CN111318672B - 复合铸造系统和复合铸造方法以及异种材料铸造产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于制造异种材料铸造产品的复合铸造系统和方法，以及通过该方法制造的异种材料铸造产品。该复合铸造系统可以包括：固定模具；可移动模具，用于打开或关闭固定模具的一侧；滑动芯销，设置在固定模具或可移动模具内部，并且能够从固定模具或可移动模具内部突出到型腔侧，型腔由固定模具和可移动模具组合形成；高压铸造装置，用于将高压铸造熔融金属注入到型腔中；以及重力铸造装置，用于通过形成在固定模具或可移动模具上的重力铸造孔注入重力铸造熔融金属。

Description

复合铸造系统和复合铸造方法以及异种材料铸造产品

技术领域

本公开涉及一种用于制造具有异种材料的铸造产品的系统和方法，以及通过该方法制造的异种材料铸造产品。

背景技术

压铸(die casting)是通过利用高温高压将熔融的成为材料的金属压入称为铸模(die)的金属材料的模具中而在短时间内大量生产的铸件制造方法，并且具有诸如自动化程度高/大量生产中的制造成本降低/尺寸稳定/铸件表面美观/重量轻且部件薄/制造速度快等优点，可实现大量生产和高质量，因而被广泛用于制造车辆的各种部件。压铸法用于制造车辆的各种部件，例如汽缸体、保持器、盖、壳体、托架等。通过压铸法可以确保成本竞争力，从而实现通过高压力减少周期时间(cycle time)、轻薄以及良好的外观质量。

在背景技术中描述的内容是为了帮助理解本公开的背景，并且可能包括本公开所属领域的技术人员先前未知的内容。

发明内容

本公开的方面提供一种用于制造异种材料铸造产品的复合铸造系统和复合铸造方法，以及通过复合铸造方法制造的异种材料铸造产品，与制造异种材料铸造产品的其它方法相比，可以有利于异种材料之间的接合、简化过程并节省成本。

一方面提供根据本公开的一方面的一种用于制造异种材料铸造产品的复合铸造系统，该复合铸造系统包括：固定模具；可移动模具，用于打开或关闭固定模具的一侧；滑动芯销，设置在固定模具或可移动模具内部，并且能够从固定模具或可移动模具内部突出到型腔侧，型腔由固定模具和可移动模具组合形成；高压铸造装置，用于将高压铸造熔融金属注入到型腔中；以及重力铸造装置，用于通过形成在固定模具或可移动模具上的重力铸造孔注入重力铸造熔融金属。

在前述系统中，滑动芯销可插入地结合到固定模具和可移动模具中未设置有高压铸造装置的模具内部。

在前述系统中，重力铸造孔形成为从与突出到型腔的滑动芯销的上方对应的固定模具或可移动模具的上部穿过型腔。

在前述系统中，重力铸造孔的型腔侧的注入口的直径等于或小于滑动芯销的突出到型腔侧的长度。

在前述系统中，重力铸造孔的在对应于与型腔的边界的平截面上的最低表面的内径具有最小值。

在前述系统中，高压铸造熔融金属和重力铸造熔融金属的材料互不相同。

在前述系统中，高压铸造熔融金属可以是铝材料。

另一方面提供根据本公开的一方面的一种用于制造异种材料铸造产品的复合铸造方法，该复合铸造方法包括：将插入到模具内部的滑动芯销突出到该模具内部形成的与要铸造的铸造产品的形状对应的型腔中；通过高压铸造装置将高压铸造熔融金属注入到型腔中；将滑动芯销插入到模具中；以及通过形成为从模具的上部穿过型腔的重力铸造孔注入重力铸造熔融金属。

在前述方法中，用于制造异种材料铸造产品的复合铸造方法可以进一步包括：切割重力铸造孔和型腔之间的界面。

在前述方法中，高压铸造熔融金属和重力铸造熔融金属的材料互不相同。

在前述方法中，高压铸造熔融金属是铝材料。

本公开的又一方面提供一种通过上述复合铸造方法制造的异种材料铸造产品。

根据本公开的用于制造异种材料铸造产品的复合铸造系统和复合铸造方法，通过将高压铸造和重力铸造一体化的系统进行铸造可以简化过程，从而与其它异种材料铸造方法相比，节省设备、转移时间等的成本。

根据本公开的方面，可以仅对铸造产品的表面部分应用重力铸造，从而容易地通过重力铸造仅制造最小的必需部分。

此外，由于高压铸造部分具有高温，因此在重力铸造时物理和部分熔融和凝固接合的性能进一步优异。

此外，由于在高压铸造之后高压铸造部分完全冷却之前执行重力铸造而可以控制再结晶层，因此有利于在高压铸造部分和重力铸造部分之间的界面处的部分熔融和凝固接合。

附图说明

图1A至图1D是示出形成可以通过传统的铸造形成的再结晶层的过程的示图，图2是示出再结晶层的放大示图。

图3是示意性地示出根据本公开的用于制造异种材料铸造产品的复合铸造系统的示图。

图4和图5是顺序示出本公开的用于制造异种材料铸造产品的复合铸造系统的复合铸造方法的一部分的示图。

图6是示出根据本公开的异种材料铸造产品的示例的示图。

图7是示出根据本公开的异种材料之间的界面的示图。

具体实施方式

为了充分理解本公开、本公开的操作优点以及通过本公开的实施例实现的方面或特征，应参考示出本公开的实施例的附图和在附图中示出的内容。

在描述本公开的实施例时，将减少或省略对可能不必要地使本公开的主题模糊的已知技术或重复说明的描述。

压铸法用于制造汽缸体、保持器、盖、壳体、托架等，通过压铸法可以确保成本竞争力，从而实现通过500kg/cm²的高压力减少周期时间、轻薄以及良好的外观质量。

然而，还具有降低可焊接性、热处理(产生气泡)以及对各种合金的适用性的局限性。

尽管用于车辆的部件也通过压铸利用铝材料制造以实现轻量化、降低成本等，但是存在许多不能使用压铸法制造的部件。

例如，存在许多将由铝材料制成的车辆部件以实现轻量化等。但是，与其它部件接触或在其它部件上滑动的部件的表面部分需要具有诸如强度和耐磨性的机械物理性能。因此，部件不能由铝材料制成。

为了解决上述问题，考虑到轻量化、降低成本和耐用性，可以开发和使用用于制造异种材料产品的方法。

例如，存在嵌件铸造，并且嵌件铸造是一种将通过重力铸造完成的部件转移以嵌入到模具中，然后通过高压铸造来铸造产品的方法。

由于这种方法分别进行重力铸造和高压铸造，因此可能存在不利于成本的因素，例如模具成本、设备成本、运输等，并且周期时间也可能不利。

另外，在嵌件铸造中，例如，在仅需要在表面部分考虑强度的部件的情况下，难以实现仅用于对表面部分进行重力铸造的模具等。

并且，已经完成重力铸造的部分在室温下变为具有稳定的物理性能的状态，由于高压铸造时熔融金属的影响(例如，熔融金属的温度为约740℃)，温度再次升高，并且可以形成再结晶层。

图1A至图1D中依次示出了形成再结晶层的过程，图2是再结晶层的放大示图。

这样的再结晶层可以引起材料的软化而降低强度，并且甚至在重力铸造部分和高压铸造部分之间的界面的接合方面也具有缺点。

图3是示意性地示出根据本公开的用于制造异种材料铸造产品的复合铸造系统的示图，图4和图5是顺序示出本公开的用于制造异种材料铸造产品的复合铸造系统的复合铸造方法的一部分的示图。

在下文中，将参照图3至图5描述根据本公开的实施例的用于制造异种材料铸造产品的复合铸造系统和复合铸造方法，以及通过该复合铸造方法制造的异种材料铸造产品。

通过使具有异种材料的铸造产品一体化来同时制造具有许多优点。

首先，异种材料铸造产品可以用作功能部件。例如，变速器保持器部件可能仅需要表面部分具有耐磨性，并且可以通过利用K14铸造表面并利用ADC12铸造内部来实现成本降低和轻量化。

其次，能够同时进行铸造，而不是进行两种不同的铸造异种材料的铸造过程，从而减少了周期时间，并节省了成本。

为此，本公开的复合铸造系统和复合铸造方法可以同时执行高压铸造和重力铸造，从而制造异种材料铸造产品。

在实施例中，如图3所示，根据本公开的实施例的用于制造异种材料铸造产品的复合铸造系统包括固定模具110、可移动模具120、滑动芯销130、高压铸造装置140和重力铸造装置。

在固定模具110的内部形成与要铸造的铸造产品的形状对应的型腔C，并且操作可移动模具120以关闭或打开型腔C的右侧。

如图所示，可移动模具120的突出部分121用于铸造产品的内部形状，这不是必需的，因为取决于铸造产品。

在实施例中，与铸造产品的形状对应的型腔C是由固定模具和可移动模具的组合形成的空间，并且与本实施例不同，型腔C的形状可以在可移动模具120中实现，或者固定模具和可移动模具分别可以部分地具有型腔C的形状并且通过组合来实现。

在实施例中，滑动芯销130接合到固定模具110，该滑动芯销130可以从型腔C插入到固定模具110内侧，并且可以从固定模具110突出到型腔C侧。

滑动芯销130的操作可能需要单独的芯销操作装置。

根据实施例，滑动芯销130可以被构造在可移动模具120侧。例如，滑动芯销130可以被构造成插入到可移动模具120内侧，并且从可移动模具120突出到型腔C侧。

在实施例中，穿过型腔C的重力铸造孔111形成在固定模具110的上部。

在实施例中，优选地，重力铸造孔111的型腔C侧的注入口的直径可以等于或小于滑动芯销130的突出长度。因此，当滑动芯销130突出时，重力铸造孔111被阻塞，以防止通过重力铸造孔111的散开。

如上所述，如果在可移动模具120中实现型腔C的形状，则重力铸造孔111可以被构造成从可移动模具120上部穿过型腔C。

在实施例中，如稍后将描述的，为了在重力铸造之后冷却注入的熔融金属后取出，需要切割在重力铸造孔111的一部分中填充并硬化的熔融金属，并且，为了易于切割，优选的是，可以在对应于进给器(feeder)的重力铸造孔111与型腔C的边界之间进行区分。

在实施例中，可以优选的是，形成在固定模具110或可移动模具120中的重力铸造孔111的在对应于与型腔C的边界的平截面上的最低表面的内径具有最小值。

在一些实施例中，重力铸造孔111还可以具有圆锥形状，其中重力铸造孔111的整个或仅一部分底部的内径朝着其底部表面减小，并且为了易于切割，可以优选的是，仅底部的包括最低表面的部分具有弯曲形状，其内径减小。

在实施例中，高压铸造装置140结合到可移动模具120侧，以将高压铸造熔融金属M1注入型腔C中，重力铸造装置通过固定模具110的重力铸造孔111注入熔融金属M2。

尽管在图中作为示例示出了高压铸造装置140结合到可移动模具120侧，但是高压铸造装置也可以结合到固定模具110侧。

在根据本公开的复合铸造方法中，首先，在滑动芯销130从固定模具110突出到型腔C的状态下，组合可移动模具120以关闭固定模具110。该状态成为图3所示的状态。

在实施例中，通过高压铸造装置140将高压铸造熔融金属M1从可移动模具120侧注入到型腔C内，该状态成为图4的状态。优选地，高压铸造熔融金属M1可以是轻质材料，例如铝材料。

然后，滑动芯销130插入或缩回到固定模具110内侧，从而如图所示，型腔C中滑动芯销130所占据的体积大小的空间变成空的状态。

在这种状态下，如图5所示，当通过重力铸造装置通过形成在固定模具110的上部的重力铸造孔111注入或浇注重力铸造熔融金属M2时，由重力铸造熔融金属M2填充滑动芯销130所占据的空间。

重力铸造熔融金属M2是不同于高压铸造熔融金属M1的材料，并且可以是考虑耐磨性的材料。

通过重力铸造来铸造的、滑动芯销130所占据的空间成为要在铸造产品上形成的表面部分，因此，滑动芯销130可以根据要在铸造产品上形成的表面部分而确定突出长度、数量、形状等。

当重力铸造完成时，在冷却熔融金属之后可移动模具120操作以打开模具而取出铸造产品。

然后，在通过切割装置切割在重力铸造孔111的部分中填充并冷却的熔融金属之后，将铸造产品取出，并且切割装置可以是顶针(eject pin)或单独的滑动芯。

如上所述，由于重力铸造孔111与型腔C之间的界面的形状，可以确保切割的容易性。

例如，可以通过顶针切割界面，并且侧面可以设置有滑动芯，以使得能够通过直接的物理力来切割界面。

在实施例中，还可以在重力铸造之后在重力铸造熔融金属凝固的时间点额外地操作高压铸造装置的柱塞以执行加压，从而进一步确保收缩补偿和铸造性。

如上所述，本公开可以通过一体的系统和方法连续且同时地进行高压铸造和重力铸造而不中断，从而能够铸造异种材料铸造产品，并且在形成需要刚性的表面部分时可以更有利。

例如，类似于图6中所示的保持器部件，主体部分20可以由诸如铝的轻质材料制成，表面部分10可以利用与其不同的材料铸造。

在所示的变速器保持器中，表面部分10成为通过与其它部件接合而旋转的摩擦部分。

典型的铝筒在耐用性测试中在摩擦部分上发生粘附、压扁、磨损和开口部分断裂。

为了解决上述问题，摩擦部分可以由诸如B390铝合金的具有高耐磨性的材料的过共析合金制成，但是根据本公开的异种材料的复合铸造可以进一步节省成本，并且还确保了表面部分的耐磨性。

此外，在上述嵌件铸造中，已经完成重力铸造的部分在室温下变为具有稳定的物理性能的状态，由于高压铸造时熔融金属的影响，温度再次升高，并且可以形成再结晶层，从而导致物理性能的劣化。

这是可能导致部件产生裂纹并不利地影响耐用质量的因素。

然而，本公开在完成高压铸造之后立即执行重力铸造，以在高压铸造部分的组织稳定之前执行重力铸造，从而防止组织的再结晶。

因此，在实施例中，如可以在图7中确认，可以在相对足够的温度下优化异种材料之间的相互熔融接合，从而确保接合界面的接合力并提高产品的耐用质量。

例如，当两种材料相遇时，熔融接合是相对较高温度的材料部分熔融并结合相对较低温度的材料的表面的形式，可以确认熔融是在图片中心部分的界面处进行的，因此，可以看出，与中断地执行两种铸造方法相比，由于一体地执行了两种铸造，熔融接合的执行得到进一步优化。

如上所述，尽管参照附图描述了本公开，但是本公开不限于所描述的实施例，并且本领域技术人员将理解的是，可以在不脱离本公开的思想和范围的情况下进行各种修改和变型。因此，修改的示例或变形的示例应被包括在本公开的权利要求书的范围中，并且本公开的范围应基于所附权利要求书来解释。

Claims (16)

1.一种用于制造异种材料铸造产品的复合铸造系统，包括：

第一模具；

第二模具，其中所述第一模具和所述第二模具中的一个相对于另一个可移动；

滑动芯销，设置在所述第一模具内部，所述滑动芯销从所述第一模具滑出以突出到型腔中，所述型腔由所述第一模具和所述第二模具组合形成，并且所述滑动芯销进一步移动到所述第一模具内部以提供用于重力铸造的空间；

高压铸造装置，用于将高压铸造熔融金属注入到所述型腔中；以及

重力铸造装置，用于通过形成在所述第一模具上的重力铸造孔注入重力铸造熔融金属，

其中所述重力铸造孔形成为从与突出到所述型腔的所述滑动芯销的上方对应的所述第一模具的上部穿过所述型腔。

2.根据权利要求1所述的复合铸造系统，其中，

所述滑动芯销结合到所述第一模具以可缩回到所述第一模具内部，并且所述高压铸造装置设置在所述第二模具中。

3.根据权利要求1所述的复合铸造系统，其中，

所述重力铸造孔的所述型腔侧的注入口的直径等于或小于所述滑动芯销的突出到所述型腔侧的部分的长度。

4.根据权利要求1所述的复合铸造系统，其中，

所述重力铸造孔的在对应于与所述型腔的边界的平截面上的最低表面的内径具有最小值。

5.根据权利要求1所述的复合铸造系统，其中，

所述高压铸造熔融金属和所述重力铸造熔融金属的材料互不相同。

6.根据权利要求5所述的复合铸造系统，其中，

所述高压铸造熔融金属是铝材料。

7.根据权利要求1所述的复合铸造系统，进一步包括：

切割装置，切割在所述重力铸造孔的部分中填充并冷却的重力铸造金属。

8.一种用于制造异种材料铸造产品的复合铸造方法，包括：

将设置在模具内部的滑动芯销移动到所述模具内部形成的与要铸造的铸造产品的形状对应的型腔中；

通过高压铸造装置将高压铸造熔融金属注入到所述型腔中；

将所述滑动芯销缩回到所述模具内部以提供用于重力铸造的空间；以及

通过所述模具的从所述模具的上部穿过所述型腔的重力铸造孔注入重力铸造熔融金属，

其中所述重力铸造孔形成为从与突出到所述型腔的所述滑动芯销的上方对应的所述模具的上部穿过所述型腔。

9.根据权利要求8所述的复合铸造方法，进一步包括：

切割所述重力铸造孔和所述型腔之间的界面。

10.根据权利要求8所述的复合铸造方法，其中，

所述高压铸造熔融金属和所述重力铸造熔融金属的材料互不相同。

11.根据权利要求10所述的复合铸造方法，其中，

所述高压铸造熔融金属是铝材料。

12.根据权利要求8所述的复合铸造方法，进一步包括：

在所述重力铸造熔融金属凝固的时间点，通过所述高压铸造装置的柱塞加压。

13.一种通过根据权利要求8所述的方法制造的异种材料铸造产品，包括：

主体部分；以及

表面部分，形成在所述主体部分上，

其中所述主体部分和所述表面部分的材料不同。

14.根据权利要求13所述的异种材料铸造产品，其中，

所述主体部分和所述表面部分在两部件的界面中熔融并接合。

15.根据权利要求13所述的异种材料铸造产品，其中，

所述主体部分由铝材料制成。

16.根据权利要求15所述的异种材料铸造产品，其中，

所述表面部分由与所述主体部分不同种类的铝材料制成。

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