CN1454127A - 离心铸造方法、离心铸造装置、中空模及浇口杯模 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离心铸造方法、离心铸造装置、适用于离心铸造的中空模(13)、用于制造这种中空模的浇口杯模以及该装置和方法的应用。为了用离心铸造法制造铸件，将由至少一个中空模(13)形成的多个模腔(14)以这样的方式设置和驱动，即使锥形模腔(14)绕一公共旋转轴线(18)转动。设置有至少三个在一单个平面内转动的模腔(14)。

Description

离心铸造方法、离心铸造装置、中空模及浇口杯模

本发明涉及如独立权利要求的前序部分所述的离心铸造方法、离心铸造装置和中空模。本发明还涉及用于制造中空模的浇口杯模，以及本发明的方法和装置在用特定材料制造特定工件过程中的应用。

在普通的离心铸造方法中，中空模的模腔的填模是基于将中空模围绕一旋转轴线而转动。由于该转动作用，在浇入液态熔融铸造材料的过程中，相应的离心力作用于该铸造材料上，从而将该铸造材料压入模腔并确保完全填满。

根据铸造材料的密度和热容量，为了完全填满模腔，需要不同的转速。一方面，这是因为：密度相对较低的材料(例如钛)上仅作用有一相应的相对较弱的离心力，因而必须选择相应较高的转速来施加足够高的填模力。另外，热容量较低的材料(例如钛)固化得相对较快，因而必须在非常短的时间内完成模腔的完全填满，这要求铸造材料有足够的流动性。对于这种较短的填满时间，又需要较高的转速。

在市场上已有的用于高质量铸造的离心铸造装置中，诸如那些用于牙科技术和珠宝制造的铸造装置，仅有一个中空模以一定距离围绕一条位于该中空模之外的转轴转动。由此可见，中空模本身上面会作用有相当大的离心力。这样，在现有的离心铸造装置中，为了将中空模保持在其转动路线上，需要用坚固的机械上层结构来吸收该离心力，抵销由中空模的旋转质量和铸造材料的质量产生的不平衡。现有离心铸造装置的这种坚固的机械结构导致了较大的重量，因而转动惯量相应也较高，这使得加速或制动过程较长。

DE19505689A1揭示了一种离心铸造装置，它具有可重复使用的中空模，其中，相同类型的诸模腔成对设置而绕一公共旋转轴线转动，并可通过一公共浇道填模。如果需要用这种现有的装置来同时铸造两个以上的工件，则将成对设置的模腔叠置成若干层，使它们位于几个平面内。

这种装置的一个缺点在于，在一次离心铸造过程中只能生产相同类型的偶数个工件。另外，中空模的总高度随中空模中的模腔数量而变化，根据每次铸造过程需要一起制造的工件数量，需要不同的构件用于构成离心铸造装置的上层结构。

鉴于这样的现有技术水平，本发明的一个目的在于提供一种新的离心铸造方法、一种新的离心铸造装置、一种新的适用于离心铸造的中空模、一种用于制造这种中空模的合适浇口杯模(runner bush molder)、以及这些装置和方法的新型应用。

该目的是通过独立权利要求的方法和主题来实现的。

本发明是基于这样的基本构思，在实施离心铸造方法的过程中，为了增加能够在一次铸造过程中制造的构件数，将三个或更多个模腔绕一条轴线转动并设置成使它们与一共同的平面相交。因此，本发明的各模腔的布置应理解为这样的结构，即不同模腔设置成使它们是至少部分地延伸于一公共转动平面内。按本发明的意思，部分模腔也是浇道，这些浇道将界定待制造的实际铸件的模腔与一浇口杯相连接，该浇口杯供液态铸造材料浇入。因此，显然不需要将所有模腔都全部地设置在公共相交平面内。相反，在所有情况下，根据形状和尺寸，各模腔通常延伸于公共平面上的诸部分中。最终，为了满足本发明的原理，例如，用于使单个模腔的浇道开口进入浇口杯的排出口与公共相交平面相交就足够了。

由于诸模腔设置在一公共平面内，模腔或中空模之间可实现简单的质量平衡，这是因为由模腔或中空模所造成的不平衡基本上都彼此抵销，因此，需要由离心铸造装置吸收的离心力可降至最低程度。

在实施本发明的离心铸造方法时，可以用可重复使用的中空模和死中空模来形成模腔。

为了实现各模腔之间尽可能均匀的质量平衡，尤为有利的是，在一n个模腔的结构中，这些模腔尽可能均匀地错开一个约360°/n的旋转角。也就是说，各模腔以360°/n的间隔角彼此错开地位于圆形轨道上，因而总的仅造成一较小的不平衡。

为了开发用于实施本发明方法的离心铸造装置，基本有两种设计方案。按照本发明的离心铸造装置的第一实施例，它配有至少三个保持装置，在每个保持装置中可固定至少一个中空模。每个中空模含有至少一个模腔。按照本发明，中空模设置在保持装置中，使得当离心铸造装置被驱动时，这些中空模在一单个平面内转动。例如，如果使用三个中空模，它们例如可以以星形布置在离心铸造装置上，因而由各中空模的质量造成的不平衡可以全部抵销。

由于在该实施例中的各中空模的重量可以彼此完全不同，例如，由于各中空模中的不同尺寸的模腔，因而各中空模单独可调是尤为有利的。例如，可以做到的是，各中空模与旋转轴线之间的距离可以彼此独立地调节，使得各中空模的不同的转动惯量可以通过改变旋转距离来补偿。

按照本发明的离心铸造装置的第二实施例，它配有一个用于附连一中空模的保持装置。然而，在该中空模中，并非仅有一个模腔，而是具有至少三个模腔。这样，离心铸造装置的保持装置必须设计成可以使中空模以这样的方式附装，即当离心铸造装置被驱动时，诸模腔绕一公共旋转轴线在一单个平面内转动。换句话说，这意味着，在该离心铸造装置中，中空模可绕一例如延伸通过中空模重心的旋转轴线转动。利用这种结构，在中空模转动过程中，可以全面地实现质量的平衡，这是因为中空模的每个质点在其相对侧基本都有一对应的平衡重物。这样，不平衡只可能由不同模腔的不规则的形状和布置所造成。然而，通过足够均匀地布置尽可能具有相同尺寸的模腔，可以使这种不平衡降低至容许的程度。中空模中的各模腔最好设置成绕中空模的惯性主轴基本旋转对称。

如前面已经提到的，不同的铸造材料需要不同的离心力或铸造时间。按照一优选实施例，对于本发明的离心铸造装置，转速可以根据所使用的中空模和/或待铸造的材料来设定。利用这种方式，例如，高热容量或高密度的材料(尤其是黄金)可以在一相对较低的转速下铸造，而低密度和低热容量的材料可以在相对较高的转速下铸造。

为了在该第二实施例的离心铸造装置中实施本发明的离心铸造方法，提出了一种中空模，其中基本在一单个平面内布置有至少三个模腔。

在这种情况下，尤为有利的是，在该中空模上设置一浇口杯，各模上的浇道的排出口通入该浇口杯。利用这种方式，在将液态铸造材料浇入浇口杯的过程中，各模腔可以基本同时地、因而相对均匀地被填满。

浇道最好可从位于相交平面内的排出口交替地以斜向上和径向朝下的方式朝外延伸。利用这种方式，以后将形成实际铸件的模腔可以更为紧密地组合于中空模中，这是因为这些模腔可位于至少两个上下叠置的平面内，并通过倾斜延伸的浇道连接于位于相交平面内的排出口。

浇口杯本身应构制成尽可能地旋转对称，以不致对中空模所产生的不平衡造成影响。

为了基本消除浇入浇口杯的液态铸造材料的逸出，使浇口杯朝上逐渐变细是较为有利的。通过悬垂这样形成的浇口杯的上边，能够可靠地防止液态铸造材料逸出。这一结构可以通过将浇口杯构制成至少分段呈锥形来实现。

可以用圆环形的套筒(muffle环)来形成本发明的中空模。在铸造中空模的过程中，先制造例如一蜡模型，该模型具有所需模腔的实际形状。将该模型与一浇口杯模一起设置在该套筒的中心并埋设于一制模材料中。在该制模材料硬化后，用热力、化学或其它合适的方式将模型材料排出，这样便由圆环形的套筒和硬化于其中的制模材料形成了中空模。除了使用套筒，也可以不同套筒来制造本发明的中空模，例如用合适形状的铸造装置。

如果用一圆环形的套筒来制造本发明的中空模，套筒内的容积必须被基本完全填满，以在中空模被旋转驱动时实现所需的质量平衡。但是，如果因各模腔的容积较小或者总的模腔数量较少而仅需要相对较小的埋入容积，则可通过在套筒中设置插入件来避免不必要的大埋入容积的浪费。套筒中可利用的容积被这些插入件减小，因此，只需要较少的埋入材料就可填满其余容积。在将插入件设置于套筒内时，当然需要注意确保将插入件设置成这样，即同样可获得足够的总体质量平衡，基本避免由插入件造成的不平衡。

本发明的离心铸造方法或者适用于该方法的离心铸造装置或中空模基本上可用于任何铸件。然而，将它们应用于高质量铸造中的工件制造，尤其是制造珠宝、假牙或工具零件，则可提供特殊的优点。

本发明的离心铸造方法或者适用于该方法的离心铸造装置或中空模基本上可用于任何铸造材料，例如黄金或钢。将本发明的方法或者适用于该方法的离心铸造装置或中空模应用于较低密度的铸造材料(例如钛)，则可提供特殊的优点，这是因为，由于在这种情况下所需的转速较高，用传统的方法或装置来铸造这些材料，质量不能令人满意，或者所用的装置非常昂贵。

下面参照附图来详细说明本发明的实施例，附图中：

图1是离心铸造装置的第一实施例的俯视示意图；

图2是中空模的第一实施例的俯视示意图；

图3是图2的中空模沿I-I线剖开的剖视图；

图4是中空模的第二实施例的俯视示意图；

图5是图4的中空模沿II-II线的剖视图；

图6是与图2到图5的中空模一起使用的一离心铸造装置。

图1的示意图所示的离心铸造装置01具有三个布置成星形的保持装置02、03和04，它们由一驱动轴05绕一旋转轴线06在一单个平面内共同转动。

每个保持装置02、03或04可连接一中空模07、08或09。通过埋入和熔化一适当形状的蜡模型，在中空模07、08和09中各形成一模腔10、11或12。每个模腔10、11或12具有三条浇道，每条浇道将一齿形腔与一浇口杯(图1中未示出)相连接。

各中空模07、08或09相对于旋转轴线06的径向距离可以彼此独立地调节，以抵销质量不平衡。

在实施本发明的离心铸造方法的过程中，三个中空模07、08和09绕旋转轴线06共同在一单个平面内转动。当达到足够高的转速时，将液态铸造材料浇入浇口杯(图1中未示出)，使其在离心力的作用下压入模腔10、11或12。由于本发明的高度可调的转速，可以在非常短的时间内实现基本完全的填模，从而能以足够高的质量铸造低热容量或低密度的材料。

图2是一中空模13的俯视图，其中，为便于理解，本来无法从外面看到的模腔14，连同它们相应的连接浇道36一起被示出。中空模13在其外周边具有一圆环形的套筒15，该套筒例如由钢制成。用一例如由蜡制成的模型来制造中空模13，该模型的形状对应于所需的带有浇道的模腔14和一截面呈锥形的浇口杯16的实际形状。为产生这种模型，用蜡做出待制造的铸造物品(例如假牙)的模型，然后用一标准的浇口杯模熔合到一标准的浇道模上。然后，将这样产生的基本旋转对称形状的模型设置在套筒15的中心，而后埋设于一可硬化的制模材料17中。在制模材料17硬化后，通过熔合而去除模型材料，从而在制模材料17中形成了所需要的反形状的模腔。

尤其可从图3中看出，各模腔14和浇口杯16相对于中空模13的旋转轴线18而设置成旋转对称。此外，所有的模腔14绕该惯性主轴18而位于一公共平面内。每个模腔具有一浇道36，该浇道具有一排出口37，因而液态铸造材料可从浇口杯16流入模腔14。因此，可将该中空模13设置于一离心铸造装置中，使惯性主轴18沿离心铸造装置的旋转轴线延伸，这样一来，在旋转驱动中空模时所产生的不平衡被基本抵销和减小到一允许的程度。在实际的铸造过程中，于中空模13绕惯性主轴18以足够高的转速转动的同时，将液态铸造材料浇入浇口杯16。借助作用于铸造材料上的离心力，模腔14被迅速填满，基本没有缩孔。

图4所示的中空模的实施例19，其实质结构相当于中空模13。再次使用圆环形套筒15，并同样将一带有连接诸浇道和诸模腔14的浇口杯16设置于可硬化的制模材料17中。

为了在中空模19中可以制造相对少量的工件(在本例中为假牙)，可在套筒15中彼此轴向对称地设置两个圆弓体块形插入件20或21。利用这两个插入件20和21，套筒15内由制模材料17填充的容积被减小，其中插入件20和21的惯性质量在中空模19绕惯性主轴18转动时彼此抵销。

插入件20和21可以构制成实心件或空心件(例如呈弯曲片件的形式)，其中，在使用弯曲片件时，可实现总的惯性质量的相应减小。

图6是离心铸造装置的第二实施例22的剖视示意图，它适合于与图2到图5所示的中空模13和19一起使用。离心铸造装置22在一外壳23中具有一驱动装置24，例如电动机，用一控制器和调节装置25按照操作人员预设的设定值对该驱动装置进行控制和调节。驱动轴26可以由驱动装置24旋转驱动，使其绕一中心轴线27转动。在驱动轴26的上端设置有一基板28，基板的上侧可附连一圆盘形保持装置30，同时在基板与保持装置之间设置有一分隔件29。保持装置30的上侧具有一圆盘形凹陷，该凹陷的直径与中空模13的外径相同。利用夹持装置31和32(仅示意性地示出)将中空模13附连于保持装置30，这些夹持装置例如可以构制成夹持螺钉的形式。

在将中空模13附连于基板30后，将一盖子33从上方连接于外壳23，使中空模13朝向外侧地被封装。在浇口杯16的上方，盖子33具有一槽口34，通过该槽口可将熔融铸造材料从上面浇入浇口杯16。一可转动的盖子35用于在浇入液态铸造材料后盖住槽口34。

利用浇口杯16的尺寸和形状，诸如杆式铸造或冒口之类的、用作填补固化收缩的储备的特殊铸造技术就不再需要了。这一功能由留在浇口杯中的熔融物来实现，这是因为这一区域中的铸造材料是最后固化的，因而可被传送入模腔14。

Claims (24)

1.一种通过离心铸造法制造铸件的方法，其中，由至少一个中空模形成的多个模腔绕一公共旋转轴线转动，其特征在于，

设置有三个模腔(10，11，12，14)，它们绕一轴线(06，27)转动，并由至少一个公共平面相交。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个模腔(10，11，12，14)具有至少一条浇道(36)，其中模腔(10，11，12，14)在浇道区域内、尤其在排出口(37)区域内与该公共平面相交。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用一可重复使用的中空模来形成诸模腔。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用一死中空模(10，11，12，14)来形成诸模腔。

5.如权利要求1到4的任一项所述的方法，其特征在于，n个所使用的模腔(10，11，12，14)设置成基本均匀地错开约360°/n的旋转角。

6.一种用于实施权利要求1到5所述的方法的离心铸造装置，具有至少三个各用于附连一中空模的保持装置，该中空模含有至少一个模腔，其特征在于，

中空模(07，08，09)可设置在保持装置(02，03，04)中，使得当离心铸造装置(01)被驱动时，模腔(10，11，12)绕一轴线(06)转动，并与一单个平面相交。

7.如权利要求6所述的离心铸造装置，其特征在于，中空模(07，08，09)可单独调节。

8.用于实施权利要求1到5所述的方法的离心铸造装置，具有至少一个用于附连一中空模的保持装置，该中空模含有至少三个模腔，其特征在于，

中空模(13，19)可设置在保持装置(30)中，使得当离心铸造装置(22)被驱动时，模腔(14)绕一轴线(27)转动，并与一单个平面相交。

9.如权利要求6到8的任一项所述的离心铸造装置，其特征在于，转速可根据所使用的中空模(07，08，09，13，19)和/或待铸造的材料调节。

10.如权利要求9所述的离心铸造装置，其特征在于，转速可自动调节。

11.一种用于权利要求1到5的任一项所述的方法的中空模，其特征在于，

在中空模(13，19)中设置有与一单个平面相交的至少三个模腔(14)。

12.如权利要求11所述的中空模，其特征在于，n个所使用的模腔(14)设置成基本均匀地错开约360°/n的旋转角。

13.如权利要求12或13所述的中空模，其特征在于，模腔(14)各具有至少一个浇道，每条浇道具有一通到一浇口杯(16)的排出口(37)，其中，可将液态铸造材料浇入浇口杯(16)以致通过浇道(36)使模腔充满铸造材料。

14.如权利要求13所述的中空模，其特征在于，模腔(10，11，12，14)在浇道(36)区域内、尤其在排出口(37)区域内与该公共平面相交。

15.如权利要求11到14的任一项所述的中空模，其特征在于，浇道从位于一单个平面内的诸排出口交替地以斜向上和径向朝下的方式朝外延伸。

16.如权利要求11到15的任一项所述的中空模，其特征在于，设置一以旋转对称方式形成的浇口杯(16)。

17.如权利要求16所述的中空模，其特征在于，浇口杯(16)的中心轴线基本沿中空模的旋转轴线(18)延伸。

18.如权利要求16或17所述的中空模，其特征在于，浇口杯(16)从下朝上逐渐变细，尤其是至少分段构制成锥形。

19.如权利要求11到18的任一项所述的中空模，其特征在于，中空模(13，19)的外径由一圆环形套筒(15)形成。

20.如权利要求19所述的中空模，其特征在于，可在套筒(15)内设置插入件(20，21)，它们可靠地抵靠套筒(15)的内周边，以减小套筒(15)内可用于产生中空模(19)的容积。

21.一种用于制造如权利要求10到17的任一项所述的中空模的浇口杯模，其特征在于，

该浇口杯模构制成圆形对称状和/或至少分段呈锥形。

22.一种用于制造如权利要求10到17的任一项所述的中空模的浇口杯模，其特征在于，

该浇口杯模由可排出的材料制成。

23.如权利要求1到22的任一项所述的方法和/或离心铸造装置和/或中空模和/或浇口杯模的应用，其特征在于，

生产珠宝件、假牙、用于制造假牙的半成品或工具零件。

24.如权利要求1到22的任一项所述的方法和/或离心铸造装置和/或中空模和/或浇口杯模的应用，其特征在于，

用低密度的一金属或一合金、尤其是钛作为制造材料。

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