专利名称：熔化坩埚的出料机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于小型件真空铸造设备的熔化坩埚的出料机构，所述真空铸造设备具有一个带圆柱孔形出料底口的熔化坩埚和一个用于堵塞所述出料底口的塞杆。
这种用于小型件的真空铸造设备是众所周知的，尤其是在此真空铸造设备中铸造贵金属和轻金属。在这种已知的设备中，在铸模上方有一个熔炼材料用贮槽，此贮槽在这里可以是熔化坩埚的一部分或通过一条输入槽供料。在此实施方案中，贮槽是熔化坩埚的一部分，其中熔化坩埚通常配有一个感应加热装置。在熔化坩埚底面上开设有一个可用一根塞杆堵住的出料底口。在这种情况下，塞杆穿过在熔化坩埚内熔炼材料用的贮槽并沿熔化坩埚长轴方向移动。当铸造贵金属时，只在熔化坩埚中装入那种填充铸模所需的原材料量。当堵上塞杆时，材料在熔化坩埚内熔化并在到达所需浇铸温度的情况下通过打开塞杆来浇铸材料。塞杆和出料底口的已知组合结构构成了出料机构，如此设计塞杆和出料底口，以便在浇铸过程中确保良好的密封性能。为此，塞杆前端被设计成半锥形或锥形。指向熔炼材料用贮槽的出料底口前端成锐边形或带斜锥面。
实际上，在设计这种出料底口和塞杆前端时是有困难的，因为在塞杆打开后，流出的液料流遍及出料底口的入口边并产生涡流、液流收缩和断流。这造成流出速率下降和流出量减少并由此导致注入铸模材料量所需时间的延长。还有这样的危险，即通过涡流带走气体且气体进入金属液中，材料颗粒从出料底口壁部上被带走并由此产生杂质。由于延长了浇铸时间，所以凝固过程在各铸模局部是不同的，于是可能形成不同的结晶组织并形成铸件缺陷。还存在这样的缺点，即由于涡流和阻断，从而在浇铸过程结束时在壁部积蓄了凝固的材料颗粒，这有碍于后续铸造过程或干扰了塞杆和出料底口之间的密封。这导致必须在每次铸造过程后从熔化坩埚中移出塞杆并检查和清洗熔炼材料用贮槽的底部和出料底口区域，后续铸造过程由此才能顺利进行。由此造成附加工作成本和时间损失，这降低了这种设备的经济性。
本发明的目的是提供一种熔化坩埚的出料机构，其中液态材料可以在不形成涡流的情况下流入出料底口并通过此出料底口流出，液流在这种情况下充满整个出料底口的横截面并以最大速率流过。还可以避免在出料底口区内和在塞杆前端积蓄剩余材料并在利用封闭的塞杆情况下产生最佳的密封效果。
根据发明，上述目的是通过权利要求所述的特征而得以实现的。由于在出料底口处的圆柱形孔与朝着在熔化坩埚内熔炼材料用的贮槽而以弯曲表面加宽的过渡区组合，从而产生了以下优点，即在液体中形成层流，所述层流未在壁部的任何位置处中断。同时避免了涡流并产生少量流动损失。由于塞杆前端由锥形尖头和与其紧接着的弯曲密封段构成，由此进一步巩固了流动的最佳化。另外，在塞杆前端处形成最佳流动情况。当塞杆完全打开时，确保了材料流动不仅在指向外表面的那一侧而且在指向塞杆的内侧是完全相同的且无涡流地流动。在这种情况下，料流在出料底口中总是充满整个横截面并总是引起最大流出速率。这导致预定料量所需浇铸时间的显著缩短或在相同时间内可以浇铸更多的材料。
在贵金属小型铸造设备特别是相应的真空铸造设备的情况下，采用本发明的出料机构是很有利的。在这种铸造设备的情况下，熔化坩埚容量例如是5cm3-2000cm3。在出料底口的过渡区内的弯曲壁面的弯曲半径至少为2mm且最大弯曲半径等于出料底口圆柱形区的孔径的12倍。带来了这样的附加优点，即当在熔化坩埚内熔炼材料用的贮槽的底面从出料底口开始上指向外表面时，弯曲区域连续地过渡到所述斜面。当出料底口的圆柱形区域长度至少是此圆柱形区域直径的两倍时，此倾斜底面相对水平面的角度为5度是合适的。当塞杆的锥形尖头的包角最小为50度而最大为140度且与锥形尖头相连的弯曲密封面的半径最小为2mm且最大为出料底口的圆柱形区域的孔径的12倍时，体现出了按本发明设计的塞杆的优点。此实施方式除了保证产生最佳流动情况外，还保证了尽可能少地损耗塞杆前端和由流动材料引起的出料底口密封面的磨损。此外，通过本发明的塞杆前端和出料底口的设计形状获得了良好的密封可靠性，这是因为在堵上塞杆时形成了线形密封区并且当塞杆已在密封区内施加较小闭合力时形成了足够大的面接触压力。塞杆还更好地与各种几何轴向偏差匹配并可以不夹紧在出料底口中。由此提高了出料机构的操作性和使用寿命。
以下根据实施例并参照附图来进一步描述本发明。
图1示出了熔化坩埚1的截面。确切地说，
图1示出了带出料底口2的底部和塞杆3的下自由端。在熔化坩埚1中有一个构成熔炼材料用贮槽6的空腔。这样的熔化坩埚1特别适用于铸造贵金属和轻金属如金、银、白金、铝等。在所示实施例中，贮槽6同时用作熔炼腔，熔化坩埚1被一个未示出的感应线圈环绕。借助此感应线圈来加热并熔化填入贮槽中的原材料并将其加热到所需的浇铸温度。在熔化过程中，借助塞杆3堵住出料底口2。通常在出料底口2下方有一个未示出的带浇口杯的铸模。这种已知的采用熔化坩埚1的铸造设备例如可以是一个小型件真空铸造设备。在这种情况下，铸件的材料量为5cm3-2000cm3。由于在铸造贵金属时采用了昂贵金属，所以对每个铸造过程来说，将原材料的来料量精确地装入熔化坩埚1的贮槽6中，这对对后续铸造过程是必需的。一旦原材料在贮槽6中熔化并被加热到准确的浇铸温度，则打开塞杆3而使液料经出料底口2流入铸模中。在这种情况下，尽可能快速地使液料流出且液料充满出料底口2的圆柱形区域的横截面是很重要的。由此可获得最大的熔炼容积量。但为此必须确保在出料底口2区内并在塞杆3前端和出料底口2前端之间的环形流液槽中不出现涡流且液料流不被壁部阻断。同时也要保证，在液料流从出料底口2流出而流入铸模之前，液料流是完全平稳的且完全均匀的不返向的或不是不动的流体。
为达此目的，出料底口2具有一个圆柱形区域4和一个过渡区7。圆柱形区域4的长度至少是圆柱形区域4的直径的两倍。在出料底口2的圆柱形区域4和贮槽6底面5之间形成了一个过渡区7。过渡区7从圆柱形区域4开始岔向贮槽6，此过渡区具有一道向内或沿注口轴9方向弯曲的壁面8。壁面8的曲率是平滑的，其相应的曲率半径最小等于2mm，且最大弯曲半径是在出料底口2的圆柱形区域4中的孔径的12倍。在这种情况下，壁面8的曲率是平滑的且一方面连续地过渡到出料底口2的圆柱形区域4而另一方面连续地过渡到贮槽6的底面5。贮槽6的底面5还具有指向出料底口2的斜度并后接有一个相对假想水平面至少为5度的角度18。通过如此设计底面5和此底面与出料底口2之间的过渡段而确保了，沿箭头19方向流动的液料在不受壁部阻挡的情况下流经出料底口2且不在壁部区内形成涡流。塞杆前端作为配合件设有一个锥形尖头10，此尖头包角最小为50度而最大为140度。一个密封段11逆向上地接在塞杆3的锥形尖头10后面，此密封段具有一个向外弯曲的外表面13。外表面13以弯曲半径16弯曲，此弯曲半径同样最小为2mm且最大等于出料底口2的圆柱形区域4的半径的12倍。塞杆3密封段11的外表面13的曲率是平滑的且一方面连续地过渡到锥形尖头10的外表面而另一方面连续地过渡到大致成圆柱形的塞杆3外表面20。本发明设计方案也确保了液料流侧指向塞杆3，从而液料流流经塞杆3前段处的外表面且不在浇注流中出现涡流。由于定量调节在这种浇铸过程中是不必要的，所以塞杆3在开始浇铸时上升，以便达到最高注流流速，使塞杆3保持打开状态，直到所需材料量流入铸模为止。在这种情况下，熔化坩埚1的贮槽6通常被全部倒空，但也可以出现这样的情况，即出于某种原因，出料底口2必须被提前关闭。
本发明设计上述熔化坩埚1的出料机构，这样的设计方案可以在任何情况下通过降低塞杆3而可靠地堵住出料底口2。在塞杆3前端和出料底口2过渡区7之间的接触面因弯曲面的缘故而成直线，并在较小的塞杆3压力就足以构成出料底口2密封力的情况下形成可靠封闭。另外，本发明的出料底口2的形状和塞杆3前端的形状有利地产生了自净化效果，从而在壁部未形成蓄料，特别是从在塞杆3密封段11和出料底口2过渡区7之间的密封线到出料底口2之间未形成浇渣。在上述区域内，出料底口2受到流出的液料流的充分冲刷。在随后的熔化过程中，在贮槽6中，通过所述封闭区域继续熔炼黏附在外表面17或底面5上的剩余材料。由此改善了质量并提高了工作安全性以避免浇铸过程的中断。无论怎样，确保了所希望的铸造过程的加速，并且与已知的传统出料机构相比，在较短的时间内浇铸出相同的材料量或在相同时间里浇铸出更多材料。这使设备具有很高的经济性并提高了质量。由于浇铸速率高，所以铸模中的凝固过程更加均匀并且减少了不同凝固区的生成，由此改善了铸件质量。
权利要求1.一种用于小型件真空铸造设备的熔化坩埚的出料机构，它具有一个熔化坩埚(1)，该熔化坩埚有一个成圆柱孔形的出料底口(2)和一根堵住出料底口(2)的塞杆(3)，其特征在于，出料底口(2)在圆柱形区域(4)和熔化坩埚(1)底面之间具有一个向着一个在熔化坩埚(1)内熔炼材料用的贮槽(6)逐渐变宽的过渡区(7)，过渡区(7)的壁面(8)弯向注口轴(9)，塞杆(3)具有一个锥形尖头(10)，一个密封段(11)接在此锥形尖头(10)后面，密封段(11)沿塞杆(3)长轴(12)方向具有一个带有向外弯曲外表面(13)的横截面。
2.如权利要求1所述的熔化坩埚的出料机构，其特征在于，弯曲壁面(8)在出料底口(2)的过渡区(7)内具有最小为2mm的弯曲半径(14)，该壁面的弯曲半径(14)最大等于出料底口(2)的圆柱形区域(4)的孔径的12倍。
3.如权利要求1或2所述的熔化坩埚的出料机构，其特征在于，塞杆(3)的锥形尖头(10)包角最小为50度，最大为140度。
4.如权利要求1-3之一所述的熔化坩埚的出料机构，其特征在于，塞杆(3)的弯曲密封段(11)的外表面(13)的半径(16)最小为2mm，最大半径等于出料底口(2)的圆柱形区域(4)的孔径的12倍。
5.如权利要求1-4之一所述的熔化坩埚的出料机构，其特征在于，出料底口(2)的圆柱形区域(4)的长度至少是出料底口(2)直径的两倍。
6.如权利要求1-4之一所述的熔化坩埚的出料机构，其特征在于，在熔化坩埚(1)内熔炼材料用的贮槽(6)的底面(5)从出料底口(2)开始向上向外表面(17)延伸，此底面相对水平面具有一个至少为5度的角度(18)。
专利摘要一个熔化坩埚(1)具有一个液料贮槽(6)并配有一个出料底口(2)。此出料底口(2)可被一根活动的塞杆(3)堵住。出料底口(2)具有一个呈特定形状的过渡区(7),塞杆(3)前端也成特殊形状。这种特殊形状设计导致对流动情况的改善和在塞杆(3)和熔化坩埚(1)之间的最佳密封性。
文档编号B22D41/14GK2323335SQ97231790
公开日1999年6月9日 申请日期1997年12月24日 优先权日1996年12月27日
发明者克里斯蒂安·莱特 申请人:克里斯蒂安·莱特, 安井章瑞