CN106552926B - 在制造过程中镶铸部件的热控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于形成具有镶铸部件产品的方法提供了临近镶铸部件的内径形成的固化沙的隔离壁障。固化沙的中心是中空的。在将熔融金属浇注进为将形成实际部件的模具的一部分供料的主浇道/冒口系统之前，熔融材料通过单独的浇道/冒口系统被浇注进固化沙的中空部分中。这个熔融金属提供了加热镶铸部件到可接受的温度所需的能量。这个温度可通过隔离元件的形状、厚度和材料来控制。这个受控的时间/温度曲线使最终铸造产品的形成能够在铸件/内包物界面呈现出优异的性能。所公开的发明构思的方法具有不改变最终部件本身的额外优点。
Description
技术领域
所公开的发明构思总体上涉及一种从具有铸件内包物(cast-in insert)的熔融金属中制造制品的方法。更具体地说，所公开的发明构思涉及一种制造制品的方法，该制品例如是具有铸件内包物的的发动机缸体，该方法通过形成邻近镶铸部件(cast-in part)的中空隔离壁障并将熔融金属浇注到隔离壁障的中空部分从而在缸体形成之前加热镶铸部件来制造制品。
背景技术
自从汽车制造业的初期以来，在金属铸件生产过程中，制造镶铸部件的任务对制造商们来说存在挑战。例如，在制造具有镶铸气缸套的发动机缸体中，这个挑战更大。随着时间的推移，制造商发现预加热镶铸部件可以得到更优质的产品。
先前的预加热镶铸部件的技术方案包括感应加热(在大批量制造时)和设计模具壳(mold package)，在模具壳中熔融材料与气缸套直接接触。双浇道(或冒口)系统形成在铸造模具总成中。在首次浇注期间，熔融金属流过镶铸部件尝试加热该镶铸部件。以这种方式，用于加热衬套的熔融金属与内包物直接接触。
然而，当用在与衬套内包物直接接触时，几乎没有对加热时间、熔融金属的位置或内包物的温度曲线的控制。具体地，设法用来加热部件的同样的金属也是制造商希望保持在浇注温度以便制出优质铸件所需的金属。然而，加热镶铸部件的行为使熔融金属冷却并且可能会使其过早固化。
此外，需要额外的加工工艺来去除固化并粘附在内包物上的材料。根据内包物的形状，但也可能无法从内包物上完全除去加热材料。
总之，找到一种在制造过程中预加热铸件内包物的经济实用的方法是本发明出现之前一直悬而未决的问题
发明内容
用于形成具有镶铸部件产品的本发明构思的方法克服了已知方法所面临的挑战。根据本文所公开的方法，固化沙的隔离壁障紧邻镶铸部件形成。在例如气缸的情况下，固化沙的壁障可以浇注进内部空腔，或者在例如曲轴的情况下，可以浇注进围绕镶铸部件的空腔中。固化沙的中心是空的。在将熔融金属浇注进为构造实际部件的模具的一部分供料的主浇道/冒口系统之前，熔融材料通过单独的浇道/冒口系统被浇注进固化沙的中空部分中。这个熔融金属提供了加热镶铸部件到可接受的温度所需的能量。这个温度可通过隔离部件的形状、厚度和材料来控制。这个受控的时间/温度曲线使最终铸造产品的形成能够在铸件/内包物界面呈现出优异的性能。所公开的发明构思的方法具有不改变最终部件本身的额外优点。
通过使用固化沙隔离壁障，加热材料既不附着到最终铸件上也不成为最终铸件的一部分。经过了将镶铸部件提升到规定温度的精确时间后，将熔融金属浇注到主浇道/冒口系统以填满包含由模具形成的镶铸部件的实际部件。
所公开的发明概念的方法是灵活的且高度适应各种各样的铸造产品。由于不需要用于感应加热的专用工具，本文所公开的方法适用于低量或高度复杂的应用。尽管本文所公开的方法设想用于最低“一个为一批”的应用时，但它可以同样有效地用于大批量生产的应用中。此外，如果额外进行了核心包制造，则实质上对于工具来说没有额外的成本。
当结合附图时，从优选实施例的以下具体实施方式中，以上优点和其它优点和特征是显而易见的。
附图说明
为了更完整的理解本发明，应参考在附图中更详细示出和本发明在下面通过实例所进行描述的具体实施例，其中：
图1是具有镶铸衬套后期制作的缸体的立体图；
图2是在沙子已经被嵌入并挖空使得一腔室得到保留的具有镶铸衬套的缸体的截面图；
图3示出了由形成在缸体衬套周围位置的隔离材料构成的模具壳的下半部的立体图；
图4类似于图2，但熔融金属已经被预加热浇注进形成在沙子中的空腔中；
图5示出了已经被封闭的模具壳的立体图，其中模具壳的上部位于适当位置以准备浇注发动机缸体的剩余部分；
图6示出了类似于图5的视图，但显示出已经被浇注来形成缸体并封装镶铸衬套的熔融金属的剩余部分；
图7类似于图3，但示出了根据图6所示步骤已经被浇注以形成缸体的熔融金属的剩余部分；以及
图8是将沙模、门和冒口一起移除的缸体的一部分的立体图。
具体实施方式
在下面的附图中，相同的附图标记将用于指代相同的部件。在下面的描述中，各种操作参数和部件被描述用于不同构造的实施例。这些具体参数和部件都被包含作为示例，但不意味着是限制性的。
所公开的用于形成具有镶铸部件的铸造制品的发明构思的方法提供了一种与目前已知技术相关的问题的解决办法。具体地讲，本文所公开的方法使用由内包物隔离的熔融金属通过“可调的”隔离壁障进行镶铸。这种结构形成镶铸部件的受控预加热。本公开发明构思的方法可以获得一致且受控的时间/温度曲线和受控的时间/位置/温度曲线。
本公开的发明构思的方法可以用在具有镶铸部件的任何铸造部件的生产中。该方法因此在汽车工业中带来显著的优势。因此，下面的讨论和附图涉及用于内燃发动机的发动机缸体的形成。然而，可以理解的是，所公开的具体实施例仅仅是提示性的并非意在限制。就附图中公开和与随后所讨论的发动机缸体本身而论，图中所示发动机缸体仅是提示性的因为整体的结构可以由图示进行改变。
所公开的发明构思的方法具有以下的一般步骤。首先，形成包括下部和上部壳体的模具壳，该上部壳体具有用于待铸造部件的部件浇道和用于部分预加热熔融金属的空腔浇道。第二，镶铸部件，诸如铸铁气缸衬套，被定位在模具壳的下部。第三，由隔离材料形成的芯基本上围绕镶铸部件定位。芯可以由固化沙制成，并在其中形成熔融金属的容纳腔。第四，具有特定温度的特定量的熔融金属被引入到通过次级浇道形成在隔离材料内部的空腔中。熔融材料的热能经过凝固的沙子并进入镶铸部件。第五，模具壳的上部被放置在下部之上。第六，一旦镶铸部件处在合适的温度，浇注剩余的熔融金属来形成部件。第七，打开模具并将铸造部件从模具中取出。第八，在隔离材料内部的金属和隔离材料本身被从铸造部件中去除。模具的结构和一般步骤的细节将在下文中阐述。
参照图1，示出了根据所公开的发明构思的方法制造的具有镶铸衬套的缸体。气缸体，通常示为10，包括具有形成在其中的气缸14、14’和14”的缸体12。每个气缸14、14’和14”分别包括镶铸衬套16、16’和16”。在缸体12的相对侧形成有同样数量的气缸(未示出)。虽然如上所述，示出的是常规V-6发动机，但本公开的发明构思的方法可以应用于具有任意数量结构中和任何排量的任意数量的气缸的缸体中。
参考图2，并且如上所述，为待铸造的部件形成模具壳20。模具壳20包括下部21和上部22。形成在下部21和上部22之间的是部件空腔24。一部件浇道(未示出)被流体地连接到部件空腔24上。进入模具壳20内已经安插有镶铸部件。在图2所示的镶铸部件是气缸衬套25和26。
大体上围绕每个气缸衬套由隔离材料形成隔离芯。优选地，但不唯一地，隔离材料可以是印沙或可以是一旦被浇注则固化成具体形状的可浇注沙子。正如图3所示，包括气缸27、27’和27”的第一组气缸被用隔离壁障28隔开。包括气缸30、30’和30”的第二组气缸被用隔离壁障32隔开。
随着模具壳20的上部22被定位在模具壳20的下部21上，围绕气缸25的隔离壁障28的结构和围绕气缸26的隔离壁障32的结构在图2中示出。如图所示，熔融金属容纳腔或腔室在各芯内形成。特别地，熔融金属容纳空腔34形成在隔离芯32内。应该理解的是，隔离芯32的壁厚度以及形成在芯中的腔体34的形状可以为了准确的温度控制根据需要调整为多种样式。至少一种金属容纳腔浇道(未示出)与模具一体形成。
隔离沙通过诸如但不限于三维印刷的方法或通过在组装进模具之前使用常规工具而进行预成型。一旦隔离沙在其所需的位置上，熔融金属36的第一部分就被浇注到形成在沙中的空腔内，包括示出的熔融金属容纳腔34。过程的这一步骤在图4中示出。熔融金属36通过金属容纳腔浇道被浇注进熔融金属容纳腔34内。熔融金属36的热能经过隔离芯32的壁并进入气缸衬套26。熔融金属36可以选自几种金属中任一种，包括但不限于，铝。
随着模具壳20的上部22被定位在模具壳20的下部21上，如图5所示，熔融金属36可浇注进到加热室内。作为替代，在上部22被放置在模具壳20的下部21上以前，预加热的铝可浇注进腔室来预加热插入的铸铁衬套。在预加热铝浇注之后，上部22被安装到合适的位置以形成完整的模具壳20。
在模具壳20形成以及衬套由于熔融金属36的存在而达到所需温度之后，经过一般是在10到20分钟之间范围的时间，通过形成于模具壳20上部22的浇道将额外的熔融金属40浇注进模具中。这一步在图6中示出，其中显示了具有额外的熔融金属40浇注进一定位置的模具壳20的立体图。图7示出了填充气缸衬套25和26周围残留孔隙的熔融金属40，通过这里的熔融金属40衬套被密封。在这个阶段，发动机缸体12由熔融金属40形成。
在图8中，所得缸体12的一部分被示出。在此视图中，沙模已经从铸造缸体12中移除。其它铸造部件，如门和冒口(均未示出)也被除去。所得铸造缸体表明浇注到铸铁气缸衬套上的铝界面没有孔隙并呈现出优异的附着性。这个结果较用现有技术获得的结果来说具有优秀的可比性。
可以适当微调所公开的发明构思的方法以便在需要镶铸部件的铸造产品的广大范围内都能得到满意的结果。为了减少或消除在铸件的固化过程中的过热，可以进行特定的调节。例如，实验表明，中心气缸的镶铸衬套与相邻的镶铸衬套相比是过热的。这是因为中央镶铸衬套在两侧被同时加热的镶铸衬套环绕。通过增加中心气缸衬套的隔离壁障的厚度，热量被从用于加热衬套的熔融铝转移到衬套上。作为最终的结果，所有的镶铸衬套在浇注前能够被提升至适当且一致的温度并且不会在铸件的固化过程中检测出过热。
所公开的发明构思的方法可以被用在需要使用镶铸部件的任何铸造产品的制造中。在汽车环境中，并如上所指出的，该方法特别适用于发动机缸体的形成。然而，该方法也可以用在变速器支架、双金属飞轮和制动盘中钢轴的生产。
所公开的发明构思的方法具有可以显著节省成本的潜力。在汽车行业中，例如，很多制造商将镶铸衬套缸体和其他铸件与异种金属镶铸部件一起使用。这些组件，甚至是大量生产应用的原型，将极大地从这种方法中受益。
在制造过程中预加热镶铸部件的所公开的发明构思相比于已经方法具有几个优点。新方法的一个这样的优点是，镶铸部件的加热和熔融金属的特性是完全分开的。事实上，镶铸部件的温度可以简单地通过浇注“加热”的熔融金属和浇注“首次”熔融金属之间所允许的时间量来控制。因此，所公开的发明构思在实用性和成本效益方面克服了与已知的形成具有镶铸部件的产品的方法相关的问题。
本领域的技术人员将容易地从这些讨论、附图和权利要求中认识到，在不脱离由下述权利要求所限定的真实和公平的范围内，可以做出各种改变、修改和变化。
Claims (20)
1.一种形成铸造部件的方法，该方法包括：
形成部件形成模具；
将金属部件放置在所述模具中，所述金属部件具有中空区域；
将隔离材料放置在所述中空区域中，所述隔离材料具有形成在其中的空腔，所述隔离材料的一部分围绕所述金属部件的外周；
使一定量的金属熔融；
将一部分熔融金属浇注到所述空腔中；以及
将剩余的熔融金属浇注到所述模具中。
2.如权利要求1所述的形成铸造部件的方法，其包括识别用于所述金属部件的选定温度，以及在所述金属部件达到所述选定的温度之后将剩余的所述熔融金属浇注到所述模具中。
3.如权利要求1所述的形成铸造部件的方法，其中所述部件形成模具包括上部和下部，并且其中在所述熔融金属的所述部分被放置在所述隔离材料的所述空腔后，所述上部被放置在所述下部上方。
4.如权利要求1所述的形成铸造部件的方法，其中所述金属部件是铸铁。
5.如权利要求1所述的形成铸造部件的方法，其中所述金属部件是气缸衬套。
6.如权利要求1所述的形成铸造部件的方法，其中所述隔离材料是可固化的沙子。
7.如权利要求1所述的形成铸造部件的方法，其中所述熔融金属是铝。
8.一种形成铸造部件的方法，所述方法包括：
形成具有上部和下部的模具；
形成金属部件，所述金属部件具有中空区域；
将所述金属部件放置在所述下部中；
将具有空腔的隔离材料放置在所述中空区域中，所述隔离材料的一部分围绕所述金属部件的外周；
将熔融金属浇注到所述空腔中以加热所述金属部件；以及
将熔融金属浇注到所述模具中。
9.如权利要求8所述的形成铸造部件的方法，包括识别用于所述金属部件的选定温度，以及在所述金属部件达到所述选定温度之后将所述熔融金属浇注到所述空腔中以加热所述金属部件。
10.如权利要求8所述的形成铸造部件的方法，其中在所述熔融金属被浇注到所述空腔中以加热所述金属部件之前，将所述上部放置在所述下部上方。
11.如权利要求8所述的形成铸造部件的方法，其中被浇注到所述空腔中的所述熔融金属和被浇注到所述模具中的所述熔融金属是相同的金属。
12.如权利要求8所述的形成铸造部件的方法，其中所述金属部件是铸铁。
13.如权利要求8所述的形成铸造部件的方法，其中所述金属部件是气缸衬套。
14.如权利要求8所述的形成铸造部件的方法，其中所述熔融金属是铝。
15.一种形成铸造部件的方法，所述方法包括：
形成具有上部和下部的模具；
将具有中空区域的部件放置在所述下部中；
将具有空腔的隔离材料放置在所述区域中，所述隔离材料的一部分围绕所述部件的外周；
将所述上部放置在所述下部上方以形成模具壳；
将熔融金属的第一部分浇注到所述空腔中；
将所述上部放置在所述下部上方；以及
将所述熔融金属的第二部分浇注到大体环绕所述部件的所述模具中。
16.如权利要求15所述的形成铸造部件的方法，包括识别用于所述部件的选定温度，以及在所述部件达到所述选定温度之后将所述熔融金属的所述第一部分浇注到所述空腔中以加热所述部件。
17.如权利要求15所述的形成铸造部件的方法，其中所述部件是金属。
18.如权利要求17所述的形成铸造部件的方法，其中所述金属部件是铸铁。
19.如权利要求18所述的形成铸造部件的方法，其中所述铸铁金属部件是气缸衬套。
20.如权利要求15所述的形成铸造部件的方法，其中所述熔融金属是铝。
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