CN103600040A - 一种浇铸模具的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浇铸模具的方法，其特征在于：该方法需要提供一个铸造模具，放置一个具有多个穿孔的掩模来限定模具涂层范围；用涂层材料喷涂掩模区域，以在模具上产生涂布层，喷涂涂层材料到掩模使得喷涂模具被分成片段以及喷涂材料的选择，共同形成模具的表面涂层；将液体铸造材料引入模子中，再将液体铸造材料固化以形成表面涂层材料。所述铸造模具预先进行处理来加强模具。穿孔的掩模置于与模具的间隙为1mm到15mm之间。穿孔的掩模包括金属、金属涂覆的塑料、，陶瓷、或者碳。本发明的有益效果是：降低了涂层材料从模具中喷出的可能性，且能在模具表面能形成较厚和较好质量的表面层。

Description

一种浇铸模具的方法

技术领域

    本发明涉及一种模具，特别是一种浇铸模具的方法。

背景技术

工程部件失败一般是由于一个或者三个基本模式的组合：腐蚀，磨损和断裂。在许多现有处理部件表面和/或者近表面的技术之中，铸造过程中的表面修饰有许多明显的优点。在铸造过程中表面修改允许较厚加强层的形成，多种材料的广泛选择，选定领域的特别加强，大型部件或者复杂形状的应用，整个过程的成本降低，以及简单的执行过程。然而，运用现有可行的铸件表面修饰技术，表面加强层容易产生缺陷，而且很难实现精确的尺寸和光滑的表面光洁度。此外，在某些应用中，厚厚的合金层不能被轻易应用。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种浇铸模具的方法，用以解决上述的现有问题。

本发明的技术方案如下：一种浇铸模具的方法，其特征在于：该方法需要提供一个铸造模具，放置一个具有多个穿孔的掩模来限定模具涂层范围；用涂层材料喷涂掩模区域，以在模具上产生涂布层，喷涂涂层材料到掩模使得喷涂模具被分成片段以及喷涂材料的选择，共同形成模具的表面涂层；将液体铸造材料引入模子中，再将液体铸造材料固化以形成表面涂层材料。

所述铸造模具预先进行处理来加强模具。

    穿孔的掩模置于与模具的间隙为1mm到15mm之间。

    穿孔的掩模包括金属、金属涂覆的塑料、，陶瓷、或者碳。

    本发明的有益效果是：降低了涂层材料从模具中喷出的可能性，且能在模具表面能形成较厚和较好质量的表面层。

附图说明

图1是所述方法在模芯上涂油本发明的涂层材料，铸件用修改后的内表面层而制成的示意图；

图2是在模腔中覆盖有涂层材料，铸件用修改后的外表面层喷涂产生的示意图。

    图中标示：10、模芯，11、掩膜，12、固定长度，13、涂层材料，14、热喷雾枪，15、喷涂表层，16、模具，17、模腔，18、浇道，19、钢水，20、熔融室，21、铸件，22、表层。

具体实施方式

结合附图，对本发明作进一步详细说明。

如图所示，本发明一种浇铸模具的方法，其特征在于：该方法需要提供一个铸造模具，放置一个具有多个穿孔的掩模来限定模具涂层范围；用涂层材料喷涂掩模区域，以在模具上产生涂布层，喷涂涂层材料到掩模使得喷涂模具被分成片段以及喷涂材料的选择，共同形成模具的表面涂层；将液体铸造材料引入模子中，再将液体铸造材料固化以形成表面涂层材料。所述铸造模具预先进行处理来加强模具。穿孔的掩模置于与模具的间隙为1mm到15mm之间。穿孔的掩模包括金属、金属涂覆的塑料、，陶瓷、或者碳。

本发明提供了一系列的优点，并将其融合在一起。能够产生更多统一厚度的表层，有效减少模具表层的碎片。模具上喷涂表层比用传统方法制作的表层相对较厚。在铸件表面能形成质量更高，更厚的表层。铸件可靠特别形成的表面，形成较少的缺陷或者杂质，这一点很大程度上提高了抗压能力，抗腐蚀能力，耐热或者这些点的集合优势。喷涂提高了冶金的质量和表层质量。并且，对于模具的外形和大小几乎没有什么限制。铸件的内表层可以通过应用铸件核心的喷涂来得以加强。表面修饰的浇铸能在喷涂过程中被应用，这样可以使网状或者近乎网状的铸件产生。

任何合适的铸件模具可被用来本发明的方法。一个铸件模具能用在任何需要或者所期待形状的铸件表面，这要看铸件的要求，因此在构思中该铸件需要按照铸件要求来操作。铸件模具包括模腔和模芯。铸件模具能用任何合适的材料制造，例如：铸件模具能是陶瓷的模具，沙质的模具，金属模具或者混合金属模具。陶瓷模具在精确铸件和无机陶瓷粘合剂使用中较为典型。沙质模具在生产沙质铸件中较为典型。铸件模具的选择根据铸件材料的选择或者铸件过程而定。

铸件模具预先改变模具的性质，以便更好的喷涂。预先处理能被应用于模腔，模芯或者两者中。预先处理的模芯在喷涂表层时非常有用，这是在所设计或者所要求的铸件内部表面喷涂的。这一处体现铸件模具的表层或者次表层在喷涂前得到加强，并且不受模具尺寸精确程度的影响。在用固体陶瓷模具喷涂或者在发明铸件过程中使用喷涂模具的情况下，加强程度也许能过完成，例如：通过火喷浇铸模具，温度控制在大约650°C到1200°C，持续时间大约为1小时每英寸（2.5厘米）的模具厚度。

喷涂材料的选择是根据铸件要求定的。一些合适的材料的比如铁合金（例如钢），镍合金（如镍—铬—硼—硅等），钴合金（例如钴—铬—硼—硅等），氧化物（例如氧化铝，氧化锌，氧化铬，氧化钛等），氮化物（如氮化硅，氮化铝，氮化钛等），硼化物（如硼化钼，硼化钛，硼化铌，硼化锌等），碳化物（如碳化钨，碳化铬，碳化钒，碳化钛，碳化硅等），混合物与金属和陶瓷融合。钢的类型有，例如高合金钢，高碳钢，不锈钢，工具钢等，在这方面，金属可以是纯金属，金属合金或金属的混合物。

为了提高模具涂层材料的键合质量，特别是在喷涂材料到达熔点高于液态喷涂材料的熔点时（例如涂层材料，包括陶瓷），不同涂层材料的薄的中间粘合层的熔点比液态涂层材料的熔点要低，这能应用于于喷涂前在喷涂材料上形成较厚表层。作为另外一种选择，除此之外，熔点高的涂层材料可与熔点低的喷涂铸件材料混合，自熔性粉末适合这类应用。该涂层材料可以粘附或者在铸件表面形成合金的方法，来形成铸件表层。

掩模是一种薄片状材料形成的穿孔，例如，网状或者穿孔板。掩模厚度和材料性质的选择使得掩模能够承受温度，在该温度下，进行喷涂。例如，当时用钢时，一个合适的掩模厚度从0.2mm至5mm的范围，优选为0.5mm至约1.5mm。

穿孔位置是随意的，或者在掩模的规律模式上。任何形状，尺寸和掩模穿孔的安排上都能被用到。在优选模具上，穿孔位置在最大开口率可得上。开口率是开口孔和掩模总面积的比率。最大开口率允许铸件表面最大化，而且通过喷涂材料并减少塞住掩模的几率。带有规则穿孔的掩模是优选的，更好的穿孔是安排在规律网格模式上的，网格状的是优先选择。正如之前提到的，穿孔位可以是任何形状任何尺寸，提供了穿孔所允许的喷涂材料在喷涂过程中流经。一些非限制的穿孔形状是圆环型，椭圆的（比如椭圆形）和多边的（比如正方形，矩形，六边形）。规则图形是优选的。穿孔位可以是斧头形状相似或者他们可以沿着斧头延伸开来。

掩模可以用任何合适的材料在铸件过程中制成。最好是，掩模是用金属，金属铸件塑料，陶瓷，碳（例如碳化纤维）或者类似的材料制成。金属尤为重要。掩模的穿孔部分是大致根据铸件模具的形状来制成的，这也是与要喷涂铸件的部分相一致的。当将喷涂模具放置后，选定掩面模具的部分，例如表面区域，随后就进行材料喷涂。优选的是，在掩膜和模具中有一条缝隙，模具能根据铸件表层所期待的厚度，在掩面表层厚度和在喷涂范围内，进行操作。这条缝隙最好与穿过模具范围相一致。优选的是，该缝隙大致为1mm到15mm左右，最好是2mm到6mm。不持有任何特定的作用模式，它是使用穿孔掩模来将喷涂铸件分成更小的部件来进行喷涂。它被认为是喷涂表层收缩导致的内部应力直接联系横向尺寸的喷涂表层，并用穿孔掩模一同形成喷涂部件，这大大减少了内部压力和喷涂表层从模具表面飞溅的可能性。这一减少的可能性被认为允许了厚表层喷涂于模具表层，形成更厚的表层铸件。该掩模能被与任何适当形状的模具一同放置，例如，掩模能提供额外的材料长度，延伸到铸件外部，那里额外的材料长度能支持或者修复在该位置的掩模，例如，夹紧或拖长的材料长度。

将掩模放置于铸件模具，喷涂材料将被喷涂到模具表面。设备和喷涂方法会根据涂层材料和应用程序要求来选择。任何合适的喷涂材料都可以被使用。热喷涂技术是优选的。热喷涂技术包括，例如火焰喷涂，电弧喷涂，等离子喷涂，爆炸喷涂等，喷涂温度取决于涂层材料和喷涂技术和选择适当的喷涂条件/参数是众所周知的。例如，火焰喷涂技术时，可以使用涂层材料熔点低于20000摄氏度，而等离子喷涂技术时，可以使用的涂层材料熔点较高（例如对于陶瓷和金属陶瓷）。

涂层材料的喷涂到铸件模具可以通过一个单一或者多个通道。本方法的优点之一可以实行大量的通道来简历涂层材料的厚表层，因为已经减少了涂层材料从模具飞溅的可能性。喷涂数量的运用可以由技术人员轻松而定，但要根据涂层表面所期望的厚度，喷涂过程的类型和涂层材料喷涂的类型而定。例如，对于镍合金自熔性合金火焰喷涂到坚实的陶瓷模具上，大概进行40次喷涂。

涂层材料的组合可以用于一个涂层表层或者涂层材料可以建立于不同涂层材料之上，按照一定顺序流经喷涂过程。不同涂层材料按照一定顺序的应用形成了不同等级的铸件。

带孔掩模可在铸件完成喷涂后移去，或者在某些情况下，掩模可留在模具上来形成最终的铸件表层。掩模可以在模材料和铸件材料兼容或者互相包容的情况下留在铸件模具上，并在铸件过程中不引起有害作用或者提升铸件性能。例如，如果掩模用不锈钢制成，铸件材料是铁合金，那么掩模就可以注入进铸件并且使合金在铸件中更强韧。注入的掩模也能提供其他强韧成分，假如掩模比铸件材料更强劲的话，例如钢性掩模注入铝制铸件。

目标要求的或是所需要的涂层材料厚度，使用穿孔的掩模，将其置于铸件模具的具体位置后，涂层材料薄的覆盖层可以进一步应用到真个模具，而无需使用掩模，产生具有连续涂层表明的铸件模具表面和一种令人费解的形态，这种形态由低压应力集中。这种结构还允许形成更厚的，更均匀的涂层。覆盖涂层最小厚度是根据应力要求决定的，而最大厚度控制在涂层中应力层。与传统方法的施加压铸模具表面进行喷涂相比，这令人不可思议的涂层方法帮助减少涂层表面的压力，因此，与传统方法相比，更厚涂层覆盖能应用于本发明。

喷涂表层程序完成了，任何残留的铸件模具装置都能够完成。在某些情况下，喷涂和模具装置可能交替出现，模具的一些地方在喷涂后随之产生的装置步骤，以及进行另一步的喷涂。喷涂表层的数量和步骤以及装配的步骤根据具体涂层设计以及模具的用途而定。一旦铸模的组装完成后，将液体铸造材料引入模具中。任何合适的铸造过程都可以使用，例如重力铸造，低压铸造，压力铸造，真空铸造，熔模铸造，在铸造材料的任何浇铸过程中选择合适的材料。相反，铸造材料的选择可能会决定选择铸造的工艺。例如，铸造材料包括金属，金属包括有纯金属，合金和金属的混合物。可能混有金属颗粒或纤维状的增强相，例如那些使用的金属复合体的铸件。加强阶段包括，例如金属的氧化物，碳化物，硼化物，氮化物，碳（如石墨），玻璃，其他金属或合金，或它们的组合，特别注意铸造材料是铁合金，例如钢和铸铁。

铸造材料以液体形式被引入到铸模中，例如在熔融阶段。引入液体浇铸料的模具，铸造材料凝固，例如通过冷却，以形成涂层的表面层，它包括最初喷洒在模具的材料。待凝固后，将铸件从模具中取出，清洗。铸件包括以个修改过的表面层。该铸件可以形成在合金或复合表面上。表面层的合金或粘附到在希望或需要的区域的铸造材料，这要根据铸件的性能而定。本发明的进一步特征将在使用过程中做更加详细清楚的说明。

 

参照图1所示，根据本发明的现有方法示意性地示出模芯涂覆与之随后产生的变形的内面层的涂层材料和铸件。在步骤A中，预先加强的圆柱形陶瓷的模芯10，在侧面剖视图所示，设置有圆柱形不锈钢丝网面，间距约为2mm离开模芯10的周围。距离掩膜11有一个额外的固定长度12由一个夹子固定。掩膜11表面的特别试图在气球中显示。在步骤B中，涂层材料13包括一种自熔剂的镍合金粉末通过喷掩模11在模芯周围进行，与热喷雾枪14形成模芯10表面的涂层，然后移除掩模11。步骤C中所示模芯10有铸件材料的喷涂表层15，喷涂表层15是分为更小的片段作为掩模的涂层材料的喷涂。在步骤D中，模具16包括模芯10，带有喷涂表层15，模腔17和浇道18。钢水19从熔融室20注入浇道18中，从那里进入并充满模腔17。钢水允许在与喷涂表层15形成合金时冷却和凝固，以便形成中空的刚铸件。在冷却后，将陶瓷模具包括模芯，从钢铸件断离。步骤E显示了产生中空钢铸件带有表层22，它与铸件21内表层形成合金。

参照图2所示，根据本发明示意性地示出模腔的涂料层和带有修改过的外表层的模具的产生。在步骤A中，预先加强陶瓷模芯10以及模腔17，如侧面剖视图所示。在步骤B中，钢丝网的掩模11插入模腔17，以便它遵循模腔里的模具表层的轮廓。掩模11间隔约为4mm，在模腔17中离开模芯10。该掩模11具有一个额外的长度，并固定到模芯10，通过夹子固定。掩模11表面的特写镜头在气球中显示。在步骤C中，涂层材料13，包括一个自熔性的铁合金粉末，通过热喷雾枪14喷涂到掩模11，来覆盖模腔17中的模芯10的表层。然后掩模11移除。步骤D显示了铸件材料的覆层115。喷涂表层15被分成更小的片段作为涂层材料通过掩模来进行喷涂。在步骤E中，模芯10包括模腔17和浇道118。熔钢119从熔融室20注入浇道18，从那里进入并填充模腔17。钢水使之冷却并固化，在此期间，它与合金涂层形成刚铸造的具有铁合金表层。之后进行冷却，陶瓷模具里钢铸件。步骤F显示由表层22修改的刚铸件。

Claims (4)

1.一种浇铸模具的方法，其特征在于：

该方法需要提供一个铸造模具，放置一个具有多个穿孔的掩模来限定模具涂层范围；

用涂层材料喷涂掩模区域，以在模具上产生涂布层，喷涂涂层材料到掩模使得喷涂模具被分成片段以及喷涂材料的选择，共同形成模具的表面涂层；

    将液体铸造材料引入模子中，再将液体铸造材料固化以形成表面涂层材料。

2.根据权利要求1所述的一种浇铸模具的方法，其特征在于，所述铸造模具预先进行处理来加强模具。

3.根据权利要求1所述的一种浇铸模具的方法，其特征在于：穿孔的掩模置于与模具的间隙为1mm到15mm之间。

4.根据权利要求1所述的一种浇铸模具的方法，其特征在于：穿孔的掩模包括金属、金属涂覆的塑料、，陶瓷、或者碳。

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