CN101594950B - 一种对材料加工的方法，特别是铸造，以及用于实现所述方法的铸模和通过所述方法或在所述铸模中制造出的工件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在模具中制造工件的方法，本发明还涉及所述模具自身，且本发明还涉及根据所述方法和/或在所述模具中制造的工件。

Description

一种对材料加工的方法,特别是铸造,以及用于实现所述方法的铸模和通过所述方法或在所述铸模中制造出的工件

技术领域

本发明涉及一种用于加工材料的方法，所述材料首先要被由自身的固态转变为液态，紧接着被浇注到一模具中，在这一模具中所述材料重新变为凝固状态。进一步的，本发明涉及用于实施所述方法的模具，且本发明还涉及根据所述方法和/或在此类模具内制造或已制造的工件。

背景技术

作为铸造方法，特别是重力铸造法，主要有四种铸造方法，底注法、侧注法、顶注法和翻箱铸造法，其相互对比中各个都具有明确的优点，但也各个都具有明确的缺点。

例如，底注法可以得到最为平稳的充型，但会在凝固过程中在所谓补给口或称冒口中以及用于在材料凝固过程中进行补缩的储备室中只有温度最低的材料，这样补缩就只能通过更加大的补给口尺寸才能保障。

在侧注法中，可以在补给口中有相对温度较高的材料，但同时也会导致比底注法中更加紊乱的充型。

在顶注法中可以在冒口或补给口中有温度最高的材料，这样可使得补缩只需要最小的补给口尺寸即可，但铸件的品质会由于因为装料高度导致的紊乱而恶化。

在翻箱铸造法中，同样也会在补给口中有温度最高的材料，但会导致在铸件表面上出现不期望的涡旋或流向线。流体状材料的流动方向因铸件的形状而决定，并由此而被导向模具以及铸件中过热的区域。

发明内容

本发明的任务是，避免至今已公开的铸造方法的缺点，实现用于加工材料的方法，实现最佳化地平稳无涡旋地充型，且通过在储备室中有温度最高的金属液而实现最佳化地补缩，由此而实现只需要较小的储备室及补给口体积。另外还可避免形状相关的材料堆积导致的过热，并且耗时、材料、能量、传输、切削功耗等方面都可以获得节约效果。进一步的，大型片状和复杂造型的铸件的制造也可获得简化，并由此而降低成本。进一步的对本发明任务需求还涉及到用于如此经济地、高品质地铸件制造所需的铸型的实现。

根据本发明的用于加工材料的方法，所述材料首先要被转变为液态，紧接着被浇注到一模具中，其特征在于，浇注到模具中是根据底注法的原理，而其凝固过程是根据顶注法的原理完成的。换句话说，首先将材料通过加热转变为液态，然后根据底注法的原理将其浇注到一个铸型或铸模模腔或型腔中，最后其凝固过程则根据顶注法或翻箱铸造法的原理完成。

其中材料浇注到铸模的型腔中是以底注法方式，由下方通过一浇铸道实现，通过这一浇铸道，首先由上方将金属熔液浇注到一至少部分高于型腔的浇注槽中，由此处通过一条通向下方的输入道，之后通过一条曲道-入口道-向上进入一个设置在型腔下方的储备室中，并通过这一储备室的出口，进入到型腔中，之后，材料凝固过程则是通过在材料凝固之前将整个模具旋转的办法，以顶注法方式即储备室转到上方的状态下进行，由此而使得储备室承担补给口或称冒口的功能。

为了防止金属熔液在模具旋转期间和旋转之后由浇注槽中溅出，如果在型腔之前的浇铸道内--之前指沿金属熔液流动的方向--设置有一滑片，所述滑片会在模具旋转之前或在模具旋转期间内及时地被运作，则会有其优势。亦或不是滑片而是一个设置在浇注槽上的、在旋转之前动作的塞子亦可。

在模具绕一转轴旋转的时候，所绕转轴至少基本与模具的一个或数个解体缝平面平行，会较为适宜。

如果型腔和浇铸道以及相关的解体缝或多个解体缝平面彼此都以一定夹角设置，可带来进一步的优点。即，或是浇铸道、或是型腔为倾斜走向，当然也可是型腔和浇铸道都设置为与水平面夹一夹角，其中型腔和浇铸道彼此之间可夹一钝角。当然也可使型腔和/或浇铸道与水平面只是夹一较小的夹角。

这样将型腔和浇铸道彼此之间以这样的夹角形式设置，且保持这样的夹角而共同旋转，直到旋转到这样一个方向，使储备室到达这样的位置，这一位置使得储备室可以承担补给口或称冒口的功能，且，浇铸道尚未到达水平状态，这样的设置会格外有其优点；其中特别有利的是，如果整个模具的旋转是向这样一个方向，即浇铸道为主导向，这样就可以在所谓凝固位置上，浇铸道至少轻微地指向上方，金属熔液由储备室--如前文所述承担补给口或冒口的功能--中的溅出就不再可能发生。

本发明进一步的改进方案涉及一种在自身型腔下方具有一个储备室的铸模或铸锭模，浇铸道在储备室内开口，其中浇铸道在储备室容器内开口处具有一个段-即所谓的入口道，此段设置为低于储备室容器的高度。

所述铸模可具备进一步的特征，即型腔与浇铸道彼此并非平行设置，而是彼此夹一夹角。其中铸模或称铸锭模可如此构型，使其中的型腔与浇铸道都为倾斜走向，且这两部分可夹一钝角。这一夹角可如此选择，使得模具可以旋转到这样一个位置，即储备室位于型腔的上方的所谓的凝固位置，这样储备室可承担补给口或称冒口的作用，而浇铸道则处在可以防止金属熔液由储备室中溅出的位置上，在此位置上至少浇铸道的一部分是相对水平面至少轻微地指向向上。铸模为如此造型，即型腔和浇铸道相互对置且整个模具以浇铸道为主导向的方式旋转，会有其优势。

这一其中的浇铸道、储备室以及环绕型腔的模具半壳都可通过相关的解体缝相互分离的可旋转的铸模，适宜如此构型，使得旋转是绕一至少基本平行于解体缝平面的转轴实现的。

这样的铸模-在下方带有一个储备室容器-可按照底注法的原理将金属熔液浇注进去，其中储备室位于型腔的下方，在旋转之后的铸模内完成金属熔液的凝固过程，其中作为补给口或称冒口发挥作用的储备室已经转到了上方。

为了防止在铸模旋转期间或旋转之后金属熔液的溅出，如果铸模在浇注槽上具有一个塞子，或在浇铸道内设置有一个滑片，塞子或滑片可在旋转之前或旋转期间内可被运作，是有其优势的。

本发明还进一步涉及到根据本发明方法和/或由根据本发明的铸模制造或已制造的铸件。其中所述铸件是根据重力铸造法以特别适宜和特别有优势的方式由轻金属特别例如是铝合金制造而成。

附图说明

下面借助附图1至9进一步描述本发明。

其中图1至4示出了根据现有技术的常规的铸造方法，图5至图9示出了根据本发明的铸造方法。

其中：

图1以示意图方式示出了根据所谓底注法的铸造方法；

图2示出了根据侧注法的铸造方法；

图3示出了根据顶注法的铸造方法；

图2示出了根据翻箱铸造法的铸造方法；

具体实施方式

在图1至图4中，所示的铸型或称铸锭模分别以1A、1B、1C、1D标识，铸模模腔或称型腔分别以1a至1d标识。

在图1至图4每幅图中，都设置有一个补给口或称冒口2a至2d，通过这一冒口在铸造材料凝固的时候可进行所谓的补缩。

在根据图1至3所示的底注法、侧注法及顶注法中，铸型都是垂直树立的，在图1和图2中，金属熔液通过浇注槽4a、4b浇注进去。而在根据图3的顶注法和根据图4的翻箱铸造法中，冒口2c、2d也充用为浇注槽。在根据图4的翻箱铸造法中，在这一示出的范例中，金属熔液的浇注首先在铸锭模1D处于水平状态时先浇注到容器2d′中，之后模具1D被沿箭头3指向翻转，金属熔液通过补给口2d流入，直到铸锭模翻转到垂直状态，在这一位置上材料凝固，且补给口2d指向向上。

在根据图1的底注法和根据图2的侧注法中，材料的导入分别通过以灰色标出的浇铸道5a、5b，首先浇注入浇注槽，并由此处进入型腔1a、1b。在根据图1的底注法中，浇注槽4a与输入道6相连，所述输入道通往入口区7，在本例中其位置低于型腔1a，金属熔液通过出口8进入型腔1e。

可以看出，在根据图1的底注法中，会浇铸出最为平稳的充型。

在根据图2的侧注法中，充型由于熔液水平面提升到了铸模模腔的出口位置处，而因此具有比底注法更差的平稳性。

在根据图3的顶注法中，会出现最严重絮乱的充型，其会导致更为严重的熔液氧化、气泡以及泡沫现象。

在根据图4的翻箱铸造法中，会出现非常明显的流向线，此外材料的流动方向还会因铸件的形状而决定，并由此而被导向模具中过热的区域，在这些区域处会出现铸件中的缺陷。

在采用根据图4的翻箱铸造法进行铸造，以及在采用根据图3的顶注法进行铸造时，都会在补给口处具有最高温的材料，也就是说可以有最好的补缩过程，但同时，如前文所述，同时也会导致得不到想要的平稳的充型，而是紊乱的充型。

在采用根据图1的底注法进行铸造时，如前文所述，会出现平稳的充型；在采用根据图2的侧注法进行铸造时，平稳充型会相对较差，但这两种铸造法，即底注法和侧注法，都有其缺点，即在补给口或称冒口中具有温度最低的材料，由此在凝固过程中，最佳化的补缩过程只有借助更大的补给口才能实现。

而在本发明中，首先根据图5、6和7所示，可将底注法和顶注法的优点，即最佳化的平稳充型，以及在凝固过程中在补给口中具有温度最高的金属熔液这两大优点统一起来。

其中根据图5，浇铸会在以1E标识的铸模中，以实际类似于图1即类似于底注法的方式完成，其中金属熔液穿过同样以灰色标出的浇铸道5c，进入到型腔1e中去。浇注到浇注槽4e中的金属熔液，通过输入道6a流向下方，穿过位于储备室9下方延伸的区域，经过入口道7a，经过储备室9，并在此穿过储备室9的出口8a进入型腔1e。在材料凝固之前，例如达到一确定的温度之前，整个铸型1E会被转动，如图6中所示，绕转轴I沿旋转方向II旋转180度。其中储备室9就会转动到上方，这样就可以使得储备室9此时作为补给口或称冒口发挥作用，直到材料完全凝固。

图7中示出了铸型或称铸锭模1E的一种位置，是在由图5中所示位置旋转了90度之后。其中可看到解体缝10位于模具半壳1E′和1E″之间，以及平行且穿过由解体缝10构成平面的转轴I。图7中还可以看到型腔1e朝向观察者的端面，和储备室9的端面，以及入口道7a和浇注槽4e。

在许多情况下，在图6所示位置中，在浇注槽4e、输入道6a或入口道7a中已有的金属熔液已经对浇铸过程后续步骤不再必需的时候，金属熔液是否会从浇注槽4e、输入道6a或输入道7a中溅出，就变得无关紧要了。

如果铸锭模1E在这两种位置之间，即其自身位于如图7所示位置之前的一点和之后的一点这两位置之间，移动非常快速的话，会非常适宜，因为这样可以使得金属熔液实际上不会从型腔和储备室容器中溅出。而在浇注槽4e区域内，也可设置一个塞子11，或在输入道内设置一个滑片12，它们在旋转之前或在旋转期间及时地被运作，来在其位置上封闭住浇铸道。

旋转还可以绕与示出的水平方向不同的、至少基本并行于解体缝10的转轴旋转，例如至少基本与解体缝垂直的转轴线III。如果旋转是沿箭头III′所示实现，有其优势的，因为这样可使得浇铸道或称浇注槽会为主导向，金属熔液到达一个其中储备室容器9在上方的位置之前就至少不会由此溢出。这样的旋转也可绕其他与图示中不同的转轴线或曲线实现，例如绕图示转轴线或曲线组合所得的转轴线或曲线；不过在采用了塞子或滑片之后，为了防止金属熔液溅出的采取的旋转方向就不是那么值得重视的了。

在图8和图9中，型腔20和至少一部分浇铸道21，以及输入道22，设置为彼此之间夹有一个夹角，确切的说，夹一钝角。

图中可以看到浇注槽23和与其成曲柄形状并在储备室25内开口的入口道24，且所述储备室通过出口26进入型腔。型腔20，储备室25和入口道24可彼此设置为使得入口道24位于低于储备室25的位置上，而储备室又低于型腔20。在些情况下，如果将入口道24设置为不低于储备室25的位置上，也可有些优点，或者是也足够了。在图8和图9中所示，型腔和输入道，如前文所述，设置为彼此之间夹一钝角26，且分别以一角度27、28与一平面29相交，这一所述平面至少基本与水平面垂直。

在浇注金属熔液后并在熔液凝固之前，模具30被旋转到如图9所示的位置上，围绕至少基本与模具30的解体缝32平行的转轴31，方便地沿箭头33指向的旋转方向旋转，这样可以使得带有浇注槽23的浇铸道21始终为主导向，直到旋转到图9所示位置，其中型腔20被旋转到这样的位置上，使得储备室25位于型腔20的上方，这样储备室25就可承担补给口或称冒口的功能。

旋转在输入道22尚未完全达到水平线34的时候即告完成。这样可使得金属熔液不溅出或极少溅出。

可以看出，根据本发明的铸造方法或称根据本发明的铸型可实现根据底注法原理而相对其他铸造方法实现最优化的平稳充型，并实现根据顶注法原理、可实现最佳补给过程的凝固过程。

本发明还进一步涉及到根据本发明方法和/或根据本发明的铸型制造的铸件。不论根据本发明的铸造方法，特别是适用于轻金属加工或轻金属合金如铝合金的加工，而本发明并不局限于轻金属合金的应用领域，而是广泛涉及到根据本发明对其他类型的材料进行加工，也包括非金属材料的加工。

参考标识

1A至1D    铸型

1a至1e    型腔

2a至2d    补给口/冒口

2d′      容器

3         箭头

4a至4d    浇注槽

5a、5b、5c浇铸道

6         输入道

7、7a     入口道

8、8a     出口

9         储备室容器

I         转轴

10        解体缝

1E        铸锭模(铸型)

1E′、1E″模具半壳

11        塞子

12        滑片

20        型腔

21        浇铸道

22        输入道

23        浇注槽

24        入口道

25        储备室

26        角度

27、28    角度

29        水平面

30        模具

31        转轴

32        解体缝

33        旋转方向

Claims (27)

1.一种方法，用于对材料进行铸造，所述材料首先要通过加热转变为液态并根据重力铸造法的原理被浇注到一铸型中，其特征在于，所述材料以底注法方式、在下方浇注到铸模的型腔中，其中所述材料-沿材料流动方向-首先被引入到浇铸道的浇注槽中，然后通过浇铸道，之后流过一在所述型腔之前设置的、在所述型腔下方的储备室，并在此进入到所述型腔中，其中所述浇注槽在根据重力铸造法的原理将材料浇注到铸型之中的过程中和铸型发生旋转之前位于型腔的上方，并且模具被在浇注入所述材料之后紧接着连同浇注槽、浇铸道及储备室一起被旋转，由此使得所述储备室承担了补给口或称冒口的功能，并且材料根据顶注法进行凝固。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浇铸道具有一部分区域，其在浇注入所述材料的时候位置低于所述储备室位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述浇铸道和所述型腔内设置有一滑片，所述滑片在旋转之前运作。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述铸模的所述浇注槽上设置有一塞子，所述塞子在所述模具旋转之前进行运作。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模具绕转轴进行旋转，所述转轴至少基本平行于所述模具的一个或数个解体缝平面。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述型腔和所述浇铸道设置为彼此之间呈一夹角。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述型腔和所述浇铸道设置为都与夹在其间走向的一水平面呈一夹角。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述型腔和所述浇铸道设置为彼此之间呈一钝角。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述型腔和/或所述浇铸道设置为与一水平面呈一钝角。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述型腔和所述浇铸道彼此之间以这样的夹角形式设置，且绕一转轴在这样一个方向上旋转这样一个角度，使得所述储备室到达使得所述储备室承担补给口5或称冒口S的功能的位置的时候，所述浇铸道尚未到达水平状态。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模具的旋转是以所述浇铸道为主导向的方向进行。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，处在液态下的所述材料浇注入所述浇注槽中，由此处通过一条相连的输入道，之后通过一条至少部分低于所述储备室的入口道，而所述储备室又至少部分低于所述型腔，由此通过这一所述储备室的出口进入到所述型腔中，之后，在所述材料凝固之前将包括浇注槽、输入道、入口道、储备室及其出口的整个所述模具旋转，由此而使得所述储备室接替补给口或称冒口发挥作用。

13.一种铸模或铸锭模(1E)，用于对材料进行铸造，所述材料首先要通过加热转变为液态并根据重力铸造法的原理被浇注到一铸模(1E)中，其特征在于，所述铸模包括具有浇注槽(4e)的浇铸道(5c)、连接浇铸道的储备室(9)及与该储备室连接且设有输入道(8a)的型腔(1e)，其中所述浇注槽(4e)设置在型腔(1e)的上方，其中浇铸道(5c)从侧面经过型腔(1e)，其中为了根据底注法的原理将材料注入铸模(1E)的型腔(1e)中所述储备室(9)设置在型腔(1e)的输入道(8a)的下方并且输入道(8a)设置在储备室(9)的上方，并且包括浇注槽(4e)、浇铸道(5c)、储备室(9)、输入道(8a)及型腔(1e)的整个所述铸模(1E)能够一同旋转，从而所述储备室(9)作为设置在型腔(1e)上方的补给口发挥根据顶注法的远离的材料凝固的作用。

14.根据权利要求13所述的铸模，其特征在于，铸模(1E)的转轴(III)水平设置。

15.根据权利要求13所述的铸模，其特征在于，在所述储备室容器内开口的所述浇铸道具有位置低于所述储备室容器的一个段。

16.根据权利要求13所述的铸模，其特征在于，所述型腔和所述浇铸道设置为彼此之间夹一夹角。

17.根据权利要求13所述的铸模，其特征在于，型腔和浇铸道设置为都与夹在其间走向的至少基本垂直于水平面的一个平面夹一夹角。

18.根据权利要求15所述的铸模，其特征在于，所述型腔和所述浇铸道设置为彼此之间夹一钝角。

19.根据权利要求13所述的铸模，其特征在于，所述型腔和所述浇铸道设置为彼此之间夹这样一个角度，使得在所述铸模旋转到所述储备室到达了所述型腔的上方的位置-即凝固位置-且所述储备室承担补给口或称冒口发挥作用的时候，所述浇铸道处在一个防止流体状的所述浇铸物从所述储备室中溅出的位置上。

20.根据权利要求18所述的铸模，其特征在于，所述浇铸道在所述凝固位置上相对水平面指向斜上方。

21.根据权利要求13所述的铸模，其特征在于，所述型腔和所述浇铸道相对设置，而所述铸模以所述浇铸道为主导向的方式旋转。

22.根据权利要求13所述的铸模，包围所述浇铸道、所述储备室以及所述型腔的两个相同的铸模半壳都通过相关的解体缝相互分离，所述铸模连同浇注槽、浇铸道、储备室及型腔绕一转轴旋转，所述转轴至少基本平行于所述解体缝平面走向。

23.根据权利要求13所述的铸模，其特征在于，所述铸模基于储备室容器在底部位置上，因此根据底注法的原理以金属熔液浇注，所述铸模可旋转，所述金属熔液的凝固过程则是在作为补给口或称冒口发挥作用的所述储备室在上方进行。

24.根据权利要求13所述的铸模，其特征在于，在所述浇注槽上设置有一个塞子。

25.根据权利要求13所述的铸模，其特征在于，在所述浇铸道内设置有一个滑片。

26.一种铸件，所述铸件在根据权利要求1至12的铸造方法中或者在根据权利要求13至25的铸模中制成，其特征在于，所述铸件是根据前述权利要求中至少一项所述，根据重力铸造法由轻金属制造而成。

27.根据权利要求26所述的铸件，其特征在于，所述轻金属是铝合金。