CN108067607B

CN108067607B - 使用真空砂型铸模的制造方法

Info

Publication number: CN108067607B
Application number: CN201711129503.9A
Authority: CN
Inventors: C.斯特拉特曼恩; A.格尔
Original assignee: M Bush Co Ltd
Current assignee: Andres Ger; Christopher Stratmann; M Bush Co ltd
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2021-06-22
Anticipated expiration: 2037-11-15
Also published as: US10464123B2; JP7033891B2; EP3320999B1; US20180133783A1; JP2018079509A; EP3320999A1; CN108067607A

Abstract

本发明涉及使用真空砂型铸模的制造方法。本发明涉及一种使用砂型铸模（1）由金属制造铸件的制造方法。在这种情况下，砂型铸模（1）借助于负压模制方法在模制箱（2）中制造。根据本发明，在模制箱（2）中处于负压下的砂型铸模（1）首先被填充熔融金属（5）。然后带有在其中处于负压下的砂型铸模（1）的模制箱（2）完全或部分地被冷却流体（4）冲击，并且在冷却流体冲击之后、与其同时或之前，在冷却流体冲击的地方被打开。结果，冷却流体（4）被吸入处于负压下的砂型铸模（1）中，因此使正在凝固的铸件（3）更快地淬火。

Description

使用真空砂型铸模的制造方法

技术领域

本发明涉及使用砂型铸模由金属制造铸件的方法。

背景技术

本发明特别地涉及使用砂型铸模的铸件制造，该砂型铸模通过负压模制方法制造。由金属（例如，由铁、铝或镁的合金）制造铸件的铸造方法通常是已知的。需要砂型铸模的典型铸造方法是重力铸造或低压铸造。

在低压铸造的情况下，将带有处于真空或负压下的砂型铸模的模制箱定位在加压铸造装置上。然后将带有处于真空/负压下的砂型铸模的模制箱通过模制箱的浇道开口对接在加压铸造装置的炉出口上并且以非刚性锁定的方式与其连接。由于炉内的受控压力积聚，所以熔融金属通过炉升流管上升到加压铸造装置的炉出口中，并通过模制箱的浇道开口流到砂型铸模的浇道中。砂型铸模的浇道通入浇口区域中，其通过流道系统分配熔融金属的流动，并最佳地填充砂型铸模的模腔。因此，当熔融金属流动时，不会发生湍流，或超过材料特定的临界速度，其机械地或化学地（氧化过程）负面影响最终部件，熔融金属的流动速度通过加压铸造装置中的压力控制。在已经进行铸造之后，允许砂型铸模冷却，直到由此制造的铸件已经充分凝固到能够从模制箱中抖出的程度。砂型铸模例如在振动台上被引导，使得砂与铸件分离。

在重力铸造的情况下，砂型铸模从顶部用熔融金属填充。金属由于重力（大部分湍流地）流入砂型铸模的浇道中，并且在那通过分配流道在浇口区域中被分配到铸模的腔中。通过在砂型铸模的浇道中插入对应的过滤器，能够在重力铸造期间也产生层流。过滤器具有额外的优点，即杂质或氧化产物也能够从熔融金属中过滤出来。

所述的低压铸造方法或重力铸造尤其用于轻金属（例如，铝合金）的铸造。

对于工业规模的铸造，尽可能高效地操作铸造设备是非常重要的。因此，实现制造各个铸件的短的周期时间是非常重要的。周期时间的一个重要因素是所制造的部件的冷却速率。铸件凝固得越快，或者足够硬，以便将其从砂型铸模或模制箱中抖出，铸造设备就能更有效地操作。

然而，熔融金属的更快淬火或凝固也为所制造的铸件带来了改进的机械性能。换言之，由于熔融金属的快速且有针对性的冷却，所以产生了具有更好的机械性能的结构（例如，铸件的凝固）。

为了加速砂型铸模的冷却，现有技术的解决方案已众所周知。

文献US 7121318提出，在用熔融金属填充砂型模（具有粘合剂的砂岩聚集体）之后，砂型模与溶剂（例如，水）接触。结果，熔融金属在边界区域中被更快地冷却并且在那里开始凝固。在过程中表面凝固的铸件的边界区域也直接与溶剂接触且因此被进一步淬火。由于溶剂，所以砂型铸模也在冷却区域中被溶解。美国文献提出将砂型铸模浸入充满溶剂的浴中。

在另一文献US 7 216 691中，建议用水喷射填充有熔融金属的砂型铸模，或者将其浸入水浴中，以便更快地冷却铸模或更快速地凝固包含在其中的铸件的目的。在这种情况下，目的也是溶解砂型铸模。由于使用冷却剂有针对性地冲击砂型铸模的各个区域，所以也实现了区域性定向的淬火，且因此也在所制造的铸件中实现区域地更好的机械性能。

文献DE 11 2006 000 627 T5描述了另一种方法和具有改进的散热的砂型铸模，优选地用于由铝合金制造铸件。砂型模和砂芯由硅砂构成，其与水溶性粘合剂混合，使得硅砂保持期望的形式。为了有针对性的凝固待制造的铸件的特定地方的目的，水溶性砂芯被插入在砂型铸模的对应地方处。如果在已经进行铸造过程之后，在带有插入的水溶性砂芯的地方处用水射流喷射砂型铸模，则水溶性粘合剂溶解，并且砂芯被冲走。结果，不仅在这个地方在相对短的时间内在铸件上形成凝固的边界区域，而且一旦砂芯被冲走并且水射流变得直接接触凝固的铸件表面，铸件也被甚至更快地淬火。因此，也能够发生铸件的局部凝固。

文献US 4 222 429描述了用于真空砂型铸模的冷却方法。在这种情况下，处于负压下的砂型铸模充满熔融金属。通过由于抽吸而持续存在的砂型铸模中的负压，在铸造过程期间可能额外产生的气体（蒸发的苯乙烯树脂）从砂型铸模中排出。为了冷却砂型铸模，在铸件凝固之后，气体然后被吹扫通过（多孔）铸模，且然后被再次从中抽出，因此实现铸模以及铸件的额外冷却或淬火。用作冷却气体的是例如通过压缩机泵送到砂型铸模中的空气。蒸汽也能够代替空气用于吹扫。砂型铸模的该吹扫产生散热。除了用冷却气体或空气吹扫砂型铸模之外，砂型铸模还能够从外部用水喷射。

发明内容

本发明基于提供一种制造铸件的方法的目的，该方法大大提高了通过负压模制方法制造的砂型铸模的冷却以及在其中凝固的铸件的冷却。

该目的通过根据下述用于制造铸件的方法来实现：

一种用于使用砂型铸模由金属制造铸件的方法，其中所述方法包括以下步骤：

- 通过负压模制方法在模制箱中制造所述砂型铸模，

- 用熔融金属填充所述模制箱中制造的砂型铸模，

- 用冷却流体冷却所述砂型铸模和在其中正在凝固的铸件，

其特征在于：

在所述模制箱中处于负压下的所述砂型铸模首先被填充熔融金属，

然后带有在其中处于负压下的所述砂型铸模的所述模制箱完全或部分地被冷却流体冲击，并且

在冷却流体冲击之后、与其同时或之前，所述模制箱在冷却流体冲击的地方被打开，使得所述冷却流体被吸入到处于负压下的所述砂型铸模中，且因此使所述正在凝固的铸件淬火。

使用砂型铸模制造铸件的已知铸造方法包括以下步骤：

- 通过负压模制方法在模制箱中制造砂型铸模

- 用熔融金属填充在模制箱中制造的砂型铸模

- 用冷却流体（例如水）冷却砂型铸模和在其中正在凝固的铸件。

然而，根据本发明的方法额外地包括以下具体步骤：

- 首先用熔融金属填充在模制箱中处于负压下的砂型铸模

- 带有在其中处于负压下的砂型铸模的模制箱完全或部分地被冷却流体冲击

- 在冷却流体冲击之后或紧接在其之前，在冷却流体冲击的地方打开模制箱，以便冷却流体被吸入处于负压下的砂型铸模中，且因此使正在凝固的铸件淬火。

与已知的铸造方法相比，根据本发明的方法具有许多优点。由于使用以负压方法制造的砂型铸模，所以不需要粘合剂（节约成本）。砂准备非常简单。不需要昂贵且庞大的砂准备单元。使用根据本发明的制造方法的砂消耗低且对应地因为不需要添加剂而对环境友好。通过负压模制方法制造的砂型铸模与其他砂型铸模相比，需要更小的模锥度，且甚至能够具有倒锥度。由于以负压方法制造的砂型铸模不含水，所以在铸造过程期间不会产生水蒸气。借此，铸件上的更小的壁厚也能够被铸造。此外，借此制造的铸件还具有更高的尺寸精度，并且由于能够使用粒度更小的砂，所以能够具有非常精细的表面。甚至无飞边（flash-free）制造也是可能的。那么铸件不一定要被喷砂。

此外，根据本发明的制造方法能够用于所有已知的和现有的铸造方法中。

在根据本发明的制造方法中，由于所产生的抽吸效应，所以最大化用水或另一冷却流体对铸件的淬火。冷却流体更快速且更深地渗透到多孔砂型铸模中，使得实现了铸件的冷却速率比常规冷却方法高得多。由于砂型铸模中的边缘凝固的铸件与冷却流体的接触，所以热量在突然作用（sudden effect）下消散。由于极端冷却速率，所以一次枝晶形成以及共晶凝固二者导致晶粒细化。此外，由于砂粒之间的腔没有被粘合剂堵塞，所以抽吸作用得以改善。因此，砂型铸模更加多孔，且冷却流体在由于负压的突然作用下被吸入砂型铸模中，在通流期间不受阻碍。

附图说明

在下文中，基于示例性实施例来解释根据本发明的制造方法及其操作原理。然而，明确指出的是下述事实：根据本发明的方法和发明构思不限于示例中所特有的实施例。在图中：

图1示出了使用已知的负压或真空模制方法制造砂型铸模；

图2.1和图2.2示出了带有处于负压下的砂型铸模的模制箱的准备；

图2.2示出了用熔融金属填充砂型铸模；

图3.1和图3.2示出了处于负压下的砂型铸模的根据本发明的冷却和抖出；

图4.1和图4.2示出了处于负压下的砂型铸模的根据本发明的冷却和抖出的另外的变型。

具体实施方式

图1首先示出了根据负压模制方法制造砂型铸模。所描绘的方法是现有技术并且也能够用于本发明的制造方法中。第一幅图示出了负压箱的准备，其带有待制造的铸件模的模型半部。附接到模型半部的是浇道口模，熔融金属稍后通过该浇道口模流到砂型铸模中。在第二幅图中示出的是用于制造砂型铸模的第一过程步骤。在这种情况下，箔或模型箔被加热直到其变成可塑性变形。接下来，模型箔从浇道口模和模型半部的上方降低。通过在下部箱模型板上的抽吸，产生负压（参见箭头），从而将模型箔吸到模型半部和浇道口上。模型半部和浇道口模能够分散有小孔以便更好地抽吸模型箔。模型箔冷却并保持模型化形式。可选地，饰面材料（facing material）然后能够额外地被施加到模型箔。在图示4至图示6中，示出了如何将模制箱上部在模型箔覆盖在模型半部上的情况下定位在模型半部之上，并填充有例如硅砂的砂，并且最后用上盖箔封闭。在模制箱上部中，现在也由于空气被吸出其（见图中的箭头）而产生负压。模制箱上部中的真空或负压通过泵保持稳定，使得模制箱中的负压保持有效。现在，模制箱上部与模型半部及浇道口模脱离（见图示7）。由此由砂制造的铸模半部由于所施加的负压保持其形状，类似于用于食品的真空包装。由此产生的优点已经在上面进一步解释。以相同的方式制造模制箱下部与下部铸模半部。然后模制箱上部和相关的模制箱下部被连接在一起并且以非刚性锁定的方式相互连接。带有在其中处于负压下的砂型铸模的模制箱现在已经准备好用于装满熔融金属（见图示8）。在熔融金属凝固之后，形成铸件，负压能够被释放，并将所制造的铸件从模制箱中移除（见图示9）。

以下两个子图2.1和2.2以示意图示出了两件式模制箱2，其中每个模制箱半部2均包含保持在负压下的砂型铸模半模。子图2.1还示出了两个砂型铸模半部如何由于负压保持其通过模型箔12形成的形状。两个铸件模半模中的负压在每种情况下通过模制箱2以及通过模制箱盖箔7和模型箔12来维持。示意图示出了在两个模制箱半部上的吸点11，借助于其将空气从模半部吸出并且因此产生负压。模制箱上部额外地具有浇道口10，熔融物在后面的步骤中通过浇道口10被浇注到封闭的铸模中。根据子图2.1，将施加有负压的两个模制箱半部放置成一个在另一个的顶部上，并以非刚性锁定的方式相互连接。在子图2.2中，两个模制箱半部连接在一起。它们以非刚性锁定的方式相互连接，使得在铸造过程期间砂型铸模不会打开。两个模制箱半部形成其中带有砂型铸模1的实际模制箱2，砂型铸模1由两个砂型铸模半模组装而成。组装成的砂型铸模1形成具有待制造的铸件的形状的腔13。现在能够用熔融物，即熔融金属5，填充封闭的模制箱2。本发明能够用于任何铸造方法中，例如，用在上面进一步描述的重力或压力铸造方法中。其他当前和可应用的铸造方法将是例如倾斜浇注、顶部浇注或侧浇。根据子图2.2的砂型铸模1现在填充有熔融金属，其中，熔融金属冷却并且 - 最初在朝向砂型模的边界区域中 - 缓慢地开始凝固。

两个子图3.1和3.2现在示出了本发明的方法步骤：将带有砂型铸模1的模铸箱2从铸造装置移出（未示出），砂型铸模1持续在其中处于负压下并充满熔融的部分凝固的金属。因此，铸造装置被释放用于下一个铸造过程，即填充另外的模制箱。为此，例如通过未示出的机器人将填充后的模制箱2从铸造装置移出，并且在冷却装置上摆动。如两个子图中所示，冷却装置能够由大的冷却盆或浴6（例如水浴）构成。额外于实际的冷却盆6，冷却装置还能够具有用于冷却流体冲击的喷嘴9，这些喷嘴用冷却流体从不同的方向（例如，从顶部）喷射填充有熔融金属的模制箱2。水通常用作冷却流体或冷却剂。

模制箱2现在例如部分地浸入到冷却盆6中并且通过喷嘴9从顶部用冷却流体喷射。模制箱2甚至能够完全浸入在冷却盆6中，其中额外的喷嘴然后是不必要的。现在带有持续处于负压下的砂型铸模1的模制箱2根据本发明被完全打开，或者仅在冷却流体冲击的位置处打开。这通过将模制箱盖箔7移除来进行。本发明现在利用负压（通常为-0.6至-0.8巴）的抽吸效应。通过移除盖箔7，水被立即吸入到砂型铸模1中，这立即使铸件3淬火。由于砂型铸模1由砂（即硅砂）构成，并且不包含堵塞性粘合剂（例如膨润土）或其他精细的部分，由于预先存在的负压/真空，所以水能够非常快速且深入地渗透到多孔砂型铸模中，即在各个砂粒之间。虽然砂型铸模以非常紧凑的方式起作用，但实际上是多孔的，且在砂粒之间具有理论模腔，其能够构成整个砂型铸模容积的33％。由此，与已知的冷却方法相比，本发明的冷却或淬火效果非常高。

当然也不排除根据本发明的方法还与设有添加剂的负压砂型铸模一起使用。从前面的实施例中可以看出，在这里要注意的事实是，所使用的添加剂不会负面地损害，或者至少不会过度负面地损害砂型铸模的孔隙度或其对冷却流体的渗透性。因此，膨润土应该优选不被用作添加剂/粘合剂，因为一旦与水接触则会封闭砂粒之间的腔，并因此使得砂型模对水不可渗透（尽管负压很小或没有水被吸入砂型模中）。

在已经移除模制箱的盖箔7之后，也可以想到，模制箱2被更深地浸入到冷却盆6中。将模制箱2浸入水浴6中提供了额外的优点，浸入过程能够以受控或调节的方式进行。也就是说，冷却过程能够通过浸入方向和速率被影响。因此，模制箱能够例如水平地在铸造位置中、以一定角度，或者围绕水平或垂直轴线旋转180度浸入。对应地，铸件的特定区域能够通过浸入方向和/或速率更快速地淬火。

子图4.1和4.2示出了根据本发明的方法的另外的变型。在这种情况下，填充有熔融金属的模制箱2在模制箱上的盖箔7被移除之前被完全浸入水浴6中。在这种情况下，用于利用冷却流体来使熔融或部分已经边缘凝固的铸件3淬火的抽吸效应被更有效地使用。如子图4.1和4.2所示，模制箱也能够具有滑动件8而不是盖箔7。这些滑动件8在这里承担盖箔的功能。根据应用和模制箱尺寸，使用滑动件 - 例如在模制箱下面 – 能够比使用盖箔更有利。滑动件也能够再次使用而没有任何问题。

在前面的描述中，解释了在冷却流体冲击之后，通过移除盖箔或滑动件打开模制箱。自然而然地，本发明构思还包括模制箱的（部分）打开在冷却流体冲击之前或紧接在冷却流体冲击之前或与其同时进行的可能性。因此，模制箱能够在冷却流体冲击之前或者甚至在冷却流体冲击之后被打开（优选地仅在冷却流体冲击的地方）。当然，如果砂型铸模仅仅吸取冷却流体，或者大部分只吸取冷却流体而不吸取环境空气（显着低的热容量），则根据本发明使用的抽吸效应且因此冷却效果被最有效地使用。因此，优选的是，仅在冷却流体冲击之后，通过移除盖箔或滑动件来打开模制箱。

本发明不限于明确提及的可能性和实施例。相反这些变型被认为是对于本领域技术人员的激励，以便尽可能有利地实现本发明构思。

命名列表

1砂型铸模

2模制箱，模制箱半部

3铸件

4冷却流体，水

5熔融金属

6冷却盆，冷却浴

7模制箱盖箔

8模制箱滑动件

9用于冷却流体冲击的喷嘴

10浇道口

11砂型铸模的吸点

12模型箔

13砂型铸模的腔。

Claims

1.一种用于使用砂型铸模（1）由金属制造铸件的方法，其中所述方法包括以下步骤：

- 通过负压模制方法在模制箱（2）中制造所述砂型铸模（1），

- 用熔融金属填充所述模制箱（2）中制造的砂型铸模（1），

- 用冷却流体（4）冷却所述砂型铸模（1）和在其中正在凝固的铸件（3），

其特征在于：

在所述模制箱（2）中处于负压下的所述砂型铸模（1）首先被填充熔融金属（5），

然后带有在其中处于负压下的所述砂型铸模（1）的所述模制箱（2）完全或部分地被冷却流体（4）冲击，并且

在冷却流体冲击之后、与其同时或之前，所述模制箱（2）在冷却流体冲击的地方被打开，使得所述冷却流体（4）被吸入到处于负压下的所述砂型铸模（1）中，且因此使所述正在凝固的铸件（3）淬火。

2.根据权利要求1所述的用于使用砂型铸模（1）由金属制造铸件的方法，其特征在于，所述冷却流体（4）是水。

3.根据权利要求1或2所述的用于使用砂型铸模（1）由金属制造铸件的方法，其特征在于，用所述冷却流体（4）冲击所述模制箱（2）在冷却盆（6）中进行。

4.根据权利要求3所述的用于使用砂型铸模（1）由金属制造铸件的方法，其特征在于，所述模制箱（2）部分地或完全地浸入在所述冷却盆（6）中。

5.根据权利要求1或2所述的用于使用砂型铸模（1）由金属制造铸件的方法，其特征在于，所述砂型铸模（1）由于所述模制箱（2）中的所述负压被保持其形状。

6.根据权利要求1或2所述的用于使用砂型铸模（1）由金属制造铸件的方法，其特征在于，所述砂型铸模（1）由硅砂形成且不含粘合剂。

7.根据权利要求1或2所述的用于使用砂型铸模（1）由金属制造铸件的方法，其特征在于，所述砂型铸模（1）不包含粘合剂。

8.根据权利要求7所述的用于使用砂型铸模（1）由金属制造铸件的方法，其特征在于，所述砂型铸模（1）不包含膨润土或饰面材料。

9.根据权利要求1或2所述的用于使用砂型铸模（1）由金属制造铸件的方法，其特征在于，所述模制箱（2）的打开通过移除模制箱盖箔（7）或通过位于所述模制箱（2）上的滑动件（8）进行。

10.根据权利要求1或2所述的用于使用砂型铸模（1）由金属制造铸件的方法，其特征在于，所述模制箱（2）水平地在铸造位置中或者在围绕水平或垂直轴线旋转0到180度的角度的位置中被浸入冷却盆（6）中，浸入所述冷却盆（6）中以时间控制的方式发生。

11.根据权利要求1或2所述的用于使用砂型铸模（1）由金属制造铸件的方法，其特征在于，所述方法是真空模制方法或重力方法。

12.一种用于使用根据前述权利要求中的一项所述的方法制造铸件（3）的铸造设备。