耐火模具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及一种耐火模具(refractory mold，耐恪模具)，更具体地，涉及一种通风的耐火模具。
【背景技术】
[0002]熔模铸造工艺通常使用耐火模具，其通过在熔消图案材料(例如蜡、塑料等)周围累积连续多层的用无机粘结剂粘结的陶瓷颗粒而构成。完成的耐火模具通常在非永久性(可熔消且可去除)图案周围形成为壳模。将耐火壳模制造成足够厚且坚固，以承受:1)蒸汽压力耀(steam autoclave)或闪火图案消除(flash fire pattern eliminat1n)的应力，2)通过燃烧炉的行程，3)在熔融金属的铸造过程中承受热压力和金属静压力，以及4)这些处理步骤之间包含的物理处理。构造此强度的壳模通常需要至少5层耐火浆料以及产生通常4mm至1mm厚的模壁的耐火灰泥(stucco)，从而需要大量耐火材料。这些层还需要长时间来使粘结剂干燥和变硬，从而导致处理过程缓慢，在处理过程库存方面需要相当大的工作量。
[0003]粘结的耐火壳模通常装载为一批或装载如连续炉内，通过气体或油的燃烧来加热并加热至1600° F到2000° F0通过对壳模外表面的辐射和传导来加热耐火壳模。通常，烤炉所产生的热量的小于5%由耐火模具吸收，并且，烤炉所产生的热量的大于95%通过经过烤炉排放系统排出而浪费掉。
[0004]将加热的耐火模具从烤炉移除，并将熔融金属或合金铸造在这些耐火模具中。铸造时升高的模具温度是铸造高熔化温度合金(例如铁合金)用于防止浇铸不满、夹气、热撕裂和收缩缺陷所需的。
[0005]熔模铸造的趋势是，将耐火壳模制造得尽可能薄，以降低如上所述的模具的成本。薄壳模的使用已要求使用支撑介质来防止模具故障，如授予Chandley等人的美国专利5，069，271中所描述的。’ 271专利公开了制造得尽可能薄的粘结陶瓷壳模的使用，例如小于0.12英寸的厚度。在将未粘结的支撑颗粒介质从预热炉去除之后，将该介质在薄热耐火壳模周围压紧。该未粘结的支撑介质用来抵抗铸造过程中施加至壳模的应力，以防止模具故障。
[0006]然而，在从模具预热炉移除之后并用支撑介质包围壳体之后，薄壳模比更厚的模具更快速地冷却。此快速冷却在铸造时导致更低的模具温度。低模具温度会使得具体地在薄铸件中产生缺陷，例如浇铸不满、收缩、夹气和热撕裂。
[0007]授予Redemske的US 6，889，745教导了一种热学上有效的用于加热粘结的耐火模具的透气壁的方法，其中，模壁限定模腔，将熔融金属或合金浇铸在模腔中。通过将热量从在模腔内流动的热气转移至模壁，来加热模壁。使热气从模具外部的热气源流过模腔和透气模壁到达模具外部的低压区域，以控制模壁的内表面的温度。不管’745专利中描述的模具加热工艺的有用性如何，都已经观察到不均匀的图案消除和不均匀的模具加热，其中，模具顶部加热得比底部快，这会导致在顶部处外壳破裂并在导致在底部处图案消除不完全。这可通过以更慢的速度加热薄壳耐火模具以促进温度均匀性来解决，但是会导致非常长的烧尽(burn-out)周期；长达7小时。另外，当粘结剂从模壁燃尽时由于初始低透气性的原因，图案消除会是有问题的，这是由于以(由差透气性控制的)低燃烧速度启动和操作燃烧器时有困难，导致燃烧器多次重新启动以产生可靠的火焰。另外，对于如上所述的具有相对较高的通过模具的透气性的薄壳耐火模具，’ 745专利中描述的模具加热方法是有用的，但是，对于具有相对较低的透气性或没有透气性的厚壳耐火模具，这是无用的。
[0008]因此，希望的是提供耐火模具和制造并使用模具的方法，该方法能够在模具中保持均匀的模具温度且对于所有类型的耐火模具都是有用的，不管模壁的厚度透气性如何。
【发明内容】
[0009]在一个不例性实施例中，公开了一种粘结的耐火模具。模具包括模壁，模壁包括粘结的耐火材料并限定浇口、浇道和模腔，浇道具有通向浇口的浇道入口和通向模腔的浇道出口。模具还包括贯穿模壁的排气口。模具还包括覆盖排气口的透气盖。
[0010]当结合附图时，从本发明的以下详细描述中，本发明的以上特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
【附图说明】
[0011]在实施例的以下仅以实例的方式的详细描述中，便可看到其他目的、特征、优点和细节，该详细描述参考以下附图，在附图中:
[0012]图1是如本文公开的耐火模具、支撑介质和铸造型盒(casting flask)的一个示例性实施例的部分横截面图；
[0013]图2是图1的放大截面，更详细地示出了如本文公开的具有浇口排气口的耐火模具的一个示例性实施例；
[0014]图3是如本文公开的耐火模具的第二示例性实施例的透视侧视图；
[0015]图4是如本文公开的耐火模具和图案部分的一个实施例的透视图，该图案部分包括浇口通道和排气口通道；
[0016]图5是相关领域耐火模具的模腔温度与时间的函数关系的图表；
[0017]图6是如本文公开的耐火模具的一个示例性实施例的模腔温度与时间的函数关系的图表；
[0018]图7是制造如本文公开的耐火模具的方法的一个示例性实施例的流程图；
[0019]图8是使用如本文公开的耐火模具的方法的一个示例性实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0020]本发明主要涉及一种耐火模具，以及一种制造并使用耐火模具的方法。模具配置为由热气流加热，来自热气源的该热气流过一个或多个耐火管道和相关排气口，特别是在浇口或浇道(或其组合)中流过，进入模具外部的空间或区域，特别是模具周围的支撑介质。加热位于模壁外部处的区域，更具体地是加热支撑介质，可明显改进模具的加热，并增强从模具内图案组件的消除。
[0021]参考附图，特别是图1和图2，根据本发明的一个示例性实施例，示出了粘结的耐火模具10。描绘了图案消除的三个阶段，从底部到顶部进行的一一图案消除的开始、图案消除的早期阶段，以及完成图案消除之后的模具加热。模具10包括模壁12。模壁12包括粘结的耐火材料14并限定耐火管道11，该耐火管道包括饶口 16和至少一个饶道18及模腔20。浇道18具有通向浇口 16的浇道入口 22以及通向模腔20的浇道出口 24。模具10包括贯穿模壁12的排气口 26，更具体地，可包括多个排气口 26。模具10还包括覆盖排气口26的透气耐火盖28。在图1至图4中，为了示出模具10的其他方面，已省略浇道18和模腔20的一部分。
[0022]如图1和图2所示，在一个实施例中，模具10配置成放在铸造型盒31中，该铸造型盒限定铸造室29并由支撑介质30包围，例如包装好的颗粒支撑介质，例如多种类型的型砂(casting sand，铸造用砂)。为了图示的目的，示出了在饶道18之间包围模具10的支撑介质30，但是将理解的是，当存在时，支撑介质30通常将完全填充包围模具10的铸造室31中的空间。铸造型盒31和模具10配置成在熔模铸造工艺中使用，特别是非常适合于与反重力熔模铸造结合使用。本文进一步描述了在多种铸造工艺中的模具10、制造模具10的方法100和使用模具10的方法200。
[0023]模具10可包括模壁12，该模壁是透气的或不透气的。模具10可包括例如，可通过熔模铸造行业中众所周知的方法制造的粘结的透气耐火壳模10，例如众所周知的失蜡熔模造型工艺。例如，提供典型地由蜡、塑料泡沫或其他可消除图案材料33制成的非永久性(可消除)图案组件40以限定模具10，并且，该图案组件包括一个或多个具有待铸造物品的形状的非永久性(即可去除)图案32。图案32包括并连接至可消耗浇道部分34和浇口部分36或分别用来限定浇道18和浇口 16的部分。图案32、浇道部分和浇口部分形成整个图案组件40。将图案组件40重复浸入陶瓷/无机粘结剂浆料中，排出多余浆料，用耐火或陶瓷颗粒(灰泥)粉刷，在空气中干燥或在受控干燥条件下干燥以在图案组件40上建立壳模10的粘结的耐火壳壁12。浆料可包括耐火陶瓷材料和粘结剂材料的多种组合以及多种用量的这些材料，并可施加为任意数量的涂层。在某些实施例中，粘结的耐火壳壁12可相对较薄且透气，可用几层(例如2层至4层)楽料形成，具有大约1_至大约4_的厚度，更具体