具有锥形炉床的浇铸系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开大致涉及用于浇铸熔融材料的系统、方法、工具、技术和策略。
[0002]发明背景
[0003]例如，钛合金和某些其它高性能合金的某些铸锭的浇铸鉴于在生产期间存在的极端条件和合金中包括的材料的性质可能是昂贵的且在程序上是困难的。例如，在许多目前可购得的冷床浇铸系统中，诸如在惰性气氛中的等离子弧熔融和在真空熔融室内的电子束熔融，浇铸系统可用于熔融及混合各种再利用废料、母合金和各种其它起始材料来生产所要的合金。浇铸系统利用可含有高密度和/或低密度夹杂物的起始材料，其接着可能导致较低质量和可能无法使用的热或铸锭。被视为无法使用的浇铸材料通常可熔融并且再使用，但是这种材料通常将被视为较低质量且在市场上的价格较低。在浇铸操作期间，生产商通常期望在将熔融材料引导至铸模前将夹杂物从熔融材料中移除。
[0004]为了蒸发、溶解或熔融熔融材料中的夹杂物，浇铸系统中的能量源(例如，电子束枪或等离子炬)可施加能量至浇铸系统的炉床中的熔融材料的表面。能量源产生的能量可足以蒸发或熔融夹杂物。但是，在浇铸操作期间，动态流径可出现在浇铸系统的炉床中，且动态程度较低的区域(即滞留区或滞留池)可邻近、围绕和/或靠近动态流径形成。在未充分混合的情况下，熔融材料可静置在滞留区中且因此保留在炉床中达比熔融材料沿着动态流径流动长的时间段。换句话说，熔融材料在炉床中的驻留时间可依据熔融材料是沿着动态流径流动或静置在滞留区中且因此熔融材料在炉床中的驻留时间可能不一致。此外，滞留区中的熔融材料可遭受由能量源产生的能量达比熔融材料在动态流径中长的时间段。因此，在炉床中具有较长驻留时间的熔融材料(即，静置在滞留区中的熔融材料)的元素消耗可比在炉床中具有较短驻留时间的熔融材料(即，沿着动态流径流动的熔融材料)的元素消耗大。当炉床中的熔融材料内具有不同的化学组成时，所得浇铸合金可具有组成变化。
[0005]此外，在利用从单个炉床延伸的多个铸模的浇铸系统中，滞留区的形成可将预期熔融材料流转向和/或改变至铸模中。换句话说，浇铸速率可能在浇铸系统的铸模之间变化。
[0006]因此，将有利地提供一种浇铸系统，其较不易受其炉床中滞留区的形成的影响。此夕卜，将有利地提供一种浇铸系统，其产生组成更均匀的铸造合金。此外，将有利地提供一种浇铸系统，其促进跨多个铸模的相同或类似浇铸速率。更一般地，将有利地提供一种改进的浇铸系统，其可用于钛、其它高性能合金以及一般的金属和金属合金。
发明概要
[0007]本公开的一个方面涉及浇铸系统的非限制性实施方案，其可包括炉床和多个模具。炉床可包括界定进口横截面积的进口和多个出口，其中每个出口界定出口横截面积。炉床还可包括进口与多个出口之间的腔，其中腔从进口朝向多个出口渐变。模具可与炉床的每个出口对准。
[0008]本公开的另一个方面涉及结合浇铸系统使用的炉床的非限制性实施方案，其中炉床可包括腔，所述腔包括第一端部和第二端部，其中腔在第一端部与第二端部之间变窄。炉床可进一步包括第一端部上的进口，其中进口界定进口容量。炉床还可包括第二端部上的出口，其中出口界定出口容量。
[0009]本公开的另一个方面涉及结合浇铸系统使用的炉床的非限制性实施方案，其中炉床可包括用于运载熔融材料的运载构件。运载构件可包括用于接收熔融材料的接收构件，其中接收构件包括接收容量。此外，运载构件可包括用于递送熔融材料的递送构件，其中递送构件包括递送容量，且其中递送容量大体上等于接收容量。炉床还可包括在接收构件与递送构件之间收窄运载构件的收窄构件。
[0010]本公开的又一个方面涉及浇铸系统的非限制性实施方案，其可包括:炉床，其被结构化来接收材料；和能量源，其被结构化来给炉床中的材料施加能量，其中材料的一部分可在炉床中形成材料壳体。材料壳体可包括界定进口横截面积的进口、界定出口横截面积的出口和进口与出口之间的腔，其中腔从进口朝向出口渐变。
[0011]本公开的另一个方面涉及用于浇铸材料的方法的非限制性实施方案。方法可包括使熔融材料穿过炉床的进口，其中进口包括进口容量；使熔融材料穿过炉床的锥形腔；使熔融材料穿过炉床的多个出口，其中每个出口包括出口容量，且其中出口容量的总和大体上匹配进口容量；及使熔融材料进入多个模具。
[0012]本公开的又一个方面涉及用于浇铸材料的方法的非限制性实施方案。方法可包括使熔融材料通过进口进入炉床；选择性地施加能量至炉床中的熔融材料以在炉床中形成材料壳体，其中材料壳体界定腔；使熔融材料穿过炉床的出口，其中腔从进口至出口渐变；及使熔融材料进入模具。
[0013]附图简述
[0014]可参考附图更好地了解本发明的特征和优点，其中:
[0015]图1是根据本公开的至少一个非限制性实施方案的浇铸系统的示意图；
[0016]图2是根据本公开的至少一个非限制性实施方案的图1所示的浇铸系统的示意图，其中浇铸室的壁已移离浇铸室以暴露浇铸室的内部；
[0017]图3是根据本公开的至少一个非限制性实施方案的炉床和并列模具的透视图；
[0018]图4是根据本公开的至少一个非限制性实施方案的炉床的透视图；
[0019]图5是图4的炉床的平面图；
[0020]图6是根据本公开的至少一个非限制性实施方案的炉床的透视图；
[0021]图7是图6的炉床的平面图；
[0022]图8是根据本公开的至少一个非限制性实施方案的炉床的透视图；
[0023]图9是图8的炉床的平面图；
[0024]图10是根据本公开的至少一个非限制性实施方案的具有定位其中的材料的炉床的透视图；
[0025]图11是图10的炉床的正视图；
[0026]图12是沿着图11中所示的平面取得的图10的炉床的平面横截面图；
[0027]图13是根据本公开的至少一个非限制性实施方案的具有定位其中的材料的炉床的透视图；
[0028]图14是图13的炉床和材料的正视图；
[0029]图15是沿着图14中所示的平面取得的图13的炉床和材料的平面图；
[0030]图16是根据本公开的至少一个非限制性实施方案的具有定位其中的材料的炉床的透视图；
[0031]图17是图16的炉床和材料的正视图；
[0032]图18是沿着图17中所示的平面取得的图16的炉床和材料的平面图；
[0033]图19是根据本公开的至少一个非限制性实施方案的具有定位其中的材料的炉床的透视图；
[0034]图20是图19的炉床和材料的正视图；和
[0035]图21是沿着图20中所示的平面取得的图19的炉床和材料的平面图。
【具体实施方式】
[0036]下文描述和特定附图中图示的根据本公开的浇铸系统的下列非限制性实施方案并入一个或更多个电子束枪；但是应了解其它熔融电源可在浇铸系统中用作材料加热装置。例如，本公开还设想使用一个或更多个等离子产生装置的浇铸系统，所述等离子产生装置产生能量等离子并且通过使材料接触所产生的等离子而加热浇铸系统内的金属材料。
[0037]冷床浇铸系统(诸如真空熔融室内的电子束熔融)通常利用铜炉床，其并入基于流体的冷却系统以将炉床的温度限制为低于铜材料的熔融温度的温度。虽然基于水的冷却系统最常见，但是其它系统(诸如基于氩气或熔盐冷却系统)可被并入冷床。冷床系统至少部分使用重力以通过将夹杂物从驻留在炉床内的熔融材料中移除而精炼熔融金属材料。当材料被混合且在冷床内流动时，相对较低密度的夹杂物在熔融材料的顶部漂浮一定时间，且暴露的夹杂物可被浇铸系统的一个或更多个电子束枪再熔融或蒸发。相对较高密度的夹杂物沉入熔融材料的底部并且紧贴铜炉床沉积。当与冷床接触的熔融材料通过炉床的基于流体的冷却系统的作用冷却时，材料凝固以在炉床的底部和/或侧表面上形成固体涂层或“壳体”。壳体保护炉床的表面不受炉床内熔融材料的影响。夹杂物在壳体内的截留将夹杂物从熔融材料移除，得到较高纯度的浇铸。
[0038]电子束浇铸系统的熔融炉床可经由熔融材料流径与浇铸系统的精炼炉床流体连通。起始材料可被引入熔融室和其中的熔融炉床中，且一个或更多个电子束射至材料并且将材料加热至其熔点。为了允许一个或更多个电子束枪的适当操作，至少一个真空产生器可与熔融室关联并且可在室内提供真空条件。在特定非限制性实施方案中，进料区域也可与熔融室关联，起始材料可通过所述进料区域被引入熔融室并且可在熔融炉床内熔融并且初步安置。进料区域可包括例如用于将材料运送至熔融炉床的传送系统。被引入浇铸系统的熔融室的起始材料可为多种形式，例如松散颗粒材料(例如，海绵体、碎肩和母合金)、团块形式的压实材料(例如，压实海绵体、碎肩和母合金)或已被焊接成条或其它适当形状的大块固体。因此，进料区域可被设计来处理预期由浇铸系统利用的特定起始材料。
[0039]—旦起始材料在熔融炉床中被熔融，熔融材料就可在熔融炉床中保留一段时间以更好地确保完全熔融和均匀性。熔融材料可经由熔融材料路径从熔融炉床移动至精炼炉床。在各种非限制性实施方案中，熔融材料可例如流动穿过熔融炉床与精炼炉床之间的各种中间炉床。精炼炉床可在熔融室或另一个真空围封体内且可通过真空系统维持在真空条件下以允许与精炼炉床相关的一个或更多个电子束枪的适当操作。虽然可使用基于重力的移动机构，但是机械移动机构也可用于协助将熔融材料从熔融炉床运送至精炼炉床。一旦熔融材料被安置在精炼炉床中，材料可遭受通过至少一个电子束枪的适当高温下的连续加热达足够时间以可接受地精炼材料。一个或更多个电子束枪再次可为足够功率以使材料在精炼炉床中维持为熔融状态，并且还可为足够功率以蒸发或熔融出现在熔融材料表面上的夹杂物。此外，在特定非限制性实施方案中，浇铸系统可包括多个精炼炉床，熔融材料可流动穿过所述精炼炉床。
[0040]熔融材料可保留在精炼炉床中达足够时间以将夹杂物从中移除并且以其它方式精炼材料。精炼炉床内的相对较长或较短驻留时间可依据例如熔融材料中夹杂物的组成和主要成分而选择。一般技术人员可易于确定适当的驻留时间以在浇铸操作期间提供熔融材料的适当精炼。优选地，精炼炉床可为冷床，且熔融材料中的夹杂物可通过以下方式移除:通过包括溶解在熔融材料中的过程，通过落入炉床的底部及变为截留在壳体中，和/或通过由聚焦在熔融材料的表面上的电子束的作用而蒸发。在特定实施方案中，被导向精炼炉床的电子束可以预定图案跨熔融材料的表面栅格化以形成混合作用。一个或更多个机械移动装置可被提供来提供混合作用或补充通过电子束的栅格化而产生的混合作用。
[0041]一旦被适当精炼，熔融材料就可经由重力和/或通过机械构件沿着熔融材料路径从精炼炉