CN101362186A - 用于从模具去除消失性模型的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于从模具去除消失性模型的方法和设备。通过在模具的外部受到模具外的诸如空气的非冷凝气体大气作用的同时将可包含表面活性剂的水蒸汽或其它可冷凝蒸汽排入到模具中以接触和熔化模型，而去除残留在未被支承或支承在微粒床上的耐火材料模具内的诸如蜡或其它可熔化模型材料的消失性模型。不管可冷凝蒸汽是否包含表面活性剂，模具都可相对于重力倾斜，并在倾斜的同时旋转，以促进模型的去除。可冷凝蒸汽在模具内、在蒸汽已经接触模型的位置处冷凝，同时模具的外部没有冷凝物。冷凝了的蒸汽和熔化了的模型材料被排出到模具外，在存在表面活性剂时该表面活性剂促进排出。

Description

用于从模具去除消失性模型的方法和设备

相关申请

本申请是2004年7月26日提交的系列号为No.10/899,381的待决申请的部分继续申请。

技术领域

本发明涉及用于从金属铸模去除消失性模型的方法和设备。

背景技术

公知的“失蜡”铸造处理(“lost wax”investment casting process)通常使用耐火材料模具，该耐火材料模具为一系列陶瓷微粒层通过无机粘结剂在通常诸如蜡的易熔(可熔化)模型材料上的累积而构造成。最终的耐火材料模具通常形成为围绕消失性模型的壳模。

留在消失性模型上的耐熔壳模通常要进行模型去除处理，其中该模型从壳模熔化掉。该处理留下空的“生坯”(未烧结)耐熔壳模。消失性模型材料的热膨胀率通常比耐熔壳模的热膨胀率大许多倍。如果对消失性模型和耐火材料模具均匀地加热，则消失性模型材料的热膨胀将超过耐火材料模具的热膨胀。这将使耐熔壳模受到张力作用，并将最终使壳模破裂。通常通过诸如高压水蒸汽压热或快速焙烧模型去除的方法来去除消失性模型材料的原因就是为了避免此类壳模破裂。通过高压水蒸汽压热或快速焙烧去除消失性模型材料使得耐熔壳模的外部暴露到高温中。该高温使得热量更快地传导通过耐熔的壳模，从而在模型内部热膨胀之前熔化模型的表面。熔化了的模型材料的该表面层一直延伸到模型在模具开口部分露出的位置，并通过使一些液体的表面模型材料流出到模具开口外而将膨胀的模型材料容纳在模具中。如果热不是沿着模具内的消失性模型的表面连续施加的，这样的方法还是能使耐热壳模破裂。相邻模型之间的耐熔壳模连接在一起是模型非均匀加热的主要原因。即，耐熔壳模的较厚区域将阻碍向模型材料施热，并在局部延迟模型表面的熔化，从而破坏连续性。这防止了来自较薄的模具区域的表面液体模型材料的通道比来自较厚模具区域的表面液体模型材料的通道距离模具开口更远。对表面液体模型材料的通道的这一预防由于模型材料的热喷嘴而使得模型压力在较远的薄模具区域内增加，从而导致模具破裂。这些问题要求使用足够强(例如，足够厚)的模具来抵抗模型材料的膨胀压力，并经常要求使用穿过模具的附加孔或通气孔来释放来自未连接膨胀模型的压力。较强和较厚的模具以及通气方法增加了热处理成本，从而是不利的。

于是多个生坯耐熔壳模(无模型)通常被带入到成批或连续的炉子中，通过气体或油料的燃烧进行加热，并加热到1600℉至2000℉的温度。可选的是，可通过共同受让人的美国专利6,889,745的方法对模具进行加热，该专利描述了在具有或不具有包围的模具支承沙的情况下进行加热。从炉子去除该加热了的耐火材料模具，并将熔化了的金属或合金浇注到模具中。

如上所述，覆盖铸造的趋势是使耐熔壳模尽可能薄，从而降低模具的成本。使用薄的壳模要求使用支承介质来防止如Chandley等的美国专利5069271所描述的模具故障。该5069271专利公开了使用尽可能薄的烧结陶瓷壳模，例如厚度小于0.12英寸。在从预热炉去除薄的热耐熔壳模后，在该壳模附近压实未烧结的支承微粒介质。该为烧结的支承介质在铸造过程中抵抗施加到壳模上的应力、从而防止出现模具故障的作用。

然而，在诸如上述高压水蒸汽压热或快速焙烧的模型去除过程中，薄的壳模更易于破裂，在这些操作中，模型被熔化到壳模外。

2004年7月26日提交的系列号为No.10/899,381的待决专利公开了一种方法，其用于通过在模具的外部受到模具外的诸如环境空气的非冷凝气体大气作用的同时，将诸如水蒸汽的可冷凝蒸汽排出到模具内部从而接触并熔化模型而从结合了的耐火材料模具去除消失性模型。冷凝了的蒸汽和熔化了的模型材料以减少模具破裂的方式被排出模具外。

发明内容

本发明的一方面提供一种方法和设备，其用于在模具的外部受到模具外的非冷凝气体环境(诸如环境空气)作用的同时，通过将在本具体实施例中包括表面活性剂的诸如水蒸汽的可冷凝蒸汽引入模具内，接触并熔化模型而去除残留在耐火材料模具内的消失性模型(诸如蜡或其它可熔化模型材料)。冷凝的蒸汽和熔化的模型材料被排出到模具外。表面活性剂降低了冷凝的蒸汽与模具内的消失性模型相接触的表面张力，从而使得熔化了的模型材料可更加容易地在刚露出的模具内表面上流动，从而促进熔化了的模型材料流出模具，因而在模具内表面上留下更少的残留模型材料。

模具内的可冷凝蒸汽与模具外的非冷凝气体环境之间的压力差足够小，以防止可冷凝气体排出到模具外部，并足以防止非冷凝气体进入模腔。为此，模具内的可冷凝蒸汽以及模具外的非冷凝气体环境优选大致处于相同的压力下。这样，在采用水蒸汽作为优选的可冷凝蒸汽时，水蒸汽在模具内的水蒸汽已经接触模型的位置处冷凝，而模具的外部保持干燥。包含表面活性剂的可冷凝蒸汽可根据模型材料的熔点而在大气亚、亚大气压或超大气压压力下引入到模具内部。

在本发明的示例性实施例中，将水蒸汽或其它可冷凝蒸汽供应到可定位在模具和/或模型铸道内的排出管，以在其内将大致处于大气亚、亚大气压或超大气压压力的水蒸汽或可冷凝的蒸汽排出。可在排出管内或在排出可冷凝蒸汽之后在排出管外将表面活性剂引入到可冷凝蒸汽中。

本发明的另一方面提供一种方法和设备，其用于通过使模具于模型去除过程中受到旋转和倾斜的组合作用，而去除残留在模具中的消失性模型(诸如蜡或其它可熔化模型材料)，从而促进熔化的模型材料从模具排出。利用模具倾斜驱动马达可使模具倾斜任何角度，利用模具旋转马达可使马达绕轴线旋转。可按照从模腔排出熔化蜡的需要调节模具倾斜角和模具旋转速度。模具可在其相对于重力以固定角度倾斜的同时进行旋转。可选的是，模具可逐步地倾斜至所选定的倾斜角，同时在每一倾斜角下或连续地旋转。而且，模具在连续或间歇旋转的同时可连续倾斜。可在模具受到旋转和倾斜作用的同时将水蒸汽或其它可冷凝蒸汽引入以加热和熔化模具内的消失性模型，但是也可利用其中熔化或熔解模型的任何模型去除技术来实现本发明的这一方面。

本发明的上述实施例可实施为从未被支承的铸造模具来去除消失性模型(诸如蜡或其它可熔化模型材料)。本发明还能实施为从支承在容器内的微粒介质上的铸造模具去除消失性模型。例如，在模具的外部与微粒介质接触并受到非冷凝气体(例如，不含水蒸汽)大气作用的同时将水蒸汽或其它可冷凝的蒸汽引入到模具内部，以接触和熔化模型，在模具的外部及其周围的微粒介质受到非冷凝气体大气作用的同时，模具内的蒸汽在其与模型接触的位置处冷凝，并将熔化了的模型材料和冷凝了的蒸汽排出模具。

本发明有利于去除残留在金属铸造耐火材料模具中的一个或多个消失性模型，该模具可具有任何的模具厚度，可不被其周围的外部微粒介质支承或受其支承。本发明还有利于在避免模具壁面充满水蒸汽或冷凝物的同时去除一个或多个消失性模型，模具壁面充满水蒸汽或冷凝物有可能对用来制造模具的粘合剂有不良影响。可实施本发明来降低模型去除过程中的模具破裂，并可在诸如模具由微粒支承介质支承的水蒸汽不易进入模具壁面内部的情况下从模具去除模型材料。

附图说明

本发明的这些和其它优点将从以下结合附图的详细描述中显而易见。

图1是根据本发明示例性实施例的具有待去除消失性模型的耐熔铸模的示意图，该去除是通过从示出为定位在残留于模具内部的模型组件的中空铸道内的排出管排出包含表面活性剂的大气压力水蒸汽而进行的；

图1A为根据本发明的另一示例性实施例的具有待去除的消失性模型的耐熔铸造模具的示意图，该去除是通过从示出为定位在残留于模具内部的模型组件的中空铸道内的各个排出管排出大气压力水蒸汽和表面活性剂而进行的。

图2是图1的耐熔注模的示意图，其中消失性模型组件的中空铸道已经通过熔化而去除，且各浇口和模型被熔化和去除。

图3类似于图2，其中模型已经完全从壳模去除。

图4为图2的各模型的放大视图，示出了模型的去除。

图5类似于图1，但是示出了具有实心铸道的模型组件，且水蒸汽排出管移动到实心铸道内从而在其内原位形成中空铸道。

图6为根据本发明的再一示例性实施例的具有待去除的消失性模型的耐熔铸造模具的示意图，其中所述模具在外部由其周围的微粒支承介质支承。

图7类似于图1，并示出了根据本发明还一示例性实施例的具有待去除的消失性模型的耐熔铸造模具，该去除是通过从示出为定位在残留于模具内部的模型组件的中空铸道内的水蒸汽排出管排出处在超大气压或亚大气压下的水蒸汽而进行的。

图8为根据本发明另一示例性实施例的用于在模型去除过程中使模具受到旋转和倾斜的设备的立体图。

图9为图8的设备的局部剖视的正视图。

图10类似于图9，示出了模具相对于重力的倾斜。

图11为模具支承件顶部的放大立体图，模具的下端由该模具支承件可旋转地支承。

图12为模具支承件底部的放大立体图，模具端部由该模具支承件可旋转地支承。

具体实施方式

本发明对如在2004年7月26日提交的系列号为No.10/899,381的待决专利申请中公开的用来去除耐火材料模具内残留的一个或多个消失性模型的方法和设备进行改进，在此引入所述待决专利申请所公开的内容作为参考。具体而言，本发明的一个实施例涉及这样的方法和设备，它们用于通过将包含表面活化剂的可冷凝蒸汽引入到模具内部，而去除耐火材料模具内残留的一个或多个消失性模型。将该可冷凝蒸汽和熔化的模型材料排出到模具外。表面活化剂降低了可冷凝蒸汽与模具内的消失性模型接触时的表面张力，从而使得熔化的模型材料可更加容易地在刚露出的模具内表面上流动，从而促进熔化了的模型材料流出模具，因而在模具表面上留下更少的残留模型材料。

该方法特别适用于从可渗透气体的“失蜡”铸造陶瓷壳模内部去除一个或多个消失性模型，不过本发明不限于此，其还能用来从内部具有一个或多个消失性模型的其它类型耐热金属铸模去除一个或多个消失性模型，该耐热金属铸模可具有任意的模具壁厚，可由其周围的外部微粒介质支承或不受其支承。当采用水蒸汽作为优选的可冷凝蒸汽时，本发明可用来去除这样的一个或多个消失性模型，即，这些消失性模型可能包括传统蜡模型或在模型去除操作的过程中存在的特定环境大气压力条件下在水的沸点(例如，约212华氏温度)以下的温度下熔化的其它模型材料。

根据以下将描述的本发明的另一实施例，本发明还能用来去除这样的一个或多个消失性模型，即，这些消失性模型可能包括传统蜡模型或在水的沸点以上的温度下熔化的其它模型材料，为此目的要采用超大气压(superatmospheric)水蒸汽。而且，本发明能利用亚大气压(subatmospheric)的蒸汽去除可能需要较低温度来熔化的一个或多个消失性模型。

可选的是，在实施本发明时，水蒸汽可用其它合适材料的可冷凝蒸汽替代，为了说明而非限制的目的，例如可用沸点约300华氏温度的矿物油精，其中蒸汽可被冷凝，并在为了模型熔化和去除目的而与模型接触时将热传递到消失性模型。

为了说明而非限制的目的，以下将结合图1至图4描述本发明的实施例，图1至图4示出了从“失蜡”铸造壳模20内部去除通过相应的浇口35而附连到模型组件40的中央中空铸道30的多个蜡模型10。在图1中，中空铸道30包括预形成的蜡铸道，该蜡铸道具有轴向伸长的内腔室30a，并具有通过蜡焊或紧固技术附连到其外表面30s的模型10。为了说明而非限制的目的，所述蜡铸道30可以如下方式而预形成具有内腔室30a：通过模制、压延；通过起初在柱形或其它形状的芯轴上形成铸道，然后通过对芯轴以及对临近的蜡进行加热而除去所述铸道，以容许以物理方式抽出芯轴；通过对固体蜡铸道进行钻孔；或通过任何其它合适的技术。

尽管图1示出了两个模型10，但是本领域技术人员应意识到，通常在与模型10相同的位置处，铸道30周围还附连有其它的模型10，但是由于图1为剖面图，从而在图1中其它无法看到。而且，例如从美国专利5069271公知和示出的那样，其它的模型10能通过浇口沿着其长度附连到铸道30周围的其它轴向位置处(例如，在图1所示的模型10的上方)，在此引入美国专利5069271给出的启示作为参考。

参照图1，示出了“失蜡”铸造壳模20覆盖在多个蜡模型10上，所述蜡模型10利用用来制造壳模的传统“失蜡”处理(如美国专利5069271中所述)通过浇口35附连到中央蜡铸道30的周围，其中，模型组件40(包括通过浇口35附连到中空铸道30的模型10)被反复地渗入到具有粘结剂的耐熔浆中，并用粗质耐熔涂布微粒进行涂布，然后加以干燥，从而在模型组件上形成壳模。该专利描述了模具壁厚约为1/8英寸或更小的可透气薄壁壳模。该专利中描述的这种薄壁模具20可在模型去除操作中利用图6所示的微粒支承介质50(例如，陶瓷微粒)而支承在铸造容器60内。本发明不限于仅在实践中通过周围的微粒介质而支承的这种薄壁壳模，而是还可实际应用具有任意壁厚的耐火材料模具，而不管该模具在外部由微粒支承介质支承还是如图1所示没有被支承。

壳模20示出为倒立(即，上下倒置)，从而使得熔化的模型材料和冷凝的水蒸汽在重力作用下从铸道30的下端流出。模具20能定位在有利于将熔化的模型材料和冷凝的水蒸汽排出模具的其它取向。而且，在模型去除操作中，可以以有利于将熔化的模型材料和冷凝的水蒸汽排出模具的方式移动模具20。

参照图1，根据本发明的示例性实施例，连接到表面活性剂供应导管101的水蒸汽排出管道或管100示出为定位在模型组件40的中空铸道30的伸长腔室30a内，以引导模型组件40的中空铸道30内的蒸汽流(由箭头“A”表示)，该蒸汽流包括大致处于大气压力下的表面活性剂(由箭头“SF”表示)，从而接触和熔化蜡模型组件，同时模具20的外表面20s受到大致环境大气压力(由“环境压力”表示)的作用。在图1中，形成于模具20周围的非冷凝气体环境的周围空气可处于周围温度下或相对于周围温度被冷却。为了说明而非限制的目的，制成模型组件40的典型蜡材料在约180华氏温度下熔化并彻底变为流体。

在水蒸汽源110内产生处于大致大气压力下的水蒸汽，该水蒸汽源110可包括Electro Steam Generator公司市售的传统水蒸汽产生器。来自水蒸汽产生器或蒸汽源110的水蒸汽流动通过供应管120进入到水蒸汽排出管100。可以通过调节水蒸汽产生器内的压力而辅助来自蒸汽源或产生器110的水蒸汽流动，从而有足够的水蒸汽流动通过管道而进入到模具中，以替代已经冷凝的水蒸汽量。

表面活性剂SF通过连接到表面活性剂供应泵111的表面活性剂导管101而引入到水蒸汽排出管100。泵111泵送来自供应箱T的表面活性剂。供应箱T内的表面活性剂通常为稀释形式，即，在液体承载媒介中以选定的浓度稀释表面活性剂。通过使用表面活性剂计量泵111或阀装置来调节表面活性剂SF在导管101内的流动，从而对来自合适的表面活性剂供应泵的表面活性剂流量进行控制。例如，用于将表面活性剂SF引入到管100的可选设备和方法可包括在恒定压力下将表面活性剂供应到可调节的阀门，并通过使用该可调节的阀门而调节进入管100的表面活性剂的流动。

尽管表面活性剂SF描述为被引入到排出管100内部的水蒸汽内，但是本发明不限于此。例如，可利用如图1A所示的第二表面活性剂排出管100’将表面活性剂引入到水蒸汽排出管100的外部。表面活性剂排出管100’在模具内以如此方式延伸，从而将表面活性剂SF引入到水蒸汽排出管100的端部的下游，并在水蒸汽从排出管100的端部排出后将其引入模具内，如图1A所示。

为了说明而非限制的目的，用于在本发明的这一方面的实施中的示例性表面活性剂包括Tomadol等级1—5的非离子醇醚液体表面活性剂(nonionic alcohol ethoxylate liquid surfactant)，其可从Wisconsin州Milton的Tomah Products公司获得，并在水(承载剂)中稀释到重量百分比为0.5％的溶液，而且以60ml/min的速度经由导管101加入到排出管100中的水蒸汽流中。表面活性剂加入到排出管100，从而在模型去除过程中，当蜡模型发生熔化而露出耐火材料模具壁时，其将出现在模具内的水蒸汽中。

本发明不限于采用上述示例性表面活性剂，因为还可以在水蒸汽或可冷凝的蒸汽中采用其它浓度的其它非离子表面活性剂。一般而言，选择可冷凝蒸汽中的表面活性剂及其浓度是为了降低与模具内的消失性模型接触的冷凝蒸汽的表面张力，从而使熔化了的模型材料能更加容易地流过刚露出地模具内表面，因而利于熔化了的模型材料排出模具，以在模具表面上流下更少的残留模型材料。

而且，尽管如以上段落中所述，当可冷凝的蒸汽包括水蒸汽时，采用水作为用于表面活性剂的承载媒介，但是本发明不限于此。所述表面活性剂可承载在利用能够与正被使用的特定非水可冷凝蒸汽相容的任何液体承载剂的稀释形式中。例如，在可冷凝的蒸汽包括矿物油精时，承载剂能包括矿物油精。

在腔室30a内以足够高的流速将处于大致大气压力下且含有表面活性剂SF的水蒸汽排出，以置换出来自腔室30a的空气，并逐步接触和熔化蜡铸道30和浇口35的模型材料以及模型10。在铸道和模型的去除过程中，可根据模具内的水蒸汽的冷凝率而改变排出到腔室30a内的水蒸汽的流速。该冷凝率将取决于脱蜡过程中暴露至该处水蒸汽的蜡的表面面积，以及模具的大小。在多排模型和浇口沿着其长度附连至铸道时，水蒸汽从浇口随后进行到模型、逐步均匀地熔化每个模型的模型材料。

在本发明的实施中，可以没有蜡铸道30，或者在通过与水蒸汽接触而去除模型10之前以其它方式去除蜡铸道。即，如果模型10仅出现在具有空的中央铸道类型的通道的壳模20内，则将水蒸汽排出管100定位成将模具20内的水蒸汽排出，以仅仅接触和熔化模型10以及与之相关联的任何浇口35。

图2和图4示出了在中空铸道30已经被熔化和去除且浇口35和模型10正在被熔化和去除时的模型去除处理。含有表面活性剂的水蒸汽示出为随着水蒸汽的冷凝而被引向浇口35和相关的模型10，在水蒸汽的冷凝处，水蒸汽已经熔化了蜡模型材料。具体而言，当水蒸汽在浇口和模型的表面冷凝时，在靠近浇口和/或模型材料熔化的区域V处产生相对的低压，从而使新的下游水蒸汽流向浇口和模型的已经熔化了的区域。已经熔化了的液体蜡材料部分渗入如在表面区域S处示出的内模壁面，并起到阻碍物的作用，以防止水蒸汽冷凝物浸透模具壁W的厚度。而且，在模具20的外表面20s上存在大气压力没有形成驱动力来使水蒸汽冷凝物透过模具壁面，从而避免了由于水蒸汽冷凝物而造成模具壁面的饱和，并防止出现在模具壁面内的粘合剂上的不良影响。结果，在模型去除操作的过程中，模具的暴露到环境空气(作为非冷凝气体大气)的外表面20s保持干燥(不含液体水分)。模具20内的可冷凝蒸汽与模具20外部的非冷凝气体大气之间的压力差足够小，以防止可冷凝气体通过可渗透气体的模具壁W逸出到模具外部，并防止非冷凝的气体经由壁W进入由正被去除的消失性模型组件所占据的模腔。为此，模具内的可冷凝蒸汽以及模具外的非冷凝气体大气大致处于相同的压力下。

在图4中，可冷凝的蒸汽(例如，大气压力水蒸汽)包括表面活性剂，这使得水蒸汽冷凝物浸湿浸蜡的耐火材料模具，并沿着该浸蜡的耐火材料模具的表面形成水蒸汽冷凝物的表面层。因此，从正在熔化的模型区域排出的熔化的蜡模型材料由于其较低的粘性而在该水蒸汽冷凝物层上流动，使得熔化了的蜡更加容易的沿着模具壁流动并流出到模腔外。这导致能从模腔更快速去除模型材料，从而在模腔内残留较少的蜡模型材料。

如图4进一步示出的那样，水蒸汽冷凝物和熔化了的蜡模型材料在重力的作用下，通过当去除中空的蜡铸道30时形成的铸道空处或通道P而从模具20排出。熔化了的蜡模型材料可收集在定位于图1的模具20下方的收集盘上或容器内(未示出)。在消失性模型熔化的过程中、或者在消失性模型已经熔化后，含有消失性模型的模具20的轴线(诸如图2的模具20的纵向轴线L)可相对于重力方向倾斜。

一般认为，处在大致大气压力下的水蒸汽仅仅在蜡模型中产生较小的受热影响的区域Z，从而实心的蜡模型10的剩余未熔化部分相对来说不受水蒸汽的影响，尽管申请人不愿在此方面受到任何理论的束缚。受热但未熔化的该小区域模型材料不向着熔化了的表面进行热膨胀，从而在周围的耐火材料模具上产生较小的应力或不产生应力。在标准的压热脱蜡(autoclave dewaxing)过程中，模具内的蜡的热膨胀是模具破裂的原因。

水蒸汽和表面活性剂SF继续从模具内的水蒸汽排出管100排出，直到整个模型组件40(包括中空的铸道30和模型10)熔化并从模具20去除、留下如图3所示的包括连接到铸道通道P的多个模腔MC的空壳模20为止。所述模具然后就可在合适的焙烧温度下进行焙烧，从而制备用于接收待在模具中铸造的熔化金属或铝的模具，这已为大众所知，从而不构成本发明的一部分。

尽管上述将中空铸道30的腔室30a描述为结合图1至图4而执行，但是本发明不限于此。如图5所示，可通过相对轴向移动排出管100而使得在大气压力下从管100排出并包括来自管101的表面活性剂的水蒸汽冲击实心铸道30’的露出端部30e’，并在实心前体铸道30’内原位逐步熔化腔室30a’，从而在模型组件的固体蜡前体铸道30’内原位形成腔室30a’。在形成腔室30a’后，可结合图1至图4以及如上所述内容，去除此时的中空铸道30’和模型10。在图5中，用相同的附图标记表示图1至图4中的相同特征件。

在图6所示的本发明另一实施例中，从由铸造容器60(如美国专利5069271所述)内的微粒支承介质50外部支承或环绕的薄壁或其它耐火材料模具20去除消失性模型组件40。如该专利所述，微粒介质50可包括陶瓷微粒或耐火物质。模型的去除以如此方式进行，即，在大致大气压力下从水蒸汽排出管100排出水蒸汽，并在模型组件40的中空铸道30内含有来自管101的表面活性剂，从而如结合图1至图4所示接触并熔化中空铸道30以及模型10。在模型去除的过程中，模具20的外表面20s接触微粒介质50，并经由铸造容器60上的大气通孔61而受到大致为环境大气压力的作用。由于熔化了蜡部分地浸到模具壁面W内(如上参照图1至图4所示)并防止水蒸汽冷凝物渗透模具壁面厚度，从而外模具表面20s和微粒介质50保持干燥(不含液体水分)。

为了进一步描述而非限制的目的，以下将描述图7所示的本发明另一方法实施例，其中，模具内部的超大气压压或亚大气压水蒸汽被排出，从而从“失蜡”铸造壳模220的内部去除模型组件240，该模型组件具有多个通过相应的浇口235附连到中空铸道230的蜡模型210。在使用处于超大气压压水蒸汽的同时，模具的外部受到处于大致相同的超大气压压力的非冷凝气体的作用的，超大气压这提高了每单位体积的水蒸汽的热容，并还能够溶化熔点较高的模型材料。在使用处于亚大气压水蒸汽的同时，模具的外部受到处于大致相同的亚大气压非冷凝气体作用，这能够熔化和去除例如需要较低温度的模型材料。下面利用包括表面活性剂SF的超压力水蒸汽来描述以下方法实施例，不过该方法实施例也可替代性地采用亚大气压水蒸汽。

模具220布置在位于收集盘252上方的压力容器250的内部，以在模型去除操作过程中收集从模具排出的熔化的蜡和水蒸汽冷凝物。压力容器250可包括如图6所示的在模具20周围包括微粒支承介质的铸造容器。可选的是，压力容器250可不含有微粒支承介质，即，压力容器是空的，其内只有壳模。压力容器250能由诸如钢这样的合适的抗压材料形成，并构成为通常的传统压力容器。如图6所示的铸造腔室60和容纳在其内的模具也能放置在用于超大气压压力脱蜡的单独的压力容器250内超大气压。

密封件254设置在模具220和压力容器壁250a之间，以基本防止气体从密封件254内部区域的混入到密封件254的外部。密封件254可包括具有橡胶或其它类型密封件254a的钢件或其它管状构件254t，以用于密封模具20。

处在超大气压压力下并包含来自管101的表面活性剂的水蒸汽从排出管300在模具220的内部排出。管300连接到超大气压压力水蒸汽源S(诸如先前描述的水蒸汽产生器)，并延伸穿过壁250a内的开口，并延伸到表面活性剂输入管101，如图6所示。在超大气压模具220内部排出超大气压压力的水蒸汽的同时，经由入口255在压力容器250内提供与模具内的水蒸汽压力大致相同的空气压力。用于超大气压空气压力的入口255连接到压缩空气源(例如SP25型压缩机这样的空气压缩机)。该方法实施例从而包括在模具220的内部将包含来自管101的表面活性剂的水蒸汽排出，以接触并熔化模型材料，同时在模具220的外部受到模具外部的无水蒸汽气体大气的作用，其中，模具内部的水蒸汽和模具外部的无水蒸汽大气处处于大致相同的压力下。水蒸汽和对应的空气(或其它气体)压力可被调节为适于快速熔化模型材料的任何压力(以及温度)。

压力容器内的超大气压压力可由空气之外的气体提供，例如，氮气、惰性气体、或处在大致等于模具内水蒸汽压力的理想超大气压压力下的其它气体。

空气排放阀256设置在压力容器壁250上，以位于密封件254内的区域中，以从密封件254的内部排出初始位于模具220内部的空气。

图7的实施例的模型去除操作以如上所述内容(关于水蒸汽排出的大气压力以及模具20内部的表面活性剂)进行，其中超大气压水蒸汽接触模型组件的固体蜡材料并冷凝。在本发明的该实施例中，因为超大气压水蒸汽在被压缩时处在更高的温度下，从而更多的热量被传递到蜡表面。在水蒸汽冷凝时，蜡表面处形成稍微降低的压力，这吸引更多的水蒸汽与蜡表面接触，从而有利于模型的去除操作。来自蜡表面的熔化了的蜡和水蒸汽冷凝物流出模腔，并流入到蜡和冷凝物收集盘252内。脱蜡操作仅以有序方式发生在模具220内(从铸道230到浇口235然后到蜡模型210)。模具至压力容器的密封件254使得在压力容器250内没有水蒸汽施加到模具220的外部。从而在压力容器250内形成无水蒸汽的环境。

参照图8至图12，示出了本发明的另一方面，其中，在水蒸汽或其它可冷凝蒸汽内包含有表面活性剂或不包含表面活性剂的情况下，在以上述方式利用蒸汽或其它可冷凝蒸汽的去除模型的过程中，未支承的壳模500(图10)受到旋转和相对于重力倾斜的组合作用。本实施例不限于利用水蒸汽或其它可冷凝蒸汽来去除模型，且可设想在模具受到旋转和倾斜组合作用的同时可采用其它的模型去除技术。例如，热空气或气体水蒸汽能够以如此方式引入到模具内部，以在模具受到旋转和倾斜的组合作用的同时进行加热和熔化。模具还可位于用于在模具受到旋转和倾斜组合作用的同时对模型进行快速加热的炉子内。而且，可将化学溶解介质引入到模具内部，从而在模具受到旋转和清洗组合作用的同时接触并溶解模型。

同样，本发明的该又一方面可实施为从模具中去除一种或多种消失性模型，所述模具通过结合图6以及US专利5069271所描述的铸造容器内的环绕微粒介质而被外部支承或支承。

在图10中，未被支承的壳模500示出为具有多个围绕易熔(例如蜡)铸道530并沿其长度布置的易熔(例如，蜡)模型510。每个模型都示出为通过浇口535连接至铸道。如图10所示，根据本发明的这一方面，围绕模具纵向轴线L的旋转操作且同时模具相对于重力倾斜，这使得在去除模型和铸道材料时，熔化了的模型材料可均匀地从围绕中央铸道通道P布置的所有模腔排出。

图8示出了用于在将模具500放置在设备中之前实施本发明这一方面的示例性设备。图9示出了在模具500被放置在设备中之前且模具相对于重力倾斜之前的设备。图10示出了在模具放置在合适位置且相对于重力倾斜、从而其纵向轴线L以某一倾斜角定向之后的设备。

在本发明的这一方面的实施中，其内具有消失性模型和铸道的模具500放置在上部模具夹和旋转机构510与下部模具支承机构512之间。如图10最佳所示，壳模500包括上部环形卡圈500c，该上部环形卡圈500c接收上部模具夹机构510的端部510e。端部510e闭合模具铸道通道P。如图10和图11最佳所示，模具包括下环形卡圈部500d，该下环形卡圈部500d容纳在布置于模具支承基座512b的支承板512p上的可旋转底座512n上。模具支承基座512b固定到设备的框架F的横向臂A。在臂A之间设置有横拉板P3。模具卡圈500c、500d能与模具500一体形成，或能单独形成并连接到模具上。

水蒸汽传送管道或管600的端部通过模具支承基座512b和支承板512p内的开口向上延伸，从而与如图10所示的模具500的开口下端相连通，以将水蒸汽或其它可冷凝的蒸汽引入到模具500内。管道或管600由夹子513保持在模具支承基座512b上的固定位置，如图12所示。管道或管600通过合适的挠性或刚性导管连接到诸如结合图1至图4所描述的诸如水蒸汽产生器110这样的水蒸汽产生器。

模具支承板512p包括第一组(示出了三个)周向间隔开的可旋转轮子512f，这些轮子可旋转地支承可旋转底座512n的外周。模具支承板512p还包括第二组(示出了三个)周向间隔开的可旋转轮子512g，可旋转底座512n的罩板512s支承在这些轮子512g上以进行旋转。从而可旋转的底座512n由轮子512f横向支承且由轮子512g从下方支承，以相对于下部模具支承基座512进行旋转。

每个轮子512f都通过轴承(未示出)支承在安装于板512p上的直立柱头螺栓S1上。每个轮子512g都通过轴承(未示出)支承在安装于板512p上的横向柱头螺栓S1上。

可旋转的底座512n包括面向上方且大致呈圆柱形的凹部R，该凹部R构造成容纳模具500的卡圈500d。

模具夹和旋转机构510包括轴510s，该轴510s的一端510e摩擦接合在模具500的卡圈500c内。为此，端部510e可由橡胶或其它材料制成，从而实现与模具卡圈500c的摩擦接合，这样可通过轴510s的旋转而将旋转传递至模具。

轴510s通过使其上端链轮510f与驱动链条510c驱动接合而能够旋转。该链条由传统齿轮减速器GR1的输出链轮513s驱动，而该传统齿轮减速器GR1由布置在框架F的水平固定板P1上的传统电动或液动马达M1驱动。该轴510s由固定在垂直固定框板P2上的轴承组件510b支承以进行旋转，该固定框板P2紧固到框板P1上。这样，卡在模具夹和旋转机构510与模具支承机构512之间的模具500可通过轴510s而旋转。

滑动垂直轴700s在下端处由一对轴承在固定外壳H1内引导，在上端处在固定外壳H2内引导，由此，模具夹和旋转机构510可相对于模具支承机构512上下运动。气缸(未示出)以如此方式连接在框架512(例如，板P3)和机构510(例如，轴700s)之间，以提升机构510，从而允许将模具放置在设备中，并降低机构510而将模具卡在合适位置。当该气缸处于提升位置时，防旋转轴800s从防旋转引导管800t中退出，从而使机构510从旁侧旋出，以便于将新模具带入到设备中。

主轴550通过轴承组件552可旋转地安装在框架F上，从而可绕其纵向轴线旋转或枢转，其纵向轴线垂直于所述模具500的纵向轴线。方形横截面的支承套管553例如通过焊接而固定在轴550上，以与所述轴一起旋转。承载模具支承机构512的框架臂A例如通过焊接这样的固定方式而而紧固到套管553，从而它们与轴550一起旋转或枢转。模具夹和旋转机构510通过轴550、防旋转轴800s以及气缸而紧固到套管553。从而模具夹和旋转机构510以及模具支承机构512安装在套管553上，这样它们与轴550一起旋转或枢转。

轴550通过传统电驱动马达M2(其经由齿轮减速器GR2连接至轴550的端部)而旋转或枢转。齿轮减速器GR2通过反作用连杆L’连接到机架512，该反作用连杆使得齿轮减速器不与所述轴一起旋转。驱动马达可以是步进马达类型。因而驱动马达M2可逐步地或持续地使所述轴550绕其纵向轴线旋转或枢转。这样，夹在模具夹和旋转机构510与模具支承机构512之间的模具500可在模具旋转时相对于重力倾斜，如图10所示。

在设备的操作中，其内具有消失性模型和铸道的模具500放置在可旋转座512n上，且其下部卡圈500d容纳在可旋转座512n的凹部R内。然后，降低模具夹和旋转机构510的轴510s的端部510e，以在模具500的上部卡圈500c内与端部510e接合，从而轴510s的旋转将被传递到所述模具。

启动流向管道或管600的水蒸汽流。水蒸汽流通过管道或管600引入到模具内部。水蒸汽可包括以上结合图1至图4所描述的表面活性剂FS，或者在某些模型去除情况下可省略表面活性剂。主轴550发生枢转，从而使模具夹和旋转机构510、模具支承机构512以及模具500相对于重力倾斜至理想倾斜角，参见图10。模具倾斜角以及模具旋转速度可按照需要加以调节，以从模腔MC排出熔化的蜡。这样，可从围绕中央铸道P布置的所有模腔MC均匀地排出蜡。从而本发明的这一方面使得即使在当模具处于垂直位置时模具空气的实体容积位于浇口G的水平以下时也仍然能将蜡排出。熔化的蜡排出模具的底部，并被收集在盘(未示出)中。

在将模具500保持为相对于重力成固定倾斜角度的同时，可使模具旋转。可选的是，所述模具可在每一倾斜角度下旋转或连续旋转的同时逐步倾斜至选定的倾斜角。而且，所述模具可在连续旋转或间歇旋转的同时连续倾斜。该方法的实现取决于待脱蜡(去除)的模型的形状。通常，可开始于垂直非旋转模具脱蜡，然后，在对所述模具的悬置在所述浇口开口下方的部分进行脱蜡时，将脱蜡变为倾斜模具旋转脱蜡。模具倾斜的角度、旋转速度以及持续时间取决于待脱蜡的模型形状。

水蒸汽或其它可冷凝的蒸汽经由管道或管600引入到模具500的内部，从而在模具受到旋转和倾斜组合作用时加热和熔化易熔的模型和铸道，但是本发明的这一方面不限于使用水蒸汽或其它可冷凝的蒸汽来加热和熔化所述模型和铸道。例如，能将热空气或气体水蒸汽引入到模具内部，从而在模具受到旋转和倾斜的组合作用时加热和熔化易熔的模型。模具还可位于熔炉中，从而在所述模具受到旋转和倾斜的组合作用时对模型进行快速加热。此外，可将化学熔化介质引入到所述模具中，从而在所述模具受到旋转和倾斜的组合作用时接触和熔化所述模型。

本发明有利于从金属铸造耐火材料模具去除一个或多个消失性模型，该耐热金属铸模可具有任意的模具壁厚，可由其周围的外部微粒介质支承或不受其支承。本发明还有利于在避免水蒸汽冷凝物浸透模具壁的同时去除一个或多个消失性模型。本发明可用来降低模型去除过程中的模具破裂，并使得可采用薄壁模具，而不使模具破裂。

本领域技术人员将意识到，本发明不限于上述实施例，而且在所附权利要求阐述的本发明精神内可作出变化和修改。

Claims (37)

1.一种从耐火材料模具内部去除消失性模型的方法，该方法包括将可冷凝蒸汽和表面活性剂引入到所述模具内，以接触和熔化模型材料，在所述可冷凝蒸汽接触并熔化所述模型处，使所述模具内的所述可冷凝蒸汽冷凝，并将熔化的模型材料和冷凝的蒸汽排出到所述模具外，其中所述表面活性剂促进所述排出。

2.一种从耐火材料模具内部去除消失性模型的方法，该方法包括将可冷凝蒸汽和表面活性剂引入到所述模具内，以接触和熔化模型材料，而所述模具的外部受到所述模具外的非冷凝气体环境的作用，在所述可冷凝蒸汽接触并熔化所述模型之处使所述模具内的所述可冷凝蒸汽发生冷凝，而所述模具的外部保持为不具有冷凝后的蒸汽，并将熔化的模型材料和冷凝的蒸汽排出到所述模具外，其中所述表面活性剂促进所述排出。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述表面活性剂的类型和量被选择为降低所述冷凝的蒸汽和所述模型材料之间的表面张力。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述可冷凝蒸汽为水蒸汽。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述模型材料为具有或不具有非蜡填料的蜡。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述可冷凝蒸汽从排出管中退出并进入到所述模具之前，将所述表面活性剂加入至所述可冷凝蒸汽。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述可冷凝蒸汽从排出管中退出并进入到所述模具之后，将所述表面活性剂加入至所述可冷凝蒸汽。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，利用与正在使用的所述可冷凝蒸汽相容的载体，以稀释的形式将所述表面活性剂带入到可冷凝蒸汽流中。

9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述模具内的所述可冷凝蒸汽以及所述模具外的所述非冷凝气体环境之间的压力差足够小，以防止所述可冷凝气体排出到所述模具外部，并防止所述非冷凝气体进入到所述模具内的模腔内。

10.根据权利要求2所述的方法，其中，所述可冷凝气体以及所述非冷凝气体环境处在大致相同的压力下。

11.根据权利要求2所述的方法，其中，所述可冷凝蒸汽包括水蒸汽。

12.根据权利要求2所述的方法，其中，所述非冷凝气体为空气。

13.根据权利要求2所述的方法，其中，所述可冷凝蒸汽从来源供应至排出管，所述可冷凝蒸汽从该排出管排出至所述模具内部。

14.根据权利要求2所述的方法，其中，所述可冷凝蒸汽以大气压力排出至所述模具内部。

15.根据权利要求2所述的方法，其中，所述可冷凝蒸汽以超大气压或亚大气压排出至所述模具内部，且在含有所述模具的容器中，将处于大致相同超大气压或亚大气压下的非冷凝气体提供于所述模具外部。

16.根据权利要求15所述的方法，该方法包括利用所述模具与所述容器之间的密封防止所述可冷凝蒸汽进入所述模具外部的所述容器。

17.根据权利要求2所述的方法，其中所述消失性模型包括蜡。

18.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述消失性模型的熔化其间，或者在所述消失性模型已经熔化之后，包含所述消失性模型的所述模具的轴线相对于重力方向倾斜，且所述模具绕第二轴线旋转。

19.根据权利要求2所述的方法，该方法包括初始时将所述可冷凝蒸汽排出至所述模型的中空铸道内部。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，在排出所述可冷凝蒸汽之前，在所述消失性模型内预形成所述中空铸道。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，通过对着实心铸道的露出端排出的可冷凝蒸汽，形成所述中空铸道。

22.根据权利要求2所述的方法，其中，所述模具的外部由容器内的支承微粒介质包围。

23.根据权利要求2所述的方法，其中，所述模具的外部没有被支承微粒介质包围。

24.一种用于从耐火材料模具内部去除消失性模型的设备，该设备包括用于将处于大气压、超大气压或亚大气压下的可冷凝蒸汽引入到模具内部以接触和熔化模型材料的装置；和用于在所述可冷凝蒸汽内提供表面活性剂的装置。

25.根据权利要求24所述的设备，其中，用于引入可冷凝蒸汽的所述装置包括与所述模具的内部连通的排出管。

26.根据权利要求24所述的设备，该设备包括用于将所述表面活性剂提供到所述排出管的表面活性剂供应管道。

27.根据权利要求24所述的设备，该设备包括表面活性剂排出管，用于在表面活性剂从所述排出管排出之后将表面活性剂引至所述可冷凝蒸汽。

28.一种从耐火材料模具内部去除消失性模型的方法，该方法包括熔化或熔解所述消失性模型，并使所述模具受到旋转和倾斜的组合作用，以促进模型材料从所述模具排出。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述模具绕其纵向轴线旋转，而该纵向轴线相对于重力倾斜。

30.根据权利要求28所述的方法，其中，所述耐火材料模具包括壳模。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述壳模没有被微粒介质包围。

32.根据权利要求30所述的方法，其中，所述壳模由微粒介质包围。

33.根据权利要求28所述的方法，其中，通过将水蒸汽或可冷凝蒸汽引入所述模具内部而熔化所述消失性模型。

34.一种用于从耐火材料模具的内部去除消失性模型的设备，该设备包括：模具夹和旋转机构，以及模具支承机构，所述模具布置在它们之间；可枢转轴，所述模具夹和旋转机构以及所述模具支承机构布置在该可枢转轴上；用于使得所述轴枢转从而使所述模具夹和旋转机构以及所述模具支承机构相对于重力倾斜的装置；以及用于去除所述消失性模型的装置。

35.根据权利要求34所述的设备，其中，所述模具夹和旋转机构包括可旋转轴，该可旋转轴的端部摩擦地接合至所述模具的端部，以向该模具传递旋转。

36.根据权利要求36所述的设备，其中，所述模具夹和旋转机构可相对于所述模具上下运动，以使所述端部与所述模具接合。

37.根据权利要求35所述的设备，其中，所述模具支承机构包括接收所述模具的相对端部的可旋转座。

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