專(zhuān)利名稱：直接冷鑄鑄模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及將液態(tài)金屬連續(xù)和半連續(xù)地相對(duì)于成形面成形的 鑄造工藝。更具體地說(shuō)，本實(shí)用新型涉及通過(guò)直接向坯料制品上施加 液體冷卻劑進(jìn)行坯料的直接冷鑄。
背景技術(shù)：
鑄造包括將熔融材料引入到模具中制造物體，在所述模具中，隨著熱量從材料中被去除，材料凝固。流鑄(slip casting:或"粉漿澆 鑄")或者連續(xù)澆鑄(連鑄)可以是一種通過(guò)吸熱環(huán)借助重力供應(yīng)熔融 金屬、使熔融金屬凝固的工藝。具有安裝在液壓推桿(hydraulic ram) 上的底座的起動(dòng)頭(starting head)形成獨(dú)立于吸熱環(huán)的底部。吸熱 環(huán)和起動(dòng)頭構(gòu)成滑移模具(slip mold)的基礎(chǔ)部件。當(dāng)熔融金屬填充到模具中并開(kāi)始凝固時(shí)，可以將起動(dòng)頭以可控的 速度降低。凝固的金屬可以退出吸熱環(huán)以便形成坯體。凝固的金屬外 殼可以殘留在坯體的上方和吸熱環(huán)內(nèi)，用于穩(wěn)定坯體在吸熱環(huán)與起動(dòng) 頭之間的運(yùn)動(dòng)。在該外殼的貯槽( sump)內(nèi)可以^卜充溶融金屬。溶融 金屬進(jìn)入該外殼貯槽，并通過(guò)吸熱環(huán)，坯體的長(zhǎng)度可以增長(zhǎng)。可以將坯體(或者錠)看作是由坯體供應(yīng)者鑄造成標(biāo)準(zhǔn)形狀的一 塊伸長(zhǎng)的金屬，便于儲(chǔ)存或運(yùn)輸。坯體可以具有吸熱環(huán)的圓柱形截面 的形狀，可以用鋁或者鋁合金制成。盡管吸熱環(huán)的高度可以低于兩英 寸，但是坯體可以有20英尺長(zhǎng)，并具有從3英寸到36英寸的直徑。 制造者進(jìn)一步通過(guò)熱機(jī)械鍛造、擠壓、軋制、修整、或者拉拔坯體， 加工圓柱形坯體，以便生產(chǎn)適合于銷(xiāo)售的產(chǎn)品，例如用于室內(nèi)的窗簾 桿，發(fā)動(dòng)機(jī)支架，飛機(jī)起落架，船用金屬板，用于建筑物的工字橫梁。為了更好地控制坯體的熱傳遞冷卻處理，可以在固體金屬離開(kāi)吸 熱環(huán)時(shí)直接向固體金屬的表面上施加水。從而，隨著起動(dòng)頭下降，裝
在模具內(nèi)部的噴水口可以向坯體上噴射水，以便冷卻其表面，進(jìn)一步將金屬凝固。這種在1942年由W.T.Ennor ( U.S.Pat.No.2，301，027 )實(shí) 用新型的連續(xù)的直接冷(DC)鑄工藝，產(chǎn)生具有最小偏析的細(xì)晶粒金 屬結(jié)構(gòu)。當(dāng)同時(shí)在模具臺(tái)采用多重DC鑄造模具時(shí)，可以在鑄造車(chē)間 達(dá)到很高的生產(chǎn)速度。盡管自從1942年以后在本領(lǐng)域取得某些進(jìn)展，但是，在工業(yè)上仍 然需要生產(chǎn)具有所需的表面光潔度的鑄造產(chǎn)品的最佳金相組織的直接 冷鑄鑄模系統(tǒng)組件。與傳統(tǒng)的工業(yè)模具系統(tǒng)組件相比，這種直接冷鑄 鑄模系統(tǒng)組件將會(huì)操作更安全，更容易使用和維護(hù)，將會(huì)使鑄造生產(chǎn) 率最大化，制造和運(yùn)轉(zhuǎn)不會(huì)很昂貴。實(shí)用新型內(nèi)容因此，本實(shí)用新型的目的是提供一種鑄模，該鑄模的操作更安全， 更容易使用和維護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)鑄造生產(chǎn)的最大化，并且制造和運(yùn)轉(zhuǎn)不 會(huì)很昂貴。本實(shí)用新型的一個(gè)技術(shù)方案為一種直接冷鑄鑄模，包括鑄模體， 所述鑄模體包括方向面和沿徑向向外延伸的凸緣；用于保持冷卻劑的 箱型裝置，該箱型裝置結(jié)合到鑄模體凸緣的上側(cè)；冷卻劑環(huán)，其包括 調(diào)節(jié)面，所述冷卻劑環(huán)結(jié)合到箱型裝置的下側(cè)，用于保持冷卻劑，以 便使調(diào)節(jié)面和方向面相互靠近以形成噴嘴，所述方向面具有以調(diào)節(jié)面 的位置為基礎(chǔ)的位置，其中，所述方向面的位置和調(diào)節(jié)面的位置中的 至少一個(gè)是可以調(diào)節(jié)的；位于鑄模體最內(nèi)表面處的吸熱環(huán)，其中，所 述吸熱環(huán)包括具有一定高度的多孔環(huán)，其中，所述多孔環(huán)的高度在3/8 英寸至7/8英寸的范圍內(nèi)；鑄模起動(dòng)頭，所述鑄模起動(dòng)頭位于與所述 吸熱環(huán)相鄰并隔有間隙的位置處；以及潤(rùn)滑劑供應(yīng)路徑，該路徑從冷 卻劑環(huán)的下側(cè)起，通過(guò)冷卻劑環(huán)的內(nèi)部，并結(jié)合到鑄模箱上。


圖l表示本實(shí)用新型的DC鑄模系統(tǒng)100;圖2是沿著圖1的線2取出的鑄模系統(tǒng)102的詳細(xì)視圖；圖3A表示吸熱環(huán)120和由冷卻劑箱116的材料加工成的方向面122;圖3B表示由冷卻劑箱的材料加工成的調(diào)節(jié)面164;圖3C表示每一個(gè)鑄模體110和冷卻環(huán)118都可以調(diào)節(jié)的實(shí)施例；圖3D展示用于生產(chǎn)本實(shí)用新型的坯體132的方法300;圖4表示本實(shí)用新型的DC鑄造方法400;圖5表示擋環(huán)430的等距視圖；圖6表示陶瓷集流管440的等距視圖；圖7表示本實(shí)用新型的DC鑄模系統(tǒng)700;圖8是圖7的模具臺(tái)702的等距頂視圖；圖9是包含有圖4的鑄模400的模具臺(tái)702的等距仰視圖；以及圖IO表示由本實(shí)用新型生產(chǎn)的坯體1000。
具體實(shí)施方式
一個(gè)實(shí)施例，包括鑄模。鑄模可以包括具有方向面的鑄模體，以 及結(jié)合到鑄模體上的冷卻劑箱。鑄?？梢赃M(jìn)一步包括具有調(diào)節(jié)面的冷 卻劑環(huán)，在該調(diào)節(jié)面處，冷卻劑環(huán)可以結(jié)合到冷卻劑箱上，以便將調(diào) 節(jié)面和方向面聚集到一起，以形成噴嘴，特別是使得噴嘴口、噴射紊 流和冷卻劑沖擊角可以快速、方便并且花費(fèi)不高地變化。鑄模可以進(jìn) 一步包括鑄模起動(dòng)頭。I.DC鑄造法和鑄模系統(tǒng)圖l表示本實(shí)用新型的DC鑄模系統(tǒng)100。 DC鑄模系統(tǒng)IOO，可 以包括鑄模系統(tǒng)102，輔助系統(tǒng)200，和控制系統(tǒng)250。鑄模系統(tǒng)102、 輔助系統(tǒng)200和控制系統(tǒng)250的每一個(gè)可以是一起工作的子系統(tǒng)，以 便形成DC鑄模系統(tǒng)100。鑄模系統(tǒng)102可以被看作包括一個(gè)DC鑄 模。A.鑄模系統(tǒng)102鑄模系統(tǒng)102可以包括鑄模體110，鑄模起動(dòng)頭112，給料管114, 冷卻劑箱116，冷卻劑環(huán)118。圖2是沿著圖1的線2取出的鑄模系統(tǒng)102的詳細(xì)視圖。如在圖 2中看到的，鑄模體110可以在鑄模體110的內(nèi)部的最內(nèi)表面上，包
括吸熱環(huán)120。吸熱環(huán)120的水平截面可以被在擠壓技術(shù)或者直接冷 鑄技術(shù)中使用的任何對(duì)稱或不對(duì)稱的旋轉(zhuǎn)限定。例如，吸熱環(huán)120的 水平或X截面可以被一個(gè)環(huán)形、方形、星形、卵形或者矩形限定。由 于坯體的優(yōu)選的形狀是圓柱形，所以，在一個(gè)實(shí)施例中，吸熱環(huán)120 由環(huán)形限定。不對(duì)稱的形狀的例子包括用于扁(軋制)錠的帶有圓 角的矩形形狀，用于薄帶鑄件的帶有凹邊的平面形狀，用于再熔錠鑄 件的截頭"T"形形狀。錠、扁坯以及凝固用標(biāo)準(zhǔn)形狀物體鑄造的材 料，也可以用本實(shí)用新型生產(chǎn)。鑄模體110可以包括方向面122、內(nèi)螺紋124、外螺紋126和凸緣 128。方向面122可以用來(lái)以所需的角度134(圖2)將冷卻劑幕流(flow of coolant curtain ) 130 (圖1)對(duì)準(zhǔn)坯體表面133。角度134可以在 60度至85度的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，角度134可以在60度到75 度的范圍內(nèi)。角度134可以是相對(duì)于水平面而言的。在另一個(gè)實(shí)施例 中，角度134在67度到72度的范圍內(nèi)。如在圖2中看到的，給料管114可以從頂部安裝到鑄模體110內(nèi)， 從而，重力可以幫助將給料管114固定到鑄模體110上。內(nèi)螺紋124 可以用于進(jìn)一步將給料管114固定到鑄模體110上，并且還提供一個(gè) 襯墊136可以壓縮于其上的表面。襯墊136可以是用于匹配的機(jī)械零 件之間以便防止諸如熔融金屬等流體溢出的各種各樣的密封墊或密封 件中的一種。襯墊136的材料在高達(dá)2100華式度的溫度可以具有熱穩(wěn) 定性，對(duì)于待鑄造的熔融材料是化學(xué)上非浸潤(rùn)的，通過(guò)進(jìn)行壓縮能夠 密封任何和所有的內(nèi)部多孔性，可以是具有低熱傳導(dǎo)率的材料，可以 是在負(fù)40到2100華式度范圍內(nèi)的溫度下，具有低的熱膨脹或收縮系 數(shù)的材料。襯墊可以包括由Thermal Ceramics，Inc"of Augusta，Ga.制 造并銷(xiāo)售的陶瓷Kaowool (TM)型的可壓縮氈。襯墊136還可以包 括由Unifrax，Inc.of Niagara Falls，N.Y.制造和銷(xiāo)售的Fiberfrax (TM) J970型的可壓縮陶瓷紙。在本實(shí)用新型的一個(gè)重要的實(shí)施例中，鑄模體110可以從下面安 裝到冷卻劑箱116內(nèi)。可以利用外螺紋126將鑄模體110進(jìn)一步固定
到冷卻劑箱116的內(nèi)螺紋上。如可以在圖1中最清楚地看到的，凸緣 128可以從外螺紋124下面的一個(gè)點(diǎn)沿徑向向外延伸，以便提供一個(gè) 襯墊138可以壓縮于其上的面。襯墊138可以是用于匹配的機(jī)械零件之間、以便防止諸如淬火水 等流體溢出的各種各樣的密封墊或密封件中的一種。襯墊138可以包 括Viton ( TM )(維通橡膠)，Buna(丁鈉橡膠)，或者硅材料。襯墊138可以具有"O"型環(huán)的形狀。取決于凸緣128的延伸長(zhǎng) 度(而這種延伸長(zhǎng)度反過(guò)來(lái)依賴于坯體132的總直徑)，襯墊138的橫 截面會(huì)發(fā)生變化。襯墊138的截面可以是圓形的或者卵形的或者帶有 圓角的矩形的。這種襯墊138的可壓縮性，對(duì)于襯墊138配置于其間 的匹配的面之間的0.005到0.250英寸的范圍內(nèi)的間隙，可以提供密封。由于圖1的坯體132可以借助使熔融材料152通過(guò)吸熱環(huán)120形 成，所以，可以在坯體外殼140與吸熱環(huán)120之間包括降低摩擦的部 件。例如，作為降低摩擦的部件，可以通過(guò)潤(rùn)滑通道將潤(rùn)滑劑引入到 圖2的間隙144內(nèi)。如下面將要更詳細(xì)地指出的，潤(rùn)滑劑142可以是 液體、例如油，或者氣體、例如一種惰性氣體?；蛘邭怏w的混合物， 或者它們的組合。鑄模體110包括鋁合金，銅-鈹合金，或者以石墨為基礎(chǔ)的材料。 鋁合金可以是AA6061鋁合金或者AA5052鋁合金。用于鑄模體110 的材料可以顯示出熱穩(wěn)定性以及對(duì)待鑄造的材料的惰性。進(jìn)而，用于 鑄模體110的材料可以提供足夠的熱傳導(dǎo)向，并且在加工過(guò)程中以及 在鑄造中可能遇到的極端的溫度條件下提供保持精密的尺寸公差的可 能性。在另外一個(gè)實(shí)施例中，鑄模體110和冷卻劑箱116是一個(gè)單一的 部件。例如，圖3A表示由冷卻劑箱116的材料加工成的吸熱環(huán)120 和方向面122。其中，冷卻劑箱116包括吸熱環(huán)120和方向面122，并 且，其中，圖1的吸熱環(huán)120和方向面122限定出鑄模體110、內(nèi)螺 紋124、外螺紋126、凸緣128、以及襯墊138,并不要求作為鑄模系 統(tǒng)102的一部分。其中，內(nèi)螺紋124可以要求作為鑄模系統(tǒng)102的一 可以省略，從而，吸熱環(huán)120可以直 接接收用于加工進(jìn)入坯體132中的熔融金屬的供應(yīng)?？梢匀∠麧?rùn)滑通 道146。例如，在吸熱環(huán)120與熔融材料頭154之間的摩擦系數(shù)足夠 低，以便使得熔融材料經(jīng)由吸熱環(huán)120通過(guò)的部位，可以取消潤(rùn)滑通 道146。如圖1所示，鑄模系統(tǒng)102還可以包括鑄模起動(dòng)頭112。鑄模起 動(dòng)頭112可以包括基座148和液壓推桿150。鑄模起動(dòng)頭112可以用 作相對(duì)于吸熱環(huán)120獨(dú)立的底部。液壓推桿150可以結(jié)合到一個(gè)壓盤(pán) 上。鑄模系統(tǒng)102還可以包括結(jié)合到鑄模體110上的給料管114。給 料管114可以給料管114可以將熔融材料152作為熔融材料頭154輸 送給吸熱環(huán)120上的第一開(kāi)口。熔融材料頭154可以提供正壓差，以 便驅(qū)動(dòng)坯體132使之通過(guò)吸熱環(huán)120。在熔融材料152達(dá)到吸熱環(huán)120之前使熔融材料冷卻是不理想的。 因此，給料管114可以絕熱地將熔融材料頭154輸送到吸熱環(huán)120。 為了以最小的熱損失完成這一輸送，可以利用各種堅(jiān)固的、易碎的耐 熱和耐腐蝕的材料中的任何一種制造。給料管114所用的材料顯示出低的熱傳導(dǎo)率，低的體膨脹系數(shù)， 高的耐熱疲勞性，在高溫下的高強(qiáng)度，以及對(duì)于待鑄造的熔材料的化 學(xué)不浸潤(rùn)行為。在一個(gè)實(shí)施例中，給料管114包括非金屬材料，例如 粘土。在另外一個(gè)實(shí)施例中，給料管114可以包括陶瓷材料。所述陶 瓷材料可以是以純a氧化鋁和高嶺土為基礎(chǔ)的。陶瓷材料可以包括硅 酸鋁。在另外一個(gè)實(shí)施例中，給料管114的材料可以通過(guò)真空成形二 氧化硅漿料制成，在所述二氧化硅漿料中托添加有適當(dāng)?shù)母邷卣澈蟿?可以燒結(jié)所得到的漿料，以便達(dá)到粘結(jié)性和強(qiáng)度。鑄模系統(tǒng)102中還可以包括冷卻劑箱116。為了容納并引導(dǎo)冷卻 劑134，冷卻劑箱116可以包括腔體156以及與腔體156流體連通地 設(shè)置的冷卻劑入口 158。如前面指出的，鑄模體110可以通過(guò)外螺紋 126結(jié)合到冷卻劑箱116上。冷卻劑箱116可以包括涂有底漆的1020
鋼或者諸如SS316型等的不銹鋼。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻劑箱包括鋁 合金AA5052或AA6061-T651消除應(yīng)力的板料。冷卻劑箱116所包含 的材料可以加工到非常精確的公差，例如正負(fù)50微米或者兩千分之一 英寸，并且能夠?qū)⒃摴畋３忠粋€(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間，例如幾年。作為鑄模系統(tǒng)102的一部分可能包括的項(xiàng)目，是冷卻劑環(huán)118。 冷卻劑環(huán)可以包括唇160、外螺紋162、調(diào)節(jié)面164。如可以從圖1中 最清楚地看到的，唇160可以從外螺紋162下面的一點(diǎn)起沿徑向方向 向外延伸，以便提供襯墊138能夠壓縮于其上的面。外螺紋162可以 用來(lái)將冷卻劑環(huán)118固定到冷卻劑箱116的內(nèi)螺紋上。如圖2所示，當(dāng)冷卻劑環(huán)118安裝到冷卻劑箱116內(nèi)時(shí)，冷卻劑 環(huán)118的調(diào)節(jié)面164能夠以角度168與鑄模體110的方向面122相交， 以便限定出內(nèi)噴嘴區(qū)166和噴嘴開(kāi)口 170。角度168可以在0度到90 度的范圍內(nèi)，因?yàn)閺膰娮?76噴射出來(lái)的冷卻劑134更多地沿著方向 面122。在一個(gè)實(shí)施例中，角度168在4度到12度的范圍內(nèi)。在另外 一個(gè)實(shí)施例中，角度168為6度。噴嘴開(kāi)口 170可以被第一X-Y平面 內(nèi)的方向面122上的最低的Y-點(diǎn)與相鄰的在第一X-Y平面內(nèi)的調(diào)節(jié)面 164上的最低的Y-點(diǎn)之間的平均截面距離限定。噴嘴開(kāi)口 170的平均 截面距離可以在0.050至0.150英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，噴嘴 開(kāi)口 170的平均截面距離在0.075至0.108英寸的范圍內(nèi)。噴嘴開(kāi)口 170也可以由噴嘴高度172和噴嘴距離174限定。噴嘴 高度172可以由第一X-Y平面內(nèi)的方向面122上的最低的Y-點(diǎn)與在第 一X-Y平面內(nèi)的調(diào)節(jié)面164上相鄰的最低的Y-點(diǎn)之間的距離限定。噴 嘴距離174,可以作為在噴嘴開(kāi)口 170的中心與坯體表面133之間在 X方向上空間的寬度被限定。噴嘴高度172可以在正或負(fù)0.200英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例 中，噴嘴高度172在0到O.IOO英寸的范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施例中， 噴嘴高度172是0.010的倍數(shù)，與所用的單位無(wú)關(guān)。在進(jìn)一步的一個(gè) 實(shí)施例中，噴嘴高度172是0英寸。在噴嘴高度172是0英寸的情況 下，調(diào)節(jié)面164不伸出到方向面122之外。如下面所述，在不伸出的 情況下，調(diào)節(jié)面164不會(huì)從噴嘴176激勵(lì)冷卻劑柱的下半部以便離開(kāi) 該冷卻劑柱的上半部。噴嘴距離174可以在0.06英寸到0.36英寸的范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí) 施例中，噴嘴距離174與所使用的單位無(wú)關(guān)，至少是0.001和0.006 中的一個(gè)的倍數(shù)。在進(jìn)一步的一個(gè)實(shí)施例中，噴嘴距離是0.090英寸 和0.106英寸中之一。內(nèi)噴嘴區(qū)166可以和噴嘴開(kāi)口 170 —起作為噴嘴176，調(diào)節(jié)并引 導(dǎo)作為冷卻劑幕130來(lái)自于噴嘴176的流體流(例如，冷卻劑134)。 冷卻劑幕流130可以是配置在坯體表面133附近的連續(xù)的冷卻劑的層 流。冷卻劑幕流130的層流可以沒(méi)有作為DC鑄模中的傳統(tǒng)冷卻劑的 特征的斷續(xù)的空間，以便提供更好的熱傳遞特性。為了調(diào)節(jié)冷卻劑幕130的流體體積和力以及冷卻劑幕130的方向， 本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例包括調(diào)節(jié)噴嘴172的高度的能力，通過(guò)調(diào)節(jié) 噴嘴的高度，則可以調(diào)節(jié)冷卻劑幕130碰撞坯體132的角度。齒輪齒178可以從冷卻劑環(huán)118的唇160沿徑向方向向外延伸。 為了和齒輪齒178緊密配合，作為鑄模系統(tǒng)102的一部分，可以包括 冷卻劑環(huán)齒輪180?？梢赃@樣設(shè)置冷卻劑環(huán)齒輪180，使之與齒輪齒 178嚙合并允許冷卻劑環(huán)118旋轉(zhuǎn)。冷卻劑環(huán)118的旋轉(zhuǎn)，則允許調(diào) 節(jié)離開(kāi)噴嘴176的冷卻劑134的形狀和體積。在鑄模系統(tǒng)102上可以 增加附加的降低摩擦的零件，例如軸承和油脂，以便使之能夠更容易 地形狀冷卻劑環(huán)118。在DC鑄模中，從坯體的熱傳遞是冷卻劑速度、冷卻劑薄膜的厚 度、冷卻劑的體積、碰撞角以及冷卻劑碰撞坯體的表面時(shí)的冷卻劑流 的雷諾數(shù)(Reynolds number)的函數(shù)。假定其它變量保持不變，直 到一個(gè)閾值，冷卻劑速度越高，熱傳遞越高。盡管冷卻劑壓力的增大 會(huì)增大冷卻劑的速度，但是，冷卻劑泵的容量一般是固定的。調(diào)整離 開(kāi)噴嘴176的冷卻劑的形狀和體積的能力可以代表調(diào)整冷卻劑速度、 薄膜厚度和碰撞角度至少其中之一的能力。因此，調(diào)整離開(kāi)噴嘴176 的冷卻劑134的形狀和體積的能力，可以提供幾乎是瞬時(shí)改變DC鑄 模的熱傳遞的特征的能力。在操作過(guò)程中，當(dāng)冷卻劑環(huán)齒輪180向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，冷卻劑 環(huán)118向涂1的箭頭A的方向旋轉(zhuǎn)，從而降低涂2的噴嘴高度172。 降低噴嘴高度172可以縮小噴嘴開(kāi)口 170。假定冷卻劑壓力，輪廓噴 嘴176的冷卻劑的體積134減少，以便對(duì)于冷卻劑幕130給出更多的 銳緣。進(jìn)而，降低噴嘴高度172可以將噴嘴開(kāi)口 170的中心向坯體133 的表面移動(dòng)，從而降低噴嘴距離174，當(dāng)冷卻劑134被拉向冷卻劑環(huán) 118時(shí)，增加冷卻劑幕130碰撞坯體132的角度。當(dāng)向相反的方向旋 轉(zhuǎn)冷卻劑齒輪180時(shí)，可以向圖1的箭頭B的方向旋轉(zhuǎn)冷卻劑環(huán)118。在另外一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，冷卻劑環(huán)118和冷卻劑箱116 是一個(gè)單一的部件。例如，圖3B表示調(diào)節(jié)面164由冷卻劑箱116的 材料加工而成。在冷卻劑箱116包括調(diào)節(jié)面164的情況下，可以不要 求唇160、外螺紋162、和襯墊138作為鑄模系統(tǒng)102的一部分。如圖3B所示，可以通過(guò)結(jié)合到配置在唇182附近的冷卻劑環(huán)齒 181調(diào)節(jié)鑄模體110，以便改變噴嘴開(kāi)口 170。在另外一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，每一個(gè)鑄模體110和冷卻劑環(huán) 118都可以被調(diào)節(jié)，以便至少在X、 Y和Z方向中的一個(gè)方向上改變 噴嘴開(kāi)口 170的截面，并且進(jìn)行調(diào)節(jié)以便改變噴嘴開(kāi)口 170的平均X 直徑。圖3C表示鑄模體110和冷卻劑環(huán)118的每一個(gè)都可以被調(diào)節(jié) 的實(shí)施例。這里，鑄模體IIO和冷卻劑環(huán)118的每一個(gè)都可以被調(diào)節(jié)， 以改變噴嘴開(kāi)口 170的位置。在該實(shí)施例中，為了提供一個(gè)更大的熔 融材料頭154,可以通過(guò)螺紋將給料管114結(jié)合到鑄模體110的內(nèi)表 面上，并且可以通過(guò)在齒輪190和配置在進(jìn)給管114附近的齒的嚙合 遙控地上下移動(dòng)。在給料管114是易碎的情況下，在給料管114的附 近可以使用齒環(huán)以便閾齒輪190嚙合。在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，鑄模體110和冷卻劑環(huán)118至少其 中之一的調(diào)節(jié)，可以在Y方向、X方向、節(jié)距方向、滾動(dòng)方向、偏轉(zhuǎn) 方向和極坐標(biāo)方向至少其中之一上進(jìn)行。本實(shí)用新型的一個(gè)關(guān)鍵的方面在于，其中，鑄模體(110)安裝在
冷卻劑箱(116)上，對(duì)于鑄造金屬技術(shù)帶來(lái)顯著的改進(jìn)。所獲得的優(yōu) 點(diǎn)在于提高金屬鑄造的質(zhì)量，易于操作，易于維修，提高安全性，降 低設(shè)備的制造成本。如將在下面的段落中描述的那樣，本實(shí)用新型對(duì) 于提高安全性和鑄造質(zhì)量是非常顯著的。通過(guò)無(wú)需破壞鑄模體和供應(yīng)澆鑄系統(tǒng)的耐火連接就可以從冷卻劑 箱上拆卸鑄模體，到達(dá)操作和維修的容易性。另外， 一旦將鑄模從冷 卻劑箱的腔體上卸下，通過(guò)能夠直接進(jìn)入冷卻劑箱的內(nèi)部進(jìn)行清洗、 修理和維護(hù)，達(dá)到操作的容易性。這種操作的容易性還提高在車(chē)間內(nèi) 的安全性，因?yàn)楸娝苤?，如果熔融金屬和水的相互作用?huì)發(fā)生爆 炸并且是極其危險(xiǎn)的，并且將不能使鑄造系統(tǒng)容易維護(hù)和操作，會(huì)增 加鑄造系統(tǒng)的故障和危害安全的可能性。B.輔助系統(tǒng)200圖1所示的DC鑄模系統(tǒng)100可以包括輔助系統(tǒng)200。輔助系統(tǒng) 200可以包括液壓箱202、液壓箱204、冷卻劑供應(yīng)箱206、材料箱208 以及潤(rùn)滑劑箱210。液壓箱202可以結(jié)合到冷卻劑環(huán)齒輪180上，以 ^更控制冷卻劑環(huán)180的運(yùn)動(dòng)，從而控制冷卻劑幕130。液壓箱204可 以通過(guò)諸如壓盤(pán)經(jīng)由液壓推桿150結(jié)合到鑄模起動(dòng)頭112上，以便控 制鑄模起動(dòng)112的運(yùn)動(dòng)。液壓箱202和液壓箱204可以是例如由流體， 特別是由水和空氣在壓力下操作的單一動(dòng)力箱。冷卻劑供應(yīng)箱206可以結(jié)合到冷卻劑入口 158上，向冷卻劑箱116 供應(yīng)作為淬火流體的冷卻劑134。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻劑134是液 體。所述液體可以是水，或者與乙二醇混合的水(例如，3%到25% 體積的乙二醇)。材料箱208可以包含將要加工成坯體132的材料214。材料先鋒 官208可以結(jié)合到給料管114的內(nèi)部，以便提供用于加工成坯體132 的熔融材料152。材料214可以是通過(guò)利用熱和壓力至少其中之一能 夠從固態(tài)變化到液態(tài)的任何一種材料。在一個(gè)實(shí)施例中，材料214是金屬。金屬可以包括鋁、鋁合金、 鎂、鎂合金、銅、銅合金、鋰、鋰合金、或者責(zé)金屬及其合金。在另
一個(gè)實(shí)施例中，材料214是塑料。塑料可以包括熱塑性樹(shù)脂，包括聚 苯乙烯，或者聚乙烯。在另一個(gè)實(shí)施例中，材料包括玻璃。所述玻璃 可以包括有色玻璃。在另一個(gè)實(shí)施例中，材料包括雙相混合物。該雙 相混合物可以包括金屬基體復(fù)合材料。金屬基體復(fù)合材料可以包括金 屬和陶資顆粒，以及金屬和非晶質(zhì)玻璃顆粒中之一。在另一個(gè)實(shí)施例 中，所述材料可以包括處于半固態(tài)條件下的觸變淤漿。潤(rùn)滑劑箱210可以結(jié)合到圖2所示的潤(rùn)滑劑通道146上，以便向 間隙144輸送降低摩擦的部件。潤(rùn)滑劑142可以是液體、例如油，氣 體、例如惰性氣體，固態(tài)材料，或者它們的組合。潤(rùn)滑劑可以顯示出與待鑄造的材料(例如材料214)以及所使用 的冷卻介質(zhì)的物理兼容性及化學(xué)兼容性。潤(rùn)滑劑物理兼容性的因素包 括閃點(diǎn)、比重、比熱、表面張力以及潤(rùn)滑劑的流動(dòng)性。潤(rùn)滑劑化學(xué)兼 容性的因素可以包括表面的反應(yīng)性，分解產(chǎn)物，化學(xué)反應(yīng)的可逆性， 潤(rùn)滑劑從冷卻介質(zhì)上的分離性，以及從環(huán)境的角度考慮，用過(guò)的潤(rùn)滑 劑的處理。優(yōu)選地的液體潤(rùn)滑劑可以包括生物能夠分解的植物油，例 如花生油和蓖麻油。也可以^使用合成礦物油。進(jìn)而，可以<吏用外加01-烯烴的合成油。氣體潤(rùn)滑劑可以是帶有或者不帶有與空氣混合的惰性氣體的混合 物。固態(tài)的潤(rùn)滑劑可以是石墨環(huán)插入件，石墨粉和二硫化鉬粉末。 C.控制系統(tǒng)250圖1所示的DC鑄模系統(tǒng)100可以包括控制系統(tǒng)250?？刂葡到y(tǒng) 250可以包括計(jì)算機(jī)服務(wù)器252、通信線路254。計(jì)算機(jī)服務(wù)器252可 以是進(jìn)行計(jì)算的任何一種裝置，特別是一種可編程的電子設(shè)備，所述 電子設(shè)備可以完成高速的數(shù)學(xué)或者邏輯運(yùn)算，并且可以集合、存儲(chǔ)、 信息和將信息相互關(guān)聯(lián)，或者相反地處理信息。通信線路254可以用 來(lái)在計(jì)算才幾服務(wù)器252與液壓箱202、液壓箱204、冷卻劑供應(yīng)箱206、 材料箱208以及潤(rùn)滑劑箱210之間傳送通信信號(hào)。通信信號(hào)可以通過(guò) 纜線或者無(wú)線電纜至少其中之一檢測(cè)傳送?？刂葡到y(tǒng)250還可以包括通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到計(jì)算機(jī)服務(wù)器252上的
客戶機(jī)256。網(wǎng)絡(luò)258可以是被例如電話線、電纜和無(wú)線電波等信息 通道相互連接的任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以便共享信息。在一個(gè)實(shí)施例中， 網(wǎng)絡(luò)258是因特網(wǎng)。因特網(wǎng)可以是任何全球信息系統(tǒng)，所述信息系統(tǒng) 可以是根據(jù)網(wǎng)際協(xié)議(IP)或者該協(xié)議的后續(xù)擴(kuò)展/下一代的全球惟一 地址空間局部連接到一起的，可以利用傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議 (TCP/IP )組或者其后續(xù)擴(kuò)展/下一代，和/或者其它IP兼容的協(xié)議支 承通信。在一個(gè)實(shí)施例中，因特網(wǎng)可以公開(kāi)地或者秘密地提供、使用 或者能夠達(dá)到對(duì)通信和相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施分層的高水平的服務(wù)。在另一 個(gè)實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)258是多個(gè)用戶終端。 D.操作鑄造諸如坯體132這樣的物體的第一種方法包括提供具有方向面 的鑄模體、冷卻劑箱、以及具有調(diào)節(jié)面的冷卻劑環(huán)。下一個(gè)步驟是形 成噴嘴，形成噴嘴的方式為提供靠近方向面配置調(diào)節(jié)面，提供調(diào)節(jié)噴 嘴開(kāi)口的可能性。這可以通過(guò)將冷卻劑箱結(jié)合到冷卻劑環(huán)與鑄模體之 間來(lái)進(jìn)行?？梢詫?duì)噴嘴進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便改變噴嘴開(kāi)口。這種調(diào)節(jié)可以 是靜態(tài)的或動(dòng)態(tài)的。所述方法可以進(jìn)一步包括使冷卻劑通過(guò)噴嘴，以便形成冷卻劑幕 流，并且通過(guò)使熔融材料通過(guò)鑄模體和冷卻劑環(huán)并使熔融材料與鑄模 起動(dòng)頭接觸，將熔融材料硬化。然后可以借助降低鑄模起動(dòng)頭使硬化的材料通過(guò)冷卻劑幕流。如果需要的話，當(dāng)硬化的材料通過(guò)冷卻劑幕使，可以調(diào)節(jié)噴嘴。在一個(gè)實(shí)施例中，噴嘴的調(diào)節(jié)包括旋轉(zhuǎn)齒輪和添加薄墊片至少其中之一，其中，齒輪與至少冷卻劑環(huán)和鑄模體其中之一旋轉(zhuǎn)接觸，并且，其中，薄墊片配置在冷卻劑箱和與鑄模體之間以及冷卻劑環(huán)與冷卻劑箱之間 的至少其中的一個(gè)之間。圖3D表示展示用于生產(chǎn)本實(shí)用新型的坯體132的方法300。在步 驟302,圖1的鑄模起動(dòng)頭112靠近吸熱環(huán)120,使得在鑄模起動(dòng)頭 112與吸熱環(huán)120之間具有一個(gè)間隙。在步驟304,可以調(diào)節(jié)冷卻劑環(huán) 118以便獲得所需的噴嘴開(kāi)口 170。如下面所述，可以通過(guò)起動(dòng)冷卻劑 環(huán)齒輪180或者通過(guò)插入/除去薄墊片進(jìn)行調(diào)節(jié)。在步驟306，可以起 動(dòng)冷卻劑供應(yīng)箱206,以便迫使冷卻劑134作為冷卻劑幕130通過(guò)噴 嘴開(kāi)口 170 (圖2)。在步驟308,可以起動(dòng)材料箱，以便向給料管114 內(nèi)輸送熔融材料。這會(huì)形成熔融材料頭154。在步驟310,熔融材料頭 154，例如，由于和鑄模起動(dòng)頭112和吸熱環(huán)120接觸，因?yàn)樵谌廴诓?料頭154與鑄模起動(dòng)112及吸熱環(huán)120兩個(gè)部件的顯著的溫度差，會(huì) 在沿著周邊的表面上硬化形成外殼140。金屬靜壓力會(huì)在柱狀液體材料的整個(gè)深度上變化，并可以被表示成材料的密度乘以重力常數(shù)乘以液體柱的高度。當(dāng)材料頭154或者凝 固或者部分凝固時(shí)，會(huì)發(fā)生由熔融材料頭154向外殼140的相變，從 而，相變的材料顯示出足夠的強(qiáng)度(例如，厚度)耐受材料頭154的 金屬靜壓力。隨著熔融的材料頭154的硬化，通過(guò)起動(dòng)液壓箱204， 可以在步驟312將基座148沿著箭頭C的方向降低到冷卻劑幕130的 通路內(nèi)。為了提供更均勻的坯體132，隨著基座148的降低，在吸熱 環(huán)120的截面允許的情況下，旋轉(zhuǎn)基座148。隨著在步驟312將基座148降低到冷卻劑幕130內(nèi)，在步驟314， 冷卻劑134在表面133處碰撞坯體132，以便進(jìn)一步取走熱量。隨著 時(shí)間的進(jìn)展，在步驟316可以進(jìn)一步降低基座148,直到獲得所需長(zhǎng) 度的坯體132。為了熔融材料152的整個(gè)X截面凝固，需要花費(fèi)時(shí)間。因此，離 開(kāi)坯體132的Y中心線最遠(yuǎn)的材料冷卻，會(huì)形成坯體外殼140。坯體 外殼140的形成會(huì)形成槽182。槽182和坯體外殼140會(huì)在液相面184 處相遇。液相面184的截面由凹形拋物線限定。該凹形拋物線的性質(zhì) 以熔融材料152冷卻時(shí)由于基座148的移動(dòng)在坯體132的頂端形成的 彎月面為基礎(chǔ)。來(lái)自于約30到120華式度的冷卻劑幕130的冷卻劑會(huì)沖擊坯體表 面133，其中，坯體表面133大約在900華式度。由于大的溫度差(830 華式度)，在冷卻劑134為液體的情況下，冷卻 述氣泡附著在坯體133的表面上。如上面指出的，當(dāng)?shù)谝唤M水沖擊坯體132時(shí)，在坯體表面133上 形成微小的蒸氣氣泡。微細(xì)的蒸氣氣泡主要由來(lái)自于噴嘴176的冷卻 劑柱的上半部形成。隨后，當(dāng)?shù)诙M水沖擊坯體132時(shí)，第二組水從 坯體表面133上將微細(xì)的蒸氣氣泡剪切下來(lái)，形成其自己的微細(xì)蒸氣 氣泡。微細(xì)的蒸氣氣泡主要地被來(lái)自于噴嘴176的冷卻劑柱的下半部 從坯體表面133上剪切掉。在圖2所示的噴嘴高度172大于0英寸的情況下，在冷卻劑134 與調(diào)節(jié)面164的凸起之間的額外的附著，會(huì)促進(jìn)來(lái)自于噴嘴176的冷 卻劑柱的下半部從同一個(gè)冷卻劑柱的上半部分離。在冷卻劑柱的下半 部從同一個(gè)冷卻劑柱設(shè)施半部分離的情況下，由于水蒸氣內(nèi)中的內(nèi)部 剪切力和冷卻劑柱的下半部在沖擊坯體表面133之前必須行進(jìn)的距離 的增大兩個(gè)因素至少其中之一，冷卻劑下半部沖擊坯體的速度降低。 這減少了冷卻劑的蒸氣氣泡的剪切性質(zhì)，使得更多的蒸氣氣泡停留在 坯體表面133上。隨著更多的蒸氣氣泡停留在坯體表面133上，從坯 體132的熱傳遞減少。因此，為了將冷卻劑柱的整個(gè)垂直剖面上的沖 擊速度梯度降低到最小限度，對(duì)于某些材料而言，圖2所示的噴嘴高 度172優(yōu)選地為0英寸。在鑄造材料對(duì)淬火敏感的情況下，延遲沿著坯體表面133的排熱 是優(yōu)選的。對(duì)于這些應(yīng)用，希望在整個(gè)冷卻劑柱的垂直剖面上存在速 度梯度，從而，圖2的噴嘴高度172可以不同于0英寸。將蒸氣氣泡從坯體表面133上剪除，通過(guò)清除坯體表面133的區(qū) 域，使之與冷卻劑134接觸，促進(jìn)熱傳遞。選擇圖2的角度134的值， 可以促進(jìn)將蒸氣氣泡從坯體表面133上剪除。超過(guò)冷卻劑沖擊表面133 的點(diǎn)之外的12英寸的跨度，也可以發(fā)生熱傳遞。除促進(jìn)蒸氣氣泡的剪 除之外，對(duì)于角度134選擇的值可以將從坯體表面133彈跳回來(lái)的冷 卻劑134的量降低到最低限度。實(shí)驗(yàn)表明，如前面所述，角度134的 優(yōu)選的角度是60度到75度。隨著來(lái)自于冷卻劑幕130的冷卻劑134沖擊坯體132，圖1所示
的水簾186跌落坯體表面133。在一個(gè)實(shí)施例中，水簾186以每秒鐘6 英尺的速度跌落坯體表面133。水簾186可以跌落坯體132的坯體表 面133，并進(jìn)入水槽188。為了制造20英尺長(zhǎng)的坯體，可以將基座148 降低約90分鐘。在這段時(shí)間的某一點(diǎn)，坯體132可以降低到水槽188 內(nèi)。停留在坯體表面133上的氣泡，可以變成自由上升的蒸氣。從坯 體表面133被剪除的自由的氣泡，可以被水簾186帶入到水槽188內(nèi)， 在該處，它們不變成自由上升的蒸氣。因此，水槽188可以幫助控制 蒸氣的形成，并且提供一個(gè)容器，從該容器中再循環(huán)冷卻劑134。水 槽188可以是8到10英尺深。控制冷卻劑幕130可以幫助控制蒸氣的形成。如果產(chǎn)生太多的蒸 氣，或者不能恰當(dāng)?shù)乩鋮s坯體132，可以在基座148移動(dòng)的過(guò)程中調(diào) 節(jié)冷卻劑環(huán)118，以便通過(guò)驅(qū)動(dòng)冷卻劑環(huán)齒輪180獲得所需的噴嘴開(kāi) 口 170，以便將更多的氣泡帶入到水槽188內(nèi)。圖4表示本實(shí)用新型的DC鑄模400。 DC鑄模400可以包括鑄模 體410、鑄模起動(dòng)頭412、給料管414、冷卻劑箱416和冷卻劑環(huán)418。 如從圖4看到的，鑄模體410在鑄模體410的內(nèi)部的最內(nèi)部的表面上， 可以包括吸熱環(huán)420。吸熱環(huán)420可以包括多孔環(huán)422和鑄模柄腳 (mold tang ) 424。本實(shí)用新型的熔融材料在其凝固時(shí)可以移動(dòng)。因此，多孔環(huán)422 可以起著允許流體通過(guò)多孔環(huán)422的材料內(nèi)的小孔或空隙的作用，以 便在多孔環(huán)422與諸如坯體外殼140等坯體外殼之間，提供減少摩擦 的面。這種流體是液體或者氣體或者它們的組合，可以在熔融材料與 多孔環(huán)422之間提供角降低摩擦的面，以便允許熔融材料通過(guò)多孔環(huán) 422。為了允許流體通過(guò)多孔環(huán)422的材料內(nèi)的小孔或空隙，多孔環(huán)422 可以包括結(jié)晶的碳的同素異形體。在另一個(gè)實(shí)施例中，多孔環(huán)422包 括石墨。在另外一個(gè)實(shí)施例中，多孔環(huán)包括碳化硅。多孔環(huán)422的水平截面可以由在擠壓技術(shù)或直接冷鑄技術(shù)中采用
的任何對(duì)稱或不對(duì)稱的形狀來(lái)限定。例如，多孔環(huán)422的水平截面可 以由環(huán)形、方形、星形、卵形或者矩形限定。由于坯體的優(yōu)選的形狀 是圓柱形，所以，在一個(gè)實(shí)施例中，多孔環(huán)422由環(huán)形限定。圖4的鑄模柄腳424可以用作箱426的下部，除了從熔融材料頭 154的槽182取走一些熱量之外，還對(duì)坯體132提供支撐結(jié)構(gòu)。被多孔環(huán)從槽內(nèi)的熔融材料頭取出的熱量，主要形成坯體外殼。 在形成坯體外殼之后，熔融材料繼續(xù)在多孔環(huán)附近硬化，柄變成坯體 外殼的一部分。在硬化時(shí)，材料從多孔環(huán)退縮。在從多孔環(huán)退縮之后， 來(lái)自于槽內(nèi)的熔融材料的熱量和向外的徑向壓力將坯體外殼軟化，將 材料推向多孔環(huán)。隨著這種軟化的材料向多孔環(huán)移動(dòng)，材料再次硬化。 在再次硬化時(shí)，材料從多孔環(huán)退縮，經(jīng)受來(lái)自于槽內(nèi)的熔融材料的熱 量和向外的徑向壓力。這種循環(huán)表示重復(fù)，其效果限定出靠近坯體的 Y表面的表面下熔析帶。這種表面下熔析帶的特征在于不希望有的表 面下的凝固偏析。將表面下的熔析帶降低到最低限度是合乎需要的。表面下的熔析 帶可以是以下因素至少其中之一的函數(shù)，所述因素為來(lái)自于槽中的 熔融金屬的向外的徑向壓力，材料的凝固溫度范圍，冷卻介質(zhì)的沖擊 點(diǎn)與熔融材料彎月面在環(huán)442上的第一接觸點(diǎn)之間的距離，冷卻介質(zhì) 的沖擊速度，熔融材料的溫度比標(biāo)準(zhǔn)熔點(diǎn)高出的值，以及推桿150降 低的速度。來(lái)自于槽中的熔融材料的向外的徑向壓力可以是槽的深度 的函數(shù)。隨著槽的深度的降低，來(lái)自于液體熔融材料的向外徑向壓力 會(huì)降低。來(lái)自于熔融材料的向外的徑向壓力的降低，會(huì)令人滿意地降 低表面下的熔析帶。因此，將槽的深度減少到最低限度是很理想的。 在一個(gè)特定的連鑄的實(shí)施例中，不能很快地改變給料管114的內(nèi)部的 材料進(jìn)給水平，由于這些變量材料的溫度可能具有很高的惰性，這里， 高的惰性可能是部分地是由于從材料的熔化爐內(nèi)連續(xù)地供應(yīng)熔融材料 所保持的變量引起的。將槽的深度降低到最低限度的 一種技術(shù)，是利用冷卻劑盡可能靠 近坯體的頂部X面地沖擊坯體的Y面。換句話說(shuō)，冷卻劑水越靠近坯
體的頂部X面沖擊坯體的Y面，槽的深度越淺。冷卻劑沖擊坯體Y面所處的X面，可以至少是吸熱環(huán)的垂直跨度 的函數(shù)。吸熱環(huán)的垂直跨度越長(zhǎng)，冷卻劑越遠(yuǎn)離坯體的頂部X面沖擊 坯體的Y面。吸熱環(huán)的垂直跨度越短，冷卻劑越靠近坯體的頂部X面 沖擊坯體Y面。但是，吸熱環(huán)的垂直跨度必須超過(guò)一個(gè)最小長(zhǎng)度，以 便防止熔融材料從吸熱環(huán)的底部泄漏。我們記得，圖4的鑄模柄腳424可以用作箱426的下部，除了從 熔融材料頭154取走熱量之外，還對(duì)坯體132提供支撐結(jié)構(gòu)。鑄模柄 腳的垂直跨度越長(zhǎng)，冷卻劑越遠(yuǎn)離坯體的頂部X面沖擊坯體Y面。通 常，用于吸熱環(huán)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包括一英寸高的石墨環(huán)和[5/8英寸高的鑄 模柄腳，以便給出一個(gè)l-[5/8j英寸垂直跨度的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)吸熱環(huán)。本實(shí)用新型的冷卻劑幕的驚人的結(jié)果是，這種冷卻劑幕的效率允 許吸熱環(huán)420的垂直跨度低到[7/8英寸。吸熱環(huán)420的高度的降低， 可以給出相對(duì)于傳統(tǒng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的25%的改進(jìn)。吸熱環(huán)420的低的垂 直跨度，可以顯著地降低槽的深度，同時(shí)達(dá)到鑄造材料的金相組織。金相組織可以看作是一個(gè)集體術(shù)語(yǔ)，可以描述鑄造材料的以下屬 性。如果所述屬性包括至少下面所述的內(nèi)容之一，金相組織可以是很 優(yōu)秀的(i)比較細(xì)的枝晶間的間距；(ii)最小的表面下的熔析；(iii) 在晶粒內(nèi)最小的顯微偏析；(iv)從表面到坯體的軸上的最小的顯微偏 析；(v)微細(xì)的晶粒粒度；(vi)沒(méi)有收縮孔隙度；以及(vi)避免不 希望有的共晶和包晶初晶相。進(jìn)而，通過(guò)利用冷卻劑提前很多沖擊金 屬，可以增大鑄造速度。通過(guò)達(dá)到更高的鑄造速度，可以將利用本實(shí) 施例的8工時(shí)一班的生產(chǎn)率最大化。在一個(gè)實(shí)施例中，吸熱環(huán)420的垂直高度小于l-[5/8英寸。在一 個(gè)實(shí)施例中，吸熱環(huán)420的垂直高度在[7/8英寸將1-{分?jǐn)?shù)(4/8) }英 寸的范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施例中，多孔環(huán)422的高度在3/8到[7/8英 寸的范圍內(nèi)，鑄模柄腳424的垂直高度在{分?jǐn)?shù)(2/8) }英寸至{分?jǐn)?shù) (6/8) }英寸的范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施例中，多孔環(huán)422的垂直高度為[3/8英寸、[5/8英
寸和{分?jǐn)?shù)(6/8) }英寸之一，鑄模柄腳424的垂直高度為{分?jǐn)?shù)(2/8) }英寸、[3/8I英寸、和{分?jǐn)?shù)(4/8) }英寸之一。冷卻劑箱416,作為調(diào)節(jié)冷卻劑流的靜態(tài)裝置，可以包括擋環(huán)430。 圖5表示擋環(huán)430的等距視圖。如圖4所示，擋環(huán)430可以和冷卻劑 箱416滑動(dòng)配合或者壓配合，并被冷卻劑環(huán)418和鑄模箱426保持在 Y方向上。由于可以將擋環(huán)430配置在冷卻劑箱416內(nèi)，二無(wú)需在冷 卻劑箱416的材料內(nèi)加工擋環(huán)保持唇，所以，與傳統(tǒng)的DC鑄模相比， 利用本實(shí)用新型的這一 實(shí)施例，可以引人注目地降低制造成本并減少 材料的浪費(fèi)。除了多孔環(huán)422和鑄模柄腳424之外，鑄模體410還可以包括鑄 模箱426和保持環(huán)428。如圖所示，在從頂部安裝到擋環(huán)430內(nèi)的圖4 的鑄模箱426中，可以利用保持環(huán)428和重力將鑄模箱426固定到冷 卻劑箱416內(nèi)。如圖所示，可以利用襯墊432防止諸如熔融金屬或者 冷卻劑等流體逸出。鑄模箱426可以包括方向面434和螺紋孔436。DC鑄模400中可以包括鑄模起動(dòng)頭412。鑄模起動(dòng)頭412類(lèi)似于 圖1中的鑄模起動(dòng)頭112。鑄模起動(dòng)頭412可以包括基座和大螺紋的 腔體，液壓推桿可以固定在該腔體內(nèi)。進(jìn)而，鑄模起動(dòng)頭412可以用 作相對(duì)于吸熱環(huán)420獨(dú)立的底部。給料管414可以包括陶瓷環(huán)438。陶瓷環(huán)438可以從頂部安裝到 鑄模箱426內(nèi)，使得重力幫助將陶瓷環(huán)438固定到鑄模箱426上。模具臺(tái)可以包括一個(gè)或多個(gè)鑄模，從同一個(gè)水平流體流通道供應(yīng) 熔融材料。在冷卻劑箱416是模具臺(tái)的一部分的情況下，在模具臺(tái)的 水平流體流通道與向鑄模體410的入口之間提供中間連接是很主重要 的。因此，給料管414可以進(jìn)一步包括陶瓷集流管440。陶瓷集流管 440可以包括集流管開(kāi)口 442。圖6表示陶瓷集流管440的等距jf見(jiàn)圖。為了將陶瓷集流管440固定到陶瓷環(huán)438上，并且霸陶瓷環(huán)438 固定到鑄模箱426上，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例可以通過(guò)配置在壓緊 螺栓41附近和集流管保持環(huán)444的下方的管狀支承件465。對(duì)于配置 在陶瓷集流管440的頂面上的集流管保持環(huán)444，可以通過(guò)開(kāi)口將壓
緊螺栓441置于集流管變成環(huán)444內(nèi)和管狀支承件465內(nèi)，并且固定 到鑄模箱426的螺紋孔436內(nèi)。管狀支承件465，在組裝DC鑄模400 時(shí)，可以防止使用過(guò)大的轉(zhuǎn)矩。而這反過(guò)來(lái)會(huì)將陶瓷環(huán)438的易碎的 完整性保持一個(gè)更長(zhǎng)的時(shí)間，可以長(zhǎng)達(dá)幾年。如圖所示，可以利用陶資墊片紙防止熔融材料從給料管414中泄 漏?？梢岳媚z態(tài)石墨填料，例如填料447，進(jìn)一步作為襯墊并防止 熔融材料的泄漏，以便給予否則是粗糙的陶資環(huán)438的表面一潤(rùn)滑的 性質(zhì)，并且填充角落，使得在諸如熔融材料152的熔融材料的行進(jìn)路 徑上不存在裂縫。包括在DC鑄模400中的另外一個(gè)項(xiàng)目可以是冷卻劑環(huán)418。冷 卻劑環(huán)418可以包括唇450和調(diào)節(jié)面452。如可以從圖4中最清楚地 看到的，唇450可以沿著徑向方向向外延伸，以便提供一個(gè)面，冷卻 劑環(huán)418可以通過(guò)該面固定到冷卻劑箱416上。在一個(gè)實(shí)施例中，冷 卻劑環(huán)418由一系列螺栓從冷卻劑箱416的底部側(cè)固定到冷卻劑箱 416上。在另一個(gè)實(shí)施例中，冷卻劑環(huán)418由一系列栓鎖固定到冷卻 劑箱416上，每一個(gè)栓鎖可以包括一個(gè)棒，該棒套在一個(gè)掛鉤上，并 通過(guò)向下壓到結(jié)合在所述棒上的桿上被固定。在另一個(gè)是實(shí)施例中， 冷卻劑環(huán)438可以利用螺紋嚙合到擋環(huán)430的內(nèi)表面上，并且可以利 用齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行遙控使之上下運(yùn)動(dòng)。對(duì)于安裝到冷卻劑箱416內(nèi)的冷卻劑環(huán)418，冷卻劑環(huán)418的調(diào) 節(jié)面可以和鑄模箱426的方向面424以一定的角度相交，以便限定出 內(nèi)部噴嘴區(qū)域和噴嘴開(kāi)口。所述角度，噴嘴區(qū)域和噴嘴開(kāi)口可以和圖 2的角度168、內(nèi)部噴嘴區(qū)域166,以及噴嘴開(kāi)口 170相似。為了調(diào)節(jié)流體體積和冷卻劑幕流的力，以及冷卻劑幕流的方向， 可以通過(guò)配置或除去唇450與冷卻劑箱416之間的薄墊片，將本實(shí)施 例的噴嘴開(kāi)口170改型。薄墊片可以看作是一個(gè)薄的、常常是錐形的 材料片，根據(jù)需要用于調(diào)節(jié)需要配合的部件。所述薄墊片可以包括鋁 箔，薄尺寸的不銹鋼片，或者任何襯墊材料。本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例可以包括一組薄墊片，其中，薄墊片組
的數(shù)目可以從l到100。本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，作為包括本實(shí)用 新型的DC鑄模的工具組件的一部分，可以包括一組IO個(gè)薄墊片。在 IO個(gè)一組的薄墊片組中的每一個(gè)薄墊片，可以被0.001到0.01英寸的 范圍內(nèi)的厚度限定，其中，每一個(gè)薄墊片的厚度在一組10個(gè)薄墊片的 組中是惟一的。10個(gè)薄片的另外一組可被0.01英寸的厚度限定，其中， 每一個(gè)薄墊片0.01厚。不同的合金具有不同的熱傳遞特性。例如，有大約60種鋁合金， 每一個(gè)都具有不同的熱傳遞特性。傳統(tǒng)的實(shí)際操作，對(duì)于每一種將要 鑄造的合金，要求使用不同的工具組件，或者，對(duì)于每一種合金，使 用推桿速度、冷卻劑體積和壓力、材料溫度、鑄造啟動(dòng)程序等的經(jīng)過(guò) 研究的周密的組合。但是，本實(shí)用新型的每一個(gè)薄墊片可以提供改變 鑄模的熱傳遞特性的能力，使得可以利用同一個(gè)工具組件，采用預(yù)定 的鑄造實(shí)際操作步驟，可以鑄造不同的合金。利用本實(shí)用新型的同一 個(gè)工具組件和同樣的鑄造實(shí)際操作鑄造不同的合金的可能性，與傳統(tǒng) 上對(duì)于每一種將要鑄造的合金或者利用不同的工具組件或者利用一組新的實(shí)際操作步驟的實(shí)際操作，形成十分明顯的對(duì)比。圖7表示本實(shí)用新型的DC鑄模系統(tǒng)700。在DC鑄模系統(tǒng)700 中可以包括具有DC鑄模400的模具臺(tái)702。 DC鑄模400可以是包括 在鑄模系統(tǒng)102中的DC鑄模。如前面指出的，鑄模系統(tǒng)700還可以 包括有各種控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。圖8是圖7的模具臺(tái)702的等距頂視圖。如圖所示，模具臺(tái)702 的供應(yīng)通道704設(shè)有通路，用于熔融材料達(dá)到每一個(gè)集流管開(kāi)口 442。 由于坯體可以被穿過(guò)圖4的吸熱環(huán)420形成，所以，在坯體表面 與吸熱環(huán)420之間可以表面降低摩擦的部件，以便幫助器通過(guò)。在本 實(shí)用新型的 一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)潤(rùn)滑劑供應(yīng)通道454將潤(rùn)滑劑引入到 多孔環(huán)422的外徑側(cè)。潤(rùn)滑劑供應(yīng)通道454可以是柔性的，并且可以 通過(guò)冷卻劑環(huán)418結(jié)合到鑄模箱426上，以便潤(rùn)滑劑供應(yīng)通道454不 會(huì)與冷卻劑幕干擾。這可以通過(guò)將潤(rùn)滑劑通道設(shè)定成以下的路線來(lái)達(dá) 到，即，潤(rùn)滑劑供應(yīng)通道從冷卻劑箱416的底部起，在冷卻劑環(huán)418
的內(nèi)部和冷卻劑幕流的外部之間，并且將潤(rùn)滑劑通道454固定到鑄模 箱426上。作為潤(rùn)滑劑通道454的軸端，可以通過(guò)螺紋配合或者滾珠 和棘爪嚙合固定到鑄模箱426上。在本實(shí)用新型的DC鑄模的優(yōu)選實(shí)施例中，在鑄模從模具臺(tái)底部 安裝的情況下，潤(rùn)滑劑供應(yīng)通道也選擇從模具臺(tái)的底部起的路線。將 潤(rùn)滑劑供應(yīng)通道454的路線選擇成向冷卻劑箱416的底部起，并且在 冷卻劑環(huán)418的內(nèi)部與冷卻劑幕流的外部之間，允許模具臺(tái)的單位面 積有更多的DC鑄模，并且不需要在擋環(huán)與潤(rùn)滑劑供應(yīng)通道之間的密 封。無(wú)需在擋環(huán)與潤(rùn)滑劑通道之間的密封，可以爭(zhēng)取達(dá)到將潤(rùn)滑劑與 冷卻水混合的機(jī)會(huì)降低到最低限度。圖9是圖7的模具臺(tái)702的等距仰視圖?？梢栽谠撘晥D中看到圖 4的冷卻劑環(huán)418和潤(rùn)滑劑供應(yīng)通道454。圖IO表示由本實(shí)用新型生 產(chǎn)的坯體1000。坯體1000可以是窄的或者可以具有大的直徑。例如， 坯體可以是20英尺長(zhǎng)，并具有26英寸的直徑。標(biāo)準(zhǔn)的6英尺的人1002， 對(duì)于以20英尺長(zhǎng)具有4英寸直徑表示出大尺度的坯體1000提供一個(gè)參考。II.例子盡管對(duì)于從熱的材料向流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的熱傳遞已經(jīng)研究了超過(guò) 一個(gè)世紀(jì)，對(duì)于在直接冷鑄的熱傳遞已經(jīng)研究了超過(guò)半個(gè)世紀(jì)，但是， 沒(méi)有一個(gè)研究人員在沒(méi)有作出某些假定和接收很多近似的情況下，將 直接冷鑄中的熱傳遞動(dòng)態(tài)模型整集中到一起。缺乏整體分析。這部分 地是由于在泡核沸騰區(qū)熱傳遞的速度會(huì)突然地跳越一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)利用普通的水作為冷卻劑時(shí)，泡核沸騰發(fā)生的溫度范圍為330 華式度到390華式度。特別是，在直接冷鑄鑄造鋁合金的情況下，在 利用循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)實(shí)際操作時(shí)，呈現(xiàn)在水的蒸氣中的鋁的最初 的表面溫度可以在1100華式度到1200華式度的范圍內(nèi)。當(dāng)處于室溫 的(或者在室溫的士50華式度)水遇到1200華式度的表面時(shí)，在界面 上發(fā)生各種各樣的反應(yīng)?；旧?，這些反應(yīng)實(shí)質(zhì)上時(shí)物理反應(yīng)和化學(xué) 反應(yīng)。
利用熱力學(xué)定律和瞬時(shí)條件以及對(duì)流熱-質(zhì)量(heat-mass)傳遞 方程，研究人員概括地用公式表示出各種熱傳遞模型。但是，這些模 型不能充分預(yù)言鑄造材料的鑄造行為和金相組織。其中的一個(gè)原因可 能是，在鑄造材料表面上的溫度分布不斷地變化，真正的"穩(wěn)態(tài)"溫 度分布是一個(gè)在某個(gè)間隔內(nèi)振動(dòng)的變化的條件的模式。這些變化的條 件可以由以下因素表示(a)鑄造變量，如速度，水的體積，鑄模 的幾何形狀，金屬溫度，以及合金的特定物理性質(zhì)，以及(b)外界 因素，例如，啟動(dòng)條件，鑄模填充速度，進(jìn)給材料溫度的變化速度， 通過(guò)陶瓷給料管的熱傳遞，熔融材料的氧化，以及其它一些參數(shù)，諸 如大氣溫度，濕度，這些因素的每一個(gè)都在用于建立模型的方程式的 范圍之外。從而，開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)直接冷鑄鑄模系統(tǒng)的一個(gè)主要的途徑是 實(shí)驗(yàn)。下面是伴隨著本實(shí)用新型的一些實(shí)驗(yàn)。A.例子1配置根據(jù)上述實(shí)施例制造用于坯體鑄模系統(tǒng)的工具，用于使用 自來(lái)水作為冷卻介質(zhì)鑄造鋁合金。制造所述工具用于(i)在具有30 個(gè)鑄模容量的模具臺(tái)上鑄造6英寸(")直徑的坯體，(ii)在具有24 個(gè)鑄模容量的模具臺(tái)上鑄造7"直徑的坯體，(iii)在具有18個(gè)鑄模容 量的模具臺(tái)上鑄造8"直徑的坯體。在上述三種情況的每一個(gè)中，從冷 卻劑箱的上部的下側(cè)配合提供引導(dǎo)面的鑄模體。進(jìn)而，從冷卻劑箱的 下部的下側(cè)，安裝具有調(diào)節(jié)面的水環(huán)(冷卻劑環(huán))。潤(rùn)滑軸穿過(guò)冷卻劑 環(huán)和冷卻劑箱。配置不包括在DC鑄坑中準(zhǔn)備排汽管。上面描述的整 個(gè)工具的制造成本在U.S.$160，000±U.S.$20，000的范圍內(nèi)。所述成本 包括冷卻劑箱是一個(gè)整體部分的模具臺(tái)的成本。在操作當(dāng)中，多孔潤(rùn)滑環(huán)的高度保持恒定，為0.81英寸，鑄模柄 腳的高度保持恒定，為0.66英寸，因此，吸熱環(huán)的總高度被保持在 0.147"。方向面相對(duì)于水平面的角度以68度保持固定。于在線冷卻劑 過(guò)濾器的下游，在每平方英寸9磅的供應(yīng)壓力下，所供應(yīng)的冷卻劑的 總體積保持恒定，為每分鐘720加侖。供應(yīng)側(cè)的冷卻劑的溫度保持在 75±5華式度的范圍內(nèi)。熔融材料的溫度保持在1250至1350的更寬的 范圍內(nèi)。在熔融材料中添加0.003%的鈦(在線)用于晶粒細(xì)化。將花 生油用作潤(rùn)滑介質(zhì)，在每20秒鐘的時(shí)間間隔內(nèi)，將對(duì)每個(gè)鑄模的供應(yīng) 量調(diào)節(jié)到0.005立方英寸。在第一組試驗(yàn)中，將噴嘴開(kāi)口保持恒定， 為0.93英寸，噴嘴高度為O英寸。在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于每一個(gè)坯體尺寸，對(duì)于合金AA6063 (Aluminum Association ( AA ) Specification:鋁業(yè)協(xié)會(huì)(AA)規(guī)格) 完成多于一打的鑄件。坯體的長(zhǎng)度從225到240英寸的范圍內(nèi)，每一 個(gè)鑄件的總平均重量約為21,000磅。例子l的觀察在觀察當(dāng)中，可以在相對(duì)于鑄模系統(tǒng)的尺寸穩(wěn)定 性方面沒(méi)有遇到任何問(wèn)題的情況下進(jìn)行鑄造。鑄模系統(tǒng)保持剛性，并性。在鑄模組件反復(fù)的使用過(guò)禾;中，在熔融金屬r冷卻劑介質(zhì)和潤(rùn)滑油管線流路中沒(méi)有觀察到泄漏。在水沖擊到坯體的部位上以及在模具 臺(tái)的下方和模具上方的點(diǎn)的下游，未觀察到蒸氣。坯體的表面是光滑 的其質(zhì)量符合為直接擠壓應(yīng)用設(shè)定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在坯體的中心處，坯 體的金相組織顯示出75微米的晶粒尺寸和大約30微米的晶胞尺寸(枝 晶之間的間隙)。表面下的熔析帶其深度在0.015至0.060英寸的范圍 內(nèi)變化，平均接近于0.030英寸。在不引起破裂，撕裂或者泄漏的情 況下，可以達(dá)到的鑄造速度，對(duì)于8"的直徑為4.957分鐘，對(duì)于7"的 直徑為5.5/分鐘。對(duì)于6"的直徑為5.95"/分鐘。 B.例子2配置除了利用再循環(huán)水作為冷卻劑之外，其余保持和例子l中 所述的條件。再循環(huán)水典型地具有如下的化學(xué)性質(zhì)i) 每升溶解1，200毫克的固體物(對(duì)于自來(lái)水，為250毫克)；ii) 在鑄造過(guò)程中通過(guò)在線過(guò)濾器(篩孔0.064英寸)產(chǎn)生的大約 每立方厘米0.15kg的總的懸浮固體，或者每平方英寸2磅(psi)的壓 力差；iii) 每升總的油和油脂的含量為60毫克。例子2的觀察在觀察中，作為利用再循環(huán)水的結(jié)果，對(duì)于鑄模 200620129434.2說(shuō)明書(shū)第24/27頁(yè)系統(tǒng)的功能未觀察到有害的效果。在坯體的鑄造實(shí)踐中，不要求作出 改變，利用再循環(huán)水和利用自來(lái)水一樣，可以保持相同的鑄造速度閾 值。坯體的金相組織與例子l中所觀察到的未顯示出任何不同。C. 例子3配置與例子2相比，將噴嘴開(kāi)口變窄到0.79英寸，噴嘴高度從 0變化到0.01英寸。所有其它參數(shù)和例子2的配置保持相同。制造坯 體尺寸為8"直徑的21個(gè)鑄件。坯體的長(zhǎng)度從120英寸變化到236英 寸。例子3的觀察在觀察中，整個(gè)鑄模系統(tǒng)的功能得到改進(jìn)。這可 以從在不影響金相組織、鑄造產(chǎn)品的表面或者合金的整個(gè)可鑄造性的 情況下，能夠以更高的鑄造速度鑄造金屬的可能性得到證明。對(duì)于8" 直徑的坯體，顯示出超過(guò)每分鐘5.85英寸的鑄造速度。這表面總的生 產(chǎn)率超過(guò)18%的改進(jìn)。這種鑄造速度的顯著增大，歸因于通過(guò)改變噴 嘴開(kāi)口和噴嘴高度導(dǎo)致的優(yōu)異的表面熱傳遞系數(shù)。這反過(guò)來(lái)改變成核 沸騰區(qū)的面積，提供更高的沖擊速度同時(shí)保持冷卻劑幕內(nèi)的剪切流， 這將幫助蒸氣氣泡從坯體的表面上更快地除去。D. 例子4配置除了材料的化學(xué)成分改變?yōu)楹辖餉A2024 (Aluminum Association ( AA ) Specification:鋁業(yè)協(xié)會(huì)(AA )規(guī)格)之外，保持 和例子3中給出的同樣的條件。合金AA2024材料，包括銅和鎂，由 于其更大的凝固溫度范圍并由于其比合金AA6063經(jīng)受更高的凝固收 縮，所以具有更高的對(duì)于破裂的敏感性。例子4的觀察在觀察中，根據(jù)槽的數(shù)據(jù)和熱傳遞曲線，可以很 容易借助本實(shí)用新型的上述實(shí)施例開(kāi)展鑄造這種材料的實(shí)踐。鑄造合金AA2024的金相組織符合與制造廣泛的最終應(yīng)用的擠壓件和鍛件相 關(guān)的全部要求。E. 例子5配置除了除了沖擊的冷卻劑的方向面相對(duì)于水平面的角度從68 度改變到72度之外，所有的條件保持和例子3相同。
例子5的觀察在觀察中，對(duì)于鑄造直徑8"的AA6063合金坯體， 重復(fù)地達(dá)到每分鐘6.04英寸的鑄造速度。這些鑄造速度遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的 直接冷鑄工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且對(duì)于坯體制造者而言，提供顯著的最終效益 優(yōu)點(diǎn)。III.優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型的DC鑄模和鑄模系統(tǒng)提供一個(gè)巨大的優(yōu)點(diǎn)，它們能 夠產(chǎn)生優(yōu)異的金相組織，易于組裝，容易修理/維護(hù)，增大鑄造生產(chǎn)率， 更重要的是，允許現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)，以便有效地控制熱傳遞。在制造新的合 金時(shí)，這有助于降低研究時(shí)間和費(fèi)用。所述實(shí)施例的這種高度簡(jiǎn)單化 的工具，可以從模具臺(tái)的頂部組裝，以便利用重力將鑄模密封防止冷 卻水泄漏。進(jìn)而，潤(rùn)滑劑供應(yīng)通道的路線，可以設(shè)定成從模具臺(tái)的底 部開(kāi)始并通過(guò)冷卻劑環(huán)。上面所述的實(shí)施例DC鑄模的克動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的冷卻能力，提供了一 種能力，即，可以有效地控制材料的可鑄性，直到達(dá)到穩(wěn)態(tài)的鑄造條 件為止。在對(duì)于熱裂、冷裂、表面撕裂和滲出顯示出敏感性的材料的 連鑄和半連鑄中，嚴(yán)格地要求這種能力。典型地，這些材料顯示出以 下的性質(zhì)(i)很高的凝固收縮(即，當(dāng)其狀態(tài)從液體向固態(tài)變化時(shí)， 材料經(jīng)受的收縮)，(ii)較大的凝固溫度范圍(即，從第一個(gè)固態(tài)顆 粒出現(xiàn)到最后一滴液體從槽中消失為止的溫度范圍)，以及(iii)與外 部(即，在表面處)的熱傳遞系數(shù)相比，較低的內(nèi)部熱傳導(dǎo)率。由于在所述實(shí)施例中部件數(shù)目的減少，每個(gè)單元的成本顯著地低 于傳統(tǒng)的DC鑄模和鑄模系統(tǒng)。例如，用于7英寸直徑的坯體的傳統(tǒng) 的30個(gè)機(jī)架的DC鑄模，其價(jià)值為U.S.$300，000。利用本實(shí)用新型的 用于7英寸直徑的坯體的DC鑄模，其價(jià)值為U.S.$210，000，節(jié)省 U.S.$90，000。在所述實(shí)施例中部件數(shù)目的減少，相對(duì)于較少部件磨損 和需要更換。這將導(dǎo)致降低備件和在使用被消耗掉的部件(例如消耗 品)的成本。另外，由于減少配合面的數(shù)目和表面面積，所以，較少 的部件具有較小的金屬或冷卻劑泄漏的機(jī)會(huì)。這將導(dǎo)致降低不可控的 金屬與冷卻劑的反應(yīng)的幾率，已知，有些這種反應(yīng)其本質(zhì)上會(huì)發(fā)生爆 本實(shí)用新型的DC鑄模和鑄模系統(tǒng)的實(shí)施例，還提供另外的一些 優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)上，中斷的冷卻劑流和冷卻劑的紊流，由于不能從坯體表 面上剪除微細(xì)的蒸氣氣泡，促進(jìn)自由上升的蒸氣的產(chǎn)生。但是，鑄模 水環(huán)幾何形狀的實(shí)施例可以通過(guò)圖2的噴嘴開(kāi)口 170，角度134，和噴 嘴高度172特別是在噴嘴高度172為0的情況下，可以控制鑄造部?jī)?nèi) 的蒸氣的產(chǎn)生。由于冷卻劑幕130可以是配置坯體表面133附近的不 間斷的冷卻劑的層流，所以，通過(guò)本實(shí)用新型可以進(jìn)一步將自由上升 的蒸氣的產(chǎn)生降低到最低限度。控制蒸氣的產(chǎn)生，將被制造的產(chǎn)品的 可見(jiàn)度最大化，因此增大操作者和設(shè)備的安全性。進(jìn)而，控制自由上 升蒸氣的產(chǎn)生，可以無(wú)需利用昂貴的蒸氣吸風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。如在典型的實(shí)際操作中那樣，當(dāng)在DC鑄造操作中冷卻劑是再循 環(huán)水時(shí)，再循環(huán)冷卻劑聚集大量的雜質(zhì)粒子。這些雜質(zhì)粒子傾向于阻 塞冷卻劑通道。進(jìn)而，如果冷卻介質(zhì)的質(zhì)量不好。則沉積物或沉淀物 可能會(huì)在鑄模的背面(例如，在圖4的方向面434上)結(jié)晶。如果沒(méi) 有定時(shí)地將這些沉積物除去，沉積物將會(huì)降低鑄模的熱傳導(dǎo)率。 一個(gè) 例子是，如果利用具有高的水硬度的再循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)的話，則 在鑄模的背面?zhèn)纫话愕匦纬赦}和鎂的沉積物。通常，諸如DC鑄模的冷卻通道的檢查和清理是在完成每次鑄造 之后進(jìn)行的例行的煩瑣的工作。除了清理鑄模之外，單單是傳統(tǒng)的鑄 模的冷卻通道的檢查，其本身就是一種麻煩和冗長(zhǎng)的任務(wù)。整個(gè)鑄模 連同其全部密封必須拆開(kāi)。除了用于坯體生產(chǎn)所用的時(shí)間，這將花費(fèi) 相當(dāng)多的時(shí)間。與傳統(tǒng)的DC鑄模和鑄模系統(tǒng)相比，對(duì)于本實(shí)用新型的冷卻劑通 道的維護(hù)是非常容易達(dá)到的，因?yàn)椋ㄟ^(guò)拆下位于本實(shí)用新型的鑄模 的下面的冷卻劑環(huán)，工人可以很容易清理冷卻劑通道內(nèi)的通路。實(shí)驗(yàn) 表明，本實(shí)用新型的一個(gè)DC鑄模可以在3分鐘內(nèi)清理完畢并裝配起 來(lái)重新工作。本實(shí)用新型的這種維護(hù)時(shí)間與一個(gè)傳統(tǒng)的DC鑄模的20 分鐘的維護(hù)時(shí)間形成鮮明的對(duì)照。因此，本實(shí)用新型的這種特別的維
護(hù)形式，可以降低總的鑄造周轉(zhuǎn)時(shí)間，從而，進(jìn)一步增加生產(chǎn)率。傳統(tǒng)的DC鑄模系統(tǒng)的吸熱環(huán)的熱傳遞表面是如此難以接近，使 得維護(hù)工人常常忽略清除堵塞在熱傳遞表面上的鉤。但是，如從圖9可以看出的，位于模具臺(tái)702下面的維護(hù)工人可以清除堵塞在本實(shí)用 新型的吸熱環(huán)的熱傳遞表面上的釣，而無(wú)需卸下本實(shí)用新型的任何部 件。本實(shí)用新型的冷卻劑通道可以容易地進(jìn)行維護(hù)，可以緩和對(duì)于在 傳統(tǒng)的DC鑄模系統(tǒng)中使用的冷卻劑的嚴(yán)格的過(guò)濾的要求。本實(shí)用新型的用戶友好的、廉價(jià)的和簡(jiǎn)單的實(shí)施例，轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)壽 命的DC鑄模。因?yàn)榭梢岳帽緦?shí)用新型的相同的工具組件鑄造不同 的合金，所以，和傳統(tǒng)的DC鑄模相比，本實(shí)用新型在坯體生產(chǎn)工業(yè) 中具有更替廣泛的應(yīng)用。進(jìn)而，與傳統(tǒng)的鑄模設(shè)計(jì)相比精制的實(shí)施例， 在模具臺(tái)702的單位面積上，允許有更多的DC鑄模。這在整個(gè)坯體 生產(chǎn)中，可以提供更積極的管理控制。本實(shí)用新型的環(huán)境友好的DC鑄模和鑄模系統(tǒng)，提供以下的優(yōu)點(diǎn)， 即，導(dǎo)致生產(chǎn)率得到改進(jìn)的鑄造速度方面的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致冶金學(xué)的改進(jìn) 的將表面下熔析帶降低到最低限度的優(yōu)點(diǎn)，容易制造，容易組裝，以 及導(dǎo)致質(zhì)量和生產(chǎn)率改進(jìn)的多用性，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)價(jià)值的較少的部件，導(dǎo) 致維護(hù)改進(jìn)的易凈化性，以及安全性的改進(jìn)。因此，本實(shí)用新型的實(shí) 施例提供一種DC鑄模組件，所述鑄模組件對(duì)于操作者的使用而言有 很多改進(jìn)，通過(guò)這些改進(jìn)，坯體生產(chǎn)工場(chǎng)可以獲益。這里所描述的示例性的實(shí)施例，只是對(duì)本實(shí)用新型的原理提供說(shuō) 明，不應(yīng)解釋為對(duì)本實(shí)用新型的權(quán)利要求所提出的主旨范圍的限制。 本實(shí)用新型的原理可以應(yīng)用與廣泛的系統(tǒng)，以達(dá)到這里所描述的優(yōu)點(diǎn)， 并達(dá)到其它優(yōu)點(diǎn)并滿足其它目的。
權(quán)利要求1.一種直接冷鑄鑄模，其特征在于，包括鑄模體，所述鑄模體包括方向面和沿徑向向外延伸的凸緣；用于保持冷卻劑的箱型裝置，該箱型裝置結(jié)合到鑄模體凸緣的上側(cè)；冷卻劑環(huán)，其包括調(diào)節(jié)面，所述冷卻劑環(huán)結(jié)合到箱型裝置的下側(cè)，用于保持冷卻劑，以便使調(diào)節(jié)面和方向面相互靠近以形成噴嘴，所述方向面具有以調(diào)節(jié)面的位置為基礎(chǔ)的位置，其中，所述方向面的位置和調(diào)節(jié)面的位置中的至少一個(gè)是可以調(diào)節(jié)的；位于鑄模體最內(nèi)表面處的吸熱環(huán)，其中，所述吸熱環(huán)包括具有一定高度的多孔環(huán)，其中，所述多孔環(huán)的高度在3/8英寸至7/8英寸的范圍內(nèi)；鑄模起動(dòng)頭，所述鑄模起動(dòng)頭位于與所述吸熱環(huán)相鄰并隔有1間隙的位置處；以及潤(rùn)滑劑供應(yīng)路徑，該路徑從冷卻劑環(huán)的下側(cè)起，通過(guò)冷卻劑環(huán)的內(nèi)部，并結(jié)合到鑄模箱上。
2. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，吸熱環(huán)被小 于15/8英寸的跨度限定。
3. 如權(quán)利要求2所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，所述跨度在 7/8英寸和14/8英寸的范圍內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，吸熱環(huán)進(jìn)一 步包括具有一定高度的鑄模柄腳，其中，所述鑄模柄腳的高度在2/8 英寸到6/8英寸的范圍內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，方向面由一 個(gè)角度限定，其中，所述角度在60度到85度的范圍內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求5所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，所述角度在 60度到75度的范圍內(nèi)，并且該角度是相對(duì)于水平面的角。
7. 如權(quán)利要求5所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，所述角度在 67度到72度的范圍內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，鑄模體進(jìn)一 步包括具有鑄模柄腳的鑄模箱、保持環(huán)、以及結(jié)合到鑄模體上的多孔 環(huán)，所述多孔環(huán)與鑄模體結(jié)合的部位靠近鑄模柄腳，其中，保持環(huán)將 鑄模箱結(jié)合到用于保持冷卻劑的裝置上。
9. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，用于保持冷 卻劑的裝置是模具臺(tái)的一部分。
10. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，進(jìn)一步包括 擋環(huán)，該擋環(huán)被制成配合到用于保持冷卻劑的裝置內(nèi)，并被鑄模體和 冷卻劑環(huán)保持。
11. 如權(quán)利要求l所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，調(diào)節(jié)面被以 一個(gè)角度限定，所述角度在0度到90度的范圍內(nèi)。
12. 如權(quán)利要求11所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，所述角度 在4度到12度的范圍內(nèi)。
13. 如權(quán)利要求12所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，所述角度 為6度。
14. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，噴嘴包括噴 嘴開(kāi)口，其中，所述噴嘴開(kāi)口是可以調(diào)節(jié)的。
15. 如權(quán)利要求14所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，噴嘴開(kāi)口 在0.050到0.150英寸的范圍內(nèi)。
16. 如權(quán)利要求15所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，噴嘴開(kāi)口 在0.070到0.108英寸的范圍內(nèi)。
17. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，噴嘴包括噴 嘴高度，其中，噴嘴高度是可以調(diào)節(jié)的。
18. 如權(quán)利要求17所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，相對(duì)于噴 嘴高度為0的位置，噴嘴高度在正、負(fù)0.200英寸的范圍內(nèi)。
19. 如權(quán)利要求18所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，相對(duì)于噴 嘴高度為0的位置，噴嘴高度在0到0.100英寸的范圍內(nèi)。
20. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，噴嘴高度能 夠以O(shè).Ol英寸的增量調(diào)節(jié)。
21. 如權(quán)利要求20所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，噴嘴高度 為O英寸。
22. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，噴嘴包括噴 嘴距離，其中，所述噴嘴距離是可以調(diào)節(jié)的。
23. 如權(quán)利要求22所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，噴嘴距離 在0.06英寸到0.36英寸的范圍內(nèi)。
24. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，與所用的單 位無(wú)關(guān)，噴嘴距離是至少0.0010和0.0060中的一個(gè)的倍數(shù)。
25. 如權(quán)利要求24所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，噴嘴距離 為0.090英寸。
26. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，進(jìn)一步包括 至少一個(gè)薄墊片，所述薄墊片配置在用于保持冷卻劑的裝置與鑄模體 之間和冷卻劑環(huán)與用于保持冷卻劑的裝置之間中的至少 一個(gè)中。
27. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，進(jìn)一步包括 至少一個(gè)齒輪，所述齒輪與鑄模體和冷卻劑環(huán)中的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)接觸。
28. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，進(jìn)一步包括 結(jié)合到鑄模體上的給料管。
29. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，進(jìn)一步包括 輔助系統(tǒng)，所述輔助系統(tǒng)具有至少一個(gè)液壓箱、冷卻劑供應(yīng)箱、材料 箱、潤(rùn)滑劑箱；以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)具有與輔助系統(tǒng)通信的 計(jì)算機(jī)服務(wù)器。
30. 如權(quán)利要求29所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，進(jìn)一步包 括至少一個(gè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合到計(jì)算機(jī)服務(wù)器上的計(jì)算機(jī)客戶機(jī)。
31. 如權(quán)利要求30所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò) 是因特網(wǎng)。
32. 如權(quán)利要求1所述的直接冷鑄鑄模，其特征在于，由于保持冷 卻劑的裝置包括冷卻劑箱。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型為直接冷鑄鑄模，涉及液態(tài)金屬鑄造領(lǐng)域。本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種操作更安全，更容易使用和維護(hù)，使鑄造生產(chǎn)率最大化，制造和運(yùn)轉(zhuǎn)廉價(jià)的直接冷鑄鑄模。本實(shí)用新型的該鑄模包括具有方向面的鑄模體和結(jié)合到鑄模體上的冷卻劑箱。鑄模進(jìn)一步可以包括具有調(diào)節(jié)面的冷卻劑環(huán)，在該調(diào)節(jié)面上，冷卻劑環(huán)可以結(jié)合到冷卻劑箱上，以便將調(diào)節(jié)面和方向面聚集到一起，形成噴嘴。鑄?？梢赃M(jìn)一步包括鑄模起動(dòng)頭。
文檔編號(hào)B22D27/04GK201026523SQ20062012943
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2006年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
發(fā)明者R·V·提拉克 申請(qǐng)人:R·V·提拉克