专利名称：直接激冷的金属铸造系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种熔融金属的模具铸造系统，其用于铁和非铁模具的铸造。更具体地说，本发明提供了一种冷却系统，其通常使通过冷却剂排放孔或阻遏件的进气流率保持大致相等，同时减少了在铸件的分式(fractional)表面部分的热传递或冷却作用，从而减少了锭卷曲(butt curl)和/或在铸件和金属的铸造期间任何其它不合乎要求的影响。
背景技术：
金属铸锭、铸块和其它铸件通常通过铸造工艺而成形，该铸造工艺采用位于大铸坑之上的垂直取向的模具，该铸坑在金属铸造设施的地面高度之下，但是，本发明也可用于水平模具。立式铸造模具的下面部件是启动块。当铸造工艺开始时，启动块在模具中位于其最上面的位置。当熔融金属注入模具孔或型腔内并(通常通过水)进行冷却时，启动块在预定速度下通过液压缸或其它装置而缓慢下降。当启动块下降时，固化的金属或铝从模具底部显露出来，并形成具有不同几何形状的铸锭、圆料或铸块，这里也称为铸件。
虽然本发明一般而言适用于金属的铸造，包括但不限于铝、黄铜、铅、锌、镁、铜、铁等，但是，所给出的实例以及所公开的优选实施例是针对铝的，因此，即使本发明可以更广泛地应用于多种金属，但是为了一致起见，在整个全文中使用用语“铝”。
虽然具有多种方式来实现并构造立式铸造装置，
图1显示了一种实例。在图1中，通常在工厂地面高度以下，在铸坑内进行铝的立式铸造。沉箱103直接位于铸坑地面101a之下，在沉箱中放置了用于液压缸的液压缸圆筒102。
如图1所示，位于铸坑101和沉箱103内的所示典型立式铝铸造设备的下部分的部件是液压缸圆筒102、推杆106、安装底座壳体105、冲头107和启动块底座108(也称为启动头或底部块)，所有这些都显示在铸造设施地面104以下的高度上。
安装底座壳体105安装在铸坑101的地面101a上，沉箱103在安装底座壳体105之下。沉箱103通过侧壁103b及其地面103a来限定。
在图1中还显示了典型的模具台组件110，如图所示，模具台组件可以通过液压缸111推动模具台倾料臂110a而倾斜，使其围绕点112枢轴转动，由此而提升并转动主铸造框架组件，如图1所示。图中还有模具台承载件，使得模具台组件运动到达和离开铸坑之上的铸造位置。
图1还显示了冲头107和部分下降到铸坑101内的启动块底座108，其中部分地形成铸件或铸块113。铸锭113位于包括启动头或底部块的启动块底座108上，启动头通常(但并非总是)放置在启动块底座108上，所有这些部件在本领域中是已知的，因此不进行更加详细的显示或说明。虽然用语“启动块”用作部件108，但是应该注意到，术语“底部块”和“启动头”在工业中也用于部件108，底部块通常在铸造铸锭时使用，而启动块在铸造铸块时使用。
虽然图1中的启动块底座108只显示了一个启动块108和支座105，但是通常具有各自安装在每个启动块底座上的多个启动块和支座，在铸造过程中，当启动块下降时它们同时铸造出铸块、特定的形状或铸锭。
当将液压流体以足够的压力引入液压缸时，推杆106以及启动块108就升高到用于铸造工艺(也就是启动块位于模具台组件110内时)的所需启动高度。
通过在预定速度下计量来自液压缸的液压流体，来实现启动块108的下降，由此在预定和受控速度下降低推杆106以及启动块。在该过程中，通常使用水冷装置来受控地冷却模具，以便有助于显露出的铸锭或铸块固化。
当前具有多种装配在模具台内的模具和铸造技术，并且不需要特定的模具和铸造技术来实施本发明的各种实施例，这是因为它们对于本领域的普通技术人员来说是已知的。
由于上面放置模具台的铸坑具有多种不同的尺寸和构造，因此模具台具有各种的尺寸和构造。模具台适用于特定应用的需要和要求，这取决于多种因素，其中一些因素包括铸坑的尺寸、水源位置以及操作铸坑的机构的操作。
典型模具台的上侧可操作地连接到金属分配系统上或者与其相互作用。典型的模具台还可操作地连接到由其容纳的模具上。
当使用连续铸造的立式模具来制造金属时，在启动块底座下降时，熔融金属在模具中冷却并从模具下端连续地显露出。所显露的铸块、铸锭或其它构造充分地固化，使其保持所需的形状。在显露的固化金属和可透过的环壁之间具有气隙。在其下面，在显露出的固化金属和模具及相关设备下部之间具有模具气腔。
由于铸造工艺通常会采用包含润滑剂的流体，因此，就需要导管和/或管道将流体输送到模具型腔周围的所需位置。尽管在此说明书中使用了术语润滑剂，但是应该理解，它指的是所有类型的流体，而不管它是否为润滑剂。
在铸坑和熔融金属中及周围工作可能有潜在的危险，并且需要不断地寻求提高安全性和最大程度地减小设备操作员暴露于危险或事故隐患中的方法。
锭卷曲是在某些金属和/或形状铸造期间发生的已知的不合要求的现象，并且一般是由于铸件的某些部分相对于其它部分的收缩而造成的。过度的锭卷曲可能导致烧穿或渗出情形，在这种情形下，熔融金属在模制过程期间逸出并且需要立即放弃铸造。在铸造铸锭等形状时，尤其当铸造具有较低导热率的金属合金时，将更倾向于发生锭卷曲，并且达到较高的程度。例如，各合金具有不同的液相线至固相线区域和导热率。这些合金中的一些，例如具有较高镁含量的那些合金也具有低得多的导热率。结果，形成均匀的水汽阻挡层或薄膜阻挡层将更加困难。这些铸锭的中心将比铸锭的其余部分更快地发生泡核沸腾，这是不合要求的。
在铸锭铸件的中心表面部分需要保持较高的金属温度，以便降低热梯度和减少锭卷曲的发生率和/或幅度。
如同人们将遇到的充分认可的问题，已经进行了很多努力来减少锭卷曲的发生率和幅度。但是，本申请人并没有意识到，任何这种努力或方法还能保持通过各种冷却剂排放孔的相对恒定的流率。例如，一种方法是通过增大阻遏件和喷射孔的横截面来提高对四分之一部分的冷却作用，从而增加对那些区域的冷却作用，以降低在那些区域和中心表面部分之间的梯度。增大通过四分之一部分中的较大孔的流量可能产生其它不合要求的影响。
铸造和冷却工艺过程会留下本领域中技术人员所称的汽斑，其是位于铸件外面的由铸造引起的图案或斑点，并且在任何给定的铸件部分，例如四分之一部分或中心表面部分，汽斑离铸件底部的越高，则该部分保持较高温度的时间就越长。作为一个示例，因此在铸造铸锭时，就需要具有这样的一种汽斑图案，其中，这种汽斑在铸件的中心表面部分(分式部分)比朝向末端的部分或所谓的四分之一部分更高。在铸造其它形状时，可能需要具有位于第一分式表面位置的一种汽斑，以及位于第二分式表面位置的第二汽斑图案。实际上对于一种特定的铸件，可能需要几种不同的汽斑图案或高度，并且本发明提供了可实现这种目的的能力。
在本发明的一个方面，其目的是提供一种用于某些形状的铸件或某些金属或合金成分的改进的冷却系统。
本发明的一些实施例的一个目的是提供一种会留下汽斑的冷却系统，该汽斑的量别在中心表面部分比在末端或四分之一部分要更高，或延伸到铸件的较高位置。
本发明一些实施例的一个目的是提供一种冷却和铸造系统，其减少了锭卷曲，即使对于相对较低热导率的金属合金也是如此。
附图简介下面参考以下附图来描述本发明的优选实施例。
图1是其中使用了本发明的立式铸坑、沉箱和金属铸造设备的立视图；图2是铸锭形模具框架和模具型腔的一个示例的顶部透视图；图3是图2所示铸锭形模具框架和模具型腔的一个示例的底视图；图4是模具框架一部分的透视图，其具有两组位于其上的冷却剂排放孔；图5是美国专利NO.5,582,230中所公开的现有技术的模具部分的局部示意性局部断面图，显示了两个用于将冷却剂排放到铸件上的冷却剂排放孔；图6是显示了其中采用了本发明一个实施例的模具一部分的局部示意性的局部横断面图；图7是模具部分的局部示意性局部截面图，其显示了通过钻出排放孔的排放端来增大其排放端的直径，从而改进现有的冷却剂排放口或排放孔；图8是铸锭铸件和位于其支撑平台上的其四分之一部分的顶部截面图；图9是铸锭形铸件的示意性断面图，显示了本发明的一个实施例；
图10是局部示意性的局部截面图，其显示了铸锭铸件上的汽斑和锭卷曲；图11是本发明另一实施例的示意性正视图；图12是本发明一个实施例的示意性正视图；图13是可用于本发明一个实施例中的冷却剂排放孔构造的截面示意图；图14是一种可用于本发明实施例中的冷却剂排放孔构造的截面示意图；图15是一种可用于本发明实施例中的冷却剂排放孔构造的横截面示意图；图16是一种可用于本发明实施例中的冷却剂排放孔构造的截面示意图；图17是一种可用于本发明实施例中的冷却剂排放孔构造的截面示意图；图18是一种可用于本发明实施例中的冷却剂排放孔构造的截面示意图；图19是本发明另一实施例的详细示意图，其中在排放孔中使用了传统的螺纹来影响冷却剂的流量和/或速度；图20是本发明另一实施例的详细示意图，其中在排放孔中使用位于孔表面中的掣子(detent)来影响冷却剂的流量和/或速度；图21是本发明另一实施例的详细示意图，其中在排放孔中使用了位于孔表面中的凸起来影响冷却剂的流量和/或速度；图22是本发明另一实施例的示意性端视图，其中，带角度的凹槽在排放孔的排放端定位在框架上，以降低排放的冷却剂流量和/或冷却剂排放速度；图23是其中设有本发明另一实施例的框架的断面图；图24是其中设有本发明另一实施例的框架的断面图；图25是铸锭形铸件的示意性断面图，其显示了本发明的一个实施例；图26是铸件一部分的示意性局部断面图，其显示了在其上面所使用的本发明一个实施例；和图27是铸件一部分的示意性局部断面图，其显示了在其上面所使用的本发明另一实施例，其中冷却剂框架包括中间的冷却剂储器。
优选实施例的详细描述用于本发明的许多紧固、连接、制造和其它器具和部件是众所周知的，并用于本发明描述的领域中，并且其确切的特性或类型对于本领域技术人员理解和使用本发明而言是不必要的；因此，它们将不进行详细说明。另外，对于本发明的任何特定应用来说，这里所示和所述的各种部件可如本发明所预期的那样进行改变和变化，并且使用任何元件的特定应用或实施例是本领域技术人员广泛已知或使用的，因此每个构件都将不进行详细说明。
在这里用于权利要求中的术语“‘一”、“一个”和“所述”用来与长期的权利要求撰写实践相符，而不具有限制性的含义。除非在这里特别提出，否则，术语如“‘一”、“‘一个”和“所述”并不限于一个元件，而指的是“至少一个”。
应该理解，本发明适用于多种金属倾注技术和构造并可与其结合起来使用。还应该理解，本发明可用于立式或卧式的铸造装置中。因此，模具必须仅能够接受来自熔融金属源的熔融金属，而不管其特定来源的类型。因此，模具中的模具型腔必须相对于熔融金属源定向在流体和熔融金属接受位置。
出于本发明的目的，当使用用语″冷却剂排放孔″时，它包括冷却剂口或孔，有时也称为阻遏件、喷射孔等等，一直到冷却剂将从所述孔中朝向显露出的铸件排出之处。
出于本发明的目的，用语″第一冷却剂流率″用于表示通过第一多个冷却剂排放孔的近似流率或平均流率，而并非意图要求各个第一多个冷却剂排放孔中的流率相同，而是当与另一冷却剂流率例如″第二冷却剂流率″进行比较时，相对于比较差异而大致相同。因此在本发明的范围内，允许″第一冷却剂流率″有变化，甚至超过容差类型的变化。
出于本发明的目的，词语″第二冷却剂流率″用于表示通过第二多个冷却剂排放孔的近似流率或平均流率，而并非意图要求各个第二多个冷却剂排放孔中的流率相同，而是当与另一冷却剂流率例如″第一冷却剂流率″进行比较时，相对于比较差异大致相同。因此在本发明的范围内，允许″第二冷却剂流率″有变化，甚至超过容差类型的变化。
这里所用的用语″第一冷却剂流率″和″第二冷却剂流率″，指的是设在一个或多个部件上的孔的输入流率。在典型的目前配置中，可在常用压力下利用输入孔或阻遏件接受来自常用储器或预定储器或冷却剂源中的冷却剂。因此，输入阻遏件、导管或孔的尺寸可确定流过该孔的冷却剂的流率以及其它流动特性。
如此处所用，出于本发明的目的，与正在模制的铸件相关的用语″四分之一部分″或″四分之一表面部分″，指的是铸件外端的大约外部四分之一部分或四等分部分。例如，图8(尤其)显示了一种铸锭，其在每一侧带有一个四分之一部分，并且在四分之一部分之间具有两个中心表面部分。本领域中的普通技术人员还应该懂得，虽然图中显示了一种铸锭形状，但是，本发明可适用于各种不同形状和尺寸的铸件。用语″分式部分″或″分式表面部分″指整个部分或整个表面部分的任何一部分。
本领域中的普通技术人员还应该理解和懂得，用语分式表面部分、四分之一部分、三分之一部分和中心表面部分是用于方便的目的和用于设置冷却剂喷射孔位置的边界，并且只要在所确定的部分中存在至少多个喷射孔，本发明甚至可允许使用其它并不符合该标准或流动特性的冷却剂排放孔。例如在图25中，其显示了三分之一部分的示意图。在其后的图中，其中几个图显示了分隔成两个四分之一部分和一个或两个中心表面部分的铸件，这是出于方便的目的，并且本领域中的普通技术人员应该懂得并理解，对于给定的应用而言存在这类铸件的变型。
出于本发明的目的，如这里所用的关于正在模制的铸件的用语″中心表面部分″或″中心部分″指的是一般或大约位于铸件四分之一部分之间的表面区域，其定位在中心。作为一个示例而非意图设置非常精确的边界，图8(尤其)显示了两个四分之一部分和两个中心表面部分。这两个中心表面部分也可简称为一个中心部分。
当在本发明中使用用语″排向″来表示冷却剂以特定的流率或速度朝着铸件方向排放时，优选测量或计算靠近或接近排放孔处的流率或速度。此外，排向可意味着任何角度，只要冷却剂被排放到或被引向铸件上、或者铸件上的其它液体或冷却剂上即可。
当在本发明中使用用语第一排放冷却剂和第二排放冷却剂时，它指的是来自多个第一孔和第二孔的冷却剂，而非指不同类型或来自不同源的冷却剂。
当冷却框架在这里描述为在模具型腔的″外周周围″或″周边周围″时，出于本发明的目的，这应该理解为围绕外周或周边的一般用语，但并不需要完全封闭或环绕整个外周或周边。
如这里所用的与本发明一些实施例相关的用语″一致的内孔表面″，它表示在直径、表面结构和/或几何形状方面相同的排放孔的内表面。这种表面的变化可包括，例如在位于或接近孔排放端的位置使用钻头来制出大直径，其在大概相等的流率的条件下，将降低排放冷却剂的速度；利用丝锥攻内螺纹来改变、减少或影响冷却剂的流量(这会减少冷却剂的实际排放量和/或降低所排放冷却剂的速度)和/或在内表面上形成掣子或凸起。
在本发明的一些实施例中，冷却剂排放孔可由单独的阻遏件或输入口或孔组成，或与一些所称的喷射孔组合起来。喷射孔可以是所述冷却剂排放孔、导管或孔的用于改变冷却剂流动特性的那一部分，并且阻遏件部分可以(但不必)是用于计量流率的那部分。作为备选，阻遏件和喷射孔可以是集成或连续的。本领域中的普通技术人员应该懂得，可将阻遏件标为喷射孔，或改变阻遏件中的流动特性。
使用阻遏件与喷射孔的组合来改变流动特性的一个示例或实施例是，提供具有大致相同横截面积的阻遏件，以获得相对一致的通过阻遏件中各冷却剂排放孔的冷却剂流，并且将该阻遏件与操作式地连接于其上的喷射孔组合起来。这样通过许多方式中的其中一种(更大的横截面、更大的直径、掣子、凸起等等)，都可改变喷射孔的内部构造，从而降低速度或体积或流率，而这又将减少所排放的冷却剂在所需区域例如中心表面部分的热传递。
在本发明的一个实施例中，增大喷射孔部分或冷却剂排放孔的横截面积，使其比冷却剂排放孔的阻遏件部分的横截面积更大。这将导致冷却剂以较低的速度排向铸件。可对排放孔进行这些改变，从而将冷却剂提供给铸件的中心表面部分，以减少发生于铸件这部分处的热传递，这尤其对于较低导热率的金属而言，将会导致较少的锭卷曲。
在本发明的另一实施例中，通过冷却剂排放孔(阻遏件部分、喷射孔部分或集成的组合部分)的冷却剂部分可以转向，以减少排放流的体积和/或剩余冷却剂流的速度，从而减少发生于该铸件部分处的热传递。
如本领域中的普通技术人员所理解的那样，减少对许多金属合金铸件中心表面部分的冷却，这将导致铸件中心表面部分因中心表面部分较高的温度所引起的较高汽斑。本领域中的普通技术人员还应该懂得，在铸件的中心表面部分具有带较高汽斑的汽斑图案将倾向于或者通常会减少锭卷曲。
这里公开的本发明可应用于许多不同的铸件以及由许多不同类型及成分的金属和材料模制而成的铸件。本发明还可应用于称为成形铸件的特定需求位置，其可基本上包括任何形状的铸件、模具和冷却框架。在铸造具有较低导热率(例如称为5083合金的金属合金，即较低导热率的铝合金)的金属合金中，已经体验到所需的结果或改进的效果。与具有较高的或不能接受的热梯度相反，在利用直接激冷方法的连续铸造中，通常需要在整个铸件上具有更均匀的温度。较高的热梯度将导致所模制的铸件因温度梯度引起的膨胀和收缩而使所需的形状发生变化。
在不能接受的锭卷曲或几何畸变更显著或更极端的情况下，铸件的侧边可能会显著地收缩或向内移动而远离模具的周边，从而使熔融金属逸出、渗出或漏出最终的间隙。这可称之为熔融金属漏出，并且在模具和铸坑中产生了不能接受的潜在危险状态，从而需要将铸件丢弃。所引起的产量损耗和运行时间就时间和费用而言是相当大的。
具有较高导热率的合金金属的内部热传导较好，从而保持更均匀的温度分布，并使较大的无法接受的热梯度更少或更小。
在工业中，用语″阻遏件″有时用于描述输入口或和孔，其具有预定的横截面，并且可大致地确定通过该孔的冷却剂的流量或流率。
本领域中的普通技术人员还应该懂得，本发明的实施例可使用任何一种冷却剂，而没有特别要求用哪种冷却剂来实施本发明。优选的冷却剂是水或水与一些其它气体或液体添加剂的混合物。例如，二氧化碳可添加到水中，以改变冷却特性。
在发明背景中介绍了图1，因此在这里将不进行进一步的描述。
图2是适合于生产矩形或铸锭形铸件或铸造规格的模具框架120的一个示例的透视图。图中显示了该框架的模具出口模腔侧121和模具入口模腔侧122，并且熔融金属一般通过模具入口腔121来提供或可得到，并且通过模具出口腔122而离开。冷却剂一般在模具出口腔122处喷向或引向显露出的铸件上。这种模具框架120的大致制造用途对于本领域中的普通技术人员是已知的，并且将不在这里进行进一步的详细描述。此外，在美国专利NO.5,582,230中提供了这种框架的更详细描述，该美国专利通过引用而结合在本文中。
图3是图2所示铸锭形模具框架示例的底视图，其具有从模具框架120的出口模腔侧看去的视图。图3中还显示了模具框架的内部参数124，其一般限定了所称的铸锭形状。
图4显示了许多可应用于本发明的可能模具框架130结构的其中一种，显示了第一冷却剂排放孔131，第二冷却剂排放孔132，第一冷却剂给料排放孔133和第二冷却剂给料排放孔134。
图4是用于模具的框架连续周边的分段或部分，并显示了称为分股射流或双射流喷射技术的冷却剂排放孔的构造。该构造使用了两个排放孔，即排放孔131和132，用于将冷却剂排向所显露的铸件。在图4中，本发明的实施例可用于主排放孔或辅助孔132、第二排放孔或第一排放孔131中。
图5显示了分股射流技术和喷射在所显露的铸件141上的冷却剂。图5显示了所显露的铸件141，被支撑在框架143中的模具环142，第一冷却剂排放孔144和第二冷却剂排放孔151。从第一冷却剂排放孔144排放出的冷却剂在位于或靠近目标区域146处与所显露的铸件接触。之后，冷却剂通常在所显露铸件141的移动方向上移动，并且还与某些作为附加冷却剂而排出的溅射冷却剂相结合。
本领域中的普通技术人员应该懂得，虽然本发明可利用一个或两个冷却剂排放孔，但是，为了实施本发明实施例所需使用的冷却剂排放孔是没有特定数目的。在这里所显示的示例和附图仅用于举例说明性的目的，而绝非限制本发明的适用环境或范围。
图5还显示了分别为第一冷却剂排放孔151和第二冷却剂排放孔144提供冷却剂的第一冷却剂储器148和第二冷却剂储器149。连续铸造的模具具有许多一般和特定的构造，这对于本领域中的普通技术人员通常是已知的，在这里将不对各种连续铸造模具进行任何比较详细的描述，而且实施本发明并不特别要求哪种模具。图5还显示了在框架143中的冷却剂排放孔151以及来自冷却剂排放孔151的冷却剂150。
在本发明的一个更典型的应用中，冷却剂排放孔151称为辅助孔，其可如图24中更详细所示地进行变化。然而重要的是要注意到，本发明可应用于许多不同的场合。
图6是本发明的局部示意性的局部截面图，其具有恰好在其中一个冷却剂排放孔进行排放之前的更大横截面积。图6采用了许多与图5所示部件标号相同的标号，并且在这里将不进行重复描述。
图6还显示了具有流量调节或控制分段的冷却剂排放孔，流量调节或控制分段也可称为阻遏件部分，冷却剂排放孔还具有已经增大了直径以改变流动特性的更靠近排放位置的第二部分。冷却剂排放孔的阻遏件部分144具有直径153，而喷射孔部分152具有直径154。图中显示了正朝铸件141排放的冷却剂排放155。
图7是模具的局部示意性的局部截面图，其显示了通过利用钻头160钻出孔的排放端来改装的冷却剂排放孔。框架143具有带直径153的阻遏件部分144，并且显示，靠近排放端或第二端的排放孔部分利用钻头160进行钻削加工，以增加直径154的横截面积。增加的直径导致增大的横截面积，并且排向铸件的射流或冷却剂将因此具有较低的速度。这将减少向其上排放冷却剂流的该铸件部分上的热传递，从而降低了排向铸件的冷却剂的有效性。
图8是位于支撑平台181上的铸锭形铸件180的顶部截面图，其中为了限定起见，图中显示了两个四分之一部分182和183，并显示了两个中心部分184和185。应该懂得，中心表面部分184和185也可称为一个中心表面部分186。
就是在铸件中心表面部分需要提供较少的冷却作用或较少的热传递，也就是说比提供给四分之一部分182和183的冷却作用要少，以在某些应用中减少锭卷曲。如果在中心部分184和185保持较高的温度，那么在铸造期间的收缩将较少可能发生，这减少或最大程度地减小了锭卷曲。
本领域中的普通技术人员已知的是，在中心部分184和185的汽斑相对于四分之一部分182和183越高，则意味着在铸造期间由于薄膜沸腾因所导致的温度越高。因此，优选在铸件的中心表面部分获得较高的汽斑，以减少锭卷曲。
图9是本发明一个实施例的示意图，其中典型的冷却剂排放孔200和201将冷却剂喷射流202和203提供给铸件204的四分之一部分205。冷却剂排放孔结构206用以将冷却剂引导或排放到中心部分207上，并为铸件提供排放的冷却剂208和209。冷却剂排放孔或排放口具有较小直径的分段210和较大直径的分段211。较小直径分段210也可称为阻遏件或阻遏件部分，而较大直径分段211也可称为喷射孔部分。增加直径的效应影响了排放的冷却剂喷射流208和209，并用于降低其速度和/或降低流率。
图10是局部示意性的局部截面图，其显示了铸锭铸件上的汽斑，以及锭卷曲的影响。图10中出于显示的目的而放大了锭卷曲的尺寸。
图10显示了铸件250，模具框架251，四分之一部分252和253，铸件250的中心表面部分254和255。图中显示了汽斑位于铸件250的下部分，其中四分之一部分的汽斑260位于四分之一部分252中，而汽斑261位于四分之一部分253中。中心表面部分254具有汽斑262，而中心表面部分255具有汽斑263。
从图中明显看出，中心表面部分254和255中的汽斑分别比四分之一部分252和253中的汽斑260和261较高。图10所示的汽斑图案显示了最大程度地减小锭卷曲更合乎需要的汽斑图案。仅出于示例目的，图10中显示了锭卷曲的距离270，并且出于显示的目的而放大了给定的汽斑图案。在发生过度锭卷曲的情况下，铸件250可在所示靠近模具的向上部分收缩一段示例性的距离271，并且所述收缩所产生的间隙(在模具和铸件边之间)可能导致熔融金属的泄漏和模制工序的失效情况。如果发生泄漏情形，那么熔融金属将会以不合要求的方式释放，并且必须放弃铸造过程。
图10中的箭头272显示了四分之一部分253中的汽斑与中心表面部分254和255中的最高汽斑的高度差。图10中所示的典型汽斑图案还表示，同四分之一部分252和253中的末端或侧面相比较而言，在朝向铸件或铸锭中心的部位将达到更高的温度。
图11显示了本发明一实施例的示意性正视图，其中只使用了阻遏件，并且对其利用排放孔内表面上的内部构造或变化(图11中没有显示)来影响速度和/或流率，从而影响排放给中心表面部分300和四分之一部分301的冷却剂的热传递。阻遏件或框架302具有冷却剂排放口303，其将冷却剂引导或排放到铸件299上的四分之一部分301的外表面上，并通过冷却剂排放孔305来排放冷却剂304，从而为铸件299的中心表面部分300提供冷却剂。图11显示了可利用本发明一些实施例的一种环境的示意图，但没有提供其任何细节。
图12是本发明另一实施例的示意性正视图，其中冷却系统设置成可降低排向铸件299的中心表面部分300的冷却剂速度。图12显示了铸件299，四分之一部分301，中心表面部分300，阻遏件或框架310及喷射孔314(也可称为框架或与阻遏件框架形成为一体)。框架310中的排放口或冷却剂排放孔全部具有大约相同的横截面积，并且均可提供大约相同的冷却剂流率。因此，冷却剂排放孔312为铸件299的四分之一部分301提供冷却剂喷射流313。冷却剂排放孔314为框架311中的喷射孔315提供大约相同的冷却剂流率，并提供了排向铸件299中心表面部分300的冷却剂316。
较大直径的喷射孔315(其也是冷却剂排放孔)将排放的冷却剂316在比排放冷却剂313速度更低的速度下被提供给铸件299的中心表面部分300。这导致了在中心表面部分300上的较少热传递，并因此在铸造期间导致在铸件299的中心表面部分300具有较高的温度。端效应是减少了锭卷曲，并得到更合乎要求的铸件。
在例如图12的实施例中，所有阻遏件部分312和314的横截面积(其可以是但也可不必是圆形的)将大致相同，并且，所有喷射孔部分313的横截面面积(其可以是但也可不必是圆形的)将大致相同，而所有喷射孔部分315的横截面面积将大致彼此相同，但与喷射孔部分312的横截面面积不同。
图13是可用于本发明实施例中的冷却剂排放孔构造的截面示意图。图13显示了框架349，其具有所称框架349的阻遏件部分350，阻遏件部分351，以及经过阻遏件351进入喷射孔354的冷却剂355。在这个实施例中，较大直径部分354(冷却剂排放孔)已经在框架349中钻出，形成带角度的末端354a。冷却剂经过阻遏件部分351而进入到较大直径部分354中，并且将冷却剂352排向铸件(该图中未显示)。冷却剂排放孔的喷射孔部分的直径353大于阻遏件部分的直径。如果直径353与阻遏件部分351的直径相同，则该大直径353将导致较低的速度。
本领域中的普通技术人员应该懂得，降低冷却剂352排向铸件或铸锭的中心表面部分的速度将减少排向该铸件区域的冷却剂的热传递，从而可更好地控制铸件上的预定温度分布。
在本发明的设想范围内有许多潜在的实施例，用于改变排向铸件的冷却剂速度和/或流率。然而，出于系统控制以及其它原因，本发明的实施例的确可设想，通过阻遏件部分351所接受的流率与用于将冷却剂引向四分之一部分和中心表面部分的冷却剂排放孔的流率相同。
图14是本发明另一实施例的截面示意图，其中框架360中的阻遏件部分362较长，并且在靠近排放区域的区域365处扩宽了冷却剂排放孔。冷却剂排放孔的阻遏件部分362的直径363远远小于跨过冷却剂排放孔的最大距离364(其可以是但不必是直径)。如图所示，显示了排向铸件的冷却剂366。
图15是与图13所示相似的本发明另一实施例的截面示意图，其中仅仅是从冷却剂排放孔的阻遏件部分369到喷射孔部分372的过渡部分是台阶状的陡直的，或者是直接过渡部分，如图15所示。第二端372b的直径374大于阻遏件部分369的直径373。喷射孔部分372的第一端372a接受来自阻遏件部分369的冷却剂371，所有这些都处于框架370中。排向铸件的冷却剂376将因较大的直径374而具有不同的流动特性，并且将导致较少的从铸件传导至排向该铸件部分的冷却剂的热传递。
图16是可用于本发明实施例中的冷却剂排放孔的截面示意图，其显示了框架380，冷却剂排放孔的喷射孔部分382，其中冷却剂381流过具有直径383的阻遏件部分389。冷却剂排放孔的末端部分382朝铸件排放冷却剂386。
在这个实施例中，转向孔384设置成离开阻遏件部分389，以便使冷却剂流转向，并降低排向铸件的冷却剂386的冷却能力，以及减少从铸件传递至该铸件部分上的冷却剂的热传递。转向的冷却剂388然后可被引导到其它位置，而非排向铸件。本发明还可构思出，转向孔例如转向孔385可使来自喷射孔部分或冷却剂排放孔的排放端部分的冷却剂387转向，如图16所示。这可结合所示阻遏件部分中的排放孔384或者仅设在冷却剂排放孔的喷射孔382部分中的排放孔384来实现。
图17是可用于本发明实施例的冷却剂排放孔的截面示意图，其显示了与框架401分开的阻遏件400，框架401具有喇叭状或向外敞开弯曲的排放口407。冷却剂排放孔的阻遏件部分403接受流体404，并将其传递到冷却剂排放孔的喷射孔部分407。喷射孔部分407具有增大的横截面积，因此可计算出出，排向铸件的冷却剂406流的速度将降低，并且还具有一些另外的转向流，从而进一步减少至冷却剂406上的热传递。图中显示了跨过冷却剂排放孔405的喷射孔部分407的最大距离405，其可能是直径或仅仅是某一距离。图中显示了整个冷却剂排放孔的第一端403a，以及冷却剂排放孔的第二端403b或排放端(在冷却剂排放孔的喷射孔部分407)。
图18是可用于本发明实施例的冷却剂排放孔构造的截面示意图，其显示了具有第一端412a和第二端412b的恒定直径或相同直径的冷却剂排放孔412，其将冷却剂417排向待冷却的铸件。框架410还包括转向孔414，其使冷却剂流415转向，从而减少排向铸件的冷却剂417的热传递。同样，优选在该框架的一个或多个中心表面部分中使用这些特征，以便通过减小流率或减小至铸件的速度，来实现冷却能力的下降。
图19是本发明另一实施例的详细示意图，其降低或分流或减小了排向铸件的冷却剂的速度。图19显示了框架430和带有变化部分的冷却剂排放孔431，该变化部分显示为冷却剂排放孔431的第二端或排放端433上的内螺纹432。流率和/或速度上的变化可用于改变该铸件部分处的冷却作用。
图20是本发明另一实施例的详细示意图，其中排放孔内表面上的掣子用于改变排向铸件的冷却剂的流率和/或速度特性。图20显示了框架440，冷却剂排放孔441，以及在朝向排放端的排放孔内表面上所赋予的掣子442。
图21是本发明另一实施例的详细示意图，其中在框架445中的冷却剂排放孔446的内表面上设置了凸起447，以便改变排向铸件的冷却剂的流率和/或速度特性。
图22是本发明另一实施例的示意性端视图，其中带角度的凹槽452定位在或切入到框架450中，以便改变从冷却剂排放孔451朝铸件排放的冷却剂的流率、流量和/或速度特性。本领域中的普通技术人员还应该懂得，当在这里使用与朝铸件排放冷却剂的冷却剂排放孔相关的用语“孔”时，该排放孔可以是任何的形状或构造，包括圆形、椭圆形、凹槽形和任何其它所需的形状，所有这些都属于本发明的构思范围内。
图23是可用于本发明实施例的框架的截面图。图23显示了框架500，其带有冷却剂排放孔的阻遏件部分501和喷射孔部分503。阻遏件部分501具有带直径502的大致圆形截面，喷射孔部分503具有带直径504和长度505的大致圆形截面。在这个实施例或应用中，喷射孔部分503的长度应该是直径的至少十倍，但是实施本发明并不需要特殊的尺寸或比例。用于图23中所示实施例的典型测量值为直径504＝0.166英寸；长度505＝1.172英寸；直径502＝0.125英寸，阻遏件部分501的长度＝0.20英寸。此外，实施本发明并不需要特定的或特殊的尺寸或比例。
图24是可用于本发明实施例的框架的截面图。图24显示了框架520，其带有冷却剂排放孔的阻遏件部分521和喷射孔部分523。阻遏件部分521具有带直径522和长度519的大致圆形截面，喷射孔部分523具有带直径524和长度525的大致圆形截面。在这个实施例或应用中，喷射孔部分503的长度应该是直径的至少十倍，但是，实施本发明并不需要特殊的尺寸或比例。用于图23中所示实施例的典型测量值为直径524＝0.156英寸；长度525＝1.491英寸；直径522＝0.109英寸，阻遏件部分521的长度519＝0.60英寸。此外，实施本发明并不需要特定的或特殊的尺寸或比例。
在产生后文所述数据的一个实施例中，在例如图24中所示的辅助射流中，直径524在第一分式部分是0.156英寸，而在第二分式部分(需要较少热传递的位置)是0.140英寸，直径522保持相同，为0.109英寸。这就产生了所需的汽斑和减小的锭卷曲。
影响汽斑和温度分布的重点是在一般所称的铸锭的轧制面上，其是铸锭在后续轧制时的表面。然而，应该注意，本发明并不限于应用在铸件的任何一个表面上，而是可应用于末端、正面或任何其它部位，所有这些都属于本发明的构思范围内。图24显示了本发明应用于第二冷却剂排放孔523，其是应用本发明的优选孔，其一般出现在铸造工艺开始期间。
图25是显示了本发明另一实施例的铸锭形铸件的示意性截面图，其中，该铸件分成三个部分而非四分之一部分。本发明可构思出采用任何分式部分。图25显示了本发明的一个实施例，其中典型的冷却剂排放孔600和601将冷却剂喷射流602和603提供至铸件604的分式表面部分605(其是三分之一分式表面部分)。冷却剂排放孔结构606用于将冷却剂引导或排放到中心部分607上，并为铸件提供排放的冷却剂608和609。冷却剂排放孔或排放口具有较小直径的分段610和较大直径的分段611。较小直径分段610也可称为阻遏件或阻遏件部分，而较大直径分段611也可称为喷射孔部分。增大直径的效应影响了所排放的冷却剂喷射流608和609，并用于降低其速度和/或减少流率。
图26是任何形状的铸件的一部分的示意性局部断面图，其显示了在其上面使用的本发明的一个实施例。图26显示了本发明如何用于模具周边周围或冷却框架周围以及任何形状的铸件上的情形。图26显示了在铸件和可重复图案的冷却方面的局部变化。例如，不论形状如何，本发明就其非常基本的级别而言可用于任一位置，或者可围绕任何模具型腔的周边或外周而重复。它还可应用于或用于铸件的末端部分、中心部分的任何表面或任何其它位置或表面上。例如，本发明可用于在冷却框架周围的几个不同位置施加不同的冷却作用，从而将不同的冷却剂排放到铸件的几个不同部分上。
图26显示了本发明的一个实施例，其中典型的冷却剂排放孔620和621将冷却剂喷射流622和623提供至铸件624的第一分式表面部分625上。冷却剂排放孔结构626用于将冷却剂引向或排放到第二分式表面部分627上，并为铸件提供排放的冷却剂608和609。冷却剂排放孔或排放口具有较小直径的分段630和较大直径的分段631。较小直径分段630也可称为阻遏件或阻遏件部分，而较大直径分段631还可称为喷射孔部分。增大直径的效应影响了排放的冷却剂喷射流628和629，并用于降低其速度和/或减少流率。
图26还显示了将冷却剂施加在另一分式表面部分上的另一实施例，在这个实施例中为第三分式表面部分632，其采用了冷却剂排放孔结构640。冷却剂排放孔结构640包括多个冷却剂排放孔641和644(其具有相同的横截面积，并因此可提供大致相同的冷却剂流率)。所示被引向其它分式表面部分上的冷却剂排放孔同样具有大致相同的横截面积，并因此提供大致相同的冷却剂流率。排放孔641和644在第二端或排放端也具有增大的直径645。冷却剂643和646被排向铸件624上的第三分式表面部分632。虽然只显示了用于每一分式表面部分的两个冷却剂排放孔，但是，实际上如同本领域中的普通技术人员所理解的那样，在各区域通常将设有多个冷却剂排放孔。
图26显示了本发明如何独特地应用于模具的任何给定的分式表面部分，可能具有若干不同的分式表面部分，其各自具有预定的喷射特性。例如，一个模具可能具有两个、三个、四个或五个或更多个分式表面部分，其各自具有预定的喷射特性，所有这些都属于本发明的范围内。
图27显示了只在不同框架中应用的本发明另一实施例。在这类框架中，所有阻遏件都具有相同的横截面积，因此通过各阻遏件的流量是相同的。虽然本发明并不限于特定的阻遏件形状，但是，在某些实施例中，阻遏件优选具有圆形截面。对于一种尺寸或结构的喷射孔而言，冷却剂储器是彼此分开的，并且一个储器优选只为一个给定横截面积或流率的喷射孔提供冷却剂。
图27显示了铸件724，其具有第一分式表面部分725、第二分式表面部分727，以及第三分式表面部分732。出于说明的目的，图中只显示了三个，但可以设有更多个分式表面部分。第一多个阻遏件720各自具有大致相同的横截面积，并且构造成在第一端接受冷却剂，并将冷却剂提供到第一储器751中。第一储器751与第一多个喷射孔750流体相通，并为其提供冷却剂，喷射孔750各自具有相同的横截面积，并且/或者容许冷却剂以相同流率通过每个喷射孔750。冷却剂722从第一多个喷射孔750朝着铸件724排放到第一分式表面部分725上。第二多个阻遏件730各具有彼此大致相同、并且与第一多个阻遏件720大致相同的横截面积，而且构造成可在第一端接受冷却剂，并将冷却剂提供到第二储器761中。流体不能经过第一储器751和第二储器761之间，或者第二储器761和第三储器771之间。
第二储器761与第二多个喷射孔760流体相通，并为其提供冷却剂，喷射孔760各具有相同的横截面积，并且/或者允许冷却剂以相同流率通过第二多个喷射孔中的每个喷射孔760。然而，第二多个喷射孔760的横截面积不同于第一多个喷射孔750的横截面积。类似地，第三多个喷射孔770的横截面积不同于第一多个喷射孔750的横截面积，而且还不同于第二多个喷射孔760的横截面积。冷却剂728从第二多个喷射孔760朝着铸件724排放到第二分式表面部分727上。
第三储器771与第三多个喷射孔770流体相通，并为其提供冷却剂，喷射孔770各具有相同的横截面积，并且/或者允许冷却剂以相同流率通过第三多个喷射孔中的每个喷射孔770。冷却剂746从第三多个喷射孔770朝着铸件724排放到第三分式表面部分732上。
本发明的某些实施例可设想，冷却剂以不同的速度排向铸件的不同分式表面部分，例如在图26中，这可适用于第一冷却剂排放622和623相对于第二冷却剂排放628和629以及相对于第三冷却剂排放643和646。也就是说，第三冷却剂排放643和646将是大致相同的速度，即第三排放速度，其将不同于第二冷却剂排放628和629的第二排放速度，而第二排放速度不同于第一冷却剂排放622和623的第一排放速度。
本发明设想，利用本发明的系统的实施例可包括与铸件上分式表面部分相对应的喷射孔构造的分式部分，该铸件位于具有任何形状和所有形状的模具周围，以便针对所需的任何效果来定制热传递。
本发明还可应用于许多不同类型的冷却剂框架。例如，许多这样的框架包括多个阻遏件孔，冷却剂从阻遏件孔流入的公共储器或增压室，以及多个位于储器下游的喷射孔。本发明的实施例可以很容易地应用于这种构造中，只要一个中间储器仅为相同直径或相同横截面积的喷射孔提供冷却剂即可。
对于一些速度测定而言，它们都是基于用于计算通过圆柱体(在这样的实施例中，其使用了用于阻遏件部分的圆柱体以及用于冷却剂排放孔的喷射孔部分的另一较大圆柱体)的速度的已知公式，来进行计算或估测的。
例如，为了计算如果体积流率保持相同时的速度降低，可利用以下通过圆柱体的流量计算的基本方程式V＝v*π*R2＝π*(ΔP/L+ρgcosθ)*R4/8η图例说明0.140的直径＝0.07的半径＝0.0058ft0.156的直径＝0.78的半径＝0.0065ft0.00022ft3/sec(每喷射孔)＝0.00167gal./sec(每喷射孔)＝0.1gpm(每喷射孔)＝0.2gpm/in在模具外周(在冷却剂流之间具有0.5in的间距)。
V＝体积流率V＝冷却剂流的速度R＝管道半径P＝压力变化L＝管道长度ρ＝流体密度g＝比重η＝流体的粘度以下是一个计算示例0.00022ft3/sec.＝v*3.1415*(0.0058ft)2v＝(.00022ft3/sec.)/(3.1415*0.0000336ft2)v＝2.08ft/sec以下是另一计算示例0.00022ft3/sec.＝v*3.1415*(0.0065ft)2v＝(.00022ft3/sec.)/(3.1415*0.00004225ft2)v＝166ft/sec.
虽然上面的方程式被认为是基本精确的，但是在实践中或在应用中，需要完成测试以检验其精确度或误差空间，其取决于诸如冷却剂排放孔的喷射孔部分的长度等因素。
本领域中的普通技术人员还应该懂得，本发明的实施例可以和新的系统和/或对现有铸造系统的改进型相结合，所有这些都属于本发明的范围内，如关于图6、图23和/或图24所述。
下表显示了可实现的汽斑分布曲线的结果。
在变化的水流率下对冷却剂流率进行改进之后，5083合金(低导热率合金)的508×1524铸锭的汽斑测量值
在变化的水流率下对冷却剂流率进行改进之前，5083合金的508×1524铸锭的汽斑测量值如可从上面两个图表中的汽斑曲线图中看出，在使用相同的局部水流率进行速度改进之后，汽斑在长度上增长了一倍，并且汽斑更明显地集中在铸锭的中心而非铸锭的四分之一点上。通过减少总的锭卷曲，这些倾向都有助于铸锭铸造的开始。在图9中显示了锭卷曲的测量。
对于五十八(58)毫米×一千五百二十四(1524)毫米的锭模尺寸，下表显示了测量的锭卷曲。本领域的普通技术人员可以理解，从根据本发明对从第一分式部分(四分之一部分)至第二分式部分(在这个示例中为中心部分)的冷却剂排放孔进行改进之前和之后所进行的锭卷曲的以下测量中，锭卷曲大大地减少了。
以下的测试数据表提供了在有限的测试和计算中所得的一些数据和计算值
如同本领域的技术人员所理解的那样，本发明具有许多的实施例，并且可以使用元件和部件的变型，所有这些都属于本发明的范围内。
例如，本发明的一个实施例可以是用于带模具型腔的直接激冷式铸造模具系统的冷却系统，该模具系统构造成用于铸造金属铸件，该冷却系统包括构造成用于定位在模具型腔周边周围的冷却框架，所述冷却框架包括第一多个冷却剂排放孔，其构造成可在第一端以第一冷却剂流率来接受冷却剂，并构造成在第二端以第一冷却剂排放速度朝着正在模制的铸件的第一分式表面部分来排放第一排放冷却剂流；第二多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第二冷却剂流率来接受冷却剂，并构造成在第二端以第二冷却剂排放速度朝着所述铸件的第二分式表面部分来排放第二排放冷却剂流；其中，第一冷却剂流率大致等于第二冷却剂流率；并且第一冷却剂排放速度小于第二冷却剂排放速度。在一个实施例中，第一排放冷却剂流量小于第二排放冷却剂流量。
上面的冷却系统可以只包括水、或者水和另一气态或液态流体的混合物。前面段落中所述的冷却系统的实施例可描述如下其特征还在于，第一分式表面部分是中心部分，第二分式表面部分是四分之一部分；或其特征还在于，第一分式表面部分是中心部分，第二分式表面部分是三分之一部分；或其特征还在于，第一分式表面部分和第二分式表面部分围绕着模具型腔的周边而彼此相邻；和/或其特征还在于，第一分式表面部分和第二分式表面部分是围绕着模具型腔的周边而彼此间隔开的。
上述冷却系统还可描述为其特征还在于，第一冷却剂流率在第二冷却剂流率的4％以内；或其特征还在于，第一冷却剂流率在第二冷却剂流率的8％以内；和/或其特征还在于，第一冷却剂流率在第二冷却剂流率的12％以内。
在另一实施例中，提供了一种用于带模具型腔的直接激冷铸造模具系统的冷却系统，该模具系统构造成用于模制金属铸件，该冷却系统包括构造成用于定位在模具型腔周边周围的冷却框架，所述冷却框架包括第一多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第一冷却剂流率来接受冷却剂，并构造成在第二端以第一冷却剂排放速度朝着正在模制的铸件的第一分式表面部分来排放第一排放冷却剂流；第二多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第二冷却剂流率来接受冷却剂，并构造成在第二端以第二冷却剂排放速度朝着所述铸件的第二分式表面部分来排放第二排放冷却剂流；其中，第一冷却剂流率大致等于第二冷却剂流率；并且第一排放流率小于第二排放流率。
上面的冷却系统可以只包括水、或者水和另一气态或液态流体的混合物。前面段落中所述的冷却系统的实施例可描述如下其特征还在于，第一分式表面部分是中心部分，第二分式表面部分是四分之一部分；或其特征还在于，第一分式表面部分是中心部分，第二分式表面部分是三分之一部分；或其特征还在于，第一分式表面部分和第二分式表面部分围绕着模具型腔的周边而彼此相邻；和/或其特征还在于，第一分式表面部分和第二分式表面部分是围绕着模具型腔的周边而彼此间隔开的。
上述冷却系统还可描述为其特征还在于，第一冷却剂流率在第二冷却剂流率的4％以内；或其特征还在于，第一冷却剂流率在第二冷却剂流率的8％以内；和/或其特征还在于，第一冷却剂流率在第二冷却剂流率的12％以内。
在另一实施例中，提供了一种用于带模具型腔的直接激冷铸造模具系统的冷却系统，模具系统构造成用于模制金属铸件，该冷却系统包括构造成用于定位在模具型腔周边周围的冷却框架，所述冷却框架包括第一多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第一冷却剂流率来接受冷却剂，并构造成在第二端以第一冷却剂排放速度朝着正模制的铸件的第一分式表面部分来排放第一排放冷却剂流；第二多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第二冷却剂流率来接受冷却剂，并构造成在第二端以第二冷却剂排放速度朝着所述铸件的第二分式表面部分来排放第二排放冷却剂流；其中，第一冷却剂流率大致等于第二冷却剂流率；并且第一排放冷却剂流在第一分式表面部分上产生了比第二排放冷却剂流在铸件第二分式表面部分上所产生的平均汽斑更高的平均汽斑。
上面的冷却系统可以只包括水、或者水和另一气态或液态流体的混合物。前面段落中所述的冷却系统的实施例可描述如下其特征还在于，第一分式表面部分是中心部分，第二分式表面部分是四分之一部分；或其特征还在于，第一分式表面部分是中心部分，第二分式表面部分是三分之一部分；或其特征还在于，第一分式表面部分和第二分式表面部分围绕着模具型腔的周边而彼此相邻；和/或其特征还在于，第一分式表面部分和第二分式表面部分是围绕着模具型腔的周边而彼此间隔开的。
上述冷却系统还可描述为其特征还在于，第一冷却剂流率在第二冷却剂流率的4％以内；或其特征还在于，第一冷却剂流率在第二冷却剂流率的8％以内；和/或其特征还在于，第一冷却剂流率在第二冷却剂流率的12％以内。
在本发明的另一实施例中，提供了一种周于带模具型腔的直接激冷式铸造模具系统的冷却系统，模具系统构造成用于模制金属铸件，该冷却系统包括构造成用于定位在模具型腔周边周围的冷却框架，所述冷却框架包括第一多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第一冷却剂流率来接受冷却剂，并构造成在第二端以第一冷却剂排放速度朝着正在模制的铸件的第一分式表面部分来排放第一排放冷却剂流；第二多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第二冷却剂流率来接受冷却剂，并构造成在第二端以第二冷却剂排放速度朝着所述铸件的第二分式表面部分排放第二排放冷却剂流；其中，第一冷却剂流率大致等于第二冷却剂流率；并且第一多个冷却剂排放孔排放第一排放冷却剂，第二多个冷却剂排放孔排放第二排放冷却剂；而且传递至第一排放冷却剂流的热传递少于传递至第二排放冷却剂流的热传递。
在本发明的另一实施例中，直接激冷的铸造模具设有构造成用于铸造金属铸件的模具型腔，以及冷却系统，该冷却系统包括构造成用于定位在模具型腔周边周围的冷却框架，冷却框架包括第一多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第一冷却剂流率来接受冷却剂，并构造成在第二端以第一冷却剂排放速度朝着正在模制的铸件的第一分式表面部分来排放第一排放冷却剂流；第二多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第二冷却剂流率来接受冷却剂，并构造成在第二端以第二冷却剂排放速度朝着所述铸件的第二分式表面部分来排放第二排放冷却剂流；其中第一冷却剂流率约等于第二冷却剂流率；并且第一多个冷却剂排放孔排放第一排放冷却剂，第二多个冷却剂排放孔排放第二排放冷却剂；而且其特征还在于，第一排放冷却剂流相对于第二排放冷却剂流进行排放，使得传递到第一排放冷却剂流的热量少于传递到第二排放冷却剂流的热量。
在本发明的一个方法实施例中，可提供一种用于改变现有直接激冷式熔融金属模制的模具系统上的冷却系统的方法，该冷却系统包括围绕模具型腔周边而设置的多个冷却剂排放孔，其中，该多个冷却剂排放孔各自具有大致相同的输入横截面面积，该方法包括在所述冷却剂排放孔的排放端，改变所述冷却剂排放孔的内表面。
从前面段落中所述方法延伸出的其它方法是通过在排放端增大其横截面积，来改变冷却剂排放孔的内表面；通过在排放端钻出大直径的冷却剂排放孔，来改变冷却剂排放孔的内表面；通过在排放端增加内表面的表面粗糙度，来改变冷却剂排放孔的内表面；通过在排放端在内表面上设置掣子，来改变冷却剂排放孔的内表面；和/或通过在内表面上攻出内螺纹，来改变冷却剂排放孔的内表面。
按照相关条例，已经针对结构和方法特征而在语言上或多或少特定地描述了本发明。但是可以理解，由于本文所公开的装置包括实施本发明的优选形式。因此本发明不限于所示和所描述的特定特征。因此，本发明要求保护所附权利要求的适当范围内的任何形式或变型，所附权利要求按照等同特征的原则来进行适当解释。
权利要求
1.一种用于带模具型腔的直接激冷式铸造模具系统的冷却系统，所述模具系统构造成用于模制金属铸件，所述冷却系统包括构造成用于定位在模具型腔周边周围的冷却框架，所述冷却框架包括第一多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第一冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第一冷却剂排放速度朝着正在模制的铸件的第一分式表面部分来排放第一排放冷却剂流；第二多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第二冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第二冷却剂排放速度朝着所述铸件的第二分式表面部分来排放第二排放冷却剂流；其中，所述第一冷却剂流率大约等于所述第二冷却剂流率；并且所述第一冷却剂排放速度小于所述第二冷却剂排放速度。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述冷却剂是水。
3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述冷却剂包括水。
4.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述冷却剂是水和二氧化碳的混合物。
5.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是四分之一部分。
6.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是三分之一部分。
7.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分围绕模具型腔的周边而彼此相邻。
8.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分围绕模具型腔的周边而彼此间隔开。
9.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述模具系统构造成可铸造铸锭形状的铸件。
10.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂流率在所述第二冷却剂流率的4％以内。
11.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂流率在所述第二冷却剂流率的8％以内。
12.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂流率在所述第二冷却剂流率的12％以内。
13.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，从所述铸件至所述第一排放冷却剂流的热传递小于至所述第二排放冷却剂流的热传递。
14.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一排放冷却剂流小于所述第二排放冷却剂流。
15.一种用于带模具型腔的直接激冷式铸造模具系统的冷却系统，所述模具系统构造成用于模制金属铸件，所述冷却系统包括构造成用于定位在模具型腔周边周围的冷却框架，所述冷却框架包括第一多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第一冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第一冷却剂排放速度朝着正在模制的铸件的第一分式表面部分来排放第一排放冷却剂流；第二多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第二冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第二冷却剂排放速度朝着所述铸件的第二分式表面部分来排放第二排放冷却剂流；其中，所述第一冷却剂流率大约等于所述第二冷却剂流率；并且所述第一排放流率小于所述第二排放流率。
16.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂排放速度小于所述第二冷却剂排放速度。
17.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述冷却剂包括水。
18.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述冷却剂是水和气体的混合物。
19.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是四分之一部分。
20.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是三分之一部分。
21.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分围绕模具型腔的周边而彼此相邻。
22.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分围绕模具型腔的周边而彼此间隔开。
23.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述模具系统构造成可铸造铸锭形状的铸件。
24.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂流率在所述第二冷却剂流率的4％以内。
25.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂流率在所述第二冷却剂流率的8％以内。
26.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一冷却剂流率在所述第二冷却剂流率的12％以内。
27.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征还在于，从所述铸件传递至所述第一排放冷却剂流的热传递小于传递至所述第二排放冷却剂流的热传递。
28.一种用于带模具型腔的直接激冷式铸造模具系统的冷却系统，所述模具系统构造成用于模制金属铸件，所述冷却系统包括构造成用于定位在模具型腔周边周围的冷却框架，所述冷却框架包括第一多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第一冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第一冷却剂排放速度朝着正在模制的铸件的第一分式表面部分来排放第一排放冷却剂流；第二多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第二冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第二冷却剂排放速度朝着所述铸件的第二分式表面部分来排放第二排放冷却制流；其中，所述第一冷却剂流率大约等于所述第二冷却剂流率；并且所述第一排放冷却剂流在所述第一分式表面部分上产生了比所述第二排放冷却剂流在所述铸件的第二分式表面部分上所产生的平均汽斑要更高的平均汽斑。
29.根据权利要求28所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是四分之一部分。
30.根据权利要求28所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分是中心部分，而所述第二分式表面部分是三分之一部分。
31.根据权利要求28所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分围绕模具型腔的周边而彼此相邻。
32.根据权利要求28所述的冷却系统，其特征还在于，所述第一分式表面部分和所述第二分式表面部分围绕模具型腔的周边而彼此间隔开。
33.根据权利要求28所述的冷却系统，其特征还在于，所述冷却剂包括水。
34.一种用于带模具型腔的直接激冷式铸造模具系统的冷却系统，所述模具系统构造成用于模制金属铸件，所述冷却系统包括构造成用于定位在所述模具型腔周边周围的冷却框架，所述冷却框架包括第一多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第一冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第一冷却剂排放速度朝着正在模制的铸件的第一分式表面部分来排放第一排放冷却剂流；第二多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第二冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端以第二冷却剂排放速度朝着所述铸件的第二分式表面部分来排放第二排放冷却剂流；其中，所述第一冷却剂流率大约等于所述第二冷却剂流率；并且，所述第一多个冷却剂排放孔排放所述第一排放冷却剂，所述第二多个冷却剂排放孔排放第二排放冷却剂；并且，传递至所述第一排放冷却剂流的热传递小于传递至所述第二排放冷却剂流的热传递。
35.一种直接激冷式铸造模具，其带有构造成用于铸造金属铸件的模具型腔，以及冷却系统，所述冷却系统包括构造成用于定位在模具型腔周边周围的冷却框架，冷却框架包括第一多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第一冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端朝着所述正在模制的铸件的中心表面部分来排放第一排放冷却剂流；第二多个冷却剂排放孔，其构造成在第一端以第二冷却剂流率来接受冷却剂，并且构造成在第二端朝着所述铸件的分式表面部分来排放第二排放冷却剂流；其中，所述第一冷却剂流率大约等于所述第二冷却剂流率；其中，所述第一多个冷却剂排放孔排放所述第一排放冷却剂，而所述第二多个冷却剂排放孔排放所述第二排放冷却剂；其中，所述第一排放冷却剂流相对于所述第二排放冷却剂流进行排放，使得传递到所述第一排放冷却剂流的热量少于传递到所述第二排放冷却剂流的热量。
36.一种用于改变现有直接激冷式熔融金属的模具系统上的冷却系统的方法，所述冷却系统包括围绕模具型腔周边而设置的多个冷却剂排放孔，其中，所述多个冷却剂排放孔各具有大致相同的输入横截面面积，所述方法包括在所述冷却剂排放孔的排放端来改变所述冷却剂排放孔的内表面。
37.根据权利要求36所述的方法，其特征还在于，通过在所述排放端增大其横截面积，来改变所述冷却剂排放孔的内表面。
38.根据权利要求36所述的方法，其特征还在于，通过在所述排放端钻出更大直径的冷却剂排放孔，来改变所述冷却剂排放孔的内表面。
39.根据权利要求36所述的方法，其特征还在于，通过在所述排放端增加所述内表面的表面粗糙度，来改变所述冷却剂排放孔的内表面。
40.根据权利要求36所述的方法，其特征还在于，通过在所述排放端于所述内表面上设置掣子，来改变所述冷却剂排放孔的内表面。
41.根据权利要求36所述的方法，其特征还在于，通过在所述内表面上设置内螺纹，来改变所述冷却剂排放孔的内表面。
全文摘要
一种熔融金属的模具铸造系统(120)，其可保持大致相等的冷却剂流率，同时改进了排向铸件的冷却剂流的流动特性，从而改变作用在所显露铸件上的冷却效果。对于某些较低导热率的合金金属而言，降低了在铸件中心表面部分的热传递，从而在铸造期间减少了锭卷曲。
文档编号B22D11/049GK1925938SQ200580006228
公开日2007年3月7日 申请日期2005年2月9日 优先权日2004年2月28日
发明者C·L·夏伯 申请人:瓦格斯塔夫公司