专利名称：反重力铸造方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属铸造工艺及其设备领域，涉及在透气铸型中熔融金属的反重力铸造方法及其设备，特别涉及通过减少在铸型用熔融金属充满后须施加差压的时间以及熔融金属在铸型中凝固时间从而缩短熔融金属反重力铸造周期。
本申请是1988年8月22日申请的、申请号为234，583的部分连续申请案。
堪得雷(Chandley)在1978年9月12日公布的美国专利(4，112，997中阐明了在透气壳型中熔融金属的反重力铸造，在该铸型中，冒口通道下底浸入熔融金属池，通过铸型的透气壁将许多铸型腔抽成负压，以便驱动熔融金属通过在第一内浇口内的起稳定和过滤作用的筛子向上流动，从而用溶融充满每一个铸型腔。当每一铸型腔用熔融金属充满并且大多数铸件凝固后，在铸型腔仍保持着负压的情况下，将铸型从熔融金属池中移开。在铸型从熔融金属池移开时，在冒口通道内和在处于起稳定和过滤作用的筛子和冒口通道之间的内浇口部内的熔融金属，在铸型腔内的熔融金属完全凝固之前，受重力诱导流出的作用而从铸型中排出。在铸型腔和在处于起稳定和过滤作用的筛子和铸型腔之间的内浇口部分的熔融金属，受到施加于铸型腔的负压以及起稳定和过滤作用筛子对熔融金属的稳定化作用而不流出。在铸型腔和处于筛子和铸型腔间的内浇口部分至少形成金属凝固表层以后，施加于铸型的减压才解除。然而，由于在熔融金属流动方向起稳定和过滤作用的筛子的尺寸小，施加于铸型腔的负压必须保持一较长的时间，例如200秒，直到在铸型腔内和在处于筛子和铸型腔之间的内浇口部分形成凝固表层为止。这就会延长铸造周期，并且降低凝固铸件的生产率。此外，适用于铸造高熔点金属(例如熔点高于2950°F的金属)的使稳定并过滤的筛子是昂贵的，并且增加这样生产的铸件的成本。
堪得雷等人在1986年5月20日公布的美国专利4，589，466中阐明熔融金属的反重力铸造，其中，透气铸型包括一根可成波形的充注管，该充注管密封地连接到冒口通道的底端，并且适宜于在铸造时浸入处于其下的熔融金属池中，以便将许多在铸型中的铸型腔充满。一旦铸型腔由反重力铸造法用来自下边的铸造熔融金属池的熔融金属充满时，该充注管在浸于熔融金属池中的情况下弯成卷曲而封闭，以防止随后在从熔融金属池除去充注管时熔融金属流出。熔融金属在卷曲部分上部的充注管中、在铸型腔中、在中间冒口通道和通到每一铸型腔的内浇口中保持并凝固。在铸造高熔点金属中，使用可成波形的充注管时，其可靠性是不令人满意的，因为热金属偶然会熔穿该充注管，甚至当它包上陶瓷层时也会被熔穿，此外，该卷曲的充注管不可再用。
西尔威斯特(Sylvester)在1982年5月8日公布的美国专利3，032，841的一个实施例中阐明一个内浇口结构，通过该内浇口溶融金属以反重力方式供应，以便充满许多透气铸型。在下垂充注管和铸型腔之间的内浇口结构中配置了塞孔阀，并且在铸型腔被充满后该阀在内浇口结构中能移动到关闭位置，以防止熔融金属流出。当塞子移到关闭位置，可使在阀上边的内浇口通道内的溶融金属至少部分凝固，以便实质上关团该内浇口通道。随后，铸型和内浇口结构作为一个单元与充注管分开，于是，铸型接着从内浇口结构分开。该专利指出，在缩减的(部分关闭的)内浇口通道内，熔融金属的粘度和表面张力，如果有的话，可防止熔融金属从其中流出，甚至当在内浇口通道上下的金属仍处于溶融状态下也能防止。
本发明目的之一是提供一个在大大缩短的周期内、通过差压和反重力法铸造熔融金属的方法和设备，该铸造是以差压反重力充注铸型，该铸型具有铸型腔和缩减的熔融金属入口构件，该构件是当铸型下部浸入其下的熔融金属池中时向该铸型腔供给熔融金属用的;当入口通道构件中仍保持熔融金属时将该铸型从熔池中撤回，该入口通道构件的尺寸是缩减的方式，使得其能与铸型内在熔融金属上保持的差压共同作用，从而在入口通道构件内的金属凝固之前，或者在铸型颠倒过来之前，实际上防止熔融金属从铸型流出来。
本发明另一目的是提供一个用很短周期进行差压、反重力法铸造熔融金属的方法和设备，该铸造是以差压、反重力法充注铸型，该铸型具有浸入其下熔融金属池的底部充注通道;当在铸型中的熔融金属仍是液态并未凝固，并且通过减压和在缩减的入口通道构件中施加于熔融金属的熔融金属表面张力保持作用的联合作用，使在熔融金属仍保持在充注通道上的铸型内的缩减入口通道构件中时，从金属融池撤回该铸型，并且从充注通道排出熔融金属。
本发明另一目的是提供差压，反重力铸造熔融金属的方法和设备，其中在铸型上使用底部充注管，该充泫管能在铸型腔充满后排出熔融金属，从而减少用于浇口的金属量，并且该充注管在铸型腔被熔融金属充满后能除去，以供在随后铸型的铸造中重新使用。
本发明考虑了熔融金属反重力铸造的方法，该方法包括作成具有铸型腔和熔融金属入口通道构件的铸型，熔融金属入口通道构件将铸型和适于浸入处于其下的熔融金属池中的铸型下部连通;相对移动铸型和熔融金属池，以便将铸型下部浸入该熔融金属池中;和在铸型和熔融金属池之间施加差压，使熔融金属通过入口通道构件向上抽吸进入铸型，使熔融金属充满铸型腔。在铸型腔充满后，将铸型和该熔融金属池相对移动，以便将铸型下部从该池中取出。在从该熔融金属池中取出铸型期间，在铸型内熔融金属上保持着负差压，并且熔融金属保留在入口通道构件中，该入口通道构件的尺寸被足够地缩减到它和在其上保持的差压共同协调作用，以致在铸型下部从熔融金属池中取出之后以及在缩窄的入口通道构件内的熔融金属凝固之前，能够实际上防止熔融金属从入口通道构件和其上的铸型腔中流出。在本发明的一个实施例中，在铸型从熔池中取出不久和在入口通道构件上面的铸型腔中的熔融金属凝固之前，该熔融金属在缩减的入口通道构件中凝固。由于借助于差压使空气通过透气铸型壁所提供的冷却作用的结果，在入口通道内的熔融金属很快发生凝固，当金属在缩减的入口通道构件中凝固以后，差压才解除。
在本发明另一实施例中，在铸型下部从熔池中取出之后，同时防止熔融金属从铸型中流出时，将铸型倒转过来。在铸型倒转过来时，差压被解除，以便使在入口通道构件和倒转铸型的铸型腔中的熔融金属在常压下凝固。
在本发明另一实施例中，当铸型从熔池中取出，同时用前面所述方法防止熔融金属从入口通道构件和铸型腔中流出，在缩减的入口通道构件下的铸型充注通道中的熔融金属被排出。
在铸型从熔池中取出后，熔融金属保持在缩减的入口通道之中及其上面的铸型腔之中，这是由于当铸型从熔融金属池中取出时，在铸型内的熔融金属上保持着差压;在熔融金属上保持的给定差压下，在缩减的入口通道的构件中建立一种熔融金属表面张力保持作用。所需熔融金属表面张力保持作用是通过选择适当尺寸的入口通道构件和在入口通道构件中接触熔融金属的铸型材料的表面张力特性而建立起来的。该缩减的入口通道构件可以包含在底部铸型充注通道和铸型腔之间的在铸型内并排布置的许多入口通道，并且该入口通道是缩减尺寸的，以便建立上述的熔融金属表面张力保持作用。在相同的一端也可作用单个的缩减尺寸的入口缝隙。
在本发明方法另一实施例中，或者在铸型倒转之前或者在其后，当充注通道中的熔融金属被排出后，将该充注通道从铸型中除去。
本发明还设计一种反重力铸造设备，该设备具有如下装置铸型腔和连通铸型腔和适于浸入其下熔池中的铸型下部的缩减和入口构件;供相对移动铸型和熔池以便将铸型下部侵入熔池中的装置;供在铸型和熔池之间施加差压的装置，该差压可使熔融金属通过入口通道向上进入铸型腔内，本发明铸造设备也包括一种在铸型腔被熔融金属充满后将铸型下部从熔融金属中取出来用的装置，另一种装置是当铸型下部从熔池中取出时，对于在缩减的入口通道构件中的熔融金属施加一种差压和熔融金属表面张力联合作用的装置，从而在铸型从熔池取出以后使熔融金属在入口通道构件和其上的铸型腔中保持足够一般时间，以保证入口通道构件中的熔融金属凝固或者使铸型倒转过来。
在本发明设备的一个实施例中，用以当铸型从熔池中取出后保持住入口通道构件和铸型腔内熔融金属的装置包括处于铸型之内具有一个或多个特定尺寸(缩减横截面)的熔融金属入口通道的熔融金属保持部件，该熔融金属保持部件是用于当铸型从熔池中取出时，对于保持在铸型中熔融金属上的已知差压，建立起足够的表面张力保持作用，从而保证在入口通道构件中的熔融金属凝固之前或者该铸型倒转过来之前，防止熔融金属从铸型中流出。
在本发明设备的另一实施例中，将陶瓷充注管以可拆除、可密封的方式连接到铸型底部，使熔融金属进入处于铸型内上部的垂直冒口通道，并在铸型内形成一个铸型腔的延伸部分。该有孔的熔融金属保持装置是处于充注通道和冒口通道之间。冒口通道将熔融金属供给到许多铸型腔中。在铸型从熔池中取出后，在铸型倒转过来前或后，将陶瓷充注管从铸型底部除去，以便在随后铸型的铸造中再度使用。
附
图1是为实施本发明方法的本发明铸造设备的截面立视图。
附图2是从其下的熔融金属池以熔融金属对铸型反重力充注后的、附图1上画圈部分的放大图。
附图3类似附图1，铸型充注管从熔融金属池拉回，以使熔融金属从其中排出。
附图4是在充注管排出熔融金属后的附图3的画圈部分放大图。
附图5是铸型倒转过来，以使熔融金属在倒转过来的铸型中进行凝固的铸造设备截面立视图。
附图6是嵌入铸型内的多孔陶瓷插件的底部正视图。
附图7是本发明另一实施例的截面立视图。
附图8是本发明另一实施例铸造设备的截面立视图。
附图9是沿附图8的线9-9表示一个入口通道的扩大水平横截面图。
参照附图，铸造设备10包括安装在垂直可动的并水平可转动的支架臂14上的隔离并可密封的铸造室12，该铸造室12包括上壁12a和下部铸型支撑壁12c，该上壁12a具有通向差压装置16(例如真空泵)的导管12b，而该下部铸型支撑壁12c是用来支撑该多孔透气的铸型20，该铸型20是以陶瓷薄壳铸型示出的，但本发明并不限于这种铸型(见附图7)。透气铸型20包括主铸型腔21，该铸型腔具有纵向垂直冒口通道22，该冒口通道22通过各个侧向内浇口通道26通向许多以零件形状成型的铸型腔24，该以零件形状成型的铸型腔24是以被铸零件的形状成型的。
透气铸型20包括一个连接在铸型下端开口处内的环形陶瓷套环28，该陶瓷铸型套环通过在铸造室12的下部铸型支撑壁12c内的中心开口部12d延伸到低于铸型底部22a。在套环28和铸型支撑壁12c之间有纤维耐火材料真空密封层，套环28包括一个中心冒口通道28a，该冒口通道28a与垂直冒口通道协同对铸型腔24供应熔融金属。
作为多孔陶瓷盘状插件形式的多孔熔融金属保持部件40安置于并密封接触于在冒口通道22、28以及如下所述的充注通道52之间的套环28内。熔融金属保持部件40和套环28可做成一个组件，该保持部件40的主要功能是如下所解释的，在铸型20内保留熔融金属的熔融金属保持部件，第二功能才是作为滤网或过滤器，用来防止在熔融金属中的氧化物，熔渣和其它碎屑进入铸型20之中。因此，陶瓷盘状插件40包括许多纵向(垂直)入口通道42，选择该入口通道42的尺寸以及彼此横向间距主要是为了在从如下所述的加长陶瓷铸型充注管50排出熔融金属的期间内，在入口通道42内的9熔融金属上建立一种熔融金属表面张力保持作用。因此，显然，入口通道42具有比充注通道52明显缩减(减少)的横截面(例如直径)。
加长的陶瓷铸型充注管50规定了处于其中的纵向充注通道52并且通过陶瓷粘合剂54密封地与铸型套环28相接。如附图1所示，加长的陶瓷铸型充注管50从铸型20的底边20a下垂到其下面由在坩埚或容器64中盛着的熔融金属62构成的熔融金属池60。充注管50的横截面(例如直径大于在插件40内的入口通道42横截面(例如直径))。
在其中支撑着铸型20的铸造室12在支架臂14上可朝熔融金属池60下降，以便将陶瓷充注管50的敞开的底端浸入熔融金属62中，如附图1所示。该支架臂14由适当的致动器63诸如水力的、气动的、电动的或其它致动器所降下。当该充注管50浸入熔融金属内时，在铸造室12内通过减压装置16(真空泵)经由管道12b抽真空。在铸造室12内抽真空，可使铸型腔24通过多孔的透气铸型20而抽空，并且对铸型20施加相对于熔融金属池13的差压，以便使熔融金属62通过充注管50，陶瓷插件40、冒口通道22和侧向内浇口通道26向上流动，使铸型腔24充满熔融金属。当这样充注铸型腔24的期间，进入铸型的熔融金属受在陶瓷插件40内的入口通道42的过滤，除去太大而过不去通道42的有害的颗粒。然而，熔融金属保持部件40的过滤作用仅是实施本发明的次要结果，而主要结果和目的是在铸型充满后和在铸型20倒转过来之前从充注通道52排出熔融金属62的期间内，使熔融金属保持在铸型20中，解释如下。
当铸型腔24被充满后，由致动器63通过支撑臂将铸造室12和支撑于其中并充满熔融金属的铸型的铸型20提升到距离熔融金属池60足够远的距离，以便将充注管50的开敞底端从溶融金属62中撤出，见附图3。在提升铸造室12和支撑于其中的铸型20的期间内，由减压装置16维持铸造室12中的真空。
当充注管50从熔融金属池60中撤出时，由于充注通道52的直径较大，在充注管50内的熔融金属由于重力作用而开始排出，见附图3和4。然而，在陶瓷插件40内的缩减的纵向入口通道42内的熔融金属和在陶瓷插件40之上部(即在主铸型腔21内)的熔融金属，通过施加于铸型20的差压(从而施加到在入口通道42和主铸型腔21中的熔融金属和建立在插件40的缩减的纵向入口通道42内的溶融金属表面张力的联合保持作用，抗拒重力感应流出作用而被保留住，直到充注管50排出熔融金属并且铸型20被翻转过来。特别是入口通道42的数目、尺寸、间距和形状的选择基于如下需要(1)在较短时间内充满铸型腔24，以防止在铸型腔24被充满前和铸型20被翻转前金属发生凝固;(2)当充注管50从熔融金属池60中撤出时，在给定施加差压下，将入口通道42和在其上的铸型腔21中的熔融金属，至少保持到充注管排光熔融金属和铸型20能翻转之时。入口通道42的数目、横截面尺寸(诸如直径)和垂直长度(将被证实是有用的)部分地依靠被铸熔融金属的表面张力以及在熔融金属和制作插件40的特定陶瓷材料之间的表面张力。熔融金属和在熔融金属和陶瓷滤网插件40之间的较高表面张力值可以使人们采用较大尺寸(较大直径)的较多数目的入口通道42。
此外，控制在相邻入口通道42之间的侧向间距S，以便防止在插件40的底边熔融金属62从一个到另一个入口通道的“蠕动”(“Creeping”)和各个入口通道42内熔融金属62的最终粘连。一旦在各个入口通道42内的熔融金属在插件40的底边上粘连，在充注管50被排净前和铸型20被翻倒前，熔融金属62可从入口通道42流出。在入口通道42之间用以防止熔融金属62的如此的“蠕动”以及粘连所需的侧向间距S的大小将依熔融金属相对于插件40的陶瓷材料的表面张力而定。
以下例子仅作为解释用的，在用一惯用的陶瓷壳铸型20中，在铸造室12内的减压为5psia时浇注高收缩性的17-4PH型不锈钢(35磅不锈钢)时，具有70个圆筒形入口通道42(其直径为0.095英寸、垂直长度为0.25英寸，并且间距S为约0.130英寸)的二氧化硅滤网插件40在下述方面证实是满意的在从充注管50(内径1.5英寸)中排除熔融金属期间，在滤网插件40的通道42中的熔融金属至少保持约3秒钟。这样的时间间隔是足够使充注管50完全排净，并且然后翻转铸型20到附图5的位置，而无任何熔融金属由重力感应从入口通道42中流出。使用较小可润湿性的陶瓷(诸如氧化锆)作为陶瓷插件40时，可使圆筒形入口通道的可用直径增加到约0.156英寸的最大值，以便在这些同样的条件下能浇铸大多数金属或合金。
当充注管50从熔融金属池60中撤回后，熔融金属保留在入口通道42内的时间通常是对于高收缩性合金诸如不锈钢，超级耐热合金等至少几秒钟;而对于低收缩性的合金诸如铸铁则时间较长。使熔融金属从入口通道42中流出延迟一段时期，这对于使铸造室12和铸型20翻转到铸型底22a朝上(见附图5)，同时在入口通道42，冒口通道28、侧向内浇口26和铸型腔24中的熔融金属仍处于液态提供了机会。备有惯用型的旋转致动器65来使支架臂14的延长部14a围绕一水平轴H旋转，从而使铸造室12和在其中充满熔融金属的铸型20翻转过来。
当充注通道52被排净和充满金属的铸型20被翻转前，在入口通道42和铸型腔24中的熔融金属仍处于未凝固液体状态。
当铸型翻转过来后，从套环28移去充注管50，并且解除施加于铸型20的差压(在铸造室12提供常压)，从而使在入口通道42，冒口通道28，内浇口通道26和铸型腔24中的熔融金属在常压下在翻转铸型中凝固。在除去充注管50时，在入口通道42中的熔融金属迅速辐射热量并且在约几秒内凝固。
在翻转而充满熔融金属的铸型20上的差压解除之后，铸造室12由于除去铸荆20而空出，可以用来浇铸下批铸型。结果，降低了铸造周期，和增加了铸造过程中的生产率。
由于使用陶瓷充注管50，改善了铸造过程的可靠性，这是因为被熔融金属熔穿充注管50的可能性基本上没有了。使用陶瓷充注管50还可降低铸造成本，困为该充注管能重新用来浇铸随后的铸型。
附图7阐明本发明另一实施例，其中，树脂粘合砂模100处于在支架臂114上的铸造室112中。砂模100包括由适当手段连接一起的多孔透气上模室102和下模室104，在它们之间规定了许多铸型腔110。下模室104包括与其整体成型的充注通道152。陶瓷插件140处于充注通道152中，它包括许多入口通道142，该通道142按照结合图1-5所述的方式起作用。附图7的砂模100按上述附图1-5所述的同样方式用来实施本发明方法，只是当砂模从熔融金属池13撤回后没有分开的充注管可除去。
尽管附图7阐明了对许多铸型腔110供应熔融金属的单个充注通道152，但也可对每一铸型腔使用可分开的充注通道152，该分开的充注通道152在每个充注管的充注通道112内带有陶瓷插件140。
此外，尽管许多缩减的圆柱形入口通道142已描述于附图1-7中，普通技术人员将懂得在附图(例如附图8)所示的设备中也可以使用形式为狭窄缝的单个入口通道。
本发明方法已描述如上，它包括翻转铸型步骤，该步骤是在铸型20(100)从熔池13撤回后和熔融金属流出铸型之前进行的;一个真空释放步骤，是在铸型已翻转过来之后进行，以便使熔融金属在翻转的铸型中在常压下凝固。本发明这个实施例可用来浇铸低收缩性金属(例如灰口铸铁和球墨铸铁)和高收缩性金属(例如不锈钢和其它钢。所谓低收缩性或高收缩性这个术语是指在本发明方法凝固步骤的期间内，当金属从浇铸温度冷到常温时熔融金属的体积收缩。在冷却即从浇铸温度到常温时某些钢显示高的体积收缩，如大约10%;而灰口铸铁和球墨铸铁显示较低的体积收缩，如小于约1%。
低收缩性金属(例如灰口铸铁和球墨铸铁)可按照本发明变更方法浇铸，其中当铸型从熔池13中取出后不翻转。例如，参考附图3，当铸型腔24用熔融金属充满后，提举铸型20，以将充注管50从熔池中撤出，并使充注管50将熔融金属排回熔池13。然后，当充注管50被排净熔融金属后，由于在铸造室212内维持真空和在通道42内于熔融金属上建立所需熔融金属表面张力保持作用，如上所述，可防止熔融金属从通道42与铸型腔24中排出。当从熔池13取出充注管50达到如附图3所示的位置时，在入口通道42内的熔融金属迅速辐射热量，并且通过充注管50附近空气循环被冷却，以致熔融金属在入口通道42内迅速凝固(在约30秒钟内)在该入口通道42处，熔融金属由于以下的联合作用而被保留在熔融金属上保持的负差压以及由于为此目的而缩减尺寸的入口通道42建立起来的表面张力保持作用。在每一入口通道42中的熔融金属比在铸型中的上部的熔融金属先凝固。一旦熔融金属在入口通道42内凝固，铸造室12内的真空就解除，因为凝固的金属将防止熔融金属从铸型腔24中流出。然后可分开铸型和铸造室，以便空出铸造室12供浇铸其它铸型20使用。
在另一实施例中，当充注管50从熔池13中取出后，见附图3，并且当它排净熔融金属后，充注管50能从铸型套环28除去。当除去充注管50时，在入口通道42中的熔融金属迅速辐射热量，并且被围绕套环28和插件40的空气流动所冷却，因此在入口通道42中的熔融金属先于在铸型中上部的熔融金属而迅速凝固。在铸造室12内的真空也可解除了。
附图8阐明本发明另一实施例，用以铸造低收缩性金属如灰口铸铁和球墨铸铁，没有铸型翻转这一步骤，在铸型220中，具有透气上铸型构件222和可以是透气的也可不透气的下铸型构件223，它们在水平分型平面P处气密连接。本实施例与以上所述者不同，在本实施中使用一个单独的缩减尺寸的熔融金属入口通道242，使熔融金属进入每个环形铸型腔224，每个入口通道242呈狭窄缝状，该狭窄缝在透气铸型220的底边220a和在铸型中处于其上的各个铸型腔224之间延伸。铸型224可以是现有技术已知的树脂粘合砂型或陶瓷薄壳铸型，并且密封地处于铸造室212之中，该铸造室212适用通过管道212b抽真空，如以上附图1-7中所描述。
通过将底连220a浸入在其下的熔融金属池13中，同时对铸造室212施加足够的真空，以驱使熔融金属向上通过每一入口通道242进入在其上的各个铸型腔224，并且熔融金属充注它们，从而铸型腔224由熔融金属所充满。当铸型腔224被充满后，向上提升铸造室212和铸型220，以便将铸型220的底边220a从熔池13中撤回。在撤回期间，将铸造室212继续抽真空，对入口通道242以及铸型腔224内的熔融金属施加负差压，并且也通过铸型的透气边220a和透气壁220b抽空气。由于差压和每一入口通道242的缩减尺寸使其中的熔融金属产生表面张力保持作用的共同作用，结果，在底边220a撤出熔池13后，在入口通道242和在铸型腔224中的熔融金属不致从铸型220中流出，甚至在其中的金属仍是熔融状态并未凝固时也不流出。
当底边220a从熔池13中撤出后，由于入口通道242的细的横截面、热量从其中快速辐射和通过铸型220的透气边/壁220a、220b所抽出的周围空气施加的冷却作用，在入口通道242中的熔融金属迅速凝固(先于在铸型腔224中的熔融金属)。当在入口通道242中的熔融金凝固后，铸造室212中的真空被解除，而在入口通道242中的凝固金属防止铸型腔224中的熔融金属流出。然后可将充满金属的铸型220和铸造室212分开，以便空出铸造室供浇铸其它铸型用。
已经使用矩形截面的狭缝形状的入口通道242成功地实施了本发明，用一个具有宽w约为1英寸、厚度t约为1/32至1/16英寸和高度h为约11/2-3英寸的矩形缝已经在铸造室212的压力为6.4psia下将19磅的铸铁充铸入树脂粘合砂模中。每一入口通道242具有至少一个狭窄尺度，诸如厚度t，该厚度最好是1/16英寸或更小。然而普通技术人员将懂得，该入口通道242可以具有其它形状和尺寸，这依所铸金属、其表面张力以及在所铸金属和在入口通道242内与熔融金属接触的铸型材料类型之间的表面张力而定，也可使用多个、有间距的入口通道242。
本发明也可用下列反重力铸造方法和设备实施该设备使用悬浮于一大堆颗粒状铸型材料中的、在颗粒状物内构成铸型腔的可破坏的铸型。
尽管已用它们的特定实施例描述了本发明，但本发明无意限止于此，而是本发明内容只受下面权利要求中所提出的内容的限制。
权利要求
1.一种反重力充铸熔融金属的方法，包括如下步骤(a)构成铸型(100；220)，该铸型具有铸型腔(110；224)和连通铸型腔(110；224)和适于浸入其下的熔融金属池(60)中的铸型下部的缩减尺寸的入口通道构件(140，142；242)；(b)相对移动铸型(100；220)和熔池(60)，以将所说的铸型下部(104；223)浸入熔池；(c)于铸型腔(110；224)和熔池之间施加差压，以便驱动熔融金属(62)经过入口通道构件(140，142；242)向上进入其上面的铸型腔，以便用熔融金属充满铸型腔(110；224)；(d)相对移动铸型(100；220)和熔池(60)，将所说的铸型下部(104；223)从熔池中撤出，包括在入口通道构件(140，142；242)内的熔融金属上保持差压；(e)在所说的入口通道构件(140，142；242)中使熔融金属(62)凝固；其特征在于，该入口通道构件(140，142；242)尺寸的缩减程度，应使之产生一个熔融金属表面张力，并与所述差压共同产生对其内的熔融金属的保持作用，从而当所述铸型下部从该熔池(60)中撤出之后、在熔融金属在该入口通道构件(140，142；242)中凝固之前，防止熔融金属(62)从该入口通道构件(140，142；242)及其上的铸型腔(110；224)中流出来。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于包括在从熔池(60)中撤出所说的铸型下部(104，223)后和在熔融金属从铸型腔(110;224)中流出前将铸型(100;220)翻转，以便使熔融金属(62)在入口通道构件(140，142;242)和翻转铸型的铸型腔中凝固。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于当铸型(100;220)已翻转后解除保持于熔融金属(62)上的差压。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于在步骤(e)中，在铸型(110;224)腔内的熔融金属凝固以前，在所说的入口通道构件(140，142;242)内的熔融金属(62)先行凝固。
5.按照权利要求4的方法，其特征在于，包括在入口通道构件(140，142;242)内的熔融金属发生凝固后，因而入口通道构件中的凝固金属防止熔融金属从其上的铸型腔(110;224)中流出，此时解除在铸型(100;220)内熔融金属(62)上所保持的差压。
6.按照权利要求4的方法，其特征在于，包括通过所说的铸型(100;220)的壁抽吸空气，对在所说的入口通道构件(140，142;242)中的熔融金属(62)进行冷却。
7.按照权利要求1的方法，其特征在于，所说的入口通道构件包含在铸型(100;220)底边和铸型腔(110;224)之间延伸的通道(142，152;242)，所说的底边适用于浸入熔池(60)。
8.按照权利要求1的方法，其特征在于，所说的入口通道构件(140，142)处于从铸型(100)的底边的充注管(152)和在铸型内的冒口通道之间，所说的充注管(152)适用于浸入熔池。
9.一种反重力铸造设备(10)，包括(a)具有铸型腔(21;110;224)和缩减尺寸的入口通道构件(42，52;142，152;242)的铸型(20;100;220)，所说的入口通道构件从该铸型(110;224)腔下垂并且将该铸型腔和适于浸入在其下熔融金属池(60)的铸型下部(50;104;223)连接起来;(b)能相对移动铸型(20;100;220)和熔池(60)以便将所说的铸型下部(50;104;223)浸入熔池(60)中去的装置(14，63);(c)能在铸型腔(21;110;224)和熔池(60)之间施加差压的装置(16)，当所说的铸型下部(50;104;223)浸入熔池(60)中时，借此驱动熔融金属向上通过所说的入口通道构件(42，52;142，152;242)进入铸型腔(21;110;224);(d)用以相对移动该铸型和该熔池的装置(14，63)，用以当铸型腔(21;110;224)已充满熔融金属后，将铸型下部(50;104;223)从熔池(60)中撤出;(e)当所说的铸型下部(50;104;223)从熔池(60)中撤出后，用以在所说的入口通道构件(42，52;142，152;242)中的熔融金属上保持差压的装置(16);其特征在于，所说的入口通道构件(42，52;142，152;242)的尺寸如此地被缩减，以致于在所说的铸型下部(50;104;223)从熔池(60)中撤出后和熔融金属在所说的入口通道构件(50，52;142;152;242)中凝固以前，由于缩减所产生的熔融金属表面张力保持作用与所说的差压共同作用，能防止熔融金属从所说的入口通道构件(50，52;142，152;242)和所说的铸型腔(21;110;224)流出。
10.按照权利要求9的设备，其特征在于，包括当熔融金属在所说的入口通道构件(142;242)中凝固后，解除在熔融金属上所保持差压的装置(16)。
11.按照权利要求9的设备，其特征在于，包括在所说的铸型下部(104;223)从熔池(60)撤出后和熔融金属在所说的入口通道构件(142;242)中凝固之前，用以翻转铸型(100;220)的装置(14;63)。
12.按照权利要求11的设备，其特征在于，包括当铸型翻转后，用以解除在熔融金属上所保持差压的装置(16)。
13.按照权利要求9的设备，其特征在于所说的铸型下部(223)包括铸型(220)的底边(220a)和所说的入口通道构件(242)在所说的底边(220a)和所说的铸型腔(224)之间延伸。
14.按照权利要求9的设备，其特征在于所说的铸型下部包括从铸型(20)下垂以将熔融金属供应到在所说铸型的冒口通道(22)的充注管(50)，所说的入口通道构件(42)处于该充注管(50)和该冒口通道(22)之间。
15.按照权利要求9的设备，其特征在于所说的入口通道构件(142，152)包括具有开敞底端的直立通道(152)。
16.按照权利要求9的设备，其特征在于所说的入口通道构件包括一个狭窄缝(242)。
全文摘要
差压、反重力铸造熔融金属的方法，包括施加差压，以驱动熔融金属通过缩减尺寸的入口通道从在其下的熔融金属池进入铸型中的铸型腔；当铸型腔充满熔融金属后从熔池撤出铸型；通过差压和熔融金属表面张力的联合保持作用将熔融金属保持在铸型中，直到熔融金属在已撤出铸型的缩减尺寸的入口通道中凝固，或者直到铸型可翻转。在金属于入口通道内凝固后或铸型翻转后，可解除差压，以使熔融金属在常压下凝固。
文档编号B22D23/00GK1095654SQ9410200
公开日1994年11月30日 申请日期1994年2月15日 优先权日1988年8月22日
发明者乔治·D·钱德利 申请人:金属铸造技术有限公司