专利名称：制造模注注嘴的方法
技术领域：
本发明一般地涉及模注注嘴，特别涉及模注注嘴的制造方法，该注嘴具有成一体的加热元件，其中，在真空炉中以单一加热循环执行钎焊和浇注二者。
制造一种具有一体的电加热元件的模注注嘴具有许多优点，诸如改善热传输，减少腐融，并有长的使用寿命。这是已知的，即，借助于首先将元件密封在一起以形成围着电加热元件螺旋部分的间隔空间，这通常是在真空炉中以钎焊来形成的。然后，注嘴被再次插放到真空炉中以便浇注诸如铜的传导材料到围着加热元件的螺旋部分的密封空间中。在现有方法中，选择的诸如铍青铜合金的传导材料具有低于钎焊材料的熔化温度。这方法的各种不同的变形被描述在美国专利4355460号(颁布月为1982年10月26日)，4403405号(颁布日为1983年9月13日)以及4771164号(颁布日为1988年9月13日)。虽然这些现有方法具有许多优点，他们全都具有的缺点是围着加热元件螺旋部分的空间的密封和浇铸铜到这个空间中是两个分开的步骤而要求两个不同的真空炉的循环。此外，在过去，以传导材料一体地浇注加热元件，借助于减少注嘴中围着加热元件的空气空穴，热传导性能的十分关健的因素已被改善，现在已发现，借助于以这样方式冷却注嘴可进一步改善热传导性能，该方法是提供从底向上的传导材料的单向凝固以便防止由於收缩而形成的空隙。
因此，本发明的目的是借助於提出一种模注注嘴的制造方法来至少部分地克服现有技术中的缺点。其中，为了密封围着加热元件的空间的密封以及浇注传导材料到该密封的空间中的两者是以真空炉的单一控制循环来执行的。
本发明的另一目的是提供一种冷却注嘴的方法，以使之产生在空间内从底起的传导材料的单向凝固。
至此，就其一个方面，本发明提供一种制造一体的加热模注注嘴的方法，该注嘴具有后端，前端，长的内芯部，该内芯部具有从后端在此延伸穿过的熔体通道、邻近后端包围着内芯部的外环部，从外环部向着前端延伸的外套部，具有围着内芯部卷绕的螺旋部的电加热元件以及穿过外环部向外延伸的导引部，在内芯部和外套部之间的围着加热元件螺旋部延伸的传导部，形成组装件的步骤包含将外环和加热元件安装到内芯上，以一定位置安装长外套以使之在外套和内芯部之间围着加热元件的螺旋部形成间隔空间，施加钎焊材料於内芯、外环和外套之间的连结处并且当组装件以竖直状态，前端指向后端之上方时，以在真空炉内实质上无氧的气氛中将组装件钎焊在一起以使之密封所述间隔空间而防漏，浇注熔化的传导材料到所述间隔空间中而组装件是在竖直状态於真空炉内的实质上无氧气氛中的，以使之形成传导部分与内芯部、加热元件以及外套部一体地粘接，机加工浇铸的注嘴以使之提供要求的形状和光洁，其具有的改进之处在於，其中的传导材料具有的熔化温度高於钎焊材料的熔化温度，组装件被钎焊在一起以及传导材料被浇铸到所述间隔空间中是以真空炉的单一控制循环的，该单一控制循环包含首先升高真空炉内的温度到高於钎焊材料熔化温度且低於传导材料的熔化温度的第一预定温度；降低真空炉内温度到第二预空温度，该第二预定温度低於钎焊材料的凝固温度；第二温度保持足够时期以便将组装件钎焊在一起，然后升高真空炉内温度到第三预定温度，该第三预定温度足够地高於传导材料的熔化温度以使之将传导材料浇注到在外套和内芯之间围着加热元件螺旋部的没有熔化钎焊材料的所述间隔空间中。
也就是说，本发明提出了一种制造一体的加热模注注嘴的方法，该注嘴具有后端，前端，带有从后端在此延伸穿过的熔体通道的长内芯部，邻近后端包围着内芯部的外环部，从外环部向着前端延伸外套部，带有围着内芯部卷绕的螺旋部以及穿过外环部向外延伸的导引部的电加热元件；在内芯部和外套部之间围着加热元件的螺旋部延伸的传导部，形成组装件的步骤包含将外环和加热元件安装到内芯上，将长外套定位地安装以形成在外套和内芯之间围着加热元件螺旋部的间隔空间，将钎焊材料施加到内芯、外环和外套之间的连接处并且当组装件於竖直状态，前端在后端之上的方向时，在真空炉内於实质上无氧气氛中将组装件钎焊在一起以使之将所述间隔空间密封而防漏，在组装件於竖直状态在真空炉中的实质上无氧气氛中将熔化传导材料浇注到所述间隔空间内以形成与内芯部，外环部，加热元件以及外套部一体地粘结的传导部，机加工注嘴以便提供要求的形状和光洁，其特征是，传导材料具有的熔化温度高于钎焊材料的熔化温度，组装件被钎焊在一起和传导材料被浇铸到所述间隔空间中是以真空炉的单一控制循环的，该单一控制循环包含首先升高真空炉内的温度到达第一预定温度，该第一预定温度高於钎焊材料的熔化温度并低於传导材料的熔化温度，降低真空炉内温度到第二预定温度，该第二预定温度低於钎焊材料的凝固温度，於足够的时期保持第二温度以便使组装件钎焊在一起，然后升高真空炉内的温度到第三预定温度，该第三预定温度足够地高於传导材料的熔化温度以便将传导材料浇铸到所述间隔空间中，该间隔空间是在外套和内芯之间围着加热元件的螺旋部而没有熔化的钎焊材料的。
其中，所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，真空炉的控制循环还包含在移去浇铸的注嘴之前用供给惰性气体而逐渐冷却真空炉的步骤。
其中，所述制造模注注嘴的方法，其特征是，还包含在真空炉中的加热循环过程中，将绝缘盖帽放置於组装件上，该绝缘盖帽具有带有朝下敞口的长开孔，在热循环过程中组装件是向上延伸而进入开孔的，因此，传导材料冷却是逐步地向上地冷却的。
其中，所述制造模注注嘴的方法，其特征是，组装件以预定部分向上延伸而进入绝缘盖帽的开孔。
其中，所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，外套在竖直状态向上延伸越过前端而到上端形成注入斗，在组装件插放到真空炉中之前，将预定数量的传导材料装载到注入斗中，因此，於真空炉内的浇铸过程中，传导材料熔化并向下进入所述间隔空间，该间隔空间是在外套和内芯之间围着加热元件的螺旋部分的。
其中，所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，借助接触抵靠外套的上端而使组装件的一部分容纳在开孔中使绝缘盖帽可拆除地被支承着。
其中，所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，绝缘盖帽具有从开孔向上延伸的通出孔，在开孔中是容纳着组装件的。
其中，所述制造模注注嘴的方法，其特征是，包含在钎焊之前，借助於定位焊接将内芯、外环和外套装接在一起。
其中，所述制造模注注嘴的方法，其特征是，传导材料是铜。
其中，所述制造模注注嘴的方法，其特征是，钎焊材料是镍合金。
本发明的其它内容和优点将在下述结合附图的描述中予以显示。
图1是分解剖示图，示出了根据本发明推荐实施例的模注注嘴元件是如何组装的；图2是这些元件组装件的剖示图，是带有为了插放到真空炉中定位的根据本发明第一实施例的绝缘盖帽的；图3示出了这些组装件的一批为了插入到真空炉中的定位；图4是根据本发明推荐实施例做成的完成的模注注嘴的从后端的视图；图5是根据本发明推荐实施例做成的完成的模注注嘴的从前端的视图；图6是沿图4和5中的6-6线的剖示图；图7是这些元件的组装件的剖示图，是带有为了插放到真空炉中定位的根据本发明第二实施例的绝缘盖帽的。
首先参考图1和2，该图描述带有一体的电加热元件的模注注嘴元件是如何根据本发明而组装的，电加热元件10围着长的内芯12卷绕，该内芯以诸如热工加工具钢的合适的材料形成。在此实施例中，内芯12在其上端16具有加大的头14(如图示)，围着加大头纵向地延伸有许多间隔槽，以使之提供熔化的传导材料在此处流动，这如以下描述。电加热元件10是以带有围着内芯12延伸的螺旋部20和靠近内芯12下端24的向外延伸的两个导引部22而被卷绕的。电加热元件10以预定的构形而卷绕，该构形是在围着内芯12中间处有较少的绕圈，该中间处热损失较少。在此实施例中，加热元件10具有细的绕圈阻抗丝，该丝穿过在外钢壳内的诸如氧化镁粉末的电绝缘材料而延伸。在其它实施例中，根据应用的热力要求，其它合适型式和构形的加热元件是能被采用的。
其次，空心外环26被安装在内芯12的下端24上而带有两根通过穿过外环26的径向孔28向外延伸的加热元件10的导引部分22。塞件30具有一对孔32以便接纳加热元件10的导引部22在此处穿过，然后被安装到径向孔28中。在此实施例中，外环26具有绝缘部34，当其被装入到冷模体(没示出)中时，该绝缘凸缘部支承完成的注嘴而没有过多的热损失。
然后，用诸如不锈钢的合适材料制成的长外套38以其下端40座落在外环26中而被安装，以便形成在内芯12和围着的外套38之间的围着加热元件10的螺旋部20的间隔42。在此实施例中，正如图2中最易着清的，外套38向上延伸通过内芯12的上端16，以便形成在内芯12的头之上方的筒形注入斗44，在安装过程中，内芯12，外环26，塞件30以及外套38用激光焊接定位以形成组装件46。
然后，诸如镍合金的合适的钎焊材料沿着内芯12，加热元件10，塞件30和外套38的连接处被施加，在图2中以标号48指示，沿外连接这是以小珠形式，沿内连接是以粉末形式，然后，合适的传导材料50的棒穿过上开敞孔口52而装载到注入斗44中。在此实施例中，传导材料实质上是纯铜，该铜具有熔化温度大约为1980°F，这个温度是高於镍合金钎焊材料48的熔化温度，该熔化温度大约为1850°F。其它合适材料的组合是能被采用的，只要传导材料50的熔化温度高於钎焊材料48的熔化温度，并且钎焊密封是不被铸造温度再熔化的。在传导材料50的棒被装载在注入斗44中之后，长的绝缘盖帽54被安装到组装件46上。在此实施例中，正如图2中清楚地见到的，绝缘盖帽54具有锥形的中心的通孔56，该通孔向下开通到孔口58，组装件46穿过该孔口而被接纳。中心通孔56具有肩部60，该肩部向内渐缩到小出孔62，该小出孔向上延伸到绝缘盖帽54的上端64。借助於锥形肩部60，绝缘盖帽54可拆除地被支承在这位置，锥形肩部60是座抵在外套38的上端66上的。正如所见，在此实施例中，防护盖帽54的外裙部68围着外环的26的凸缘部34向下延伸，留下组装件46的下部69不被绝缘盖帽54所覆盖。在其它实施例中，当要求产生单向凝固的传导材料50时，组装件的较大部分或者较小部分或全部被绝缘盖帽54覆盖，这如以下所述能重复使用的绝缘盖帽54最好用合适的陶瓷材料制成，虽然也能用诸如不锈钢的其它合适材料制成。
然后，组装件46成批地被插放到真空炉内，其每个是被座装在支框70中，如图3所示的竖直位置并带有绝缘盖帽54。虽然所示的每个组装件46具有分开的盖帽54，其上具有不同开孔的公共盖帽可被装在成批的许多组装件上。正如以下所述在真空炉的单一控制循环的过程中，每个组装件46为首先被钎焊在一起，以便密封围着加热元件10的间隔空间42，然后，传导材料50被浇铸到间隔空间42中以形成整体的模注加热注嘴36。当炉72被逐步加热时，炉被抽真空到相对高的真空度，以便除去实际上所有的氧氢。在绝缘盖帽54中的出孔62保证没有氧氢被收集在盖帽54的内侧。然后，用部分地回充惰性气体到炉72中来降低真空度，诸如氩氢或氮氧，以便避重飞溅。炉72被加热到大约1950°F的第一温度，该第一温度高於是在镍合金钎焊材料48熔化点并且是低於铜传导材料50的熔化点。这样，熔化沿着连结处的镍合金钎焊材料，该连接处是在加热元件10，内芯12，塞件30以及外套38之间被施加镍合金钎焊材料的。然后，真空炉内的温度降低到大约1800°F的第二温度，该第二温度是低於镍合金钎焊材料48的凝固温度。这温度保持大约30分钟的足够的时期，以使将组装件46钎焊在一起而密封围着加热元件10的螺旋部分20的间隔空间42以使之防漏。这样就产生沿连续的与钢扩散钎焊的型式，该连结处具有的熔化温度甚至高於铜传导材料50的熔化温度。
然后，真空炉72内的温度上升到大约2035°F的第三温度，该第三温度足够地高於铜传导材料50的熔化温度以便使其熔化，但是不高到足以熔化沿间隔空间42密封连结处的扩散钎焊。当铜传导材料50熔化时，它从注入斗44穿过内芯12的头14中的间隔槽18向下流动而注入在内芯12和外套38之间的围着加热元件10的螺旋部20的间隔空间42。如上所述，就可能将熔化的铜传导材料50浇铸到间隔空间42中而没有穿过钎焊的连结处漏出，这是因为沿着连结处的钎焊的或者钎焊材料的熔化温度在钎焊之后是显著地比在钎焊之前高。然后，在取走整体浇铸的注嘴36之前，借助於用供给诸如氮氧的惰性气体逐步冷却真空炉来完成真空炉72的控制循环，围着的绝缘盖帽44的绝缘效果保证铜传导材料50从底上起的冷却，於是产生从底到顶的单向性凝固。这就避免了在冷却过程中由於铜传导材料50的收缩形成的任何空穴，并提供了从加热元件10到流动穿过的注嘴36的熔体的更均匀的热传导，在部份真空中浇铸的铜传导材料50产生了铜传导材料50对加热元件10的钢壳以及外环26和外套38的冶金学的粘结，用铜传导材料的单向凝固的结合，就产生了具有非常地改进的热特征的整体模注注嘴36。
在从真空炉中被移去后，每个注嘴36用机加工除去外套38的上部74，该上部是形成注入斗44的，并用整洁精修来提供完成的注嘴36。如图6所示，注嘴还被钻孔以提供中心熔体孔76，该中心熔体孔从后端78到前端80而延伸，并且形成热电偶元件孔82，该孔82从在后端78中的槽84向前延伸。螺纹孔86也设置在后端78中以便容纳安装置螺钉。在此实施例中，虽然注嘴36的前端80已被机加工而形成筒形座88来容纳嵌入浇口件，而在其它实施例中，它可被机加工成用于各种其它浇口件的形态。如图6所示，完成的注嘴36具有内芯部90，穿过内芯部中心熔体孔76延伸。由铜传导材料50形成的传导部92围着内芯部90以及加热元件10，外环94与塞件30以及外套部92而一体地被粘结。铜传导材料50还一体地充注到围着内芯12的头14的槽18中，这就改进了靠近注嘴前端80的热传导性能。
在使用中，加热注嘴36安装在被冷却的模体中，熔体穿过中心熔体孔76流到引导到模腔的浇口，虽然使用是相同於现存的模注加热注嘴，但根据本发明制造的注嘴的热性能是被大为改进了。
参阅图7，该图示出具有不同结构的绝缘盖帽98，该种结构是用在本发明的这个实施例中的，大部分元件与前述的相同，在描述的两个实施例中用相同的标号图示。在这个实施例中，绝缘盖帽98具有带有盖102的长空心外部100，穿过盖102通出孔104延伸，外部100具有向内延伸的肩106，该肩位於外套38的上端66上，正如所见到的，在这种情况下，是绝缘盖帽98而不是外套38形成注入斗108，在放入到真空炉72之前，铜50的棒嵌入在注入斗108中，铜50的棒座靠在向内渐缩的肋110上的保证铜50的棒的下面的空间112的合适的通出，此外，制造方法是与上述相同的除了没有外套38的上部之外，该上部在浇铸之后要被除去的，仅只把绝缘盖帽98除去并机加工注嘴36以提供所需要的精光。绝缘盖帽98最好用陶瓷制造，并且为了再使用，喷射的熔化铜将不粘在其上。
虽然根据本发明的加热模注注嘴36的制造方法相关於实施例的描述已给出，但是，很明显，其它不同的改进没有超出本发明的范围这正如本领域技术知晓的并被界定在权利要求中的。
权利要求
1.一种制造一体的加热模注注嘴的方法，该注嘴具有后端，前端，带有从后端在此延伸穿过的熔体通道的长内芯部，邻近后端包围着内芯部的外环部，从外环部向着前端延伸外套部，带有围着内芯部卷绕的螺旋部以及穿过外环部向外延伸的导引部的电加热元件；在内芯部和外套部之间围着加热元件的螺旋部延伸的传导部，形成组装件的步骤包含将外环和加热元件安装到内芯上，将长外套定位地安装以形成在外套和内芯之间围着加热元件螺旋部的间隔空间，将钎焊材料施加到内芯、外环和外套之间的连接处并且当组装件於竖直状态，前端在后端之上的方向时，在真空炉内於实质上无氧气氛中将组装件钎焊在一起以使之将所述间隔空间密封而防漏，在组装件於竖直状态在真空炉中的实质上无氧气氛中将熔化传导材料浇注到所述间隔空间内以形成与内芯部，外环部，加热元件以及外套部一体地粘结的传导部，机加工注嘴以便提供要求的形状和光洁，其特征是，传导材料具有的熔化温度高于钎焊材料的熔化温度，组装件被钎焊在一起和传导材料被浇铸到所述间隔空间中是以真空炉的单一控制循环的，该单一控制循环包含首先升高真空炉内的温度到达第一预定温度，该第一预定温度高於钎焊材料的熔化温度并低於传导材料的熔化温度，降低真空炉内温度到第二预定温度，该第二预定温度低於钎焊材料的凝固温度，於足够的时期保持第二温度以便使组装件钎焊在一起，然后升高真空炉内的温度到第三预定温度，该第三预定温度足够地高於传导材料的熔化温度以便将传导材料浇铸到所述间隔空间中，该间隔空间是在外套和内芯之间围着加热元件的螺旋部而没有熔化的钎焊材料的。
2.如权利要求1所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，真空炉的控制循环还包含在移去浇铸的注嘴之前用供给惰性气体而逐渐冷却真空炉的步骤。
3.如权利要求2所述制造模注注嘴的方法，其特征是，还包含在真空炉中的加热循环过程中，将绝缘盖帽放置於组装件上，该绝缘盖帽具有带有朝下敞口的长开孔，在热循环过程中组装件是向上延伸而进入开孔的，因此，传导材料冷却是逐步地向上地冷却的。
4.如权利要求3所述制造模注注嘴的方法，其特征是，组装件以预定部分向上延伸而进入绝缘盖帽的开孔。
5.如权利要求4所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，外套在竖直状态向上延伸越过前端而到上端形成注入斗，在组装件插放到真空炉中之前，将预定数量的传导材料装载到注入斗中，因此，於真空炉内的浇铸过程中，传导材料熔化并向下进入所述间隔空间，该间隔空间是在外套和内芯之间围着加热元件的螺旋部分的。
6.如权利要求5所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，借助接触抵靠外套的上端而使组装件的一部分容纳在开孔中使绝缘盖帽可拆除地被支承着。
7.如权利要求6所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，绝缘盖帽具有从开孔向上延伸的通出孔，在开孔中是容纳着组装件的。
8.如权利要求7所述制造模注注嘴的方法，其特征是，包含在钎焊之前，借助於定位焊接将内芯、外环和外套装接在一起。
9.如权利要求8所述制造模注注嘴的方法，其特征是，传导材料是铜。
10.如权利要求9所述制造模注注嘴的方法，其特征是，钎焊材料是镍合金。
全文摘要
制造具有一体的电加热元件的模注注嘴的方法，加热元件被装在内芯、外后环和外套之间形成的空间中，该空间首先以镍合金的钎焊材料钎焊而密封，然后以铜传导材料浇铸该空间。钎焊和浇铸是在真空炉内的单一循环执行的。绝缘盖帽置于组装件上，向真空炉供应惰性气体而从底上起冷却铜传导材料，这就产生单向凝固，避免形成铜传导材料中的空隙并改善热传导性能。
文档编号B23K1/00GK1126642SQ9511696
公开日1996年7月17日 申请日期1995年9月14日 优先权日1994年9月16日
发明者乔布斯特·乌尔里克·盖勒特 申请人:乔布斯特·乌尔里克·盖勒特