CN104755193B - 熔融材料的离心铸造的增强技术 - Google Patents

Abstract

提供各种增强特征用于从熔融材料铸造产品的离心铸造装置、旋转总成和模具。这些增强特征除其他外，包括锥形浇口部分，其被定位成邻近模具的型腔；伸长和共享的浇口系统；以及可分离的模具结构，其用于在铸造操作期间修改热力学特性和模具的行为。

Description

熔融材料的离心铸造的增强技术

相关申请案

本申请要求2013年3月11日提交的美国专利申请序列号13/792,929的优先权，并且要求2014年1月31日提交的美国专利申请序列号14/169,665的优先权，所述申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。

技术领域

本公开一般涉及离心铸造的装备和技术。本公开更具体来说涉及金属材料的离心铸造的装备和技术。

背景技术

金属铸造一般包括将一定体积的熔融金属材料提供给静态或旋转模具，以及允许材料冷却以产生由模具成形的铸件。铸件可能以近净成形的形式被铸造或可能在随后的锻造或加工应用中被进一步修改以产生最终的组件。金属材料在从液体到固体的相变过程中收缩，这可能导致铸件包括不受控制的收缩孔隙，尤其导致难以铸造金属材料，例如基于钛铝(TiAl)的合金和其他TiAl材料。收缩孔隙是基本凝固力学所固有的，并且可能对微观结构以及铸件产量产生负面影响。一般来说，最小化内化孔隙可以通过处理技术(诸如热等静压(HIP))来处理。然而，不受控制的内部孔隙可能会导致影响铸件表面质量的表面失真，并且增加生产成本。当铸件被切开或与铸造组件分开时，不受控制的内部孔隙也可能被暴露。当孔隙被表面连接时，当前的处理技术可能不适合于许多铸造应用。例如，被设计成填充或封闭孔隙的表面处理技术可能无法保持铸件的连续性，这可能会不利地影响铸造材料的机械性能。材料去除技术(诸如加工去除外部孔隙)也可能降低铸件产量并且暴露额外的孔隙。

用于铸造各种金属材料(诸如基于钛铝的合金)的常规的铸造技术无法控制孔隙，使得远离铸件的表面和可能随后被切开的铸件的区域内化孔隙。例如，其他技术已经描述了使用一系列静态铸造和真空电弧重熔技术来制备钛铝部分。然而，这些静态铸造技术造成显著的孔隙，这无法使用HIP来去除。其他技术也已经描述了离心铸造技术，其用于制备在离心机达到转速之前需要将熔融材料提供给离心机的钛铝铸件。然而，如每个铸片对单独的加热方法和模具的要求可明显看出，冷却速率和凝固难以控制。尽管已经报告了各种其他离心铸造技术，但是没有一种能够充分控制收缩孔隙。

鉴于与用于铸造金属材料的常规的铸造技术(包括离心铸造技术)相关联的缺点，开发用于铸造金属材料的改进的技术将是有利的。

发明内容

根据本公开的一个方面，离心铸造装置的非限制性实施方案包括旋转总成，其被配置成围绕旋转轴旋转。旋转总成包括浇道室，其被定位成围绕旋转轴并且被构造成接收供给的熔融材料。第一浇口和第二浇口被定位成在离心力的大致方向上从浇道室接收熔融材料。第一型腔和第二型腔被堆叠，并且分别被定位成在离心力的大致方向上从第一浇口和第二浇口接收熔融材料。

根据本公开的另一方面，离心铸造模具的非限制性实施方案包括被配置成接收供给的熔融材料的前端面、后端面、第一型腔以及第二型腔。第一型腔和第二型腔各自从前端面朝向后端面延伸并且由侧壁和邻近模具的后端面的后壁限定。第一型腔和第二型腔被堆叠，并且被配置成在离心力的大致方向上接收熔融材料。模具被构造成差动隔离第一型腔和第二型腔，使得在后壁处从熔融材料的热量提取速率大于在侧壁处的热量提取速率以促进从后壁大致朝向离心力的大致方向的定向凝固。

根据本公开的另一方面，永久离心铸造模具的非限制性实施方案包括前端面，其被配置成接收供给的熔融材料；后端面；以及第一型腔，其从前端面朝向后端面延伸。第一型腔由侧壁和邻近模具的后端面的后壁限定。被限定在模具中的第一浇口被定位在前端面与第一型腔之间。

根据本公开的另一方面，一种生产金属材料的铸件的离心铸造方法包括定位旋转总成，其包括多个浇口和被定位成围绕浇道室的多个型腔，使得多个浇口和多个型腔被定位成在离心力的大致方向上从浇道室接收熔融金属材料。多个浇口中的每个耦合到多个型腔中的一个，并且多个型腔中的至少两个被堆叠。方法进一步包括使旋转总成旋转。方法进一步包括将供给的熔融金属材料输送到浇道室。

根据本公开的另一方面，一种装配离心铸造装置的方法包括将楔定位在旋转轴上。方法也包括将至少两个模具定位成与楔密封啮合，其中至少两个模具中的每个包括前端面并且限定从前端面延伸到模具中的至少两个型腔。方法进一步包括限定浇道室，其被构造成接收熔融材料，其中浇道室的至少一部分由至少两个模具的前端面的至少一部分限定。

根据本公开的一个方面，模具的实施方案被构造成与离心铸造装置的旋转总成操作性关联。模具可以包括至少一个型腔，其具有输入端口，所述输入端口被构造成在通过旋转总成的旋转产生的离心力的大致方向上接收熔融材料。此外，模具内的浇口可以与型腔的输入端口连通，其中浇口包括至少一个锥形部分，其被定位成邻近型腔的输入端口。

根据本公开的一个方面，模具的实施方案被构造成与离心铸造装置的旋转总成操作性关联。模具可以包括至少一个型腔，其具有输入端口，所述输入端口被构造成在通过旋转总成的旋转产生的离心力的大致方向上接收熔融材料。此外，模具可以包括与型腔的输入端口连通的延伸的浇口，并且型腔可以被构造成生产铸造组件，其能够细分成具有预定义的宽高比的多个子组件。

根据本公开的一个方面，模具的实施方案被构造成与离心铸造装置的旋转总成操作性关联。模具可以包括至少两个型腔，每个型腔具有输入端口，其被构造成在通过旋转总成的旋转产生的离心力的大致方向上接收熔融材料。型腔可以共享与型腔的两个输入端口连通的共同浇口。

根据本公开的一个方面，模具的实施方案被构造成与离心铸造装置的旋转总成操作性关联。模具可以包括至少一个型腔，其具有输入端口，所述输入端口被构造成在通过旋转总成的旋转产生的离心力的大致方向上接收熔融材料。此外，模具可以包括主体部分，其包括第一材料；以及后壁部分，其与主体部分可连接或可分离，其中后壁部分包括第二材料。第一材料和第二材料可以是不同的材料类型。

根据本公开的一个方面，模具的实施方案被构造成与离心铸造装置的旋转总成操作性关联。模具可以包括至少一个型腔，其具有输入端口，所述输入端口被构造成在通过旋转总成的旋转产生的离心力的大致方向上从浇口接收熔融材料。此外，槽可以被形成为邻近型腔的输入端口，其中槽被构造成在其中可去除地接收浇口的侧壁。

附图简述

通过参考附图可以更好地理解本文所描述的装置和方法的特征和优点，其中：

图1为常规的离心铸造总成的旋转总成的半示意图；

图2为根据本公开的各种非限制性实施方案的离心铸造装置的旋转总成的某些组件的简化的半示意性描绘；

图3为根据本公开的各种非限制性实施方案的离心铸造装置的旋转总成的某些组件的透视图；

图4为根据本公开的一个非限制性实施方案的以透视方式示出图3中所示的旋转总成的某些组件的局部分解图；

图5为根据本公开的一个非限制性实施方案的以透视方式示出图3中所示的旋转总成的某些组件的局部分解图，其图示在沿线5-5截取的并且在图3中箭头的方向上的横截面中的工作台、楔和封闭环；

图6为根据本公开的各种非限制性实施方案的离心铸造装置的旋转总成的某些组件的透视图；

图7为根据本公开的一个非限制性实施方案的沿线7-7截取的并且在图6中箭头的方向上的横截面，其图示图6中所示的旋转总成的某些组件；

图8为根据本公开的一个非限制性实施方案的模具的正视图；

图9为根据本公开的各种非限制性实施方案的离心铸造装置的旋转总成的某些组件的透视图；

图10为根据本公开的一个非限制性实施方案的模具的横截面的透视图；

图11为根据本公开的各种非限制性实施方案的模具的透视图；

图12为根据本公开的一个非限制性实施方案的穿过图11中所示的模具的第一型腔的横截面的透视图；

图13为根据本公开的一个非限制性实施方案的穿过图11中所示的模具的第二型腔的横截面的透视图；

图14为根据本公开的一个非限制性实施方案的穿过图11中所示的模具的第三型腔的横截面的透视图；

图15为根据本公开的一个非限制性实施方案的穿过图11中所示的模具的第四型腔的横截面的透视图；

图16图示包括根据本公开的各种实施方案构造的锥形部分的浇口的部分的透视图；

图16A示意性地图示包括根据本公开的各种实施方案构造的锥形部分的浇口的平面图；

图17包括根据本公开的各种实施方案的被构造成具有延伸的浇口的模具的一部分的透视图；

图18包括根据本公开的各种实施方案的被构造成具有延伸的浇口的模具的一部分(为了说明的目的，部分实心和部分透明)的透视图；

图19包括根据本公开的各种实施方案的被构造成具有共同浇口的模具的一部分的透视图；

图20包括离心铸造装置的透视图，其包括根据本公开的各种实施方案构造的旋转总成；

图21包括图20的模具的俯视平面图；以及

图22包括根据本公开的各种实施方案构造的模具的一部分的透视图。

在考虑根据本公开的装置和方法的某些非限制性实施方案的以下详细描述后，读者将了解上述细节以及其他。在实施或使用本文所描述的装置和方法后，读者也可以理解某些这种额外的细节。

具体实施方式

金属材料一般可以包括一种或多种金属元素，并且在一些情况下也包括一种或多种非金属元素。收缩孔隙是在铸造时许多这些金属材料的基本凝固力学所固有的，这可能会对铸件的机械性能产生负面影响。各种金属材料(例如，基于钛铝的合金)的本静态和离心铸造技术无法在铸件的表面中和铸件可能随后被切开的区域中控制孔隙。

在各种非限制性实施方案中，本公开描述离心铸造装置，其包括旋转总成和被构造成控制收缩孔隙的组件。例如，离心力可以被用来将熔融材料(诸如熔融金属材料)馈送到铸孔中，由此最小化在凝固材料中的熔融材料缺乏。受控制的收缩孔隙一般可以包括控制铸件内的收缩孔隙的量和/或位置，使得可能通过后续处理去除收缩孔隙。例如，受控制的收缩孔隙可以包括被内化的收缩孔隙，例如，被连接和/或最小化的非表面。在一些非限制性实施方案中，可以远离铸件的特定区域内化收缩孔隙，使得铸件可以被切开和/或从铸造组件或材料被去除，而不将内化的孔隙暴露于大气中。

根据某些非限制性实施方案，所公开的离心铸造装置和方法可以简化各种铸件的后续处理，并且消除标准生产路线(诸如用于熔模铸造的生产路线)。与经常需要装配六十个或更多个模具组件的常规的离心铸造设备不同，本文所公开的离心铸造装置的某些非限制性实施方案包括旋转总成，其可以由比典型数量的主要组件更少的组件装配，从而显著减少设置时间。在各种非限制性实施方案中，例如，铸件可以进行热处理和/或通过HIP处理。根据某些非限制性实施方案，由所公开的离心铸造装置和方法生产的铸件可能适合后续使用于锻造或加工应用中，以例如生产喷气发动机、涡轮增压器的最终组件，或各种高温组件。

根据本公开的装置和方法可以用于铸造金属材料。如本文所用，金属材料可以包括金属和金属合金。金属材料包括例如TiAl材料，其包括例如基于TiAl的合金。基于TiAl的合金可以包括除钛和铝之外的一种或多种合金元素。在某些非限制性实施方案中，本装置和方法可以用于铸造TiAl材料，其包括钛和约25.0至52.1原子％的铝或约14至36重量％的铝。所公开的离心铸造装置和方法可以用于生产包括其他百分比的铝和其他合金元素的TiAl材料的铸件，但不限于以上。也应了解，尽管本文可能就基于TiAl的合金和其他TiAl材料来描述各种非限制性实施方案和有益的特征，但是所公开的装置和方法不限于此。本领域技术人员将认识到，所公开的装置和方法可能会发现超越TiAl材料的广泛应用，例如但不限于受到收缩孔隙或具有类似于TiAl材料的其他性能或特性的金属材料。尽管某些非限制性实施方案可以在适用于TiAl材料时提供优于常规的铸造技术的显著优点，但是应理解本文所公开的装置和方法也可以用于铸造其他金属材料，但不限于优于常规的铸造技术的好处或优点。

当适用于本公开的各种非限制性实施方案时，本文所描述的离心铸造装置、旋转总成、模具和/或其组件可以包括各种金属材料、金属材料的组合、陶瓷材料，和/或金属材料和陶瓷材料的组合。可以了解，本公开的各种实施方案可以用于生产，例如但不限于，燃气涡轮机组件、涡轮增压器组件和/或内燃机组件，以及许多其他类型的组件或产品。

传统上，已使用静态熔模铸造技术来铸造TiAl材料。最近，各种离心铸造技术(包括离心熔模铸造)已提出了铸造TiAl材料。然而，上述技术可能允许空隙形成在最终铸片内的有害的位置，并且因此可能增加生产成本、限制机械性能，和/或损害最终铸片的结构特性。这些技术也在型腔和每型腔的铸件的这两个数量上受限。图1图示常规的离心铸造设备2的半示意图。设备2一般需要将熔融材料从材料供给源“S”提供到被定位成靠近旋转轴“R”的浇道室4，在操作期间设备2围绕旋转轴“R”旋转。设备2使用间接浇口，其需要通过流道系统6将熔融材料(示出为阴影线)引导到定位在各自的模具型腔10的入口的一系列浇口8。间接浇口在除了与离心力“F”的方向对齐的方向上，诸如垂直地(如图1中所示)，或在与离心力相反的方向上，如例如在美国专利申请公开US 2012/0207611 A1中所描述，将熔融材料馈送到型腔。因此，熔融材料必须沿着各种流道6移动增加的径向距离以到达额外的垂直浇口组件8，垂直浇口组件8也必须在到达铸造型腔10的输入端口之前被移动。各种流道6，和经常垂直浇口组件8与铸造零件不处于同一直线上。因此，熔融材料必须进入与离心力相反的铸造型腔10。铸造型腔10的横截面也大于各种流道6、浇口8和输入端口。因此，除由于流道损失导致的产量减少之外，设备2无法适当地控制收缩孔隙并且容易过早凝固、差的模具填充和熔融材料缺乏。

直接浇口与间接浇口的不同之处在于大致在离心力的方向上将熔融材料馈送到型腔。直接浇口不用于常规的离心铸造设备，因为间接浇口可以减少在模具中产生的紊流。

参看图2，图示根据本公开的离心铸造装置的一个非限制性实施方案的某些组件的简化的半示意性描绘，离心铸造装置的旋转总成12可以被配置具有直接浇口系统，其减少产量损失并且使用离心力来控制收缩孔隙以生产致密的铸件。例如，在各种非限制性实施方案中，熔融材料源“M”可以将熔融材料(一般示出为阴影线)提供给定位在旋转总成12的旋转轴“R”上或邻近旋转轴“R”的浇道室14。一系列浇口16a-16f(每个浇口耦合到堆叠模具型腔18a-18f)可以耦合到浇道室14以大致在离心力“F”的方向上将熔融材料输送到型腔18a-18f。在操作中，例如，真空电弧重熔(VAR)熔炉(一般示出为熔融材料供给)可以用于生产可以通过位于浇道室14上方的漏斗从坩埚浇注的熔融材料的过热熔体。过热熔融材料可以进入浇道室14并且开始通过相邻浇口16a-16f填充型腔18a-18f直到所有型腔18a-18f被填满为止。根据各种非限制性实施方案，耦合到堆叠型腔18a-18f的浇口16a-16f可以在模具填充的至少一个时段期间浸在液体熔融材料中。例如，浇道室14可以充满过热熔融材料，使得所有浇口16a-16f被完全浸没。在各种非限制性实施方案中，一个或多个型腔18a-18f被标出尺寸以形成多个最终铸片。例如，浇口16a-16f可以耦合到型腔18a-18f，型腔18a-18f被标出尺寸以生产包括多个最终铸片的铸件。在某些非限制性实施方案中，可以沿着铸造型腔18a-18f对齐铸片，由此增加每个浇口可能生产的铸件的数量。

常规的离心铸造浇口设计通过限制路径(经常包括不同的制扼点)将熔融材料馈送到型腔。例如，图1中所示的设备2中的浇口8的直径或横截面积大于连接到每个浇口8的各自的铸造型腔10的直径或横截面积。相反，如图2中所示，所公开的离心铸造装置12的各种非限制性实施方案可以包括浇口16a-16f，浇口16a-16f包括大于型腔18a-18f或铸件的直径或横截面积的直径或横截面积。例如，在一些非限制性实施方案中，浇口16a-16f的长度的体积大于型腔18a-18f的等效长度的体积。例如，邻近型腔18a-18f的浇口16a-16f的长度可以包括比具有等效长度的型腔18a-18f的相邻区域更大的体积。

TiAl材料的已知的离心铸造技术将单个浇口8连接到型腔10以生产每个最终铸片，如图1中所示。因此，为了生产相当数量的铸片，浇道室4的直径必须相对较大，从而需要熔融材料从浇道室4移动相当大的距离到型腔10作为薄的熔融层。当熔融材料作为薄层移动时，材料可能会失去过热，从而导致过早凝固、差的模具填充和表面光洁度差的铸件。相反，如图2中所示，旋转总成12可以使用直接浇口来在离心力“F”的大致方向上将熔融材料提供给多个堆叠型腔18a-18f。堆叠型腔18a-18f可能增加每次浇注可能产生铸件的数量，同时也减少了熔融材料必须移动到达模具型腔18a-18f的距离。例如，相比于具有相同数量的浇口的常规的离心铸造设备，旋转总成12可以包括具有减小的直径的浇道室14。有利地，熔融材料的每个浇口16a-16f体积可以减少，并且减小直径的浇道室14中熔融材料的体积接近可能促进过热保留。这可以保持熔融材料的流动性，以防止可能阻碍熔融材料在浇道室14中的供给的滞流或过早凝固到达凝固铸件。因此，流道产量损失可以减少，产品产量可以增加，并且表面光洁度可以改善。

在各种非限制性实施方案中，旋转总成12包括模具设计，其可以控制收缩孔隙的量和位置，使得收缩孔隙可以被内化到材料中。然后，可以通过后续热机械处理去除内化的孔隙。在某些非限制性实施方案中，模具可以由包括金属材料(诸如铁和铁合金(例如，钢))的材料制造，所述金属材料包括半金属材料(诸如石墨)。根据一个非限制性实施方案，由这些材料制造的模具可以包括永久铸造模具，例如，一般可重复使用的铸造模具。在各种非限制性实施方案中，由上述材料制造的模具也可以减少或消除截留氧化物对铸造产品的污染。例如，用于熔模铸造的模具通常由氧化物制成。然而，在铸造期间，组成模具的氧化物颗粒总是截留在熔模铸造产品中。截留颗粒可以随后与铸造产品的材料反应，并且提供潜在的疲劳起始部位。熔模铸造模具可以被设计用来对被铸造的熔融TiAl或特定合金具有惰性，并且各种化学和机械加工方法可以用来部分地去除截留颗粒。然而，颗粒截留是不可避免的，并且上述权宜之计是不理想的，尤其是对于用于制造意图是为了在高温、高应力环境中服务的最终产品(诸如涡轮机)的铸件。除了减少或消除截留氧化物对最终产品的污染之外，包括金属材料的模具可以减少或消除由于废料中的截留氧化物导致的循环回路的污染的危险。例如，如上所述，熔模铸件经常包括截留氧化物，并且因此例如从熔模铸件返回的废料可能同样包括截留氧化物。因此，使用这种回收废料铸造的产品可能也被截留氧化物污染。然而，来自由上述金属材料制造的模具中生产的铸件的废料不可能具有这些夹杂物，并且因此可以被回收利用，而没有与回收循环的污染相关联的风险。因此，废料在回收之前的彻底清洗可能不是必要的，由此节省了时间并降低了成本。尽管有上述好处，但是也预期一些实施方案可以包括用其他材料制造的模具。例如，在各种非限制性实施方案中，模具可以包括一次性离心铸造模具。例如，这些模具可以由可消耗材料(诸如沙子或氧化物)制造。

在某些非限制性实施方案中，模具可以被构造成通过控制熔融材料的区域的冷却速率来控制凝固过程。例如，模具可以包括隔离特征，其被配置成限制从熔融材料热能提取的量和/或速率。隔离特征一般可以包括与模具相关联的结构或材料特征，并且可以被配置成修改模具的区域的热容量和/或从熔融材料到模具的传热速率。在一个非限制性实施方案中，从熔融材料的传热速率可以至少部分地由模具的形状来控制。例如，模具的一个或多个区域的厚度可以增加或减少，以增加或减少区域的热容量。在一个非限制性实施方案中，可以由模具提取的热能的速率和/或量可以由模具的区域的密度或质量来控制。例如，在各种非限制性实施方案中，一个或多个孔穴(例如，参见图9的332a、338a)可以限定在邻近型腔18a-18f的模具的壁或面中，以减少从熔融材料的传热速率。在各种非限制性实施方案中，孔穴可以是封闭的、开放的、抽空的，或包括定位在孔穴中的气体或材料。

在各种非限制性实施方案中，模具可以被构造成控制从熔融材料的热量提取，并且因此控制材料的冷却。例如，如上面介绍的，在某些非限制性实施方案中，模具可以包括隔离特征，其被配置成差动隔离型腔18a-18f的一个或多个部分。差动隔离特征可以有利地修改沿着模具的一个或多个区域的冷却速率，以例如控制熔融材料的凝固。例如，邻近型腔18a-18f的模具区域可以被构造成熔融材料经受定向凝固。在一个方面，模具可以被配置成修改冷却，使得凝固是定向的，例如大致朝向浇道室14或在与离心力相反的方向上。以这种方式，模具可以在型腔18a-18f内建立凝固前沿，其一般向浇口16a-16f和浇道室14行进。因此，通过装置12的旋转产生的离心力可以大致与凝固的方向相反。例如，在某些非限制性实施方案中，可以将熔融材料提供给凝固前沿以补偿收缩孔隙。另外，由离心力产生的铸造压力可以迫使形成在凝固前沿附近的枝晶之间的熔融金属例如减少熔融材料缺乏和最小化收缩孔隙。因此，在各种非限制性实施方案中，所公开的装置和方法可以避免熔融材料缺乏并且克服枝晶排斥，以生产与由常规的固定和离心铸造技术生产的铸件相比具有减少的收缩孔隙的致密的铸件。

在各种非限制性实施方案中，熔融金属材料的供给到型腔18a-18f的输送与型腔和离心力处于同一直线上。例如，在一个非限制性实施方案中，型腔18a-18f经由安置在浇道室14与型腔18a-18f之间的浇口16a-16f耦合到浇道室14。浇口16a-16f的各种尺寸可以大于型腔18a-18f的相应的尺寸。浇口16a-16f可以进一步与型腔18a-18f和浇道室14中的熔融金属材料的供给处于同一直线上，例如包括大致与离心力处于同一直线上的路径，使得熔融材料可以通过离心力朝向并进入型腔18a-18f加速。因此，浇道室14可以充当连接到其的所有浇口16a-16f的中央立管。在各种非限制性实施方案中，这可能消除需要可能或可能不与型腔处于同一直线上的额外的立管。因此，装备设计、熔融材料的体积和可用的铸造区域之间的这种协同作用可以有利地为额外的铸件提供额外的空间。例如，如上所述，可以在单个铸造型腔18a-18f内铸造多个铸片。

图3至图5图示根据各种非限制性实施方案的包括旋转总成20的离心铸造装置。旋转总成20包括定位在可旋转工作台26上的第一模具22和第二模具24。浇道室28由第一浇道部分30a和第二浇道部分30b以及第一模具22和第二模具24的各自的前端面32a、32b来限定。浇道室28的第一端36定位在围绕旋转轴的工作台26上。浇道室28的第二端38被配置成例如从位于浇道室28上方的坩埚接收供给的熔融金属材料。第一浇道部分30a和第二浇道部分30b被配置成与第一模具22、第二模具24和工作台26密封啮合，以密封浇道室28。尽管说明性浇道室28被示出为包括大致圆柱形的横截面，但是在各种非限制性实施方案中，浇道室28可以包括不规则或规则的尺寸，诸如三角形、方形、矩形、八边形或其他横截面。在各种非限制性实施方案中，可以经由重力、压力、真空或其组合将熔融材料提供给浇道室28。例如，根据一个非限制性实施方案，离心铸造装置20可以包括真空电弧重熔设备(未示出)，其用于产生可以浇注到浇道室28中的熔融金属材料供给。

封闭环40被定位成邻近浇道室28的第一端36，并且被构造成将熔融材料保持在浇道室28中。例如，在一个非限制性实施方案中，封闭环40包括浇道室28的延长部分，由此增加浇道室28的体积和/或熔融材料必须移动到退出浇道室28的顶端的距离。封闭环40限定中央直径，熔融材料可以通过中央直径被提供给浇道室28。封闭环40的中央直径相对于浇道室40的直径减小，使得封闭环40在浇道室28内形成内部凸肩42以提高熔融材料的密闭度。例如，在各种非限制性实施方案中，封闭环40可以限制熔融材料在浇注和/或旋转期间飞溅或流出浇道室28。封闭环40进一步限定相对于浇道部分30a、30b的外径(包括外部凸肩44)。在说明性非限制性实施方案中，封闭环40的顶表面46相对于旋转轴向外延伸，超过浇道室28，以由此围绕其顶表面46捕捉熔融材料，熔融材料可以在操作期间从浇道室28飞溅出来。

根据各种非限制性实施方案，浇道的第二端38经由楔48耦合到工作台26，如在图4中最清楚地所示，图4提供旋转总成20的局部分解图，其示出在沿线5-5截取的并且在图3中箭头的方向上的横截面中的工作台26、楔48和封闭环40。楔48可以形成浇道室28的底座47并且固定到旋转总成20的旋转轴。经由工作台26通过限定在工作台26中的楔配件50，说明性楔48固定到旋转轴。楔48可以进一步包括一个或多个配件，其被配置成与浇道部分30a、30b和/或模具22、24密封啮合。例如，在各种非限制性实施方案中，楔48包括法兰配件50，其用于与旋转总成20的组件密封啮合。楔48限定两个凹口52a、52b，其被配置成与槽54a、54b啮合，槽54a、54b分别被限定在第一模具22和第二模具24中。在某些非限制性实施方案中，楔48可能易受机械损伤，并且因此可以包括在需要时可替换的单独的(例如模块化)组件。类似地，在某些非限制性实施方案中，楔48可以包括各种连接设计，使得楔48可以被用来修改或更新根据本文所公开的各种非限制性实施方案使用的离心铸造装置。

第一模具22和第二模具24各自耦合到第一浇道部分30a和第二浇道部分30b并且从旋转轴大致径向延伸。每个模具22、24包括前端面32a、32b和端面56a、56b。前端面32a、32b沿着浇道室28被布置并且限定浇口60a、60b的入口。如图5中所示，第一模具22和第二模具24各自分别包括第一模块化部分和第二模块化部分64a、64b和66a、66b，这些部分可以通过从限定在模具22、24中的螺栓槽70去除一系列螺栓68或通过其他已知的连接和分离方法来分开。每个模具22、24进一步包括六个堆叠型腔72a、72b。每个型腔72a、72b由侧壁76a、76b和后壁80a、80b限定。每个型腔72a、72b的入口包括通过浇口60a、60b与浇道室28流体连通的材料供给端口84a、84b，浇口60a、60b位于型腔72a、72b与浇道室28之间。尽管第一模具22和第二模具24被图示为限定堆叠型腔72a、72b和各自耦合的浇口60a、60b，但是根据各种非限制性实施方案，浇口60a、60b可以是相对于型腔72a、72b独立的结构。例如，浇口60a、60b可以与型腔72a、72b啮合和/或通过浇道或其部分30a、30b可插入或与浇道或其部分30a、30b成一体。

根据各种非限制性实施方案，浇口60a、60b包括大于型腔72a、72b的直径和平均横截面积的直径和平均横截面积。例如，邻近材料供给端口84a、84b的每个浇口60a、60b的直径和横截面积大于相邻的材料供给端口84a、84b的直径和横截面积。在各种非限制性实施方案中，浇口60a、60b的体积大于邻近浇口60a、60b的型腔72a、72b的相等长度的体积。应了解，尽管示出六个堆叠型腔72a、72b，但是除非另有明确规定，否则本公开不限于堆叠型腔或与每个模具相关联的任何特定数量的型腔。例如，在各种非限制性实施方案中，模具可以只限定单个型腔。类似地，尽管在图3至图5中只示出两个模具22、24，但是应理解，本公开和本文所公开的实施方案不受所示模具的数量限制。实际上，在各种情况下，旋转总成包括模块化设计，其中可以根据需要修改模具的数量和设计。例如，当需要更少的铸件时，可以去除某些模具来适合于应用。

在某些非限制性实施方案中，第一模具22和第二模具24可以被构造成控制从熔融金属材料的热量提取，并且因此控制材料的冷却。例如，第一模具22和第二模具24可以包括各种隔离特征，其被配置成朝向旋转轴产生材料的定向凝固。后壁80a、80b的厚度可以大于侧壁76a、76b的厚度。因此，从熔融材料到模具22、24的传热可以由限定每个型腔72a、72b的壁76a、76b、80a、80b的热容量来控制。例如，模具22、24的差动隔离特征可以包括相比于在侧壁76a、76b或其区域的传热，在后壁80a、80b的增加的传热。因此，邻近后壁80a、80b的材料可以在被定位成邻近浇口60a、60b的材料之前开始凝固。以这种方式，凝固前沿可以一般在每个堆叠型腔72a、72b内从后壁80a、80b向浇口60a、60b和浇道室28行进。除建立凝固前沿之外，在各种非限制性实施方案中，通过模具22、24围绕旋转轴的旋转产生的离心铸造力一般与凝固的方向相反，由此防止熔融材料缺乏和枝晶排斥，这可能会导致由常规的固定和离心铸造技术生产的铸件中的不受控制的孔隙。例如，浇道室28、浇口60a、60b和位于凝固前沿前方的型腔72a、72b的部分可以充当储存器以强有力地将熔融材料提供给凝固前沿，以生产具有受控制的收缩孔隙的致密的铸件。

在某些非限制性实施方案中，第一模具22和第二模具24被构造成控制从熔融金属材料到模具的传热，而不会有害地降低材料的冷却速率。例如，第一模具22和第二模具24可以被构造成在凝固过程中提供各种级别的控制，同时也提供增加的凝固速率。如本领域技术人员将了解，增加的冷却速率可以有利地减少粒度，由此在室温下有益于铸件的机械性能。然而，在常规设计中的这种增加的冷却速率难以控制并且导致不受控制的收缩孔隙。相反，在各种非限制性实施方案中，第一模具22和第二模具24为永久模具和/或由包括金属材料的材料制造，以提供由于可能与模具材料相关联的高导热性引起的增加的凝固速率，以由此促进降低粒度。例如，在一个非限制性实施方案中，第一模具22和第二模具24包括永久钢模具。第一模具22和第二模具24也可以被构造成促进定向凝固，如上所述，而不牺牲粒度，这是由于例如延缓的冷却速率导致的。即，尽管可以相对于模具22、24的其他部分差动热隔离模具22、24的某些部分，但是整体冷却速率可能相对较快。例如，第一模具和第二模具可以被配置成促进被严格定义的差动冷却速率，例如，其被优化以促进形成从后壁80a、80b向浇道室28快速行进的凝固前沿。

尽管在图3至图5中未示出，但是在各种非限制性实施方案中，模具壁76a、76b、80a、80b可以包括多个隔离特征，诸如孔穴或其他隔离特征。例如，模具壁76a、76b、80a、80b可以包括多种材料，其具有各种热容量和密度以调制从熔融材料的传热。例如，孔穴或空隙可以被限定在邻近型腔的壁中。壁的降低的质量可能会限制壁从熔融材料提取热量的能力。因此，在各种非限制性实施方案中，限定孔穴的壁可以具有有限的热容量，由此限制在热饱和减少之前壁可以吸收的热能的量。因此，这些壁可以隔离型腔以控制从熔融金属材料的传热。在各种非限制性实施方案中，型腔72a、72b可以由后壁80a、80b和侧壁76a、76b限定，侧壁76a、76b包括第一侧壁部分和第二侧壁部分。在一些情况下，第一侧壁部分和第二侧壁部分可以包括相同的厚度，而在其他情况下，第一侧壁部分和第二侧壁部分的厚度可以不同。例如，当第一侧壁部分安置在两个型腔之间时，第一侧壁部分可以比只邻近单个型腔的第二侧壁部分更厚。类似地，在各种非限制性实施方案中，如图3至图5中所示，模具22、24可以通过边界层与工作台26隔离，边界层包括模具22、24和工作台26的接口表面。

图6图示根据本公开的各种非限制性实施方案的包括旋转总成100的离心铸造装置的非限制性实施方案的某些组件。旋转总成100包括八个模具102a-102h，每个模具定位在可旋转工作台104上。模具102a-102h限定被定位成围绕旋转轴的大致八边形的浇道室106，并且一般向外扩展以限定后端面108a-108h。图7图示沿线7-7截取的并且在图6中箭头的方向上的旋转总成100的横截面，并且示出分别由模具102a和102e限定的六个堆叠型腔110a和110e的垂直横截面。模具102a-102h各自包括前端面(只有前端面112a、112c-112e可见)，其被配置成围绕旋转轴密封啮合以限定浇道室106。浇道室106从工作台104延伸到凸起的封闭环114，其被构造成将熔融材料保持在浇道室106内。

浇道室在堆叠型腔110a、110e中的每个的材料供给端口116a、116e经由各自的浇口118a、118e与堆叠型腔110a、110e流体连通。堆叠型腔110a、110e各自由侧壁120a、120e和后壁122a、122e限定。为简便起见，可以相对于模具102a和102e来描述旋转总成100的各种特征。然而，应了解，在各种实施方案中，描述同样适用于一个或多个额外的模具102b-102c、102f-102h。例如，模具102c和102d的六个堆叠型腔110c、110d也可以在材料供给端口116c和116d经由浇口118c、118d与浇道室106流体连通。浇口118a、118e包括大于各自的堆叠型腔110a、110e的直径和平均横截面积的直径和平均横截面积，堆叠型腔110a、110e耦合到浇口118a、118e中的每个。例如，邻近材料供给端口116a、116e的浇口118a、118e的直径和横截面积大于材料供给端口116a、116e或型腔110c、110d的直径和横截面积。在各种非限制性实施方案中，每个浇口118a、118e定义体积，其大于由邻近浇口118a、118e的型腔110a、110e的相等长度定义的体积。

在操作中，离心铸造装置的旋转总成100利用通过旋转总成100的旋转产生的离心力，以通过离心铸造生产铸件。在一个非限制性实施方案中，离心铸造装置包括真空电弧重熔装置(未示出)，其被配置成消耗金属材料的电极以提供给坩埚，诸如水冷铜坩埚。例如，旋转总成100可以位于真空环境内，使得当电极被消耗时，可以将坩埚内的熔融金属材料提供给旋转总成100。旋转总成100一般可以包括被定位成围绕旋转轴的浇道室106，以及被限定在再多一个模具102a、102e中的两个或更多个堆叠模具型腔110a、110e。尽管在图6至图7中未详细示出，但是堆叠模具型腔110a、110e中的每个可以被构造成形成包括一个或多个铸片的铸件。当将熔融金属材料提供给浇道室106时，通过旋转总成100的旋转产生的离心力使熔融金属材料加速通过浇口118a、118e并进入铸造型腔110a、110e。在各种非限制性实施方案中，模具102a、102e可以旋转到包括100和150转每分钟(RPM)的速度。更优选地，转速可以大于150RPM。一般来说，更快的转速可以提供具有改进的结构的铸件。例如，相比于转速160RPM，转速250RPM将产生增加的离心力，这可能减少铸造零件的孔隙。在各种实施方案中，离心力的相对增加可以允许凝固速率的相对增加，以在控制定向凝固方面促进减少的粒度和/或额外的误差幅度。

当模具102a、102e从熔融金属材料提取热量时，材料开始冻结，从而产生收缩孔隙。根据各种非限制性实施方案，热量提取可以受模具的壁120a、120e、122a、122e的厚度限制。例如，在一个非限制性实施方案中，侧壁120a、120e的厚度可以小于1英寸。因此，壁120a、120e、122a、122e的厚度可以限制模具102a、102e从熔融材料吸收热能的能力。如上所述，在各种非限制性实施方案中，模具102a、102e被配置成控制材料的冷却，使得材料经受从后壁122a、122e大致朝向旋转轴或浇道室106的定向凝固。通向型腔110a、110e的浇口118a、118e的尺寸也足够大，以防止熔融材料在浇道室106中的供给从收缩孔隙被切断。因此，大部分的孔隙可以充满熔融材料。当型腔110a、110e中的材料完全凝固时，各自的铸件浇口118a、118e也冻结，这封闭了可能留在浇道室106中的铸造型腔110a、110e中的熔融材料。因此，浇口118a、118e可以在冻结后完全致密。当型腔110a、110b中的凝固的金属材料充分冷却以处理和不再氧化时，例如通过从第二模块化模具部分拧松第一模块化模具部分，可以从模具102a、102e去除铸件，这可能类似于以上关于模块化模具部分64a、64b所述的布置。可以在或接近浇口118a、118e接触浇道室106的位置从浇道室106去除铸件。因为浇口118a、118e完全致密，所以铸件内部的任何孔隙保持内部的并且可以通过HIP被去除，例如以消除铸件中的任何内部孔隙。当铸件包括多个铸片时，完全致密的铸件然后可以通过加工装备(诸如锯、割炬、磨料水射流或金属线放电加工装置)分为最终铸片。

如上面介绍的，在各种非限制性实施方案中，浇口118a、118e包括大于型腔110a、110e的最大直径或横截面积的直径或横截面积。在某些非限制性实施方案中，浇口118a、118e的增加的大小防止内部孔隙到达浇道室106。例如，浇口118a、118e可以在凝固后完全致密，从而防止内部孔隙连接到浇道室106，其中在从浇道室106去除铸件时浇口118a、118e可能后来变得暴露。因此，浇口118a、118e可以形成密度屏障以容纳内部孔隙，使得内部孔隙可以诸如通过HIP进行处理来解决。在各种非限制性实施方案中，浇口118a、118b可以在铸造型腔110a、110e与浇道室106之间形成热障。例如，浇道室106中的熔融金属材料的冷却速率可以远低于型腔110a、110e中的熔融金属材料的冷却速率，从而在铸件的最佳冷却期已发生以后很久在型腔110a、110e与浇道室106之间导致相当大的温度差。因此，浇道室106附近的粒度可以增加。然而，本文所公开的浇口118a、118e可以被配置成在铸造后紧密凝固，例如，当凝固前沿延伸穿过铸件时，但仍然在浇道室106中的熔融金属材料凝固之前。根据一个非限制性方面，凝固的浇口118a、118b也可以是完全致密的，由此在浇道室106与各自的铸造型腔110a、110e之间形成热障。

在各种非限制性实施方案中，旋转总成100包括被定位成围绕浇道室106的多个垂直堆叠的型腔110a、110e。浇道室106可以包括比被配置成注入相当数量的型腔的常规的离心铸造装置的浇道室减小的半径。在操作中，根据一个非限制性实施方案，熔融材料可以大体上同时(例如连续不断地)填充浇道室106、浇口118a、118e和垂直型腔110a、110e。例如，提供给浇道室106的熔融材料可以开始从底部到顶部同时填充浇道室106、相邻的浇口118a、118e和垂直型腔110a、110e。因此，当将熔融材料浇注到浇道室106中时，熔融材料积累形成浇道室106中增加的熔融体积，其可以被直接馈送到相邻的浇口118a、118e和垂直型腔110a、110e，而没有由于过多的移动和与旋转总成100的各种结构接触导致的过热的损失。因此，在各种非限制性实施方案中，浇道室106被配置成馈送所有铸造型腔110a、110e，同时促进保留过热。例如，在操作中，浇道室106可以被标出尺寸以接收完全填充型腔110a、110e的垂直堆叠中的型腔的熔融材料的单次浇注。例如，在一个非限制性实施方案中，浇道室被标出尺寸以接收完全填充型腔110a、110e的垂直堆叠中的每个的至少底部型腔的熔融材料的单次浇注。单次浇注的体积优选足以也完全填充浇口118a、118e和邻近完全填充的型腔110a、110e的浇道室106的体积。因此，旋转总成100可以被配置成接收可以直接从浇道室106被馈送到型腔110a、110e中的熔融材料的体积，而没有过热的损失。

根据某些非限制性实施方案，保留过热促进生产包括改进的表面质量的铸片。例如由常规的铸造技术生产的钛铝铸件的表面质量差。例如，如上所述，当熔融材料的薄层必须移动大直径浇道的半径并且随后攀爬各种结构(诸如浇道壁或浇口)，以例如从模具型腔的底部填充时，大部分的熔融材料可能无法保持过热，从而导致表面质量差。表面质量差可能需要生产比最终铸片大几毫米的铸件，使得铸件的表面可以被处理以生产所需的尺寸范围内的铸件。相反，旋转总成100可以被配置成生产铸件，其包括改进的平滑度，但没有通常在通过常规技术生产的铸件中发现的表面缺陷。因此，可以在较低的废品率和生产成本下生产铸件。

图8为根据本公开的某些非限制性实施方案的模具200的正视图。模具200包括限定七个型腔210的第一模块化部分202和第二模块化部分204。型腔210从模具200的前端面212朝向模具200的后壁214延伸并且被限定在侧壁216之间。在某些非限制性实施方案中，模具可以被构造成控制熔融材料的冷却，使得材料经受从后壁214大致朝向旋转轴或浇道室的定向凝固，浇道室可以接近模具200的前端面212。模具进一步包括浇口218，其被定位成邻近通向每个型腔210的前端面212。浇口218被标出尺寸以防止熔融材料在浇道室中的供给从收缩孔隙被切断。因此，大部分的孔隙可以充满熔融材料以生产致密的铸件。例如，浇口218包括大于型腔210的最大直径或横截面积的直径或横截面积。在某些非限制性实施方案中，浇口218的增加的大小防止内部孔隙到达浇道室。例如，浇口218可以在凝固后完全致密，从而防止内部孔隙连接到浇道室，其中在从浇道室去除铸件时浇口218可能后来变得暴露。因此，浇口218可以形成密度屏障以容纳内部孔隙，使得内部孔隙可以诸如通过HIP进行处理来解决。如上所述，在各种非限制性实施方案中，浇口218也可以在铸造型腔210与浇道室之间形成热障。因此，相比于常规的铸件，浇道室附近的粒度可以减少，因为浇口218中的材料可以在铸造后紧密凝固，例如，当凝固前沿延伸穿过铸件时，但仍然在浇道室中的熔融金属材料凝固之前。如上所述，当型腔210中的凝固材料充分冷却时，可以通过分离第一模块化部分202和第二模块化部分204从模具200去除铸件。

图9为根据本公开的各种非限制性实施方案的离心铸造装置的旋转总成300的某些组件的透视图。旋转总成300包括耦合到第一模具304和第二模具306的浇道302。浇道302被定位成围绕总成300的旋转轴并且限定浇道室308，其被构造成接收供给的熔融金属材料。浇道室308包括大致圆柱形的形状，其具有大致圆形的横截面。浇道302的外表面限定两个槽310a、310b，其用于接收模具304、306。每个模具304、306包括经由螺栓316可连接的第一模块化部分和第二模块化部分312a、312b和314a、314b，螺栓316通过被限定在模具304、306中的槽318可插入。

每个模具限定五个堆叠型腔，其中型腔320a、322a中的两个包括比三个较大的直径型腔320b、322b减小的直径。减小的直径型腔320a、322a间隔一定的距离被定位在三个较大的直径型腔320b、322b之间。如可以看到的，多个直径型腔可以在可能以单次浇注生产的铸件大小方面增加灵活性。例如，通过加强浇注，时间和产量损失可以减少。堆叠型腔320a、320b、322a、322b通过各自的浇口324a、324b、326a、326b与浇道室308流体连通。每个浇口324a、324b、326a、326b包括大于与之耦合的型腔320a、320b、322a、322b的直径和横截面积的直径和横截面积。在一个方面，浇口324a、324b、326a、326b的增加的大小防止浇口324a、324b、326a、326b的完全凝固直到在各自的型腔320a、320b、322a、322b中的材料完全凝固后为止。即，浇口324a、324b、326a、326b中的材料的至少一部分可以保持流动性，使得材料可以移动进入并填充铸造型腔320a、320b、322a、322b中的凝固的金属材料的部分。如上概述，在各种非限制性实施方案中，浇口324a、324b、326a、326b包括相对于型腔的尺寸增加的尺寸。例如，根据某些配置，关于铸件的体积和产量的最佳效率可以包括浇口324a、324b、326a、326b，其包括大于型腔320a、320b、322a、322b的横截面积的横截面积，例如在型腔320a、320b、322a、322b的横截面积的100％至150％之间。当然，在一些非限制性实施方案中，包括多达例如相应的型腔的横截面积的400％或更多的横截面积的浇口也可以被用来生产具有类似特性的铸件。然而，产量损失可能会随浇口尺寸的增加而增加。根据某些非限制性实施方案的各种配置，最佳浇口长度可以包括浇口的横截面的最大尺寸的50％至150％。此外，这些长度仅仅是某些实施方案在提供给模具的每单位体积的材料可能生产的铸件的数量方面的优化，并且除非另有规定，否则这些实例并不旨在限制。

第一模具304和第二模具306被构造成促进大致朝向旋转轴或浇道室308的定向凝固，使得离心力连续地按压熔融材料朝向铸件的凝固前沿以填充出现的收缩孔隙以便生产致密的铸件。第一模具304和第二模具306包括隔离特征，其被配置成促进朝向浇道室308的定向凝固。例如，模具304、306各自包括侧面328、330，其限定被隔开并被定位成接近浇道302的两个孔穴332a、332b、334a、334b。孔穴被配置成减少沿着模具的相应的部分的模具的热容量。模具304、306进一步限定沿着模具304、306的一部分延伸的多个上部孔穴和下部孔穴336a、336b和338a、338b。上部孔穴和下部孔穴336a、336b和338a、338b被配置成通过限制通过模具的热容量和传热速率来隔离模具的相邻部分。除通过经由孔穴或模具壁的质量改变模具部分的热容量来控制传热之外，在各种非限制性实施方案中，型腔也可以被布置成帮助控制传热。

图10图示根据本公开的各种非限制性实施方案的离心铸造的模具400的横截面。模具400包括前端面406和两个侧面408，然而只有一个侧面408被包括在横截面中。六个型腔410被限定在模具400内的各自的侧壁412与后壁414之间。

每个型腔410包括邻近锥形或减小的横截面的熔融材料供给端口416，所述横截面从材料供给端口416到后壁414逐渐变细。在各种非限制性实施方案中，前端面406可以被配置成连接到浇口或板，或在熔融材料供给端口416直接连接到浇道。例如，在一些非限制性实施方案中，模具400包括型腔410，其定义在从熔融材料供给端口416延伸的长度的一部分上减小的横截面，熔融材料供给端口416可以直接耦合到浇道或浇道室。即，横截面在型腔410的初始长度上的减小可以克服需要浇口。因此，可以在减少的产量损失和受控制的收缩孔隙下生产铸件。在各种非限制性实施方案中，包括减小的横截面的型腔410可以限定与型腔410处于同一直线上的大致逐渐变细的侧壁412，例如，大致与型腔410的中心线对齐，并且可以包括相对于型腔412的相邻侧壁412对称的锥形。在一个非限制性实施方案中，减小的横截面可以沿着离心力的方向被一般地定义和/或在与凝固的大致方向相反的大致方向上逐渐变细。例如，在一个非限制性实施方案中，型腔定义横截面(诸如锥形部分)，其一般远离熔融材料供给端口(例如，朝向型腔410的后壁414)逐渐变细。

在一个非限制性实施方案中，型腔410定义包括锥形部分的减小的横截面，其包括第一横截面和第二横截面。第二横截面小于第一横截面并且位于比第一横截面距旋转轴更大的距离处。在操作中，凝固前沿可以被形成并且大致从后壁414向第一横截面和熔融材料供给端口416定向推进。材料沿着凝固前沿的凝固可能导致凝固材料中枝晶的形成。根据各种非限制性实施方案，在凝固前沿前方的熔融材料的至少一部分可能保持熔融一段时间，在此期间，位于或靠近第二横截面的材料受到冷却并且因此收缩。以这种方式，在凝固前沿前方(例如，在或靠近第一横截面)的熔融材料可能通过离心力加速，使得熔融材料移动进入和/或在形成枝晶之间以填充出现的收缩孔隙，从而避免形成显著的空隙并且由此生产致密的铸件。以这种方式，在凝固前沿前方的模具部分(例如，位于更接近浇道室)可以充当型腔410的立管。在各种非限制性实施方案中，型腔可以包括多个锥形部分。在某些非限制性实施方案中，减小的横截面可以防止内部孔隙到达浇道室。在一个非限制性实施方案中，减小的横截面可以形成密度屏障以容纳内部孔隙，使得内部孔隙可以诸如通过HIP进行处理来解决。例如，在使用中，在或邻近减小的横截面的最大横截面(例如，在或邻近熔融材料供给端口416)的减小的横截面的至少一部分可以在凝固后完全致密，由此防止内部孔隙连接到浇道室，其中在从浇道室去除铸件时减小的横截面可能后来变得暴露。

模具400进一步包括隔离特征，其包括被限定在侧壁412中的多个孔穴418，侧壁412限定型腔410。在各种非限制性实施方案中，模具400的侧壁412也可以或替代地包括与图9中所述类似的隔离特征(诸如孔穴)。例如，被限定在侧壁412中的一个或两个中的孔穴可以被构造成改变沿着侧壁412的横向部分的模具的热容量。孔穴418被标出尺寸并被定位成促进从后壁414朝向前端面406的定向凝固。如同其他各种非限制性实施方案，孔穴418的特定长度、面积和/或位置可以被调整以适合特定参数或浇注条件，例如，浇注温度、模具体积、金属材料的相变特性、模具组成、型腔尺寸、型腔的数量和接近度，和/或模具的数量和接近度。在某些非限制性实施方案中，模具可以包括两个或更多个模块化部分。模块化部分例如可以包括水平、垂直、倾斜或开槽的横截面以帮助去除铸件。

图11图示用于根据本公开的各种非限制性实施方案的离心铸造装置的模具500。模具500包括前端面502、后端面504、上端面506、下端面508、第一侧面510和第二侧面512。四个堆叠型腔514a-514d从前端面502朝向后端面504延伸到模具500中。每个型腔514a-514d由侧壁516来限定。模具500进一步限定隔离特征，其包括被定位成围绕每个型腔514a-514d的多个孔穴526。如图所示，孔穴526围绕型腔514a-514d等距离分布。然而，在某些非限制性实施方案中，一个或多个孔穴526的数量、间距和/或尺寸可以不同。尽管在图11至图15中未示出，但是模具500可以进一步包括在或接近型腔514a-514d的部分的浇口部分，型腔514a-514d邻近模具500的前端面502。浇口部分可以被限定在模具500中或例如可以连接到前端面502。

图12至图15图示根据本公开的各种非限制性实施方案的沿着型腔514a-514d的模具500的横截面。图12至图13描绘分别沿着第一型腔514a和第二型腔514b的横截面。型腔514a、514b从模具500的前端面502延伸到各自的后壁528，后壁528被定位成邻近后端面504。型腔514a、514b大体上垂直于由前端面502限定的平面延伸。在操作中，例如，当使模具500围绕旋转轴旋转时，型腔514a、514b的角速度大体上垂直于从旋转中心延伸的半径。孔穴526大体上平行于型腔514a、514b延伸，并且被配置成减少邻近型腔514a、514b的侧壁的热容量，以及限制从熔融材料到模具500的传热速率。在说明性非限制性实施方案中，后壁528表示从熔融材料到模具的热的热量提取的完整状态。因此，可以差动控制从熔融材料的热量提取速率以促进大致从后壁528朝向前端面的定向凝固。如上所述，当使模具500旋转时，离心力可以指示熔融材料朝向和紧靠凝固前沿以减少收缩孔隙。

图14至图15图示型腔的布置的变化形式并且示出径向偏移型腔。图14图示沿着第三型腔514c的模具500的横截面，第三型腔514c从前端面502朝向后壁528延伸。如上所述，孔穴526大体上平行于型腔514c延伸，并且被配置成减少从熔融材料到模具500的传热速率。型腔514c径向偏移并且定义相对于第二型腔514b的约15度角。图15图示沿着第四型腔514d的模具500的横截面，第四型腔514d从前端面502朝向后壁528延伸。如上所述，孔穴526大体上平行于型腔514d延伸，并且被配置成减少从熔融材料到模具500的传热速率。型腔径向偏移并且定义相对于第二型腔514b的约15度角以及相对于第三型腔514c的约30度角。因此，第三型腔514a和第四型腔514b可以径向偏移，例如，型腔的中心线的角速度不垂直于源自旋转中心的半径。然而，如上所述，后壁528表示从熔融材料到模具的热的热量提取的完整状态。因此，可以差动控制从材料的热量提取速率以促进从后壁528朝向前端面的定向凝固。如上所述，当使模具500旋转时，离心力将指示熔融金属材料朝向和紧靠凝固前沿以减少收缩孔隙。

根据本公开的某些非限制性实施方案，锥形浇口结构可以适用于本文所述的离心铸造装置、旋转总成和/或模具的各种实施方案。参照图16，例如，浇口602与模具608的至少一个型腔606的输入端口604连通。浇口602可以包括锥形部分610，其被构造成邻近型腔的输入端口604。锥形部分610可以包括一个或多个锥形子部分610a、610b、610c，或可以例如实施为单个锥形部分。在某些实施方案中，锥形部分610可以实施为例如电弧，或另一种类型的几何配置。如图所示，锥形部分610可以例如围绕邻近型腔606的输入端口604的浇口602的大体上整个横截面积延伸。在其他实施方案中，锥形部分610可以围绕小于邻近型腔606的输入端口604的浇口602的部分的整个横截面积延伸。在一个非限制性实例中，锥形部分610，或其子部分610a、610b、610c可以例如定义相对于模具608中的产品或组件铸件的中心线的角度，其中定义的锥角可以在大于0度至90度的范围中。

在各种实施方案中，由浇口602的锥形部分610定义的实际或平均横截面积可能大于由模具608的型腔606的输入端口604定义的横截面积。在优选实施方案中，由浇口602的锥形部分610定义的实际或平均横截面积可以在大于由型腔606的输入端口604定义的横截面积的100％至150％的范围中。在上文参照图3至图5先前描述的一个非限制性实例中，邻近材料供给端口84a、84b的每个浇口60a、60b的直径和横截面积可以大于相邻的材料供给端口84a、84b的直径和横截面积。

发明人已发现，许多因素可以确定浇口602的锥形部分610的结构，和/或由浇口602的锥形部分610定义的横截面积与由型腔606的输入端口604定义的横截面积的比率的选择。这些选择因素可以包括(但不限于)铸造在模具608中的熔融材料的类型、组成模具608的材料的类型、所需的热力学特性(诸如加热和冷却速率或热分布)、铸造在模具608中的组件的几何形状、可能由于使用锥形部分610而发生的牺牲的产品材料或产量损失的量，和/或其他选择标准。在某些实施方案中，选择浇口的锥形部分的角度可以响应于所需的或必需的流体液体运动特性。

参照图16A，在本公开的某些非限制性实施方案中，浇口632可以例如被构造成具有大致梯形形状，以用于与模具的型腔634操作性关联。在某些实施方案中，浇口632可以例如被构造成在20度或更小的夹角下具有锥形部分636、638。可以看出，浇口632的锥形部分636、638可以沿着浇口632的纵轴的部分或大体上整个距离640延伸。距离640可以表示例如从铸造装置的浇道室(未示出)到型腔634的输入端口的距离。在某些实施方案中，在浇口632的锥形部分636、638内定义的实际或平均横截面积可以在大于由型腔634的输入端口定义的横截面积的100％至150％的范围中。在其他非限制性实施方案中，浇口632可以例如被构造成大致矩形或大致方形几何形状，以及其他类型的形状。可以看出，浇口632可以被构造成提供下斜的横截面，其从浇道室移动到型腔634的输入端口。此外，在某些非限制性实施方案中，型腔634本身可以以一定锥角逐渐变细(例如，参见图22)。

参照图17，根据本公开的某些非限制性实施方案，模具652可以被构造成具有一个或多个型腔654，其具有伸长的浇口656，如图所示。在实践中，使用这个模具652来操作铸造装置可以生产组件或零件，其可以例如通过后期铸造处理被分成或切割成子组件或子零件。例如，在型腔654中生产的组件可以后来被细分成多个子组件。在一个非限制性实例中，在型腔654中生产的组件或零件可以产生十二个子组件，其中每个这样的子组件具有在2至3的范围内的宽高比。在这个实例中，并且仅用于说明目的，每个这样的子组件可以被生产具有厚度55mm和高度150mm，从而产生约2.7的宽高比。在另一非限制性实例中，组件或子组件可以被生产具有约7.7或更多的宽高比。图18图示模具662的实例，模具662被构造成铸造单个组件，例如可以由这个组件生产具有约7.7的宽高比的多个子组件。在所示实例中，模具的浇口664可以包括一个或多个锥形部分666、668，其定义例如可以在约4至6度的范围内的近似锥角。在这个特定实施方案中也可以看出，模具662只包括单个型腔670。

在某些非限制性实施方案中，模具652可以被构造成具有一个或多个槽653、655、657，一个或多个浇口侧壁(诸如侧壁659)可以可去除地插入到一个或多个槽653、655、657中。浇口侧壁659可以包括各种不同的材料，并且可以包括与组成模具652的材料相同或不同的材料。在一个非限制性实施方案中，侧壁659可以例如实施为金属嵌件；在其他实施方案中，侧壁659可以实施为半金属或非金属组件。例如，这些侧壁659的使用允许通过选择材料填充槽653、655、657来控制传热，这些材料可能比可以用于模具652内的其他材料含有更低的热导率、热容量或其组合。槽653、655、657可能例如以圆形或方形几何形状，以及其他潜在的结构形状形成。

发明人已发现，通过使用例如图17中所示的伸长的浇口656，或通过使用例如图18中所示的模具662中的单个型腔670来铸造模具652中的组件(例如，板)可以在许多情况下降低产品的铸态孔隙度。热量提取可以通过消除在熔融材料与模具型腔之间的接触表面进一步降低。热量提取的这种降低提高了定向凝固前沿。另外，由于减弱需要执行例如铸造产品的外围加工，可能有产品的减少的产量损失。例如，可以看出，型腔654中的铸造产品的表面积与型腔654中的铸造产品的外围边缘的表面积的比率比可以在模具652的其他型腔672、674、676中铸造的组件更大。在某些非限制性实施方案中，型腔654、672、674、676中的一个或多个也可以包括操作性关联的浇口656、684、686、688，其被构造成具有一个或多个锥形部分692、694、696、698(如上所述)。

根据本公开的某些非限制性实施方案，图19图示模具702的实例，其中模具702的两个型腔704、706共享与两个型腔704、706连通的共同浇口708。共同浇口708可以用于需考虑因素的各种铸造过程，这些因素是诸如(但不限于)铸造在模具702中的熔融材料的类型、组成模具702的材料的类型、所需的热力学特性(诸如加热和冷却速率或热分布)、铸造在模具702的型腔704、706中的组件的几何形状，和/或其他标准。在某些非限制性实施方案中，型腔704、706、712、714、716中的一个或多个可以包括浇口708、722、724、726，其被构造成具有一个或多个锥形部分732、734、736、738(如上所述)。

在某些非限制性实施方案中，模具702可以被构造成具有一个或多个槽752、754、756，一个或多个浇口侧壁(诸如侧壁758)可以可去除地插入到一个或多个槽752、754、756中。浇口侧壁758可以包括各种不同的材料，并且可以包括与组成模具702的材料相同或不同的材料。在一个非限制性实施方案中，侧壁758可以例如实施为金属嵌件；在其他实施方案中，侧壁758可以实施为半金属或非金属组件。例如，这些侧壁758的使用允许通过选择材料填充槽752、754、756来控制传热，这些材料可能比可以用于模具702内的其他材料含有更低的热导率、热容量或其组合。槽752、754、756可能例如以圆形或方形几何形状，以及其他潜在的结构形状形成。

图20至图21图示根据本公开的某些非限制性实施方案构造的离心铸造装置802的实例。铸造装置802包括多个模具804、806、808、810、812、816、814、818，其从中央定位的浇道室820径向向外延伸。在各种实施方案中，模具804-818中的一个或多个可以包括多种类型的材料。例如，模具804的主体部分832可以由第一种类型的材料组成；并且模具804的后壁834可以由第二种类型的材料组成，其中第一种类型的材料不同于第二种类型的材料。材料可以是例如不同种类的金属或陶瓷材料。在某些实施方案中，后壁834可以被构造成从模具804的主体部分832可去除或可分离，诸如通过使用螺栓、螺丝或其他常规的紧固件。以这种方式，一种类型的材料可以用模具804-818中的一个或多个的另一种类型的材料交换，模具804-818须考虑诸如铸造过程目标、组件的几何形状，或热力学因素(诸如材料传热质量或热分布标准)。

在某些非限制性实施方案中，图20的铸造装置802的模具804-818中的一个或多个例如可以根据例如图22中所示的模具852来构造。模具852可以包括主体部分854，以及可以根据需要分离或连接到主体部分854的单独的后壁部分856。另外，包括在模具852内的型腔862、864、866、868、870、872中的一个或多个可以被构造成以一定锥角从模具852的前端面882到后壁部分856逐渐变细。可以了解，在铸造装置802的操作期间，使更多模具852的材料和更少型腔862-872的部分集中远离前端面882朝向后壁部分856例如可以邻近后壁部分856产生更多的散热效果。以这种方式，响应于被构造成型腔862-872的锥度的量、添加到模具852或从模具852分离的后壁部分856的材料的量，和/或分别包括主体部分854和后壁部分856的材料的类型，以及其他因素，可以调整模具852的整体热力学行为。

根据本文所述的某些非限制性实施方案，可以了解，浇口结构和用于形成产品或组件的型腔可以都具有相同的模具内的一个或多个锥形部分。在一个实例中，在图22中所示的锥形型腔结构例如可以与本文所述的各种锥形浇口结构或几何浇口结构中的一个或多个耦合。

应了解，用说明性实施方案描述本文所述的离心铸造装置和方法的某些特征。例如，为了简洁和便于理解，关于模具和型腔的数量和布置，只说明有限数量的变化。如本领域普通技术人员在阅读本文献后而变得明显，可以实施说明性实施方案和其各种替代而不限制于说明性实例。本公开也不限于说明性型腔或模具布置。例如，在各种实施方案中，模具可以包括型腔的多个垂直堆叠。堆叠型腔可以包括模具，其包括多行堆叠型腔。堆叠型腔也可以包括从旋转中心径向偏移的一个或多个型腔。例如，模具可以包括堆叠型腔，其中所有型腔径向偏移。在一些非限制性实施方案中，堆叠型腔可以包括多行堆叠型腔。尽管说明性实施方案一般示出至少材料供给端口被对齐的堆叠型腔，但是在各种非限制性实施方案中，型腔可以被堆叠使得一个或多个型腔不被对齐，例如，型腔可以在均匀或非均匀间隔下交错或偏移。

应了解，模具的配置和数量一般可以与被铸造的铸片的大小和数量以及浇道的体积有关。例如，在各种非限制性实施方案中，铸造装置可以包括被定位成围绕旋转轴的多个模具。多个模具可以各自限定多个型腔的垂直堆叠。多个型腔中的每个可以限定多个线性排列的铸片。因此，取决于配置，铸造装置的各种实施方案可以在单一的铸件运行中生产两个到数百个铸件。即，铸造装置包括例如二至十个模具，每个模具限定二至十个型腔，并且每个型腔限定二至六个铸片，铸造装置可能生产8-600个之间的铸片。

在本描述中，除了在操作实例中以外或其中另有指示，表达元件的数量或特性、成分和产品、加工条件等的所有数字应被理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，否则在相关描述中陈述的任何数值参数是近似值，其可以根据寻求根据本公开的装置和方法中得到的所需性能而变化。至少地并且不试图限制等同原则应用于权利要求书的范围，每个数值参数应至少根据具有所报告的有效数字的数值并且通过应用一般舍入技术来理解。

本公开描述离心铸造装置和其方法的各种非限制性实施方案的各种元件、特征、方面和优点。应理解，各种非限制性实施方案的某些描述已被简化，以只说明与所公开的实施方案的更清晰的理解有关的那些元件、特征和方面，同时为了简短或清楚起见消除其他元件、特征和方面。应了解，为清楚起见，描述在单独的实施方案的上下文中的某些特征也可以被组合提供在单一的实施方案中。相反，为了简短而被描述在单一的实施方案的上下文中的本发明的各种特征也可以分别地、以任何适合的子组合方式或当适合时在任何其他描述的实施方案中加以提供。例如，尽管型腔一般被示出为沿着水平操作平面延伸，但是在各种非限制性实施方案中，型腔可以在相对于水平操作平面的正角和/或负角下延伸。另外，描述在各种实施方案的上下文中的某些特征不应被认为是那些实施方案的基本特征，除非实施方案没有那些元素是不起作用的。

尽管上述描述仅已经必要地提出了有限数量的实施方案，但在相关领域的普通技术人员将了解，本领域技术人员可以对本文描述和说明的实例中的装置和方法以及其他细节进行各种变化，并且所有这些修改都将落入在此所表达的以及在所附权利要求书中的本公开的原理和范围内。根据这些方针并且在本文讨论的必要的有限数量的实施方案的精神内，本领域普通技术人员在阅读本描述后将容易地识别额外的离心铸造装置和方法，并且可以设计、构建和使用额外的离心铸造装置和方法。因此，应理解，本发明不限于本文所公开或并入的特定实施方案或方法，而是旨在覆盖在由权利要求书定义的本发明的原理和范围内作出的修改。本领域技术人员也将了解，在不脱离广泛的发明构思的情况下，可以对本文讨论的非限制性实施方案和方法作出变化。

Claims (105)

1.一种离心铸造装置，其包括：

旋转总成，其被配置成围绕旋转轴旋转，其中所述旋转总成包括：

浇道室，其被定位成围绕所述旋转轴并且被构造成接收供给的熔融材料；

第一浇口，其被定位成在离心力的大致方向上从所述浇道室接收熔融材料；

第二浇口，其被定位成在离心力的所述大致方向上从所述浇道室接收熔融材料；

第一型腔，其被定位成在离心力的所述大致方向上从所述第一浇口接收熔融材料，其中所述第一浇口包括大于所述第一型腔的相等的相邻长度的体积的体积；以及

第二型腔，其被定位成在离心力的所述大致方向上从所述第二浇口接收熔融材料；

其中所述第一型腔和所述第二型腔被堆叠。

2.根据权利要求1所述的离心铸造装置，其中所述第一浇口包括大于所述第一型腔的直径的直径。

3.根据权利要求2所述的离心铸造装置，其中所述第一浇口包括在所述第一型腔的横截面积的125％与150％之间的横截面积，以及在所述浇口的横截面的最大尺寸的50％与150％之间的长度。

4.根据权利要求1所述的离心铸造装置，其中所述第一型腔和所述第二型腔被配置成促进大致朝向所述浇道室延伸的所述第一型腔和所述第二型腔内的熔融材料的定向凝固。

5.根据权利要求1所述的离心铸造装置，其进一步包括限定所述第一型腔和所述第二型腔的模具，其中所述第一型腔和所述第二型腔中的每个由侧壁和后壁限定。

6.根据权利要求5所述的离心铸造装置，其中所述模具包括前端面，并且其中所述浇道室至少部分地由所述模具的所述前端面限定。

7.根据权利要求5所述的离心铸造装置，其中所述模具被构造成差动控制从所述第一型腔和所述第二型腔中的所述熔融材料的热量提取，以促进从所述后壁大致朝向所述浇道室延伸并且与离心力的所述大致方向相反的所述第一型腔和所述第二型腔中的熔融材料的定向凝固。

8.根据权利要求7所述的离心铸造装置，其中所述后壁中的至少一个的厚度大于所述侧壁中的至少一个的厚度。

9.根据权利要求7所述的离心铸造装置，其中所述后壁中的至少一个以及沿着所述第一型腔和所述第二型腔的所述侧壁中的至少一个包括热量提取性能，所述热量提取性能足以在所述熔融材料经受在朝向所述浇道室的大致方向上的凝固时提供凝固前沿的形成。

10.根据权利要求7所述的离心铸造装置，其中所述侧壁中的至少一个包括小于1英寸的厚度。

11.根据权利要求7所述的离心铸造装置，其中所述模具限定一个或多个孔穴，其被配置成修改从所述熔融材料到所述模具的传热速率。

12.根据权利要求1所述的离心铸造装置，其中所述浇道室被配置成大体上连续地将熔融材料提供给所述第一型腔和所述第二型腔直到所述第一型腔和所述第二型腔均充满熔融材料为止，并且其中所述第一浇口和所述第二浇口被配置成在两个型腔均充满所述熔融材料时完全浸没在所述熔融材料中。

13.根据权利要求1所述的离心铸造装置，其中所述第一型腔和所述第二型腔中的至少一个被构造成生产包括多个铸片的铸件。

14.根据权利要求1所述的离心铸造装置，其中所述旋转总成包括封闭环，其中所述封闭环包括相对于所述浇道室的凸肩。

15.根据权利要求5所述的离心铸造装置，其中所述旋转总成包括形成所述浇道的底座的楔，其中所述楔被配置成与所述模具密封啮合。

16.一种离心铸造模具，其包括：

前端面，其被配置成接收供给的熔融材料；

后端面；以及

第一型腔和第二型腔，其各自从所述前端面朝向所述后端面延伸并且由侧壁和邻近所述模具的所述后端面的后壁限定，其中所述第一型腔和所述第二型腔被堆叠，并且被配置成在从所述模具的旋转轴径向向外延伸的离心力的大致方向上接收熔融材料；

第一浇口，其限定在位于所述前端面和所述第一型腔之间的所述模具中，其中所述第一浇口被配置成在从所述模具的所述旋转轴径向向外延伸的离心力的大致方向上接收熔融材料，且其中所述第一浇口包括的体积大于所述第一型腔的相等的相邻长度的体积；

其中所述模具被构造成差动隔离所述第一型腔和所述第二型腔中的每一者，使得对于所述第一型腔和所述第二型腔中的每一者在所述后壁处从所述熔融材料的热量提取速率大于在所述侧壁处的热量提取速率，促进从所述后壁在朝向所述模具的所述旋转轴延伸的大致方向上的定向凝固。

17.根据权利要求16所述的离心铸造模具，其中所述模具限定一个或多个孔穴，其被配置成修改从所述熔融材料到所述模具的传热速率。

18.根据权利要求16所述的离心铸造模具，其中所述后壁的厚度大于所述侧壁的厚度。

19.根据权利要求16所述的离心铸造模具，其中限定所述第一型腔或所述第二型腔中的一个的所述后壁被构造成提供所述第一型腔或所述第二型腔内的熔融材料的大体上完整的热的热量提取。

20.根据权利要求16所述的离心铸造模具，其中限定所述第一型腔和所述第二型腔中的一个的所述侧壁包括小于1英寸的厚度。

21.根据权利要求16所述的离心铸造模具，其中邻近所述前端面的所述第一型腔和所述第二型腔中的每个的部分朝向所述后壁逐渐变细。

22.根据权利要求16所述的离心铸造模具，其中所述前端面被配置成限定浇道室的至少部分。

23.根据权利要求16所述的离心铸造模具，其中所述第一型腔和所述第二型腔中的至少一个被配置成生产包括多个铸片的铸件。

24.根据权利要求23所述的离心铸造模具，其中沿着所述第一型腔和所述第二型腔中的至少一个的中心线定位立管。

25.根据权利要求16所述的离心铸造模具，其中所述模具被构造成差动隔离所述第一型腔和所述第二型腔中的每一者，使得对于所述第一型腔和所述第二型腔中的每一者通过所述后壁从所述熔融材料的热量提取速率大于通过所述侧壁从所述熔融材料的热量提取速率，从而促进在从所述后壁朝向所述前端面延伸的大致方向上熔融材料的定向凝固。

26.一种离心铸造模具，其包括：

前端面，其被配置成接收供给的熔融材料；

后端面；

第一型腔，其从所述前端面朝向所述后端面延伸，所述第一型腔由侧壁和邻近所述模具的所述后端面的后壁限定；以及

第一浇口，其被限定在位于所述前端面与所述第一型腔之间的所述模具中，其中所述第一浇口包括邻近所述第一型腔的横截面积，所述邻近所述第一型腔的横截面积大于邻近所述第一浇口的所述第一型腔的横截面积，并且其中所述第一浇口被配置成在离心力的大致方向上接收熔融材料。

27.根据权利要求26所述的离心铸造模具，其中所述模具被构造成差动控制从所述第一型腔中的所述熔融材料的热量提取，以促进从所述后壁大致朝向所述第一浇口并且在大致与离心力的所述大致方向相反的方向上的定向凝固。

28.根据权利要求27所述的离心铸造模具，其中所述后壁的厚度大于所述侧壁的厚度。

29.根据权利要求27所述的离心铸造模具，其中所述后壁提供从所述第一型腔内的熔融材料的大体上完整的热的热量提取。

30.根据权利要求27所述的离心铸造模具，其中所述侧壁中的至少一个包括小于1英寸的厚度。

31.根据权利要求27所述的离心铸造模具，其中所述模具限定一个或多个孔穴，其被配置成修改从所述熔融材料到所述模具的传热速率。

32.根据权利要求27所述的离心铸造模具，其中所述前端面被配置成限定浇道室的至少部分。

33.根据权利要求26所述的离心铸造模具，其中所述第一型腔被配置成生产包括多个铸片的铸件。

34.根据权利要求26所述的离心铸造模具，其中所述模具进一步限定从所述前端面朝向所述后端面延伸的至少一个额外的型腔，其中所述至少一个额外的型腔由侧壁和邻近所述模具的所述后端面的后壁限定，并且其中所述第一型腔和所述至少一个额外的型腔被堆叠。

35.一种离心铸造模具，其包括：

前端面，所述前端面包括第一材料供给端口，其被配置成接收供给的熔融材料；

后端面；

第一型腔，其从所述第一材料供给端口朝向所述后端面延伸，所述第一型腔由侧壁和邻近所述模具的所述后端面的后壁限定；

第一浇口，其限定在位于所述前端面和所述第一型腔之间的所述模具中，其中所述第一浇口被配置成在从所述模具的旋转轴径向向外延伸的离心力的大致方向上接收熔融材料，且其中所述第一浇口包括的体积大于所述第一型腔的相等的相邻长度的体积；以及

所述第一型腔包括沿着所述型腔的长度减小的横截面积。

36.根据权利要求35所述的离心铸造模具，其中所述减小的横截面积包括第一横截面和第二横截面，其中所述第一横截面位于或靠近所述材料供给端口，并且其中所述第二横截面位于比所述第一横截面距所述材料供给端口更大的距离处。

37.根据权利要求36所述的离心铸造模具，其中所述第一横截面的横截面积大于所述第二横截面的横截面积。

38.根据权利要求35所述的离心铸造模具，其中所述前端面包括第二材料供给端口，其被配置成接收供给的熔融材料，并且其中所述模具进一步包括从所述第二材料供给端口朝向所述后端面延伸的第二型腔，所述第二型腔由侧壁和邻近所述模具的所述后端面的后壁限定，其中所述第二型腔包括沿着所述第二型腔的长度减小的横截面积。

39.根据权利要求35所述的离心铸造模具，其中所述模具被构造成促进从所述后端面朝向所述前端面的定向凝固。

40.根据权利要求35所述的离心铸造模具，其中所述前端面被构造成连接到浇道室。

41.根据权利要求35所述的离心铸造模具，其中所述第一型腔包括从所述第一型腔的所述前端面至所述后端面连续地减小的横截面积。

42.一种离心铸造模具，其包括：

前端面，所述前端面包括第一材料供给端口和第二材料供给端口，所述第一材料供给端口和所述第二材料供给端口被配置成接收供给的熔融材料；

后端面；

第一型腔，其从所述第一材料供给端口朝向所述后端面延伸，所述第一型腔由侧壁和邻近所述模具的所述后端面的后壁限定，所述第一型腔包括从所述第一型腔的所述前端面至所述后端面连续地减小的横截面积；

第一浇口，其限定在位于所述前端面和所述第一型腔之间的所述模具中，其中所述第一浇口包括邻近所述第一型腔的横截面积，所述邻近所述第一型腔的横截面积大于邻近所述第一浇口的所述第一型腔的横截面积，且其中所述第一浇口被配置成在从所述模具的旋转轴径向向外延伸的离心力的大致方向上接收熔融材料；以及

第二型腔，其从所述第二材料供给端口朝向所述后端面延伸，其中所述第二型腔由侧壁和邻近所述模具的所述后端面的后壁限定，所述第二型腔包括从所述第二型腔的所述前端面至所述后端面连续地减小的横截面积，且其中所述第一型腔和所述第二型腔被堆叠。

43.根据权利要求42所述的离心铸造模具，其中所述第一型腔和所述第二型腔中的至少一个被构造成生产包括多个铸片的铸件。

44.根据权利要求42所述的离心铸造模具，其中所述第一型腔和所述第二型腔被配置成促进从所述后壁在朝向所述模具的所述旋转轴延伸的大致方向上的定向凝固。

45.根据权利要求42所述的离心铸造模具，其中所述后壁中的至少一个的厚度大于所述侧壁中的至少一个的厚度。

46.根据权利要求42所述的离心铸造模具，其中所述侧壁中的至少一个包括小于1英寸的厚度。

47.根据权利要求42所述的离心铸造模具，其中所述模具限定一个或多个孔穴，其被配置成修改从所述熔融材料到所述模具的传热速率。

48.一种离心铸造装置，其包括：

旋转总成，其被配置成围绕旋转轴旋转，其中所述旋转总成包括：

浇道室，其被定位成围绕所述旋转轴并且被构造成接收供给的熔融材料；

第一浇口，其被定位成在离心力的大致方向上从所述浇道室接收熔融材料；

第二浇口，其被定位成在离心力的所述大致方向上从所述浇道室接收熔融材料；

第一型腔，其被定位成在离心力的所述大致方向上从所述第一浇口接收熔融材料，其中所述第一浇口包括邻近所述第一型腔的直径，所述邻近所述第一型腔的直径大于邻近所述第一浇口的所述第一型腔的直径；以及

第二型腔，其被定位成在离心力的所述大致方向上从所述第二浇口接收熔融材料；

其中所述第一型腔和所述第二型腔被堆叠。

49.根据权利要求48所述的离心铸造装置，其进一步包括限定所述第一型腔和所述第二型腔的模具，其中所述第一型腔和所述第二型腔中的每个由侧壁和后壁限定。

50.根据权利要求49所述的离心铸造装置，其中所述模具包括前端面，并且其中所述浇道室至少部分地由所述模具的所述前端面限定。

51.根据权利要求49所述的离心铸造装置，其中所述模具被构造成差动控制从所述第一型腔和所述第二型腔中的所述熔融材料的热量提取，以促进从所述后壁大致朝向所述浇道室延伸并且与离心力的所述大致方向相反的所述熔融材料的定向凝固。

52.根据权利要求51所述的离心铸造装置，其中所述后壁中的至少一个的厚度大于所述侧壁中的至少一个的厚度。

53.一种离心铸造装置，其包括：

旋转总成，其被配置成围绕旋转轴旋转，其中所述旋转总成包括：

浇道室，其被定位成围绕所述旋转轴并且被构造成接收供给的熔融材料；

第一浇口，其被定位成在离心力的大致方向上从所述浇道室接收熔融材料；

第二浇口，其被定位成在离心力的所述大致方向上从所述浇道室接收熔融材料；

第一型腔，其被定位成在离心力的所述大致方向上从所述第一浇口接收熔融材料，其中所述第一浇口包括:

邻近所述第一型腔的直径，所述邻近所述第一型腔的直径大于邻近所述第一浇口的所述第一型腔的直径、

邻近所述第一型腔的横截面积，所述邻近所述第一型腔的横截面积介于邻近所述第一浇口的所述第一型腔的横截面积的125％与150％之间、以及

长度，所述长度介于所述第一浇口的横截面的最大尺寸的50％与150％之间；

以及

第二型腔，其被定位成在离心力的所述大致方向上从所述第二浇口接收熔融材料；

其中所述第一型腔和所述第二型腔被堆叠。

54.根据权利要求53所述的离心铸造装置，其进一步包括限定所述第一型腔和所述第二型腔的模具，其中所述第一型腔和所述第二型腔中的每个由侧壁和后壁限定，且其中所述模具被构造成差动控制从所述第一型腔和所述第二型腔中的所述熔融材料的热量提取，以促进从所述后壁大致朝向所述浇道室延伸并且与离心力的所述大致方向相反的所述第一型腔和所述第二型腔中的熔融材料的定向凝固。

55.根据权利要求54所述的离心铸造装置，其中所述后壁中的至少一个以及沿着所述第一型腔和所述第二型腔的所述侧壁中的至少一个包括热量提取性能，所述热量提取性能足以在所述熔融材料经受在朝向所述浇道室的大致方向上的凝固时提供凝固前沿的形成。

56.根据权利要求54所述的离心铸造装置，其中所述侧壁中的至少一个包括小于1英寸的厚度。

57.根据权利要求54所述的离心铸造装置，其中所述模具限定一个或多个孔穴，其被配置成修改从所述熔融材料到所述模具的传热速率。

58.一种离心铸造模具，其包括：

前端面，其被配置成接收供给的熔融材料；

后端面；以及

第一型腔和第二型腔，其各自从所述前端面朝向所述后端面延伸并且由侧壁和邻近所述模具的所述后端面的后壁限定，其中所述第一型腔和所述第二型腔被堆叠，并且被配置成在从所述模具的旋转轴径向向外延伸的离心力的大致方向上接收熔融材料；

第一浇口，其限定在位于所述前端面和所述第一型腔之间的所述模具中，其中所述第一浇口包括大于所述第一型腔的横截面积的横截面积，且其中所述第一浇口被配置成在从所述模具的所述旋转轴径向向外延伸的离心力的大致方向上接收熔融材料；

其中所述模具被构造成差动隔离所述第一型腔和所述第二型腔中的每一者，使得在所述第一型腔和所述第二型腔的每一者中在所述后壁处从所述熔融材料的热量提取速率大于在所述侧壁处的热量提取速率，以促进从所述后壁在朝向所述模具的所述旋转轴延伸的大致方向上的定向凝固。

59.根据权利要求58所述的离心铸造模具，其中所述模具被构造成差动隔离所述第一型腔和所述第二型腔中的每一者，使得在所述第一型腔和所述第二型腔的每一者中通过所述后壁从所述熔融材料的热量提取速率大于通过所述侧壁从所述熔融材料的热量提取速率，从而促进在从所述后壁朝向所述前端面延伸的大致方向上熔融材料的定向凝固。

60.一种离心铸造模具，其包括：

前端面，所述前端面包括第一材料供给端口，其被配置成接收供给的熔融材料；

后端面；

第一型腔，其从所述第一材料供给端口朝向所述后端面延伸，所述第一型腔由侧壁和邻近所述模具的所述后端面的后壁限定；

第一浇口，其限定在位于所述前端面和所述第一型腔之间的所述模具中，其中所述第一浇口包括邻近所述第一型腔的横截面积，所述邻近所述第一型腔的横截面积大于邻近所述第一浇口的所述第一型腔的横截面积，且其中所述第一浇口被配置成在从所述模具的旋转轴径向向外延伸的离心力的大致方向上接收熔融材料；以及

所述第一型腔包括沿着所述型腔的长度减小的横截面积。

61.根据权利要求60所述的离心铸造模具，其中所述第一型腔包括从所述第一型腔的所述前端面至所述后端面连续地减小的横截面积。

62.一种离心铸造模具，其包括：

前端面，所述前端面包括第一材料供给端口和第二材料供给端口，所述第一材料供给端口和所述第二材料供给端口被配置成接收供给的熔融材料；

后端面；

第一型腔，其从所述第一材料供给端口朝向所述后端面延伸，所述第一型腔由侧壁和邻近所述模具的所述后端面的后壁限定，所述第一型腔包括从所述第一型腔的所述前端面至所述后端面连续地减小的横截面积；

第一浇口，其限定在位于所述前端面和所述第一型腔之间的所述模具中，其中所述第一浇口被配置成在从所述模具的旋转轴径向向外延伸的离心力的大致方向上接收熔融材料，且其中所述第一浇口包括的体积大于所述第一型腔的相等的相邻长度的体积；以及

第二型腔，其从所述第二材料供给端口朝向所述后端面延伸，其中所述第二型腔由侧壁和邻近所述模具的所述后端面的后壁限定，所述第二型腔包括从所述第二型腔的所述前端面至所述后端面连续地减小的横截面积，且其中所述第一型腔和所述第二型腔被堆叠。

63.一种生产金属材料的铸件的方法，所述方法包括：

定位旋转总成，其包括多个浇口和围绕浇道室放置的多个型腔，使得所述多个浇口和所述多个型腔被定位成当所述旋转总成旋转时在离心力的大致方向上从所述浇道室接收熔融金属材料，其中所述多个浇口中的每个耦合到所述多个型腔中的一个，其中所述多个型腔中的至少两个被堆叠，并且其中所述多个浇口中的每个被定位并被定制尺寸以接收一定体积的熔融金属材料，所述一定体积大于与所述浇口耦合的相邻的相等长度的型腔的体积；

使所述旋转总成旋转；以及

将熔融金属材料输送到所述浇道室。

64.根据权利要求63所述的方法，其中将所述熔融金属材料输送到所述浇道室包括将所述熔融金属材料浇注到所述浇道室中直到所述熔融金属材料完全浸没所述多个浇口。

65.根据权利要求64所述的方法，其中所述多个浇口中的每个被定位并被标出尺寸以接收一定体积的所述熔融金属材料，所述一定体积的所述熔融金属材料具有大于与所述浇口耦合的所述型腔的横截面的横截面。

66.根据权利要求64所述的方法，其中经由重力、压力和真空中的至少一者将所述熔融金属材料输送到所述浇道室。

67.根据权利要求63所述的方法，其进一步包括：

使在所述多个型腔中的每个型腔内的一部分所述熔融金属材料凝固，且其中所述旋转总成经构造以便所述熔融金属材料在所述多个型腔中的至少一者内定向凝固。

68.根据权利要求67所述的方法，其中所述型腔内的所述熔融金属材料在从型腔的后壁朝向所述浇道室且与所述旋转总成旋转时离心力的所述大致方向相反的方向上定向凝固。

69.根据权利要求67所述的方法，其中所述型腔的每个被差动热隔离从而促进在其内接收的熔融金属材料的定向凝固。

70.根据权利要求69所述的方法，其中所述型腔内的所述熔融金属材料在从型腔的后壁朝向所述浇道室且与所述旋转总成旋转时离心力的所述大致方向相反的方向上定向凝固。

71.根据权利要求67所述的方法，其中对于所述型腔中的每一者，在型腔的后壁处从所述熔融金属材料的热量提取速率大于在所述型腔的侧壁处从所述熔融金属材料的热量提取速率，从而促进所述型腔内的所述熔融金属材料的定向凝固。

72.根据权利要求71所述的方法，其中所述型腔内的所述熔融金属材料在从所述型腔的所述后壁朝向所述浇道室且与所述旋转总成旋转时离心力的所述大致方向相反的方向上定向凝固。

73.根据权利要求67所述的方法，其中所述旋转总成经构造以便差动控制从在所述型腔内接收的所述熔融金属材料的热量提取，以促进所述型腔内的所述熔融金属材料的定向凝固。

74.根据权利要求73所述的方法，其中所述型腔内的所述熔融金属材料在从所述型腔的后壁朝向所述浇道室且与所述旋转总成旋转时离心力的所述大致方向相反的方向上定向凝固。

75.根据权利要求63所述的方法，其中所述旋转总成进一步包括与所述多个型腔相邻的多个孔穴，从而修改从在所述型腔中接收的熔融金属材料的热量提取速率。

76.根据权利要求63所述的方法，其中所述型腔的每个被标出尺寸以形成最终铸片。

77.根据权利要求63所述的方法，其中所述旋转总成由包括铁、铁合金、钢、半金属材料和石墨中至少一者的材料制造。

78.一种装配离心铸造装置的方法，所述方法包括：

将楔定位在旋转轴上；

将至少两个根据权利要求35-41、58、59和62中任一权利要求所述的模具定位成与所述楔密封啮合；以及

限定浇道室，其被构造成接收熔融材料，其中至少一部分的所述浇道室由所述至少两个模具的所述前端面的至少一部分所限定。

79.根据权利要求78所述的方法，其中所述楔被定位在所述浇道室的第一端，并且其中所述方法进一步包括将封闭环定位在所述浇道室的第二端。

80.根据权利要求79所述的方法，其中将所述封闭环定位包括形成所述封闭环的内部凸肩，所述内部凸肩与所述浇道室足以提高所诉熔融材料的密闭度。

81.根据权利要求79所述的方法，其中将所述封闭环定位包括形成所述封闭环的外部凸肩，所述外部凸肩与所述浇道室足以捕捉所述熔融材料。

82.根据权利要求78所述的方法，其进一步包括将坩埚定位于与所述浇道室相邻。

83.根据权利要求78所述的方法，其进一步包括将限定所述浇道室的第一和第二浇道部分定位于与所述至少两个模具和所述旋转轴相邻，从而密封所述浇道室。

84.根据权利要求78所述的方法，其中所述至少两个型腔的每一者包括后壁和至少一个侧壁，其中所述后壁中的厚度大于所述至少一个侧壁中的厚度。

85.根据权利要求84所述的方法，其中对于所述至少两个型腔中的每一者，在型腔的后壁处从熔融金属材料的热量提取速率大于在所述型腔的侧壁处从熔融金属材料的热量提取速率，从而促进所述型腔内的所述熔融金属材料的定向凝固。

86.一种被构造成与离心铸造装置的旋转总成操作性关联的模具，所述模具包括：

至少一个型腔，其具有输入端口，所述输入端口被构造成在通过所述旋转总成的旋转产生的离心力的大致方向上接收熔融材料；以及

浇口，其与所述至少一个型腔的所述输入端口连通，其中所述浇口包括至少一个锥形部分，其被定位成邻近所述至少一个型腔的所述输入端口，其中由所述浇口的所述至少一个锥形部分定义的平均横截面积大于由所述至少一个型腔的所述输入端口定义的横截面积。

87.根据权利要求86所述的模具，其中所述至少一个锥形部分包括多个锥形子部分。

88.根据权利要求86所述的模具，其中所述锥形部分围绕邻近所述至少一个型腔的所述输入端口的所述浇口的部分的大体上整个横截面积延伸。

89.根据权利要求86所述的模具，其中所述至少一个锥形部分从所述至少一个型腔的所述输入端口延伸纵向距离。

90.根据权利要求89所述的模具，其中所述纵向距离从所述至少一个型腔的所述输入端口延伸到所述旋转总成的浇道室。

91.根据权利要求86所述的模具，其中所述至少一个锥形部分围绕小于邻近所述至少一个型腔的所述输入端口的所述浇口的部分的整个横截面积延伸。

92.根据权利要求86所述的模具，其中所述至少一个锥形部分定义在大于0度至90度的范围中的锥角。

93.根据权利要求86所述的模具，其中由所述浇口的所述至少一个锥形部分定义的所述平均横截面积是在大于由所述至少一个型腔的所述输入端口定义的所述横截面积的100％至150％的范围中。

94.根据权利要求86所述的模具，其中所述至少一个型腔包括所述至少一个锥形部分。

95.一种被构造成与离心铸造装置的旋转总成操作性关联的铸造模具，所述铸造模具包括：

至少一个型腔，其具有输入端口，所述输入端口被构造成在通过所述旋转总成的旋转产生的离心力的大致方向上接收熔融材料；以及

浇口，其与所述至少一个型腔的所述输入端口连通，其中所述浇口包括至少一个锥形部分，该至少一个锥形部分被定位成邻近所述至少一个型腔的所述输入端口，并且其中一定长度的所述浇口的体积大于相等长度的所述至少一个型腔的体积；

其中所述铸造模具为可重复使用的铸造模具。

96.根据权利要求95所述的铸造模具，其中所述铸造模具包括铁、铁合金、钢和石墨中的至少一者。

97.根据权利要求95所述的铸造模具，其中所述铸造模具为可重复使用的钢模具。

98.根据权利要求95所述的铸造模具，其中所述至少一个锥形部分包括多个锥形子部分。

99.根据权利要求95所述的铸造模具，其中所述锥形部分围绕下述的面积进行延伸：该面积是指邻近所述至少一个型腔的所述输入端口的所述浇口的部分的大体上整个横截面积。

100.根据权利要求95所述的铸造模具，其中所述至少一个锥形部分从所述至少一个型腔的所述输入端口延伸纵向距离。

101.根据权利要求100所述的铸造模具，其中所述纵向距离从所述至少一个型腔的所述输入端口延伸到所述旋转总成的浇道室。

102.根据权利要求95所述的铸造模具，其中所述至少一个锥形部分围绕小于下述的面积进行延伸：该面积是指邻近所述至少一个型腔的所述输入端口的所述浇口的部分的整个横截面积。

103.根据权利要求95所述的铸造模具，其中所述至少一个锥形部分定义在大于0度至90度的范围中的锥角。

104.根据权利要求95所述的铸造模具，其中由所述浇口的所述至少一个锥形部分定义的平均横截面积大于由所述至少一个型腔的所述输入端口定义的横截面积。

105.根据权利要求103所述的铸造模具，其中由所述浇口的所述至少一个锥形部分定义的所述平均横截面积是在大于由所述至少一个型腔的所述输入端口定义的所述横截面积的100％至150％的范围中。