專利名稱：合金鑄錠的噴射鑄造方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過利用噴射鑄造工藝來制造金屬或合金鑄錠的方法和設(shè)備。更詳細(xì)地說，本發(fā)明的特征在于，通過多個(gè)氣體噴霧器來提高鑄造速度并且能夠通過讓噴射液滴沉積在鑄錠頂面上的更大區(qū)域上來生產(chǎn)其微觀結(jié)構(gòu)均勻的大直徑鑄錠。
背景技術(shù)：
噴射鑄造工藝是用來生產(chǎn)合金鑄錠的最新鑄造技術(shù)，該技術(shù)包括通過高壓氣體使熔融的金屬或合金霧化成噴射的液滴，然后通過將下落的部分固化液滴沉積到下面的捕獲板上來形成合金鑄錠。這時(shí)，根據(jù)捕獲板的形狀和運(yùn)動(dòng)，可以生產(chǎn)出棒狀、管狀或板狀合金物體。一般來說，為了生產(chǎn)出棒狀鑄錠，捕獲板在鑄錠塊長大時(shí)以固定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)并且下降。


圖1說明了如在美國專利Nos.4697631(1987)和4938275(1990)中所示一樣的噴射鑄造工藝。圖2為在圖1中所示的掃描氣體噴霧器的放大視圖。當(dāng)熔融金屬或合金(1)在中間包(2)下面流動(dòng)并且穿過熔融噴口(3)時(shí)，流經(jīng)氣體噴霧器(6)的熔融流(4)在氣體噴流(7)涌出時(shí)轉(zhuǎn)變成噴射的細(xì)小液滴(8)。這些噴射的液滴朝著在噴射路徑和捕獲板(10)之間保持特定角度的捕獲板下落并且最終沉積在捕獲板的表面上。這時(shí)，捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)以使噴射液滴在鑄錠(9)的整個(gè)頂面上形成均勻的沉積。棒狀鑄錠將隨著噴射液滴均勻地沉積在捕獲板上而逐漸長大，并且該捕獲板以和鑄錠的生長相同的速度下降。這樣，當(dāng)在噴射沉積的速率和鑄錠生長之間實(shí)現(xiàn)平衡時(shí)，可以生產(chǎn)出直徑均勻的長鑄錠。雖然可以通過降低捕獲板的下降速度來增加鑄錠的直徑，但是應(yīng)該避免出現(xiàn)這種情況，因?yàn)樘珓×业南陆禃?dǎo)致鑄錠頂面的中心出現(xiàn)陡峭的凹陷并且導(dǎo)致大量的大孔隙。一般來說，使用掃描氣體噴霧器(6a)來擴(kuò)大噴射液滴的沉積面積，因?yàn)樵跊]有它的情況下，鑄錠直徑的擴(kuò)大只限于在150mm和200mm之間的直徑。
圖2a為掃描氣體噴霧器的示意圖，說明了在高壓供氣管道(5)以擺動(dòng)的方式轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與該供氣管道連接的氣體噴霧器(6b)也是怎樣擺動(dòng)的。該轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)使氣體噴流(7)相對于熔融流(4)的碰撞角度發(fā)生變化并且使噴射液滴(8)左右擺動(dòng)，并且可以擴(kuò)大噴射液滴在鑄錠頂面上的沉積面積。
如在圖2b中所示一樣，氣體噴霧器的轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)使熔融流(4)左右搖晃并且導(dǎo)致在鑄錠頂面上方直線前后掃描運(yùn)動(dòng)。這反過來使得噴射液滴能夠均勻沉積在更大的區(qū)域上。利用掃描氣體噴霧器可以產(chǎn)生250mm的最大鑄錠直徑。而且，其優(yōu)點(diǎn)在于，與利用固定的氣體噴射器相比能夠制造均勻度更高的鑄錠。
但是，因?yàn)閽呙铓怏w噴霧器的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)會導(dǎo)致熔融流(4)和氣體噴流(7)之間的碰撞角度出現(xiàn)突然變化，所以它會導(dǎo)致產(chǎn)生降低氣體霧化效率的缺點(diǎn)。當(dāng)掃描氣體噴霧器(6a)擺動(dòng)時(shí)，熔融流(4)偏離氣體噴霧器的中央，并且因此噴射的氣體噴流(7)和熔融流(4)不會在一個(gè)地方會聚并且在更廣闊的空間中碰撞。這引起噴射液滴出現(xiàn)嚴(yán)重偏離的尺寸分布，這會阻礙形成具有良好微觀結(jié)構(gòu)的鑄錠。而且，碰撞角度變化和氣體噴霧器的轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)的組合導(dǎo)致在熔融流周圍突然產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流很可能導(dǎo)致在熔融噴口(3)的頂端周圍出現(xiàn)反壓，從而由于熔融流固化而導(dǎo)致噴口堵塞。為了避免出現(xiàn)這種危險(xiǎn)，掃描氣體噴霧器的轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)角度限制在大約2度，并且不可避免的是，它減小了通過利用掃描氣體噴霧器來擴(kuò)大噴射沉積面積的效率。因?yàn)槿廴诮饘倩蚝辖鸶叨让芗試娚湟旱蔚倪\(yùn)動(dòng)不容易由于氣體噴流的碰撞角度的突然變化而改變。因此，難以實(shí)時(shí)地改變噴射液滴的飛行方向。由于這些原因，所以可以判定，與其用于擴(kuò)大噴射沉積面積的目的，還不如該掃描氣體噴霧器更適用于在液滴飛行期間均勻地混合各種尺寸的液滴。
如在圖3a和3c中所示一樣，用于生產(chǎn)鑄錠的傳統(tǒng)噴射鑄造工藝可以在鑄錠的縱向方向上分成三種垂直的、傾斜的和水平的方法。在垂直方法(圖3a)的情況中，雖然更容易在噴射鑄造期間保持鑄錠的均勻形狀，但是由于該氣體噴霧器的噴射軸向與垂直方向傾斜大約35度所以它需要高水平的氣體噴霧器技術(shù)。另一方面，在傾斜方法(圖3b)的情況中，氣體霧化最穩(wěn)定，因?yàn)橄鄳?yīng)的噴射軸是垂直的。但是，因?yàn)殍T錠是傾斜生長，所以該方法的缺點(diǎn)在于，在要考慮重力時(shí)會在生產(chǎn)重型鑄錠中產(chǎn)生問題。在水平方法(圖3c)的情況中，由于噴射軸與垂直方向高度傾斜，所以更難以進(jìn)行氣體霧化控制。而且，雖然它具有在特定高度限制內(nèi)生產(chǎn)長水平鑄錠的優(yōu)點(diǎn)，但是它難以為水平生長的長鑄錠提供均勻的支撐。由于這些原因，所以垂直鑄錠噴射鑄造工藝最廣泛地用在商業(yè)實(shí)踐中。但是，上述采用單個(gè)氣體噴霧器的鑄錠噴射鑄造工藝的缺點(diǎn)在于，生產(chǎn)的鑄錠其直徑相對更小并且噴射鑄造產(chǎn)出率更低為60％-70％。因此，當(dāng)前使用雙氣體噴霧器技術(shù)來改善上述缺點(diǎn)。
圖4顯示出如在美國專利No.5472038(1995)中所示一樣在鑄錠噴射鑄造期間兩個(gè)氣體噴霧器的應(yīng)用。通過允許在捕獲板(10)的中心和周邊區(qū)域中單獨(dú)沉積噴射液滴，從而可以形成大直徑鑄錠。而且，另外期望提高鑄造速度并且改善產(chǎn)出率。該噴霧器的掃描運(yùn)動(dòng)需要復(fù)雜的裝置例如凸輪和馬達(dá)，因此由于可用的空間有限所以只掃描了兩個(gè)噴霧器中的一個(gè)。一般來說，沉積在捕獲板的中心區(qū)域中的噴射液滴被掃描，并且固定的氣體噴霧器用于周邊區(qū)域。垂直和水平方法都可以用在利用了兩個(gè)氣體噴霧器的工藝中。所生產(chǎn)出的鑄錠的最大直徑公知大約為350mm。
如上所述，用于通過利用噴射鑄造工藝制造金屬或合金鑄錠的傳統(tǒng)方法具有以下問題。
首先，對于在鑄錠的噴射鑄造中的掃描氣體噴霧器的使用而言(i)噴射液滴的不均勻的分布會助長最終鑄錠的不均勻微觀結(jié)構(gòu)；(ii)氣體壓力的渦流和聚集容易在熔融噴口的頂端處出現(xiàn)，這會導(dǎo)致噴口堵塞；(iii)因?yàn)橹荒茉诖蠹s為2度的有限轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)角度內(nèi)期望掃描效果，所以噴射沉積區(qū)域的有益針對擴(kuò)大不是值得注意的；(iv)當(dāng)采取使用兩個(gè)或多個(gè)掃描噴霧器時(shí)，因?yàn)橛杀仨毺峁槊總€(gè)氣體噴霧器提供掃描裝置而產(chǎn)生的空間限制，所以其缺點(diǎn)在于設(shè)計(jì)復(fù)雜。
第二，采用傳統(tǒng)的噴射鑄造方法，非常難以生產(chǎn)具有均勻微觀結(jié)構(gòu)的直徑超過400mm的大直徑鑄錠。
第三，因?yàn)閭鹘y(tǒng)噴射鑄造工藝使用了一個(gè)或兩個(gè)氣體噴霧器，所以與連續(xù)方坯鑄造或鑄錠鑄造工藝相比其鑄造速度低許多。
第四，因?yàn)橛糜谏a(chǎn)鑄錠的傳統(tǒng)噴射鑄造工藝使用了以單向方式設(shè)置的氣體噴霧器，所以難以在其有限的可用空間內(nèi)使用多個(gè)氣體噴霧器。
第五，用于生產(chǎn)鑄錠的傳統(tǒng)噴射鑄造工藝只能制造圓形鑄錠，并且不能生產(chǎn)方形鑄錠。
發(fā)明概述本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)現(xiàn)有的噴射鑄造所碰到的上述問題。因此，其目的在于提供一種用于容易通過控制噴霧器的空間布置來制造其直徑相對較大的噴射鑄造鑄錠的方法和設(shè)備。這些噴射液滴從至少一個(gè)或多個(gè)氣體噴霧器中流出，并且可以通過分別控制每個(gè)熔融噴射在鑄錠頂面上的沉積位置來擴(kuò)大整體噴射沉積面積。同時(shí)，通過控制氣體噴霧器和鑄錠之間的相對轉(zhuǎn)動(dòng)，從而噴射液滴均勻地沉積在鑄錠的整個(gè)頂面上。
而且，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于通過采用氣體噴霧器和鑄錠之間沿著鑄錠縱向方向的相對往復(fù)運(yùn)動(dòng)來制造同時(shí)具有均勻的微觀結(jié)構(gòu)和擴(kuò)大的鑄錠直徑的噴射鑄造鑄錠的方法和設(shè)備。通過周期性地改變氣體噴霧器和生長鑄錠的頂面之間的相互距離可以實(shí)現(xiàn)所噴射液滴在鑄錠頂面的每個(gè)沉積區(qū)域周圍更加均勻的質(zhì)量分布。也就是說，通過使噴霧器和/或鑄錠沿著鑄錠長大方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)來使整個(gè)噴射沉積面積更加擴(kuò)大。
本發(fā)明還有一個(gè)目的在于，提供一種用于制造噴射鑄造鑄錠的方法和設(shè)備，它們通過使用多個(gè)氣體噴霧器從而顯著地提高的鑄造速度。
另外，本發(fā)明還有一個(gè)目的在于，提供一種用于通過適當(dāng)?shù)乜刂茪怏w噴霧器和鑄錠之間的轉(zhuǎn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)來制造形狀為多邊形尤其是方形的噴射鑄造鑄錠的方法和設(shè)備。
附圖的簡要說明圖1的示意圖顯示出用于制造合金鑄錠的傳統(tǒng)噴射鑄造方法和設(shè)備；圖2a和2b的示意圖顯示出在傳統(tǒng)鑄錠噴射鑄造工藝中所采用的掃描氣體噴霧器的原理，具體地說，圖2a顯示出氣體噴霧器的轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，而圖2b顯示出由掃描氣體噴霧器所引起的霧化的不對稱性；圖3a至3c為用于合金鑄錠生產(chǎn)的傳統(tǒng)噴射鑄造方法的示意圖，詳細(xì)地說，圖3a顯示出垂直噴射鑄造方法，圖3b顯示出傾斜噴射鑄造方法，而圖3c顯示出水平噴射鑄造方法。
圖4a和4b為使用了兩個(gè)氣體噴霧器的用于合金鑄錠生產(chǎn)的傳統(tǒng)噴射鑄造方法的示意圖，具體地說，圖4a顯示出垂直噴射鑄造方法，而圖4b顯示出水平噴射鑄造方法；圖5為根據(jù)本發(fā)明的用于合金鑄錠生產(chǎn)的噴射鑄造方法的透視圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的用于合金鑄錠生產(chǎn)的多氣體噴霧器噴射鑄造方法的示意圖，其中每個(gè)噴霧器位于在基底軸線上對中的圓周上；圖7為根據(jù)本發(fā)明的用于合金鑄錠生產(chǎn)的多氣體噴霧器噴射鑄造方法的示意圖，其中每個(gè)氣體噴霧器的方位被調(diào)節(jié)成使相應(yīng)的熔融噴射在鑄錠頂面上的不同徑向位置上沉積；圖8為根據(jù)本發(fā)明的用于合金鑄錠生產(chǎn)的多氣體噴霧器噴射鑄造方法的示意圖，其中捕獲板相對于氣體噴霧器的方位被調(diào)節(jié)成讓每個(gè)熔融噴射在鑄錠頂面上的不同徑向位置處沉積；圖9顯示出通過將鑄錠頂面分隔成幾個(gè)區(qū)域元件來建立熔融噴射的各個(gè)沉積比的本發(fā)明的方法；圖10為當(dāng)氣體噴霧器和鑄錠頂面之間的距離沿著基礎(chǔ)軸線改變時(shí)鑄錠頂面上的噴射沉積區(qū)域的徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；圖11為本發(fā)明的九種不同類型的噴射鑄造方法的示意圖，這些方法用于通過繞著基礎(chǔ)軸線的相對轉(zhuǎn)動(dòng)和沿著在氣體噴霧器和捕獲板之間的基礎(chǔ)軸線之間的基礎(chǔ)軸線的相對往復(fù)運(yùn)動(dòng)的各個(gè)組合來進(jìn)行鑄錠生產(chǎn)；圖12a和12b說明了噴射液滴在鑄錠頂面上的運(yùn)動(dòng)以便使鑄錠產(chǎn)生均勻的高度生長，具體地說，圖12a說明噴射液滴沿著徑向方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)該根據(jù)噴射液滴在鑄錠頂面上的徑向沉積位置來改變，而圖12b顯示出用于均勻噴射沉積在鑄錠的整個(gè)頂面上的噴射液滴的沉積路徑；圖13a至13d為用來確保噴射液滴均勻沉積在鑄錠頂面上的噴射液滴的理論運(yùn)動(dòng)的曲線圖，詳細(xì)地說，圖13a顯示出噴射液滴隨著時(shí)間在頂面上的徑向沉積位置，圖13b顯示出噴射液滴的徑向運(yùn)動(dòng)相對于時(shí)間的速度，圖13c顯示出由氣體噴霧器和/或捕獲板的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的相互位移，而圖13d顯示出氣體噴霧器和/或捕獲板的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度。
圖14a至14d的曲線圖顯示出為了在鑄錠頂面上在大致數(shù)值范圍內(nèi)使噴射液滴產(chǎn)生均勻的沉積而進(jìn)行的噴射液滴的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，詳細(xì)地說，圖14a顯示出噴射液滴隨著時(shí)間在頂面上的徑向沉積位置，圖14b顯示出噴射液滴的徑向運(yùn)動(dòng)相對于時(shí)間的速度，圖14c顯示出由氣體噴霧器和/或捕獲板的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的相互位移，圖14d顯示出氣體噴霧器和/或捕獲板的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度；圖15a至15d顯示出根據(jù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)與噴射液滴的轉(zhuǎn)動(dòng)的循環(huán)比噴射液滴在鑄錠頂面上的沉積路徑，詳細(xì)地說，圖15a顯示出往復(fù)運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)的循環(huán)比為8.375∶1的沉積路徑，圖15b顯示出往復(fù)運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)的循環(huán)比為8∶1的沉積路徑，圖15c顯示出往復(fù)運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)的循環(huán)比為1∶8.375的沉積路徑，而圖15d顯示出往復(fù)運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)的循環(huán)比為1∶8的沉積路徑；圖16為由氣體噴霧器為了生產(chǎn)方鑄錠而進(jìn)行的轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的示意圖；圖17顯示出氣體噴霧器由氣體噴霧器的轉(zhuǎn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及捕獲板的往復(fù)運(yùn)動(dòng)組成的為了生產(chǎn)具有長邊的方鑄錠的同時(shí)運(yùn)動(dòng)；圖18a和18b顯示出根據(jù)捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)和氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)噴射液滴在鑄錠頂面上的沉積路徑，具體地說，圖18a顯示出當(dāng)捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)與氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)的循環(huán)比為2.375時(shí)的沉積路徑，并且圖18b顯示出當(dāng)捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)與氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)的循環(huán)比正好為2時(shí)的沉積路徑；圖19為根據(jù)本發(fā)明用于制造金屬或合金鑄錠的噴射鑄造合金設(shè)備的剖視圖；圖20為根據(jù)本發(fā)明用于制造金屬或合金鑄錠的噴射鑄造合金設(shè)備的剖視圖，該設(shè)備另外還具有用來使氣體噴霧器和/或捕獲板進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝置。1.熔融合金2.中間包3.熔融噴口4.熔融流5.高壓供氣管道6.氣體噴霧器6a.掃描氣體噴霧器 6b.固定氣體噴霧器7.氣體噴流8.噴射液滴9.鑄錠10.捕獲板11.噴射腔 12.捕獲板驅(qū)動(dòng)軸13.通風(fēng)口 31.基礎(chǔ)軸線32.熔融合金 33.中間包34.熔融噴口 35.噴射角度36.塞子 37.中間包塞子38.中間包滑門 39.高壓進(jìn)氣口40.供氣管道支座 41.供氣管道42.氣體噴霧器外殼 43.氣體噴霧器44.噴射軸 45.氣體噴流46.氣體噴霧器心軸 47.供氣管道支撐穩(wěn)定裝置48.供氣管道轉(zhuǎn)動(dòng)軸承 49.氣體噴霧器固定銷50.上腔室轉(zhuǎn)動(dòng)軸承 51.密封件52.上腔室 53.上腔室支撐件54.氣體噴霧器往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置凸輪 55.上腔室轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)56.上腔室驅(qū)動(dòng)軸57.直角交叉齒輪58.噴射液滴59.單個(gè)噴射沉積區(qū)域60.鑄錠頂面61.鑄錠62.捕獲板 63.后備捕獲板64.鑄錠固定銷 65.捕獲板驅(qū)動(dòng)軸66捕獲板驅(qū)動(dòng)部件 67.捕獲板驅(qū)動(dòng)外殼68.捕獲板驅(qū)動(dòng)部分支撐件69.捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)凸輪70.捕獲板往復(fù)機(jī)構(gòu)導(dǎo)向件71.捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)72.內(nèi)部花鍵軸 73.外部花鍵軸74.捕獲板馬達(dá) 75.鏈條76.鏈輪77.螺紋軸78.螺母板 79.噴射腔室80.通風(fēng)口 81.噴射腔室支撐件82.氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)裝置 83.捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)裝置84.捕獲板線性驅(qū)動(dòng)裝置 85.捕獲板旋轉(zhuǎn)軸線86.氣體噴霧器往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置 87.捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置具體實(shí)施方式
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明形成金屬或合金鑄錠的方法包括以下步驟圍繞著基礎(chǔ)軸線設(shè)置多個(gè)噴霧器，其中所述噴霧器的噴射軸在角度上與所述基礎(chǔ)軸線向間隔0-90度；從所述噴霧器中噴射出熔融金屬或合金的液滴；將捕獲板設(shè)置在所述噴射液滴的路徑中；通過將所述噴射液滴連續(xù)沉積在所述捕獲板頂面上形成鑄錠塊，從而使所述鑄錠沿著所述基礎(chǔ)軸線長大；使所述噴霧器和/或所述捕獲板繞著所述基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以便使所述噴射液滴在所述鑄錠頂面上沿著圓周均勻散布；使所述噴霧器和/或所述捕獲板沿著所述基礎(chǔ)軸線連續(xù)移動(dòng)以便保持在每個(gè)所述噴霧器和所述鑄錠頂面之間均勻的間距；并且作為附加的步驟，使所述噴霧器和/或所述捕獲板沿著所述基礎(chǔ)軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)以便使所述噴射液滴在所述鑄錠頂面上沿著徑向線來回運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明形成金屬或合金鑄錠的另一個(gè)方法包括以下步驟從噴霧器中噴射出熔融金屬或合金液滴，所述噴霧器的軸線在角度上與基礎(chǔ)軸線相隔0-90度；將捕獲板設(shè)定在所述噴射液滴的路徑中；通過將所述噴射液滴連續(xù)沉積在所述捕獲板的頂面上來形成鑄錠塊，從而使所述鑄錠沿著所述基礎(chǔ)軸線生長；使所述噴霧器和/或所述捕獲板繞著所述基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以便使所述噴射液滴沿著在所述鑄錠頂面上的圓周均勻分布；并且使所述噴霧器和/或所述捕獲板沿著所述基礎(chǔ)軸線連續(xù)運(yùn)動(dòng)以便使所述氣體噴霧器和所述鑄錠頂面之間的距離周期性變化。
根據(jù)本發(fā)明的形成金屬或合金鑄錠的設(shè)備包括以下裝置裝有熔融金屬或合金的中間包；在所述中間包下面圍繞著基礎(chǔ)軸線設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)氣體噴霧器，其中所述氣體噴霧器的噴射軸在角度上與所述基礎(chǔ)軸線相距0-90度；設(shè)置在從所述噴霧器噴出的噴射液滴路徑中的捕獲板；用于使所述噴霧器和/或所述捕獲板繞著所述基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置；用于使所述噴霧器和/或所述捕獲板沿著所述基礎(chǔ)軸線進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動(dòng)的裝置；以及作為附加元件，用于使所述噴霧器和/或所述捕獲板沿著所述基礎(chǔ)軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝置。
下面，將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)地說明。[實(shí)施方案1]圖5顯示出根據(jù)本發(fā)明用來生產(chǎn)金屬或合金鑄錠的噴射鑄造方法的理想實(shí)施方案。將至少一個(gè)氣體噴霧器(43)設(shè)在圍繞著任意基礎(chǔ)軸線(31)的圓周上，在那里這些氣體噴霧器的噴射軸(44)在角度上與基礎(chǔ)軸線(31)相隔0-90度。這時(shí)，噴射軸(44)面對著捕獲板(63)，并且要求將多個(gè)氣體噴霧器設(shè)置成與基礎(chǔ)軸線(31)360度轉(zhuǎn)動(dòng)同心。在熔融合金通過安裝在中間包(33)下面的熔融噴口(34)時(shí)，多個(gè)氣體噴霧器用來生產(chǎn)熔融金屬或合金噴射。這些噴射液滴(58)迅速下降并且在它們碰到噴射氣體噴流時(shí)受到冷卻并且固化。當(dāng)捕獲板(62)位于在使液滴垂直于基礎(chǔ)軸線飛行的路徑中時(shí)，部分固化的液滴將沉積在捕獲板的表面上并且所要求的鑄錠塊(61)將開始形成。為了讓噴射液滴沉積在捕獲板的整個(gè)頂面上，要將氣體噴霧器(43)和/或捕獲板(62)設(shè)定成相對于基礎(chǔ)軸線(31)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過使氣體噴霧器(43)和/或捕獲板(62)沿著鑄錠生長方向連續(xù)移動(dòng)可以生產(chǎn)出長鑄錠。這時(shí)，鑄錠的形狀是由下落的噴射液滴沉積在鑄錠(60)的頂面上的徑向位置所決定的。下落的噴射液滴應(yīng)該被控制成均勻地沉積在鑄錠的整個(gè)頂面上以便確保鑄錠的整個(gè)頂面垂直于基礎(chǔ)軸線正確的高度生長。
如上述一樣，當(dāng)同時(shí)使用多個(gè)氣體噴霧器時(shí)，噴射鑄造的生產(chǎn)速度可以與所應(yīng)用的氣體噴霧器數(shù)量成比例地增加。在用于鑄錠的傳統(tǒng)噴射鑄造方法的情況中，如在圖3和4中所示一樣，因?yàn)闅怏w噴霧器(6，6a，6b)以單向圖案設(shè)置在基礎(chǔ)軸線的一個(gè)側(cè)面上，所以有限的剩余空間使得難以采用許多氣體噴霧器。在本發(fā)明的情況中，如圖5中所示一樣，多個(gè)氣體噴霧器(43)以圓形圖案沿著基礎(chǔ)軸線(31)設(shè)置。氣體噴霧器的這種同心布置的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠安裝比傳統(tǒng)噴射鑄造工藝更多的氣體噴霧器。對于本發(fā)明而言，采用多個(gè)氣體噴霧器能夠提高鑄造速度，并且另外能夠擴(kuò)大噴射液滴沉積在鑄錠頂面上的區(qū)域。
同時(shí)應(yīng)用多個(gè)氣體噴霧器的方法根據(jù)如何確定鑄錠頂面上的沉積半徑而分成兩種方法，從每個(gè)氣體噴霧器中流出的每個(gè)熔融噴射物沉積在所述沉積半徑上。
首先，將氣體噴霧器(43)的位置和噴射角度(35)調(diào)節(jié)成使它們的熔融噴射物相對于基礎(chǔ)軸線(31)成相同的半徑沉積在鑄錠(60)的頂面上。噴霧器位置與噴射角度的組合有許多種情況，這些情況滿足在鑄錠頂面上相同沉積半徑的條件。除了那些之外，在圖6中所示的方法顯示出沿著與基礎(chǔ)軸線成同心圓的圓周均勻地設(shè)置每個(gè)氣體噴霧器并且將每個(gè)氣體噴霧器(43)的噴射角度(35)調(diào)節(jié)成相等的過程。采用該方法是理想的，因?yàn)闅怏w噴霧器的空間布置簡單。圖6顯示出使用四個(gè)氣體噴霧器，并且其優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)相同直徑鑄錠的速度是使用單個(gè)氣體噴霧器的四倍。該方法適用于批量生產(chǎn)直徑一致的鑄錠，因?yàn)閲婌F器的噴射軸相對于基礎(chǔ)軸線是對稱的。
第二，將氣體噴霧器(43)的位置、噴射角度(35)或捕獲板(62)的位置調(diào)節(jié)成使每個(gè)熔融噴射物在鑄錠(60)頂面上的相應(yīng)不同徑向位置中碰撞。每個(gè)噴射物以不同半徑沉積的這種方法可以生產(chǎn)比以相同半徑沉積的方法直徑大得多的鑄錠。在該方法中，簡單地將多個(gè)氣體噴霧器設(shè)置成具有相同的噴射角度以便相對于鑄錠頂面彼此設(shè)置在不同的高度處。作為詳細(xì)的說明，圖7顯示出這樣的布置，多個(gè)氣體噴霧器(43)以相同的噴射角度(35)設(shè)置在圍繞著基礎(chǔ)軸線對中的錐形表面上，并且它們在鑄錠頂面上方的高度是變化的。該方法有利于生產(chǎn)大直徑鑄錠，并且具有設(shè)計(jì)簡單的優(yōu)點(diǎn)。但是，其缺點(diǎn)在于，當(dāng)想要生產(chǎn)不同直徑的鑄錠時(shí)必須重新調(diào)節(jié)每個(gè)氣體噴霧器的位置。而且，因?yàn)橄鄳?yīng)的高度在多個(gè)氣體噴霧器中是有差異的，所以使用假定相同量的裝在中間包(33)中的熔融內(nèi)容物，從而可以改變?nèi)廴诤辖鹜ㄟ^每個(gè)氣體噴霧器的流出速率。該方法可能在確定每個(gè)熔融噴射物的適當(dāng)沉積半徑上需要一些時(shí)間和努力，因?yàn)槿绻總€(gè)氣體噴霧器的熔融流出速率是不同的話則由每個(gè)噴射物所得到的沉積量是變化的。
如果每個(gè)氣體噴霧器的高度不同，則熔融合金的流出速率也將是不同的。因此，必須使每個(gè)氣體噴霧器的高度相等，而且必須讓每個(gè)熔融噴射物沉積在不同半徑上。通過調(diào)節(jié)噴射角度(35)以及每個(gè)氣體噴霧器離基礎(chǔ)軸線(31)的距離同時(shí)保持每個(gè)氣體噴霧器(43)的高度相同來使來自每個(gè)氣體噴霧器的熔融噴射物沉積在不同半徑位置處，這存在許多種情況。除了那些情況之外，如在圖8種所示，一種容易且簡單的方法在于控制沉積半徑同時(shí)將具有相同噴射角度的氣體噴霧器設(shè)置成位于圍繞著基礎(chǔ)軸線(31)對中的同心圓周上。也就是說，這些氣體噴霧器可以以與在圖6中相同的方式設(shè)置，另外如在圖6中的箭頭所示一樣，捕獲板沿著與基礎(chǔ)軸線(31)垂直的方向的特殊運(yùn)動(dòng)會導(dǎo)致每個(gè)熔融噴射物沉積在不同的半徑位置處。這樣，可以很容易通過使捕獲板相對于氣體噴霧器進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃竭\(yùn)動(dòng)來控制鑄錠直徑。同時(shí)，由于采用簡單的氣體噴霧器布置，所以從每個(gè)噴霧器噴射出的熔融噴射物的量彼此相等。
在試圖采用如上所述的多氣體噴霧器方法來控制噴射液滴在大直徑鑄錠頂面上均勻沉積的情況中，每個(gè)熔融噴射物在鑄錠頂面上的沉積半徑必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。在本發(fā)明中，將提供四氣體噴霧器模式的詳細(xì)說明來作為多氣體噴霧器方法的典型實(shí)施例。如在圖9中所示一樣，鑄錠頂面沿著其半徑方向被分成四個(gè)區(qū)域單元A1、A2、A3、A4，四個(gè)熔融噴射物I、II、III和IV分別沉積在上述四個(gè)區(qū)域單元處。假定由每個(gè)熔融噴射物所形成的沉積量是相同的，則耽擱區(qū)域單元的范圍必須是相同的以便實(shí)現(xiàn)鑄錠頂面均勻生長。在鑄錠頂面上確定徑向邊界(在這些邊界處這些區(qū)域單元的每個(gè)范圍相互相等)的半徑分別為S1＝0.50R、S2＝0.71R、S3＝0.87R并且S4＝R(其中R為鑄錠的半徑)。每個(gè)熔融噴射物必須沉積在位于被限定作為在兩個(gè)相鄰徑向邊界之間的區(qū)域的相應(yīng)區(qū)域單元內(nèi)的位置處。例如，當(dāng)推定每個(gè)熔融噴射物沉積在相應(yīng)區(qū)域單元的中間中時(shí)，熔融噴射物的沉積半徑分別為r1＝0.25R，r2＝0.60R，r3＝0.79R并且r4＝0.93R。如果由每個(gè)熔融噴射物形成的沉積區(qū)域大于相應(yīng)區(qū)域單元的寬度的話，則相鄰熔融噴射物將在徑向邊界周圍部分重疊，從而導(dǎo)致均勻沉積在鑄錠的整個(gè)頂部表面上。在使用n組氣體噴霧器的情況中，限定第k個(gè)區(qū)域單元的半徑sk根據(jù)以下數(shù)學(xué)公式來確定。[數(shù)學(xué)公式1]sk=kn·R]]>通過利用數(shù)學(xué)公式1，從而可以確定這些區(qū)域單元的徑向邊界。當(dāng)調(diào)節(jié)這些氣體噴霧器以便使每個(gè)熔融噴霧器沉積在位于相應(yīng)區(qū)域單元內(nèi)的適當(dāng)位置中時(shí)，以生產(chǎn)出大直徑鑄錠，并且其生長速度在其整個(gè)頂面上是均勻的。
如同上面一樣，即使每個(gè)熔融噴射物的沉積半徑受到適當(dāng)?shù)乜刂疲脖仨氝M(jìn)行特定的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)以確保噴射液滴沉積在鑄錠的整個(gè)頂面上。也就是說，噴射液滴(58)繞著基礎(chǔ)軸線(31)的轉(zhuǎn)動(dòng)可以使噴射液滴在鑄錠頂面上沿著圓周分布。為了使噴射液滴在鑄錠頂面上方沿著特定的圓周相對轉(zhuǎn)動(dòng)，氣體噴霧器(43)和/或捕獲板(62)必須繞著基礎(chǔ)軸線(31)轉(zhuǎn)動(dòng)。下面是三種適用于本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)噴射液滴相對于鑄錠的相對轉(zhuǎn)動(dòng)效果的有效方法(i)只是氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)；(ii)只是捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)；并且(iii)氣體噴霧器和捕獲板同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。而且，在生產(chǎn)圓形鑄錠時(shí)必須采用固定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)噴射液滴的相對轉(zhuǎn)動(dòng)效果的方法是，首先使氣體噴霧器(43)繞著基礎(chǔ)軸線(31)轉(zhuǎn)動(dòng)并且保持捕獲板(62)不轉(zhuǎn)動(dòng)。如果氣體噴霧器以這種方式轉(zhuǎn)動(dòng)，則噴射液滴(58)將在它們下落時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)并且可能使得各個(gè)液滴在噴射物內(nèi)部空間混合。噴射液滴由各種尺寸的液滴組成，在鑄錠上方的空間中混合，并且以更加均勻的空間分布轉(zhuǎn)變成噴射物。在噴射物內(nèi)部的這種混合效果導(dǎo)致噴射液滴在鑄錠頂面上均勻的沉積。飛行液滴的實(shí)時(shí)混合使得最終鑄錠(61)的微觀結(jié)構(gòu)更加均勻。在傳統(tǒng)噴射鑄造方法的情況中，鑄錠粘附在轉(zhuǎn)動(dòng)捕獲板上，并且因此鑄錠的長度有限制。由于連接捕獲板和鑄錠的穩(wěn)定裝置銷有幾個(gè)，所以不可能在傳統(tǒng)方法中使長轉(zhuǎn)動(dòng)鑄錠穩(wěn)定。但是，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能夠沿著基礎(chǔ)軸線安全地生產(chǎn)長鑄錠，因?yàn)樵撹T錠不會轉(zhuǎn)動(dòng)。在使氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)的情況中，氣體噴霧器應(yīng)該與裝有熔融物的中間包一起同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此由于涉及在裝在中間包的熔融合金上的安全，所以轉(zhuǎn)動(dòng)速度不能高。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)噴射液滴的相對轉(zhuǎn)動(dòng)效果的第二種方法在于只是使捕獲板(62)轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)保持氣體噴霧器(43)不轉(zhuǎn)動(dòng)。在使捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)的情況中，轉(zhuǎn)速可以相對較高，并且具有機(jī)器設(shè)計(jì)更簡單的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)噴射液滴的相對轉(zhuǎn)動(dòng)效果的第三種方法在于，使氣體噴霧器(43)和捕獲板(62)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)，氣體噴霧器和捕獲板必須沿著相對方向相互轉(zhuǎn)動(dòng)以從噴射液滴在飛行期間的混合效果中得到好處并且實(shí)現(xiàn)噴射液滴相對于鑄錠更高的相對轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
如果可以適當(dāng)?shù)乜刂泼總€(gè)熔融噴射物的沉積半徑并且使氣體噴霧器和/或捕獲板繞著基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，則他將導(dǎo)致噴射液滴在鑄錠的整個(gè)頂面上均勻的沉積。這時(shí)，鑄錠(61)將沿著基礎(chǔ)軸線(31)的方向長大，并且每個(gè)氣體噴霧器和鑄錠頂面之間沿著基礎(chǔ)軸線的相互距離應(yīng)該保持均勻以便生產(chǎn)以特定速率生長的直徑均勻的鑄錠。因此，為了保持相互距離均勻，氣體噴霧器(43)和/或捕獲板(62)必須沿著基礎(chǔ)軸線連續(xù)地移動(dòng)以便抵銷鑄錠生長的幅度。下面使適用于本發(fā)明的三種保持相互距離的有效方法(i)只是移動(dòng)氣體噴霧器；(ii)只是移動(dòng)捕獲板；(iii)同時(shí)使氣體噴霧器和捕獲板移動(dòng)。這些氣體噴霧器應(yīng)該沿著基礎(chǔ)軸線在鑄錠生長的方向中連續(xù)移動(dòng)，同時(shí)捕獲板已經(jīng)該沿著基礎(chǔ)軸線在鑄錠生長的相對方向中連續(xù)地移動(dòng)。
鑄錠的平均直徑與氣體噴霧器和/或捕獲板沿著基礎(chǔ)軸線的連續(xù)運(yùn)動(dòng)速度密切相關(guān)。在噴射液滴經(jīng)過一段時(shí)間的總體沉積量是均勻的情況中，由于氣體噴霧器和/或捕獲板的單獨(dú)或混合運(yùn)動(dòng)速度必須與鑄錠平均直徑的平方成反比。換句話說，當(dāng)判斷噴射液滴均勻地沉積在鑄錠的整個(gè)頂面上并且保持沉積量在一段時(shí)間上是相同的話，沿著基礎(chǔ)軸線的連續(xù)運(yùn)動(dòng)的上述速度必須與鑄錠直徑的平方成反比地降低。
在鑄造圓形鑄錠的情況中，為了產(chǎn)生噴射液滴在鑄錠的整個(gè)頂面(60)上均勻沉積，適當(dāng)調(diào)節(jié)每個(gè)熔融噴射物的沉積半徑以及噴射液滴由于噴射液滴的相對轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)而在圓周方向上的分布就足夠了。但是，在試圖生產(chǎn)更大直徑的鑄錠的情況中，必須額外控制噴射液滴沿著徑向方向的質(zhì)量分布。也就是說，如果每個(gè)區(qū)域單元在頂面上的寬度大于由相應(yīng)的熔融噴射物形成的沉積區(qū)域，則可以通過使噴射液滴沿著鑄錠頂面上的半徑在直線中前后運(yùn)行來控制噴射液滴沿著徑向方向的質(zhì)量分布。因此，通過圓周方向的運(yùn)動(dòng)和附加的徑向運(yùn)動(dòng)來同時(shí)控制質(zhì)量分布將在直徑更大的鑄錠的整個(gè)頂面上產(chǎn)生一種更加均勻的生長。
為了使噴射液滴在鑄錠頂面的中心和外面之間的徑向直線中行進(jìn)，氣體噴霧器必須沿著徑向直線路徑搖晃并且保持均勻的高度。但是，對于這種運(yùn)動(dòng)而言，噴霧器和與該噴霧器相連的中間包(33)以及在中間包內(nèi)的熔融合金應(yīng)該一起進(jìn)行來回運(yùn)動(dòng)。因此，中間包的來回運(yùn)動(dòng)使得難以安全地將熔融合金內(nèi)容物裝在中間包內(nèi)并且很容易引起與工作相關(guān)的意外事故。而且，在使用多個(gè)氣體噴霧器的情況中，難以單獨(dú)地使氣體噴霧器來回運(yùn)動(dòng)。因此，在本發(fā)明中，氣體噴霧器(43)和/或捕獲板(62)沿著基礎(chǔ)軸線(31)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且因此沿著基礎(chǔ)軸線在每個(gè)氣體噴霧器(43)和鑄錠(60)的頂面之間的相互距離周期性地變化。
圖10顯示出噴射液滴在鑄錠頂面上根據(jù)沿著基礎(chǔ)軸線在氣體噴霧器(43)和鑄錠(60)的頂面之間的相互距離的變化而進(jìn)行的徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。如果沿著基礎(chǔ)軸線的相互距離較小，如在H0中，則噴射液滴將沉積在鑄錠頂面的外徑向區(qū)域上，并且噴射液滴的沉積將隨著相互距離增加而朝著中心半徑區(qū)域移動(dòng)。當(dāng)最大相互距離到達(dá)時(shí)，如在H1中，則噴射液滴將沉積在中心半徑區(qū)域處。噴射液滴從最大外徑(rmax)經(jīng)過最小內(nèi)徑(rmin)然后再次會到最大外徑所需要的時(shí)間是往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期(t0)，并且Δh(＝H1-H0)為往復(fù)運(yùn)動(dòng)幅度。
如上所述，為了使噴射液滴相對于鑄錠沿著基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，氣體噴霧器(43)和/或捕獲板(62)必須被設(shè)定成繞著基礎(chǔ)軸線(31)轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣，為了使噴霧器和鑄錠頂面之間沿著基礎(chǔ)軸線的相互距離周期性變化，氣體噴霧器(43)和/或捕獲板(62)必須被設(shè)定成沿著基礎(chǔ)軸線(31)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
圖11顯示出源于氣體噴霧器和鑄錠的相對運(yùn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的九種不同組合的用于鑄錠的噴射鑄造方法。方法1-3(在這種情況中，氣體噴霧器往復(fù)運(yùn)動(dòng)但是捕獲板沒有往復(fù)運(yùn)動(dòng))分別對應(yīng)于只是氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)、只是捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)以及氣體噴霧器和捕獲板同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。方法4-6(在這種情況中，捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)但是氣體噴霧器沒有往復(fù)運(yùn)動(dòng))分別對應(yīng)于只是噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)、只是捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)以及氣體噴霧器和捕獲板同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。方法7-9(在這種情況中，氣體噴霧器和捕獲板同時(shí)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng))分別對應(yīng)于只是噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)、只是捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)以及氣體噴霧器和捕獲板同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。
在方法1-3中，氣體噴霧器沿著基礎(chǔ)軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在氣體噴霧器沿著基礎(chǔ)軸線上升時(shí)，噴射液滴的沉積位置朝著鑄錠頂面的中心移動(dòng)；并且在氣體噴霧器沿著基礎(chǔ)軸線下降時(shí)，沉積位置向外移動(dòng)。氣體噴霧器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大了噴射液滴沿著鑄錠頂面的半徑的沉積面積，并且有助于在鑄錠頂面上方的空間中混合飛行的液滴。在方法1的情況中，因?yàn)闅怏w噴霧器往復(fù)運(yùn)動(dòng)并且轉(zhuǎn)動(dòng)，飛行液滴實(shí)際上在三維上沿著圓周方向和垂直方向混合。因此，如果采用方法1的話，則它提供噴射液滴的最均勻的沉積。如果采用方法2的話，則因?yàn)闅怏w噴霧器往復(fù)運(yùn)動(dòng)并且捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)，所以它是一種合適的用于大直徑鑄錠的生產(chǎn)方法。
在方法4-6中，捕獲板(62)沿著基礎(chǔ)軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)捕獲板沿著基礎(chǔ)軸線上升時(shí)，噴射液滴的沉積位置向外；相反，當(dāng)捕獲板下降時(shí)，沉積位置向內(nèi)移動(dòng)。當(dāng)捕獲板只是往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，難以使噴射液滴實(shí)際上在鑄錠頂面上方的空間中混合，并且這些噴射液滴僅僅在它們沉積在鑄錠頂面上時(shí)混合。與使氣體噴霧器往復(fù)運(yùn)動(dòng)相比這更容易實(shí)現(xiàn)使捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)。在方法4中，氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且在方法5中，捕獲板同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)。方法4和5有助于相對容易地安裝以生產(chǎn)大直徑鑄錠。
一般來說，噴射鑄造鑄錠超過1m長，而且較重。因此，由于鑄錠長度較長且重量較重，所以不容易實(shí)現(xiàn)附著在捕獲板上的鑄錠以較高的運(yùn)動(dòng)速度和較寬的幅度變化進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。同樣，對于氣體噴霧器而言也難以產(chǎn)生高幅度的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檠b有熔融合金的中間包必須一起進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在這種情況中，如在方法7-9中一樣，氣體噴霧器(43)和捕獲板(62)可以同時(shí)沿著相反的方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過這種同步運(yùn)動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的相應(yīng)幅度可以減半，因此可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際上提高幅度的效果。這時(shí)，當(dāng)氣體噴霧器上升時(shí)，捕獲板必須下降；另一方面，當(dāng)氣體噴霧器下降時(shí)，捕獲板應(yīng)該上升。這兩種彼此相反的運(yùn)動(dòng)必須同時(shí)出現(xiàn)。而且，與方法1-4相比，因?yàn)樗ㄟ^兩種相反的同時(shí)運(yùn)動(dòng)而使相應(yīng)的幅度減半并且將往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期減半，所以它有利于在相同的時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生更大的運(yùn)動(dòng)和更頻繁的運(yùn)動(dòng)循環(huán)。
另外，如圖10中所示，氣體噴霧器和鑄錠頂面之間沿著基礎(chǔ)軸線的相互距離在循環(huán)中是變化的。當(dāng)相互距離減小時(shí)，噴射液滴在鑄錠頂面上的沉積位置向外移動(dòng)；而當(dāng)相互距離增加時(shí)，沉積位置向內(nèi)移動(dòng)。而且，在相互距離更大的情況中，由于飛行距離更長并且另外在沉積位置處噴射寬度增加，所以飛行的液滴經(jīng)歷更長的時(shí)間才被冷卻或固化直到它們沉積。因此，當(dāng)相互距離增加時(shí)，噴射液滴溫度在沉積位置處降低，并且加寬的噴射寬度促進(jìn)了含在噴射液滴中的熱量有效地散發(fā)出。當(dāng)相互距離較小時(shí)，則噴射液滴的溫度在沉積位置處較高。而且，因?yàn)閲娚鋵挾仍诔练e位置處較窄，所以它具有將熱量聚集在較小區(qū)域中的效果。一般來說，由于散熱困難，所以鑄錠的內(nèi)部非常熱，相反由于霧化氣體所以鑄錠的外部不受歡迎地被冷卻。因此，這個(gè)過程在鑄錠內(nèi)部和外部之間產(chǎn)生巨大的溫差。這種巨大溫差會使在鑄錠內(nèi)部出現(xiàn)局部微觀結(jié)構(gòu)不均勻，并且會在熱膨脹系數(shù)更高的合金中產(chǎn)生內(nèi)部裂紋。但是，在采用相互距離是周期性變化的本發(fā)明中，溫度更低的噴射液滴沉積在鑄錠頂面中心附近，而溫度更高的液滴堆積在鑄錠頂面的外半徑上。因此，本發(fā)明的方法有利于有效地減小在傳統(tǒng)可用的噴射鑄造方法中出現(xiàn)的鑄錠內(nèi)部的溫度梯度。
為了促進(jìn)鑄錠的整個(gè)頂面均勻生長，應(yīng)該避免噴射液滴沿著徑向方向進(jìn)行速度固定的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該被控制作為沉積半徑的函數(shù)。也就是說，當(dāng)噴射液滴的沉積位置在中央時(shí)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該較高；另一方面，當(dāng)它們的沉積位置向外移動(dòng)時(shí)往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該降低。通過這種控制，噴射液滴的沉積量可以在鑄錠的整個(gè)頂面上均勻，并且可以實(shí)現(xiàn)均勻的生長速度。
如在圖12a中所示一樣，如果假定噴射液滴圍繞著基礎(chǔ)軸線以固定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)沿著徑向方向在直線中以變化的速度進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則可以計(jì)算出往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度v和徑向位置r之間的關(guān)系。噴射液滴應(yīng)該位于在徑向位置r1處并且以往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度v1行進(jìn)。噴射液滴在無窮小的時(shí)間Δt期間的運(yùn)動(dòng)在鑄錠頂面上覆蓋著ΔA1的沉積面積。另一方面，在半徑r2處并且往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度為v2的噴射液滴在無窮小的時(shí)間Δt期間運(yùn)行了ΔA2的沉積面積。這些面積ΔA1和ΔA2必須相同以便產(chǎn)生均勻的鑄錠生長速度，因?yàn)閲娚湟旱卧谝欢螘r(shí)間上的沉積量在相應(yīng)的沉積區(qū)域處是相同的。這個(gè)關(guān)系可以用<數(shù)學(xué)公式2>來表示。[數(shù)學(xué)公式2](2r1+Δr1)·Δr1＝(2r2+Δr2)·Δr2這里，Δr＝vΔt，并且(2r+Δr)可以大約為2r。將它們代入<數(shù)學(xué)公式2>得到以下結(jié)論，r乘以v必須是與徑向位置無關(guān)的常數(shù)，從而給出<數(shù)學(xué)公式3>。[數(shù)學(xué)公式3]r1·v1＝r2·v2＝常數(shù)這意味著，噴射液滴的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度與徑向位置成反比。即，這些噴射液滴在鑄錠頂面的中心處必須移動(dòng)得更快，而在它們向外移動(dòng)時(shí)移動(dòng)得更慢以便使這些噴射液滴均勻地沉積。
圖12b顯示出當(dāng)噴射液滴以固定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)并且以與徑向位置成反比的速度往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)在鑄錠(60)頂面上的沉積位置的路徑。鑄錠頂面的外部區(qū)域接收到更少量的噴射液滴，因?yàn)樗鼈儽仨氁愿蟮那邢蛩俣妊刂蟮膱A周運(yùn)行。為了補(bǔ)償沿著半徑的這個(gè)減小的沉積量，往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度必須降低以增加沿著相鄰半徑的噴射延遲時(shí)間。因此，在轉(zhuǎn)動(dòng)的切向速度較高的外部區(qū)域中，噴射液滴應(yīng)該以更密集的徑向間隔沉積；并且當(dāng)它們向內(nèi)移動(dòng)時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)的切向速度降低所以徑向間隔應(yīng)該加大。
將v(t)＝dr(t)/dt代入<數(shù)學(xué)公式3>中得出差分方程。通過使用初始邊界條件，該差分方程可以被解出并且最終用下面作為時(shí)間函數(shù)的位移和速度的方程式簡化為<數(shù)學(xué)公式4>。[數(shù)學(xué)公式4]r(t)＝rmax·f(t)，v(t)=umintanφ·f(t)]]>h(t)＝rmax·tanφ·[1-f(t)]，u(t)=uminf(t)]]>f(t)=1-2·umin·trmax·tanφ]]>在該公式中，r(t)代表隨著時(shí)間在鑄錠(60)頂面上的徑向位置；v(t)代表噴射液滴在鑄錠頂面上沿著徑向方向的運(yùn)動(dòng)速度；h(t)代表由氣體噴霧器和/或捕獲板沿著基礎(chǔ)軸線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的位移距離；u(t)代表氣體噴霧器和/或捕獲板沿著基礎(chǔ)軸線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度；rmax代表噴射液滴沉積處的最大外半徑；umin代表氣體噴霧器和/或捕獲板的最小往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度；φ代表氣體噴霧器的噴射軸(44)和鑄錠(60)的頂面之間的夾角；t代表時(shí)間。
上述<數(shù)學(xué)公式4>只在0-t0/2的時(shí)間范圍內(nèi)有效。當(dāng)超出這個(gè)范圍時(shí)，如在圖13中所示，通過以周期性方式施加上述運(yùn)動(dòng)公式曲線來完成該運(yùn)動(dòng)。為了說明圖13b，首先噴射液滴以最小速度(-vmin負(fù)值)從鑄錠外面移動(dòng)到中心。該運(yùn)動(dòng)速度隨著它們靠近中心移動(dòng)而增加。在t0/2處，噴射液滴達(dá)到最小徑向位置，在該位置處獲得最大速度(-vmax負(fù)值)。在該最小徑向位置處，運(yùn)動(dòng)方向必須沿著相反的方向瞬時(shí)變化。這時(shí)，運(yùn)動(dòng)開始以最大速度(vmax正值)并且運(yùn)動(dòng)速度隨著噴射液滴向外移動(dòng)而減慢。在t0處，當(dāng)它們到達(dá)最大徑向位置時(shí)獲得最小速度(vmin正值)。之后，將這個(gè)設(shè)定作為運(yùn)動(dòng)循環(huán)，然后重復(fù)該循環(huán)。
但是如上所述，因?yàn)楫a(chǎn)生均勻沉積的徑向運(yùn)動(dòng)的理論速度是不連續(xù)的，并且具體地說運(yùn)動(dòng)方向必須瞬時(shí)改變到最大數(shù)值，因此這在實(shí)際上是難以進(jìn)行的。因此，其速度在大多數(shù)路程上與徑向位置成反比的連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)是理想的。圖14b顯示出根據(jù)本發(fā)明在整個(gè)路程上的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。這樣，在運(yùn)動(dòng)速度中的連續(xù)性可以獲得，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)方向設(shè)置可以在最大速度處平穩(wěn)地變化。這個(gè)連續(xù)性有利于使氣體噴霧器(43)或捕獲板(62)往復(fù)驅(qū)動(dòng)且沒有過多的負(fù)載。圖14a顯示出徑向位置的變化，并且與圖13a相比，顯示出運(yùn)動(dòng)方向變化的更平穩(wěn)的過渡。圖14c顯示出作為時(shí)間函數(shù)的氣體噴霧器和/或捕獲板的相對往復(fù)運(yùn)動(dòng)的位移的變化。這沒有尖頭，從而顯示出平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的特征。
如在圖12b中所示一樣，因?yàn)閲娚湟旱蜗鄬τ谏L鑄錠進(jìn)行同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以該往復(fù)循環(huán)必須根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)以便在鑄錠的頂面(60)上具有均勻的沉積。圖15a和15b顯示出當(dāng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)比轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)長得多時(shí)即在每一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)的情況中噴射液滴在鑄錠頂面上的沉積路徑。圖15a顯示出當(dāng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的循環(huán)比為8.375時(shí)在采用圖14的連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)噴射液滴的沉積路徑。這顯示出噴射液滴均勻沉積在鑄錠的整個(gè)表面上。具體地說，通過更頻繁地將噴射液滴重疊在外部區(qū)域上可以增加在頂面的外部區(qū)域上的沉積量。一般來說，在傳統(tǒng)噴射鑄造方法的情況中，由于更多量的噴射液滴流進(jìn)中心區(qū)域而已經(jīng)獲得了凸起頂面。但是，本發(fā)明的工藝降低了凸起頂面并且形成平坦的頂面。
另一方面，圖15b顯示出當(dāng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的循環(huán)比正好為8時(shí)噴射液滴的沉積路徑。每一個(gè)往復(fù)循環(huán)具有8次轉(zhuǎn)動(dòng)的路徑與下一個(gè)循環(huán)相同，因此伴隨著相同的曲線。因此，當(dāng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)比為正整數(shù)時(shí)，因?yàn)橹貜?fù)進(jìn)行噴射液滴的準(zhǔn)確路徑，所以在鑄錠的整個(gè)頂面上難以獲得均勻的噴射沉積。
圖15c和15d顯示出當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)相對于往復(fù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)長得多時(shí)即當(dāng)噴射液滴在每一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)中進(jìn)行許多個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)的噴射液滴的沉積路徑。圖15c顯示出當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)與往復(fù)運(yùn)動(dòng)的循環(huán)比為8.375時(shí)的噴射液滴的沉積路徑。發(fā)現(xiàn)噴射液滴均勻地沉積在鑄錠的頂面上。在該情況中，因?yàn)橥ㄟ^使噴射液滴在中心區(qū)域中更頻繁地重疊從而使中心區(qū)域比外部區(qū)域接收到更多量的噴射液滴，所以可能出現(xiàn)一種凸起頂面。
另一方面，圖15d顯示出當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)與往復(fù)運(yùn)動(dòng)的循環(huán)比正好為8時(shí)的噴射液滴的沉積路徑。因?yàn)槊恳粋€(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)中有8個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)，所以噴射液滴不會均勻地沉積在鑄錠頂面上。可以生產(chǎn)出具有八根對稱軸的八葉形鑄錠，并且在橫斷面鑄錠的八個(gè)葉之間填充有許多孔隙。因此，即使在轉(zhuǎn)動(dòng)與往復(fù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的比率正好為正整數(shù)的情況中，與在圖15b中所示的情況一樣，因?yàn)閲娚湟旱伪３盅刂嗤窂竭M(jìn)行正確地運(yùn)動(dòng)，所以難以在鑄錠頂面上獲得均勻的噴射沉積。考慮到上述四種情況，最理想的情況是當(dāng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)比轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)長得多并且往復(fù)運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)的比率不是正數(shù)時(shí)，因?yàn)樗鼘?dǎo)致在鑄錠頂面上形成最均勻的噴射液滴沉積。[實(shí)施方案2]在實(shí)施方案1的情況中，因?yàn)闅怏w噴霧器的相對轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的角速度是很定的，所以可以生產(chǎn)圓形鑄錠。通過使氣體噴霧器相對于捕獲板的相對轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度周期性變化，從而可以生產(chǎn)三角形、方形或五邊形鑄錠。圖16顯示出在生產(chǎn)方形鋼錠中氣體噴霧器所必須進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)。為了形成方形鋼錠的四個(gè)角，每個(gè)角部必須接收額外的噴射液滴沉積。因此，氣體噴霧器的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度必須在氣體噴霧器相對于不轉(zhuǎn)動(dòng)的捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)每1/4圈時(shí)周期性地降低。另一方面，當(dāng)氣體噴霧器沒有轉(zhuǎn)動(dòng)而捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，也可以通過在捕獲板相對于氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)每1/4圈時(shí)周期性地降低角速度來生產(chǎn)出方形鑄錠。
下面對在方形鑄錠生產(chǎn)中所用的氣體噴霧器(43)和/或捕獲板(62)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行詳細(xì)地說明。氣體噴霧器或捕獲板的相對轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度必須被控制成為轉(zhuǎn)動(dòng)中心角度(θ)的函數(shù)以便生產(chǎn)出方形鋼錠。換句話說，在方形鋼錠的四個(gè)側(cè)面的中心處的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該較快，而在靠近四個(gè)角部時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度必須降低。這樣，通過將每個(gè)中心角度的平均沉積量控制成相等，從而可以實(shí)現(xiàn)鑄錠均勻生長。如圖16b中所示，通過假定噴射液滴相對于不轉(zhuǎn)動(dòng)的捕獲板以周期性變化的角速度ω(t)繞著基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以計(jì)算出角速度ω和轉(zhuǎn)動(dòng)中心角θ之間的關(guān)系。
假定噴射液滴應(yīng)該位于中心角θ1處并且以轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω1行進(jìn)。噴射液滴在無窮小的時(shí)間Δt內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)在鑄錠頂面上覆蓋了ΔA1的沉積區(qū)域。另一方面，在中心角度θ2處并且角速度為ω2的噴射液滴在無窮小的時(shí)間Δt內(nèi)經(jīng)過了ΔA2的沉積區(qū)域。這些區(qū)域ΔA1和ΔA2必須相同以便形成均勻的鑄錠生長速度，因?yàn)閲娚湟旱谓?jīng)過一段時(shí)間的沉積量在相應(yīng)的沉積區(qū)域處是相同的。這種關(guān)系可以以下面的<數(shù)學(xué)公式5>來表示。[數(shù)學(xué)公式5]sinΔθcosθ1cos(θ1+Δθ1)=sinΔθ2cos2cos(θ2+Δθ2)]]>這里，Δθ＝ωΔt，并且因?yàn)棣う确浅Ｐ。驭?Δθ大約等于θ，并且sinΔθ大約等于Δθ。將它們代入<數(shù)學(xué)公式5>得出下面的<數(shù)學(xué)公式6>。[數(shù)學(xué)公式6] 將ω(t)＝dθ(t)/dt代入<數(shù)學(xué)公式6>得出一種差分方程。通過使用初始邊界條件，該差分方程可以被解出并且最終用下面作為時(shí)間函數(shù)的中心角度和角速度的方程式簡化為<數(shù)學(xué)公式7>。
θ(t)＝ArcTan(ω0t)ω(t)=ω01+(ω0t)2]]>在該數(shù)學(xué)公式中，θ(t)代表在鑄錠(60)的頂面上隨著時(shí)間的轉(zhuǎn)動(dòng)中心角度；ω(t)代表在中心角度θ(t)處噴射液滴的角速度；ω0代表初始角速度；并且t代表時(shí)間。
當(dāng)氣體噴霧器的轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)為tr時(shí)，<數(shù)學(xué)公式7>的有效范圍在0≤t≤tr/8(1/8轉(zhuǎn)動(dòng)或0°≤θ≤45°)。一旦超出這個(gè)范圍，如圖15c中所示，通過以周期的方式實(shí)施上述運(yùn)動(dòng)公式曲線來實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)。首先，噴射液滴的轉(zhuǎn)動(dòng)以初始角速度ω0開始，然后該角速度降低近乎成扇形，并且當(dāng)?shù)竭_(dá)角部時(shí)它為初始數(shù)值ω0的一半。
僅僅通過氣體噴霧器相對于捕獲板進(jìn)行相對轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)就可以進(jìn)行方形鑄錠生產(chǎn)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)被控制成在每1/4圈周期性地降低其角速度。但是，除了該轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)之外，如果噴射液滴沉積路徑被調(diào)節(jié)為方形，則它將在生產(chǎn)方形鑄錠中更加有效。為了使噴射沉積在鑄錠頂面上形成如在圖16b中的虛線中所示的有限方形路徑，氣體噴霧器或捕獲板應(yīng)該在氣體噴霧器或捕獲板每轉(zhuǎn)動(dòng)1/4圈時(shí)沿著基礎(chǔ)軸線進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
下面對在生產(chǎn)方形鑄錠中氣體噴霧器的轉(zhuǎn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行詳細(xì)說明。如由圖16b中的虛線所示一樣，氣體噴霧器(43)必須適當(dāng)?shù)乩@著基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并且沿著基礎(chǔ)軸線進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)以便使噴射液滴在鑄錠的頂面上沿著方形路徑沉積。這時(shí)，氣體噴霧器在每轉(zhuǎn)動(dòng)1/4圈時(shí)完成依次往復(fù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)，并且兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)和終點(diǎn)應(yīng)該彼此一致。通過簡單的幾何考慮，如在<數(shù)學(xué)公式8>中所示一樣，可以計(jì)算出作為時(shí)間函數(shù)的方形路徑沉積的往復(fù)運(yùn)動(dòng)位移y(t)及其所得到的噴射液滴的沉積半徑r(t)。
y(t)=b·tanφ·(2-1+(ω0t)2),]]>r(t)=b·1+(ω10t)2]]>這里，上述<數(shù)學(xué)公式8>在0≤t≤tr/8(0°≤θ≤45°)的范圍內(nèi)有效，并且b代表噴射液滴的最小沉積半徑。如在圖15d和15e中所示，一旦超出這個(gè)范圍，則當(dāng)將上述運(yùn)動(dòng)曲線周期性地應(yīng)用到連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)該運(yùn)動(dòng)繼續(xù)。噴射液滴最初沉積在徑向位置b中，并且氣體噴霧器在它轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)逐漸朝著鑄錠頂面運(yùn)動(dòng)。當(dāng)它已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)了45度時(shí)，噴射液滴的沉積半徑增加到1.414b。如果它進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)，則氣體噴霧器移動(dòng)離開鑄錠的頂面，并且當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)過90度時(shí)，沉積徑向位置再次降低到b。如果這個(gè)過程連續(xù)地重復(fù)進(jìn)行的話，則可以通過在方形的每個(gè)角部周圍降低氣體噴霧器的轉(zhuǎn)動(dòng)速度并且因此在鑄錠的頂面上形成正方形沉積路徑，從而可以獲得具有均勻生長速度的方形鑄錠。如上所述，可以通過在每轉(zhuǎn)動(dòng)1/4圈改變氣體噴霧器的角速度和相對高度來在固定捕獲板的條件下生產(chǎn)出方形鑄錠。相反，當(dāng)氣體噴霧器是固定的時(shí)，也可以在轉(zhuǎn)動(dòng)捕獲板在每轉(zhuǎn)動(dòng)1/4圈改變其角速度并且在每轉(zhuǎn)動(dòng)1/4圈按照y(t)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)生產(chǎn)出一個(gè)方形鑄錠。
除了方形鑄錠之外，可以通過本發(fā)明的生產(chǎn)方法生產(chǎn)三角形或五邊形鑄錠。如果我們希望生產(chǎn)具有n條邊的規(guī)則多邊形鑄錠的話，則應(yīng)該在每轉(zhuǎn)動(dòng)1/n圈中周期性改變轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和相對高度差。可以通過經(jīng)過<數(shù)學(xué)公式5>到<數(shù)學(xué)公式8>的類似過程來獲得用于上述過程的適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)方程。而且，在方形鑄錠生產(chǎn)過程中所使用的氣體噴霧器數(shù)量必須為4的約數(shù)1、2或4以便能夠形成方形形狀。同樣，在n邊形鑄錠中使用的噴霧器數(shù)量必須為n的約數(shù)。
當(dāng)生產(chǎn)如在圖16中所示的方形鑄錠時(shí)，因?yàn)閲娚湟旱卧谒鼈冝D(zhuǎn)動(dòng)期間跟隨這相同的沉積路線，所以難以生產(chǎn)出具有長邊的方形鑄錠。如果想要生產(chǎn)具有較長邊的方形鑄錠的話，則要進(jìn)行以下步驟以擴(kuò)大噴射液滴的沉積區(qū)域(i)當(dāng)氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)并且進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如在圖14中所示一樣，使捕獲板按照h(t)函數(shù)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)；(ii)當(dāng)捕獲板正在轉(zhuǎn)動(dòng)并且進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使氣體噴霧器按照h(t)函數(shù)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
圖17顯示出氣體噴霧器的角速度ω(t)在每轉(zhuǎn)動(dòng)1/4圈中的周期性變化，有助于方形沉積路徑的氣體噴霧器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)位移y(t)，以及捕獲板沿著基礎(chǔ)軸線按照h(t)函數(shù)進(jìn)行的附加往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以便擴(kuò)大沉積區(qū)域。如在圖17b中所示，通過這三種類型的運(yùn)動(dòng)，噴射液滴在鑄錠頂面的邊緣周圍畫出方形沉積路徑并且在鑄錠頂面的中心周圍畫出星形沉積路徑。圖17e顯示出當(dāng)捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)與氣體霧化器的循環(huán)比為2.375時(shí)鑄錠頂面上的噴射液滴的沉積半徑。這里，氣體噴霧器具有相對較低的往復(fù)運(yùn)動(dòng)幅度Δy，從而有助于形成方形沉積路徑，同時(shí)捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)以便擴(kuò)大具有相對較高幅度Δh的沉積區(qū)域。如在圖17e中所示，在由上述兩種往復(fù)運(yùn)動(dòng)的組合形成的沉積半徑的取向中形成鋸齒形突起。
在生產(chǎn)如上所述具有長邊的鑄錠的情況中，為了使噴射液滴在鑄錠(60)的頂面上形成均勻的沉積，捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)與氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)的循環(huán)比必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)。圖18a顯示出在上述循環(huán)比為2.375的情況中在經(jīng)過50次轉(zhuǎn)動(dòng)之后這些噴射液滴的沉積路徑。發(fā)現(xiàn)這些噴射液滴在鑄錠的頂面邊緣處沿著方形路徑沉積。當(dāng)它們移動(dòng)到中心時(shí)，沉積路徑改變成星形圖案，并且在整個(gè)頂面上可以獲得相對均勻的沉積。這樣，通過利用上述過程，可以通過使噴射液滴在鑄錠的整個(gè)頂面上均勻沉積來生產(chǎn)出具有長邊的鑄錠。
另一方面，圖18b顯示出當(dāng)捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)與氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)的循環(huán)比為正數(shù)2時(shí)噴射液滴的沉積路徑。在采用正整數(shù)比率的情況中，我們發(fā)現(xiàn)因?yàn)閲娚湟旱蔚某练e路徑反復(fù)地跟隨相同的路徑，所以不能得到均勻的沉積。如上所述，生產(chǎn)具有長邊的鑄錠不僅涉及氣體噴霧器的轉(zhuǎn)動(dòng)ω(t)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)y(t)而且還涉及捕獲板的附加往復(fù)運(yùn)動(dòng)h(t)。相反，可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)捕獲板在每1/4轉(zhuǎn)的周期性角速度變化ω(t)同時(shí)使捕獲板進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)位移y(t)以形成方形沉積路徑并且使氣體噴霧器沿著基礎(chǔ)軸線進(jìn)行附加的往復(fù)運(yùn)動(dòng)h(t)以擴(kuò)大沉積區(qū)域來實(shí)現(xiàn)相同的效果。
圖19顯示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的用于噴射鑄造金屬和合金鑄錠的設(shè)備。正好在裝有熔融金屬或合金(32)的中間包(33)的下面，設(shè)有一個(gè)或多個(gè)圍繞著基礎(chǔ)軸線連接在圓周上的氣體噴霧器(43)。這些氣體噴霧器具有0-90度的噴射角度(35)，并且它們的噴射軸(44)面對著捕獲板(62)，從空間控制的方面看，最好使它們圍繞著基礎(chǔ)軸線沿著環(huán)形布置。捕獲板(62)應(yīng)該設(shè)置成處于下落噴射液滴的路徑中并且垂直于基礎(chǔ)軸線。為了使氣體噴霧器(43)和/或捕獲板(62)繞著基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)有氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(82)或捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(83)。一旦噴射鑄造正在進(jìn)行并且鑄錠生長進(jìn)行，則捕獲板線性驅(qū)動(dòng)裝置(84)準(zhǔn)備使捕獲板(62)沿著基礎(chǔ)軸線連續(xù)運(yùn)動(dòng)以便使在氣體噴霧器和生長鑄錠的頂面之間的距離保持均勻。而且，另外可以設(shè)置氣體噴霧器往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置(86)或捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置(87)以便使氣體噴霧器(43)和/或捕獲板(62)沿著基礎(chǔ)軸線(31)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
下面將結(jié)合鑄錠噴射鑄造的實(shí)時(shí)過程來對該實(shí)施方案的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和操作進(jìn)行說明。
在基礎(chǔ)軸線(31)周圍設(shè)有形狀為矩形或圓形的長的、豎立和固定的噴射腔室(79)。上噴射腔室(52)覆蓋著噴射腔室，并且該上噴射腔室具有切開的錐形頂視圖。裝有熔融金屬或合金(32)的中間包(33)位于上噴射腔室的上方。將通過采用電弧爐或感應(yīng)熔融爐提前熔融的熔融合金提供給中間包(33)。熔融噴口(34)位于中間包(33)和氣體噴霧器(43)之間，從而穿透到中間包的底部。另外，塞子(36)正好設(shè)置在每個(gè)熔融噴口(34)上面并且控制熔融合金向下流到氣體噴霧器。最初，正好安裝在中間包下面的熔融噴口(34)由塞子(36)關(guān)閉。但是，一旦將熔融合金(32)放進(jìn)中間包，則熔融合金到達(dá)特定的水平，塞子打開，并且熔融合金通過熔融噴口(34)并且向下流到氣體噴霧器(43)。
通過沿著基礎(chǔ)軸線(31)位于中間的供氣管道(41)來提供用于氣體噴霧器的高壓氣體。從供氣管道的中央發(fā)出，該供氣管道分開并且通向每個(gè)噴霧器外殼(42)。這些氣體噴霧器(43)安裝在每個(gè)氣體噴霧器外殼的特定位置處并且穿透進(jìn)相應(yīng)的氣體噴霧器外殼。氣體噴霧器固定銷(49)正好設(shè)在上腔室(52)下面以固定進(jìn)上噴射腔室中。因此，這些氣體噴霧器(43)和上腔室(52)相連并且成一體地運(yùn)動(dòng)。通過氣體噴霧器的熔融合金(32)通過氣體噴流(45)轉(zhuǎn)變成噴射液滴，從而在氣體噴霧器的下面部分流出，并且噴射液滴朝著捕獲板下落。飛行特定距離的噴射液滴附著在捕獲板(62)上并且繼續(xù)沉積，并且鑄錠生長。
氣體噴霧器(43)和/或捕獲板(62)必須繞著基礎(chǔ)軸線(31)轉(zhuǎn)動(dòng)以便將具有圓周方向均勻性的噴射液滴沉積在鑄錠的頂面上。雖然氣體噴霧器和捕獲板可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)，但是處于簡化設(shè)計(jì)的考慮，更容易使其中一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，使氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(82)或捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(83)中的一個(gè)繞著基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)就足夠了。
氣體噴霧器轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(82)由上腔室驅(qū)動(dòng)軸(56)、直角交叉齒輪(57)和上腔室轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)(55)構(gòu)成。使上腔室轉(zhuǎn)動(dòng)的上腔室轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)(55)設(shè)置在上腔室支撐件(53)下面。上腔室(52)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過直角交叉齒輪(57)和上腔室驅(qū)動(dòng)軸(56)傳遞。因此，該運(yùn)動(dòng)也導(dǎo)致氣體噴霧器外殼(42)和氣體噴霧器(43)轉(zhuǎn)動(dòng)，它們通過氣體噴霧器固定銷(49)組合在一起。對于直角交叉齒輪而言，可以使用零交叉齒輪、螺旋交叉齒輪、直角交錯(cuò)軸雙曲面齒輪或蝸輪。
捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(83)的設(shè)置必須與捕獲板線性驅(qū)動(dòng)裝置(84)一起考慮，因?yàn)椴东@板必須沿著鑄錠生長方向的相反方向運(yùn)動(dòng)。捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(83)由捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)(71)、內(nèi)部花鍵軸(72)和外部花鍵軸(73)構(gòu)成。內(nèi)部花鍵軸(72)與其長凹槽一起與捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)(71)的中心軸連接，并且外部花鍵軸(73)可以上下運(yùn)動(dòng)，并且被內(nèi)部花鍵軸(72)穿透。外部花鍵軸固定在捕獲板上并且與之一起運(yùn)動(dòng)。當(dāng)捕獲板轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)(71)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)部花鍵軸(72)、外部花鍵軸(73)、捕獲板(62)和鑄錠(61)都轉(zhuǎn)動(dòng)。
而且，捕獲板線性驅(qū)動(dòng)裝置(84)由捕獲板馬達(dá)(74)、螺紋軸(77)、螺母板(78)、捕獲板驅(qū)動(dòng)軸(65)和外部花鍵軸(73)組成。當(dāng)捕獲板驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(74)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)通過連接鏈條(75)傳遞給鏈輪(76)和螺紋軸(77)上。螺紋軸(77)的轉(zhuǎn)動(dòng)將轉(zhuǎn)變成螺母板(78)的線性運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，位于螺母板上方的捕獲板驅(qū)動(dòng)軸(65)、外部花鍵軸(73)、捕獲板(62)和鑄錠(61)都將沿著基礎(chǔ)軸線連續(xù)運(yùn)動(dòng)。尤其是，因?yàn)橥獠炕ㄦI軸(73與內(nèi)部花鍵軸(72)一起轉(zhuǎn)動(dòng)并且同時(shí)繞著它滑動(dòng)，所以可以實(shí)現(xiàn)捕獲板進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)并且連續(xù)線性運(yùn)動(dòng)。
對于噴射鑄造工藝而言使氣體噴霧器(43)或捕獲板(62)中的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)就足夠了。但是，當(dāng)兩者都轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，捕獲板和氣體噴霧器必須控制成沿著相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。除了這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)之外，氣體噴霧器和/或捕獲板沿著基礎(chǔ)軸線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)將是更加有益于制備大直徑鑄錠。在本發(fā)明的情況中，如圖20中所示，另外可以設(shè)有氣體噴霧器往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置(86)或捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置(87)。它們用于使氣體噴霧器(43)和/或捕獲板(62)沿基礎(chǔ)軸線(31)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。雖然可以將往復(fù)運(yùn)動(dòng)施加給氣體噴霧器和捕獲板，但是由于簡化設(shè)計(jì)的緣故，更容易設(shè)置一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置。因此，僅僅設(shè)置一個(gè)氣體噴霧器或捕獲板的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置就足夠了。
至于氣體噴霧器往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置(86)，最簡單的方法是安裝具有在圖10中所示的輪廓的凸輪。除了該方法之外，可以采用程序控制的步進(jìn)馬達(dá)或液壓伺服馬達(dá)。在其它設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)中，可以將氣體噴霧器往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置凸輪(55)安裝在上腔室支撐件(53)下面，并且上腔室支撐件(53)在氣體噴霧器往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置凸輪(54)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)沿著基礎(chǔ)軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)闅怏w噴霧器外殼(42)和上腔室(52)通過氣體噴霧器固定銷(49)組合在一起，所以上腔室、氣體噴霧器外殼(42)和氣體噴霧器(43)都可以進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
在捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置(87)的情況中，其結(jié)構(gòu)與氣體噴霧器往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置(86)非常類似。捕獲板驅(qū)動(dòng)部分支撐件(68)支撐著捕獲板驅(qū)動(dòng)外殼(67)并且安裝在它下面；然后捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)凸輪(69)安裝在捕獲板驅(qū)動(dòng)部分支撐件(68)下面。捕獲板往復(fù)運(yùn)動(dòng)凸輪(69)的轉(zhuǎn)動(dòng)引起捕獲板驅(qū)動(dòng)部分支撐件(68)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且反過來導(dǎo)致捕獲板(62)與在其上的鑄錠(61)一起進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在用于鑄錠生產(chǎn)的噴射鑄造工藝中使氣體噴霧器(43)或捕獲板(62)中的一個(gè)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)就足夠了。但是，在想要兩個(gè)都進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的情況中，氣體噴霧器和捕獲板必須在相同的循環(huán)中彼此沿著相反的方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
通過將相對轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)與氣體噴霧器和捕獲板之間的相對往復(fù)運(yùn)動(dòng)結(jié)合，從而噴射液滴可以均勻地沉積在鑄錠的整個(gè)頂面上，并且因此可以獲得均勻的鑄錠生長。這時(shí)，可以通過使捕獲板沿著鑄錠生長的相對方向連續(xù)地運(yùn)動(dòng)來生產(chǎn)直徑均勻的長鑄錠。
通過采用如下方法(i)使用多個(gè)氣體噴霧器來適當(dāng)控制每個(gè)噴射物的沉積位置；(ii)使氣體噴霧器和組定之間進(jìn)行相互方向相反的轉(zhuǎn)動(dòng)；另外(iii)使氣體噴霧器和鑄錠頂面之間進(jìn)行方向彼此相反的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來擴(kuò)大沉積區(qū)域并且使噴射液滴質(zhì)量分布均勻，從而本發(fā)明能夠制造具有均勻微觀結(jié)構(gòu)的大直徑鑄錠。而且，本發(fā)明能夠通過使用多個(gè)氣體噴霧器來提高噴射鑄造的生產(chǎn)速度，并且通過控制氣體噴霧器和鑄錠頂面之間的相對轉(zhuǎn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的循環(huán)來生產(chǎn)有角度的鑄錠。
權(quán)利要求
1.一種形成金屬或合金鑄錠的方法，包括以下步驟將多個(gè)氣體噴霧器設(shè)置在基礎(chǔ)軸線周圍，其中所述氣體噴霧器的噴射軸在角度上與所述基礎(chǔ)軸線間隔0-90度；從所述氣體噴霧器中噴射出熔融金屬或合金液滴；將捕獲板設(shè)置在所述噴射液滴的路徑中；通過將所述噴射液滴連續(xù)沉積在所述捕獲板的頂面上來形成鑄錠塊，從而使所述鑄錠沿著所述基礎(chǔ)軸線生長；使所述氣體噴霧器和/或所述捕獲板繞著所述基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以便使所述噴射液滴在所述鑄錠頂面上沿著圓周均勻分布；并且使所述氣體噴霧器和/或所述捕獲板沿著所述基礎(chǔ)軸線連續(xù)運(yùn)動(dòng)以便使在每個(gè)所述氣體噴霧器和所述鑄錠的頂面之間的距離保持均勻。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體噴霧器圍繞著所述基礎(chǔ)軸線設(shè)置以便使從所述氣體噴霧器噴出的每個(gè)熔融噴射物沉積在所述鑄錠頂面上相同的徑向位置處。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體噴霧器圍繞著所述基礎(chǔ)軸線設(shè)置以便使從所述氣體噴霧器噴出的每個(gè)熔融噴射物沉積在所述鑄錠頂面上相應(yīng)不同的徑向位置處。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體噴霧器繞著所述基礎(chǔ)軸線以均勻的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，并且所述捕獲板不轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述捕獲板繞著所述基礎(chǔ)軸線以均勻的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，并且所述氣體噴霧器不轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體噴霧器繞著所述基礎(chǔ)軸線以可周期性變化的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，并且所述捕獲板不轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述捕獲板繞著所述基礎(chǔ)軸線以可周期性變化的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，并且所述氣體噴霧器不轉(zhuǎn)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求1-7中任一所述的方法，其中包括以下步驟，使所述氣體噴霧器和/或所述捕獲板沿著所述基礎(chǔ)軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)以便使所述噴射液滴在所述鑄錠頂面上沿著徑向線來回運(yùn)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述氣體噴霧器以固定的往復(fù)運(yùn)動(dòng)幅度沿著所述基礎(chǔ)軸線進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且所述捕獲板不進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述捕獲板以固定的往復(fù)運(yùn)動(dòng)幅度沿著所述基礎(chǔ)軸線進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且所述氣體噴霧器不進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
11.一種形成金屬或合金鑄錠的方法，包括以下步驟從其噴射軸在角度上與基礎(chǔ)軸線間隔0-90度的氣體噴霧器中噴射熔融金屬或合金液滴；將捕獲板設(shè)置在所述噴射液滴的路徑中；通過將所述噴射液滴連續(xù)沉積在所述捕獲板的頂面上來形成鑄錠塊，從而使所述鑄錠沿著所述基礎(chǔ)軸線生長；使所述氣體噴霧器和/或所述捕獲板繞著所述基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以便使所述噴射液滴在所述鑄錠頂面上沿著圓周均勻分布；并且使所述氣體噴霧器和/或所述捕獲板沿著所述基礎(chǔ)軸線連續(xù)運(yùn)動(dòng)以便使在所述氣體噴霧器和所述鑄錠的頂面之間的距離保持周期性變化。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述氣體噴霧器以均勻的角速度繞著所述基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并且所述捕獲板沒有轉(zhuǎn)動(dòng)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述捕獲板以均勻的角速度繞著所述基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并且所述氣體噴霧器沒有轉(zhuǎn)動(dòng)。
14.如權(quán)利要求11-13之一所述的方法，其中使用圍繞著所述基礎(chǔ)軸線設(shè)置的多個(gè)氣體噴霧器。
15.一種形成金屬或合金鑄錠的方法，包括以下步驟從其噴射軸在角度上與基礎(chǔ)軸線間隔0-90度的氣體噴霧器中噴射熔融金屬或合金液滴；將捕獲板設(shè)置在所述噴射液滴的路徑中；通過將所述噴射液滴連續(xù)沉積在所述捕獲板的頂面上來形成鑄錠塊，從而使所述鑄錠沿著所述基礎(chǔ)軸線生長；在所述氣體噴霧器或所述捕獲板每轉(zhuǎn)動(dòng)1/4圈中使所述氣體噴霧器或所述捕獲板以周期性變化的角速度繞著所述基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；并且使所述氣體噴霧器或所述捕獲板沿著所述基礎(chǔ)軸線連續(xù)運(yùn)動(dòng)以便使在氣體噴霧器或捕獲板的每1/4圈轉(zhuǎn)動(dòng)中所述氣體噴霧器和所述鑄錠的頂面之間的距離保持周期性變化。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中使用兩個(gè)或四個(gè)相互對稱地對中在所述基礎(chǔ)軸線上的氣體噴霧器。
17.一種形成金屬或合金鑄錠的設(shè)備，它包括裝有熔融金屬或合金的中間包；氣體噴霧器，其噴射軸在角度上與所述基礎(chǔ)軸線間隔0-90度且其設(shè)置在所述中間包下面；設(shè)置在從所述氣體噴霧器噴出的噴射液滴路徑中的捕獲板；用于使所述捕獲板繞著所述基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置；用于使所述捕獲板沿著所述基礎(chǔ)軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝置；以及用于使所述捕獲板沿著所述基礎(chǔ)軸線進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動(dòng)的裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中多個(gè)氣體噴霧器圍繞著所述基礎(chǔ)軸線設(shè)置。
19.一種形成金屬或合金鑄錠的設(shè)備，它包括裝有熔融金屬或合金的中間包；氣體噴霧器，其噴射軸在角度上與所述基礎(chǔ)軸線間隔0-90度且其設(shè)置在所述中間包下面；設(shè)置在從所述氣體噴霧器噴出的噴射液滴的路徑中的捕獲板；用于使所述氣體噴霧器繞著所述基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置；用于使所述氣體噴霧器沿著所述基礎(chǔ)軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝置；以及用于使所述氣體噴霧器沿著所述基礎(chǔ)軸線進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動(dòng)的裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中多個(gè)氣體噴霧器圍繞著所述基礎(chǔ)軸線設(shè)置。
21.一種形成金屬或合金鑄錠的設(shè)備，它包括裝有熔融金屬或合金的中間包；多個(gè)圍繞著基礎(chǔ)軸線設(shè)置在所述中間包下面的氣體噴霧器，其中所述氣體噴霧器的噴射軸在角度上與所述基礎(chǔ)軸線間隔0-90度；設(shè)置在從所述氣體噴霧器噴出的噴射液滴的路徑中的捕獲板；用于使所述捕獲板繞著所述基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置；以及用于使所述捕獲板沿著所述基礎(chǔ)軸線連續(xù)運(yùn)動(dòng)的裝置。
22.一種形成金屬或合金鑄錠的設(shè)備，它包括裝有熔融金屬或合金的中間包；多個(gè)圍繞著基礎(chǔ)軸線設(shè)置在所述中間包下面的氣體噴霧器，其中所述氣體噴霧器的噴射軸在角度上與所述基礎(chǔ)軸線間隔0-90度；設(shè)置在從所述氣體噴霧器噴出的噴射液滴的路徑中的捕獲板；用于使所述氣體噴霧器繞著所述基礎(chǔ)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置；以及用于使所述捕獲板沿著所述基礎(chǔ)軸線連續(xù)運(yùn)動(dòng)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明所提供的一種采用噴射鑄造來生產(chǎn)金屬或合金鑄錠的方法和設(shè)備。由于以下原因因此能容易制造大直徑鑄錠并且同時(shí)形成均勻的微觀結(jié)構(gòu)。首先，通過使用多個(gè)氣體噴霧器且通過控制其噴射沉積位置來擴(kuò)大在鑄錠頂面上的噴射沉積區(qū)域。第二、同時(shí)在氣體噴霧器和捕獲板之間的彼此方向相反的轉(zhuǎn)動(dòng)使噴射液滴在鑄錠的整個(gè)頂面上沿著圓周方向均勻沉積。另外，氣體噴霧器和鑄錠頂面之間的彼此方向相反的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使沉積區(qū)域擴(kuò)大并且使在鑄錠頂面上沿著徑向方向的噴射沉積均勻。本發(fā)明的其它特征在于，通過同時(shí)應(yīng)用多個(gè)氣體噴霧器從而大大地提高了鑄造速度，并且能夠通過控制氣體噴霧器和捕獲板的協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)來生產(chǎn)有角的鑄錠。
文檔編號B22D23/00GK1411935SQ02147568
公開日2003年4月23日 申請日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月15日
發(fā)明者金敬美, 韓成錫 申請人:金敬美