專(zhuān)利名稱(chēng)：排除空氣的金屬反重力鑄造的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬反重力鑄造的方法和裝置，特別是用于活性金屬，例如某種合金，它所包含的元素在鑄造溫度下易于與空氣反應(yīng)，而生成有害于鑄件產(chǎn)品的氧化物和/或氮化物。
為了得到這種活性金屬的高質(zhì)量鑄件，在金屬易于與空氣反應(yīng)的溫度下的所有鑄造操作中，都應(yīng)該排除空氣，或者通過(guò)真空的方式，或通過(guò)用一種惰性氣件置換空氣的方式。美國(guó)專(zhuān)利3，863，706和3，900，064公開(kāi)了一種通常用于排除空氣的反重力鑄造的方法和裝置。根據(jù)該專(zhuān)利，在金屬的熔化坩堝的氣密外壁上面裝有一個(gè)氣密的可抽空的隔倉(cāng)，隔倉(cāng)具有一個(gè)通向坩堝的進(jìn)出口，它通過(guò)一個(gè)從隔倉(cāng)延伸穿過(guò)坩堝外壁頂部的氣密導(dǎo)管，導(dǎo)管具有一個(gè)中間關(guān)閉滑閥。于是，坩堝外壁不暴露于周?chē)髿?，在隔倉(cāng)中一個(gè)垂直的可分開(kāi)的室接受一個(gè)從室底伸出的鑄型的填充管的下端，并繞有氣孔的鑄型密封。
在所述專(zhuān)利的裝置的使用中，通過(guò)在坩堝中熔化錠料而提供要鑄造的熔融金屬，坩堝外壁中被抽空形成高真空。在鑄造中，一個(gè)鑄型置于隔倉(cāng)中的鑄型室中。室和隔倉(cāng)都被密封和抽空，它們和坩堝外壁被再充以惰性氣體(例如氬氣)至一個(gè)同樣的低真空。隨著導(dǎo)管閥打開(kāi)，室被降低通過(guò)導(dǎo)管，直至鑄型的填充管的伸出端低于坩堝中熔融金屬的表面。然后，將室抽空至一個(gè)足夠高的真空，致使熔融金屬流動(dòng)通過(guò)充填通路，直至充滿(mǎn)型腔。在型腔中的金屬充分硬化之后，室和隔倉(cāng)中的壓力升高，并且室從坩堝外壁中撤出，進(jìn)入隔倉(cāng)從室和隔倉(cāng)中取下鑄型。
所述專(zhuān)利的方法和裝置對(duì)于生產(chǎn)高質(zhì)量的空氣活性金屬的鑄件是很成功的，但是，圍繞鑄型室的外隔倉(cāng)和其與坩堝外壁相連的帶閥的導(dǎo)管是昂貴的裝置，其操作復(fù)雜，并在使用中帶來(lái)一些不方便的限制。例如，外隔倉(cāng)需要可密封的門(mén)，以提供到室的進(jìn)出口，用于放入和取出鑄型，其有礙于操作，通過(guò)連接導(dǎo)管隔倉(cāng)傳導(dǎo)地暴露于坩堝外壁的熱量，當(dāng)閥打開(kāi)時(shí)，則暴露于在其之中的熱量，使隔倉(cāng)難于進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s。用于降低或升高室的機(jī)構(gòu)的位置部分地在隔倉(cāng)中，這就導(dǎo)致了隔倉(cāng)圍繞延伸進(jìn)入隔倉(cāng)的可動(dòng)件的密封的復(fù)雜化，以及當(dāng)隔倉(cāng)密封時(shí)，不能進(jìn)出到達(dá)該機(jī)構(gòu)和鑄型。
其他的先有技術(shù)，雖然避免了上述的復(fù)雜的裝置，但不能有效地在裝有熔融金屬的坩堝中容納惰性氣體。
在本發(fā)明人的有關(guān)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)4，791，977中，發(fā)明人試圖這樣防止空氣污染當(dāng)坩堝外壁暴露于周?chē)髿鈺r(shí)，在裝有熔融體的坩堝外壁中保持高于大氣壓力的惰性氣體壓力。加熱的惰性氣體上升通過(guò)坩堝外壁上的用于與充填管配合的小孔，這將充分地防止空氣通過(guò)該孔與熔融體接觸。然而，發(fā)明人接著測(cè)定出，對(duì)于高活性金屬，仍然會(huì)產(chǎn)生空氣污染。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的根源在于熔融金屬上面的垂直熱空氣流，或渦流循環(huán)，它向下吸引空氣穿過(guò)上升的惰性氣體到達(dá)坩堝，與熔融金屬接觸。這些氣流至今在流體力學(xué)中被稱(chēng)為“Brillion區(qū)域”。
本發(fā)明可以消除用于鑄型室的隔倉(cāng)，以及如前面美國(guó)專(zhuān)利所述的與裝置的坩堝外壁相連的帶閥的導(dǎo)管，同時(shí)在金屬熔液表面維持一個(gè)有效的惰性氣體的氣氛。
一種新型裝置的構(gòu)思使這種本質(zhì)上的改進(jìn)成為可能。其中，提供一種裝置，用于將熔融金屬的上表面與開(kāi)口外的周?chē)髿庠锤糸_(kāi)一個(gè)距離，足以防止Brillion區(qū)域向下吸進(jìn)空氣到達(dá)金屬，并將金屬表面保持在該距離上，除了在充填鑄型的時(shí)候，在金屬上表面和周?chē)髿庵g的最佳距離是至少8英寸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所述距離能防止在實(shí)際的惰性氣體壓力下由于Brillion區(qū)域所產(chǎn)生的污染。
金屬的污染是如下防止的坩堝外壁具有一個(gè)第一蓋板，它有一孔用于接收金屬爐料和填充管的自由端，和一個(gè)可橫向運(yùn)動(dòng)的第二蓋板，它具有相互橫向間隔的第一和第二孔，和一個(gè)至少等于第一蓋板上孔的直徑的不間斷部分。橫向可運(yùn)動(dòng)的蓋板的第一孔適于接收金屬爐料，和第二孔適于接納填充管的自由端。在用金屬填充坩堝時(shí)，活動(dòng)蓋板上的第一孔和第一蓋板上的孔相互對(duì)齊，并與周?chē)髿庀嗷ミB通，同時(shí)通過(guò)坩堝外壁保持一個(gè)惰性氣流，以防止空氣污染。在坩堝充料之后，將活動(dòng)蓋板定位以防止空氣接觸熔融金屬，在鑄造期間，填充管的下端插入活動(dòng)蓋板的第二孔，然后，使活動(dòng)蓋板運(yùn)動(dòng)(通過(guò)移動(dòng)填充管)直至填充管與第一蓋板上的孔對(duì)齊。然后，使填充管的自由端伸入熔融金屬，在這之后，使活動(dòng)蓋板定位防止空氣與熔融金屬接觸。
在一個(gè)推薦實(shí)施例中是這樣防止熔融金屬的空氣污染的在坩堝外壁中建立一個(gè)基本無(wú)空氣的惰性氣體保護(hù)氣氛，然后在活動(dòng)蓋板的第一孔中插入一個(gè)管子，它適用將坩堝內(nèi)金屬的上表面與周?chē)髿飧糸_(kāi)一個(gè)距離，當(dāng)?shù)谝豢缀驮诘谝簧w板上的孔相互對(duì)齊并與周?chē)髿膺B通時(shí)，該距離足以防止循環(huán)的空氣流通過(guò)第一孔和第一蓋板上的孔向下吸入空氣到達(dá)金屬。然后使活動(dòng)蓋板運(yùn)動(dòng)，使管子活動(dòng)蓋板上的第一孔和第一蓋板的孔相互對(duì)齊，同時(shí)穿過(guò)所述坩堝外壁保持一個(gè)惰性氣流，如果需要，可以通過(guò)管子，活動(dòng)蓋板的第一孔和第一蓋板的孔向坩堝充入金屬。
在另一個(gè)推薦實(shí)施例中，是這樣防止空氣污染的將活動(dòng)蓋板定位，堵住通向熔融金屬的第一蓋板的孔，同時(shí)在坩堝外壁內(nèi)維持一個(gè)基本無(wú)空氣的惰性氣體保護(hù)氣氛。
在插入過(guò)程中，最好將鑄型室抽空，在鑄型內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)比坩堝外壁內(nèi)的惰性氣體壓力更低的壓力。
本裝置和方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以不采用先有技術(shù)的復(fù)雜的密封外壁而進(jìn)行鑄造。為了這個(gè)目的，填充管具有一個(gè)不透氣的表面，并在坩堝外壁中保持一個(gè)足夠的惰性氣體壓力，防止空氣通過(guò)通向空氣源的開(kāi)口進(jìn)入坩堝外壁的內(nèi)部。最好，惰性氣體壓力稍高于大氣壓力。
如果惰性氣體是氬氣(密度大于空氣)或氮?dú)?密度稍小于空氣)，或在同樣條件下，密度至少接近于氮?dú)饷芏鹊钠渌麣怏w，那么，惰性氣體通過(guò)開(kāi)口到大氣的必然損失將是最小。
采用這種方法，不僅先有技術(shù)裝置的復(fù)雜性被消除了，而且也可以用一根適當(dāng)長(zhǎng)度的填充管維持與坩堝外壁隔開(kāi)的鑄型室，并通過(guò)大氣空氣或惰性氣體在那里隔熱，能更有效地和更經(jīng)濟(jì)地冷卻該室，另外，在鑄造作業(yè)期間，可以接近填充管進(jìn)行操作，而在例如美國(guó)專(zhuān)利4589466中則是防礙其接近的。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于鑄造大型部件是有用的，就是減少了用于抽空該系統(tǒng)并充以惰性氣體所必需的時(shí)間。
最好具有一個(gè)帶加料閘的可取下的真空罩，它能與坩堝外壁密封，并能經(jīng)受住將外壁內(nèi)抽空至一個(gè)高的真空。為了在坩堝內(nèi)提供熔融金屬，通過(guò)加料閘將金屬錠放入坩堝。當(dāng)金屬在真空下熔化后，在外壁中再充以惰性氣體。并且將真空罩取下準(zhǔn)備進(jìn)行鑄造。
與來(lái)自坩堝外壁內(nèi)的另外的惰性氣體可以被提供到鑄型室，以協(xié)助沖洗作業(yè)和/或然后提高室中的壓力。也利用于所述美國(guó)專(zhuān)利NO.4791977的與鑄型相連的抽吸連接管的優(yōu)點(diǎn)。
在附圖中

圖1和圖2是本發(fā)明推薦裝置的示意側(cè)剖視圖，顯示了順序的操作步驟。
圖3是該裝置的類(lèi)似的視圖，顯示了向坩堝再充加金屬料。
參見(jiàn)圖1和圖2，一個(gè)用于具有上表面64的熔融鑄造金屬的坩堝62被一個(gè)通常用60表示的大致箱型結(jié)構(gòu)所封閉。外壁60的壁的內(nèi)側(cè)可以裝有盤(pán)形管(未顯示)，用于冷卻流體(例如水)的循環(huán)，或具有雙重壁，它們相互間隔允許冷卻液在其中循環(huán)。坩堝62被嵌入一個(gè)耐熱的電絕緣座70，它裝有圍繞坩堝的感應(yīng)加熱線(xiàn)圈72。
坩堝外壁60具有一個(gè)可取下的蓋96，蓋96的特點(diǎn)是具有一個(gè)開(kāi)口98，其上裝有一個(gè)蓋板100(可用可透氣的耐火纖維板材料制作)，蓋板100有一孔102，其尺寸能與直徑大致3英寸的金屬錠相適應(yīng)，并能自由地接納通過(guò)該處的可抽空的鑄型裝置10的填充管40的下端44，(見(jiàn)圖2和3)。
一個(gè)活動(dòng)蓋板104置于蓋板100的頂部。蓋板104的特征是具有孔106和108?？?06的直徑與孔102的直徑大致相同，因?yàn)樵谙蜊釄?2加料時(shí)，它也必須適應(yīng)3英寸的金屬錠?？?08較小，因?yàn)?正如將要在下面解釋的)它僅需要適應(yīng)鑄型裝置10的填充管40的下端44，其直徑大約為1 1/2 至1 3/4 英寸。由適當(dāng)?shù)耐笟饣虿煌笟饽突鸩牧?例如防熱玻璃)制造的蓋板104能穿過(guò)蓋板100側(cè)向移動(dòng)而堵住孔102;于是，在孔106和108之間的間隔至少等于孔102的直徑。
在熔化準(zhǔn)備期間，一個(gè)被冷卻的真空容納罩110置于蓋96的上面，罩110具有一個(gè)用于接納金屬錠的加料閘112。然后，將罩110取下允許鑄造。在熔化作業(yè)期間，一個(gè)真空密封頂蓋114置于加料閘112的上面。
外壁60有一個(gè)與一個(gè)差壓裝置(未顯示)相連的連接管86，去坩堝外壁60密封時(shí)，差壓裝置能將其抽空至一個(gè)高的真空，還具有一個(gè)與一惰性氣體源(未顯示)相連的連接管88。
至此所述裝置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它適用于連同美國(guó)專(zhuān)利NO.4589466的簡(jiǎn)化鑄造裝置一起的無(wú)空氣鑄造。然而，最好是采用它的改進(jìn)，這就是所述有關(guān)美國(guó)專(zhuān)利NO.4791977的主題，它顯示于附圖中。所述申請(qǐng)揭示的內(nèi)容，在這里沒(méi)有被明確地包括進(jìn)來(lái)的情況下，它已由對(duì)比文件包括了。
鑄型裝置10有一個(gè)裝在垂直可動(dòng)支架14上的可分開(kāi)并可密封的裝載室12。室12被制成當(dāng)通過(guò)一個(gè)O形圈(未顯示)而閉合時(shí)，能密封在一起的兩個(gè)部件，通過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)难b置(未顯示)，能將其在垂直方向打開(kāi)和關(guān)閉。室12在其下部鑄型支承壁上有一個(gè)用于支承一個(gè)透氣鑄型的中心孔18。鑄型通常用20表示，這里顯示的是一個(gè)殼式鑄型，它有一垂直的填充通道22，通道22有用于將熔融金屬導(dǎo)入型腔26的下端24。室12的上壁有一連接管16，與差壓裝置(未顯示)相連接。
還具有一個(gè)不透氣的填充管40，它有一個(gè)帶一個(gè)徑向向外延伸的上突緣42的上部漏斗形部分，和一個(gè)從其垂直向下延伸的下部44。上突緣42密封地插入室12的下部鑄型支承壁和鑄型20的下端之間，一個(gè)密封裝置24a圍繞著鑄型下端開(kāi)口24。管下部44穿過(guò)室12的中心孔18并從那里垂直向下延伸。還具有一個(gè)與可移動(dòng)支架14相連的液壓缸34，它通過(guò)有選擇地使帶鑄型20的室12上升和下降，可以使坩堝62和帶鑄型20的室12一個(gè)相對(duì)另一個(gè)相靠近地或背離地相對(duì)運(yùn)動(dòng)。雖然圖中未顯示，但鑄型室12的各個(gè)可分開(kāi)的半室可具有用于冷卻其內(nèi)部的裝置，例如一個(gè)環(huán)繞的盤(pán)管，或在雙壁之間與一個(gè)冷卻劑源(可以是水)相連的循環(huán)空間。
可以有選擇地操縱差壓裝置，通過(guò)一個(gè)與差壓裝置(未顯示)相連的連接管16a在鑄型20的內(nèi)部提供一個(gè)比同時(shí)通過(guò)連接管16提供到室12的壓力更低的壓力。最好，具有高透氣性但不能透過(guò)金屬的有孔的塞47蓋住鑄型20頂部的填充通道22上面的開(kāi)口，通過(guò)密封裝置46使連接管16a的開(kāi)口與型頂上面的塞47密封，可使有氣孔的塞47和它下面的鑄型內(nèi)部通過(guò)連接管16a有選擇地處于一個(gè)比提供到室12的壓力更低的壓力下。密封裝置48可防止導(dǎo)管45和室12之間的泄漏。連接管16和16a可以連接于不同的真空抽吸系統(tǒng)，或連接于一個(gè)裝有一個(gè)合適的控制閥的單一的抽吸系統(tǒng)，而能在兩根連接管內(nèi)提供不同的壓力。
在鑄造中，在基本無(wú)空氣的惰性氣體氣氛下的熔融金屬的供應(yīng)源是如下提供坩堝62中的。如圖1所示，使真空罩110在位，通過(guò)加料閘112，并通過(guò)孔102，106將金屬錠加入坩堝62，然后在閘112上加上真空密封裝置114，通過(guò)連接管86將外壁中抽空至一個(gè)大致無(wú)空氣的狀態(tài)。然后接通感應(yīng)線(xiàn)圈72使金屬錠熔化。如果需要加入更多的金屬，在外壁中再充以惰性氣體至一個(gè)大約75μm/Hg的壓力，并建立一個(gè)惰性氣體流維持這個(gè)壓力，防止空氣從加料閘112的頂部進(jìn)入。只要閘112的開(kāi)口端適當(dāng)?shù)仉x開(kāi)周?chē)髿?例如，至少8英寸)，則由于循環(huán)空氣流(Brillion區(qū)域)通過(guò)孔102和106吸入空氣并與熔融液接觸所造成的污染就不會(huì)發(fā)生了。
當(dāng)熔融液壓達(dá)到所需溫度時(shí)，使達(dá)到一定壓力的惰性氣體通過(guò)連接管88進(jìn)入壁內(nèi)，并將密封裝置114取下，然后通過(guò)一根鋼絲(未顯示)使蓋板104側(cè)向移動(dòng)(同時(shí)坩堝外壁60中是在惰性氣體氣氛下)，并堵住孔102，并將真空罩110取下。
參見(jiàn)圖2，在鑄造中，通過(guò)操縱動(dòng)力缸34使室12運(yùn)動(dòng)，使填充管40和坩堝外壁60作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使填充管移動(dòng)進(jìn)入活動(dòng)蓋板104上的孔108，(圖3)，然后，使鑄型裝置10和蓋板104橫向移動(dòng)，以致孔108與蓋板100上的孔102對(duì)齊(圖2)。下一個(gè)步驟是將填充管端部44通過(guò)孔102插入至熔融金屬表面以下。
為了使鑄型充滿(mǎn)，通過(guò)控制連接管16a，使降低了的差壓通過(guò)垂直通路22施加于鑄型20的內(nèi)部，致使氬氣，然后是熔融金屬向上流至填充管40，并充滿(mǎn)垂直通道22，在垂直通道22中的金屬靜壓頭也產(chǎn)生橫向流動(dòng)進(jìn)入型腔26。同時(shí)，一個(gè)與經(jīng)連接管16a提供的壓力相等或更高，但比在坩堝62中的熔融金屬上的壓力低的第二壓力通過(guò)連接管16施加于室12，也就是施加于鑄型20的外部，確保型腔26充滿(mǎn)熔融金屬。第二壓力的大小應(yīng)恰恰足以使型腔26被充滿(mǎn)。一旦型腔完全充滿(mǎn)了，可以增加圍繞鑄型20的壓力，同時(shí)在鑄型內(nèi)部維持一個(gè)低壓，以改善零件質(zhì)量并減少鑄型中的拉應(yīng)力。只要鑄造金屬仍處在活性的溫度，將通過(guò)連接管50輸入惰性氣體而使室12中的壓力升高。
一旦完成了鑄造，經(jīng)連接管16和16a所達(dá)到的壓力被恢復(fù)至大氣壓力。然后將填充管40部分地抽回，使其從孔102中脫出，同時(shí)仍保持在孔108中。然后，使鑄型裝置10和蓋板104橫向移動(dòng)，致使蓋板104重新復(fù)蓋孔102，然后，將填充管40從孔108中全部抽出。然后，打開(kāi)室12，取出充好的鑄型20和填充管40，并準(zhǔn)備下一個(gè)鑄造循環(huán)。
上面描述的連接管16a的使用和它的操作方法是最佳的，但不是必要的。要是省略了連接管16a，那么所述方法的變化僅僅在于導(dǎo)致型腔充滿(mǎn)的低壓經(jīng)連接管16全部產(chǎn)生在室12中，在鑄型外部的低壓通過(guò)多孔的型體傳遞到其內(nèi)部。其結(jié)果通常不如采用兩個(gè)分別操縱的真空連接管那樣滿(mǎn)意。在充填型腔期間，不能從鑄型系統(tǒng)有效地去掉雜質(zhì)，并且為了得到足夠的填充，鑄型的外部壓力需要更低，它導(dǎo)致了鑄型上金屬重量的更大負(fù)荷。然而，與先有技術(shù)相比，沒(méi)有連接管16a的方法和裝置也是明顯有利的。
參見(jiàn)圖3，在準(zhǔn)備下一個(gè)鑄造循環(huán)時(shí)，為了用另外的金屬對(duì)坩堝62(它仍然處在惰性氣氛下)進(jìn)行再充料，不必要使用真空罩110，而是將一根大致12英寸長(zhǎng)的有突緣的管子116插入蓋板104的孔106。在穿過(guò)坩堝外壁62維持一個(gè)氬氣流，使之足以維持一個(gè)大約75μm/Hg的氬氣壓力的同時(shí)，或者采用一根鋼絲(未顯示)，或者通過(guò)將填充管40再插入孔108使蓋板104橫向運(yùn)動(dòng)，以致孔106和孔102相對(duì)齊。然后經(jīng)管116，孔106和孔102放入金屬料，并處在惰性氣體氣氛下熔化。因?yàn)楣?16在熔融液表面和周?chē)髿庵g保持了一個(gè)足夠長(zhǎng)的距離(例如，至少8英寸)，所以由循環(huán)空氣流(Brillion區(qū)域)所造成的熔融液的污染就被避免了。
在附圖中被選出表示這個(gè)發(fā)明的鑄型是用于多個(gè)部件的高溫粘合陶瓷型的。然而，可以理解，它僅僅是說(shuō)明性的。其他型式的鑄型也可以使用，例如可采用用于不同尺寸和形狀的單個(gè)或多個(gè)部件的低溫粘合砂型，當(dāng)采用所述的低壓連接管16a的時(shí)候，就增加了其選擇性。
權(quán)利要求
1.一種熔融金屬的反重力鑄造方法，排除了密封在一個(gè)可抽空的室中的透氣鑄型中的空氣，并有一個(gè)帶有從那里伸出的自由端的用于型腔的填充管，該方法包括下述步驟在一個(gè)外壁內(nèi)的坩堝中，于基本無(wú)空氣的惰性氣體的氣氛下提供一個(gè)要鑄造的熔融金屬的供給源，所述外壁暴露于周?chē)拇髿庠?，所述外壁有一第一蓋板，其上有一孔適于接納金屬爐料和從該處穿過(guò)的所述填充管的自由端；和一個(gè)可橫向移動(dòng)的第二蓋板，它位于所述第一蓋板的上面，具有相互橫向間隔的第一種和第二孔，和一個(gè)大于或等于所述第一蓋板的孔的直徑的不間斷區(qū)域，所述第一孔適于接納金屬爐料，所述第二孔適于接納穿過(guò)該處的所述填充管的自由端，當(dāng)向所述坩堝提供熔融金屬的供料時(shí)，所述第一蓋板上的孔和所述活動(dòng)蓋板上的第一孔相互對(duì)準(zhǔn)和連通；調(diào)整所述活動(dòng)蓋板，防止空氣與所述坩堝中的熔融金屬接觸；在所述活動(dòng)蓋板上的第二孔中插入所述填充管的自由端，然后移動(dòng)活動(dòng)蓋板，使填充管的自由端與所述第一蓋板上的孔對(duì)準(zhǔn)；使所述填充管和所述坩堝外壁相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將填充管的自由端伸至坩堝中熔融金屬表面以下的位置，抽空所述的室，在鑄型內(nèi)部提供一個(gè)充分低于坩堝外壁內(nèi)所述惰性氣體氣氛壓力的壓力，致使熔融金屬通過(guò)填充管上升，充滿(mǎn)所述鑄型的腔；使所述鑄型填充管和所述坩堝外壁反向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使填充管從熔融金屬中抽出；調(diào)整所述活動(dòng)蓋板，防止空氣與熔融金屬接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于防止空氣與所述熔融金屬的接觸是通過(guò)在所述坩堝外壁中建立一個(gè)基本無(wú)空氣的惰性氣體氣氛;在所述活動(dòng)蓋板的第一孔中插入一個(gè)適于將所述坩堝中的金屬上表面與周?chē)髿飧糸_(kāi)一定距離的管子，當(dāng)所述第一孔和所述第一蓋板上的孔相互對(duì)準(zhǔn)并與周?chē)髿膺B通時(shí)，該距離足以防止循環(huán)空氣流通過(guò)第一孔和第一蓋板的孔向下吸進(jìn)空氣到達(dá)金屬;在穿過(guò)所述坩堝外壁維持一個(gè)惰性氣體流的同時(shí)移動(dòng)所述活動(dòng)蓋板，使所述管子，活動(dòng)蓋板上的第一孔和第一蓋板上的孔相互對(duì)準(zhǔn)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在所述金屬上表面和周?chē)髿庵g的所述距離大于8英寸。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于通過(guò)所述管子，活動(dòng)蓋板上的第一孔和第一蓋板上的孔向坩堝內(nèi)加入金屬。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于防止空氣與所述坩堝中的金屬接觸是通過(guò)在所述坩堝外壁中建立一個(gè)基本無(wú)空氣的惰性氣體氣氛;使所述活動(dòng)蓋板的無(wú)間隔區(qū)域定位于第一蓋板的孔的上面，以致于堵住第一蓋板的孔。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述填充管和坩堝外壁相互相對(duì)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，將所述室抽空，將外壁中的惰性氣體吸入所述鑄型。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述填充管的上部在所述室和鑄型之間是密封的。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括當(dāng)所述填充管自由端位于坩堝中熔融金屬表面以下時(shí)，提供一個(gè)惰性氣體流進(jìn)入室中，處于所述鑄型外面。
9.如權(quán)利要求8的方法，其特征在于包括提供分別的通向所述室的和通向所述鑄型填充通道上部的抽吸連接管，借此，至少在所述填充管位于坩堝中熔融金屬表面以下的時(shí)間里，在鑄型通道上部維持一個(gè)低于鑄型外面室壓的壓力。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述填充管是不透氣的，包括，在整個(gè)所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)階段，使填充管端部和突緣管的開(kāi)口端暴露于大氣，同時(shí)在所述坩堝外壁內(nèi)維持一個(gè)惰性氣體的足夠壓力，防止大氣空氣進(jìn)入所述外壁的內(nèi)部。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于保持在所述坩堝外壁內(nèi)的惰性氣體壓力高于大氣壓力。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述惰性氣體至少接近于象氮?dú)饽菢又旅堋?br> 13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于除了經(jīng)所述填充管有熱的傳遞之外，通過(guò)大氣空氣或惰性氣體使所述室與坩堝外壁之間隔熱。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括提供一個(gè)帶加料閘的可取下的真空罩，它能與所述坩堝外壁密封，并能承受住將外壁內(nèi)抽空至一個(gè)高真空;通過(guò)所述加料閘將金屬錠放入坩堝，并密封加料閘;將所述坩堝外壁和真空罩內(nèi)抽空至一個(gè)基本無(wú)空氣的低壓，并加熱坩堝內(nèi)的金屬錠，將其化為適于鑄造的熔融狀態(tài);向所述坩堝外壁內(nèi)提供一個(gè)惰性氣體流，在其中產(chǎn)生一個(gè)惰性氣體氣氛;橫向移動(dòng)所述活動(dòng)蓋板，使其堵住所述第一蓋板上的孔，防止當(dāng)所述真空罩被取下時(shí)空氣污染熔融液;取下所述真空罩。
15.一種用于鑄造熔融金屬的裝置，排除了密封在一個(gè)可抽空室中的透氣鑄型中的空氣，具有一個(gè)帶一個(gè)從那里伸出的自由端的用于型腔的填充管，具有密封的坩堝裝置，用于在一個(gè)基本無(wú)空氣的惰性氣體的氣氛下在坩堝中提供一個(gè)熔融鑄造金屬的供給源;用于使所述填充管和坩堝裝置相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置，使填充管自由端能伸入坩堝外壁，并從中抽出，所述外壁具有一個(gè)接納從該處穿過(guò)的填充管自由端的孔，用于抽空所述室的裝置，能在鑄型內(nèi)部提供一個(gè)足夠地低于所述外壁中惰性氣體壓力的壓力，致使熔融金屬通過(guò)所述填充管上升，充滿(mǎn)鑄型的腔;其改進(jìn)在于所述坩堝外壁具有一個(gè)第一蓋板，它有一孔，適于接納金屬爐料和穿過(guò)該處的所述填充管的自由端;和一個(gè)位于所述第一蓋板頂部的可橫向移動(dòng)蓋板，它具有相互橫向間隔的第一和第二孔，和一個(gè)大于或等于第一蓋板的孔的直徑的不間斷區(qū)域，所述第一孔適于接納金屬料，所述第二孔適于接納穿過(guò)該處的填充管的自由端。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，還包括一個(gè)放在所述活動(dòng)蓋板的第一孔中的適于將所述坩堝中的金屬上表面與周?chē)髿飧糸_(kāi)一個(gè)距離的管子，當(dāng)向坩堝提供熔融金屬的供料，而使活動(dòng)蓋板的第一孔和第一蓋板上的孔相互對(duì)準(zhǔn)并與周?chē)髿膺B通時(shí)，它足以防止循環(huán)空氣流通過(guò)所述孔向下吸入空氣到達(dá)坩堝中的金屬。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于在所述金屬上表面和周?chē)髿庵g的距離大于8英寸。
18.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述填充管的上部在所述室和所述鑄型之間是密封的。
19.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于包括向所述鑄型外的室內(nèi)提供惰性氣體的裝置。
20.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于用于抽空所述室的裝置包括一個(gè)與鑄型填充通道上部連接的抽吸連接管，和用于在所述連接管內(nèi)提供一個(gè)低于鑄型外室壓的壓力的裝置。
21.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述填充管是不滲透的，還具有向所述坩堝外壁內(nèi)按一定比率提供惰性氣體的裝置，使在外壁中維持一個(gè)足以防止大氣空氣或惰性氣體進(jìn)入其內(nèi)部的所述氣體的壓力。
22.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述室與所述坩堝外壁充分地隔開(kāi)，以致于除了通過(guò)所述填充管進(jìn)行熱傳遞之外，能由大氣空氣在那里隔熱。
23.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于包括一個(gè)可取下的真空罩，它有一加料閘，并且能與所述坩堝外壁密封，并能承受住將所述外壁內(nèi)抽空至一個(gè)高真空。
全文摘要
一種排除空氣的反重力鑄造方法和裝置，坩堝外壁有一第一蓋板，其上有孔可接納爐料和填充管端；和一活動(dòng)蓋板，有適于接納爐料的第一孔和接納填充管端的第二孔，使第一蓋板的孔和活動(dòng)蓋板的第一孔對(duì)準(zhǔn)可向坩堝加料。將填充管自由端插入活動(dòng)蓋板第一孔，移動(dòng)活動(dòng)蓋板使填充管端對(duì)準(zhǔn)第一蓋板的孔，將填充管向下插入金屬液，使處于低壓的型腔充滿(mǎn)，活動(dòng)蓋板可調(diào)整，防止空氣接觸金屬液。
文檔編號(hào)B22D18/04GK1051132SQ9010869
公開(kāi)日1991年5月8日 申請(qǐng)日期1990年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月27日
發(fā)明者喬治·迪克森·錢(qián)特勒 申請(qǐng)人:皮克勒制造公司