CN102413961A - 用于生产具有空腔的物品的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于生产具有空腔(4)的物品(1)的方法，在该方法中，使设有型芯(3)的模具(2)被填充物品材料，使该物品材料围绕所述型芯(3)硬化以形成所述物品(1)，并且从凝固的所述物品(1)移除所述型芯(3)。所述型芯(3)由氧化钇四方氧化锆多晶材料(Y-TZP)或部分稳定的氧化锆(PSZ)制成，并且在硬化阶段后，使所述型芯(3)暴露于蒸汽气氛，此后，从所述物品(1)移除所述型芯(3)。

Description

用于生产具有空腔的物品的方法
本发明涉及一种用于生产具有空腔的物品的方法。本发明还涉及一种适合用于铸造工艺或等静压工艺的型芯。
精密铸造通常用于生产具有复杂的中空内部的铸件。这种铸造物品的实例是用于活塞式发动机的阀座嵌入物，该阀座嵌入物设有内冷却通道。为了形成铸造物品中的中空内部，铸造模具必须设有型芯，该型芯在铸造材料凝固之后被从物品移除。特别是在精密铸造中，难以形成长孔或通道，这是因为现有的型芯材料要么提供低劣的表面质量要么难以从凝固的铸造物品移除。例如，型芯可能可以用酸或其它化学溶液移除。这增加了工艺成本并且化学物质具有它们特有的存储、处理以及处置缺点。在其它铸造方法和等静压工艺的情况下，存在相似的型芯问题。
本发明的目的是提供一种解决方案，借助于该解决方案能容易地从物品上移除型芯。
本发明的目的是由如权利要求1、6以及7所公开的技术方案实现的。
在根据本发明所述的方法中，使设有型芯的模具被填充物品材料并且使该材料围绕所述型芯硬化以形成物品。所述型芯由氧化钇四方氧化锆多晶材料(Y-TZP)或者部分稳定的氧化锆(PSZ)制成。另外，在所述物品材料硬化之后，将所述型芯暴露于蒸汽气氛，此后将型芯从所述物品移除。
根据本发明，用于铸造工艺或等静压工艺的所述型芯由氧化钇四方氧化锆多晶材料(Y-TZP)或者部分稳定的氧化锆(PSZ)制成。
可以通过本发明实现相当多的优点。通过使所述型芯的氧化钇四方氧化锆多晶材料(Y-TZP)或部分稳定的氧化锆材料处在所述蒸汽气氛中，所述材料降解，此后，所述型芯能被容易地从凝固的物品移除。因此，不需要用来从所述物品移除所述型芯的酸或其它化学物质。另外，空腔内部的表面质量通常好于通过常规方法制造的物品的表面质量。此外，用于本发明的型芯材料是化学惰性的并且能够耐高温。
在下文中，将参照附图通过实施例来描述本发明，该附图是模具中的中空阀座嵌入物的剖视图。
根据本发明所述的方法涉及用于生产具有空腔4的物品1的方法。这种物品可以是中空的或者包括复杂的空腔结构。在模具2中制造物品1，型芯3被放置在所述模具中以形成物品1中的空腔。模具1被填充物品材料，并且这些材料至少部分地围绕型芯3硬化。此后，型芯被从凝固的物品1移除。
物品例如可以是冷却的阀座嵌入物1，该阀座嵌入物附接至内燃机的汽缸盖。阀座嵌入物1是环形的并且设有空腔，即用于冷却剂的内冷却通道4。
另外，阀座嵌入物1包括用于将冷却液供给到冷却通道4内的入口和用于将冷却液从冷却通道4排出的出口。物品1可以通过铸造或等静压来制造。适当的铸造方法是精密铸造、拉模铸造、一次型铸以及砂型铸造。相应地，合适的等静压方法是热等静压和冷等静压。
物品1的中空形状或者其它复杂形状由适当成形的型芯3实现。型芯3成形为形成物品1的内表面。在附图所示的实施方式中，型芯3具有与完成的阀座环1中的冷却通道4的形状对应的形状。
型芯3由通常称为Y-TZP的氧化钇四方氧化锆多晶材料(ZrO2-Y2O3)组成。Y-TZP材料因为其高强度和韧性的不同寻常的结合而被用于结构性应用中。通常，Y-TZP用于牙科应用。另一种适当的型芯材料是部分稳定的氧化锆(ZrO2-MgO)，也称为PSZ。Y-TZP和PSZ这两者都是蒸汽活性材料，即它们的微结构在蒸汽气氛中降解。型芯3可以通过适合陶瓷材料的常规方法制造。例如，型芯3可以按照期望的方式成形并且随后在高温下烧结。
物品1可以通过精密铸造来制造。精密铸造方法通常用来生产具有复杂中空内部或其它复杂形状的物品。在精密铸造工艺中，围绕型芯3形成模型。这样的模型由蜡、聚苯乙烯或者其它具有适当的低熔点的模型制造材料组成。型芯3由适当材料制成的销支撑。销被推动穿过模型材料，直到它们接合型芯3的表面。此后，围绕模型组件，即模型材料、型芯3以及销，来建造陶瓷模具2。该模具2可以以多种方式形成。典型地，模型组件被重复地浸入陶瓷浆中以形成模具2。在模型组件上建造好模具2之后，将模型材料从模具2移除。此后，燃烧模具2以增大其硬度。使模具2和型芯3之间的空间被填充熔融的物品材料，例如金属材料(诸如钢或铁)。熔融的材料通过进口通道5被注入模具2。在物品材料硬化之后，移除围绕凝固的物品1的模具2。
此后，通过使型芯3暴露于蒸汽(水蒸气)气氛，即对型芯3进行蒸汽处理，从物品1移除型芯3。使型芯3暴露于至少100℃，优选地至少200℃的蒸汽气氛。典型地，蒸汽气氛的温度在100至500℃之间，例如在200至300℃之间。使型芯3暴露于蒸汽气氛至少1个小时，优选地至少3个小时。蒸汽处理的时间取决于多种因素，例如型芯3和铸造物品1的尺寸以及蒸汽气氛的性质。可以在高压釜或类似的装置中执行型芯3的蒸汽处理，所高压釜或类似的装置包括待处理的物品所用的室。在蒸汽处理过程中，将饱和的或过热蒸汽供给到室内。蒸汽将空气冲出室。在处理期间，蒸汽破坏型芯3的微结构，即，使型芯材料降解。在蒸汽处理之后，从室移除物品。最后，从物品1移除降解的型芯3。
物品1可通过热等静压来制造。热等静压(HIP)工艺使物品1处在高温和等静压力下。在HIP工艺中，将型芯3放置在模具2中，此后使模具2被填充粉末形式的物品材料。物品材料可以是诸如钢或铁的金属。然后，在均匀(等静)压力和高温下压缩模具2。压力和温度使得粉末围绕型芯3变坚固或变硬。HIP工艺在现有技术中是众所周知的，因此，这里不再比理解发明所必需的更详细地描述HIP。在等静压之后，从模具2移除物品1。通过如上所述的相同的蒸汽处理方法与精密铸造工艺的结合，从凝固的物品1移除型芯3。

Claims (7)

1.一种用于生产具有空腔(4)的物品(1)的方法，在该方法中，使设有型芯(3)的模具(2)被填充物品材料，使该物品材料围绕所述型芯(3)硬化以形成所述物品(1)，并且从凝固的所述物品(1)移除所述型芯(3)，所述方法的特征在于，所述型芯(3)由氧化钇四方氧化锆多晶材料(Y-TZP)或部分稳定的氧化锆(PSZ)制成，并且在硬化阶段后，使所述型芯(3)暴露于蒸汽气氛，此后，从所述物品(1)移除所述型芯(3)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述型芯(3)被暴露于蒸汽气氛，该蒸汽气氛处于至少100℃，优选至少200℃的温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述型芯(3)被暴露于蒸汽气氛至少1个小时，优选地至少3个小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模具(2)被填充熔融的金属材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模具(2)被填充金属粉末，该金属粉末通过等静压工艺围绕所述型芯(3)硬化。
6.一种用于在铸造工艺或等静压工艺中使用的型芯(3)，其特征在于，所述型芯(3)由氧化钇四方氧化锆多晶材料(Y-TZP)或部分稳定的氧化锆(PSZ)制成。
7.一种氧化钇四方氧化锆多晶材料(Y-TZP)或部分稳定的氧化锆(PSZ)作为用于在铸造或等静压工艺中使用的型芯(3)所用的材料的用途。
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