专利名称：用磁力驱动阀防止熔融金属溢出的反重力铸造设备和方法
技术领域：
本发明与差压或反重力铸造设备和方法有关，具体地说，通过把磁力驱动的阀放在反重力铸造模的入口通道处，以防止当熔融金属充满铸模后，模与下面金属熔池脱离时，熔融金属从铸模中流出。
1986年5月20日公布的Chandley等美国第4，589，466号专利说明了熔融金属差压或反重力铸造，其中能透气的铸模包括可弯曲的金属浇注管，它与冒口通道下端密封连结，适合浸入到下面的金属熔池，以向铸模中各型腔浇注。一旦通过反重力铸造使熔融金属从下面金属熔池充满型腔后，金属浇注管浸在熔池时就弯曲闭合，以防止浇注管从熔池移开后熔融金属流出。在浇注管弯曲部分上面、型腔、中间冒口通道和每个型腔内浇口里的熔融金属都固化。在铸造高熔点金属而使用金属的弯曲浇注管时，其可靠性并不令人满意，因为即使浇注管涂有陶瓷保护层，有时也可能被灼热的金属熔化而穿孔。所以金属浇注管的应用只能限于这类金属，即它可以进行反重力铸造，但金属处于熔化状态的时间内不会熔穿浇注管。还有应用液压缸驱动的弯曲部件和连接件使浇注管弯曲，使得铸造设备的操作更加复杂。另外弯曲的浇注管不能重复使用，使用后必须抛弃，因此增加了铸造成本。
本发明的目的是提供改良的经济的差压或反重力铸造设备和方法，它使用与铸模相连的磁力驱动阀，以防止当熔融金属充满铸模后，模与下面金属熔池脱离时，熔融金属从铸模中溢出。
本发明的另一个目的是提供改良的经济的差压式反重力铸造设备和方法，通过使用这样的磁力驱动阀以便能铸造各种高熔点的金属。
本发明还有一个目的是提供改良的经济的差压式反重力铸造设备和方法，通过使用这样的磁力驱动阀以有利于铸造之前从模中移除模型材料，如蜡，并有利于熔融金属充满模型。
本发明提代一种差压或反重力铸造设备，它包括一铸模，该铸模具有接受熔融金属的型腔，还包括一下端开口的入口通道，允许熔融金属从下面金属熔池中注入型腔。一个磁力驱动阀放置在入口通道中，它可在开启位置或闭合位置，在开位时使下开口端浸入到金属熔池中并建立起负差压，将熔融金属通过入口通道向上吸入到型腔中，在闭位时防止型腔充满熔融金属后熔融金属从型腔中溢出。装设磁力产生机构以使阀受到磁力而把阀闭合，以防止当下开口端从金属熔池中移开时熔融金属从充满金属的型腔中流出。
在本发明的一个实施方案中，使阀受到磁力的包含一个或几个永久磁铁的磁力机构，放置在阀下面的入口通道周围。
在本发明的另一个实施方案中，使阀受到磁力的包含一个电磁装置的磁力机构，放置在阀下面的入口通道周围。
最好，使阀受到磁力的机构放在阀的下面铸模的外部，围绕悬挂的浇注管或确定铸模入口通道的浇口。
阀机构最好包含一磁敏感的球阀，能放在入口通道的阀座中，并能在闭位和开位之间移动。
本发明还提出一种反重力铸造的方法，它包括(a)提供有型腔的铸模，和带有适合浸入下面熔融金属池下端开口的入口通道，(b)相对移动铸模和熔池使得下开口端浸入到熔池中，(c)在型腔和熔池之间加上差压，使得熔融金属向上通过入口通道进入到上面的型腔。并充满它，还包括熔融金属向上流动时打开放在入口通道里的磁力驱动阀，(d)对打开的阀加上磁力使阀闭合，从而阀防止熔融金属从充满金属的型腔中溢出，和(e)相对移动铸模和熔池，使入口通道的下开口端移出熔池，同时关闭阀，最好用磁力把阀关闭。
从下面按附图进行的详细说明中将会清楚看到本发明的其他特征和优点。
图1是按照本发明，实践本发明方法和差压或反重力铸造设备的示意纵向剖视图。
图2是磁力驱动阀局部放大的纵向剖视图，图3是按图1中3-3线取的铸造设备局部视图，图4是本发明铸造设备另一实施方案局部放大纵向剖视图。
参看图1-3，铸造设备10包括由两部件构成的铸造室12安装在垂直可移动的支持臂14上。铸造室12包括上壳体12a，它有导管12b与差压设备16，即与真空泵相通，还包括下壳体12c，支持多孔能透气的铸模20，图中所示的是陶瓷壳模，虽然本发明并无此限制，在此只是为了说明方便。能透气的铸模20包括一主型腔21，它有纵向的冒口通道22与上面许多器件形状的型腔24相通，它通过各自侧向的内浇口通道26与各型腔连通。器件形状型腔24按要铸造的器件形状成形。
能透气的铸模20包括一个环形的陶瓷模颈圈28埋设在铸模的下开口端。陶瓷模颈圈28从模底22a向下伸向支持铸模的铸造室12的下壳体12c的中心开孔12d。模颈圈28包括中心通道28a(图2)和沿园周分布相互有间隔的熔融金属入口槽或通道28b，以与垂直的冒口通道22和内浇口通道26配合，从而为各型腔24供应熔融金属。模颈圈28沿园周分布、空间上相互间隔的肋将入口槽或通道分28b割开。模颈圈28也可作为铸模20的一部分成形。
铸模20还包括细长的陶瓷浇注管50，它确定纵向的熔融金属入口通道52，并有下开口端52a。铸模浇注管50包括扩大的锥体形上端50a，它与铸模颈圈28通过共形密封29相连，即把型芯浆(树脂和陶瓷粉的混合物)放在啮合的颈圈和浇注管的锥体形表面28c和50c之间使之密封连结。图1中清楚显示，细长的陶瓷浇注管50悬挂在模颈圈28上，伸向下面在坩锅或其他容器熔融金属62形成的金属熔池60。
如图1所示，磁响应的或磁敏感的磁力驱动阀机构70以除有陶瓷膜的、对磁力敏感的球阀形式放置在模颈圈28中，使它在开位(图1中实线所示)和下面的闭位(图1中虚线所示)间移动。球阀最好由低碳钢球带有绝热良好的多孔陶瓷涂层(即ZrO2)构成，涂层可由酸性的陶瓷浆与钢球表面反应生成。模颈圈28上的肋28e的上肩28b限制球阀机构70的开位。使肩28b和阀机构70之间的接触面积最小，以防止金属凝固将阀70机构保持在上面的位置(开位)。如下面将要解释的那样，当熔融金属向上流过入口通道52去充满各型腔24时，球阀机构70移到开位，压到肩28b上。如图所示，在浇注管50的入口通道52中形成的环形阀座50b构成球阀机构70的闭合位置。
陶瓷浇注管的锥体形上端50a与室12的底壁12c密封连接，通过在它们之间放入环形、无磁的不锈钢衬垫33使之密封啮合。典型的形式是最好在上端50a和密封衬垫33之间放入夹有纤维的耐火密封垫圈(未显示)。
磁装置80包围着阀座50b和球阀机构70下面的铸模浇注管50，由环形的无磁不锈钢壳体82和放在壳体内的一组(4)稀土永久磁铁84组成。图3中清楚显示，在壳体82中磁铁84以园周形排列的方式围绕浇注管50，对球阀机构70加上向下朝向阀座50b的磁力，这将在下面进行解释，壳体82支持在支持柄86上，它可拆卸地固定在铸造室的底壁12c上，如图1，从而当室移向熔池62使浇注管50的下开口端浸入熔池中时，磁装置80与铸造室12一起移动。磁装置80由放在磁装置80和熔池62之间的环形陶瓷纤维绝热板90保护，使之与熔池60的热量隔离。典型的形式是绝热板90固定在磁装置80壳体82的底部。
将支持臂14上的铸造室12和支持在它中间的铸模20一起向金属熔池60降低，使陶瓷的浇注管50的下开口端52a浸入到熔融金属62中，如图1。用适当的驱动器63，如液压、气动、电的或其他的类型的驱动器，降低支持臂。在浇注管50浸入到熔融金属之后，由差压设备16(真空泵)通过导管12b对铸造室12抽真空。如果需要，可在浇注管50浸入到熔池60中之前对室12抽真空，也可在其后。对铸造室12抽真空，通过多孔能透气的铸模20使得在各型腔24中形成真空，从而在铸模20和金属熔池60之间造成差压，使熔融金属62向上流动，通过浇注管50，冒口通道22，侧向内浇注口26充满各个型腔24。
在以这种方式注满各个型腔24的时候，浇注管50内熔融金属向上流动将球阀机构70推到颈圈28的肩28b附近，从而把球阀机构70移到开位，对抗磁铁84加到球阀机构70上的磁力。一旦各型腔24充满之后熔融金属便停止向上流动，磁铁84的磁力就使对磁敏感的球阀机构70向下移动到下面的闭合位置，与阀座50b密封。在这闭合位置，球阀机构70防止当浇注管50的下开口端52a从熔池62内移开之后上面的熔融金属从冒口通22，各型腔24和上面的各个侧向通道中溢出。选择磁铁84对球阀机构70所加的磁力，在下开口端52a从池中移开时，保证球阀机构70与阀座50b确实能对熔融金属密封。例如在钢水浇入铸模20之后，用3000克的磁力使重254克涂有氧化铣的低碳钢球阀机构70回到阀座50b上。一旦球阀机构70达到闭位置，就可切断室12的真空，使之恢复大气压力。然后用驱动器63提起支持臂14，也就提起铸造室12和其中充满熔融金属的铸模20，使之离开金属熔池有足够的距离，以让浇注管50的下开口端52a离开熔融金属62。在浇注管50离开金属熔池60之后，磁铁84使球阀机构70坐在阀座50b上，防止上面铸模20中熔融金属因重力作用向下流出，而下面浇注管50内的熔融金属则流回池62中。
在切断铸造室12中的真空和把浇注管50拔出熔池62后，就可从铸造室12中取出充满金属的铸模20和浇注管50，从而可将铸造室用于下一个铸模20的铸造。将室的上半部12f与下半部12g在突缘12h的密封啮合脱开，然后从下半部12g内提出充满金属的铸模20和浇注管50，就使充满金属的铸模20和浇注管50离开铸造室12。充满金属的铸模20可以放在沙床上或其他的支持物上，以让熔融金属在常压下固化。接着可把磁装置80从铸造室12的底壁12c移去，以让永久磁铁84冷却，使其保持原有的磁场强度。
图4显示本发明的另一个实施方案，其中与图1-3相同的部件仍采用原来参考数字。图4的实施方案与图1-3的实施方案不同之处在于用电磁装置100′代替图1-3的永久磁铁装置80。电磁装置100′包括导磁钢壳体102′和放在壳体内的环形线圈104′(例如一百匝的线圈)。线圈104′包插电源接线106′，以与适当的电源(未显示)连接使线圈104带电。用壳体102′中的陶瓷纤维绝热体110′和钢隔离板112′使线圈104′与浇注管50′中熔融金属的热量隔离。将陶瓷纤维绝热体/辐射屏蔽体114′放在壳体102′的底部，以隔离从下面熔池62中来的热量。
在图4的实施方案中，当浇注管50′浸没在62′中，室12′抽真空，熔融金属反重力浇注铸模20′时，线圈104′并没有通电。在浇注管50′内熔融金属上升将球阀机构70′推到开位，如图4中虚线所示。但是当型腔(未显示)充满熔融金属时，就马上让线圈104′通电，使磁响应球阀机构70′受到足够的磁力，将它移动到闭合位置与阀座50b牢固啮合，如图4中实线所示。对球阀机构70′所加的向下力的大小可随供给电磁装置100′的线圈104′的电功率变化而变化。
在图1-4的各实施方案中，选择颈圈28(28′)中的槽28b(28b′)和浇注管50(50′)的通道52(52′)的流通截面积，使得熔融金属能很快充满各型腔24，并且也有利于在浇铸金属之前，移除铸模20′中型芯材料，如蜡等。
使用陶瓷浇注管50(50′)和涂陶瓷的球阀70机构(70′)能比上面提及的美国专利第4，589，466号中采用可弯曲的金属浇注管的设备，铸造熔点更高的金属。
此外，使用磁力驱动阀机构70(70′)配合磁装置80(100′)比美国专利第4，589，466号用可弯曲的金属浇注管和附加的弯曲设备，在防止熔融金属溢出铸模方面提供更加简单、易于操作的技术。
虽然本发明已按熔膜铸造所使用熔蜡壳模20进行了说明，但熟悉本工艺的人将能理解本发明并不仅局限于此，也可使用其他类型的反重力铸模，如粘结沙模，非粘着沙模等等，在型腔在充满金属之后，铸模的入口通道脱离下面的金属熔池时防止熔融金属溢出。熟悉本工艺的人也能理解熔融金属通道52可以是图1-4显示的这类浇注管(即50)。另一种途径，熔融金属入口通道(浇口)也可在铸模内部与铸模成一整体形成，以便使铸模的底部与型腔相通，模底适合浸入到下面熔融的金属池中，例如，象美国专利第4，340，108号和第4，606，396号那样。
本发明已经按特殊的实施方案进行了描述，但并不局限于此，应按附后的权利要求书中提出的范围来限定。
权利要求
1.用磁力驱动阀防止熔融金属溢出的反重力铸造装置，其特征包括(a)模型，它具有接受熔融金属的型腔和熔融金属的入口通道机构，该通道有开口端以允许熔融金属从下面的金属熔池进入型腔，(b)放在入口通道机构内的磁响应的磁力驱动阀机构，它在开启位置时，可以使下开口端浸在熔融的金属熔池中，建立起负压使熔融的金属通过入口通道机构，向上吸入到型腔中，它在闭合位置时，在熔融金属充满型腔之后防止熔融金属从型腔中流出，和(c)使阀受到磁力从而将阀闭合的机构，在下开口端从熔池中移开之后，防止熔融金属从充满金属的型腔中溢出。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是阀机构具有对磁敏感的材料制成的阀。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是阀是钢球阀，并有陶瓷的保护涂层。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征是阀是钢球阀，并有氧化锆涂层。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征是阀是钢球阀，并带有绝热、多孔的陶瓷层，涂层是由酸性的陶瓷浆与钢球阀的表面进行化学反应而生成。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征是阀座放在入口通道内，当阀处于闭合位置时，将入口通道密封。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征是制动机构放在入口通道内的阀座上，以限制阀在开口位时的向上运动。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征是阀制动机构和阀之间的接触面积是这样选择，以防止固化的金属把阀固定在上限的位置。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征是使阀受到磁力的机构围绕在入口通道周围。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征是使阀受到磁力的机构放置在阀的下面。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征是使阀受到磁力的机构放置在铸模的外面。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征是使阀受磁力的机构放置在悬挂铸模的浇注管周围。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征是绝热机构放置在该机构和下面的金属熔池之间。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征是绝热机构放置在浇注管和使阀受到磁力的机构之间。
15.根据权利要求1所述的装置，其特征是使阀受到磁力的机构包括永久磁铁。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征是使阀受到磁力的机构包括电磁装置。
17.反重力铸造熔融金属的方法，其特征包括(a)提供铸模，它有型腔和熔融金属的入口通道，通道的下开口端适合浸入到下面的金属熔池中，(b)相对移动铸模和熔池，使下开口端浸入到熔池中，(c)在型腔和熔池之间加上差压，使得熔融金属向上通过入口通道进入到上面的型腔之中并充满型腔，使放置在入口通道中的磁力驱动阀在熔融金属向上流动时处于开启位置，(d)对开启的阀加上磁力，将阀移到闭合位置，防止熔融金属从充满金属的型腔中溢出，和(e)相对移动铸模和熔池，将下开口端从熔池中移开，使阀在闭合位置。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征是步骤c中，阀被向上流入入口机构的熔融金属打开。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征是熔融金属注入型腔时，克服对阀所加的磁力把阀打开。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征是在步骤d，当熔融金属停止向上流动时，磁力将阀关闭。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征是磁力是由与阀相应放置的永久磁铁产生。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征包括把永久磁铁放到阀下面入口通道的周围，把阀座放到入口通道中。
23.根据权利要求17所述的方法，其特征是在步骤d，使与阀门相应放置的电磁装置通电，产生磁力。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征包括将电磁装置放在阀下面入口通道的周围，将阀座放在入口通道内。
25.根据权利要求17所述的方法，其特征是当下开口端从熔池中移开时阀被磁力保持在闭合位置。
26.根据权利要求18所述的装置，其特征包括应用放在阀上入口机构内的制动装置限制阀的向上运动。
27.根据权利要求26所述的装置，其特征包括使制动机构和阀的接触面积尽可能小，以防止固化的金属使阀固定在上限的开启位置。
全文摘要
一种铸造设备和方法，包括把磁力驱动阀放在铸模熔融金属的入口通道中，使阀在浇注时处于开启位置，在充满铸模后和把铸模以下面金属熔池中移开时处于闭合位置，以防止熔融金属从充满金属的型腔中流出。用永久磁铁或放在阀下入口通道周围的电磁铁产生磁力使阀闭合。
文档编号B22D18/06GK1048515SQ90103400
公开日1991年1月16日 申请日期1990年7月6日 优先权日1989年7月6日
发明者约翰·A·雷登姆斯克, 默顿·C·弗莱明斯 申请人:希钦拿制造有限公司