟為(a)在裝有微粒材料的模箱中設(shè)立模；(b)在鑄造腔中放置所述模箱；(c)向坩鍋中裝入金屬；(d)當(dāng)所述模箱和所述坩鍋在所述腔中定位后，自所述腔中真空排氣以降低所述腔中的壓力；(e)加熱坩鍋中的金屬以熔化所述金屬；(f1)在自所述腔中真空排氣完成后，注入非氧氣體進(jìn)入所述鑄造腔；(f2)采用真空泵直接作用于所述模箱，以輔助熔化的金屬流進(jìn)入所述模；和(g)自所述坩鍋灌注熔化金屬進(jìn)入所述模，同時(shí)持續(xù)自所述模箱泵氣體。
2. —種在模中鑄造金屬物件的方法，包括步驟為 O)在裝有微粒材料的模箱中設(shè)立模；(b) 在鑄造腔中放置所述模箱；(c) 向坩鍋中裝入金屬；(d) 當(dāng)所述^f莫箱和所述坩鍋在所述腔中定位后，自所述腔中真 空排氣以降低所述腔中的壓力；(e) 加熱坩鍋中的金屬以熔化所述金屬；(f) 在自所述腔中真空排氣完成后，注入非氧氣體進(jìn)入所述鑄 造腔；和(g) 自所述坩鍋灌注熔化金屬進(jìn)入所迷模。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的在模中鑄造金屬物件的方法，其中當(dāng) 所述所述模冷卻時(shí)，所述模被安置在所述鑄造腔內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求3所述的在模中鑄造金屬物件的方法，其中所述模 在步驟(g)前不被預(yù)熱。
5. 如權(quán)利要求1至4中任意所述的在模中鑄造金屬物件的方法， 其中所述向鑄造腔注入非氧氣體的步驟(f)是在步驟(e)前被操作。
6. 如權(quán)利要求1至4中任意所述的在模中鑄造金屬物件的方法， 其中向所述鑄造腔注入非氧氣體的所述步驟(f)是在步驟(e)后被 操作。
7. 如權(quán)利要求1至6中任意所述的在模中鑄造金屬物件的方法， 其中所述模包括陶器殼。
8. 如權(quán)利要求1至7中任意所述的在模中鑄造金屬物件的方法， 其中所述模包括陶器殼，且所述陶器殼被所述箱中的微粒材料所包 圍，以使得所述殼在步驟(g)中的灌注中得到支撐。
9. 如權(quán)利要求1至6中任意所述的在模中鑄造金屬物件的方法， 其中所述模包含粒狀材料和黏合劑。
10. 如權(quán)利要求1至6中任意所述的在模中鑄造金屬物件的方法， 其中所述微粒材料包含粒狀材料，且所述模包含粒狀材料和翁合劑。
11. 如權(quán)利要求1至10中任意所述的在模中鑄造金屬物件的方 法，其中所述方法包括在自所述鑄造腔移走所述模前，提供模中的所 述金屬冷卻的步驟。
12. 如權(quán)利要求1至11中任意所述的在模中鑄造金屬物件的方 法，其中所述金屬包括鋼鐵、鎳合金、銅合金或鈷合金。
13. 如權(quán)利要求1至12中任意所述的在模中鑄造金屬物件的方 法，其中所述金屬是含有鋁的合金。
14. 如權(quán)利要求1至13中任意所述的在模中鑄造金屬物件的方 法，其中所述金屬是含有鈦的合金。
15. 如權(quán)利要求1至14中任意所述的在模中鑄造金屬物件的方 法，其中所述非氧氣體包含惰性氣體。
16. 如權(quán)利要求1或前述引用權(quán)利要求1的任意所述的在模中鑄 造金屬物件的方法，其中步驟(f2)包含自腔泵出氣體的步驟，所述 腔同使用安裝在所述鑄造腔之外的泵裝置的模箱相聯(lián)合。
17. 如權(quán)利要求16所述的在模中鑄造金屬物件的方法，其中所 述氣體自所述泵裝置返回所述鑄造腔。
18. 如權(quán)利要求1或前述引用權(quán)利要求1的任意所述的在模中鑄 造金屬物件的方法，其中所述方法包括在微粒材料的上表面安裝不滲 透膜的步驟。
19. 如前所述任意的在模中鑄造金屬物件的方法，其中非氧氣體 被注入所述鑄造腔以增加腔中壓力以介于半個(gè)或一個(gè)大氣壓(0.5x105 到lxl()5牛頓每平米)。
20. —種在模中鑄造金屬物件的裝置，包括鑄造腔具有(i)第一接口，其被成型適于連接氣體以供應(yīng)引入非 氧氣體進(jìn)入鑄造腔；(ii)第二接口，其被成型適于連接泵設(shè)備以用 于自鑄造腔中真空排氣；和(iii)管，其具有連接安裝在鑄造腔外的泵設(shè)備的裝置和具有連接安裝在鑄造腔里的模裝置之內(nèi)的低壓腔裝置；和電氣加熱裝置用于熔化置于在所述鑄造腔里的坩鍋中的金屬。
21. 如權(quán)利要求20所述的在模中鑄造金屬物件的裝置，其中所 述裝置包括連接到所述用于自鑄造腔真空排氣的第二接口的第 一泵裝置。
22. 如權(quán)利要求20或21所述的在模中鑄造金屬物件的裝置，其 中所述裝置包括連接所述用于自低壓腔真空排氣的管的第二泵裝置， 所述低壓腔安裝在位于所述鑄造腔里的^t裝置內(nèi)。
23. 如權(quán)利要求22所述的在模中鑄造金屬物件的裝置，其中所 述裝置包括連接所述第二泵裝置的出口的進(jìn)接口 ，以使得所述真空排 出的氣被提供回所述鑄造腔。
24. 如權(quán)利要求20至23中任意所述的在模中鑄造金屬物件的裝 置，其中所述裝置包括氣體進(jìn)接口和配合閥門(mén)以在所述鑄造腔和圍繞 所述鑄造腔的大氣間提供氣流。
25. 如權(quán)利要求20至24中任意所述的在模中鑄造金屬物件的裝 置，其中所述電加熱裝置包括感應(yīng)熔化單元。
全文摘要
一種在模中鑄造金屬物件的方法，包括在裝有微粒材料(208)的模箱(202)中設(shè)立模(209)。在鑄造腔(103)中放置所述模箱且腔中的坩鍋(122)中裝入金屬(406)。當(dāng)所述模箱和所述坩鍋在所述腔中定位后，自所述腔中真空排氣。坩鍋中的金屬被加熱并熔化，在熔化之前或之后，非氧氣氣體被注入鑄造腔。采用真空泵直接作用于所述模箱，以輔助熔化的金屬流進(jìn)入所述模，然后在非氧氣氣體環(huán)境下，自所述坩鍋灌注熔化金屬進(jìn)入所述模。
文檔編號(hào)B22D18/06GK101668601SQ200880008086
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者邁克爾·科尼利厄斯·阿什頓 申請(qǐng)人:國(guó)際鑄造技術(shù)公司