CN111790887B - 铸造非均质材料的方法和由此制造的铸造产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸造非均质材料的方法和由此制造的铸造产品。所述方法可以包括：在模具的型腔上设置消失模，同时所述型腔形成为与铸造产品的形状相对应的形状；通过在模具中形成的低压熔融金属进模口注入第一熔融金属，以形成铸造产品的低压铸造部分；以及通过在模具中形成的重力熔融金属进模口注入第二熔融金属，以形成铸造产品的重力铸造部分。

Description

铸造非均质材料的方法和由此制造的铸造产品

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年4月8日提交的韩国专利申请No.10-2019-0040850的优先权，该申请的全部公开内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明的示例性实施方案涉及一种铸造非均质材料的方法以及通过该方法制造的铸造产品。

背景技术

因为由非均质材料制成的车辆部件等能够减轻车辆部件本身及成品车辆的重量并降低成本，所以它们与由单一材料制成的部件相比具有许多优点。

例如，在汽缸盖中，经受高热负荷的下部由铝合金材料制成，而经受严重磨损的上部由酚醛树脂聚合物材料制成，从而可以更大程度地增强汽缸盖的功能，同时减轻其重量。

在相关技术中，为了制造非均质材料的铸造产品例如汽缸盖，已通过各自单独的不同工艺来制造两个不同材料的部段，然后将单独的部分接合在一起。因此，这样的工艺可能是不利的，两个非均质材料部段的结合强度可能不足。

公开于该背景部分的以上信息仅仅用于帮助对本发明的背景的理解，因此其可以包含不构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术的信息。

发明内容

在优选的方面，提供了一种通过例如同时铸造两个部段来铸造非均质材料的方法以及通过该方法制造的铸造产品，其中同时铸造两个部段借助于复合铸造工艺而不是单独的铸造方法来进行。

本发明的其它目的和优点可以通过以下描述加以理解，并且通过参考本发明的实施方案而变得显而易见。而且，对于本发明所属领域的技术人员而言显而易见的是，本发明的目的和优点可以通过所要求保护的手段及其组合来实现。

在一个方面，提供了一种制造包含铸造非均质材料的铸造产品的方法。该方法可以包括：在模具的型腔上设置消失模(lost foam)；通过在模具中形成的低压熔融金属进模口将第一熔融金属注入到模具中以进行用于形成铸造产品的低压铸造部分的低压铸造，从而形成铸造产品的低压铸造部分；以及通过在模具中形成的重力熔融金属进模口将熔融金属注入到模具中，从而形成铸造产品的重力铸造部分。型腔可以形成为与铸造产品的形状相对应的形状。

如本文所使用，术语“低压铸造”是指使用在低压下(例如在2psi至20psi(13kPa至140kPa)之间)的气体将合金用熔融金属压入模具型腔中的合金(例如铝合金)铸造过程。例如，可以在熔融金属的表面或顶部上施加压力，以迫使熔融金属进入模具。

如本文所使用，术语“重力铸造”是指使用重力将合金的熔融金属填充到模具中的合金铸造过程。示例性过程可以包括加热模具并用脱模剂涂覆模具(例如喷雾)，通过重力将熔融金属填充到模具中，而后冷却以进行铸造。

此外，用于低压铸造部分的第一熔融金属和用于重力铸造部分的第二熔融金属可以在材料组成上互不相同。例如，第一熔融金属和第二熔融金属可以在某些成分的含量上互不相同，如下：以汽缸盖为例，用于铸造汽缸盖下部的第一熔融金属可以由A356(Cu：0.2％或更少，Mg：0.2％至0.4％，Si：6.5％至7.5％，Fe：0.2％或更少)制成，而用于铸造汽缸盖上部的第二熔融金属可以由A333(Cu：2％～4％，Mg：0.5％或更少，Si：7％～10％，Zn：1.0％或更少，Fe：1.0％或更少)制成。A356是一种高导热性和韧性的材料，在T6热处理时具有HB100的硬度和6％或更高的伸长率；而A333是一种高强度和耐磨性的材料，在相同的T6热处理时具有HB140的硬度和1至2％的伸长率。该示例适用于汽缸盖，因为A333适用于如下部件：该部件中凸轮轴旋转且要求构成燃烧室的材料具有高导热性和高韧性。此外，由于A333比A356便宜，因此该示例可以降低材料成本。应当理解，这仅是说明性的示例，并且取决于部件的用途和组合，可以使用各种非均质材料。

优选地，所注入的低压铸造部分用第一熔融金属到达消失模的时间点可以与所注入的重力铸造注入部分用第二熔融金属到达消失模的时间点相同。

优选地，通过使用于低压铸造部分的第一熔融金属与用于重力铸造部分的第二熔融金属接合而形成的界面可以形成在设有消失模的位置处。

该方法可以进一步包括在型腔中设置型芯。

在一个方面，提供了一种铸造产品，其包括：通过对用于低压铸造的第一熔融金属进行铸造而形成的低压铸造部分；通过对用于重力铸造的第二熔融金属进行铸造而形成的重力铸造部分；以及位于低压铸造部分与重力铸造部分之间的消失模部分，其通过消失模的熔融而形成。

优选地，消失模部分的一部分可以通过消失模的熔融而形成，这可由用于低压铸造的熔融金属引起。

优选地，低压铸造部分和重力铸造部分可以在材料组成上互不相同。

优选地，消失模部分的一部分可以通过消失模的熔融而形成，这可由用于低压铸造的熔融金属引起。此外，消失模部分的一部分可以通过可由用于低压铸造的熔融金属引起的消失模熔融来形成，而消失模部分的其余部分可以通过由用于重力铸造的熔融金属引起的消失模熔融来形成。

此外，由于存在防止型芯浮动的方式(亦即，从上方注入的熔融金属)和用于铸造消失模的部分，所以可以在比常规低压铸造更高的压力下进行低压铸造，由于更高的压力而使得有利于填充熔融金属，并且可以改进熔融金属中的气泡缺陷。

还提供了一种包括如本文所述的铸造产品的车辆部件。

又提供了一种包括如本文所述的车辆部件的车辆。

此外，本发明可以应用于车辆以外的各种技术领域。

下文公开了本发明的其它方面。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，其中：

图1示出通过根据本发明示例性实施方案的示例性铸造方法制造的示例性铸造产品。

具体实施方式

为了充分理解本发明、本发明的操作优点以及通过实施本发明而实现的目的，需要参考示例性示出本发明的优选实施方案的附图以及附图中描述的内容。

在描述本发明的优选实施方案时，可以简化或省略对本领域中已知技术的详细描述或重复描述，以避免使本发明的主题名称模糊。

在本文中使用的术语仅是为了描述特定的实施方案的目的，而并非旨在用于限制。如在本文中所使用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”说明所述的特征、区域、数值、步骤、操作、元件和/或成分的存在，但是不排除一个或多个其它特征、区域、数值、步骤、操作、元件、成分和/或其组合的存在或添加。

应理解，如在本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇和船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。如本文中所提到的那样，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如同时具有汽油动力和电力动力的车辆。

此外，除非特别说明或从上下文中可明显看出，否则如在本文中所使用，术语“约”应理解为在本领域的正常公差范围内，例如在2个平均标准偏差内。“约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文另外明示，否则在本文中提供的所有数值均由术语“约”修饰。

图1示出通过根据本发明示例性实施方案的示例性铸造方法制造的示例性铸造产品。

在下文中，将参考图1描述根据本发明各种示例性实施方案的铸造非均质材料的示例性方法和示例性铸造产品。

尤其提供一种用于制造非均质材料的铸造产品的铸造方法。特别地，该产品可以通过应用多种铸造技术的以多重的复合铸造方式进行的单一工艺来制造，而不是通过单独地制造两个部段然后将它们结合在一起的方式来制造。

换言之，本文公开的铸造方法可以为低压铸造技术、重力铸造技术和消失模技术均被应用的铸造方法。

首先，可以制备具有与待铸造的产品的形状相对应的型腔的模具。

可以以使得模具分为可动模具和固定模具、接着将可动模具和固定模具组合的方式来制备模具。例如，模具的上部可以形成有从型腔贯穿模具顶表面的重力熔融金属进模口，而模具的下部可以形成有从型腔贯穿模具底表面的低压熔融金属进模口。

重力熔融金属进模口和低压熔融金属进模口的位置可以根据待制造的铸造产品来进行不同的排布。

接下来，在组合上模具和下模具之前可以在型腔中设置消失模。

例如，消失模110可以形成在通过重力铸造形成的重力铸造部分120与通过低压铸造形成的低压铸造部分130之间的边界部分上。优选地，可以通过用于重力铸造的第二熔融金属和用于低压铸造的第一熔融金属的接合来形成界面111所在的部分。模具可以设置有用于布置和固定消失模110的装置。

消失模110可以防止通过重力铸造产生的重力熔融金属(“第二熔融金属”)与通过低压铸造产生的低压熔融金属(“第一熔融金属”)相互混合，直至其被熔融金属熔融。当消失模被熔融金属熔融时，重力熔融金属和低压熔融金属可以在消失模110所位于的部分中彼此接触。

消失模110的厚度可以取决于铸造产品而变化，并且可以考虑待注入的熔融金属的量、注入速率和熔融时间来确定。

进一步提供了一种示例性的铸造方法，其中消失模110可以用作型芯并且可以被插入到模具中。此外，由于消失模的形状设计的自由度高，因此该方法在获得所需的铸造产品形状方面可更有利。

此外，除了消失模之外，还可以进一步应用另一种型芯。特别是，对于简单的内部形状，即使使用型芯也可以有效率地制造铸造产品。例如，为了制成复杂的形状，在铸造产品的制造中使用消失模可以变得有效率。

此外，这种消失模可以具有如下益处：与现有技术不同，可以制备泡沫接着可以使泡沫填充有含粘结剂的砂子并使其凝固至一定程度，其后可以在铸造之后除去砂子。

例如，可能需要将砂子凝固至一定程度以使得在泡沫不会熔融的温度范围下泡沫可以位于模具中。

接下来，在将如上所述制备的消失模110放置在模具中并且将两个模具组合之后，通过低压铸造机，可以经由低压熔融金属进模口注入用于进行低压铸造以形成低压铸造部分130的第一熔融金属。优选地，通过重力铸造机，可以经由重力熔融金属进模口注入用于进行重力铸造以形成重力铸造部分120的第二熔融金属，其中所述重力铸造部分120的材料可以与低压铸造部分130的材料不同。

用于低压铸造的熔融金属和用于重力铸造的熔融金属的注入时间可以是同时的，并且根据铸造产品的示例性设计，可以以规律的时间间隔依次注入熔融金属。此外，即使在依次注入熔融金属的情况下，用于低压铸造的第一熔融金属和用于重力铸造的第二熔融金属的注入顺序也可以取决于铸造产品而变化。优选地，用于低压铸造的第一熔融金属和用于重力铸造的第二熔融金属到达消失模110的时间点可以彼此相同。

如上所述，可以注入熔融金属，然后可以使消失模110熔融，从而可以在设有消失模110的部分处形成重力铸造部120与低压铸造部130之间的接合界面111。然后，可以通过在冷却之后分离模具来取出铸造成品100。

在常规方法中，必须调节每种熔融金属的密度或注入熔融金属的时间，以形成上面接合有非均质材料的熔融金属的界面。此外，由于这种调节，形成非均质材料之间的界面的位置的变化会不可避免地很大。

根据本发明的各种示例性实施方案，消失模可以延迟熔融金属之间的混合，因此非均质材料之间的界面可以被限制在消失模所位于的部分，从而与常规铸造方法相比，有利于在批量生产中将界面固定在稳定的位置。

此外，消失模可以被熔融金属熔融，进而消失模在熔融之前的表面配置可以转移至熔融金属并保持原样。

换言之，尽管铸造产品实际上是由两个非均质材料部段制成，但是其可以具有如在由三个部段制成时的形状，包括通过消失模熔融而形成的消失模部分。如此，消失模可以在铸造产品中提供不同设计配置适当的中空部分。

在本发明的示例性实施方案中，重力铸造、低压铸造和消失模技术可以以多重的复合方式进行，从而通过单一工艺进行非均质材料的铸造，由此可以改进非均质材料之间的接合，并且可以促进非均质材料之间的界面的形成。

换言之，本发明的各种示例性实施方案可以弥补上述三种铸造技术的缺点，并且在铸造非均质材料中利用它们中每一者的优点。例如，由于可以从模具的下部注入与整个铸件相对应的熔融金属量，因此进模口必须很大。这样，当下部的微观结构品质很重要的部件例如汽缸盖或汽缸体由于燃烧室或曲柄孔部分中的负荷在操作过程中很重从而需要具有良好的微观结构以改进物理性能时，将较低的冷却模式应用于这些部件是受限的。

相反，根据本发明的各种示例性实施方案，通过下部直浇口注入的熔融金属的量与常规低压铸造技术相比可以少得多，所设定的用于低压熔融金属的进模口可以小于常规方法，从而可以确保一定量的额外自由空间。因此，由于额外的自由空间可以设置有冷却装置，因此与常规的低压铸造技术相比，可以通过改进铸造产品的微观结构的品质来改进其物理性能。

此外，常规的重力铸造中在注入熔融金属的过程中可发生涡流，而本发明的实施方案可以改善这种涡流的发生。

此外，在通过低压铸造或重力铸造制造铸件的情况下，使用型芯来形成复杂的水套和油套的形状。在这种情况下，当制造型芯时，型芯模具中会产生底切，并且不可能形成难以用型芯砂形成的薄形状。

相反，根据本发明的各种示例性实施方案，铸造方法可以包括使用消失模，该消失模允许在铸件的中间部分自由地形成任何形状。因此，有利的是，借助于消失模的优点可以自由地设计任何形状。

此外，常规的消失模铸造是在泡沫埋在砂子中的状态下注入熔融金属的工艺(砂模铸造)。因此，由于铸件的冷却速度慢，因此难以改进铸件的微观结构品质。此外，还有如下的缺点：因泡沫燃烧而产生的气体会破坏铸件的完整性。

相反，根据本发明的实施方案，可以提供如下的铸造方法：基本地都能使用重力铸造和低压铸造，因此微观结构的总体品质可以比常规砂模铸造的品质高。此外，仅铸件的中间部分通过泡沫来形成，因此因泡沫燃烧而产生的气体可以更少。

因此，与砂模消失模铸造不同，本发明的各种示例性实施方案可以提供将产生的气体通过模具中形成的排气口排出的铸模方法。此外，由于本发明的各种示例性实施方案中的上部冒口(riser)的面积大于常规的消失模铸造技术中的面积，因此与常规技术相比，可以获得具有低孔隙率的良好铸件。

如上所述，在本发明的各种示例性实施方案中，非均质材料的铸造产品可以通过以多重方式进行的单一工艺来制造，而不是通过使单独地进行数种铸造技术所制得的数个部段接合的方式来制造。然而，示例性的铸造方法可以制造接合部分和微观结构的品质改进的铸造产品。

此外，根据本发明的各种示例性实施方案，可以以多重的复合方式使用重力铸造和消失模技术，而不是以单独地制造非均质材料部段的方式使用它们，从而提供有效率的工艺并减少时间和成本。

然而，在无需使通过低压铸造产生的第一熔融金属和通过重力铸造产生的第二熔融金属混合的情况下可以进行铸造，这与先前具有消失模的熔融金属不同。

此外，由于不必为了形成熔融金属彼此接触的界面而调节非均质材料的熔融金属的密度、注入时间等，因此在非均质材料之间形成界面的位置的变化可能性增加，此外，通过起延迟熔融金属之间混合的作用的泡沫，非均质材料之间的界面可被限制在泡沫所位于的部分。因此，与常规铸造方法相比，可以在批量生产中将界面固定在稳定的位置。

尽管以上已经参考示例性示出的附图描述了本发明，但是本发明不限于所公开的实施方案，并且对于本领域普通技术人员而言将显而易见的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和变型。因此，这样的修改或变型落入所要求保护的本发明的范围内，并且本发明的范围应该基于所附权利要求书来解释。

Claims (4)

1.一种制造包含非均质材料的铸造产品的方法，包括：

在模具的型腔上设置消失模，所述型腔形成为与铸造产品的形状相对应的形状；

通过低压铸造机经由在模具中形成的低压熔融金属进模口将第一熔融金属注入到型腔的位于消失模下方的空间中，以形成铸造产品的低压铸造部分；以及

通过重力铸造机经由在模具中形成的重力熔融金属进模口将第二熔融金属注入到型腔的位于消失模上方的空间中，以形成铸造产品的重力铸造部分；

其中，在设有消失模的位置处形成通过用于低压铸造部分的第一熔融金属与用于重力铸造部分的第二熔融金属接合而形成的界面；以及

其中，所述消失模形成在通过重力铸造形成的重力铸造部分与通过低压铸造形成的低压铸造部分之间的边界部分上；且

当消失模被熔融金属熔融时，重力熔融金属和低压熔融金属在消失模所位于的边界部分中彼此接触，

其中，注入第一熔融金属和注入第二熔融金属同时进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，用于低压铸造部分的第一熔融金属和用于重力铸造部分的第二熔融金属在它们的材料组成上互不相同。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所注入的用于低压铸造部分的第一熔融金属到达消失模的时间点与所注入的用于重力铸造部分的第二熔融金属到达消失模的时间点相同。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述型腔中设置型芯。