耐火模具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及一種耐火模具(refractory mold，耐恪模具)，更具體地，涉及一種通風(fēng)的耐火模具。
【背景技術(shù)】
[0002]熔模鑄造工藝通常使用耐火模具，其通過在熔消圖案材料(例如蠟、塑料等)周圍累積連續(xù)多層的用無機粘結(jié)劑粘結(jié)的陶瓷顆粒而構(gòu)成。完成的耐火模具通常在非永久性(可熔消且可去除)圖案周圍形成為殼模。將耐火殼模制造成足夠厚且堅固，以承受:1)蒸汽壓力耀(steam autoclave)或閃火圖案消除(flash fire pattern eliminat1n)的應(yīng)力，2)通過燃燒爐的行程，3)在熔融金屬的鑄造過程中承受熱壓力和金屬靜壓力，以及4)這些處理步驟之間包含的物理處理。構(gòu)造此強度的殼模通常需要至少5層耐火漿料以及產(chǎn)生通常4mm至1mm厚的模壁的耐火灰泥(stucco)，從而需要大量耐火材料。這些層還需要長時間來使粘結(jié)劑干燥和變硬，從而導(dǎo)致處理過程緩慢，在處理過程庫存方面需要相當(dāng)大的工作量。
[0003]粘結(jié)的耐火殼模通常裝載為一批或裝載如連續(xù)爐內(nèi)，通過氣體或油的燃燒來加熱并加熱至1600° F到2000° F0通過對殼模外表面的輻射和傳導(dǎo)來加熱耐火殼模。通常，烤爐所產(chǎn)生的熱量的小于5%由耐火模具吸收，并且，烤爐所產(chǎn)生的熱量的大于95%通過經(jīng)過烤爐排放系統(tǒng)排出而浪費掉。
[0004]將加熱的耐火模具從烤爐移除，并將熔融金屬或合金鑄造在這些耐火模具中。鑄造時升高的模具溫度是鑄造高熔化溫度合金(例如鐵合金)用于防止?jié)茶T不滿、夾氣、熱撕裂和收縮缺陷所需的。
[0005]熔模鑄造的趨勢是，將耐火殼模制造得盡可能薄，以降低如上所述的模具的成本。薄殼模的使用已要求使用支撐介質(zhì)來防止模具故障，如授予Chandley等人的美國專利5，069，271中所描述的?！?271專利公開了制造得盡可能薄的粘結(jié)陶瓷殼模的使用，例如小于0.12英寸的厚度。在將未粘結(jié)的支撐顆粒介質(zhì)從預(yù)熱爐去除之后，將該介質(zhì)在薄熱耐火殼模周圍壓緊。該未粘結(jié)的支撐介質(zhì)用來抵抗鑄造過程中施加至殼模的應(yīng)力，以防止模具故障。
[0006]然而，在從模具預(yù)熱爐移除之后并用支撐介質(zhì)包圍殼體之后，薄殼模比更厚的模具更快速地冷卻。此快速冷卻在鑄造時導(dǎo)致更低的模具溫度。低模具溫度會使得具體地在薄鑄件中產(chǎn)生缺陷，例如澆鑄不滿、收縮、夾氣和熱撕裂。
[0007]授予Redemske的US 6，889，745教導(dǎo)了一種熱學(xué)上有效的用于加熱粘結(jié)的耐火模具的透氣壁的方法，其中，模壁限定模腔，將熔融金屬或合金澆鑄在模腔中。通過將熱量從在模腔內(nèi)流動的熱氣轉(zhuǎn)移至模壁，來加熱模壁。使熱氣從模具外部的熱氣源流過模腔和透氣模壁到達模具外部的低壓區(qū)域，以控制模壁的內(nèi)表面的溫度。不管’745專利中描述的模具加熱工藝的有用性如何，都已經(jīng)觀察到不均勻的圖案消除和不均勻的模具加熱，其中，模具頂部加熱得比底部快，這會導(dǎo)致在頂部處外殼破裂并在導(dǎo)致在底部處圖案消除不完全。這可通過以更慢的速度加熱薄殼耐火模具以促進溫度均勻性來解決，但是會導(dǎo)致非常長的燒盡(burn-out)周期；長達7小時。另外，當(dāng)粘結(jié)劑從模壁燃盡時由于初始低透氣性的原因，圖案消除會是有問題的，這是由于以(由差透氣性控制的)低燃燒速度啟動和操作燃燒器時有困難，導(dǎo)致燃燒器多次重新啟動以產(chǎn)生可靠的火焰。另外，對于如上所述的具有相對較高的通過模具的透氣性的薄殼耐火模具，’ 745專利中描述的模具加熱方法是有用的，但是，對于具有相對較低的透氣性或沒有透氣性的厚殼耐火模具，這是無用的。
[0008]因此，希望的是提供耐火模具和制造并使用模具的方法，該方法能夠在模具中保持均勻的模具溫度且對于所有類型的耐火模具都是有用的，不管模壁的厚度透氣性如何。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在一個不例性實施例中，公開了一種粘結(jié)的耐火模具。模具包括模壁，模壁包括粘結(jié)的耐火材料并限定澆口、澆道和模腔，澆道具有通向澆口的澆道入口和通向模腔的澆道出口。模具還包括貫穿模壁的排氣口。模具還包括覆蓋排氣口的透氣蓋。
[0010]當(dāng)結(jié)合附圖時，從本發(fā)明的以下詳細描述中，本發(fā)明的以上特征和優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0011]在實施例的以下僅以實例的方式的詳細描述中，便可看到其他目的、特征、優(yōu)點和細節(jié)，該詳細描述參考以下附圖，在附圖中:
[0012]圖1是如本文公開的耐火模具、支撐介質(zhì)和鑄造型盒(casting flask)的一個示例性實施例的部分橫截面圖；
[0013]圖2是圖1的放大截面，更詳細地示出了如本文公開的具有澆口排氣口的耐火模具的一個示例性實施例；
[0014]圖3是如本文公開的耐火模具的第二示例性實施例的透視側(cè)視圖；
[0015]圖4是如本文公開的耐火模具和圖案部分的一個實施例的透視圖，該圖案部分包括澆口通道和排氣口通道；
[0016]圖5是相關(guān)領(lǐng)域耐火模具的模腔溫度與時間的函數(shù)關(guān)系的圖表；
[0017]圖6是如本文公開的耐火模具的一個示例性實施例的模腔溫度與時間的函數(shù)關(guān)系的圖表；
[0018]圖7是制造如本文公開的耐火模具的方法的一個示例性實施例的流程圖；
[0019]圖8是使用如本文公開的耐火模具的方法的一個示例性實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明主要涉及一種耐火模具，以及一種制造并使用耐火模具的方法。模具配置為由熱氣流加熱，來自熱氣源的該熱氣流過一個或多個耐火管道和相關(guān)排氣口，特別是在澆口或澆道(或其組合)中流過，進入模具外部的空間或區(qū)域，特別是模具周圍的支撐介質(zhì)。加熱位于模壁外部處的區(qū)域，更具體地是加熱支撐介質(zhì)，可明顯改進模具的加熱，并增強從模具內(nèi)圖案組件的消除。
[0021]參考附圖，特別是圖1和圖2，根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例，示出了粘結(jié)的耐火模具10。描繪了圖案消除的三個階段，從底部到頂部進行的一一圖案消除的開始、圖案消除的早期階段，以及完成圖案消除之后的模具加熱。模具10包括模壁12。模壁12包括粘結(jié)的耐火材料14并限定耐火管道11，該耐火管道包括饒口 16和至少一個饒道18及模腔20。澆道18具有通向澆口 16的澆道入口 22以及通向模腔20的澆道出口 24。模具10包括貫穿模壁12的排氣口 26，更具體地，可包括多個排氣口 26。模具10還包括覆蓋排氣口26的透氣耐火蓋28。在圖1至圖4中，為了示出模具10的其他方面，已省略澆道18和模腔20的一部分。
[0022]如圖1和圖2所示，在一個實施例中，模具10配置成放在鑄造型盒31中，該鑄造型盒限定鑄造室29并由支撐介質(zhì)30包圍，例如包裝好的顆粒支撐介質(zhì)，例如多種類型的型砂(casting sand，鑄造用砂)。為了圖示的目的，示出了在饒道18之間包圍模具10的支撐介質(zhì)30，但是將理解的是，當(dāng)存在時，支撐介質(zhì)30通常將完全填充包圍模具10的鑄造室31中的空間。鑄造型盒31和模具10配置成在熔模鑄造工藝中使用，特別是非常適合于與反重力熔模鑄造結(jié)合使用。本文進一步描述了在多種鑄造工藝中的模具10、制造模具10的方法100和使用模具10的方法200。
[0023]模具10可包括模壁12，該模壁是透氣的或不透氣的。模具10可包括例如，可通過熔模鑄造行業(yè)中眾所周知的方法制造的粘結(jié)的透氣耐火殼模10，例如眾所周知的失蠟熔模造型工藝。例如，提供典型地由蠟、塑料泡沫或其他可消除圖案材料33制成的非永久性(可消除)圖案組件40以限定模具10，并且，該圖案組件包括一個或多個具有待鑄造物品的形狀的非永久性(即可去除)圖案32。圖案32包括并連接至可消耗澆道部分34和澆口部分36或分別用來限定澆道18和澆口 16的部分。圖案32、澆道部分和澆口部分形成整個圖案組件40。將圖案組件40重復(fù)浸入陶瓷/無機粘結(jié)劑漿料中，排出多余漿料，用耐火或陶瓷顆粒(灰泥)粉刷，在空氣中干燥或在受控干燥條件下干燥以在圖案組件40上建立殼模10的粘結(jié)的耐火殼壁12。漿料可包括耐火陶瓷材料和粘結(jié)劑材料的多種組合以及多種用量的這些材料，并可施加為任意數(shù)量的涂層。在某些實施例中，粘結(jié)的耐火殼壁12可相對較薄且透氣，可用幾層(例如2層至4層)楽料形成，具有大約1_至大約4_的厚度，更具體