[发明专利]改变石墨模中铸件热梯度的装置

说明书

本发明涉及一用于铸造的改进石墨模，更具体地说，本发明提供一改进的冒口并控制其铸造过程，尤其大铸件的铸造过程的方法和装置，为的是减少这些铸件内的疏松，从而改进铸件内部结构的完整。

铸件几百年以来一直用各种铸模和砂型铸造，包括砂模，永久模和石墨模。铸造材料包括熔化的青铜、黄铜、铁、铝和钢以及其它金属元素和合金。铸造技术已发展到能适应所铸材料的性质，所要求和希望的铸件成品的表面质量以及铸造成本。在古代，最初流传的铸造技术是把化铁炉或炼铁炉内的熔化铁水流入用砂或土形成的模子内。铸造技术进化演变，一直发展到可提供更好控制熔化金属组成，铁水流出温度，模子温度，浇注速度，铁水包装置以及其它铸造技术。进展更大的技术是选择铸模材料以促使模子经久耐用，取得改进的传热控制以及提供铸件成品更光滑表面。

石墨模已用于铸造业中，因为石墨模具有有效的传热性能，较高抗磨损和抗侵蚀特性，这就导致增加模子所许可的铸造次数并能更快冷却铸件，这些石墨模也可用于铸造业中为了对铸件尺寸进行更严格的控制，这就减少了再次加工的工作量并可把制成品直接装运。对于大多数铸模和铸造装置，这些石墨模设置有注口的冒口。可以在浇铸和凝固时使气体和蒸汽逸出。石墨模的高传热率有利有弊，石墨允许从熔融金属中迅速传热，但也能导致凝固铸件中的疏松增加，因此人们发现不仅希望控制整体冷却速度而且也希望控制铸件各区域局部冷却速度。这就是说，最好的办法是通过改变铸模内铸件的较薄和较厚部分的冷却速度以促使模中铸件各部分有均匀的冷却速度和均匀凝固。

各种铸模，铸模结构和铸模实践可在多种铸造装置上使用，诸如R.E.温特在“铸造技术”杂志1942年第4版，J.G.塞尔维亚，在1972年出版和铸造金属工艺学“所讨论和叙述的结构。虽然这些论文前后相距30年，许多方法和装置是相同或近似的。后一篇论文所指出的技术改进涉及对铸造动力学及化学组成的理解，然而，铸模部件大部分仍然是相同，诸如注口、冒口，模腔，上型箱和下型箱等。尽管这些基本部件仍是部分现有技术，但是人们还是不断努力改进铸造工艺，铸模结构和金属组成，意欲改进成品铸件，铸件内部结构和成品表面。

授予佩克的美国专利3614053说明了努力改进铸造技术并公开二部分模件的冒口组件，它的冒口有一对有弹性且可转动地装在相应铸模部件的部分。当模件合在一起组成一铸造腔，冒口对也同时偶合成一密封的冒口腔，这样安置用来通过铸模加快和提高铸造速率。

在授予Wszolek的美国专利340967中，授予Merrick等的美国专利3498366，授予Sylvester的再版专利24655，授予Sylvester的专利提供了一在铸模冒口处用于成形和烘烤冒口漏斗的技术，这些漏斗都是用非燃烧材料诸如芯砂和干粘结料制成，烘烤成一光滑结实的漏斗，而漏斗壁能放出熔融金属和石墨反应产生的气体。授予Merrick等的美国专利3498366有在石墨铸模内的树脂粘结砂部分以改进铸件的表面条件并在石墨接触部分产生较冷的耐磨表面以及在铸件砂接触部分产生较软表面。在有名的Wszolek专利中说明了一冒口具有单独的，较大且可再次使用的上部。

通过用铸模涂料涂在模子铸造表面是用于延长模子寿命和生产出改进的铸件的其它铸造技术的一个例子，诸如授予Germain的美国专利3684004所叙述。在内浇口位于中间的模子面上，模衬涂膜厚度随离模子中心线的距离成相反变化。用诸如石英、锆英石、方晶石等涂料喷到模子铸造表面，这就把模衬涂到模子铸造表面，该专利提供了一种在模子喷涂过程中避免起皱皮，皱纹以及断续的装置。

改进铸件的想法延伸到铸造的各个方面，它们是化学组成，晶格结构，物理性能、表面光洁度，最小材料损耗、打磨要求以及结构的完整。在承受机械操作和磨损的铸件，或铸件承受间隙重载荷或连续重载荷时，这最后参数尤其显得重要。此改进质量要求由受到磨损，受垂直的重载载和扭转载荷和易擦伤的铁路车辆的铸造轮子来举例说明。这些难的物理要求便对铸件质量规定要优质，结构合理的铸件主要特性之一是铸件要连续或铸件中的显微疏松最少。该铸件的探伤要是用超声波测试加以监督，这表明或至少被认为是用于繁忙运行要求的优质铁路车辆轮子的一个指标。改进铁路车辆的铸造轮子的结构完整较早的措施包括增加冒口数目以及把冒口置于与模腔的轮辐部分相通处，以改善气体和汽体排放且当铸件冷却收缩时提供一炽热金属沅来填充孔洞，用热金属连续填充铸件空腔以减小铸件的显微疏松是十分必要的。