耐火模具及制造耐火模具的方法
【技術領域】
[0002]本主題發(fā)明總體涉及鑄造用的耐火模具及制造該耐火模具的方法，并且更特別地涉及熔模鑄造(包括反重力熔模鑄造)用的耐火模具及制造該耐火模具的方法。
【背景技術】
[0003]熔模鑄造特別是反重力熔模鑄造使用待鑄造物件的模組，該模組由非永久性材料(fugitive material，易消失材料)或可去除材料形成。這些模組被耐火顆粒材料覆蓋，以形成耐火殼體。將非永久性材料從耐火殼體去除，并且使顆粒材料燃燒以形成熔模鑄造模具。這些耐火模具然后用于具有由模組限定的形狀的各種熔融金屬和合金的熔模鑄造。
[0004]通常已通過將待形成物件的一個或多個模型附接至中央鑄口(sprue)來形成在熔模鑄造特別是反重力熔模鑄造中使用的模組。每一個模型通常通過一個或多個閘道(gate)連接至中央鑄口，所述閘道用于在耐火模具中限定通路，以用于將通過由中央鑄口在模具中限定的通路提供的熔融金屬供給至由模型限定的各種模具腔體。作為制模工藝的一部分，通常以徑向延伸的方式手動地將模型和閘道附接至中央鑄口。在模組由蠟形成的情況下，模型和閘道可通過蠟焊接來附接。盡管在多個方面看來這是且已經是非常有效的工藝，然而可附接至中央鑄口的模型的數(shù)量以及因此可由特定模組制成的部件的數(shù)量通常受限于模型、閘道和鑄口的尺寸且特別地受限于鑄口直徑，這是因為其限定了可附接的模型/閘道的數(shù)量以及可通過閘道供應至模型的熔融材料的量。這樣，使用中央式鑄口的模組在它們帶來的鑄成率(casting yield)方面受限于所選擇的鑄口的特性且特別地受限于鑄口直徑及其長度。
[0005]由于從特定模組增加鑄成率通常是非常有利的，因此非常理想的是，開發(fā)改進的模組、制造模組的方法、相關耐火模具以及制造耐火模具的方法，以提供改進的鑄件和鑄造方法。
[0006]本發(fā)明的概要
[0007]在一個不例性實施例中，公開了一種耐火模具。該耐火模具包括非永久性模組和耐火模具，該非永久性模組包括:中空鑄口，該中空鑄口包括圍繞縱向軸向設置的鑄口壁，該鑄口壁具有厚度、長度和周界；模型，從鑄口壁向外設置；以及向外延伸的閘道，附接至鑄口壁和模型并在其間延伸，中空鑄口、模型和閘道每一者均由非永久性材料形成，該耐火模具形成在非永久性模組的外表面上并且具有由非永久性模組的外表面限定的模具腔體。
[0008]在另一示例性實施例中，公開了一種制造耐火模具的方法。該方法包括形成非永久性模組，該非永久性模組包括:中空鑄口，該中空鑄口包括圍繞縱向軸向設置的鑄口壁，該鑄口壁具有厚度、長度和周界；模型，從鑄口壁向外設置；以及向外延伸的閘道，附接至鑄口壁的外表面和模型并在其間延伸，中空鑄口、模型和閘道每一者均由非永久性材料形成。該方法還包括在非永久性模組的外表面上沉積耐火模具，該耐火模具具有由非永久性模組的外表面限定的模具腔體。
[0009]在又一示例性實施例中，公開了一種制造耐火模具的方法。該方法包括3D打印顆粒耐火材料以形成包括模具腔體的耐火模具，該模具和模具腔體包括:中空鑄口部分，該中空鑄口部分包括圍繞縱向軸線設置的鑄口壁；模型部分，從鑄口壁部分向外設置；以及向外延伸的閘道部分，附接至鑄口壁部分的外表面和模型部分并在其間延伸。
[0010]從以下結合附圖進行的對本發(fā)明的詳細描述中，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點將顯而易見。
[0011]附圖的簡要說明
[0012]在以下對實施例的詳細描述中，其他特征、優(yōu)點和細節(jié)將僅以實例的方式出現(xiàn)，詳細描述參照附圖，附圖中:
[0013]圖1為如在本文中公開的徑向模組的實施例的立體圖；
[0014]圖2A-圖2H為用于如在本文中公開的徑向模組的中空鑄口和鑄口壁的各種實施例的代表性橫向截面圖；
[0015]圖3A、圖3B和圖3C為用于如在本文中公開的徑向模組的中空鑄口和鑄口壁的各種實施例的代表性軸向延伸截面圖；
[0016]圖4A和圖4B為用于如在本文中公開的徑向模組的中空鑄口和鑄口壁的各種實施例的代表性前視圖，其中，鑄口壁高度沿著周界變化；
[0017]圖5A和圖5B為用于如在本文中公開的徑向模組的中空鑄口和鑄口壁的各種實施例的外周界的代表性平板投影，該鑄口壁具有穿過其中的開口 ；
[0018]圖6A為如在本文中公開的具有穿過其中的開口的徑向模組的實施例的立體圖；
[0019]圖6B為從如在本文中公開的具有軸向延伸鑄口壁部分的圖6A的徑向模組移除的軸向延伸區(qū)段的立體圖；
[0020]圖7為用于如在本文中公開的具有凹口的徑向模組的中空鑄口和鑄口壁的實施例的代表性軸向延伸截面圖，所述凹口的厚度沿著高度以及關于內周界和外周界變化；
[0021]圖8為用于如在本文中公開的具有突起的徑向模組的中空鑄口和鑄口壁的實施例的代表性軸向延伸截面圖，所述突起的厚度沿著高度以及關于內周界和外周界變化；
[0022]圖9為圖1的徑向模組的中空鑄口和鑄口壁以及流槽(runner)的代表性軸向延伸截面立體圖；
[0023]圖10為如在本文中公開的軸向延伸模型段和流槽的實施例的代表性截面立體圖；
[0024]圖11為如在本文中公開的軸向延伸模型段和流槽的另一實施例的代表性截面立體圖；
[0025]圖12為如在本文中公開的徑向模組的中空鑄口和鑄口壁以及流槽的頂視圖；
[0026]圖13為包括多個周向延伸的模型段的徑向模組的代表性截面圖；
[0027]圖14為示出了如在本文中公開的制造徑向模組的方法的實施例的流程圖；
[0028]圖15為示出了如在本文中公開的制造徑向模組的方法的第二實施例的流程圖；
[0029]圖16為如在本文中公開的耐火模具的示例性實施例；
[0030]圖17為示出了制造耐火模具的方法的實施例的流程圖；并且
[0031]圖18為示出了制造耐火模具的方法的第二實施例的流程圖。
[0032]實施方式的說明
[0033]以下的描述實質上僅僅是示例性的并且并非旨在限制本公開以及其應用或用途。應當理解的是，貫穿所有附圖，對應的參考標號指代相似或對應的部件或特征。
[0034]參照附圖且更具體地參照圖1和圖2，公開了一種徑向模組10。徑向模組10包括中空鑄口 12，該中空鑄口包括圍繞縱向軸線16設置的鑄口壁14。鑄口壁14具有厚度18、長度或高度20、外周界22和內周界24。徑向模組10還包括從鑄口壁14徑向向外設置的模型26、以及附接至鑄口壁14和模型26并在其間延伸的徑向向外延伸的閘道28。中空鑄口 12、鑄口壁14、模型26和閘道28每一者均由非永久性材料58形成，該材料還可被描述為非永久性、消耗性或可去除材料，如在本文中描述的。如在圖1中所示，徑向模組10可包括多個模型26和多個閘道28，所述閘道附接至鑄口壁14和模型26并在其間延伸。如在本文中使用的，術語“徑向的”和“徑向地”旨在當使用它們來描述元件時以非常寬泛的方式來理解，并且包括但不限于由這些術語修飾的圍繞中央點或軸線沿著半徑的元件的位置或延伸。這些術語更寬泛地包括特定元件相對于其他元件而言的向外或向內的位置或延伸。例如，如果鑄口壁14具有諸如矩形周界形狀的非柱形形狀，則并非所有的圍繞周界要么向外要么向內與鑄口壁14正交地附接的閘道(以及相關模型)均將從共用點或縱向軸線沿著半徑延伸，但是所有的閘道可被稱為從鑄口壁向外擴散；并且如在本文中使用的術語“徑向的”和“徑向地”旨在還寬泛地包括本文中描述的閘道28、34，模型26、32，流槽62和其他元件從鑄口壁14的向外或向內延伸，而無論它們以何種方式定位或延伸。在另一實例中，向外延伸的閘道28或向內延伸的閘道34可沿著閘道軸線延伸，而該軸線不必為圍繞中央點或軸線的半徑，而是它可以并非直線的方式彎曲或延伸。
[0035]徑向模組10和中空鑄口 12是相對于具有實心中央鑄口的現(xiàn)有技術組件的改進，這是因為中空鑄口 12實現(xiàn)了鑄口壁14的外表面的表面面積的增加，并且實現(xiàn)了更多的閘道和模型與鑄口的附接，而無需增加用于填充鑄口所需的材料的量，如在增大實心鑄口的直徑時出現(xiàn)的情況。徑向模組10和中空鑄口 12可用于有利地增加可附接至鑄口的模型的數(shù)量并且增加由此帶來的鑄成率。徑向模組10的另一優(yōu)點在于，中空鑄口 12和鑄口壁14還可選擇為包括預定的厚度18、長度20、外周界22和內周界24 (這為模具提供了實現(xiàn)附接至鑄口壁14的模型26和閘道28的供給的鑄口腔體)，包括由徑向模組10提供的增加的模型密度，以及當模具被鑄成并且模型中的模型腔體已被填充之后熔融材料從鑄口腔體的大致全部回流，如在本文中描述的。徑向模組10的另一優(yōu)點在于，中空鑄口 12的使用還實現(xiàn)了從鑄口壁14徑向向內布置第二模型32和第二閘道34。作為另一優(yōu)點，鑄口壁14可結合有可用于加強熔融金屬在模具腔體內的金屬動力學流動且特別地用于確保模型腔體的填充的各種預定特征，如在本文中描述的。這樣，徑向模組10和中空鑄口 12可用于進一步增加可附接至鑄口的模型26的數(shù)量，并且進一步增加由此鑄造的部件的鑄成率。
[0036]如在圖2A-圖2H和圖3A-圖3C中所示，在示例性實施例中，中空鑄口 12和鑄口壁14可包括具有適合于附接閘道28和模型26的表面的任何合適的中空本體，并且具有任何合適的中空形狀，包括各種彎曲或多面形狀(包括平坦表面)或者它們的組合。在各種實施例中，這可包括多種柱形形狀(圖2A)，特別是直柱形狀，包括各種圓形(圖2A)、橢圓形(2B)、弓形(由橫斷弧或彎曲的組合限定，圖2C和圖2H)、倒圓的矩形(圖2G)、矩形(圖2E)、三角形(圖2D)和其他多面柱形形狀，或者矩形或不規(guī)則彎曲柱形形狀等，如在圖2C和圖2H中使用大致與縱向軸線正交的代表性周向截面圖所示出的。這些代表性形式僅僅是示例性的，多種其他多面和彎曲周向截面形式及其組合是可行的。中空鑄口 12可由鑄口壁14限定，該鑄口壁是完全閉合的，使得其完全封閉縱向軸線16，如在圖2A-圖2G中所示出的，或者可為大致閉合的，使得其大致封閉縱向軸線16，如在圖2H的實例中所示出的。中空鑄口 12和鑄口壁14具有預定的厚度18、長度20以及外周界22和內周界24，它們相對于或相較于彼此可為恒定的或可變的。在一個示例性實施例中，如在例如圖2A-圖2G中所示出的，厚度18、長度20以及外周界22和內周界24相對于彼此是大致恒定的。在其他實施例中，厚度18可為恒定的(圖2A-圖2G，圖3A)，或者以如由圖2A-圖2H和圖3A-圖3C的實例示出的方式沿著長度20(圖3B和圖3C)或周界22(圖2C)或這兩者變化?？赏ㄟ^朝向鑄口壁14的上端44向上增大厚度(圖3C)或者通過向上減小厚度(圖3B)而使得厚度18沿著長度改變。類似地，在其他實施例中，長度20可圍繞周界22變化，如在圖4A (步進式的)和圖4B(連續(xù)的)中所示出的。所示出的變化僅僅是示例性的；中空鑄口 12的形狀和形式(包括厚度18、長度20、外周界22和內周界24)的多種其他變化是可行的。
[0037]在一個實施例中，鑄口壁14可為連續(xù)的壁，使得壁為完全圍繞中空鑄口 12的縱向軸線16的完全閉合形式，如在例如圖1中示出的。可替換地，在其他實施例中，鑄口壁14可為包括一個或多個開口 36的大致閉合形式，所述開口從外表面38穿過鑄口壁14延伸至內表面40，如在例如圖2H、圖5A和圖5B中示出的。開口 36可從鑄口壁14的下端42或上端44中的一者或兩者向內延伸(圖5A)，或者可在下端42與上端44之間整體位