CN1296158C - 用于在端开式模具的模腔中浇铸熔融金属的方法和装置 - Google Patents

Abstract

当起动材料体(70)已置于介于起动块(60)与横穿模腔轴线(12)的模腔的第一横截面平面(72)之间的模腔(4)中时，该起动块开始沿着轴线作往复运动，并且起动材料体开始与该起动块前后纵列地穿过一系列第二横截面平面(74)作往复运动，熔融金属层(76)连续地叠置在接近模腔的第一横截面平面的起动材料体上，诸层在其自身的扩张力的作用下迅速地从轴线相对周边向外扩张。本发明用浇铸表面(62)来限制诸层相对周边向外的扩张，该浇铸表面环绕模腔轴线周边向外地扩张成喇叭形，以使产生于各层中的热收缩力可抵消扩张力。

Description

用于在端开式模具的模腔中浇铸熔融金属的方法和装置

技术领域

本发明涉及在端开式模具的模腔中浇铸熔融金属，尤其涉及在将熔融金属铸造成为保持其形状的成品期间对流过模腔的该熔融金属的周边限制。

背景技术

目前，端开式模具的模腔具有入口端部分、排放端开口、延伸在模腔的排放端开口与入口端部分之间的轴线、以及环绕位于模腔的排放端开口与入口端部分之间的模腔轴线设置、以便在金属流经模腔期间将熔融金属限制在模腔内的壁。当要执行浇铸作业时，起动块缩合在模腔的排放端开口内。该起动块沿着模腔轴线作往复运动，但它最初位于该开口内，同时熔融起动材料体置于介于起动块与延伸横穿模腔轴线的模腔的第一横截面平面之间的模腔中。继而，当起动块沿着模腔轴线自该模腔向外地作往复运动，并且起动材料体与起动块前后纵列地穿过延伸横穿其轴线的模腔的一系列第二横截面平面作往复运动，其在横穿模腔轴线的诸平面内的横截面积小于由位于模腔的第一横截面平面内的模腔壁所限定的横截面积的连续的熔融金属层叠置在接近模腔的第一横截面平面的起动材料体上。由于它们较小的横截面积，因而在相应各层内具有用于使该层自模腔轴线接近其第一横截面平面相对周边向外地进行扩张的扩张力。该层扩张直到由于模腔壁与模腔的第一横截面平面成直角而由该壁阻截为止，于是该层被迫以陡直的直角转入到模腔的一系列第二横截面平面内，并途经平行于该壁、即与第一横截面平面相垂直的路程。同时，在触及该壁时，该层开始经受热收缩力，且该热收缩力及时有效地抵消扩张力，于是在其中一个第二横截面平面中出现了“固相”状态。接着，随着该层成为新形成的金属体的一完整的部分，该层通过金属体内的模腔，它脱离壁开始收缩。

在模腔的第一横截面平面与其中发生“固相”的模腔的第二横截面平面之间，该层被迫与模腔壁紧密接触，这种接触会带来摩擦，该摩擦会反作用于该层的移动，并往往会使该层的外周表面发生撕裂，甚至会达到使该层和与其相邻的诸层分离的程度。因此，本技术领域中的从业人员长久以来试图找到用润滑剂润滑介于相应诸层与壁之间的界面、或者在介于两者之间的界面处使它们彼此分离的方法。他们还找到了用于缩短介于相应诸层与壁之间的接触带宽度的方法。他们的努力已带来了包括美国专利4,598,763号和美国专利5,582,230号在内的多种策略。在美国专利4,598,763号中，它在壁与层之间置入含油的加压气袋，以使它们彼此分离。在美国专利5,582,230号中，先在金属体的周围施加冷却液喷雾，然后再将该喷雾喷到金属体上，由此来缩短接触带的宽度。他们的努力还带来了多种润滑剂；虽然在他们的共同努力下已在用润滑剂润滑和/或使层与壁分离的方面取得了一定的成绩，但同时他们也带来了涉及润滑剂自身的一个不同类型的新问题。即，穿过介于层与壁之间的界面进行交换的热量较高，而这种高热会使润滑剂分解。其分解产物又通常会与界面内的外界空气起反应而形成金属氧化物微粒等，它们会在界面处变成“粗齿锯(ripper)”，并接着沿着用此方法所生产的任何产品的轴向尺寸形成所谓的“拉链(zipper)”。该高热甚至可使润滑剂燃烧，从而向冷的表面状态上形成热金属，因此，不管任何润滑剂也并没有大大地缓和摩擦力。

发明内容

本发明完全脱离了已有技术中用润滑剂来润滑或使介于层与壁之间的界面处的层与壁相分离的多种策略，并脱离了已有技术中用于缩短介于层与壁之间的接触带的多种策略。取而代之的是，本发明消除了引起须要由这些已有技术中的策略来解决问题的、发生在层与壁之间的“对抗”。取而代之的是，本发明替用一种用于在熔融金属流经模腔期间、限制模腔内相应诸层的相对周边向外地扩张的全新策略。

根据本发明，将相应的熔融金属层相对周边向外的扩张限制在模腔的第一横截面平面中的模腔的第一横截面区域内，同时可使这些相应诸层以相对模腔轴线的相对周边向外的倾角自第一横截面区域的周线相对周边向外地进行扩张，这样，这些层呈现位于模腔的第二横截面平面内的该模腔周边向外递增的横截面区域。此外，当诸层呈现模腔的向外递增的横截面区域时，在相应诸层中产生热收缩力，并且，控制相应诸层中热收缩力的大小，以使热收缩力抵消模腔的其中一个第二横截面平面的相应诸层内的扩张力，并由此当金属体变得能保持其形状时，在金属体上给予一种不受模腔限制的周线。这样，就无须再用壁或某些其它的限边装置来限制诸层了，但就像父母教小孩子走路一样，父母通常伸出一只手臂让小孩子倚靠，接着父母逐渐退后离开小孩子，诸如通过采用阻挡装置在诸层的外周上也给予它们同样的这种被动的支撑，并“鼓励”它们自己聚集在一起，以构成它们自己所选择的粘着在一起的表皮，而不是由环形壁等强加于其上的。同样，一旦热收缩力可取代阻挡装置时，就撤去该阻挡装置，以便从本质上消除诸层与任何限制媒体之间的接触。这就意味着无须再用润滑剂润滑或缓和诸层与限边装置之间的界面，但这并不排除会继续环绕诸层使用润滑或缓和媒质。事实上，在本发明目前现有的大多数较佳实施例中，环绕位于模腔的第二横截面平面内的熔融金属层设置加压气袋。一般，环绕位于模腔的第二横截面平面内的熔融金属层还设置油环；在某些实施例中，还环绕诸层设置含油的加压气袋，如美国专利4,598,763号所示。含油的加压气袋一般是通过将加压气体和油在模腔的第二横截面平面处排放到该模腔中去所形成的，并且最好是同时排放。

热收缩力一般是通过从沿自模腔轴线相对周边向外的方向、在模腔的第二横截面平面内从相应诸层中提取热量所产生的。例如，在本发明目前众多的较佳实施例中，热量是通过环绕模腔的第二横截面区域的周线可运作地设置传热媒体、并通过媒体从诸层中提取热量所去除的。在本发明目前某些较佳实施例中，环绕模腔的第二横截面区域的周线设置传热阻挡装置，并通过阻挡装置从诸层中提取热量，例如，通过环绕阻挡装置设置环状腔、并使冷却液通过该腔进行循环而将热量从层中去除的。

热量还可通过金属体自身从诸层中去除，诸如通过将冷却液自模腔的第一横截面平面排放到处于模腔的一个第二横截面平面的相对侧的金属体上而将热量从诸层中去除的。较佳地，冷却液被排放到介于延伸横穿模腔轴线、且与由金属体的连续收敛等温线所形成的槽形模型的底部和边缘相一致的诸平面之间的金属体上去。冷却液是从环绕模腔轴线设置而处于模腔的一个第二横截面平面与其排放端开口之间的环状部分排放到金属体上去的；或者该冷却液是从环绕模腔轴线设置而处于来自模腔的一个第二横截面平面的该模腔的排放端开口的另一侧上的环状部分排放到金属体上去的。较佳地，冷却液是从置于环绕模腔轴线的环状部分内、且被分成若干行的一系列孔进行排放的，其中相应的孔行与行之间是彼此交错的，如美国专利5,582,230号。

在本发明目前某些较佳实施例中，环状部分环设在模具上、模腔的内周处，在其它的实施例中，该环状部分相对模腔的外部环设在模具上、接近其排放端开口。

在本发明目前某些较佳实施例中，在延伸横穿模腔轴线、且位于模腔的一个第二横截面平面与其排放端开口之间的横截面平面内产生重新生成的阻挡效应，从而引起再脱离，以便再次进入金属体。

有时，将足够的熔融金属层叠置在起动材料体上，以使金属体沿模腔轴向延伸。当这样实施时，可将该细长的金属体再分割成连续的纵向段，另外，可对各个纵向段进行后处理，诸如进行对其进行后锻造加工。

在图示于部分附图中的实施例组中，环绕模腔轴线设置阻挡装置，以便将相应诸层相对周边向外的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内。该阻挡装置可为电磁装置、气刀组或任何其它的此类阻挡装置。然而，如图所示，在某些实施例中，阻挡装置具有环绕模腔轴线设置的一系列环状表面，用以将诸层相对周边向外的扩张限制在模腔的第一横截面区域内，同时可使相应诸层呈现位于模腔的第二横截面平面内的该模腔周边向外递增的横截面区域。在某些实施例中，各环状表面彼此轴向连续设置，但在模腔相应的第一和第二横截面平面内彼此相对周边向外地交错，且相对模腔轴线沿相对周边向外倾斜的倾角取向，以使相应诸层呈现位于模腔的第二横截面平面内的该模腔周边向外递增的横截面区域。在一组特殊的实施例中，环状表面沿模腔轴向彼此相连以形成环状裙部。如图所示，裙部可形成在模腔壁或其它限边装置上其内周处，诸如介于模腔的第一横截面平面与其排放端开口之间。

壁的一部分是由石墨铸环所形成的，并且裙部是环绕环的内周形成在该环上的。

裙部可具有环绕其内周的直线形喇叭口，或者它可具有环绕其内周的曲线形喇叭口。

除用作为一种用于在模腔的一个第二横截面平面处的金属体上给予不受模腔限制的周线的方法之外，本发明还可用作为一种在周线内形成任何想要的形状、并在由该周线所限定的横截面区域内形成任何想要的尺寸大小的方法。此外，当模腔轴线以任何想要的方式相对垂直方向取向时，可形成想要的形状和/或尺寸大小。例如，可使模腔轴线沿垂直取向，可将第一横截面区域限制在一种圆形周线内，并且本发明可用于在处于模腔的一个第二横截面平面的金属体上给予一种非圆形周线。或者，可使模腔轴线与垂直方向以一角度取向，可将第一横截面区域限制在一种圆形周线内，并且本发明可用于在处于模腔的一个第二横截面平面的金属体上给予一种圆形周线。再或者，可使模腔轴线垂直取向或者与垂直方向以一角度取向，可将第一横截面区域限制在一种非圆形周线内，并可在处于模腔的一个第二横截面平面的金属体上给予一种非圆形周线。同时，倘若需要的话，将模腔的第一横截面区域限制在用于第一浇铸作业的第一尺寸内，接着又将其限制在用于同一模腔中的第二浇铸作业的不同的第二尺寸内，以改变在第一至第二浇铸作业中在金属体上、模腔的一个第二横截面平面处所给定的横截面积的尺寸。

在本发明目前众多的较佳实施例中，使模腔轴线垂直取向，限制第一横截面区域的周线，并使由环绕层周线设置在模腔的第二横截面平面内的诸层相应的有角度地连续的局部环状部分中所产生的有关的热收缩力、和诸层相应的局部环状部分可使自第一横截面区域的周线扩张到一系列第二横截面平面中以呈现其第二横截面区域时的有关的角度所组成的组群中的至少一个控制参数发生变化，以便在金属体上、模腔的一个第二横截面平面处所给定的周线中形成所需的形状。此外，在形成想要的形状中，可使一个控制参数发生变化，以便抵消在位于彼此相对地穿过位于平行于模腔轴线延伸的该模腔的第三横截面平面内的该模腔有角度地连续的局部环状部分中所存在的相应的扩张力与热收缩力间的差异之间的变化。或者，可使一个控制参数发生变化，以便在上述模腔的第三横截面平面中的上述差异之间创建变化。

综上所述，使环绕层的周边设置、且位于模腔的对置侧上的诸层的那些有角度地连续的局部环状部分中所产生的热收缩力相等，以使在模腔的一个第二横截面平面的相应的互相相对的局部环状部分之间所产生的热应力平衡。在那些实施例中，例如，热收缩力是通过从模腔的第二横截面平面内的诸层的有角度地连续的局部环状部分中提取热量所产生的，并且位于模腔的对置侧上诸层的局部环状部分中的热应力是通过使介于诸层相应的互相相对的局部环状部分之间所产生的除热速度发生变化来平衡的。热量是通过将冷却液自模腔的第一横截面平面排放到处于模腔的一个第二横截面平面的相对侧的金属体上来去除的，并且通过使排放到环绕其周边设置的金属体的各个有角度地连续的局部环状部分上去的冷却液的体积发生变化，可改变从诸层互相相对的局部环状部分中提取热量的速度。

通过改变将模腔的第一横截面平面中的第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围可改变将第一横截面区域在相应的第一和第二浇铸作业中限制于其内的尺寸大小。

当阻挡装置环绕模腔轴线设置、以便将诸层的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内时，通过将阻挡装置和模腔的第一和第二横截面平面彼此相对地移动了改变将模腔的第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围。此外，通过改变叠置在起动材料体上的熔融金属的体积以使诸平面相对阻挡装置移动；或者通过使阻挡装置绕横过模腔轴线的转轴转动来使阻挡装置与诸平面彼此相对移动，可使阻挡装置和诸平面彼此相对移动。

通过将阻挡装置分成诸对阻挡装置、将相应的诸对阻挡装置环绕模腔轴线设置在模腔的组对相对侧上、并使相应的诸对阻挡装置彼此相对且与模腔轴线交叉地移动，可改变将第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围。此外，其中一对阻挡装置可简单地彼此相对且与模腔轴线交叉地作往复运动，以使诸对阻挡装置彼此相对移动；或者，另一对阻挡装置绕横穿模腔轴线的转轴转动，以使诸对阻挡装置彼此相对移动。

通过将阻挡装置分成一对阻挡装置、将该对阻挡装置绕模腔轴线彼此轴向连续地设置、并例如通过将该对阻挡装置沿模腔轴向彼此倒转来使该对阻挡装置彼此相对地沿模腔轴向移动，可改变周线的周边范围。

在本发明目前某些较佳实施例中，热收缩力产生于所有的环绕诸层的周线设置的有角度地连续的局部环状部分中。

在结构上，本发明包括构成一种端开式模具的模腔的上述设备和伴随这些设备且用于当将熔融金属在模腔内浇铸成保持其形状的金属体的上述目的的装置的组合。该模腔具有入口端部分、排放端开口和延伸在模腔的排放端开口与入口端部分之间的轴线。如上所述，通过使熔融金属流入模腔的入口端部分而将熔融金属在模腔内浇铸成保持其形状的金属体，同时缩合在模腔的排放端开口内的起动块沿着模腔轴线自模腔相对向外地作往复运动，置于起动块与延伸横穿模腔轴线的该模腔的第一横截面平面之间的起动材料体与起动块前后纵列地穿过延伸横穿模腔轴线的该模腔的一系列第二横截面平面作往复运动，连续的熔融金属层叠置在起动材料体上接近模腔的第一横截面平面，以便具有用于使这些层自模腔轴线接近其第一横截面平面相对周边向外地进行扩张的扩张力。伴随该设备的装置包括用于将相应的熔融金属层相对周边向外的扩张限制在模腔的第一横截面平面中的模腔的第一横截面区域内的装置，该装置同时可使这些相应诸层以相对模腔轴线的相对周边向外的倾角自第一横截面区域的周线相对周边向外地进行扩张、这样，这些层呈现位于模腔的第二横截面平面内的该模腔周边向外递增的第二横截面区域。该伴随装置还包括：用于当诸层呈现第二横截面区域时、在相应诸层中产生热收缩力的装置，以及用于控制相应诸层中热收缩力的大小的装置，该装置由此可使热收缩力抵消模腔的其中一个第二横截面平面的相应诸层内的扩张力，并由此当金属体变得能保持其形状时在金属体上给予一种不受模腔限制的周线。

该设备与伴随装置还可包括用于环绕位于模腔的第二横截面平面内的熔融金属层设置加压气袋的装置；以及/或者用于环绕位于模腔的第二横截面平面内的熔融金属层设置含油的加压气袋的装置。此外，该组合还可包括用于环绕位于模腔的第二横截面平面内的熔融金属层设置含油的加压气袋的润滑装置。可使该润滑装置运作，以便将加压气体和油在模腔的第二横截面平面处排放到该模腔中去。

用于产生热收缩力的装置可包含有用于从沿自模腔轴线相对周边向外的方向、在模腔的第二横截面平面内从相应诸层中提取热量的装置。该除热装置可包含有环绕模腔的第二横截面区域的周线可运作地设置的传热媒体和用于通过该媒体从诸层中提取热量的装置。例如，可环绕模腔的第二横截面区域的周线设置的传热阻挡装置，并且除热装置可包含有用于通过阻挡装置从诸层中提取热量的装置。在本发明目前某些较佳实施例中，用于通过阻挡装置从诸层中提取热量的装置包含有环绕阻挡装置设置的环状腔和用于使冷却液通过该腔进行循环的装置。

具有除热装置的组合还可包括用于通过金属体从诸层中提取热量的装置。例如，用于通过金属体从诸层中提取热量的装置可包含有用于将冷却液自模腔的第一横截面平面排放到处于模腔的一个第二横截面平面的相对侧的金属体上去的装置。较佳地，可使冷却液排放装置运作，以便将冷却液排放到介于延伸横穿模腔轴线、且与由金属体的连续收敛等温线所形成的槽形模型的底部和边缘相一致的诸平面之间的金属体上去。

通常，具有冷却液排放装置的组合还包括构成环绕模腔轴线设置而处于模腔的一个第二横截面平面与其排放端开口之间的环状部分的装置，在这种情况下，可使冷却液排放装置运作，以便将冷却液从环状部分排放到金属体上去；以及/或者该组合还包括构成环绕模腔轴线设置而处于来自模腔的一个第二横截面平面的该模腔的排放端开口的另一侧上的环状部分的装置，并且可使冷却液排放装置运作，以便将冷却液从环状部分排放到金属体上去。在本每目前众多的较佳实施例中，该组合还包括构成置于环绕模腔轴线的环状部分内、且被分成若干行的一系列孔的装置，其中相应的孔行与行之间是彼此交错的，并且可使冷却液排放装置运作，以便将冷却液从这一系列孔进行排放。该环状部分可环设在模具上、模腔的内周处，或者可相对模腔的外部环设在模具上、接近其排放端开口。

在本发明目前某些较佳实施例中，该组合还包括用于在延伸横穿模腔轴线、且位于模腔的一个第二横截面平面与其排放端开口之间的横截面平面内产生重新生成的阻挡效应、从而引起再脱离，以便再次进入金属体的装置。

实际上，在本发明目前某些较佳实施例中，该组合还包括环绕模腔轴线设置的、用以将相应诸层相对周边向外的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内阻挡装置。在一组实施例中，该阻挡装置实际具有环绕模腔轴线设置的一系列环状表面，用以将诸层相对周边向外的扩张限制在模腔的第一横截面区域内，同时可使相应诸层呈现位于模腔的第二横截面平面内的该模腔周边向外递增的第二横截面区域。此外，在后面的这些实施例的某些实施例中，各环状表面彼此轴向连续设置，但在模腔相应的第一和第二横截面平面内彼此相对周边向外地交错，且相对模腔轴线沿相对周边向外倾斜的倾角取向，以使相应诸层呈现位于模腔的第二横截面平面内的该模腔周边向外递增的第二横截面区域。

此外，在该组的某些实施例中，，而在后面的实施例的某些实施例中，该裙部形成在模腔壁上其内周处、且介于模腔的第一横截面平面与其排放端开口之间。例如，在一组特殊的实施例中，石墨铸环形成壁的一部分，并且裙部是环绕该环的内周形成在该环上的。

当环状表面沿模腔轴向彼此相连以形成环状裙部时，该裙部可具有环绕其内周的直线形喇叭口，或者它可具有环绕其内周的曲线形喇叭口。

如先前描述本发明方法时所述的那样，本发明还可用作为一种在给予在模腔的一个第二横截面平面处的金属体上的周线内形成任何想要的形状、并且/或者在由该周线所限定的横截面区域内形成任何想要的尺寸大小的方法。此外，当模腔轴线以任何想要的方式垂直取向时，可形成想要的形状和/或尺寸大小。因此，利用相同的说明，模腔轴线垂直取向，可使扩张限制装置运作，以便将第一横截面区域限制在一种圆形周线内，并且设备和装置的组合还可包括用于在金属体上、模腔的一个第二横截面平面处给予一种非圆形周线的装置。或者，模腔轴线与垂直方向以一角度取向，可使扩张限制装置运作，以便将第一横截面区域限制在一种圆形周线内，并且该组合还可包括用于在金属体上、模腔的一个第二横截面平面处给予一种圆形周线的装置。再或者，模腔轴线垂直取向或者与垂直方向以一角度取向，可使扩张限制装置运作，以便将第一横截面区域限制在一种非圆形周线内，并且该组合还包括用于在金属体上、模腔的一个第二横截面平面处给予一种非圆形周线的装置。

在本发明目前众多较佳实施例中，该组合可包括如下装置，该装置可使模腔轴线垂直取向并限制第一横截面区域的周线、以使由环绕层周线设置在模腔的第二横截面平面内的诸层相应的有角度地连续的局部环状部分中所产生的有关的热收缩力、和诸层相应的局部环状部分可使自第一横截面区域的周线扩张到一系列第二横截面平面中以呈现其第二横截面区域时的有关的角度所组成的组群中的至少一个控制参数发生变化，以便在金属体上、模腔的一个第二横截面平面处所给予的周线中形成所需的形状。在某些实施例中，可使用于改变一个控制参数的装置运作，以便抵消在位于彼此相对地穿过位于平行于模腔轴线延伸的该模腔的第三横截面平面内的该模腔有角度地连续的局部环状部分中所存在的相应的扩张力与热收缩力间的差异之间的变化。在其它实施例中，可使用于改变一个控制参数的装置运作，以便在位于彼此相对地穿过位于平行于模腔轴线延伸的该模腔的第三横截面平面内的该模腔有角度地连续的局部环状部分中所存在的相应的扩张力与热收缩力间的差异之间创建变化。

一般，设备和装置的组合还包括如下的装置，该装置用于使环绕层的周边设置、且位于模腔的对置侧上的诸层的那些有角度地连续的局部环状部分中所产生的热收缩力相等、以使在模腔的一个第二横截面平面的相应的互相相对的局部环状部分之间所产生的热应力平衡。例如，用于产生热收缩力的装置包含有用于从位于模腔的第二横截面平面内的诸层的有角度地连续的局部环状部分中提取热量的装置，并且用于使位于模腔的对置侧上的诸层的局部环状部分中所产生的热应力的装置包含有用于使介于诸层相应的互相相对的局部环状部分之间的除热速度发生变化的装置。此外，除热装置还包含有用于将冷却液自模腔的第一横截面平面排放到处于模腔的一个第二横截面平面的相对侧的金属体上去的装置，并且用于改变从层互相相对的局部环状部分中提取热量的速度的装置包含有用于使排放到金属体相应的有角度地连续的局部环状部分上去的冷却液的体积发生变化的装置。

另外，设备和装置的组合还可包括用于将模腔的第一横截面区域限制在用于第一浇铸作业的第一尺寸内、接着又将模腔的第一横截面区域限制在用于模腔中的第二浇铸作业的不同的第二尺寸内、以使给予在处于模腔的一个第二横截面平面的金属体上的横截面积的尺寸在第一至第二浇铸作业中发生变化的尺寸改变装置。例如，在本发明目前众多的较佳实施例中，尺寸改变装置包含有用于改变将模腔的第一横截面平面中的第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围的装置。例如，在某些实施例中，设备和装置的组合还包括环绕模腔轴线设置的、适于将诸层的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内的装置，并且用于改变将模腔的第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围的装置包含有用于使阻挡装置和模腔的第一和第二横截面平面彼此相对移动的装置。用于使阻挡装置和模腔的第一和第二横截面平面彼此相对移动的装置包含有用于改变叠置在起动材料体上的熔融金属的体积、以使相应的平面相对阻挡装置移动的装置。并且，阻挡装置被安装成可绕横穿模腔轴线的转轴转动，用于使阻挡装置和模腔的第一和第二横截面平面彼此相对移动的装置包含有用于使阻挡装置绕其转轴转动的装置。

设备和装置的组合还包括环绕模腔轴线设置的、适于将诸层的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内的阻挡装置，该阻挡装置被分成诸对环绕模腔轴线设置在模腔的组对相对侧上的阻挡装置，并且用于改变将模腔的第一横截面平面中的第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围的装置包含有用于使相应的诸对阻挡装置彼此相对且与模腔轴线交叉地移动的装置。在本发明目前某些较佳实施例中，其中一对阻挡装置被安装成可与模腔轴线交叉地作往复运动，并且用于使相应的诸对阻挡装置彼此相对移动的装置包含有用于使该对阻挡装置与模腔轴线交叉地作往复运动的装置。在某些实施例中，另一对阻挡装置被安装成可绕横穿模腔轴线的转轴转动，并且用于使相应的诸对阻挡装置彼此相对移动的装置还包含有用于使该对阻挡装置绕其转轴转动的装置。

设备和装置的组合还包括环绕模腔轴线设置的、以便将诸层的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内的阻挡装置，该阻挡装置被分成一对环绕模腔轴线彼此轴向连续地设置的阻挡装置，并且该用于改变将第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围的装置可包含有用于使该对阻挡装置彼此相对地沿模腔轴向移动的装置。例如，在本发明目前某些实施例中，该对阻挡装置适于沿模腔轴向彼此倒转。

通常，可使用于产生热收缩力的装置运作，以便在环绕层的周线设置的有角度地连续的局部环状部分中产生热收缩力。

附图说明

通过参阅附图将能更好地理解这些特点，其中已示出了本发明目前几个较佳实施例，其中，首先将熔融金属放置在模腔内作为起动材料体，然后无论是在连续或半连续的浇铸作业中，均是将连续的熔融金属层叠置在熔融起动材料体上，以构成沿模腔轴向相对向外延伸的细长金属体。

在这些图中：

图1-5示出了可提供的、在其中发生“固相”的横截面平面上的金属体上的几种横截面区域和周线；另外，倘若本发明的工艺和设备能完全成功地在金属体上提供相应的诸区域和周线的话，那么这些图还示出了“第一”横截面区域和该第一横截面区域的周线与“固相”平面之间所需的第二横截面区域的“半阴影部”；

图6-8是可用于浇铸图1-3所示的各个实例的模具的示意图，这些图还示意性地示出了图1-3所示实例所包含的平面；

图9是用于浇铸诸如图4中所示的V形金属体之类的一种顶开式立式模具的仰视图，并且还示出了该模具的模腔中的第一横截面区域的周线；

图10是用于浇铸诸如图5中所示的基本L形金属体之类的、复杂的、不对称非圆形金属体的一种顶开式立式模具的类似视图，只是现在在模具的模腔之中示出了所采用的、从金属体有角度地连续的局部环状部分中提取热量、以使在平行于其轴线延伸的模腔的横截面平面内相对部分之间热应力平衡的速度改变的方案的理论基础；

图11是沿着图9中的线11-11剖切的剖视图；

图12是示出了图11中所示的横截面中心部分相对放大且角度更陡的局部示意剖视图；

图13是沿着图17中的线13、15-13、15剖切的剖视图，它示出了用于从具有图9、11和12中所示的凹形曲线的金属体的有角度地连续的局部环状部分中提取热量的两串冷却液排放孔，尤其用于和后面图15中所示的两串孔作比较；

图14是沿着图9中的线14-14剖切且类似于图12的、放得更大且比图11中的剖视图更陡的局部示意剖视图；

图15是沿着图17中的线13、15-13、15剖切的另一剖视图，它示出了用于从图14中所示的凸形曲线中提取热量的两串冷却液排放孔，并且在这种情况下，用于和上述图13中所示的凹形曲线上的两串孔作比较；

图16是进一步说明图2和7用的示意图；

图17是当将浇铸作业施行到模具中时，图9和10中所示的任一种模具的轴向剖视图；

图18是图9-15和17中所示的模具在使用时的热顶型式，并同时示意性地示出了使用在所有的模具中的某些原理；

图19是这些原理的示意图，只是采用了一组有角度地连续的对角线来表示各模具的浇铸表面，以便可从该图下方看到某些区域和轴线；

图20是这些原理的算术表达式；

图21是类似于图17和18的视图，只是示出了可供冷却液直接排放到模具的模腔中去的该模具的一种变型；

图22是类似于图17的轴向剖视简图，只是示出了一种具有用于消除(capture)“再脱离(rebleed)”的浇铸曲面的铸环；

图23是示出了可倒转的铸环的放大了的假想剖视图；

图24是通过一种典型铸模的热截面图，它示出了其中的连续收敛等温线的槽形模式及其热散(thermal shed)平面；

图25是一种用于通过使模具的轴线倾斜来从圆形周线的第一横截面区域形成椭圆形或其它对称非圆形周线的方法的示意图；

图26是另一种通过改变从位于模具相对两侧上的金属体的有角度地连续的局部环状部分中提取热量时的速度来从圆形周线的第一横截面区域形成椭圆形或其它对称非圆形周线的方法的示意图；

图27是第三种通过改变模具相对两侧上浇铸表面的倾斜度来从圆形周线的第一横截面区域形成椭圆形或其它对称非圆形周线的方法的示意图；

图28是一种改变铸模的横截面区域的横截面尺寸的方法的示意图；

图29是一种用于制造滚轧坯料的四侧可调模具的俯视图，该模具的相对端可彼此相对地作往复运动；

图30是在本发明的该模具的纵向侧适于转动的情况下的、该模具的其中一对纵向侧的局部示意图；

图31是在可调模具固定而无法转动的情况下的、该可调模具的其中一对纵向侧的立体图；

图32是该固定侧的俯视图；

图33是沿着图31中的线33-33剖切的剖视图；

图34是沿着图31中的线34-34剖切的剖视图；

图35是沿着图31中的线35-35剖切的剖视图；

图36是沿着图31中的线36-36剖切的剖视图；

图37是图30和31中所示的任一侧用于给予模具一特定长度的情况下的、该可调模具的中间部分的示意图；

图38是在该模具的长度已减小的情况下的、该中间部分的第二示意图；

图39是已被再分割成多个纵向段的本发明一细长端产品的分解立体图；

图40是被用来测定介于熔融金属层与浇铸表面之间的界面处的温度的一种已有技术中的模具的示意图；

图41是被用来测定其界面处的温度的、本发明的其中一种浇铸模具在浇铸表面中采用1°锥度时的类似的示意图；

图42是与图41类似的、在浇铸表面中采用3°锥度时的示意图；以及

图43是在浇铸表面中采用5°锥度时的另一个此类示意图。

具体实施方式

先请参阅图1-8，并粗略地看一下。将在下文中对其及其标号作进一步的介绍，但现请注意的是，可用本发明的方法和设备浇铸出多种形状。如先前所述的那样，可浇铸任何想要的形状。此外，可水平、垂直、或者甚至以除水平之外的任一斜角浇铸形状。图1-5仅仅是作示例用的。而它们包括：在立式模具中浇铸圆柱形(如图1和6所示)，在卧式模具中浇铸圆柱形(如图2和7所示)，浇铸椭圆形或其它对称的非圆形(如图3和8所示)，浇铸诸如图4中所示的V形之类的轴对称形，浇铸诸如图5中所示的完全不对称的非圆形。

图1-5中的标号91表示在其收缩之前的最终形状。由于各金属体会收缩到如图6、7和8中所示的平面90-90的下方或左侧，因此其最终形状的横截面及周线均略小于那些如图1-5中所示的横截面及周线。但为了能够合情合理地图示出本发明，图1-5示出了表示当它们中的扩张力已由它们中的热收缩力来平衡时、即各自已达到“固相”点时由金属体所具有的面积及周线。该固相点发生在图18中的平面90内，并由此在图6-8的各图中示为平面90-90。在作进一步的描述时，其余的标号及其所提及的特点将具有更多的含意。

现在请参阅图9-20，在模具2中可制造出各种想要的形状，在该模具中设有端开式模腔4、位于该模腔入口端处的开口6、以及环绕着模腔的出口端开口10设置的一系列冷却液排放孔8。模腔轴线12可垂直取向，或者与垂直方向以一角度取向，诸如沿着水平线取向。图17和18中所示的横截面是典型的(但仅仅是典型的而已)，这在于随着绕模腔的周边横切时，模具的某些特点将改变，虽然不至于会改变特征，但至少程度上会发生变化，这将在下文中解释说明。轴线12与垂直方向以一角度取向也会引起变化，这对于那些熟悉浇铸领域的人而言是能理解的。但概括地讲，图9-15和17中所示的立式模具各具有环状体14和一对相应地安装在模具顶部和底部上的环形顶板16和底板18。这三个构件均是由金属制成的，并且它们在俯视图中的形状与将要在模具的模腔内进行浇铸的金属体的形状相对应。另外，在模具本体14中的模腔4的附近具有与模具本体的自身形状相同的环形凹部20，并且该凹部的肩部22凹进在模腔的入口端开口6的正下方，以使该凹部可容纳与其形状相同的石墨铸环24。该铸环中的开口在其顶部的横截面积小于模腔的出口端开口10的横截面积，以便在其内周处，该铸环悬于开口10之上。该铸环在其底部的横截面积较小，以便同样悬于开口10之上的那个高度上，并且在铸环的顶高与底高之间，该铸环的内周具有锥形的裙状浇铸表面26，该锥形顺着模腔轴线12自上而下地朝外递增。图示实施例中的锥形呈直线，但也可呈曲线，这将在下文中将作更全面地介绍。一般，该锥形相对模腔轴线具有大约1-12度的倾角，但除了使倾角在本发明的一个实施例与另一个实施例之间发生变化之外，该锥形的倾角还可随着绕模腔的周边横切时发生变化，这在下文中将作介绍。顶板16中的开口6的横截面积小于模具本体14和铸环24的横截面积，以便当如图所示叠置在模具本体和铸环上、且由有头螺钉28等固定到那儿时，该顶板16具有在模腔的内周处悬于该模腔之上的细小凸缘。底板18中的开口30的横截面积是所有之中最大的，实际上，它大得足以在模腔的出口端开口10与底板18的内周之间、绕模具本体的底部形成一对倒角表面32和34。

在模具本体14的内部具有一对在其附近延伸的环形腔36，而为了利用美国专利5,518,063号、5,685,359号和5,582,230号所谓“机加工隔板(machinedbaffle)”和“分射流(split jet)”技术，位于模具本体的内周部分底部中的一系列冷却液排放孔8实际上包含两串孔38和40，它们以锐角向模腔4的轴线12倾斜，并分别通向模具本体的倒角表面32和34。这些孔在其顶部与环绕相应的腔36的内周所形成、但由一对弹性环44所密封的一对周槽42相通，以使它们可形成用于诸腔的输出管。这些输出管与相应的腔36彼此相连，以便接纳流过两串沿周边延伸的孔46的、来自相应的腔的冷却液，这些孔46还起到用于在其通过相应的若干组孔38和40进行排放之前、降低冷却液压力的作用。参见美国专利5,582,230号和美国专利5,685,359号中涉及此种连接的内容，这些专利还更全面地介绍了若干组孔彼此相对倾斜以及向模腔轴线倾斜的情况，以使更陡峭地倾斜的一组孔38形成作为来自金属体48的“反射(bounce)”的射流，然后该射流通过从另一组孔40进行排放而返回到金属体上，所实现的这种方式被示意性地描绘在图17中的金属体48的表面上。

模具2还具有许多包括弹性密封环在内的附加构件，其中某些弹性密封环如图所示、处于介于模具本体与两板之间的接合处。另外，由标号50所表示的装置用于将油和气体排放到模腔4内铸环24的表面26处，用以在浇铸作业中环绕熔融金属层形成一种含油气袋(未图示)，可参考美国专利4,598,763号以了解上述细节。同样，还可参考美国专利5,318,098号以了解由标号52所表示的泄漏检测系统的细节。

在图18中，热顶55的开口52和石墨铸环56的上半部分的大小被做成为：可用来提供比图9-15和17中所示的铸环24更多的悬空部分58、以便更多地体现美国专利4,598,763号中的技术所需的气袋，除此之外，本文中所示的热顶模具54是大致相同的。

当用图17所示的模具2或图18所示的模具54来施行浇铸作业时，具有该模具的模腔4的形状的往复式起动块60缩入到模具的出口端开口10或10’之中，直到其在延伸横穿模腔轴线的横截面平面(由图18中的标号64来表示)上与铸环的内周斜面26或62接触为止。接着，将熔融金属加入到图18所示的热顶中的开口65内、或者加入到图17所示的模腔上方槽(未图示)内；并将该熔融金属通过图18所示的石墨环中的顶部开口66、或者通过从图17所示的顶板16中的开口6所形成的狭口中的槽垂挂的放流管68输送至相应的模腔内部。

起初，起动块60静止在模腔的出口端开口10或10’内，同时可使熔融金属聚集在该起动块的顶上，并形成起动材料体70。该起动材料体一般聚集至延伸横穿模具轴线的“第一”横截面平面(由图18中的标号72来表示)。并且该聚集阶段通常被称作为浇铸作业中的“铸块(butt)成型”或“起动”阶段。接下来的第二阶段即所谓的作业中的“运作(run)”阶段，在这后一阶段中，起动块60降至位于模具下方的凹坑(未图示)内，同时继续在起动块的上方向模腔添加熔融金属。与此同时，起动材料体70作前后往复运动，其时，起动块向下穿过延伸横穿模具的轴线12的该模具的一系列第二横截面平面74，并且当起动材料体通过这一系列平面作往复运动时，冷却液自若干组孔38和40排放到该材料体上，用以冷却正在起动块上成形的金属体。另外，利用由图17和18中的标号50所示表示的装置将加压气体和油通过石墨环的表面排放到模腔内。

从图18中可以清楚地看到，熔融金属的排放形成连续地叠置在起动材料体70的顶上的熔融金属层76，它们位于石墨环的顶部开口正下方的点上，并接近模腔的第一横截面平面72。一般，该点是模具模腔的中心，在对称或不对称非圆形的情况下，该点一般与模腔的“热散平面”78(参见图10和24)相一致，该术语将在下文中更全面地介绍。也可将熔融金属在本文中的两点或更多点上排放到模腔内，这还取决于模腔的横截面形状，以及浇铸作业中紧接着的熔融金属供给工艺。但无论在何种情况下，当熔融金属层76叠置在起动材料体70上、且接近模腔的第一横截面平面72时，相应诸层经受一定的流体动力，尤其当各层遇到物体、液体或固体时，该物体、液体或固体会使其从其顺着模腔的轴向路线转移开、或者使其相对模腔的周边向外转移，这将下文中解释说明。

这些连续的层实际上构成了熔融金属流，例如，在这些层上作用着一定的流体动力，这些力在本文中被表示为自模腔轴线12相对于周边向外作用、且接近该模腔的第一横截面平面72的“扩张力”“S”(参见图20)。即，这些力用于使熔融金属材料沿着那个方向扩张开，如同“驱动”熔融金属，使其与石墨环的表面26或62相接触。该扩张力的大小将随着众多因素而改变，包括熔融金属流中处于各熔融金属层叠置在起动材料体上、或者位于该熔融金属流中的该层之前的诸层上的点上的流体静力。其它的因素还包括熔融金属的温度、其合成物以及将熔融金属输送至模腔的速度。图17中的标号80表示用于控制该速度的控制装置。这方面还可参见美国专利5,709,260号。自输送点的所有角度方向上的扩张力不可能是均匀的，在卧式或其它倾斜的模具中，当然不能期望所有方向上的扩张力均是相等的。但下文中将要说明的是，本发明考虑了这个事实，并且在本发明的某些实施例中甚至是作为主要考虑对象的。

随着各熔融金属层76接近石墨环的表面26或62时，包括粘性、表面张力及毛细作用的实际存在的力在内的某些附加力开始起作用。这些力依次使层表面与环表面26或62、以及模腔的第一横截面平面72成倾斜的浸润角。在接触表面的同时，某些热效应也起作用，并且这些效应依次在熔融金属内产生不断增大的热收缩力“C”(参见图20)，即，与扩张力反向、且使金属相对轴线周边向内而不是向外的收缩力。然而，虽然不断增大，但这些收缩力却发生得较晚，并且，倘若给予适当的输送速度和模具模腔，其中，当层与模腔的第一横截面平面72中的环表面26或62相接触时，扩张力大于层中的热收缩力，则由于该层具有在由第一横截面平面中的表面的环状部分83(参见图18)所圈定的第一横截面区域82(参见图19)，而将会在扩张力中会剩余相当大的“驱动力量”。很自然地，随着该层与环表面相接触，它不仅借助表面26或62相对模腔轴线倾斜、而且借助层的自然倾斜而易于进入到模腔中的一系列第二横截面平面74内，以便跟随由先前提及的实际存在的力所引起的斜角路线。然而，倘若表面26或62与模腔的第一横截面平面成直角，如同已有技术中的情况那样，则该表面将会对抗那种趋势，并且不会助长该层的自然倾斜而会阻止倾斜，使得该层除进行其所需的直角转动并沿着表面动荡(roil)之外别无选择，它会尽其所能地与轴线相平行，同时又保持与该表面紧密接触。这种接触接着引起摩擦，而该摩擦继而又成为了每一位模具设计者的祸根，从而使他或她进而寻求克服摩擦的方法，或使这些层与表面相分离，以便将两者之间的摩擦作用减至最小。当然，摩擦就启发了人们使用润滑剂，润滑剂现已被大量地采用。然而，如前所述，由于在诸层与表面之间存在着高热流，因而润滑剂本身已带来了另一种类型的问题，即该高热往往会使润滑剂分解，而其分解产物又通常会与层与表面之间的界面处的空气起反应而形成金属氧化物等，此类氧化物接着在界面处变成粒状的“粗齿锯”(未图示)，它沿用此方式所生产的任何产品的轴向尺寸形成所谓的“拉链”。因此，虽然润滑剂减小了摩擦作用，但它们却由此已带来了另一种类型的问题，该问题至今还尚无解决的方法。

现在请参阅图18-20，注意在第一横截面区域82的周边84(图19)处，各层不仅头向前地指向模腔的一系列第二横截面平面74，而且其中具有第二横截面区域85，该第二横截面区域具有位于与其相对应的第二横截面平面74中的、周边向外渐增的横截面尺寸。然而，该层从不“脱离(bleed)”那些平面中的控制，相反，它始终处于由位于模腔相应的第二横截面平面74中的、且处于环表面26或62上的环状部分86所提供的阻挡装置的控制之下。该环状部分86用于限制该层持续地相对周边向外扩张，并用于限制由平面74中的该层所具有的第二横截面区域85的周线88。但由于它们相对轴线12周边向外倾斜，并且它们彼此相对周边向外交错，因此，它们是那么地“缩进(retractively)”或被动，以使该层可采用位于与其相对应的各个第二平面内的、周边向外渐增的横截面尺寸。同时，产生于该层中的热收缩力“C”(图20)开始对抗剩余在层中的扩张力，并最终完全抵消该扩张力，从而当抵消之后，图20所示的公式中的缩进阻挡效应“R”就如同从该公式去除了一样。即，不再需要阻挡。“固相”将会发生，并且金属体48实际上将成为能保持其自身形状的本体，尽管它还将继续经受一定程度的、横过模腔的轴线方向的收缩，从图18中可以看到，在模腔的“一个”第二横截面平面90的下方发生了抵消作用，即已发生了“固相”。

请再次结合图19来参阅图1-8，从中可以看到，在各种形状的情况下，“固相”是由各形状的外侧周线91来表示的，而相对内侧的周线84系由位于模腔的第一横截面平面72内的环状部分83所给予各层的第一横截面区域82的内侧周线。介于各对周线之间的“半阴影部”系在平面90上发生“固相”之前、相应诸层所具有的渐增的第二横截面区域85。

各环表面26或62具有环绕其周边排列的、有角度地连续的局部环状部分92(介于图19中表示表面的对角线之间)，倘若表面的周线呈圆形，则其锥度在整个表面周边内是相同的，模腔轴线12垂直取向，并且均匀地从环绕其周边诸层的、各个有角度地连续的局部环状部分94(图10和19)中提取热量，于是金属体将同样采用环绕其平面90内的横截面区域的圆形轴线。即，倘若采用立式坯料铸模，则其表面26或62被给予这些特征，并利用包含有“分射流”体系的孔38、40的除热装置8匀速地从环绕其周边的坯料的相应的部分94提取热量，于是实际上，环状部分83将给予位于其中的第一横截面区域82圆形的周线84，环状部分86将给予位于其中的各个第二横截面区域85上的、类似的周线88，并且由于产生于金属体的、介于模腔相对两侧上的该金属体的部分94之间、且平行于模腔轴线延伸的第三横截面平面95(图9和图19中表示表面26或62的对角线)中交叉的任何热应力往往从模腔的一侧至另一侧会彼此平衡，因而该金属体将呈圆柱形。但当金属体在平面90处的周线呈非圆形、或者模具的轴线与垂直方向以一角度取向、或者变速地从部分94中提取热量的情况下，必须相对本发明的若干特点引入多种控制。

首先，必须通过某些方法来使位于模腔的第三横截面平面95内的热应力平衡。其次，熔融金属层76必须要能通过一系列第二横截面平面74、在与用于平面90中的金属体的横截面区域和周线相称的横截面区域85和周线88进行传递。这就意味着必须选择用于第一横截面平面72的、与那个目的相称的横截面区域82和周线84。这还意味着：倘若要在平面90中复制周线，则通过该平面内的金属体的面积将较大，于是，必须提供某些方法来解决存在于扩张力“S”和/或位于模腔相对两侧上的、诸层的有角度地连续的局部环状部分94内的热收缩力“C”之间的差异中的变化。

已设计出了若干种用于控制这些参数中的各个参数的方法，包括在诸参数之中创建一变化的方法(倘若想要的话)，这样就能从平常的第一横截面区域和/或周线中形成例如圆形的面积或周线，其形状是同族的、但不同于那些诸如椭圆形之类的面积或周线。还设计出了用于控制平面90内金属体的横截面区域的尺寸大小的方法。现在将介绍这些控制机构中的各个机构。

关于使热应力平衡，首先请参阅图10，然后再参阅图9-15中的其余各图。为了控制诸如图10中所示的不对称非圆形横截面之类的任何非圆形横截面中的热应力，首先通过将法线96左右大致规则间隔地自横截面的周线84延伸至热散平面78内来绘制金属体的各个有角度地连续的局部环状部分94。然后，在制造模具本身时，再将其量变化的冷却液排放到相应的部分94上，以使从位于周线相对两侧上的部分中提取热量的速度成为可使由金属的收缩所引起的热应力从金属体的一侧至另一侧平衡。或者采用另一种方法，环绕金属体排放其量适于使金属体相应的对置部分内的热收缩力平衡的冷却液。

“热散平面”(图24)系与位于由任何金属体的连续收敛等温线所限定的槽形模具98中的最大热收敛线相重合的垂直平面。采用另一种方式，如图24所示，该平面系与模具底部的、模腔的横截面平面100相重合的垂直平面，并且从理论上讲，该平面系其热量从金属体释放至该金属体的周线的相对两侧的平面。

为了使排放到部分94上去的冷却液的量发生变化，使其相应组中的各个孔38和40的孔的尺寸大小相对发生变化。将图13和15中所示的、接近模腔的对置凸/凹曲线102和104(如图9所示)设置的孔38、40的尺寸作一比较。在诸如这些曲线上，除非采取了某种措施，否则都会存在着危险应力。然而，还可采用其它的方法来控制提取热量的速度，诸如通过改变位于模腔周边任一点上的孔的数量、或者改变各点的温度、抑或通过某些具有相同效应的其它的策略。

较佳地，将冷却液排放到金属体48(图24)上去，以便冲击介于处于模具98的底部的模腔的横截面平面100与处于其边缘106的平面之间的金属体，并且较佳的是，尽可能地接近后一平面，诸如将冷却液排放到在模具的槽中的糊状物(mush)108附近所形成的局部凝固的金属的“顶”107上去。

根据浇铸速度，甚至可将冷却液通过石墨环排放到模腔中去，如图21中的截面图所示。在这种情况下，模具109具有一对顶板110和底板112，它们协配地分别开设有槽，以便在两者之间紧固(capture)石墨环114。该环114不仅能构成模具的浇铸表面116，而且还能构成环绕其外周设置的环形冷却液腔118的内周。该环具有一对环绕其外周的周槽120，这些周槽的顶部和底部被倒角，以便为通入到由处于其外周的弹性密封环126所适当封闭的一对附加周槽124之中的孔列122提供适当的环状部分。这些周槽124接着通入到两组孔128之中，这两组孔环绕模腔轴线排列，以便以美国专利5,582,230号和美国专利5,685,359号中的方式通入到模腔之中。这些孔128通常被涂漆或者涂层，以便在其整个通道内容纳冷却液，还可在相应的板与石墨环之间采用密封环，以便使腔与模腔相隔离。

为了获得(derive)浇铸具有非圆形面积和周线91所需的面积82、周线84和“半阴影部”85，采用了这样一种方法，该方法可通过参阅图9和10最详尽地进行描述。图9和10中的方法分别提供了估计非圆形周线和自其中的轴线12周边向外延伸的曲线和/或折角形(anglolinear)“臂”129的可能。这些臂129还具有其中的曲线和/或折角线轮廓、以及其间的凸形/凹形相对轮廓。因此，倘若选择横切位于模腔的任一第三横截面平面95中模腔，则他/她将可发现：位于模腔相对两侧上的轮廓可能会产生存在于这两侧上的诸层的、相互相对的、有角度地连续的局部环状部分94中的差异间的变化。例如，与图9中的曲线102和104相对设置的诸层的、有角度地连续的局部环状部分将受到“V”形浇铸中明显不同的扩张力。在相对呈凹形的曲线102上，诸部分94中的熔融金属往往会受到压缩、“挤压(pinching)”或“聚拢(bunching up)”，由于处于浇铸动作的动力下，因而“V”形的两个臂129往往会朝彼此转动，并有效地压缩或“挤压”曲线102中的金属。另一方面，在相对呈凸形的曲线104上，臂的转动往往会使对置部分中的金属松弛(relax)或张开，从而在存在于各部分中的扩张力与热收缩力之间的差异间产生大范围的变化。在图10中同样如此，只是还混存有其上随即还具有附加物130的臂129。开始后，例如，臂129’往往会沿图10中的顺时针方向转动，而臂129″则往往会沿逆时针方向转动。与此同时，位于臂129’上的附加物130’和位于臂129″上的附加物130″往往也会反向转动。各个动力对位于延伸于其间的凸形/凹形曲线132或134中的金属的流体动力起作用；同时在另一方面，在图中的周线上存在着实际受到一些由于相应的臂或附加物的转动所带来的影响的诸点，诸如在位于相应的臂或附加物的顶点处。

为了抵消各种变化、并解决各臂129的纵向收缩，使与该诸部分94相对设置的铸环表面26或62的各个有角度地连续的局部环状部分92(图19)的锥度发生变化，以使图20所示公式中的因子“R”改变达到这样的程度：使诸层的各个部分94中的扩张力具有均等的机会来将它们自己耗尽在与其对置的第二横截面区域85的各个有角度地连续的局部环状部分中。例如，要注意的是，图9中所示的凹形曲线104具有较宽的“半阴影部”85的局部环状段，用以解除其中较大的扩张力，而由于在与其对置的诸层的各部分受到相对较小的扩张力，因而与其对置的凸形曲线102则具有窄得多的“半阴影部”段。图10所示的周线考虑到类似的问题，通常在浇铸工艺过程中将会采取针对各臂或附加物的收缩和/或转动的多级工艺，然后在接近的结果之间进行推断，以便选择符合较大的结果所需的锥度。例如，倘若两个接近的结果中的其中一个结果需要5°锥度，而另一个需要7°锥度的话，则应选择7°锥度来同时适应两个结果。在图4和5所示的“半阴影部”85中示意地示出了其结果，建议仔细地审视它们以理解所采用的工艺。

当然，标号91表示的是在想要从工艺过程中得到的各种情况下的横截面区域和周线。因此，该工艺实际上是反过来进行的，以便首先获取将依次确定使模具的入口端开口所需的横截面周线84和横截面区域82的“半阴影部”。

采用变化的锥度用作为控制机制，还能在卧式模具的、具有环绕其第一横截面区域的圆柱形周线的模腔中浇铸圆柱形坯料。如图2和7及图16所示，要注意的是，模腔136在其底部、在第一横截面区域82的周线84与平面90内的金属体上的周线91之间具有较大的洼坑(swale)85。图16中示意性地示出了单单为此效应而在模具142的顶部138与底部140的浇铸表面的角度之间所需的尺寸区别。

然而，有时常会有利地通过将平常的周线变成某些其它周线、诸如将圆形周线变成椭圆形或扁圆形周线，而在模腔相对两侧上的差异之间创建变化。在图25中，已采用了传统的轴线取向控制装置144以使模腔轴线相对于垂直方向倾斜，以便该变化可将环绕模腔的第一横截面区域82的圆形周线84转变成用于其第二横截面区域85的、并由此用于其中发生“固相”的模腔的一个第二横截面平面90中金属体的横截面周线的对称非圆形周线。在图26中，该变化是通过改变从模腔相对两侧上的金属体有角度地连续的局部环状部分94中提取热量时的速度来创建的。参见孔146和148的尺寸中的变化。在图27中，已给予石墨环的表面150相对位于模腔相对两侧上的该模腔轴线不同的倾角，以便创建这样一种变化。在各种情况下，其效应都是形成用于金属体的横截面的椭圆形或扁圆形周线，如在图25-27的底部所示。

可给予环表面以喇叭形或锥形曲线而不是直线。在图22中，环154的表面152不仅呈曲线，而且在一系列第二横截面平面74的下方、尤其在平面90的下方稍稍地凹向轴线的一条平行线，这是为了消除发生在“固相”之后的任何“再脱离”。从理论上讲，在各种情况下，浇铸表面会跟随金属的每一步移动，但只有在领先于金属的情况下，才会引导并控制金属前移的周边向外发展。

如上所述，还开发出了用于控制其中发生“固相”的模腔的一个第二横截面平面90中的金属体横截面积的装置。请先参阅图28，从中可以看到，如果想要的话，可通过改变浇铸作业的速度、以使模腔的第一和第二横截面平面相对于环表面轴向移动来非常简单地实现。即，通过将模腔的第一和第二横截面平面移动至表面的宽带156处，就可有效地给予金属体的横截面区域较大范围的一组尺寸；相反，通过将诸平面移动至表面的窄带处，就可有效地减小横截面区域上的横截面尺寸。

或者，可将宽带156本身相对于模腔的第一和第二横截面平面移动，用以获得相同的效果，并还可给予金属体的相对两侧以所选的任何周线、诸如滚轧坯料所需的侧面平坦的周线。在图29-38中示出了在浇铸滚轧坯料用的可调模具中进行浇铸的方式。该模具158具有适于支承两组局部环状浇铸件162和164的构架160，这两组浇铸件在构架中一起构成了方形铸环166。这两组部件协配地于它们的拐角处斜接，这样，其中一组部件162就可与模腔轴线交叉地彼此相对地作往复运动，从而改变由环166所构成的基本方形的模腔的长度。另一组部件164由图30中的部件164’、或者图31-36中的部件164″来表示。先请参阅图30，从中可以看到，部件164’是细长且顶部呈平面状的部件，它可转动地安装在构架内的168处。在该部件的内侧面170上还设有凹槽，从而其与其转轴168交叉的横截面沿该部件的中心部分171的方向自其相应的末端172递减。参见该部件AA至GG的相应的横截面。此外，该部件的内侧面170斜接于其附近有角度地连续的间隔处，并且该内侧面相应的诸斜接表面174自该部件的顶部沿其底部方向以支轴168递减的半径锥削。于是，斜接作用和减小的横截面的作用形成了一系列沿该部件的内侧面延伸的、有角度地连续的带区(land)174、以及该面相对向内凹入的曲线或角度，以便给予该面以球形的周线176，这是浇铸侧面平坦的滚轧坯料所需的特征。然而，该周线沿外周尺寸环绕该面的轮廓在各带区间逐渐增大，以便随着部件164’逆时针转动，该面将构成相应的、但周边向外逐渐增大的横截面区域。参见图37中所示的周线，请注意，它具有中心平坦部分178和锥削至其任一侧后接着又通向位于部件末端172处的附加平坦部分的中间部分180。当环166的末端162(图29)彼此相对地作往复运动以调节模腔横截面区域的长度时，侧方部件164’彼此一致地转动，直到一对带区174位于部件上为止，其中其组合的纵向及交叉锥度将保持模腔其各侧间的周线，同时还保持介于部件的平坦部分178之间的横截面尺寸，从而接着能保持坯料侧面182内的平直度。

在图31-36中，环的纵向侧164″是固定的，但它们沿其纵向呈中凸弯弓状，如图32所示，并且沿有角度地连续的间隔184环绕其内侧面186可变地进行锥削，又并且其锥度还沿该部件的纵向方向在各横截面间不相等，用以提供一种组合式外形，像图30中部件164’上的面170的外形那样，从而当通过使环的末端162彼此相对地作往复运动来调节模腔长度时，将保持模腔的中间部分184的球形轮廓178。然而，在这种情况下，由于侧方部件164″是固定的，因此通过调节浇铸作业的速度就能升高和降低模腔的第一和第二横截面平面，从而实现图33中的4B所示的相对调节。

还可在186处以机械或水力、但要通过一电子控制器188(PLC)来驱动模具的末端162，该电子控制器调整转子164’的转动或者介于部件164″之间的金属48的高度，以便在籍由驱动装置186来调节模腔长度时保持位于模腔的中间部分184上的该模腔的横截面尺寸。

还可用具有沿模具轴向对置侧上的对置锥形部分192的铸环190(图23)来改变金属体的横截面区域的横截面周线和/或横截面尺寸。倘若给定了相应部分的表面上的不同锥度，简单地通过倒转该环，就能改变模腔的周线和/或横截面尺寸。然而，所示的铸环190在各部分192的表面上的锥度相同，且只用于当第一表面发生磨损、或者由于其它的某些原因而无法再使用需要替换时浇铸表面的快速互换方法。

该铸环190如图所示系揭示在美国专利5,323,841号中的那种类型的模具，它安装在槽口194上，并夹持在那儿，成为如所述的那样可去除、倒转和重新使用它。由虚线所示的其它零部件可在美国专利5,323,841号中找到。

本发明还确保了在坯料浇铸中熔融金属可充满模具的角落。相对于模具的其它部分而言，其角落可能呈椭圆形或其它形状，以便扩张力能最有效地将金属引入其中。但本发明并不受那些具有圆形轮廓的形状的限制。给予第二横截面其余以合适的形状，则诸角就可被浇铸成其它圆形或非圆形体。

浇铸件196可细长得足以可再分割成多个纵向段198，如图39所示，其中模铸在如图9-15和17中所示的模腔内的V形件196如图所示已被再分割。此外，如果想要的话，可以某些方式对各个段进行后处理，诸如给予轻(light)锻造或在其它可塑状态中的后处理，以使其成为更适合作为诸如汽车车架或框架部件之类的成品。

在不采用熔融起动材料的情况下，应当将起动材料体70明确地表示为起着熔融金属累积层的“移动底板(floor)”或“隔板(bulkhead)”的作用。

图39-42示出了当将本发明的装置和技术用于浇铸产品时、介于浇铸表面与熔融金属层之间的界面温度的显著温降。这些图还示出了温降是环绕界面、模具周边的任何特定点上所用的锥度的函数。事实上，各点的最佳锥度通常是从获取环绕模具周边的连续的热电偶读数来确定的。

如同扩张力一样，热收缩力也是包括正在被浇铸的金属在内的众多因素的函数。

Claims (94)

1.在通过使熔融金属流过一种端开式模具的模腔而将所述熔融金属浇铸成保持其形状的金属体的方法中，所述端开式模具的模腔具有：入口端部分；排放端开口；延伸在所述模腔的排放端开口与入口端部分之间的轴线；缩合在模腔的排放端开口内、且可沿着模腔轴线作往复运动的起动块；以及置于介于所述起动块与延伸横穿模腔轴线的该模腔的第一横截面平面之间的模腔内的起动材料体，所述方法包括下列动作：

在所述起动块沿着模腔轴线自该模腔相对向外地作往复运动、且起动材料体与起动块前后纵列地穿过延伸横穿模腔轴线的该模腔的一系列第二横截面平面作往复运动的同时，将连续的熔融金属层叠置在接近所述模腔的第一横截面平面的所述起动材料体上，在所述连续的熔融金属层内具有用于使这些层自模腔轴线接近其第一横截面平面相对周边向外地进行扩张的扩张力，

将相应的熔融金属层相对周边向外的扩张限制在模腔的第一横截面平面中的模腔的第一横截面区域内，同时可使这些相应诸层以相对模腔轴线的相对周边向外的倾角自第一横截面区域的周线相对周边向外地进行扩张，这样，这些层呈现位于模腔的第二横截面平面内的该模腔周边向外递增的横截面区域，

当诸层呈现向外递增的横截面区域时，在相应诸层中产生热收缩力，以及

控制相应诸层中热收缩力的大小，以使所述热收缩力抵消模腔的其中一个第二横截面平面的相应诸层内的扩张力，并由此当金属体变得能保持其形状时，在所述金属体上给予一种不受模腔限制的周线。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括环绕位于所述模腔的第二横截面平面内的熔融金属层设置加压气袋。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括环绕位于所述模腔的第二横截面平面内的熔融金属层设置油环。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括环绕位于所述模腔的第二横截面平面内的熔融金属层设置含油的加压气袋。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述含油的加压气袋是通过将加压气体和油在所述模腔的第二横截面平面处排放到该模腔中去所形成的。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热收缩力是通过从沿自所述模腔轴线相对周边向外的方向、在模腔的第二横截面平面内从相应诸层中提取热量所产生的。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述热量是通过环绕所述模腔的第二横截面区域的周线可操作地设置传热媒体、并通过所述媒体从所述诸层中提取热量所去除的。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，环绕所述模腔的第二横截面区域的周线设置传热阻挡装置，并通过所述阻挡装置从所述诸层中提取热量。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述热量是通过环绕所述阻挡装置设置环状腔、并使冷却液通过所述腔进行循环从所述层中去除的。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述热量还可通过所述金属体从所述诸层中去除。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述热量是通过将冷却液自所述模腔的第一横截面平面排放到处于模腔的一个第二横截面平面的相对侧的金属体上而从所述诸层中去除的。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述冷却液被排放到介于延伸横穿所述模腔轴线、且与由金属体的连续收敛等温线所形成的槽形模型的底部和边缘相一致的诸平面之间的金属体上去。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述冷却液是从环绕所述模腔轴线设置而处于模腔的一个第二横截面平面与其排放端开口之间的环状部分排放到金属体上去的。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述冷却液是从环绕所述模腔轴线设置而处于来自模腔的一个第二横截面平面的该模腔的排放端开口的另一侧上的环状部分排放到金属体上去的。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述冷却液是从置于环绕所述模腔轴线的环状部分内、且被分成若干行的一系列孔进行排放的，其中相应的孔行与行之间是彼此交错的。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述环状部分环设在所述模具上、所述模腔的内周处。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述环状部分相对所述模腔的外部环设在所述模具上、接近其排放端开口。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在延伸横穿所述模腔轴线、且位于模腔的一个第二横截面平面与其排放端开口之间的横截面平面内产生重新生成的阻挡效应，从而引起再脱离，以便再次进入金属体。

19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将相对足够的熔融金属层叠置在所述起动材料体上，以使所述金属体沿模腔轴向延伸。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括将所述细长的金属体再分割成连续的纵向段。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括对所述纵向段进行后处理。

22.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括环绕所述模腔轴线设置阻挡装置，以便将相应诸层相对周边向外的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述阻挡装置具有环绕所述模腔轴线设置的一系列环状表面，用以将诸层相对周边向外的扩张限制在模腔的第一横截面区域内，同时可使相应诸层呈现位于模腔的第二横截面平面内的该模腔周边向外递增的第二横截面区域。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述各环状表面彼此轴向连续设置，但在所述模腔相应的第一和第二横截面平面内彼此相对周边向外地交错，且相对模腔轴线沿相对周边向外倾斜的倾角取向，以使相应诸层呈现位于模腔的第二横截面平面内的该模腔周边向外递增的第二横截面区域。

25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括将所述环状表面沿所述模腔轴向彼此相连以形成环状裙部。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述裙部形成在所述模腔壁上其内周处、且介于所述模腔的第一横截面平面与其排放端开口之间。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述壁的一部分是由石墨铸环所形成的，并且所述裙部是环绕所述环的内周形成在该环上的。

28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，给予所述裙部以环绕其内周的直线形喇叭口。

29.如权利要求25所述的方法，其特征在于，给予所述裙部以环绕其内周的曲线形喇叭口。

30.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：使所述模腔轴线垂直取向，将所述第一横截面区域限制在一种圆形周线内，并在处于模腔的一个第二横截面平面的金属体上给予一种非圆形周线。

31.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：使所述模腔轴线与垂直方向以一角度取向，将所述第一横截面区域限制在一种圆形周线内，并在处于模腔的一个第二横截面平面的金属体上给予一种圆形周线。

32.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：使所述模腔轴线垂直取向或者与垂直方向以一角度取向，将所述第一横截面区域限制在一种非圆形周线内，并在处于模腔的一个第二横截面平面的金属体上给予一种非圆形周线。

33.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：使所述模腔轴线垂直取向，限制所述第一横截面区域的周线，并使由环绕层周线设置在模腔的第二横截面平面内的诸层相应的有角度地连续的局部环状部分中所产生的有关的热收缩力、和诸层相应的局部环状部分可使自第一横截面区域的周线扩张到一系列第二横截面平面中以呈现其第二横截面区域时的有关的角度所组成的组群中的至少一个控制参数发生变化，以便在金属体上、模腔的一个第二横截面平面处所给定的周线中形成所需的形状。

34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，使所述一个控制参数发生变化，以便抵消在位于彼此相对地穿过位于平行于所述模腔轴线延伸的该模腔的第三横截面平面内的该模腔有角度地连续的局部环状部分中所存在的相应的扩张力与热收缩力间的差异之间的变化。

35.如权利要求33所述的方法，其特征在于，使所述一个控制参数发生变化，以便在位于彼此相对地穿过位于平行于所述模腔轴线延伸的该模腔的第三横截面平面内的该模腔有角度地连续的局部环状部分中相应的扩张力与热收缩力间的差异之间创建变化。

36.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括使在诸层的那些有角度地连续的局部环状部分中所产生的热收缩力相等，这些层环绕其周边设置，且位于所述模腔的对置侧上，以使在模腔的一个第二横截面平面的相应的互相相对的局部环状部分之间所产生的热应力平衡。

37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，所述热收缩力是通过从所述模腔的第二横截面平面内的诸层的有角度地连续的局部环状部分中提取热量所产生的，并且位于模腔的对置侧上诸层的局部环状部分中的热应力是通过使介于诸层相应的互相相对的局部环状部分之间所产生的除热速度发生变化来平衡的。

38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述热量是通过将冷却液自所述模腔的第一横截面平面排放到处于模腔的一个第二横截面平面的相对侧的金属体上来去除的，并且使排放到金属体的各个有角度地连续的局部环状部分上去的冷却液的体积发生变化，以改变从诸层互相相对的局部环状部分中提取热量的速度。

39.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模腔的第一横截面区域被限制在用于第一浇铸作业的第一尺寸内，接着又被限制在用于同一模腔中的第二浇铸作业的不同的第二尺寸内，以改变在第一至第二浇铸作业中在金属体上、模腔的一个第二横截面平面处所给定的横截面积的尺寸。

40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，通过改变将所述模腔的第一横截面平面中的所述第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围来改变将该第一横截面区域在相应的第一和第二浇铸作业中限制于其内的尺寸大小。

41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，环绕所述模腔轴线设置阻挡装置，以便将诸层的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内，并通过将所述阻挡装置和模腔的第一和第二横截面平面彼此相对地移动来改变将模腔的第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围。

42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，通过改变叠置在所述起动材料体上的熔融金属的体积以使相应的平面相对阻挡装置移动，来使所述阻挡装置和所述模腔的第一和第二横截面平面彼此相对移动。

43.如权利要求41所述的方法，其特征在于，通过使所述阻挡装置绕横穿所述模腔轴线的转轴转动来使阻挡装置与模腔的第一和第二横截面平面彼此相对移动。

44.如权利要求40所述的方法，其特征在于，环绕所述模腔轴线设置阻挡装置，以便将诸层的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内，并通过将所述阻挡装置分成诸对阻挡装置、将相应的诸对阻挡装置环绕所述模腔轴线设置在模腔的组对相对侧上、并使相应的诸对阻挡装置彼此相对且与模腔轴线交叉地移动来改变将模腔的第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围。

45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，其中一对所述阻挡装置彼此相对且与所述模腔轴线交叉地作往复运动，以使所述诸对阻挡装置彼此相对移动。

46.如权利要求45所述的方法，其特征在于，另一对所述阻挡装置绕横穿所述模腔轴线的转轴转动，以使所述诸对阻挡装置彼此相对移动。

47.如权利要求40所述的方法，其特征在于，环绕所述模腔轴线设置阻挡装置，以便将诸层的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内，并通过将所述阻挡装置分成一对阻挡装置、将该对阻挡装置绕模腔轴线彼此轴向连续地设置、并使该对阻挡装置彼此相对地沿模腔轴向移动来改变将模腔的第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围。

48.如权利要求46所述的方法，其特征在于，通过将该对阻挡装置沿模腔轴向彼此倒转来使该对阻挡装置彼此相对移动。

49.一种构成端开式模具的模腔的装置，所述端开式模具的模腔具有入口端部分、排放端开口和延伸在所述模腔的排放端开口与入口端部分之间的轴线，其中，通过使熔融金属流入所述模腔的入口端部分而将所述熔融金属浇铸成保持其形状的金属体，同时缩合在模腔的排放端开口内的起动块沿着模腔轴线自模腔相对向外地作往复运动，置于所述起动块与延伸横穿模腔轴线的该模腔的第一横截面平面之间的起动材料体与起动块前后纵列地穿过延伸横穿模腔轴线的该模腔的一系列第二横截面平面作往复运动，连续的熔融金属层叠置在所述起动材料体上接近模腔的第一横截面平面，以便具有用于使这些层自模腔轴线接近其第一横截面平面相对周边向外地进行扩张的扩张力，

用于将相应的熔融金属层相对周边向外的扩张限制在模腔的第一横截面平面中的模腔的第一横截面区域内的装置，所述装置同时可使这些相应诸层以相对模腔轴线的相对周边向外的倾角自第一横截面区域的周线相对周边向外地进行扩张、这样，这些层呈现位于模腔的第二横截面平面内的该模腔周边向外递增的横截面区域，

用于当诸层呈现周边向外递增的所述横截面区域时、在相应诸层中产生热收缩力的装置，以及

用于控制相应诸层中热收缩力的大小的装置，所述装置由此可使所述热收缩力抵消模腔的其中一个第二横截面平面的相应诸层内的扩张力，并由此当金属体变得能保持其形状时在所述金属体上给予一种不受模腔限制的周线。

50.如权利要求49所述的装置，其特征在于，还包括用于环绕位于所述模腔的第二横截面平面内的熔融金属层设置加压气袋的装置。

51.如权利要求49所述的装置，其特征在于，还包括用于环绕位于所述模腔的第二横截面平面内的熔融金属层设置含油的加压气袋的装置。

52.如权利要求49所述的装置，其特征在于，还包括用于环绕位于所述模腔的第二横截面平面内的熔融金属层设置含油的加压气袋的润滑装置。

53.如权利要求52所述的装置，其特征在于，可使所述润滑装置运作，以便将加压气体和油在所述模腔的第二横截面平面处排放到该模腔中去。

54.如权利要求49所述的装置，其特征在于，用于产生热收缩力的装置包含有用于从沿自所述模腔轴线相对周边向外的方向、在模腔的第二横截面平面内从相应诸层中提取热量的装置。

55.如权利要求54所述的装置，其特征在于，所述除热装置包含有：环绕所述模腔的第二横截面区域的周线可运作地设置的传热媒体、和用于通过所述媒体从所述诸层中提取热量的装置。

56.如权利要求55所述的装置，其特征在于，还包括环绕所述模腔的第二横截面区域的周线设置的传热阻挡装置，并且所述除热装置包含有用于通过所述阻挡装置从所述诸层中提取热量的装置。

57.如权利要求56所述的装置，其特征在于，所述用于通过所述阻挡装置从所述诸层中提取热量的装置包含有环绕阻挡装置设置的环状腔和用于使冷却液通过所述腔进行循环的装置。

58.如权利要求54所述的装置，其特征在于，还包括用于通过所述金属体从所述诸层中提取热量的装置。

59.如权利要求58所述的装置，其特征在于，所述用于通过所述金属体从所述层中提取热量的装置包含有用于将冷却液自所述模腔的第一横截面平面排放到处于模腔的一个第二横截面平面的相对侧的金属体上去的装置。

60.如权利要求59所述的装置，其特征在于，可使所述冷却液排放装置运作，以便将所述冷却液排放到介于延伸横穿所述模腔轴线、且与由金属体的连续收敛等温线所形成的槽形模型的底部和边缘相一致的诸平面之间的金属体上去。

61.如权利要求59所述的装置，其特征在于，还包括构成环绕所述模腔轴线设置而处于模腔的一个第二横截面平面与其排放端开口之间的环状部分的装置，并且可使所述冷却液排放装置运作，以便将所述冷却液从所述环状部分排放到金属体上去。

62.如权利要求59所述的装置，其特征在于，还包括构成环绕所述模腔轴线设置而处于来自模腔的一个第二横截面平面的该模腔的排放端开口的另一侧上的环状部分的装置，并且可使所述冷却液排放装置运作，以便将所述冷却液从所述环状部分排放到金属体上去。

63.如权利要求59所述的装置，其特征在于，还包括构成置于环绕所述模腔轴线的环状部分内、且被分成若干行的一系列孔的装置，其中相应的孔行与行之间是彼此交错的，并且可使所述冷却液排放装置运作，以便将所述冷却液从这一系列孔进行排放。

64.如权利要求63所述的装置，其特征在于，所述环状部分环设在所述模具上、所述模腔的内周处。

65.如权利要求63所述的装置，其特征在于，所述环状部分相对所述模腔的外部环设在所述模具上、接近其排放端开口。

66.如权利要求49所述的装置，其特征在于，还包括用于在延伸横穿所述模腔轴线、且位于模腔的一个第二横截面平面与其排放端开口之间的横截面平面内产生重新生成的阻挡效应、从而引起再脱离，以再次进入金属体的装置。

67.如权利要求49所述的装置，其特征在于，还包括环绕所述模腔轴线设置的、用以将相应诸层相对周边向外的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内的阻挡装置。

68.如权利要求67所述的装置，其特征在于，所述阻挡装置具有环绕所述模腔轴线设置的一系列环状表面，用以将诸层相对周边向外的扩张限制在模腔的第一横截面区域内，同时可使相应诸层呈现位于模腔的第二横截面平面内的该模腔周边向外递增的第二横截面区域。

69.如权利要求68所述的装置，其特征在于，所述各环状表面彼此轴向连续设置，但在所述模腔相应的第一和第二横截面平面内彼此相对周边向外地交错，且相对模腔轴线沿相对周边向外倾斜的倾角取向，以使相应诸层呈现位于模腔的第二横截面平面内的该模腔周边向外递增的第二横截面区域。

70.如权利要求68所述的装置，其特征在于，所述环状表面沿所述模腔轴向彼此相连以形成环状裙部。

71.如权利要求70所述的装置，其特征在于，所述裙部形成在所述模腔壁上其内周处、且介于所述模腔的第一横截面平面与其排放端开口之间。

72.如权利要求71所述的装置，其特征在于，石墨铸环形成所述壁的一部分，并且所述裙部是环绕所述环的内周形成在该环上的。

73.如权利要求70所述的装置，其特征在于，所述裙部具有环绕其内周的直线形喇叭口。

74.如权利要求70所述的装置，其特征在于，所述裙部具有环绕其内周的曲线形喇叭口。

75.如权利要求49所述的装置，其特征在于，所述模腔轴线沿垂线取向，可使所述扩张限制装置运作，以便将所述第一横截面区域限制在一种圆形周线内，并且所述组合还包括用于在金属体上、模腔的一个第二横截面平面处给予一种非圆形周线的装置。

76.如权利要求49所述的装置，其特征在于，所述模腔轴线与垂直方向以一角度取向，可使所述扩张限制装置运作，以便将所述第一横截面区域限制在一种圆形周线内，并且所述组合还包括用于在金属体上、模腔的一个第二横截面平面处给予一种圆形周线的装置。

77.如权利要求49所述的装置，其特征在于，所述模腔轴线垂直取向或者与垂直方向以一角度取向，可使所述扩张限制装置运作，以便将所述第一横截面区域限制在一种非圆形周线内，并且所述组合还包括用于在金属体上、模腔的一个第二横截面平面处给予一种非圆形周线的装置。

78.如权利要求49所述的装置，其特征在于，还包括如下的装置，当所述模腔轴线垂直取向、并且当所述第一横截面区域的周线被限制时，所述装置以使由环绕层周线设置在模腔的第二横截面平面内的诸层相应的有角度地连续的局部环状部分中所产生的有关的热收缩力、和诸层相应的局部环状部分可使自第一横截面区域的周线扩张到一系列第二横截面平面中以呈现其第二横截面区域时的有关的角度所组成的组群中的至少一个控制参数发生变化，以便在金属体上、模腔的一个第二横截面平面处所给予的周线中形成所需的形状。

79.如权利要求78所述的装置，其特征在于，用于改变所述一个控制参数的装置是可操作的，以便抵消在位于彼此相对地穿过位于平行于所述模腔轴线延伸的该模腔的第三横截面平面内的该模腔有角度地连续的局部环状部分中所存在的相应的扩张力与热收缩力间的差异之间的变化。

80.如权利要求78所述的装置，其特征在于，用于改变所述一个控制参数的装置是可操作的，以便在位于彼此相对地穿过位于平行于所述模腔轴线延伸的该模腔的第三横截面平面内的该模腔有角度地连续的局部环状部分中所存在的相应的扩张力与热收缩力间的差异之间创建变化。

81.如权利要求49所述的装置，其特征在于，还包括如下的装置，所述装置用于使环绕层的周边设置、且位于所述模腔的对置侧上的诸层的那些有角度地连续的局部环状部分中所产生的热收缩力相等、以使在模腔的一个第二横截面平面的相应的互相相对的局部环状部分之间所产生的热应力平衡。

82.如权利要求81所述的装置，其特征在于，所述用于产生热收缩力的装置包含有用于从位于所述模腔的第二横截面平面内的诸层的有角度地连续的局部环状部分中提取热量的装置，并且用于使位于模腔的对置侧上的诸层的局部环状部分中所产生的热应力的装置包含有用于使介于诸层相应的互相相对的局部环状部分之间的除热速度发生变化的装置。

83.如权利要求82所述的装置，其特征在于，所述除热装置包含有用于将冷却液自所述模腔的第一横截面平面排放到处于模腔的一个第二横截面平面的相对侧的金属体上去的装置，并且所述用于改变从层互相相对的局部环状部分中提取热量的速度的装置包含有用于使排放到金属体相应的有角度地连续的局部环状部分上去的冷却液的体积发生变化的装置。

84.如权利要求49所述的装置，其特征在于，还包括用于将所述模腔的第一横截面区域限制在用于第一浇铸作业的第一尺寸内、接着又将模腔的第一横截面区域限制在用于模腔中的第二浇铸作业的不同的第二尺寸内、以使给予在处于模腔的一个第二横截面平面的金属体上的横截面积的尺寸在第一至第二浇铸作业中发生变化的尺寸改变装置。

85.如权利要求84所述的装置，其特征在于，所述尺寸改变装置包含有用于改变将所述模腔的第一横截面平面中的所述第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围的装置。

86.如权利要求85所述的装置，其特征在于，还包括环绕所述模腔轴线设置的、适于将诸层的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内的装置，并且所述用于改变将模腔的第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围的装置包含有用于使所述阻挡装置和模腔的第一和第二横截面平面彼此相对移动的装置。

87.如权利要求86所述的装置，其特征在于，所述用于使所述阻挡装置和模腔的第一和第二横截面平面彼此相对移动的装置包含有用于改变叠置在所述起动材料体上的熔融金属的体积、以使相应的平面相对阻挡装置移动的装置。

88.如权利要求86所述的装置，其特征在于，所述阻挡装置被安装成可绕横穿所述模腔轴线的转轴转动，所述用于使所述阻挡装置和模腔的第一和第二横截面平面彼此相对移动的装置包含有用于使阻挡装置绕其转轴转动的装置。

89.如权利要求85所述的装置，其特征在于，还包括环绕所述模腔轴线设置的、适于将诸层的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内的阻挡装置，所述阻挡装置被分成诸对环绕所述模腔轴线设置在模腔的组对相对侧上的阻挡装置，并且所述用于改变将模腔的第一横截面平面中的所述第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围的装置包含有用于使相应的诸对阻挡装置彼此相对且与模腔轴线交叉地移动的装置。

90.如权利要求89所述的装置，其特征在于，其中一对所述阻挡装置被安装成可与所述模腔轴线交叉地作往复运动，并且所述用于使相应的诸对阻挡装置彼此相对移动的装置包含有用于使该对阻挡装置与模腔轴线交叉地作往复运动的装置。

91.如权利要求90所述的装置，其特征在于，另一对所述阻挡装置被安装成可绕横穿所述模腔轴线的转轴转动，并且所述用于使相应的诸对阻挡装置彼此相对移动的装置还包含有用于使该对阻挡装置绕其转轴转动的装置。

92.如权利要求85所述的装置，其特征在于，还包括环绕所述模腔轴线设置的、以便将诸层的扩张限制在模腔相应的第一和第二横截面区域内的阻挡装置，所述阻挡装置被分成一对环绕所述模腔轴线彼此轴向连续地设置的阻挡装置，并且所述用于改变将第一横截面区域限制于其内的周线的周边范围的装置包含有用于使该对阻挡装置彼此相对地沿模腔轴向移动的装置。

93.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热收缩力产生于所有的环绕所述诸层的周线设置的有角度地连续的局部环状部分中。

94.如权利要求49所述的装置，其特征在于，用于产生热收缩力的装置是可操作的，以便在环绕所述层的周线设置的有角度地连续的局部环状部分中产生热收缩力。

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