專利名稱：脫氧鑄造方法和脫氧鑄造設備的制作方法
背景技術：
本發明涉及一種脫氧澆鑄方法和脫氧澆鑄設備，更具體地涉及一種留在冒口的熔融金屬經過適當處理的脫氧澆鑄方法，以及一種能夠完成所述方法的脫氧澆鑄設備。
有許多種澆鑄鋁或鋁合金的方法。例如，重力澆鑄可以在一個簡單的澆鑄模具中進行，能夠改善產品的質量。下面參照

圖14來解釋鋁的重力澆鑄的普通方法。可分開澆鑄模具100是由金屬制造的，由下澆鑄模具部分102A和上澆鑄模具部分102B構成。用于澆鑄產品的一個型腔104形成在澆鑄模具部分102A和102B之間。
澆注熔融金屬(例如熔融鋁)的熔融金屬進口106、型腔104和在進口106和型腔104之間的冒口108形成在上澆鑄模具部分102B中。此外，當熔融金屬進入型腔104時排出型腔104中空氣的通風孔110也形成在上澆鑄模具部分102B中。
當熔融金屬凝固時，熔融金屬收縮的體積約3％。通過填充在型腔中熔融金屬的收縮，在澆鑄產品中形成一個收縮部分。在圖14所示的澆鑄模具100中，當型腔104中的熔融金屬凝固時，冒口108中的熔融金屬由其自身的重力向收縮部分移動。然后，來自冒口108中的熔融金屬充滿了該收縮部分，所以在澆鑄產品中就沒有形成收縮部分。因為熔融金屬是依靠其自身的重量從冒口108補充給型腔104的，所以冒口108的體積必須很大。
澆鑄模具100中熔融金屬的流動性低，所以冒口108中的熔融金屬的重量必須很重。因此，冒口108的體積應該很大以強制性地補充熔融金屬。例如，在澆鑄鋁鑄件的情況下，鋁是易于氧化的，這樣在熔融鋁的表面上形成一層氧化物膜，因而熔融鋁的流動性肯定較低。為了改善流動性，將潤滑劑涂覆到型腔104的內表面上。
為了改善熔融鋁的流動性和為了在沒有涂覆潤滑劑的情況下澆鑄出具有良好外觀的產品，本發明的發明人發明了一種鑄鋁的方法(見日本專利公報NO.)。下面參照附圖15來解釋該方法。將一種脫氧化合物(例如氮化鎂化合物(Mg3N2))引入澆鑄模具100的型腔104中，隨后將熔融鋁或鋁合金澆入澆鑄模具100中。該脫氧化合物使形成在熔融鋁或鋁合金表面上的氧化物膜脫氧，所以可以減小熔融鋁或鋁合金的表面張力，從而可以改善流動性，能夠生產沒有澆鑄褶皺的產品。也就是可以澆鑄高質量的產品。
使用脫氧化合物的方法能夠改善熔融金屬的流動性并且能很好地將熔融金屬填充至型腔中。由于無需利用冒口108中熔融金屬重量就可使熔融金屬良好充填型腔104，所以能夠減小冒口108的體積。因此，冒口108的體積可以根據凝固金屬的體積縮減量來設計。
在傳統的澆鑄設備中，在冒口108中凝固的金屬與在型腔104中凝固的產品成為一體。凝固在冒口108中的金屬必須切割并從澆鑄產品上去掉。去掉的金屬將作為澆鑄材料重復使用。如上所述，在傳統的方法中從澆鑄產品上去除不用的凝固金屬是一個重要步驟。如果冒口108的體積大，將花費長時間來去除不用金屬。此外，還必須增加能量消耗以熔化具有大體積的不用金屬來重復使用之。
另一方面，在日本專利公報N0.中披露的改進方法中，能夠設計冒口108的體積以補充產品的收縮部分，因而可以減小冒口108的體積。通過減小冒口108的體積，不用金屬的體積也可以減小，因而不用金屬可以很容易切割并從澆鑄產品上去除。
然而，如果冒口108的體積太小，收縮部分將形成在不用金屬和澆鑄產品之間的連接部分附近。在一些情況下，收縮部分就形成在澆鑄產品上。此外，如果留在小冒口108的熔融金屬能夠從那里去除或排出，澆鑄的工作效率就可以提高。
發明概述本發明的一個目的是提供一種脫氧澆鑄的方法，其中，留在冒口中不用金屬可以容易地從澆鑄產品中去除，即留在冒口中的熔融金屬能夠從澆鑄產品中去除，從而容易地完成該澆鑄產品，降低澆鑄工作中能量的消耗。
本發明的另一個目的是提供一種能夠實施本發明方法的脫氧澆鑄設備。
為了達到上述目的，本發明具有下列結構。
本發明的脫氧澆鑄方法包含如下步驟將熔融金屬澆入澆鑄模具的型腔內，該澆鑄模具包括一個位于熔融金屬進口和型腔之間的冒口；和使脫氧化合物與該熔融金屬反應，以便使形成在該熔融金屬表面上的氧化物膜脫氧，其特征在于冒口中熔融金屬的冷卻速度比型腔中的冷卻速度低，并且當型腔中的熔融金屬凝固時，處理冒口中沒有凝固的熔融金屬，以便形成與所需產品的輪廓相符的澆鑄產品輪廓。
本發明的脫氧澆鑄設備(脫氧化合物在其中與熔融金屬反應，以使得形成在該熔融金屬表面上的氧化物膜脫氧)包含澆鑄模具，它具有一個熔融金屬進口，一個型腔(熔融金屬從所述熔融金屬進口進入所述型腔)，一個位于所述熔融金屬進口和所述型腔之間的冒口，其中冒口中熔融金屬的冷卻速度低于型腔中熔融金屬的冷卻速度，其特征在于，當型腔中的熔融金屬凝固時，用于將冒口中沒有凝固的熔融金屬向型腔擠壓的裝置，以使得澆鑄產品的輪廓符合所需產品的輪廓。
本發明的另一種脫氧澆鑄設備(一種脫氧化合物在其中與熔融金屬反應，以使得形成在該熔融金屬表面上的氧化物膜脫氧)包含一個澆鑄模具，它具有一個熔融金屬進口，一個型腔(熔融金屬從所述熔融金屬進口進入所述型腔)，一個位于所述熔融金屬進口和所述型腔之間的冒口，其中冒口中熔融金屬的冷卻速度低于型腔中熔融金屬的冷卻速度，其特征在于，澆鑄模具的型腔構成部件可以與澆鑄模具的冒口構成部件分開，并且在冒口中的熔融金屬沒有凝固時，將其中熔融金屬已經凝固的型腔構成部件與冒口構成部件相分離。
本發明的另一種脫氧澆鑄設備(其中一種脫氧化合物與熔融金屬反應，以便使形成在熔融金屬表面上的氧化物膜脫氧)包含一個澆鑄模具，它具有一個熔融金屬進口，一個型腔(熔融金屬從所述熔融金屬進口進入所述型腔)，以及一個位于所述熔融金屬進口和所述型腔之間的冒口，其中冒口中熔融金屬的冷卻速度低于型腔中熔融金屬的冷卻速度，其特征在于，所述冒口帶有用于排出熔融金屬的裝置，當型腔中的熔融金屬凝固時，將冒口中沒有凝固的熔融金屬向外排出。
在本發明中，可以澆鑄沒有形成收縮部分的鑄件產品。可以減少凝固在冒口中的不用金屬的體積，從而通過適當的裝置(例如銑刀)可以容易地去除不用金屬，工作效率可以提高。
如果將冒口中沒有凝固的熔融金屬從在型腔中凝固的澆鑄產品上去除，則所述不用金屬不會與澆鑄產品結合在一起。在這種情況下，冒口中的熔融金屬沒有凝固，所以能夠容易地從澆鑄產品上去除。
由于可以減小冒口的體積，所以可以減小澆鑄工作的能量消耗，生產成本也可以減小。
由于形成在型腔內表面上的脫氧化合物與熔融金屬的氧化物膜接觸，所以能夠改善熔融金屬的流動性，在沒有涂覆潤滑劑的情況下也能夠用熔融金屬良好地充滿型腔。此外，即使熔融金屬加壓，型腔也不會損壞。耐用性可以改善，可以容易地進行維護，澆鑄模具的壽命范圍也可以延長。
附圖簡要說明下面通過實例并參照附圖來描述本發明。
圖1是本發明澆鑄設備的第一個實例的說明圖；圖2是澆鑄設備的澆鑄模具的剖面圖；圖3是一個剖面圖，示出了擠壓冒口中熔融金屬的一種方式；圖4A和4B是澆鑄產品的說明圖，該產品是通過擠壓冒口中的熔融金屬澆鑄的；圖5A和5B是本發明第一個實例的澆鑄模具和傳統澆鑄模具中的溫度變化的圖表；圖6是澆鑄模具另一實例的說明圖；圖7是澆鑄模具另一實例的說明圖；圖8是本發明澆鑄設備的第二個實例的說明圖；圖9是第二個實例澆鑄設備的澆鑄模具的剖面圖；圖10是澆鑄模具的剖面圖，其中一個插入板把上模具部分(upper diesection)分開；圖11是一個具有一個斜銷的澆鑄模具的剖面圖；圖12是一個具有關閉裝置的澆鑄模具的剖面圖；圖13是一個具有一推桿(pusher)的澆鑄模具的剖面圖；圖14是傳統的澆鑄模具的剖面圖；圖15是一個表示傳統脫氧澆鑄方法的說明圖。
優選實例的詳細描述下面將參照附圖詳細描述本發明的優選實例。
(第一個實例)第一實例的特點是通過擠壓裝置形成一個澆鑄產品。
圖1中示出了本實例的鑄鋁設備。
澆鑄模具12具有一個熔融金屬進口12a，熔融鋁或鋁合金從該進口12a澆入澆鑄模具12中，以及一個與該進口12a連通的型腔12b。澆鑄模具12由一個下模具部分14a和一個上模具部分14b構成。型腔12b的內表面露出模具部分14a和14b的金屬。
澆鑄模具12通過管道22與氮氣鋼瓶(nitrogen cylinder)連通。打開管道22的閥24，氮氣可以通過一個氣體進口12d引入到型腔12b中。通過引入氮氣，在型腔12b中可以產生一個氮氣氣氛或一個基本上無氧的氣氛。
氬氣鋼瓶(argon gas cylinder)19通過管道26與一個爐子28連通，所述爐子28產生一種金屬氣體(metallic gas)。通過打開管道26的閥30，可以將氬氣引入爐子28中。爐子28由加熱器32加熱，爐子內的溫度升到800℃或更高，以便使鎂粉升華。通過使鎂粉升華，可以產生一種鎂氣(金屬氣體的例子)。引入爐子28的氬氣量可以通過閥30調整。
氬氣鋼瓶通過管道34與一個容器36相連，容器36中存儲有鎂粉，管道34具有一個閥33。容器36通過管道38與管道26相連。管道26和38的聯結點位于閥30和爐子28之間。管道38上具有一個用于調節供應給爐子28中鎂粉數量的閥40。爐子28通過管道42與澆鑄模具12的金屬氣體進口12c相連通。爐子28所產生的金屬氣體通過進口12c被引入型腔12中。管道42上具有一個用于調節供應型腔12b金屬氣體數量的閥45。
澆鑄模具12在圖2中示出。澆鑄模具12包括由金屬制成的下模具部分14a和上模具部分14b；一個由陶瓷(例如硫酸鈣)制成的適配器(adapter)18；以及一個由陶瓷制成并位于上模具部分14b和適配器18之間的插入板(Insertionplate)17。模具部分14a和14b、插入板17和適配器18可互相分離。可分離的模具部分14a和14b形成了型腔12b。
適配器18包括熔融金屬進口12a，熔融鋁或鋁合金將從該進口12a澆入模具12中；熔融金屬通道21；金屬氣體進口12c；以及金屬氣體通道23。插入板17包括一個與通道21連通的冒口16。冒口16的橫截面積比通道21的橫截面積大；冒口16的體積是型腔12b體積的5-10％。
在本實例中，插入板17插在上模具部分14b和適配器18之間，冒口16形成在插入板17中。對于這樣的結構，構成冒口16的材料可以與構成上模具部分14b的材料不同，冒口16的熱傳導率可以低于上模具部分14b的熱傳導率，并且可減小冒口16的體積。盡管小的冒口16，但是其中的熔融金屬也能夠充滿澆鑄產品收縮部分(所述收縮部分是在熔融金屬凝固時形成的)。也就是，冒口16的體積可以根據型腔12b中凝固金屬體積縮減量來設計。對于小的冒口16，凝固在冒口16中且與澆鑄產品連接的不用金屬就少，所以可以容易地分離或從鑄件上去除不用金屬。
在適配器18、插入板17和上模具部分14b上形成許多通風孔25，以便從型腔12b中排出空氣；在下模具部分14a上形成多個氣體通道27，以便引入氮氣，所述氮氣是從氣體進口12d供應的。每個通風孔25和氣體通道27具有一個圓形的橫截面形狀。一個矩形細長件(未示出)插入每個通風孔25和氣體通道27內，以便在其中形成相連通道。相連通道與型腔12b相連通。
在圖1和2所示的澆鑄模具12中，進口12a、通道21、進口12c、通道23以及通風孔25部分形成在適配器18和插入板17上。其布置可以根據型腔12b的形狀、頂出澆鑄產品的推桿的位置等來設計。
在本實例中，采用陶瓷適配器18，以便形成比模具部分14a和14b高的適配器18的熱絕緣性(熱絕緣能力)。因為插入板17和適配器18是用陶瓷制成的，其熱絕緣性高于模具部分14a和14b金屬的熱絕緣性，因此冒口16中的冷卻速度可以低于型腔中的冷卻速度。因此，冒口16中的熔融金屬可以可靠地補償型腔12b中產品的收縮部分。
因為冒口16中的冷卻速度低于型腔12b中的冷卻速度，所以型腔12b中的熔融金屬首先凝固和收縮，然后未凝固的冒口16中的熔融金屬填充型腔12b中凝固金屬的收縮部分。也就是，冒口16中的熔融金屬可以可靠地補償澆鑄產品的收縮部分。
圖5A和5B是本發明實例的澆鑄模具和傳統的澆鑄模具中溫度變化的圖表。圖5A示出了本實例的變化，在本實例中脫氧化合物與型腔12b中的熔融金屬反應，以便去除形成在熔融金屬表面上的氧化物膜；圖5B示出了傳統方法的變化。
在圖5A和5B中，溫度“A”是熔融金屬澆入澆鑄模具中的溫度；溫度“B”是熔融金屬完全凝固的溫度。在兩個圖表的陰影范圍中，冒口中的熔融金屬能夠有效地補償所澆鑄產品的收縮部分。
圖5A中所示的脫氧澆鑄的陰影范圍比圖5B中所示的陰影范圍大得多，因為本實例型腔12b中的熔融金屬能在一個很短的時間內冷卻至溫度“B”。在本實例的脫氧澆鑄中，熔融金屬的流動性較高且能夠充分地充滿型腔，所以熔融金屬能在很短的時間內凝固。
反之，在圖5B所示的傳統方法中，熔融金屬的流動性低，所以它將花費長時間來充滿型腔。此外，冒口的體積較大，以便在保持冒口中熔融金屬的溫度的情況下逐漸地將熔融金屬補充給澆鑄產品的收縮部分。因此，這將花費長時間來凝固熔融金屬。而且冒口和型腔中的熔融金屬之間的溫度不同，所以冒口中的熔融金屬不能有效地補充型腔。
在本實例的脫氧澆鑄中，冒口16和型腔12b中的冷卻速度之間的差別較大，因而冒口16中的熔融金屬和型腔12b中的熔融金屬可以具有足夠的時間間隔來凝固。因此，雖然冒口16較小，但是冒口16中的熔融金屬能有效地補充給型腔12b。
為了在足夠時間間隔下凝固冒口16和型腔12b中的熔融金屬，型腔12b中熔融金屬的冷卻速度是500℃/分鐘或更高(優選700℃/分鐘或更高)；冒口16中熔融金屬的冷卻速度小于500℃/分鐘(優選300℃/分鐘或更小)。如果冒口16和型腔12b中的冷卻速度之間的差異為200℃/分鐘或更大，則熔融金屬就能夠有效地補充型腔。
因為插入板17和適配器18是用陶瓷制成的，其熱絕緣性高于金屬的熱絕緣性，因此能有效地增大冒口16和型腔12b之間冷卻速度的差異，所以熔融金屬能夠有效地補充給型腔。
在本實例中，型腔12b和冒口16是由不同的材料制成的，其熱絕緣性也不同，以便形成冷卻速度差異。為了形成冷卻速度差異，可以將熱絕緣潤滑劑(例如含潤滑劑的陶瓷)涂覆到冒口16的內表面上。
在用圖1所示的澆鑄設備10澆鑄鋁的情況下，首先打開閥24以將氮氣從氮氣鋼瓶20通過管道22引入澆鑄模具12的型腔12b中。通過引入氮氣，可以清除型腔12b中的空氣。型腔12b中的空氣通過澆鑄模具12中的通風孔25排出，從而在型腔12b中產生一種氮氣氣氛或一種基本上無氧的氣氛。然后關閉閥24。
在清除型腔12b中空氣的同時，打開閥30將氬氣從氬氣鋼瓶19引入爐子28，從而在爐子28中產生一個無氧的氣氛。
接著，關閉閥30，打開閥40，以便將儲存在容器36中的鎂粉通過氬氣氣壓供應給爐子28。爐子28已經由加熱器32加熱到800℃或更高以便使鎂粉升華。因此，所供應的鎂粉升華產生鎂氣。
然后，關閉閥40，打開閥30和45以將作為金屬氣體的鎂氣與作為載體氣體的氬氣一起通過進口12c引入型腔12b中。注意，適當調節氬氣的壓力和數量。
在將鎂氣引入型腔12b之后，關閉閥45，打開閥24，將氮氣通過氣體進口12d和通道27引入型腔12b中。通過將氮氣引入澆鑄模具12中，作為金屬氣體的鎂氣與作為活性氣體的氮氣反應，生成了氮化鎂化合物(Mg3N2)，該化合物是脫氧化合物的一個實例。氮化鎂化合物以粉末形式沉淀在型腔12b的內表面上。
當氮氣被引入型腔12b時，適當調節氮氣的壓力和數量。為了使氮氣與鎂氣容易反應，可以預熱氮氣以便保持澆鑄模具12的溫度。反應時間可以是5-90秒，優選15-60秒。如果反應時間為90秒或更長，則澆鑄模具12將逐漸冷卻，所以反應效率也變得較低。
在氮化鎂化合物沉淀在型腔12b內表面上的狀態下，將熔融金屬(鋁)通過進口12a、通道21和冒口16澆入型腔12b中。連續澆入熔融金屬直至型腔12b、冒口16以及進口12a充滿熔融金屬。
通過澆入熔融鋁，熔融鋁與型腔12b內表面上的氮化鎂化合物接觸，從而使氮化鎂化合物去除熔融鋁的氧化物膜中的氧。通過去除氧，熔融鋁的表面被脫氧，其表面變成純凈的鋁表面。
此外，留在型腔12b中的氧與氮化鎂化合物反應，變成了氧化鎂或氫氧化鎂并包含在熔融金屬中。氧化鎂或氫氧化鎂的數量很小，所以它不會嚴重地影響鋁產品。
在脫氧澆鑄中，氮化鎂化合物將氧從形成在熔融鋁表面上的氧化物膜中去除，以便澆鑄沒有氧化物膜的純凈熔融鋁的產品。因此，可以減小熔融金屬的表面張力，可以改善熔融金屬的濕潤度和流動性。澆鑄產品的表面可以非常平滑而沒有澆鑄褶皺。
在本實例中，脫氧化合物是通過將金屬氣體和活性氣體引入型腔12b內而沉淀在型腔12b中的。脫氧化合物也可以通過其他方式提供。例如，首先將型腔12b中的空氣清除以在其中產生一種無氧氣氛，隨后通過一種非氧化性氣體(如氬氣)將預先在型腔12b外制得的脫氧劑引入型腔12b中。
型腔12b和冒口16中的熔融金屬冷卻并凝固。在本實例中，如上所述，構成冒口16的材料的熱絕緣性高于構成型腔12b的材料的熱絕緣性，且型腔12b中的冷卻速度大于冒口16中的冷卻速度，以便有效地將熔融金屬從冒口16補充給型腔12b。也就是，當型腔12b中的熔融金屬凝固時，型腔12b中凝固金屬的收縮部分填充冒口16中未凝固的熔融金屬，所以可以澆鑄沒有收縮部分的優良產品。
在本實例的澆鑄設備中，在型腔12b和冒口16中的熔融鋁凝固之后，使適配器18與插入板17分離。隨后，殘留在冒口16中的鋁通過一個擠壓裝置(例如一個活塞50)壓向型腔12b。通過擠壓鋁，就沒有鋁殘留在澆口(gate)中(冒口16和型腔12b之間的連接部分)。
在圖3中，適配器18已拆去，活塞50插入冒口16中以擠壓殘留在冒口16中的金屬。活塞50的外徑幾乎等于冒口16的內徑，所以活塞50能夠擠壓并使殘留在冒口16中的金屬移向型腔12b中的澆鑄產品。
下面參照圖4A和4B說明將熔融金屬壓向型腔12b的活塞50的作用。在圖4A中，在沒有使用活塞50的情況下澆鑄出產品60，一個凹口62a形成于殘留在冒口16的金屬62上，該凹口62a是當熔融金屬凝固和收縮時形成的。
與之相反，在圖4B中，殘留在冒口16中的金屬由活塞50擠壓，從而殘留的金屬被壓進產品60中，從而當熔融金屬凝固時在型腔12b中形成的收縮部分消失，產品60的輪廓符合所需產品的輪廓。即使擠壓殘留在冒口16中的金屬，金屬64也會留下一點，但它可以容易地去除。與冒口中留下一大塊金屬的傳統方法不同，本發明的金屬64可以容易地去除，可以提高工作效率并減小能耗。
在金屬64完全凝固之前，擠壓殘留在冒口16中的金屬64。也就是，活塞50擠壓仍然有流動性的金屬64。因此，活塞50是用適當的材料制成的或涂覆有適當的材料，所述材料(例如陶瓷)的熱絕緣性高于金屬的熱絕緣性。此外，如圖4B所示，活塞50下端的中心可以突出。凝固金屬的收縮從中心部分開始，所以活塞50的突出端可以有效地將擠壓力施加給殘留在冒口16中金屬的整個表面上。因此，可以有效地消除收縮。
在脫氧澆鑄中，冒口16中的熔融金屬能有效地工作，所以冒口16的體積可以比傳統冒口的體積小。然而，如圖4A所示，如果冒口16小的話，則金屬的收縮將嚴重地影響產品60。為了解決這個問題，擠壓裝置(例如活塞50)擠壓殘留在冒口16中的金屬以充滿產品60的收縮部分。也就是，小冒口的缺點可以通過擠壓裝置來解決。注意，冒口16的體積可以根據擠壓裝置的尺寸和收縮部分的估計體積來設計。
此外，冒口16的開口部分也可以由一個具有高熱絕緣性的關閉部件來關閉，以便保持殘留在冒口16中熔融金屬的流動性。通過保持熔融金屬的流動性，可以防止形成收縮部分。
通過使用作為擠壓裝置的活塞50，可以擠壓留在冒口16中的金屬并使之移向型腔12b，所以產品60的收縮可以補充，產品60的輪廓可以符合所需產品的輪廓。
在圖6和7所示的實例中，使用壓縮空氣作為擠壓手段。在圖6中，形成在適配器18中的冒口16與氮氣鋼瓶20相連通。在熔融金屬注入冒口16之后，冒口16的開口部分由蓋子16a關閉，隨后將氮氣從氮氣鋼瓶20引入冒口16中，以便用氣體壓力擠壓熔融金屬。由于加壓的氮氣擠壓冒口16中的熔融金屬，所以熔融金屬向型腔12b移動，與前面的實例一樣充滿產品的收縮部分。因此，產品的輪廓可以符合所需產品的輪廓。
在圖7中，適配器18位于澆鑄模具12的下部，一個用于存儲熔融金屬的容器11位于適配器18的下方。與型腔12b連通的冒口16位于適配器18中。一個連通管18a向下延伸到容器11的底部內表面，該連通管18a與冒口16連通。容器11與氬氣鋼瓶19連通。將氬氣引入儲存有熔融金屬的容器11中，以便用氣壓擠壓熔融金屬。通過擠壓熔融金屬，熔融金屬通過連通管18a和冒口16向上移動進入型腔12b中。在本實例中，型腔12b充滿由氬氣壓入的熔融金屬，所以熔融金屬可以在型腔12b中凝固而不形成收縮部分。
在圖6和7所示的澆鑄設備中，可以將氮化鎂化合物(它是脫氧化合物的例子)引入型腔12b或沉淀在型腔12b中，以便進行脫氧澆鑄。與前面的例子一樣，型腔12b中的冷卻速度大于冒口16中的冷卻速度。因此，熔融金屬可以可靠地從冒口16補充給型腔12b。在圖7所示的實例中，熔融金屬通過冒口16充滿型腔12b。當型腔12b中的熔融金屬凝固時，氬氣的加壓停止，以便使得冒口16中不用的熔融金屬返回容器11中。
通過使用氣體作為擠壓手段(見圖6和7)，可以連續進行用熔融金屬充填型腔12b的步驟和擠壓冒口16中金屬的步驟。使用氣體的方法的工作效率高于使用活塞50的方法的效率。
在脫氧澆鑄中，使用了氬氣和氮氣，所述氣體可容易用作擠壓手段。注意，所述氣體并不局限于氬氣和氮氣，也可以使用其它氣體(例如壓縮空氣)。最好使用幾乎不與熔融金屬反應的非氧化性氣體。
(第二個實例)第二個實例的特點是通過去除冒口中的熔融金屬形成澆鑄產品。
第二個實例的澆鑄設備10在圖8中示出。在圖8中，圖1所示出的部件用相同的標號，并且略去說明。
澆鑄設備10的澆鑄模具12在圖9中示出。澆鑄模具12包括用金屬制成的下模具部分14a和上模具部分14b；用陶瓷(例如硫酸鈣)制成的適配器18；以及用陶瓷制成的并位于上模具部分14b和適配器18之間的插入板17。模具部分14a和14b、插入板17以及適配器18互相支撐。可分開的模具部分14a和14b構成了型腔12b。
適配器18包括熔融金屬進口12a，熔融鋁或鋁合金將從該進口12a注入模具12；熔融金屬通道21；金屬氣體進口12c；以及金屬氣體通道23。插入板17包括與通道21連通的冒口16。冒口16的橫截面積比通道21的橫截面積大；冒口16的體積是型腔12b體積的5-10％。
在本實例中，插入板17插在上模具部分14b和適配器18之間，冒口16形成在插入板17中。對于這樣的結構，構成冒口16的材料可以與構成上模具部分14b的材料不同，冒口16的熱傳導率可低于上模具部分14b的熱傳導率，可減小冒口16的體積。盡管冒口16小，但是其中的熔融金屬能夠充滿澆鑄產品的收縮部分，該收縮部分是在熔融金屬凝固時形成的。也就是，冒口16的體積大大小于傳統澆鑄設備的冒口體積。由于插入板17和適配器17是用陶瓷制成的，所以部件17和18的熱絕緣性均高于模具部分14a和14b的熱絕緣性。對于這樣的結構，冒口16中熔融金屬的凝固時間比型腔12b中熔融金屬的凝固時間長。
在圖9中，夾持器(clamper)70夾住模具部分14a和14b。一個驅動桿72擠壓夾持器70，驅動單元74驅動夾持器70。桿72由一個適當的機構(例如馬達)驅動，以便在水平方向上移動夾持器70；驅動單元74在垂直方向上移動夾持器70。標號76表示一個臂狀物。在圖9中，夾持器70已經向右和向下移動，從而使模具部分14a和14b嚙合，插入板17和適配器18裝配在一起。型腔12b形成在模具部分14a和14b之間。型腔12b和進口12a由冒口16和通道21連通；型腔12b和進口12c由冒口16和通道23連通。在圖9所示的狀態下，將熔融金屬注入型腔12b中，以澆鑄產品。
與圖1所示的第一個實例一樣，脫氧澆鑄在圖9所示的澆鑄設備10中進行。也就是，通過引入氮氣清除型腔12b中的空氣，以便在其中產生無氧氣氛。隨后通過進口12c將鎂氣與作為載體氣體的氬氣一起引入型腔12b中。緊接著，通過氣體進口12d將氮氣引入型腔12b中。通過將氮氣引入澆鑄模具12中，鎂氣與氮氣反應，從而使氮化鎂(Mg3N2)化合物以粉末形式沉淀在型腔12b的內表面上。
在氮化鎂化合物沉淀在型腔12b的內表面的狀態下，通過進口12a、通道21和冒口16將熔融金屬(鋁)注入型腔12b中。
通過注入熔融鋁，熔融鋁與型腔12b內表面上的氮化鎂化合物接觸，從而用氮化鎂化合物除去熔融鋁的氧化物膜中的氧。通過去除氧，熔融鋁的表面被脫氧，其表面變為純凈的鋁表面。
由于插入板17和適配器18是用陶瓷制成的，所以部件17和18的熱絕緣性均高于模具部分14a和14b的熱絕緣性。也就是，冒口16中熔融金屬的冷卻速度低于型腔12b中的冷卻速度。因此，型腔12b中的熔融金屬首先凝固，然后冒口16中的熔融金屬凝固；冒口16中的熔融金屬可以可靠地補充給型腔12b中產品的收縮部分。通過采用陶瓷板17和陶瓷適配器18(其熱絕緣性高于模具部分14a和14b的金屬的熱絕緣性)，冒口16和型腔12b之間冷卻速度的差額可以變大，所以冒口16中的熔融金屬可以有效地補充給型腔12b。
在本實施例中，澆鑄模具12可以分成兩個部分包括型腔12b的型腔部分和包括冒口16的冒口部分。當型腔12b中的熔融金屬凝固而冒口16中的熔融金屬沒有凝固時，將澆鑄模具12分開或分離。通過分開澆鑄模具12，殘留在冒口16中的金屬可以可靠地從型腔12b中的澆鑄產品上去除。
在圖10中，型腔12b中充滿凝固的金屬，冒口16中的金屬是半凝固的。插入板17和適配器18與上模具部分14b分開。當澆鑄模具12打開時，首先將夾持器70向上移動，以便將插入板17和適配器18從上模具部分14b分離，然后夾持器70向左移動，以便打開模具部分14a和14b。
如圖10所示，通過將插入板17和適配器18從上模具部分14b上分離，可以從澆鑄產品上去除殘留在冒口16中的金屬。此時，型腔12b中的金屬已經完全凝固，但冒口16中的金屬是半凝固的，所以當打開澆鑄模具12時，可以容易地分離或去除殘留在冒口16中的金屬。
在本實例中，冒口16和型腔12b中冷卻速度的差異很大，所以殘留在冒口16中半凝固的金屬可從完全凝固的澆鑄產品上去除。因為殘留在冒口16中的金屬是半凝固的，所以能夠容易地去除。
注意，殘留在冒口16中的金屬可以用其他方法去除。
在圖11所示的實例中，插入板17和適配器18與可分開的模具14分離。插入板17具有一個斜銷17a。當插入板17相對于模具14滑動時，插入板17與模具14分離。一個插入模具部分14c插入型腔12b中。多個模具部分構成了模具14。由于當可分開的模具14打開時，插入板17和適配器18是分離的，所以殘留在冒口16中的金屬可以從澆鑄產品上去除。
在圖12所示的實例中，冒口16中沒有凝固的熔融金屬排出到澆鑄模具12的外部。在熔融金屬排出時，型腔12b中的金屬已經完全凝固。側道81形成在插入板17上，所述側道81將冒口16和澆鑄模具12的外表面連通。一個關閉部件80滑動地位于側道81中，該關閉部件能夠關閉和打開側道81。排出到外部的熔融金屬由容器82接收。
圖12示出了產品澆鑄時的狀態。也就是，側道81由關閉部件80所關閉。熔融金屬注入型腔12b和冒口16中。當型腔12b中的熔融金屬凝固時，關閉部件80從側道81移開，以便將冒口16中的熔融金屬通過側道81排到容器82中。在冒口16和型腔12b之間的冷卻速度差異很大以及熔融金屬的流動性高的情況下，圖12中所示的澆鑄模具12是有效的。
在圖13所示的實例中，冒口16中的金屬由推桿(pusher)90推出或頂出。通過推出金屬，殘留在冒口16中的金屬可以從型腔12b中的澆鑄產品上去除。一個滑動部件92水平移動橫過型腔12b的澆口。該滑動部件92由推桿90移動。
圖13示出了產品澆鑄時的狀態。熔融金屬注入型腔12b和冒口16中。當型腔12b中的熔融金屬凝固而冒口16中的熔融金屬沒有凝固時，用推桿90將滑動部件92從第一位置移動到第二位置，在第一位置滑動部件92打開型腔12b的澆口，在第二位置滑動部件92關閉型腔12b的澆口。用這樣的操作，殘留在冒口16中的金屬可以從澆鑄產品上去除。
當滑動部件92到達第二位置時，澆鑄模具打開，可以取出已經將殘留在冒口16中不用的金屬去除的澆鑄產品。注意，推桿90可以將滑動部件92移動到第三位置，在該位置可以取出不用的金屬。在圖13中，滑動部件92的厚度等于冒口16的高度，但是滑動部件92的厚度可以比冒口16的厚度薄。在任何情況下，滑動部件92均移動穿過將冒口16與型腔12b連通的澆口。
在圖13所示的實例中，可在型腔12b的澆口處從澆鑄產品上機械去除殘留在冒口16中的金屬，所以即使冒口16中的金屬是半凝固的，冒口16中的金屬也可以可靠地從澆鑄產品上去除。
在本發明的脫氧澆鑄中，當型腔中的金屬凝固(處于固相)時，將殘留在冒口中沒有凝固(處于液相)的金屬去除或排出。使用該方法，冒口中的熔融或凝固的金屬均可以容易和可靠地去除。從產品上去除不用金屬的步驟可以省略或容易進行，所以可以提高工作效率。
在本發明中，殘留在冒口中的不用金屬在其完全凝固之前去除，所以能夠容易去除之。而且，用于將不用金屬熔化以重復使用的能耗也可以減小。
在上述實例中，熔融鋁或鋁合金用作熔融金屬。熔融金屬并不局限于實例中所述的熔融金屬。鐵、鎂、鎂合金等均可以應用于本發明。
在不脫離本發明的精神和基本特征的情況下，本發明可以具體化為其他具體的形式。因此本發明的實例可以認為在所有方面均是說明性和沒有限制性的，由附加的權利要求所表明的本發明范圍勝于上述說明書的范圍，因此在其內涵和權利要求等效范圍之內的所有變化均包含在其所要求保護的范圍之中。
權利要求
1.一種脫氧澆鑄方法，它包括如下步驟將熔融金屬澆入澆鑄模具的型腔內，該澆鑄模具包括位于熔融金屬進口和型腔之間的冒口；和使一種脫氧化合物與該熔融金屬反應，以便使形成在該熔融金屬表面上的氧化物膜脫氧；其特征在于所述冒口中熔融金屬的冷卻速度比所述型腔中的冷卻速度低，以及當型腔中的熔融金屬凝固時，處理冒口中沒有凝固的熔融金屬，以使得澆鑄產品的輪廓符合所需產品的輪廓。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于冒口中沒有凝固的熔融金屬被壓向型腔，以使得澆鑄產品的輪廓符合所需產品的輪廓。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于將冒口中沒有凝固的熔融金屬從凝固在型腔中的澆鑄產品上去除。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于澆鑄模具的型腔構成部件可與澆鑄模具的冒口構成部件分離，以及在冒口中熔融金屬沒有凝固時，將其中熔融金屬已經凝固的澆鑄模具的型腔構成部件與澆鑄模具的構冒口成部件分離。
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于所述冒口具有用于排出熔融金屬的裝置，以及當型腔中的熔融金屬凝固時，將冒口中沒有凝固的熔融金屬排出到型腔的外部。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述熔融金屬是熔融鋁或熔融鋁合金，以及使用氮化鎂化合物作為脫氧劑，所述氮化鎂化合物是通過將鎂氣和氮氣引入澆鑄模具中形成的。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述熔融金屬是熔融鋁或鋁合金，以及將氮化鎂化合物作為脫氧劑引入所述澆鑄模具中，所述氮化鎂化合物是通過鎂氣與氮氣反應而形成的。
8.一種脫氧澆鑄設備，在其中脫氧化合物與熔融金屬反應，以使得形成在該熔融金屬表面上的氧化物膜脫氧，它包括一個具有一熔融金屬進口，一個型腔，以及一個位于所述熔融金屬進口和所述型腔之間的冒口的澆鑄模具，熔融金屬從所述熔融金屬進口注入所述型腔，冒口中熔融金屬的冷卻速度低于型腔中熔融金屬的冷卻速度，其特征在于，當型腔中的熔融金屬凝固時，用于將冒口中沒有凝固的熔融金屬向型腔擠壓的裝置，以使得澆鑄產品的輪廓符合所需產品的輪廓。
9.根據權利要求8所述的脫氧澆鑄設備，其特征在于所述擠壓裝置的熱絕緣性高于所述澆鑄模具的熱絕緣性。
10.根據權利要求8所述的脫氧澆鑄設備，其特征在于所述擠壓裝置是壓縮空氣。
11.根據權利要求10所述的脫氧澆鑄設備，其特征在于所述壓縮空氣是一種用于將脫氧化合物引入型腔的非氧化性氣體、一種用于在型腔中生成脫氧化合物的金屬氣體、或一種在型腔中與所述金屬氣體反應的活性氣體。
12.一種脫氧澆鑄設備，在其中一種脫氧化合物與熔融金屬反應，以使得形成在該熔融金屬表面上的氧化物膜脫氧，它包括一個具有一熔融金屬進口，一個型腔，和一個位于所述熔融金屬進口和所述型腔之間的冒口的澆鑄模具，熔融金屬從所述熔融金屬進口注入所述型腔，冒口中熔融金屬的冷卻速度低于型腔中熔融金屬的冷卻速度，其特征在于，澆鑄模具的型腔構成部件可以與澆鑄模具的冒口構成部件分開，并且在冒口中的熔融金屬沒有凝固的同時，將其中熔融金屬已經凝固的型腔構成部件與冒口構成部件相分離。
13.一種脫氧澆鑄設備，在其中一種脫氧化合物與熔融金屬反應，以便使形成在熔融金屬表面上的氧化物膜脫氧，它包括一個具有一熔融金屬進口，一個型腔，以及一個位于所述熔融金屬進口和所述型腔之間的冒口的澆鑄模具，熔融金屬從所述熔融金屬進口注入所述型腔，冒口中熔融金屬的冷卻速度低于型腔中熔融金屬的冷卻速度，其特征在于，冒口帶有用于排出熔融金屬的裝置，當型腔中的熔融金屬凝固時，將冒口中沒有凝固的熔融金屬排出到外部。
14.根據權利要求8所述的脫氧澆鑄設備，其特征在于所述冒口的熱絕緣性高于型腔的熱絕緣性。
15.根據權利要求8所述的脫氧澆鑄設備，其特征在于，冒口的內表面上涂覆有熱絕緣潤滑劑，而型腔的內表面上未涂覆有熱絕緣潤滑劑。
全文摘要
在脫氧澆鑄方法中，殘留在冒口中的不用金屬可以容易地從澆鑄產品上去除，或者殘留在冒口中的熔融金屬可以容易地從澆鑄產品上去除，以便容易地完成澆鑄產品。該方法包含如下步驟將一種熔融金屬澆入一澆鑄模具的型腔內；和使一種脫氧化合物與該熔融金屬反應，以便使形成在該熔融金屬表面上的氧化膜脫氧。其特征在于，冒口中熔融金屬的冷卻速度低于型腔中的冷卻速度，以及當型腔中的熔融金屬凝固時，處理沒有凝固的冒口中的熔融金屬，以使得澆鑄產品的輪廓符合所需產品的輪廓。
文檔編號B22D27/18GK1397393SQ0212823
公開日2003年2月19日 申請日期2002年3月15日 優先權日2001年3月15日
發明者伴惠介, 荻原晃一, 中谷朔三, 春原昭 申請人:日信工業株式會社