专利名称：脱氧铸造方法和脱氧铸造设备的制作方法
背景技术：
本发明涉及一种脱氧浇铸方法和脱氧浇铸设备，更具体地涉及一种留在冒口的熔融金属经过适当处理的脱氧浇铸方法，以及一种能够完成所述方法的脱氧浇铸设备。
有许多种浇铸铝或铝合金的方法。例如，重力浇铸可以在一个简单的浇铸模具中进行，能够改善产品的质量。下面参照
图14来解释铝的重力浇铸的普通方法。可分开浇铸模具100是由金属制造的，由下浇铸模具部分102A和上浇铸模具部分102B构成。用于浇铸产品的一个型腔104形成在浇铸模具部分102A和102B之间。
浇注熔融金属(例如熔融铝)的熔融金属进口106、型腔104和在进口106和型腔104之间的冒口108形成在上浇铸模具部分102B中。此外，当熔融金属进入型腔104时排出型腔104中空气的通风孔110也形成在上浇铸模具部分102B中。
当熔融金属凝固时，熔融金属收缩的体积约3％。通过填充在型腔中熔融金属的收缩，在浇铸产品中形成一个收缩部分。在图14所示的浇铸模具100中，当型腔104中的熔融金属凝固时，冒口108中的熔融金属由其自身的重力向收缩部分移动。然后，来自冒口108中的熔融金属充满了该收缩部分，所以在浇铸产品中就没有形成收缩部分。因为熔融金属是依靠其自身的重量从冒口108补充给型腔104的，所以冒口108的体积必须很大。
浇铸模具100中熔融金属的流动性低，所以冒口108中的熔融金属的重量必须很重。因此，冒口108的体积应该很大以强制性地补充熔融金属。例如，在浇铸铝铸件的情况下，铝是易于氧化的，这样在熔融铝的表面上形成一层氧化物膜，因而熔融铝的流动性肯定较低。为了改善流动性，将润滑剂涂覆到型腔104的内表面上。
为了改善熔融铝的流动性和为了在没有涂覆润滑剂的情况下浇铸出具有良好外观的产品，本发明的发明人发明了一种铸铝的方法(见日本专利公报NO.2000-280063)。下面参照附图15来解释该方法。将一种脱氧化合物(例如氮化镁化合物(Mg3N2))引入浇铸模具100的型腔104中，随后将熔融铝或铝合金浇入浇铸模具100中。该脱氧化合物使形成在熔融铝或铝合金表面上的氧化物膜脱氧，所以可以减小熔融铝或铝合金的表面张力，从而可以改善流动性，能够生产没有浇铸褶皱的产品。也就是可以浇铸高质量的产品。
使用脱氧化合物的方法能够改善熔融金属的流动性并且能很好地将熔融金属填充至型腔中。由于无需利用冒口108中熔融金属重量就可使熔融金属良好充填型腔104，所以能够减小冒口108的体积。因此，冒口108的体积可以根据凝固金属的体积缩减量来设计。
在传统的浇铸设备中，在冒口108中凝固的金属与在型腔104中凝固的产品成为一体。凝固在冒口108中的金属必须切割并从浇铸产品上去掉。去掉的金属将作为浇铸材料重复使用。如上所述，在传统的方法中从浇铸产品上去除不用的凝固金属是一个重要步骤。如果冒口108的体积大，将花费长时间来去除不用金属。此外，还必须增加能量消耗以熔化具有大体积的不用金属来重复使用之。
另一方面，在日本专利公报N0.2000-280063中披露的改进方法中，能够设计冒口108的体积以补充产品的收缩部分，因而可以减小冒口108的体积。通过减小冒口108的体积，不用金属的体积也可以减小，因而不用金属可以很容易切割并从浇铸产品上去除。
然而，如果冒口108的体积太小，收缩部分将形成在不用金属和浇铸产品之间的连接部分附近。在一些情况下，收缩部分就形成在浇铸产品上。此外，如果留在小冒口108的熔融金属能够从那里去除或排出，浇铸的工作效率就可以提高。
发明概述本发明的一个目的是提供一种脱氧浇铸的方法，其中，留在冒口中不用金属可以容易地从浇铸产品中去除，即留在冒口中的熔融金属能够从浇铸产品中去除，从而容易地完成该浇铸产品，降低浇铸工作中能量的消耗。
本发明的另一个目的是提供一种能够实施本发明方法的脱氧浇铸设备。
为了达到上述目的，本发明具有下列结构。
本发明的脱氧浇铸方法包含如下步骤将熔融金属浇入浇铸模具的型腔内，该浇铸模具包括一个位于熔融金属进口和型腔之间的冒口；和使脱氧化合物与该熔融金属反应，以便使形成在该熔融金属表面上的氧化物膜脱氧，其特征在于冒口中熔融金属的冷却速度比型腔中的冷却速度低，并且当型腔中的熔融金属凝固时，处理冒口中没有凝固的熔融金属，以便形成与所需产品的轮廓相符的浇铸产品轮廓。
本发明的脱氧浇铸设备(脱氧化合物在其中与熔融金属反应，以使得形成在该熔融金属表面上的氧化物膜脱氧)包含浇铸模具，它具有一个熔融金属进口，一个型腔(熔融金属从所述熔融金属进口进入所述型腔)，一个位于所述熔融金属进口和所述型腔之间的冒口，其中冒口中熔融金属的冷却速度低于型腔中熔融金属的冷却速度，其特征在于，当型腔中的熔融金属凝固时，用于将冒口中没有凝固的熔融金属向型腔挤压的装置，以使得浇铸产品的轮廓符合所需产品的轮廓。
本发明的另一种脱氧浇铸设备(一种脱氧化合物在其中与熔融金属反应，以使得形成在该熔融金属表面上的氧化物膜脱氧)包含一个浇铸模具，它具有一个熔融金属进口，一个型腔(熔融金属从所述熔融金属进口进入所述型腔)，一个位于所述熔融金属进口和所述型腔之间的冒口，其中冒口中熔融金属的冷却速度低于型腔中熔融金属的冷却速度，其特征在于，浇铸模具的型腔构成部件可以与浇铸模具的冒口构成部件分开，并且在冒口中的熔融金属没有凝固时，将其中熔融金属已经凝固的型腔构成部件与冒口构成部件相分离。
本发明的另一种脱氧浇铸设备(其中一种脱氧化合物与熔融金属反应，以便使形成在熔融金属表面上的氧化物膜脱氧)包含一个浇铸模具，它具有一个熔融金属进口，一个型腔(熔融金属从所述熔融金属进口进入所述型腔)，以及一个位于所述熔融金属进口和所述型腔之间的冒口，其中冒口中熔融金属的冷却速度低于型腔中熔融金属的冷却速度，其特征在于，所述冒口带有用于排出熔融金属的装置，当型腔中的熔融金属凝固时，将冒口中没有凝固的熔融金属向外排出。
在本发明中，可以浇铸没有形成收缩部分的铸件产品。可以减少凝固在冒口中的不用金属的体积，从而通过适当的装置(例如铣刀)可以容易地去除不用金属，工作效率可以提高。
如果将冒口中没有凝固的熔融金属从在型腔中凝固的浇铸产品上去除，则所述不用金属不会与浇铸产品结合在一起。在这种情况下，冒口中的熔融金属没有凝固，所以能够容易地从浇铸产品上去除。
由于可以减小冒口的体积，所以可以减小浇铸工作的能量消耗，生产成本也可以减小。
由于形成在型腔内表面上的脱氧化合物与熔融金属的氧化物膜接触，所以能够改善熔融金属的流动性，在没有涂覆润滑剂的情况下也能够用熔融金属良好地充满型腔。此外，即使熔融金属加压，型腔也不会损坏。耐用性可以改善，可以容易地进行维护，浇铸模具的寿命范围也可以延长。
附图简要说明下面通过实例并参照附图来描述本发明。
图1是本发明浇铸设备的第一个实例的说明图；图2是浇铸设备的浇铸模具的剖面图；图3是一个剖面图，示出了挤压冒口中熔融金属的一种方式；图4A和4B是浇铸产品的说明图，该产品是通过挤压冒口中的熔融金属浇铸的；图5A和5B是本发明第一个实例的浇铸模具和传统浇铸模具中的温度变化的图表；图6是浇铸模具另一实例的说明图；图7是浇铸模具另一实例的说明图；图8是本发明浇铸设备的第二个实例的说明图；图9是第二个实例浇铸设备的浇铸模具的剖面图；图10是浇铸模具的剖面图，其中一个插入板把上模具部分(upper diesection)分开；图11是一个具有一个斜销的浇铸模具的剖面图；图12是一个具有关闭装置的浇铸模具的剖面图；图13是一个具有一推杆(pusher)的浇铸模具的剖面图；图14是传统的浇铸模具的剖面图；图15是一个表示传统脱氧浇铸方法的说明图。
优选实例的详细描述下面将参照附图详细描述本发明的优选实例。
(第一个实例)第一实例的特点是通过挤压装置形成一个浇铸产品。
图1中示出了本实例的铸铝设备。
浇铸模具12具有一个熔融金属进口12a，熔融铝或铝合金从该进口12a浇入浇铸模具12中，以及一个与该进口12a连通的型腔12b。浇铸模具12由一个下模具部分14a和一个上模具部分14b构成。型腔12b的内表面露出模具部分14a和14b的金属。
浇铸模具12通过管道22与氮气钢瓶(nitrogen cylinder)连通。打开管道22的阀24，氮气可以通过一个气体进口12d引入到型腔12b中。通过引入氮气，在型腔12b中可以产生一个氮气气氛或一个基本上无氧的气氛。
氩气钢瓶(argon gas cylinder)19通过管道26与一个炉子28连通，所述炉子28产生一种金属气体(metallic gas)。通过打开管道26的阀30，可以将氩气引入炉子28中。炉子28由加热器32加热，炉子内的温度升到800℃或更高，以便使镁粉升华。通过使镁粉升华，可以产生一种镁气(金属气体的例子)。引入炉子28的氩气量可以通过阀30调整。
氩气钢瓶通过管道34与一个容器36相连，容器36中存储有镁粉，管道34具有一个阀33。容器36通过管道38与管道26相连。管道26和38的联结点位于阀30和炉子28之间。管道38上具有一个用于调节供应给炉子28中镁粉数量的阀40。炉子28通过管道42与浇铸模具12的金属气体进口12c相连通。炉子28所产生的金属气体通过进口12c被引入型腔12中。管道42上具有一个用于调节供应型腔12b金属气体数量的阀45。
浇铸模具12在图2中示出。浇铸模具12包括由金属制成的下模具部分14a和上模具部分14b；一个由陶瓷(例如硫酸钙)制成的适配器(adapter)18；以及一个由陶瓷制成并位于上模具部分14b和适配器18之间的插入板(Insertionplate)17。模具部分14a和14b、插入板17和适配器18可互相分离。可分离的模具部分14a和14b形成了型腔12b。
适配器18包括熔融金属进口12a，熔融铝或铝合金将从该进口12a浇入模具12中；熔融金属通道21；金属气体进口12c；以及金属气体通道23。插入板17包括一个与通道21连通的冒口16。冒口16的横截面积比通道21的横截面积大；冒口16的体积是型腔12b体积的5-10％。
在本实例中，插入板17插在上模具部分14b和适配器18之间，冒口16形成在插入板17中。对于这样的结构，构成冒口16的材料可以与构成上模具部分14b的材料不同，冒口16的热传导率可以低于上模具部分14b的热传导率，并且可减小冒口16的体积。尽管小的冒口16，但是其中的熔融金属也能够充满浇铸产品收缩部分(所述收缩部分是在熔融金属凝固时形成的)。也就是，冒口16的体积可以根据型腔12b中凝固金属体积缩减量来设计。对于小的冒口16，凝固在冒口16中且与浇铸产品连接的不用金属就少，所以可以容易地分离或从铸件上去除不用金属。
在适配器18、插入板17和上模具部分14b上形成许多通风孔25，以便从型腔12b中排出空气；在下模具部分14a上形成多个气体通道27，以便引入氮气，所述氮气是从气体进口12d供应的。每个通风孔25和气体通道27具有一个圆形的横截面形状。一个矩形细长件(未示出)插入每个通风孔25和气体通道27内，以便在其中形成相连通道。相连通道与型腔12b相连通。
在图1和2所示的浇铸模具12中，进口12a、通道21、进口12c、通道23以及通风孔25部分形成在适配器18和插入板17上。其布置可以根据型腔12b的形状、顶出浇铸产品的推杆的位置等来设计。
在本实例中，采用陶瓷适配器18，以便形成比模具部分14a和14b高的适配器18的热绝缘性(热绝缘能力)。因为插入板17和适配器18是用陶瓷制成的，其热绝缘性高于模具部分14a和14b金属的热绝缘性，因此冒口16中的冷却速度可以低于型腔中的冷却速度。因此，冒口16中的熔融金属可以可靠地补偿型腔12b中产品的收缩部分。
因为冒口16中的冷却速度低于型腔12b中的冷却速度，所以型腔12b中的熔融金属首先凝固和收缩，然后未凝固的冒口16中的熔融金属填充型腔12b中凝固金属的收缩部分。也就是，冒口16中的熔融金属可以可靠地补偿浇铸产品的收缩部分。
图5A和5B是本发明实例的浇铸模具和传统的浇铸模具中温度变化的图表。图5A示出了本实例的变化，在本实例中脱氧化合物与型腔12b中的熔融金属反应，以便去除形成在熔融金属表面上的氧化物膜；图5B示出了传统方法的变化。
在图5A和5B中，温度“A”是熔融金属浇入浇铸模具中的温度；温度“B”是熔融金属完全凝固的温度。在两个图表的阴影范围中，冒口中的熔融金属能够有效地补偿所浇铸产品的收缩部分。
图5A中所示的脱氧浇铸的阴影范围比图5B中所示的阴影范围大得多，因为本实例型腔12b中的熔融金属能在一个很短的时间内冷却至温度“B”。在本实例的脱氧浇铸中，熔融金属的流动性较高且能够充分地充满型腔，所以熔融金属能在很短的时间内凝固。
反之，在图5B所示的传统方法中，熔融金属的流动性低，所以它将花费长时间来充满型腔。此外，冒口的体积较大，以便在保持冒口中熔融金属的温度的情况下逐渐地将熔融金属补充给浇铸产品的收缩部分。因此，这将花费长时间来凝固熔融金属。而且冒口和型腔中的熔融金属之间的温度不同，所以冒口中的熔融金属不能有效地补充型腔。
在本实例的脱氧浇铸中，冒口16和型腔12b中的冷却速度之间的差别较大，因而冒口16中的熔融金属和型腔12b中的熔融金属可以具有足够的时间间隔来凝固。因此，虽然冒口16较小，但是冒口16中的熔融金属能有效地补充给型腔12b。
为了在足够时间间隔下凝固冒口16和型腔12b中的熔融金属，型腔12b中熔融金属的冷却速度是500℃/分钟或更高(优选700℃/分钟或更高)；冒口16中熔融金属的冷却速度小于500℃/分钟(优选300℃/分钟或更小)。如果冒口16和型腔12b中的冷却速度之间的差异为200℃/分钟或更大，则熔融金属就能够有效地补充型腔。
因为插入板17和适配器18是用陶瓷制成的，其热绝缘性高于金属的热绝缘性，因此能有效地增大冒口16和型腔12b之间冷却速度的差异，所以熔融金属能够有效地补充给型腔。
在本实例中，型腔12b和冒口16是由不同的材料制成的，其热绝缘性也不同，以便形成冷却速度差异。为了形成冷却速度差异，可以将热绝缘润滑剂(例如含润滑剂的陶瓷)涂覆到冒口16的内表面上。
在用图1所示的浇铸设备10浇铸铝的情况下，首先打开阀24以将氮气从氮气钢瓶20通过管道22引入浇铸模具12的型腔12b中。通过引入氮气，可以清除型腔12b中的空气。型腔12b中的空气通过浇铸模具12中的通风孔25排出，从而在型腔12b中产生一种氮气气氛或一种基本上无氧的气氛。然后关闭阀24。
在清除型腔12b中空气的同时，打开阀30将氩气从氩气钢瓶19引入炉子28，从而在炉子28中产生一个无氧的气氛。
接着，关闭阀30，打开阀40，以便将储存在容器36中的镁粉通过氩气气压供应给炉子28。炉子28已经由加热器32加热到800℃或更高以便使镁粉升华。因此，所供应的镁粉升华产生镁气。
然后，关闭阀40，打开阀30和45以将作为金属气体的镁气与作为载体气体的氩气一起通过进口12c引入型腔12b中。注意，适当调节氩气的压力和数量。
在将镁气引入型腔12b之后，关闭阀45，打开阀24，将氮气通过气体进口12d和通道27引入型腔12b中。通过将氮气引入浇铸模具12中，作为金属气体的镁气与作为活性气体的氮气反应，生成了氮化镁化合物(Mg3N2)，该化合物是脱氧化合物的一个实例。氮化镁化合物以粉末形式沉淀在型腔12b的内表面上。
当氮气被引入型腔12b时，适当调节氮气的压力和数量。为了使氮气与镁气容易反应，可以预热氮气以便保持浇铸模具12的温度。反应时间可以是5-90秒，优选15-60秒。如果反应时间为90秒或更长，则浇铸模具12将逐渐冷却，所以反应效率也变得较低。
在氮化镁化合物沉淀在型腔12b内表面上的状态下，将熔融金属(铝)通过进口12a、通道21和冒口16浇入型腔12b中。连续浇入熔融金属直至型腔12b、冒口16以及进口12a充满熔融金属。
通过浇入熔融铝，熔融铝与型腔12b内表面上的氮化镁化合物接触，从而使氮化镁化合物去除熔融铝的氧化物膜中的氧。通过去除氧，熔融铝的表面被脱氧，其表面变成纯净的铝表面。
此外，留在型腔12b中的氧与氮化镁化合物反应，变成了氧化镁或氢氧化镁并包含在熔融金属中。氧化镁或氢氧化镁的数量很小，所以它不会严重地影响铝产品。
在脱氧浇铸中，氮化镁化合物将氧从形成在熔融铝表面上的氧化物膜中去除，以便浇铸没有氧化物膜的纯净熔融铝的产品。因此，可以减小熔融金属的表面张力，可以改善熔融金属的湿润度和流动性。浇铸产品的表面可以非常平滑而没有浇铸褶皱。
在本实例中，脱氧化合物是通过将金属气体和活性气体引入型腔12b内而沉淀在型腔12b中的。脱氧化合物也可以通过其他方式提供。例如，首先将型腔12b中的空气清除以在其中产生一种无氧气氛，随后通过一种非氧化性气体(如氩气)将预先在型腔12b外制得的脱氧剂引入型腔12b中。
型腔12b和冒口16中的熔融金属冷却并凝固。在本实例中，如上所述，构成冒口16的材料的热绝缘性高于构成型腔12b的材料的热绝缘性，且型腔12b中的冷却速度大于冒口16中的冷却速度，以便有效地将熔融金属从冒口16补充给型腔12b。也就是，当型腔12b中的熔融金属凝固时，型腔12b中凝固金属的收缩部分填充冒口16中未凝固的熔融金属，所以可以浇铸没有收缩部分的优良产品。
在本实例的浇铸设备中，在型腔12b和冒口16中的熔融铝凝固之后，使适配器18与插入板17分离。随后，残留在冒口16中的铝通过一个挤压装置(例如一个活塞50)压向型腔12b。通过挤压铝，就没有铝残留在浇口(gate)中(冒口16和型腔12b之间的连接部分)。
在图3中，适配器18已拆去，活塞50插入冒口16中以挤压残留在冒口16中的金属。活塞50的外径几乎等于冒口16的内径，所以活塞50能够挤压并使残留在冒口16中的金属移向型腔12b中的浇铸产品。
下面参照图4A和4B说明将熔融金属压向型腔12b的活塞50的作用。在图4A中，在没有使用活塞50的情况下浇铸出产品60，一个凹口62a形成于残留在冒口16的金属62上，该凹口62a是当熔融金属凝固和收缩时形成的。
与之相反，在图4B中，残留在冒口16中的金属由活塞50挤压，从而残留的金属被压进产品60中，从而当熔融金属凝固时在型腔12b中形成的收缩部分消失，产品60的轮廓符合所需产品的轮廓。即使挤压残留在冒口16中的金属，金属64也会留下一点，但它可以容易地去除。与冒口中留下一大块金属的传统方法不同，本发明的金属64可以容易地去除，可以提高工作效率并减小能耗。
在金属64完全凝固之前，挤压残留在冒口16中的金属64。也就是，活塞50挤压仍然有流动性的金属64。因此，活塞50是用适当的材料制成的或涂覆有适当的材料，所述材料(例如陶瓷)的热绝缘性高于金属的热绝缘性。此外，如图4B所示，活塞50下端的中心可以突出。凝固金属的收缩从中心部分开始，所以活塞50的突出端可以有效地将挤压力施加给残留在冒口16中金属的整个表面上。因此，可以有效地消除收缩。
在脱氧浇铸中，冒口16中的熔融金属能有效地工作，所以冒口16的体积可以比传统冒口的体积小。然而，如图4A所示，如果冒口16小的话，则金属的收缩将严重地影响产品60。为了解决这个问题，挤压装置(例如活塞50)挤压残留在冒口16中的金属以充满产品60的收缩部分。也就是，小冒口的缺点可以通过挤压装置来解决。注意，冒口16的体积可以根据挤压装置的尺寸和收缩部分的估计体积来设计。
此外，冒口16的开口部分也可以由一个具有高热绝缘性的关闭部件来关闭，以便保持残留在冒口16中熔融金属的流动性。通过保持熔融金属的流动性，可以防止形成收缩部分。
通过使用作为挤压装置的活塞50，可以挤压留在冒口16中的金属并使之移向型腔12b，所以产品60的收缩可以补充，产品60的轮廓可以符合所需产品的轮廓。
在图6和7所示的实例中，使用压缩空气作为挤压手段。在图6中，形成在适配器18中的冒口16与氮气钢瓶20相连通。在熔融金属注入冒口16之后，冒口16的开口部分由盖子16a关闭，随后将氮气从氮气钢瓶20引入冒口16中，以便用气体压力挤压熔融金属。由于加压的氮气挤压冒口16中的熔融金属，所以熔融金属向型腔12b移动，与前面的实例一样充满产品的收缩部分。因此，产品的轮廓可以符合所需产品的轮廓。
在图7中，适配器18位于浇铸模具12的下部，一个用于存储熔融金属的容器11位于适配器18的下方。与型腔12b连通的冒口16位于适配器18中。一个连通管18a向下延伸到容器11的底部内表面，该连通管18a与冒口16连通。容器11与氩气钢瓶19连通。将氩气引入储存有熔融金属的容器11中，以便用气压挤压熔融金属。通过挤压熔融金属，熔融金属通过连通管18a和冒口16向上移动进入型腔12b中。在本实例中，型腔12b充满由氩气压入的熔融金属，所以熔融金属可以在型腔12b中凝固而不形成收缩部分。
在图6和7所示的浇铸设备中，可以将氮化镁化合物(它是脱氧化合物的例子)引入型腔12b或沉淀在型腔12b中，以便进行脱氧浇铸。与前面的例子一样，型腔12b中的冷却速度大于冒口16中的冷却速度。因此，熔融金属可以可靠地从冒口16补充给型腔12b。在图7所示的实例中，熔融金属通过冒口16充满型腔12b。当型腔12b中的熔融金属凝固时，氩气的加压停止，以便使得冒口16中不用的熔融金属返回容器11中。
通过使用气体作为挤压手段(见图6和7)，可以连续进行用熔融金属充填型腔12b的步骤和挤压冒口16中金属的步骤。使用气体的方法的工作效率高于使用活塞50的方法的效率。
在脱氧浇铸中，使用了氩气和氮气，所述气体可容易用作挤压手段。注意，所述气体并不局限于氩气和氮气，也可以使用其它气体(例如压缩空气)。最好使用几乎不与熔融金属反应的非氧化性气体。
(第二个实例)第二个实例的特点是通过去除冒口中的熔融金属形成浇铸产品。
第二个实例的浇铸设备10在图8中示出。在图8中，图1所示出的部件用相同的标号，并且略去说明。
浇铸设备10的浇铸模具12在图9中示出。浇铸模具12包括用金属制成的下模具部分14a和上模具部分14b；用陶瓷(例如硫酸钙)制成的适配器18；以及用陶瓷制成的并位于上模具部分14b和适配器18之间的插入板17。模具部分14a和14b、插入板17以及适配器18互相支撑。可分开的模具部分14a和14b构成了型腔12b。
适配器18包括熔融金属进口12a，熔融铝或铝合金将从该进口12a注入模具12；熔融金属通道21；金属气体进口12c；以及金属气体通道23。插入板17包括与通道21连通的冒口16。冒口16的横截面积比通道21的横截面积大；冒口16的体积是型腔12b体积的5-10％。
在本实例中，插入板17插在上模具部分14b和适配器18之间，冒口16形成在插入板17中。对于这样的结构，构成冒口16的材料可以与构成上模具部分14b的材料不同，冒口16的热传导率可低于上模具部分14b的热传导率，可减小冒口16的体积。尽管冒口16小，但是其中的熔融金属能够充满浇铸产品的收缩部分，该收缩部分是在熔融金属凝固时形成的。也就是，冒口16的体积大大小于传统浇铸设备的冒口体积。由于插入板17和适配器17是用陶瓷制成的，所以部件17和18的热绝缘性均高于模具部分14a和14b的热绝缘性。对于这样的结构，冒口16中熔融金属的凝固时间比型腔12b中熔融金属的凝固时间长。
在图9中，夹持器(clamper)70夹住模具部分14a和14b。一个驱动杆72挤压夹持器70，驱动单元74驱动夹持器70。杆72由一个适当的机构(例如马达)驱动，以便在水平方向上移动夹持器70；驱动单元74在垂直方向上移动夹持器70。标号76表示一个臂状物。在图9中，夹持器70已经向右和向下移动，从而使模具部分14a和14b啮合，插入板17和适配器18装配在一起。型腔12b形成在模具部分14a和14b之间。型腔12b和进口12a由冒口16和通道21连通；型腔12b和进口12c由冒口16和通道23连通。在图9所示的状态下，将熔融金属注入型腔12b中，以浇铸产品。
与图1所示的第一个实例一样，脱氧浇铸在图9所示的浇铸设备10中进行。也就是，通过引入氮气清除型腔12b中的空气，以便在其中产生无氧气氛。随后通过进口12c将镁气与作为载体气体的氩气一起引入型腔12b中。紧接着，通过气体进口12d将氮气引入型腔12b中。通过将氮气引入浇铸模具12中，镁气与氮气反应，从而使氮化镁(Mg3N2)化合物以粉末形式沉淀在型腔12b的内表面上。
在氮化镁化合物沉淀在型腔12b的内表面的状态下，通过进口12a、通道21和冒口16将熔融金属(铝)注入型腔12b中。
通过注入熔融铝，熔融铝与型腔12b内表面上的氮化镁化合物接触，从而用氮化镁化合物除去熔融铝的氧化物膜中的氧。通过去除氧，熔融铝的表面被脱氧，其表面变为纯净的铝表面。
由于插入板17和适配器18是用陶瓷制成的，所以部件17和18的热绝缘性均高于模具部分14a和14b的热绝缘性。也就是，冒口16中熔融金属的冷却速度低于型腔12b中的冷却速度。因此，型腔12b中的熔融金属首先凝固，然后冒口16中的熔融金属凝固；冒口16中的熔融金属可以可靠地补充给型腔12b中产品的收缩部分。通过采用陶瓷板17和陶瓷适配器18(其热绝缘性高于模具部分14a和14b的金属的热绝缘性)，冒口16和型腔12b之间冷却速度的差额可以变大，所以冒口16中的熔融金属可以有效地补充给型腔12b。
在本实施例中，浇铸模具12可以分成两个部分包括型腔12b的型腔部分和包括冒口16的冒口部分。当型腔12b中的熔融金属凝固而冒口16中的熔融金属没有凝固时，将浇铸模具12分开或分离。通过分开浇铸模具12，残留在冒口16中的金属可以可靠地从型腔12b中的浇铸产品上去除。
在图10中，型腔12b中充满凝固的金属，冒口16中的金属是半凝固的。插入板17和适配器18与上模具部分14b分开。当浇铸模具12打开时，首先将夹持器70向上移动，以便将插入板17和适配器18从上模具部分14b分离，然后夹持器70向左移动，以便打开模具部分14a和14b。
如图10所示，通过将插入板17和适配器18从上模具部分14b上分离，可以从浇铸产品上去除残留在冒口16中的金属。此时，型腔12b中的金属已经完全凝固，但冒口16中的金属是半凝固的，所以当打开浇铸模具12时，可以容易地分离或去除残留在冒口16中的金属。
在本实例中，冒口16和型腔12b中冷却速度的差异很大，所以残留在冒口16中半凝固的金属可从完全凝固的浇铸产品上去除。因为残留在冒口16中的金属是半凝固的，所以能够容易地去除。
注意，残留在冒口16中的金属可以用其他方法去除。
在图11所示的实例中，插入板17和适配器18与可分开的模具14分离。插入板17具有一个斜销17a。当插入板17相对于模具14滑动时，插入板17与模具14分离。一个插入模具部分14c插入型腔12b中。多个模具部分构成了模具14。由于当可分开的模具14打开时，插入板17和适配器18是分离的，所以残留在冒口16中的金属可以从浇铸产品上去除。
在图12所示的实例中，冒口16中没有凝固的熔融金属排出到浇铸模具12的外部。在熔融金属排出时，型腔12b中的金属已经完全凝固。侧道81形成在插入板17上，所述侧道81将冒口16和浇铸模具12的外表面连通。一个关闭部件80滑动地位于侧道81中，该关闭部件能够关闭和打开侧道81。排出到外部的熔融金属由容器82接收。
图12示出了产品浇铸时的状态。也就是，侧道81由关闭部件80所关闭。熔融金属注入型腔12b和冒口16中。当型腔12b中的熔融金属凝固时，关闭部件80从侧道81移开，以便将冒口16中的熔融金属通过侧道81排到容器82中。在冒口16和型腔12b之间的冷却速度差异很大以及熔融金属的流动性高的情况下，图12中所示的浇铸模具12是有效的。
在图13所示的实例中，冒口16中的金属由推杆(pusher)90推出或顶出。通过推出金属，残留在冒口16中的金属可以从型腔12b中的浇铸产品上去除。一个滑动部件92水平移动横过型腔12b的浇口。该滑动部件92由推杆90移动。
图13示出了产品浇铸时的状态。熔融金属注入型腔12b和冒口16中。当型腔12b中的熔融金属凝固而冒口16中的熔融金属没有凝固时，用推杆90将滑动部件92从第一位置移动到第二位置，在第一位置滑动部件92打开型腔12b的浇口，在第二位置滑动部件92关闭型腔12b的浇口。用这样的操作，残留在冒口16中的金属可以从浇铸产品上去除。
当滑动部件92到达第二位置时，浇铸模具打开，可以取出已经将残留在冒口16中不用的金属去除的浇铸产品。注意，推杆90可以将滑动部件92移动到第三位置，在该位置可以取出不用的金属。在图13中，滑动部件92的厚度等于冒口16的高度，但是滑动部件92的厚度可以比冒口16的厚度薄。在任何情况下，滑动部件92均移动穿过将冒口16与型腔12b连通的浇口。
在图13所示的实例中，可在型腔12b的浇口处从浇铸产品上机械去除残留在冒口16中的金属，所以即使冒口16中的金属是半凝固的，冒口16中的金属也可以可靠地从浇铸产品上去除。
在本发明的脱氧浇铸中，当型腔中的金属凝固(处于固相)时，将残留在冒口中没有凝固(处于液相)的金属去除或排出。使用该方法，冒口中的熔融或凝固的金属均可以容易和可靠地去除。从产品上去除不用金属的步骤可以省略或容易进行，所以可以提高工作效率。
在本发明中，残留在冒口中的不用金属在其完全凝固之前去除，所以能够容易去除之。而且，用于将不用金属熔化以重复使用的能耗也可以减小。
在上述实例中，熔融铝或铝合金用作熔融金属。熔融金属并不局限于实例中所述的熔融金属。铁、镁、镁合金等均可以应用于本发明。
在不脱离本发明的精神和基本特征的情况下，本发明可以具体化为其他具体的形式。因此本发明的实例可以认为在所有方面均是说明性和没有限制性的，由附加的权利要求所表明的本发明范围胜于上述说明书的范围，因此在其内涵和权利要求等效范围之内的所有变化均包含在其所要求保护的范围之中。
权利要求
1.一种脱氧浇铸方法，它包括如下步骤将熔融金属浇入浇铸模具的型腔内，该浇铸模具包括位于熔融金属进口和型腔之间的冒口；和使一种脱氧化合物与该熔融金属反应，以便使形成在该熔融金属表面上的氧化物膜脱氧；其特征在于所述冒口中熔融金属的冷却速度比所述型腔中的冷却速度低，以及当型腔中的熔融金属凝固时，处理冒口中没有凝固的熔融金属，以使得浇铸产品的轮廓符合所需产品的轮廓。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于冒口中没有凝固的熔融金属被压向型腔，以使得浇铸产品的轮廓符合所需产品的轮廓。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将冒口中没有凝固的熔融金属从凝固在型腔中的浇铸产品上去除。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于浇铸模具的型腔构成部件可与浇铸模具的冒口构成部件分离，以及在冒口中熔融金属没有凝固时，将其中熔融金属已经凝固的浇铸模具的型腔构成部件与浇铸模具的构冒口成部件分离。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述冒口具有用于排出熔融金属的装置，以及当型腔中的熔融金属凝固时，将冒口中没有凝固的熔融金属排出到型腔的外部。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述熔融金属是熔融铝或熔融铝合金，以及使用氮化镁化合物作为脱氧剂，所述氮化镁化合物是通过将镁气和氮气引入浇铸模具中形成的。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述熔融金属是熔融铝或铝合金，以及将氮化镁化合物作为脱氧剂引入所述浇铸模具中，所述氮化镁化合物是通过镁气与氮气反应而形成的。
8.一种脱氧浇铸设备，在其中脱氧化合物与熔融金属反应，以使得形成在该熔融金属表面上的氧化物膜脱氧，它包括一个具有一熔融金属进口，一个型腔，以及一个位于所述熔融金属进口和所述型腔之间的冒口的浇铸模具，熔融金属从所述熔融金属进口注入所述型腔，冒口中熔融金属的冷却速度低于型腔中熔融金属的冷却速度，其特征在于，当型腔中的熔融金属凝固时，用于将冒口中没有凝固的熔融金属向型腔挤压的装置，以使得浇铸产品的轮廓符合所需产品的轮廓。
9.根据权利要求8所述的脱氧浇铸设备，其特征在于所述挤压装置的热绝缘性高于所述浇铸模具的热绝缘性。
10.根据权利要求8所述的脱氧浇铸设备，其特征在于所述挤压装置是压缩空气。
11.根据权利要求10所述的脱氧浇铸设备，其特征在于所述压缩空气是一种用于将脱氧化合物引入型腔的非氧化性气体、一种用于在型腔中生成脱氧化合物的金属气体、或一种在型腔中与所述金属气体反应的活性气体。
12.一种脱氧浇铸设备，在其中一种脱氧化合物与熔融金属反应，以使得形成在该熔融金属表面上的氧化物膜脱氧，它包括一个具有一熔融金属进口，一个型腔，和一个位于所述熔融金属进口和所述型腔之间的冒口的浇铸模具，熔融金属从所述熔融金属进口注入所述型腔，冒口中熔融金属的冷却速度低于型腔中熔融金属的冷却速度，其特征在于，浇铸模具的型腔构成部件可以与浇铸模具的冒口构成部件分开，并且在冒口中的熔融金属没有凝固的同时，将其中熔融金属已经凝固的型腔构成部件与冒口构成部件相分离。
13.一种脱氧浇铸设备，在其中一种脱氧化合物与熔融金属反应，以便使形成在熔融金属表面上的氧化物膜脱氧，它包括一个具有一熔融金属进口，一个型腔，以及一个位于所述熔融金属进口和所述型腔之间的冒口的浇铸模具，熔融金属从所述熔融金属进口注入所述型腔，冒口中熔融金属的冷却速度低于型腔中熔融金属的冷却速度，其特征在于，冒口带有用于排出熔融金属的装置，当型腔中的熔融金属凝固时，将冒口中没有凝固的熔融金属排出到外部。
14.根据权利要求8所述的脱氧浇铸设备，其特征在于所述冒口的热绝缘性高于型腔的热绝缘性。
15.根据权利要求8所述的脱氧浇铸设备，其特征在于，冒口的内表面上涂覆有热绝缘润滑剂，而型腔的内表面上未涂覆有热绝缘润滑剂。
全文摘要
在脱氧浇铸方法中，残留在冒口中的不用金属可以容易地从浇铸产品上去除，或者残留在冒口中的熔融金属可以容易地从浇铸产品上去除，以便容易地完成浇铸产品。该方法包含如下步骤将一种熔融金属浇入一浇铸模具的型腔内；和使一种脱氧化合物与该熔融金属反应，以便使形成在该熔融金属表面上的氧化膜脱氧。其特征在于，冒口中熔融金属的冷却速度低于型腔中的冷却速度，以及当型腔中的熔融金属凝固时，处理没有凝固的冒口中的熔融金属，以使得浇铸产品的轮廓符合所需产品的轮廓。
文档编号B22D27/18GK1397393SQ0212823
公开日2003年2月19日 申请日期2002年3月15日 优先权日2001年3月15日
发明者伴惠介, 荻原晃一, 中谷朔三, 春原昭 申请人:日信工业株式会社