專利名稱：采用由粒子支承的薄壁熔模型殼的反重力鑄造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用透氣的熔模殼型的金屬液反重力鑄造，該殼型設(shè)有薄模壁，可很好地承受除模應(yīng)力，并且在鑄造過程中被支承在致密的粒狀支承介質(zhì)中。
詹德利(Chandley)的美國專利US3，900，064、US4，340，108、US4，532，976、US4，589，466以及US4，791，977公開了使用透氣的熔模殼型的各種真空輔助反重力鑄造方法。
在制造應(yīng)用于這些反重力鑄造方法的透氣的高溫粘接耐火材料熔模殼型時，首先制出多個待鑄制品的一次性使用模樣(例如易熔模樣)，然后將它們用適當(dāng)?shù)膬?nèi)澆口模等組裝成一個模組或模樹。接著將模組浸入耐火漿料(它包含有耐火粉和適當(dāng)?shù)恼辰觿┤垡海稍诃h(huán)境條件下干燥和硬化)和撒以較粗粒的耐火材料粉，浸掛漿料和撒砂是交替進(jìn)行的，以便在模組上包覆以粒狀耐火材料。浸掛漿料和撒砂的工序重復(fù)進(jìn)行，即形成多層的耐火材料型殼，它具有足夠的厚度，可承受其后去除模樣、焙燒和金屬鑄造過程中施加在型殼上的應(yīng)力。
具體來說，除模操作一般靠蒸汽熱壓來進(jìn)行，其中，將熔模模組放置在溫度范圍約為275°F至350°F的蒸汽壓力罐中，將模樣從耐火材料殼型中熔化出來。過去，現(xiàn)有技術(shù)工人在進(jìn)行蒸汽熱壓步驟時常遇到耐火殼型的破壞(例如出現(xiàn)裂紋)，這是由于模樣(例如蠟?zāi)?相對耐火殼型的熱膨脹造成的。在致力于減少或盡量減少蒸汽熱壓步驟中耐火殼型出現(xiàn)破壞(例如出現(xiàn)裂紋)的過程中，現(xiàn)有技術(shù)工人曾經(jīng)將殼型壁厚加大以便更好地承受應(yīng)力。不幸的是，將耐火殼型加厚導(dǎo)致熔模殼型的重量增加，并消耗大量的耐火材料，增加鑄造費(fèi)用。此外，耐火殼型原愈大，還要求延長蒸汽熱壓過程的時間，以便將模樣從熔模模組中有效地除去。因此，應(yīng)用前述各種專利方法來反重力鑄造鐵基及其它合金所使用的熔模殼型，其壁厚一般作成為至少約1/4英寸。
前述的美國專利US4，791，977說明了當(dāng)金屬液在耐火殼型中真空輔助反重力鑄造時，有應(yīng)力施加在該耐火殼型上。該專利尤其認(rèn)識到，由于在殼型中鑄造金屬造成的施加在殼型上的金屬內(nèi)靜壓力和在鑄造過程中作用在殼型周圍的外界真空相結(jié)合的結(jié)果，在殼型上施加有有害的應(yīng)力。該專利認(rèn)識到，這種應(yīng)力當(dāng)與殼型中的金屬的高溫結(jié)合起來時，會導(dǎo)致殼壁移動、金屬滲透到壁中、金屬泄漏以及殼型的徹底破壞，特別是當(dāng)殼型中存在有任何結(jié)構(gòu)缺陷時更是如此。盡管該專利提供了一種減少熔模殼型中的這種應(yīng)力的裝置(例如在模內(nèi)充填通道和殼型外的真空室之間應(yīng)用差壓技術(shù))，該專利所使用的熔模殼型仍然要求具有傳統(tǒng)的殼型壁厚和強(qiáng)度，以抵抗在模樣去除和金屬液鑄造時引起的應(yīng)力。
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的、經(jīng)濟(jì)的反重力鑄造方法和設(shè)備，其所使用的耐火熔模殼型具有顯著減小的壁厚，但是在靠蒸汽熱壓來除模等操作中很少受到破壞(例如出現(xiàn)裂紋)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種改進(jìn)的、經(jīng)濟(jì)的反重力鑄造方法和設(shè)備，它可顯著減少制造熔模殼型時所需的粘接的耐火材料的量。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種改進(jìn)的、經(jīng)濟(jì)的反重力鑄造方法和設(shè)備，它可顯著增加單個熔模殼型所能鑄出的鑄件數(shù)量。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種改進(jìn)的反重力鑄造方法和設(shè)備，它可降低在鑄造時由于存在金屬內(nèi)靜壓力和殼型周圍的外界真空狀態(tài)所造成的施加在熔模殼型上的應(yīng)力。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種改進(jìn)的反重力鑄造方法和設(shè)備，它可在鑄造期間以這樣的方式支承熔模殼型，以防止由鑄造應(yīng)力造成的殼型的破壞，允許有較大的鑄造殼型，并且防止金屬液從殼型中泄漏出來。
本發(fā)明設(shè)想一種改進(jìn)的、經(jīng)濟(jì)的反重力鑄造方法和設(shè)備，它包括制成一個待鑄制品的一次性模樣，該模樣包含在加熱時膨脹的易熔材料，將模樣覆以多層粒狀耐火造型材料，控制形成一個其圍繞模樣的壁厚不超過約0.12英寸的耐火殼，將被覆蓋的模樣例如通過蒸汽熱壓進(jìn)行加熱，將模樣從殼中除去，留下一個型腔。在將薄殼型焙燒以獲得要求的鑄型強(qiáng)度之后，將耐火粒狀支承介質(zhì)配置在薄殼型周圍，使型腔和一個配置在支承介質(zhì)外部的底金屬液入口相連通。
在將薄耐火殼型用粒狀支承介質(zhì)環(huán)繞以后，將型腔抽真空，同時對支承介質(zhì)施加壓力，使支承介質(zhì)圍繞和擠壓耐火殼型，以便當(dāng)金屬液入口與金屬液源相連通而將金屬液在抽真空的型腔中進(jìn)行反重力鑄造時，支承殼型抵抗鑄造應(yīng)力的作用。
在本發(fā)明實(shí)踐中采用壁厚不超過約0.12英寸的耐火殼型，其根據(jù)是發(fā)現(xiàn)了這種薄殼壁能更好地承受在除模過程中由于模樣膨脹而施加在其上的應(yīng)力，這種發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)實(shí)踐中所公認(rèn)的不同。更具體地說，本發(fā)明涉及一種發(fā)現(xiàn)，即薄殼型的透氣性不是隨殼壁厚的減小而成正比例地增加，而是按意想不到的方式增大。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種薄殼壁(即不超過約0.12英寸壁厚)的透氣率比具有雙倍壁厚的類似殼型的透氣率要大出兩倍以上，通常要大出三倍。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種增大的殼透氣性可消除通過蒸汽熱壓除模時施加在殼上的應(yīng)力，這是靠擴(kuò)大滲透到模樣初始熔化的熔融表皮內(nèi)來實(shí)現(xiàn)的。此外，增大的殼型透氣性通過促進(jìn)蒸汽的侵入模樣表面，可以縮短除模時間。
在實(shí)施本發(fā)明中采用這種薄壁(即不超過約0.12英寸)的耐火殼型，還基于這樣的發(fā)現(xiàn)，即在型腔被抽真空的同時通過將粒狀支承介質(zhì)圍繞殼型加固或擠壓，這種薄壁殼型能夠被適當(dāng)?shù)刂С?，以抵抗在差壓反重力鑄造時施加在其上的應(yīng)力。
舉例來說，在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，薄壁殼型被放置在一個真空箱內(nèi)的松散的粒狀支承介質(zhì)(例如松散的鑄造用砂)中，當(dāng)真空箱被抽真空以便將鑄造型腔抽真空時，將一個壓力傳遞裝置相對真空箱和支承介質(zhì)移動，使支承介質(zhì)圍繞殼型擠壓。壓力傳遞裝置可包括真空箱的一個活動壁，該壁的外側(cè)承受環(huán)境壓力，內(nèi)側(cè)承受相對真空作用，將支承介質(zhì)圍繞殼型擠壓，以支承殼型抵抗鑄造應(yīng)力。另一方面，壓力傳遞裝置可以包括一個壓力氣圈，與支承介質(zhì)接觸，為了同樣目的將支承介質(zhì)圍繞薄殼型擠壓。
從下文的詳細(xì)說明和附圖中，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)就會變得更加清楚。


圖1是一個模組的側(cè)視圖;
圖2是該模組覆蓋以粒狀鑄造材料之后的側(cè)剖視圖;
圖3是通過蒸汽熱壓將模組除去后的薄殼型的側(cè)剖視圖;
圖4是本發(fā)明反重力鑄造設(shè)備的側(cè)剖視圖，其中，殼型放置在一真空箱的加固的粒狀支承介質(zhì)之中，而殼型的外部金屬液入口浸沒在金屬液池的下面;
圖5是本發(fā)明另一實(shí)施例的反重力鑄造設(shè)備的側(cè)剖視圖;
圖6是本發(fā)明又一個實(shí)施例的反重力鑄造設(shè)備的側(cè)剖視圖。
現(xiàn)在請參看附圖，圖1中示出了一個一次性使用的模組或模樹10，它包括一個中部的圓柱形冒口成形部分12和多個型腔成形部分14，各型腔成形部分14分別由相應(yīng)的內(nèi)澆口成形部分16與冒口成形部分12相連。如圖所示，型腔成形部分14制成待鑄制品或零件的形狀，并且在冒口成形部分12周圍沿著其長度方向相間配置。一般地說，各型腔成形部分14及其相應(yīng)的內(nèi)澆口成形部分16是由注塑形成的，然后用手工連接(例如用蠟焊或粘接)到冒口成形部分12上。冒口成形部分12由注塑制成單個零件。
耐火截錐形套環(huán)18被連接(例如用蠟焊或粘接)到冒口成形部分12的底端上。
模組10最好由易熔的實(shí)心(無孔的)材料制成，該材料在加熱時膨脹，這在下文中說明。蠟是制造模組的較佳材料，這是由其低成本和其可預(yù)測性質(zhì)決定的。通常模樣蠟在約130°F至150°F的溫度范圍內(nèi)熔化。重要的是，必須選擇蠟的粘度以避免在模樣操作過程中殼型出現(xiàn)裂紋(例如，170°F下的蠟粘度必須小于1300厘泊)。尿素也可以是有用的制模樣材料，它在約235°F至265°F的溫度范圍內(nèi)熔化。
在實(shí)施本發(fā)明時，不需要使模組10的各部分12、14、16由相同模樣材料制成，只要其后模組10可通過蒸汽熱壓等進(jìn)行加熱而除去就行，這在下文中說明。
現(xiàn)請參看圖2。模組10被覆以多層耐火材料22以在其周圍形成一薄殼30。將模組重復(fù)浸入耐火漿料(未示)中進(jìn)行浸掛。耐火漿料包含懸浮在諸如硅酸乙酯或膠態(tài)硅溶膠之類的粘接劑溶液中的耐火材料粉(例如鋯石、礬土、熔凝硅石等等)懸浮物，少量的有機(jī)薄膜形成物，濕潤劑以及消泡劑。每次浸掛之后，使過量的漿料排出，并在模組上的漿層上撒以干燥的耐火粒子。適當(dāng)?shù)娜錾坝玫哪突鸩牧嫌辛钿喪⑷勰枋?、硅石、包含高鋁紅柱石、熔凝礬土和類似材料的各種鋁硅石組。
在各道浸掛和撒砂工序之后，使用強(qiáng)制空氣干燥器或其它裝置將漿料涂層硬化，以在模組10或在先前形成的耐火層上形成一耐火層。這些浸掛漿料、撒砂和干燥的過程重復(fù)進(jìn)行，直至在型腔成形部分14的周圍形成一具有要求壁厚t的多層殼型30為止。
根據(jù)本發(fā)明，控制殼型形成過程(即浸掛、撒砂和烘干)，以在型腔成形部分14周圍形成一個其最大壁厚t不超過約0.12英寸的多層耐火殼型30、下文中將要說明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該壁厚呈現(xiàn)出驚人的能力，可適應(yīng)通過蒸汽熱壓除模時施加在殼型上的應(yīng)力。一般來說，不超過約0.12英寸厚度的殼型壁是由四至五層按上述的重復(fù)浸掛、撒砂和烘干工序而形成的耐火層堆積成的。
圖3示出一個通過蒸汽熱壓將模組10除去后的耐火殼型30。具體地說，圖中所示耐火殼型30被放置在一通用型的蒸汽壓力罐34(只是示意表示)，例如可由Leeds and Bradford公司買到的286PT型蒸汽壓力罐中?？擅黠@地看到，除去模組10后留下了一個薄耐火殼型30，其各個型腔26通過相應(yīng)的橫向內(nèi)澆口38與中部冒口37互相連通。在過程的這一階段，冒口37的底端和上端是敞開的。
在蒸汽熱壓過程中，圖2所示的被覆蓋的模組40要經(jīng)受溫度約為275°F至350°F的蒸汽(蒸汽壓力約為80至110psi)的加熱，加熱時間應(yīng)足以將模組20熔出耐火型殼30。
具體地說，在蒸汽熱壓的初始階段，由于蒸汽通過透氣的耐火殼型30侵入，模組10熔化出一表面熔化膜。下面將要說明，薄耐火殼型30可驚人地和意想不到地吸收這種表面初始熔化膜，從而消除了在其它情況下在要施加到殼型30上的模樣膨脹力。過一定時間后，模組10的其余部分熔化，其大部分由耐火殼型30通過套環(huán)18中的開孔18a排出。
如上面所述，將耐火型殼30的壁厚按照本發(fā)明進(jìn)行控制，使之不超過約0.12英寸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種殼壁厚呈現(xiàn)出意想不到的高透氣性(例如，當(dāng)使用熔模鑄造協(xié)會所沿用的公知的氮透氣率試驗(yàn)在1900°F下進(jìn)行測量時)，用以吸收模樣材料在蒸汽熱壓期間的表面初始熔化膜。舉例來說，一個在約1800°F焙燒的耐火殼型30，具有壁厚約為0.12英寸(4個耐火層)，經(jīng)測量(靠上述氮透氣率試驗(yàn))，呈現(xiàn)出其透氣率要比具有雙倍厚度(即壁厚為0.25英寸，包含8個耐火層)的類似殼型的透氣率大出兩倍以上。更具體地說，壁厚為0.12英寸的焙燒過的耐火殼型30測出的透氣率為每分鐘316-468cc氮，而壁厚為0.25英寸的同類殼型的透氣率僅為每分鐘80-120cc氮。
焙燒過的耐火殼型30最好按本發(fā)明來制成，使其呈現(xiàn)出的透氣率至少大致為具有雙倍壁厚的同類殼型的透氣率的三倍。
前面已經(jīng)提到，薄耐火殼型30(壁厚不超過0.12英寸)的這種意想不到的高透氣性擴(kuò)大耐火殼型的能力，使之可吸收模組10上當(dāng)蒸汽熱壓時形成的表面初始熔化膜，從消除由于模組10相對耐火殼型30熱膨脹時在正常情況下要施加在殼型上的任何應(yīng)力。與現(xiàn)有技術(shù)實(shí)踐中靠增大殼壁厚來抵抗這種在除模時產(chǎn)生的應(yīng)力的情況不同，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了殼壁厚的減小(變薄)對蒸汽熱壓提供了顯著改進(jìn)的特性，可減少如裂紋之類的殼撓曲和損壞。由于蒸汽可很好地透過高透氣性殼型30侵入并導(dǎo)致模組10的快速加熱，因此不僅可減少殼撓曲和損壞，還可大大減少靠蒸汽熱壓除模所需的時間。
此外，從下面表1中所列出的實(shí)例中可明顯地看出，由于采用了較薄的殼壁厚，耐火殼型30所需的耐火材料粒子的數(shù)量被大大減少了。從而使鑄造成本顯著降低，例如，在節(jié)省所使用耐火材料量的基礎(chǔ)上可降低成本40%至75%。
另外，采用薄壁殼型可使各型腔成形部分14及內(nèi)澆口16之間的間隔減小，以便顯著增加每個鑄型所能鑄出的鑄件數(shù)量?？偵a(chǎn)量也以同樣方式(除了壁厚之外)在低成本下增加。
在蒸汽熱壓過程之后，將殼型在約1800°F下焙燒90分鐘。
表1列出了給定零件(例如汽車搖桿、窗閂和楔子)當(dāng)采用厚壁殼型(即殼壁厚0.25英寸)和本發(fā)明的薄壁殼型30時，其所謂裝載系數(shù)(即每個殼型可鑄出的零件數(shù))的比較數(shù)據(jù)。厚壁殼型(9次浸漿/撒砂)和薄壁殼型(4-5次浸漿/撒砂)都按同樣方式制備，使用相同的漿料和撒砂，例如，初始浸掛漿料包含200目的熔凝硅石(15.2重量百分?jǐn)?shù))和325目的鋯石(56.9重量%)，膠態(tài)硅溶膠粘接劑(17.8重量%)和水(10.1重量%)，其后的浸掛漿料包含注冊商標(biāo)為Mulgrain M-47的高鋁紅柱石(15.1重量%)，200目的熔凝硅石(25.2重量%)和600目的鋯石(35.3重量%)，硅酸乙酯粘接劑(15.6重量%)和異丙醇(8.8重量%)，并挨次用約100目的鋯石和60目的Mulgrain M-47高鋁紅柱石進(jìn)行撒砂，金額用約25目Mulgrain M-47高鋁紅柱石進(jìn)行撒砂。殼型按上面所述進(jìn)行蒸汽熱壓然后焙燒。
表中進(jìn)行比較的還有過去應(yīng)用于各種零件的厚壁殼型(即0.25英寸壁厚)的重量和本發(fā)明的薄壁殼型(即約0.10英寸壁厚)的重量。
表1殼型的裝載系數(shù)和最終的耐火材料重量標(biāo)準(zhǔn)殼型薄壁殼型標(biāo)準(zhǔn)殼型 薄壁殼型裝載系數(shù)裝載系數(shù) 重量 重量零件(件數(shù)/殼型)(件數(shù)/殼型)變化％OZ／件OZ／件變化％搖壁 8ar×13hi 12ar×16hi 6.3 1.576104/殼型192／殼型85窗閂 12ar×8hi 14ar×10hi 6.7 1.5 6396／殼型140／殼型46楔子 10ar×24hi 12ar×26hi 2.8 1.3 54240／殼型312／殼型 30附注“ar”是圍繞冒口的型腔數(shù)“hi”是沿冒口高度的型腔層數(shù)從表1中清楚可見，本發(fā)明較薄的殼型顯著增加裝載系數(shù)(即每個殼型可鑄出的零件數(shù))，并顯著減少制造焙燒殼型所需要的耐火材料量。所有這些都是在獲得相同的或更佳的蒸汽熱壓過程中不產(chǎn)生殼型撓曲和損壞的質(zhì)量的情況下獲得的。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，將金屬液在差壓下反重力鑄入薄壁殼型30(該殼型被約1800°F焙燒之后)中，如圖4所示。具體地說，將薄壁殼型30支承在一盛放在真空箱70中的松散的耐火材料粒子介質(zhì)60之中。該真空箱70具有底支承壁72、豎立的側(cè)壁73和活動頂壁74，基間限定了一個真空室76。底支承壁72和豎立的側(cè)壁73由金屬之類的不透氣材料制成，而活動頂壁74包括透氣(有孔)板75，其上連接有真空罩77，在透氣板75上方(外側(cè))形成一真空室78。該真空室78由管子82與真空泵80之類的真空源相連通。活動頂壁74帶有與豎立側(cè)壁73的內(nèi)側(cè)相貼合的周邊密封圈84，使頂壁74在相對側(cè)壁73移動時可保持二者之間的真空密封。
在將圖4中所示的各零部件組裝形成鑄造設(shè)備100時，將陶瓷充填管90配置在真空箱70上以便通過冒口37和相應(yīng)內(nèi)澆口38對型腔36提供一個底金屬液入口，當(dāng)將殼型放置其上時，使該充填管與截錐形套環(huán)18密封連接。殼型頂上放置有耐火蓋20，將冒口37頂端塞住。將松散的耐火粒狀支承介質(zhì)60(例如約60目的松散的鑄造硅砂)放入真空室70中圍繞著焙燒過的殼型30，同進(jìn)使真空箱70振動幫助真空室76中的支承介質(zhì)70在殼型30周圍振實(shí)。然后將活動頂壁74置入真空箱70的上部敞開端，使周邊密封件84與豎立側(cè)壁73密封連接，并使透氣板75的內(nèi)側(cè)朝向和接觸支承介質(zhì)60，如圖4所示。
組裝之后，將鑄造設(shè)備100放置在待鑄金屬液104的供給源102(例如液池)上方。金屬液104一般容納在鑄造罐106內(nèi)。然后啟動真空泵80，將真空罩77的真空室88抽真空再通過透氣板75將真空室76抽真空。對真空室76抽真空，同樣也通過透氣薄殼壁對型腔36抽真空。真空度的選擇，應(yīng)該在將充填管90如圖4所示那樣沒入金屬液104中時足以將金屬液104從液池102向上抽吸。
當(dāng)真空室76、78抽真空時，頂壁74的位于周邊密封件84外面的一側(cè)受到大氣(或環(huán)境)壓力，而板75的內(nèi)側(cè)受到相對真空的作用。頂壁74兩側(cè)的壓力差使頂壁74相對側(cè)壁73向下移動，并使板75對支承介質(zhì)60施加足夠的壓力，以便將支承介質(zhì)60圍繞殼型30擠壓或加固，支承殼型抵抗鑄造應(yīng)力。這樣，當(dāng)型腔36被抽真空以將金屬液從液池102向上抽時，板75同時施加一個壓力，將支承介質(zhì)圍繞殼型30擠壓，支承殼型抵抗應(yīng)力。由板75施加的擠壓支承介質(zhì)60的壓力大小，可以靠控制真空室76中建立的真空度來加以控制。
從圖4中清楚可見，金屬液104將通過充填管90和冒口37被向上抽吸，然后通過橫向內(nèi)澆口38進(jìn)入型腔36。金屬液104由此在型腔36中真空反重力鑄出。
當(dāng)真空室76、78建立起相對真空時，顯然冒口37的上段將最接近室78中的最大真空度。此外，很清楚，支承介質(zhì)60將起到降低殼型30外部靠近基底部的真空度的作用。其結(jié)果，根據(jù)US4，791，977的原理，由內(nèi)靜壓力頭和殼型30周圍的外真空作用二者相結(jié)合引起的施加在殼型30底部上的應(yīng)力被減小，這種應(yīng)力的減小，和靠支承介質(zhì)60支承殼型30一起，使得高溫金屬液104可在薄殼型30(壁厚不超過約0.12英寸)中反重力鑄造，不會出現(xiàn)有害的殼壁移動和金屬液的滲入殼壁中。
如果殼型30中存在有任何小孔口或類似的缺陷，周圍的支承介質(zhì)60還協(xié)助防止金屬液104從缺陷處泄漏，防止對鑄造設(shè)備的損壞，并使真空得以保持，直至鑄件凝固。
一旦金屬液104已在型腔36中凝固，將鑄造設(shè)備100上移，將使充填管90離開金屬液池。然后在拆卸站(未示)卸下真空箱70的頂壁74，以便將支承介質(zhì)60和已充填金屬的殼型30從真空室76中取出。冷卻之后，支承介質(zhì)60可以回收，重新使用于其它殼型30中。從真空室取出之后，充填金屬的殼型30可冷卻至室溫。由于是薄壁，可容易地將殼型30從凝固的鑄件上除去。例如，充填金屬的殼型30的冷卻常使殼型30簡單地爆脫鑄件，這是因?yàn)槔鋮s時有熱效應(yīng)力施加在殼型上。通常來說，清除薄殼型30與清除過去使用的較厚壁殼型相比，只需要非常短的時間。
請參看圖5，圖中示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的鑄造設(shè)備100′。在圖5中，與圖4相似的零件用帶撇號的相同標(biāo)號來表示。圖5中的鑄造設(shè)備100′區(qū)別于圖4中的鑄造設(shè)備100在于它采用了一個環(huán)繞箱70′的環(huán)形真空罩110′，以及一個密封配置在箱70′的上敝開端上的柔性的不透氣膜片112′(起活動箱頂壁的作用)，用以當(dāng)箱70′被抽真空時對支承介質(zhì)60′施加壓力。真空罩110′界定了一個環(huán)繞箱70′的真空室76′的環(huán)形真空室114′，并通過一個環(huán)形的透氣(有孔)側(cè)壁部分116′與真空室76′互相連通。
顯然可見，當(dāng)真空室114′被抽真空(通過管118′)時，真空室76′和殼型30′的型腔36′也被抽真空。
當(dāng)真空室76′被抽真空，柔性的不透氣膜片112′的外側(cè)表面112a′受到大氣壓力，內(nèi)側(cè)表面112b′受到相對真空作用，導(dǎo)致膜片112′圍繞薄殼型30′擠壓松散的耐火粒狀支承介質(zhì)60′，當(dāng)金屬液被從下面的液池通過充填管90′和冒口37′向上壓并通過內(nèi)澆口38′進(jìn)入型腔時，支承介質(zhì)60′就按照上文就圖4所述的方式支承薄殼型以抵抗應(yīng)力。圖5所示的實(shí)施例的其它方面的作用和優(yōu)點(diǎn)，與上面對圖4所示實(shí)施例所述的相同。
請參看圖6，圖中示出本發(fā)明又一個實(shí)施例的鑄造設(shè)備100″，其中與圖4相似的零件用帶雙撇號的相同標(biāo)號表示。圖6中所示實(shí)施例與圖4中的實(shí)施例的區(qū)別在于它采用了一個或多個環(huán)形的可加壓的氣圈120″(圖中只示出一個)，配置在箱70″內(nèi)的耐火粒狀支承介質(zhì)60″中與之接觸，當(dāng)反重力鑄造型腔36″被抽真空時，氣圈120″對支承介質(zhì)施加壓力，將支承介質(zhì)圍繞薄殼型30″擠壓。箱70″具有非活動的頂壁74″，該頂壁74″包含一個由密封件84密閉在箱70″頂部上的透氣板75″和一個與板75″連接的真空罩77″。真空罩77″中的真空室78″覆蓋透氣板75″的透氣部分75a″，以便借助一個由管子82″與真空室78″相連通的真空泵裝置80″，將箱70″的真空室76″抽真空。
在將頂壁74″密閉在箱70″上并將真空室76″和78″抽真空之后，將氣圈120″由壓縮空氣之類的適當(dāng)氣源121″通過適當(dāng)?shù)墓夤?22″進(jìn)行加壓。氣圈120″的加壓對耐火粒狀支承介質(zhì)60″施加壓力，使之圍繞殼型30″擠壓，按上文對其它實(shí)施例所述的相同方式將支承殼型以抵抗鑄造應(yīng)力。在其它方面，圖6的實(shí)施例與圖4和圖5的前述實(shí)施例的作用相同。
雖然上文已根據(jù)本發(fā)明的若干具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不局限于此，本發(fā)明只受到權(quán)利要求書所記載的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種反重力鑄造金屬液的方法，包括以下的步驟(a).制成一個待鑄制品的一次性模樣，所述模樣包含在加熱時膨脹的易熔材料，(b).將模樣覆以多層粒狀耐火造型材料，控制形成一個其壁厚不超過約0.12英寸的薄耐火殼，(c).將被覆蓋的模樣進(jìn)行加熱，將模樣從薄殼中除去，留下一個型腔，(d).將耐火粒狀支承介質(zhì)配置在薄殼型周圍，使型腔和一個配置在支承介質(zhì)外部的底金屬液入口相連通，(e).將型腔抽真空，(f).在型腔被抽真空的同時，對支承介質(zhì)施加壓力，以便使支承介質(zhì)圍繞擠壓薄殼型，支承所述殼型抵抗鑄造應(yīng)力，(g).在將金屬液入口與下面的金屬液源相連通以及殼型被支承在支承介質(zhì)中的時候，將金屬液向上反重力鑄造在被抽真空的型腔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使薄層殼型形成時呈現(xiàn)出的透氣率要比具有雙倍壁厚的同類殼型的透氣率大出兩倍以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于使所述薄層殼型形成時呈同出的透氣率為所述同類殼型的透氣率的至少三倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在步驟(c)中，將被覆蓋的模樣進(jìn)行蒸汽熱壓以將模樣除去。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在步驟(d)中，將殼型支承在一真空箱內(nèi)的支承介質(zhì)中，當(dāng)真空箱被抽真空時，將壓力傳遞裝置相對真空箱和支承介質(zhì)移動，將所述壓力施加在支承介質(zhì)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于壓力傳遞裝置包含一個該真空箱的活動壁，壓在該支承介質(zhì)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于使該活動壁的內(nèi)側(cè)面受到相對真空作用，而外側(cè)面受到環(huán)境壓力作用。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于壓力傳遞裝置包含一個配置在真空箱的支承介質(zhì)中、與支承介質(zhì)相接觸的氣圈，當(dāng)型腔被抽真空時，將氣圈加壓以便擠壓支承介質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于一次性使用模樣包含蠟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于一次性使用模樣包含尿素。
11.一種反重力鑄造金屬液的方法，包括(a).制成一個待鑄制品的一次性模樣，所述模樣包含在加熱時膨脹的易熔材料，(b).將模樣覆以多層粒狀耐火造型材料，控制形成一個壁厚不超過約0.12英寸的薄耐火殼，(c).將被覆蓋的模樣進(jìn)行蒸汽熱壓，將模樣從薄殼中除去，留下一個型腔，(d).將薄殼型包圍在盛放在真空室內(nèi)的耐火粒狀支承介質(zhì)中，使所述型腔和一個配置在所述真空室外部的底金屬液入口相連通，(e).將真空室被抽真空以將型腔抽真空，(f).在真空室被抽真空的同時，對支承介質(zhì)施加壓力，以便使支承介質(zhì)圍繞擠壓薄殼型，支承所述殼型抵抗鑄造應(yīng)力，(g).在將金屬液入口與下面的金屬液源相連通以及殼型被支承在支承介質(zhì)中的時候，將金屬向上反重力鑄造在被抽真空的型腔中。
12.反重力鑄造金屬液的設(shè)備，包括(a).放置在箱內(nèi)的耐火粒狀支承介質(zhì)，(b).放置在支承介質(zhì)中的耐火熔模殼型，所述殼型具有一個由厚度不超過約0.12英寸的殼壁所界定的型腔，(c).配置在支承介質(zhì)外部的底金屬液入口，用于將型腔與下面的金屬液源相連通，(d).將型腔抽真空的裝置，(e).在型腔被抽真空的同時，用于將壓力施加到支承介質(zhì)上的裝置，以便使支承介質(zhì)圍繞殼型擠壓，支承殼型抵抗鑄造應(yīng)力，(f).當(dāng)型腔被抽真空并且壓力被施加到支承介質(zhì)上時用于將金屬液入口與所述源相連通的裝置，以便使金屬液強(qiáng)制向上進(jìn)入被抽真空的型腔。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于所述金屬液入口包含一個從殼型向支承介質(zhì)外延伸的充填管。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于用于將壓力施加到介質(zhì)上的裝置包含所述真空箱的一個活動壁，當(dāng)真空室被抽真空時，所述活動壁受到壓力差的作用，導(dǎo)致所述活動壁相對真空箱和支承介質(zhì)移動，使支承介質(zhì)圍繞殼型擠壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于活動壁包含該箱的一個透氣板，所述透氣板具有一個接觸支承介質(zhì)的內(nèi)側(cè)面和一個覆蓋在其外側(cè)面上的真空罩，所述真空罩的內(nèi)側(cè)可被抽真空，以通過透氣板將真空室抽真空，真空罩的外側(cè)受到環(huán)境壓力，當(dāng)所述真空室被抽真空時，使所述活動壁相對箱移動，壓在支承介質(zhì)上。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于活動壁包含一個不透氣的柔性箱端壁。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于用于對支承介質(zhì)施加壓力的裝置包含一個與真空室內(nèi)的支承介質(zhì)接觸配置的可加壓的氣圈。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于耐火粒狀支承介質(zhì)包括松散的鑄造用砂。
19.反重力鑄造金屬液的設(shè)備，包括(a).一個具有真空室的箱，(b).放置在真空室內(nèi)的松散的耐火粒狀支承介質(zhì)，(c).一個放置在支承介質(zhì)中的耐火熔模殼型，所述殼型具有一個由壁厚不超過約0.12英寸的型殼所界定的型腔，(d).一個設(shè)置在真空室外的底金屬液入口，用于將型腔和下面的金屬液源相連通，(e).將真空室抽真空以便將型腔抽真空的裝置，(f).在真空室被抽真空時用于將壓力施加到支承介質(zhì)上的裝置，以便使支承介質(zhì)圍繞殼型擠壓，支承殼型抵抗鑄造應(yīng)力，(g).在真空室被抽真空并且壓力被施加到支承介質(zhì)上時用于將金屬液入口與所述金屬液源相連通的裝置，以便強(qiáng)制使金屬液向上進(jìn)入被抽真空的型腔。
全文摘要
一種反重力鑄造金屬液的方法和設(shè)備。其中，待鑄制品的一次性模樣包含在加熱下膨脹的易熔材料，如蠟?zāi)?。模樣覆以粒狀造型材料以形成壁厚不超過0.12英寸的薄壁層狀殼型。這種薄壁厚度在蒸汽熱壓除模時意想不到地減少殼型的損壞和撓曲。焙燒后，薄透氣殼型在真空箱中由耐火粒狀支承介質(zhì)所環(huán)繞，然后對真空箱抽真空以便對型腔抽真空，并同時對支承介質(zhì)施加壓力，使之?dāng)D壓殼型四周，當(dāng)金屬液在真空型腔中反重力鑄造時，可支承殼型抵抗鑄造應(yīng)力。
文檔編號B22C13/08GK1059485SQ91108800
公開日1992年3月18日 申請日期1991年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月6日
發(fā)明者G·D·錢德利, R·T·卡特 申請人:希欽拿制造有限公司