CN104302422B - 通过铸造生产中空金属零件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过铸造生产中空金属零件的方法，所述方法包括如下步骤：提供可拆式型芯(20)，该可拆式型芯(20)具有由聚集材料制成的主体(22)和围住该主体(22)并且粘附至该主体(22)的壳体(40)；将型芯(20)放置在模具(50)内；将金属熔化并且液态金属通常在压力下被注入模具(50)中围住型芯(20)，该型芯(20)形成零件的内部空间；在零件凝固之后，使主体分解并且通过设在壳体和零件中的移除口移除；以及，将所述壳体破坏并且通过设在零件中的移除口移除。

Description

通过铸造生产中空金属零件的方法
技术领域
本公开涉及一种通过铸造，更具体地通过压铸，生产中空金属零件的方法。
该方法对于生产具有中空内部的并且最后不能直接剥落的零件尤其有用，诸如，例如载流管或半封闭式容器(例如，壳体)等。
背景技术
铸造包括金属(即，纯金属和合金)的成形过程，该成形过程由如下步骤组成：将液态金属倒入模具中，以在冷却之后形成给定零件，同时尽可能限制对所述零件的后续抛光工作。
在压铸技术中，在相当大的注入压力下将液态金属注入模具中，该注入压力通常介于100巴至1200巴之间(即，10MPa至120MPa)。注入到模具中的速度通常介于10m/s至80m/s之间，并且液态金属的温度通常介于400℃至980℃之间。
在铸造工作中，由于工具加工(模具和切削工具)的高成本，压铸通常用于汽车和家用电器等市场的批量生产。
目前，为了对管件或半封闭式容器等中空零件进行压力铸造，铸造厂工人铸造出两个半个零件，这两个半个零件稍后通过焊接或胶合机械组装在一起。该解决方案并不能获得满意效果，这是因为：一方面，其要求两组锻造工具(每半个零件要求一组锻造工具)；另一方面，由于组装区要求流体密封性，所以组装步骤很严格。
由此，需要另一种生产方法。
发明内容
本公开涉及一种通过铸造生产中空金属零件的方法，其中：
提供可拆式型芯，该可拆式型芯包括：由聚合材料制成的主体和围住所述主体并且粘附至所述主体的壳体；
将型芯放置在模具内部；
将金属熔化并且将液态金属注入模具中，该液态金属围住型芯，该型芯在零件中形成内部空间；
在零件凝固之后，使型芯的主体分解并且通过设在壳体和零件中的出口移除；以及
将所述壳体破坏并且通过设在零件中的出口移除。
本文所用的型芯与重力铸造法中使用的传统型芯的不同之处在于：具有使其能够机械克服在注入期间由液态金属施加的力的壳体。如果没有该壳体，型芯会在所述力的作用下分解。该壳体粘附至型芯的主体从而避免壳体和主体在注入期间分离，以及，由于壳体由型芯支撑，后者在注入期间承担了一部分力。
该生产方法对于压铸尤其有用，这是因为在注入期间由液态金属施加的力很大，由此使型芯的壳体充分发挥了其优点。在这种情况下，壳体的机械强度足够克服在液态金属压力下进行的注入，并且在铸造期间，液态金属在压力下被注入模具中，该液态金属围住型芯。
然而，该生产方法可以在其他应用(诸如，低压铸或重力铸造)中用于铸造(例如，在金属或非金属模具中用于铸造铁合金和非铁合金)。
基于该材料的良好机械强度和对型芯良好的粘附性，来选择构成壳体的材料。下面给出了材料的某些示例，但是，本领域的技术人员考虑到本公开可以轻易地考虑到其他材料。
有利地，构成壳体的材料也具有如下属性中的一种或多种属性：
相对于注入的金属不起化学反应，具体地，不溶于注入的金属；
不会被在压力下注入的金属渗透；
具有良好的表面状态，具体地，很少表面气孔或无表面气孔。
这使从铸造的零件拆除壳体更加容易并且在零件的内部空间壁上获得良好的表面状况。
例如基于由有机粘合剂(例如，聚氨酯)、无机(例如，硅酸盐、硅胶、硅酸乙酯、低熔点金属)或液压(例如，石膏、水泥、石灰)性质的粘合剂聚集而成的粒子，来制成型芯的壳体。这些粒子可以是具有或不具有锆石的陶瓷、煅烧粘土。这些粒子可以得自旧壳体的回收利用。根据另一示例，该壳体为金属壳体。
型芯的主体例如可能用纤维填料由铸造用砂或成型石膏制成。用于聚合型芯材料的粘合剂可以是液压的、有机的(例如，纤维素)、或无机的(例如，硅酸盐)。填料纤维可以是有机或无机性质的材料(例如，亚麻、木材、玻璃)。
为了分解主体并且移除铸造的零件，可以使用传统的型芯移除过程，机械过程(例如，通过撞击、振动、颗粒爆破或超声波)和/或液压过程(通过喷水)，甚至是化学型芯移除方法(例如，通过溶解粘合剂)。
在特定实施例中，可拆式型芯另外还包括：框架，该框架从型芯的主体穿过并且连接至壳体。该框架可以随着主体和/或壳体一起被破坏或移除。该框架进一步增强了型芯的机械强度。
在特定实施例中，为了生产型芯，在设有销的机箱中通过对材料进行聚合来制备型芯的主体，该销从机箱的内部通过，从而使销一旦从机箱取出便具有替代销的孔，并且用构成框架的材料填充这些孔，例如，通过将型芯的主体浸入第一浆液中、通过注入(在低压力下)相同的浆液或通过重力将浆液倒入容器中。
孔及相应的框架元件(即，通过用构成框架的材料填充孔得到的框架元件)可以整体或仅部分地通过型芯的主体。
在特定实施例中，一次或多次地将型芯的主体浸入一种或多种浆液中，从而使用一层或多层可硬化的材料盖住主体。例如，可以将石膏用作浆液。例如，将型芯的主体浸入第一浆液中以形成框架(若存在的话)和壳体的下层，然后浸入其他浆液中以形成壳体的一个或多个上层。由此，可以将型芯的主体浸入第一浆液中以形成框架和壳体的下层，然后浸入一种或多种浆液中以形成壳体的一个或多个上层。除了浸渍，还可以通过注入浆液制成壳体。
构成壳体和框架的材料可以是相同的，也可以是不同的。更重要的是，壳体和框架的材料的使用标准无需匹配。具体而言，由于框架不与注入的金属接触，所以其相对于该金属不起化学反应这一点不作为选择标准。此外，由于框架在注入期间比壳体所受的力更小，所以框架的机械强度可以低于壳体的机械强度。此外，在特定实施例中，理想的是随着主体一起移除框架。在这种情况下，像主体一样，框架由可以分解的聚合材料制成。由此，在型芯移除过程中，可以在一个操作中同时分解并移除主体和框架。
在特定实施例中，为了生产型芯：
在设有支撑构件的机箱中通过对材料进行聚合来制备型芯的主体，该支撑构件从机箱的内部通过(全程或部分地)；
制造围住型芯和支撑构件的壳体，从而使支撑构件从壳体穿过。
然后，使用支撑构件在注入期间将型芯固定在适当位置处。取决于型芯中支撑构件所占据的位置，这些支撑构件也可以用于提高型芯的机械强度。
在特定实施例中，支撑构件是空心的并且为在零件铸造期间通过型芯特定部件的热分解所形成的气体限定出排气通道。这可以限制发生与这些气体有关的变形的风险，尤其是在零件具有薄壁的情况下。
在特定实施例中，将零件的支撑构件取出以提供移除通道，型芯的主体和/或壳体通过该移除通道移除。
所提出的方法的其他特征和优点在阅读下面的详细说明之后将变得显而易见。该详细说明是参考附图给出的。
附图说明
附图是示意性的并且不一定是按照规定绘制而成；附图主要是用于图示本发明的原理。
在这些附图中，从一个附图(FIG)到另一个附图，相同的元件(或元件的部分)标记为相同的附图标记。
图1示出了用于制备型芯的主体的机箱。
图2是利用图1中的机箱制备得到的型芯的主体的侧视图。
图3是使用图2中的主体生产的型芯的透视图。
图4是模具的截面图，图3中的型芯位于该模具中。
图5是通过在图4中的模具中进行铸造得到的中空金属零件的透视图。
具体实施方式
下面参考附图对示例方法进行详细描述。该示例图示了本发明的特征和优点。然而，要知道，本发明不限于该示例。
图1图示了用于制备型芯20的主体22的机箱10。该机箱包括两个半个壳体10A、10B，这两个半个壳体组装后，在其间限定出开口空间12，该开口空间容纳形成型芯的主体的材料。
销16在机箱内部延伸，即在开口空间12中延伸。在该示例中，这些销16全程从开口空间12通过，各个销16由两个半销16A、16B组成，这两个半销16A、16B分别由两个半个壳体10A、10B携载并且位置设计为一旦半壳体组装在一起各个半销即为彼此的延伸。
在机箱内部还发现了支撑构件18，这些支撑构件18在某种程度上从自由空间12穿过。在该示例中，这些构件18是空心的并且呈管状，具有锥形(截头圆锥形)的自由端18E。这些构件18的另一端支撑在其中一个壁15上。各个构件18具有从该构件18穿过的内部通道(孔口)，该内部通道在构件的两端开口。
为了制造型芯的主体22，用混合有至少一种可硬化树脂的聚集材料(例如，砂粒)填充开口空间12。一旦将树脂硬化(例如，通过加热或者通过使用催化气体)，砂粒发生聚集并且形成主体22。然后，从模具10中取出主体22。
如图2所示，主体22具有替代销16的孔26。此外，支撑构件18被束缚在主体22的空间内。
为了生产型芯20，一次或多次地将主体22浸入一种或多种流膏或浆液浴池中，从而用一层或多层可硬化材料盖住主体。为了在浸渍期间固定主体22，使用了中空的支撑构件18。通常，销从构件18的内部穿过，这可以固定住主体22并且堵住构件18的内部通道，防止该内部通道被填充。在每次浸渍之后，使沉积层硬化，例如在空气中硬化。
在第一次浸入第一浆液期间，填充主体22中的孔26形成框架36。由此，框架36由从型芯的主体22通过的多个元件组成，并且连接至壳体40。在该示例中，与孔26类似，框架元件全程从主体通过，从而使各个框架元件的两端均连接至壳体40。
第一浆液还形成壳体40的第一层或下层。通过将主体22浸入其他可硬化材料浴池中，可以得到壳体40的其他层(若存在)。
为了盖住主体22并且填充孔26，取代(或除了)浸渍操作，可以将浆液注入或重力倒入主体周围和/或倒入主体中。
图3示出了在围住主体22的壳体40成形之后得到的型芯20。
举例来说，可以通过如下材料在如下条件下制备型芯20：为了制备主体22，使用预先涂有树脂和硬化剂的铸造用砂，然后使用硬化剂使树脂硬化。例如，所用的砂是AFS 55级的硅石。砂的纯度可以取决于所用型芯的形状和大小而改变。然后，将得到的主体22浸入混合有硅胶的耐火浆液中。在第一次浸渍期间，用浆液填充孔26形成框架。将主体22干燥，然后根据需要多次将主体浸入浆液中以在最终干燥后得到所需厚度的壳体40。
一旦生产出型芯20，将型芯20定位在模具50的印记51中，如图4所图示的。该图示出了模具50和型芯20的截面图。通过中空销53将型芯20固定在模具50中的适当位置处，紧固至模具50的一部分，并且插入型芯20的支撑构件18中。
然后，将金属熔化并且将液态金属注入模具中，该液态金属围住型芯20。可以在压力下实现金属的注入，壳体40在注入期间克服了施加的压力并且使型芯20维持其完整性。此外，与构成型芯20的特定元件(通常为粘合剂)的热分解有关的气体经由支撑构件18和销53的内部通道有利地排出到模具50的外部。该排气由图4中的箭头G所表示。
在金属硬化和冷却(全部或部分)之后，将围住型芯20的金属零件60从模具50取出，型芯20界定出该零件内部的空心空间。为了使型芯20与零件60分离，采用了传统的型芯移除过程，通常为机械和/或液压过程。型芯的主体22在构成主体22的粘合剂的热分解(该分解在所述金属的温度影响下发生在液态金属的注入期间)和型芯移除力的综合影响下分解。如果其组合物允许，那么框架36也可随着主体22一起破裂。如果不允许，那么可以在主体22之后，例如通过对零件进行第二次型芯移除过程将框架36取出。在该示例中，通过中空的管状零件60的端部开口62将由主体22和框架36的分解产生的元件(若存在的话)移除。同时随着主体22一起通过这些开口62取出支撑元件18。要注意，这些开口62从零件60和壳体40穿过。根据图中未示出的另一示例，通过将支撑构件18从型芯20取出，提供了排气口。
由此得到如图5中图示的中空金属零件60，该零件60的内面由壳体40盖住。然后，将壳体40破坏并且通过开口62移除，得到单独的零件60。例如，在压力(5MPa至50MPa)下使用水进行喷珠或型芯移除来破坏壳体40，这取决于零件60的强度。
举例来说，可以通过常规的铝硅铜合金压铸来生产零件60。注入压力可以在100巴至1200巴(即，10MPa至120MPa)之间变化，金属的流速可以在10m/s至80m/s之间变化。硅的比例可以在2％至20％之间变化，铜的比例可以在0.1％至10％之间变化。例如，可以使用AlSi 9 Cu 3(Fe)合金。
虽然非限制性的以图示的方式给出了在本公开中描述的实施例或实施方式示例，但是，本领域的技术人员在了解本公开之后，在保持本发明的范围不变的情况下，能够轻易地修改这些实施例或示例，或者，构思其他的实施例或示例。
而且，这些实施例或实施方式示例的不同特征可以单独使用或组合使用。当组合使用时，这些特征可以按照上面所描述的方式组合，也可以按照不同的方式组合，本发明不限于在本公开中描述的具体组合。具体而言，除非另有说明，否则结合实施例或实施方式示例所描述的特征可以类似地应用到其他实施例或实施方式示例。

Claims (9)

1.一种通过铸造生产中空金属零件的方法，其中：
提供可拆式型芯(20)，该可拆式型芯(20)包括：由聚集材料制成的主体(22)和围住该主体并且粘附至该主体的壳体(40)；
将所述型芯(20)放置在模具(50)内部；
将金属熔化并且将液态金属注入模具(50)中，该液态金属围住所述型芯(20)，该型芯界定出所述零件(60)内的空间；
在所述零件(60)凝固之后，使所述主体(22)分解并且通过设在所述壳体(40)和所述零件(60)中的移除口(62)移除；以及
将所述壳体(40)破坏并且通过设在所述零件(60)中的移除口(62)移除；以及
其中，所述可拆式型芯(20)是可拆式的，此外所述可拆式型芯(20)包括：框架(36)，所述框架(36)经过所述型芯的主体(22)并且连接至所述壳体(40)，以及其中，所述框架(36)随着所述主体和/或所述壳体一起被破坏和被移除；
其中，为了生产所述型芯(20)：
在配置有销(16)的机箱(10)中通过材料的聚集以制备所述型芯的所述主体(22)，该销(16)从所述机箱的内部通过，从而使所述主体一旦从所述机箱取出便具有替代所述销的孔(26)，以及
用构成所述框架(36)的材料填充所述孔(26)；
其中，将所述型芯的所述主体(22)浸入第一浆液中以形成所述框架(36)和所述壳体(40)的下层，然后浸入一种或多种浆液中以形成所述壳体(40)的一个或多个上层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在压力下将所述液态金属注入所述模具(50)中，该液态金属围住所述型芯(20)，以及其中，所述壳体(40)具有足够的机械强度以克服在液态金属压力下进行的注入。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，为了生产所述型芯：
在配置有支撑构件(18)的机箱(10)中通过材料的聚集制备所述型芯(20)的所述主体(22)，所述支撑构件(18)从所述机箱的内部通过，以及
制成围住所述主体(22)和所述支撑构件(18)的壳体(40)从而使所述支撑构件从所述壳体通过，
以及其中
所述支撑构件(18)被用于在注入期间将所述型芯(20)固定在所述模具(50)中的适当位置处。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述支撑构件(18)是空心的并且为气体限定出排气通道，所述气体在所述零件的铸造期间通过所述型芯(20)的特定部件的热分解所形成。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，在所述零件(60)凝固之后，将所述支撑构件(18)从所述零件取出以提供移除口，所述型芯的所述主体(22)和/或所述壳体(40)通过所述移除口移除。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述型芯的所述主体(22)由铸造用砂或成型石膏制成。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述型芯的所述壳体(40)由陶瓷制成。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述主体(22)分解并且使用机械和/或液压型芯移除方法移除。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述型芯的所述主体(22)用纤维填料由铸造用砂或成型石膏制成。
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