專利名稱：制造模注注嘴的方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及模注注嘴，特別涉及模注注嘴的制造方法，該注嘴具有成一體的加熱元件，其中，在真空爐中以單一加熱循環(huán)執(zhí)行釬焊和澆注二者。
制造一種具有一體的電加熱元件的模注注嘴具有許多優(yōu)點，諸如改善熱傳輸，減少腐融，并有長的使用壽命。這是已知的，即，借助于首先將元件密封在一起以形成圍著電加熱元件螺旋部分的間隔空間，這通常是在真空爐中以釬焊來形成的。然后，注嘴被再次插放到真空爐中以便澆注諸如銅的傳導材料到圍著加熱元件的螺旋部分的密封空間中。在現(xiàn)有方法中，選擇的諸如鈹青銅合金的傳導材料具有低于釬焊材料的熔化溫度。這方法的各種不同的變形被描述在美國專利4355460號(頒布月為1982年10月26日)，4403405號(頒布日為1983年9月13日)以及4771164號(頒布日為1988年9月13日)。雖然這些現(xiàn)有方法具有許多優(yōu)點，他們?nèi)季哂械娜秉c是圍著加熱元件螺旋部分的空間的密封和澆鑄銅到這個空間中是兩個分開的步驟而要求兩個不同的真空爐的循環(huán)。此外，在過去，以傳導材料一體地澆注加熱元件，借助于減少注嘴中圍著加熱元件的空氣空穴，熱傳導性能的十分關健的因素已被改善，現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)，借助于以這樣方式冷卻注嘴可進一步改善熱傳導性能，該方法是提供從底向上的傳導材料的單向凝固以便防止由於收縮而形成的空隙。
因此，本發(fā)明的目的是借助於提出一種模注注嘴的制造方法來至少部分地克服現(xiàn)有技術中的缺點。其中，為了密封圍著加熱元件的空間的密封以及澆注傳導材料到該密封的空間中的兩者是以真空爐的單一控制循環(huán)來執(zhí)行的。
本發(fā)明的另一目的是提供一種冷卻注嘴的方法，以使之產(chǎn)生在空間內(nèi)從底起的傳導材料的單向凝固。
至此，就其一個方面，本發(fā)明提供一種制造一體的加熱模注注嘴的方法，該注嘴具有后端，前端，長的內(nèi)芯部，該內(nèi)芯部具有從后端在此延伸穿過的熔體通道、鄰近后端包圍著內(nèi)芯部的外環(huán)部，從外環(huán)部向著前端延伸的外套部，具有圍著內(nèi)芯部卷繞的螺旋部的電加熱元件以及穿過外環(huán)部向外延伸的導引部，在內(nèi)芯部和外套部之間的圍著加熱元件螺旋部延伸的傳導部，形成組裝件的步驟包含將外環(huán)和加熱元件安裝到內(nèi)芯上，以一定位置安裝長外套以使之在外套和內(nèi)芯部之間圍著加熱元件的螺旋部形成間隔空間，施加釬焊材料於內(nèi)芯、外環(huán)和外套之間的連結處并且當組裝件以豎直狀態(tài)，前端指向后端之上方時，以在真空爐內(nèi)實質上無氧的氣氛中將組裝件釬焊在一起以使之密封所述間隔空間而防漏，澆注熔化的傳導材料到所述間隔空間中而組裝件是在豎直狀態(tài)於真空爐內(nèi)的實質上無氧氣氛中的，以使之形成傳導部分與內(nèi)芯部、加熱元件以及外套部一體地粘接，機加工澆鑄的注嘴以使之提供要求的形狀和光潔，其具有的改進之處在於，其中的傳導材料具有的熔化溫度高於釬焊材料的熔化溫度，組裝件被釬焊在一起以及傳導材料被澆鑄到所述間隔空間中是以真空爐的單一控制循環(huán)的，該單一控制循環(huán)包含首先升高真空爐內(nèi)的溫度到高於釬焊材料熔化溫度且低於傳導材料的熔化溫度的第一預定溫度；降低真空爐內(nèi)溫度到第二預空溫度，該第二預定溫度低於釬焊材料的凝固溫度；第二溫度保持足夠時期以便將組裝件釬焊在一起，然后升高真空爐內(nèi)溫度到第三預定溫度，該第三預定溫度足夠地高於傳導材料的熔化溫度以使之將傳導材料澆注到在外套和內(nèi)芯之間圍著加熱元件螺旋部的沒有熔化釬焊材料的所述間隔空間中。
也就是說，本發(fā)明提出了一種制造一體的加熱模注注嘴的方法，該注嘴具有后端，前端，帶有從后端在此延伸穿過的熔體通道的長內(nèi)芯部，鄰近后端包圍著內(nèi)芯部的外環(huán)部，從外環(huán)部向著前端延伸外套部，帶有圍著內(nèi)芯部卷繞的螺旋部以及穿過外環(huán)部向外延伸的導引部的電加熱元件；在內(nèi)芯部和外套部之間圍著加熱元件的螺旋部延伸的傳導部，形成組裝件的步驟包含將外環(huán)和加熱元件安裝到內(nèi)芯上，將長外套定位地安裝以形成在外套和內(nèi)芯之間圍著加熱元件螺旋部的間隔空間，將釬焊材料施加到內(nèi)芯、外環(huán)和外套之間的連接處并且當組裝件於豎直狀態(tài)，前端在后端之上的方向時，在真空爐內(nèi)於實質上無氧氣氛中將組裝件釬焊在一起以使之將所述間隔空間密封而防漏，在組裝件於豎直狀態(tài)在真空爐中的實質上無氧氣氛中將熔化傳導材料澆注到所述間隔空間內(nèi)以形成與內(nèi)芯部，外環(huán)部，加熱元件以及外套部一體地粘結的傳導部，機加工注嘴以便提供要求的形狀和光潔，其特征是，傳導材料具有的熔化溫度高于釬焊材料的熔化溫度，組裝件被釬焊在一起和傳導材料被澆鑄到所述間隔空間中是以真空爐的單一控制循環(huán)的，該單一控制循環(huán)包含首先升高真空爐內(nèi)的溫度到達第一預定溫度，該第一預定溫度高於釬焊材料的熔化溫度并低於傳導材料的熔化溫度，降低真空爐內(nèi)溫度到第二預定溫度，該第二預定溫度低於釬焊材料的凝固溫度，於足夠的時期保持第二溫度以便使組裝件釬焊在一起，然后升高真空爐內(nèi)的溫度到第三預定溫度，該第三預定溫度足夠地高於傳導材料的熔化溫度以便將傳導材料澆鑄到所述間隔空間中，該間隔空間是在外套和內(nèi)芯之間圍著加熱元件的螺旋部而沒有熔化的釬焊材料的。
其中，所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，真空爐的控制循環(huán)還包含在移去澆鑄的注嘴之前用供給惰性氣體而逐漸冷卻真空爐的步驟。
其中，所述制造模注注嘴的方法，其特征是，還包含在真空爐中的加熱循環(huán)過程中，將絕緣蓋帽放置於組裝件上，該絕緣蓋帽具有帶有朝下敞口的長開孔，在熱循環(huán)過程中組裝件是向上延伸而進入開孔的，因此，傳導材料冷卻是逐步地向上地冷卻的。
其中，所述制造模注注嘴的方法，其特征是，組裝件以預定部分向上延伸而進入絕緣蓋帽的開孔。
其中，所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，外套在豎直狀態(tài)向上延伸越過前端而到上端形成注入斗，在組裝件插放到真空爐中之前，將預定數(shù)量的傳導材料裝載到注入斗中，因此，於真空爐內(nèi)的澆鑄過程中，傳導材料熔化并向下進入所述間隔空間，該間隔空間是在外套和內(nèi)芯之間圍著加熱元件的螺旋部分的。
其中，所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，借助接觸抵靠外套的上端而使組裝件的一部分容納在開孔中使絕緣蓋帽可拆除地被支承著。
其中，所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，絕緣蓋帽具有從開孔向上延伸的通出孔，在開孔中是容納著組裝件的。
其中，所述制造模注注嘴的方法，其特征是，包含在釬焊之前，借助於定位焊接將內(nèi)芯、外環(huán)和外套裝接在一起。
其中，所述制造模注注嘴的方法，其特征是，傳導材料是銅。
其中，所述制造模注注嘴的方法，其特征是，釬焊材料是鎳合金。
本發(fā)明的其它內(nèi)容和優(yōu)點將在下述結合附圖的描述中予以顯示。


圖1是分解剖示圖，示出了根據(jù)本發(fā)明推薦實施例的模注注嘴元件是如何組裝的；圖2是這些元件組裝件的剖示圖，是帶有為了插放到真空爐中定位的根據(jù)本發(fā)明第一實施例的絕緣蓋帽的；圖3示出了這些組裝件的一批為了插入到真空爐中的定位；圖4是根據(jù)本發(fā)明推薦實施例做成的完成的模注注嘴的從后端的視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明推薦實施例做成的完成的模注注嘴的從前端的視圖；圖6是沿圖4和5中的6-6線的剖示圖；圖7是這些元件的組裝件的剖示圖，是帶有為了插放到真空爐中定位的根據(jù)本發(fā)明第二實施例的絕緣蓋帽的。
首先參考圖1和2，該圖描述帶有一體的電加熱元件的模注注嘴元件是如何根據(jù)本發(fā)明而組裝的，電加熱元件10圍著長的內(nèi)芯12卷繞，該內(nèi)芯以諸如熱工加工具鋼的合適的材料形成。在此實施例中，內(nèi)芯12在其上端16具有加大的頭14(如圖示)，圍著加大頭縱向地延伸有許多間隔槽，以使之提供熔化的傳導材料在此處流動，這如以下描述。電加熱元件10是以帶有圍著內(nèi)芯12延伸的螺旋部20和靠近內(nèi)芯12下端24的向外延伸的兩個導引部22而被卷繞的。電加熱元件10以預定的構形而卷繞，該構形是在圍著內(nèi)芯12中間處有較少的繞圈，該中間處熱損失較少。在此實施例中，加熱元件10具有細的繞圈阻抗絲，該絲穿過在外鋼殼內(nèi)的諸如氧化鎂粉末的電絕緣材料而延伸。在其它實施例中，根據(jù)應用的熱力要求，其它合適型式和構形的加熱元件是能被采用的。
其次，空心外環(huán)26被安裝在內(nèi)芯12的下端24上而帶有兩根通過穿過外環(huán)26的徑向孔28向外延伸的加熱元件10的導引部分22。塞件30具有一對孔32以便接納加熱元件10的導引部22在此處穿過，然后被安裝到徑向孔28中。在此實施例中，外環(huán)26具有絕緣部34，當其被裝入到冷模體(沒示出)中時，該絕緣凸緣部支承完成的注嘴而沒有過多的熱損失。
然后，用諸如不銹鋼的合適材料制成的長外套38以其下端40座落在外環(huán)26中而被安裝，以便形成在內(nèi)芯12和圍著的外套38之間的圍著加熱元件10的螺旋部20的間隔42。在此實施例中，正如圖2中最易著清的，外套38向上延伸通過內(nèi)芯12的上端16，以便形成在內(nèi)芯12的頭之上方的筒形注入斗44，在安裝過程中，內(nèi)芯12，外環(huán)26，塞件30以及外套38用激光焊接定位以形成組裝件46。
然后，諸如鎳合金的合適的釬焊材料沿著內(nèi)芯12，加熱元件10，塞件30和外套38的連接處被施加，在圖2中以標號48指示，沿外連接這是以小珠形式，沿內(nèi)連接是以粉末形式，然后，合適的傳導材料50的棒穿過上開敞孔口52而裝載到注入斗44中。在此實施例中，傳導材料實質上是純銅，該銅具有熔化溫度大約為1980°F，這個溫度是高於鎳合金釬焊材料48的熔化溫度，該熔化溫度大約為1850°F。其它合適材料的組合是能被采用的，只要傳導材料50的熔化溫度高於釬焊材料48的熔化溫度，并且釬焊密封是不被鑄造溫度再熔化的。在傳導材料50的棒被裝載在注入斗44中之后，長的絕緣蓋帽54被安裝到組裝件46上。在此實施例中，正如圖2中清楚地見到的，絕緣蓋帽54具有錐形的中心的通孔56，該通孔向下開通到孔口58，組裝件46穿過該孔口而被接納。中心通孔56具有肩部60，該肩部向內(nèi)漸縮到小出孔62，該小出孔向上延伸到絕緣蓋帽54的上端64。借助於錐形肩部60，絕緣蓋帽54可拆除地被支承在這位置，錐形肩部60是座抵在外套38的上端66上的。正如所見，在此實施例中，防護蓋帽54的外裙部68圍著外環(huán)的26的凸緣部34向下延伸，留下組裝件46的下部69不被絕緣蓋帽54所覆蓋。在其它實施例中，當要求產(chǎn)生單向凝固的傳導材料50時，組裝件的較大部分或者較小部分或全部被絕緣蓋帽54覆蓋，這如以下所述能重復使用的絕緣蓋帽54最好用合適的陶瓷材料制成，雖然也能用諸如不銹鋼的其它合適材料制成。
然后，組裝件46成批地被插放到真空爐內(nèi)，其每個是被座裝在支框70中，如圖3所示的豎直位置并帶有絕緣蓋帽54。雖然所示的每個組裝件46具有分開的蓋帽54，其上具有不同開孔的公共蓋帽可被裝在成批的許多組裝件上。正如以下所述在真空爐的單一控制循環(huán)的過程中，每個組裝件46為首先被釬焊在一起，以便密封圍著加熱元件10的間隔空間42，然后，傳導材料50被澆鑄到間隔空間42中以形成整體的模注加熱注嘴36。當爐72被逐步加熱時，爐被抽真空到相對高的真空度，以便除去實際上所有的氧氫。在絕緣蓋帽54中的出孔62保證沒有氧氫被收集在蓋帽54的內(nèi)側。然后，用部分地回充惰性氣體到爐72中來降低真空度，諸如氬氫或氮氧，以便避重飛濺。爐72被加熱到大約1950°F的第一溫度，該第一溫度高於是在鎳合金釬焊材料48熔化點并且是低於銅傳導材料50的熔化點。這樣，熔化沿著連結處的鎳合金釬焊材料，該連接處是在加熱元件10，內(nèi)芯12，塞件30以及外套38之間被施加鎳合金釬焊材料的。然后，真空爐內(nèi)的溫度降低到大約1800°F的第二溫度，該第二溫度是低於鎳合金釬焊材料48的凝固溫度。這溫度保持大約30分鐘的足夠的時期，以使將組裝件46釬焊在一起而密封圍著加熱元件10的螺旋部分20的間隔空間42以使之防漏。這樣就產(chǎn)生沿連續(xù)的與鋼擴散釬焊的型式，該連結處具有的熔化溫度甚至高於銅傳導材料50的熔化溫度。
然后，真空爐72內(nèi)的溫度上升到大約2035°F的第三溫度，該第三溫度足夠地高於銅傳導材料50的熔化溫度以便使其熔化，但是不高到足以熔化沿間隔空間42密封連結處的擴散釬焊。當銅傳導材料50熔化時，它從注入斗44穿過內(nèi)芯12的頭14中的間隔槽18向下流動而注入在內(nèi)芯12和外套38之間的圍著加熱元件10的螺旋部20的間隔空間42。如上所述，就可能將熔化的銅傳導材料50澆鑄到間隔空間42中而沒有穿過釬焊的連結處漏出，這是因為沿著連結處的釬焊的或者釬焊材料的熔化溫度在釬焊之后是顯著地比在釬焊之前高。然后，在取走整體澆鑄的注嘴36之前，借助於用供給諸如氮氧的惰性氣體逐步冷卻真空爐來完成真空爐72的控制循環(huán)，圍著的絕緣蓋帽44的絕緣效果保證銅傳導材料50從底上起的冷卻，於是產(chǎn)生從底到頂?shù)膯蜗蛐阅獭＿@就避免了在冷卻過程中由於銅傳導材料50的收縮形成的任何空穴，并提供了從加熱元件10到流動穿過的注嘴36的熔體的更均勻的熱傳導，在部份真空中澆鑄的銅傳導材料50產(chǎn)生了銅傳導材料50對加熱元件10的鋼殼以及外環(huán)26和外套38的冶金學的粘結，用銅傳導材料的單向凝固的結合，就產(chǎn)生了具有非常地改進的熱特征的整體模注注嘴36。
在從真空爐中被移去后，每個注嘴36用機加工除去外套38的上部74，該上部是形成注入斗44的，并用整潔精修來提供完成的注嘴36。如圖6所示，注嘴還被鉆孔以提供中心熔體孔76，該中心熔體孔從后端78到前端80而延伸，并且形成熱電偶元件孔82，該孔82從在后端78中的槽84向前延伸。螺紋孔86也設置在后端78中以便容納安裝置螺釘。在此實施例中，雖然注嘴36的前端80已被機加工而形成筒形座88來容納嵌入澆口件，而在其它實施例中，它可被機加工成用于各種其它澆口件的形態(tài)。如圖6所示，完成的注嘴36具有內(nèi)芯部90，穿過內(nèi)芯部中心熔體孔76延伸。由銅傳導材料50形成的傳導部92圍著內(nèi)芯部90以及加熱元件10，外環(huán)94與塞件30以及外套部92而一體地被粘結。銅傳導材料50還一體地充注到圍著內(nèi)芯12的頭14的槽18中，這就改進了靠近注嘴前端80的熱傳導性能。
在使用中，加熱注嘴36安裝在被冷卻的模體中，熔體穿過中心熔體孔76流到引導到模腔的澆口，雖然使用是相同於現(xiàn)存的模注加熱注嘴，但根據(jù)本發(fā)明制造的注嘴的熱性能是被大為改進了。
參閱圖7，該圖示出具有不同結構的絕緣蓋帽98，該種結構是用在本發(fā)明的這個實施例中的，大部分元件與前述的相同，在描述的兩個實施例中用相同的標號圖示。在這個實施例中，絕緣蓋帽98具有帶有蓋102的長空心外部100，穿過蓋102通出孔104延伸，外部100具有向內(nèi)延伸的肩106，該肩位於外套38的上端66上，正如所見到的，在這種情況下，是絕緣蓋帽98而不是外套38形成注入斗108，在放入到真空爐72之前，銅50的棒嵌入在注入斗108中，銅50的棒座靠在向內(nèi)漸縮的肋110上的保證銅50的棒的下面的空間112的合適的通出，此外，制造方法是與上述相同的除了沒有外套38的上部之外，該上部在澆鑄之后要被除去的，僅只把絕緣蓋帽98除去并機加工注嘴36以提供所需要的精光。絕緣蓋帽98最好用陶瓷制造，并且為了再使用，噴射的熔化銅將不粘在其上。
雖然根據(jù)本發(fā)明的加熱模注注嘴36的制造方法相關於實施例的描述已給出，但是，很明顯，其它不同的改進沒有超出本發(fā)明的范圍這正如本領域技術知曉的并被界定在權利要求中的。
權利要求
1.一種制造一體的加熱模注注嘴的方法，該注嘴具有后端，前端，帶有從后端在此延伸穿過的熔體通道的長內(nèi)芯部，鄰近后端包圍著內(nèi)芯部的外環(huán)部，從外環(huán)部向著前端延伸外套部，帶有圍著內(nèi)芯部卷繞的螺旋部以及穿過外環(huán)部向外延伸的導引部的電加熱元件；在內(nèi)芯部和外套部之間圍著加熱元件的螺旋部延伸的傳導部，形成組裝件的步驟包含將外環(huán)和加熱元件安裝到內(nèi)芯上，將長外套定位地安裝以形成在外套和內(nèi)芯之間圍著加熱元件螺旋部的間隔空間，將釬焊材料施加到內(nèi)芯、外環(huán)和外套之間的連接處并且當組裝件於豎直狀態(tài)，前端在后端之上的方向時，在真空爐內(nèi)於實質上無氧氣氛中將組裝件釬焊在一起以使之將所述間隔空間密封而防漏，在組裝件於豎直狀態(tài)在真空爐中的實質上無氧氣氛中將熔化傳導材料澆注到所述間隔空間內(nèi)以形成與內(nèi)芯部，外環(huán)部，加熱元件以及外套部一體地粘結的傳導部，機加工注嘴以便提供要求的形狀和光潔，其特征是，傳導材料具有的熔化溫度高于釬焊材料的熔化溫度，組裝件被釬焊在一起和傳導材料被澆鑄到所述間隔空間中是以真空爐的單一控制循環(huán)的，該單一控制循環(huán)包含首先升高真空爐內(nèi)的溫度到達第一預定溫度，該第一預定溫度高於釬焊材料的熔化溫度并低於傳導材料的熔化溫度，降低真空爐內(nèi)溫度到第二預定溫度，該第二預定溫度低於釬焊材料的凝固溫度，於足夠的時期保持第二溫度以便使組裝件釬焊在一起，然后升高真空爐內(nèi)的溫度到第三預定溫度，該第三預定溫度足夠地高於傳導材料的熔化溫度以便將傳導材料澆鑄到所述間隔空間中，該間隔空間是在外套和內(nèi)芯之間圍著加熱元件的螺旋部而沒有熔化的釬焊材料的。
2.如權利要求1所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，真空爐的控制循環(huán)還包含在移去澆鑄的注嘴之前用供給惰性氣體而逐漸冷卻真空爐的步驟。
3.如權利要求2所述制造模注注嘴的方法，其特征是，還包含在真空爐中的加熱循環(huán)過程中，將絕緣蓋帽放置於組裝件上，該絕緣蓋帽具有帶有朝下敞口的長開孔，在熱循環(huán)過程中組裝件是向上延伸而進入開孔的，因此，傳導材料冷卻是逐步地向上地冷卻的。
4.如權利要求3所述制造模注注嘴的方法，其特征是，組裝件以預定部分向上延伸而進入絕緣蓋帽的開孔。
5.如權利要求4所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，外套在豎直狀態(tài)向上延伸越過前端而到上端形成注入斗，在組裝件插放到真空爐中之前，將預定數(shù)量的傳導材料裝載到注入斗中，因此，於真空爐內(nèi)的澆鑄過程中，傳導材料熔化并向下進入所述間隔空間，該間隔空間是在外套和內(nèi)芯之間圍著加熱元件的螺旋部分的。
6.如權利要求5所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，借助接觸抵靠外套的上端而使組裝件的一部分容納在開孔中使絕緣蓋帽可拆除地被支承著。
7.如權利要求6所述制造摸注注嘴的方法，其特征是，絕緣蓋帽具有從開孔向上延伸的通出孔，在開孔中是容納著組裝件的。
8.如權利要求7所述制造模注注嘴的方法，其特征是，包含在釬焊之前，借助於定位焊接將內(nèi)芯、外環(huán)和外套裝接在一起。
9.如權利要求8所述制造模注注嘴的方法，其特征是，傳導材料是銅。
10.如權利要求9所述制造模注注嘴的方法，其特征是，釬焊材料是鎳合金。
全文摘要
制造具有一體的電加熱元件的模注注嘴的方法，加熱元件被裝在內(nèi)芯、外后環(huán)和外套之間形成的空間中，該空間首先以鎳合金的釬焊材料釬焊而密封，然后以銅傳導材料澆鑄該空間。釬焊和澆鑄是在真空爐內(nèi)的單一循環(huán)執(zhí)行的。絕緣蓋帽置于組裝件上，向真空爐供應惰性氣體而從底上起冷卻銅傳導材料，這就產(chǎn)生單向凝固，避免形成銅傳導材料中的空隙并改善熱傳導性能。
文檔編號B23K1/00GK1126642SQ9511696
公開日1996年7月17日 申請日期1995年9月14日 優(yōu)先權日1994年9月16日
發(fā)明者喬布斯特·烏爾里克·蓋勒特 申請人:喬布斯特·烏爾里克·蓋勒特