CN114667193A - 透气性盐芯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种透气性盐芯(4)，为了成型出铸造产品的中空部而设置于铸造用模具(1)的型腔(2)中，且在铸造后被溶解、除去，将多个盐粒(17)压粉成型为与所述中空部对应的规定形状而成，在所述压粉成型后的所述多个盐粒(17)的相互间形成有能够保持在铸造过程中残存于所述型腔(2)中的气体(10)的间隙(18)。由此，提供一种制造工序简单且能够以低成本制造的透气性盐芯及其制造方法，通过使通过熔融金属而被挤出的型腔内的残留气体进入在盐芯的盐粒相互间形成的间隙中，从而避免阻碍熔融金属的流动而不易引起熔融金属的填充不良。

Description

透气性盐芯及其制造方法

技术领域

本发明涉及在制造内部具有中空部的铸造部件时使用的透气性盐芯、以及该透气性盐芯的制造方法的改良。

背景技术

作为在制造内部具有中空部的铸造部件时使用的型芯，已知有砂芯、盐芯。这些型芯被设置在铸造用模具的型腔中的与铸造部件的中空部对应的位置，在进行了熔融金属向型腔的填充后，如果是砂芯，则使其溃散而将原料砂排出到外部，如果是盐芯，则使高压水与其接触而将原料盐溶解、除去，但是，其中，盐芯在制造特别是内燃机的活塞那样的、在厌恶砂的附着的环境下在内部具有中空部的铸造部件时被广泛使用，作为这样的盐芯，已知有下述专利文献1所公开的内容。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-24412号公报

发明内容

发明要解决的课题

关于上述专利文献1所公开的以往的盐芯，在将压粉成型后的盐芯设置于铸造用模具的型腔之前，实施用于将其成型为规定形状的机械加工，为了确保能够耐受这样的机械加工的强度，通常利用高压的冲压进行压粉成型来提高填充密度，并且进行提高强度用的烧制。因此，以往的盐芯无法在盐芯的盐粒相互间保持残存于型腔中的气体，在浇注时从盐芯的内周侧绕到上部的熔融金属与从盐芯的外周侧绕到上部的熔融金属汇流的汇流部位，通过从内周侧以及外周侧绕来的各熔融金属而被挤出的型腔内的残留气体在面对置部相互碰撞，由此，熔融金属的熔液流动性被阻碍而容易引起填充不良。

为了应对该情况，在上述专利文献1的技术中，在盐芯的上表面中央部设置槽，使通过熔融金属而被挤出的型腔内的残留气体从该槽逸出，但若这样，则盐芯的制造工序复杂化，也导致成本增加。

因此，本发明的目的在于提供一种制造工序简单且能够以低成本地制造的透气性盐芯及其制造方法，在盐芯的盐粒相互间形成能够保持残存于型腔中的气体的间隙，在该间隙中保持在铸造过程中残存于型腔中的气体，由此，即使不在盐芯设置用于供通过熔融金属而被挤出的型腔内的残留气体逸出的槽，也能够通过使该残留气体进入所述间隙来避免阻碍熔融金属的流动，从而不易引起熔融金属的填充不良。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明为一种透气性盐芯，其被设置于铸造产品的中空部、铸造用模具的型腔，且在铸造后被溶解、除去，其第一特征在于，所述透气性盐芯将多个盐粒压粉成型为与所述中空部对应的规定形状而构成，在所述压粉成型后的所述多个盐粒的相互间形成有能够保持在铸造过程中残存于所述型腔内的气体的间隙。

另外，本发明在第一特征的基础上，第二特征在于，压粉成型后的填充密度为88％～92％。

另外，本发明在第一或第二特征的基础上，第三特征在于，所述铸造产品是内燃机用的活塞，所述中空部是该活塞的顶部处的冷却通道。

另外，本发明在第一至第三特征中的任一特征的基础上，第四特征在于，所述透气性盐芯在未烧制状态下使用。

另外，本发明为第一特征的透气性盐芯的制造方法，第五特征在于，将所述盐粒以80～130MPa的成型压力压粉成型为使得填充密度为88％～92％，在该压粉成型后，省略烧制工序和机械加工工序。

另外，本发明在第五特征的基础上，第六特征在于，仅由粒径大致固定且不含添加物的所述盐粒直接进行压粉成型。

发明效果

根据本发明的第一特征，设置于铸造用模具的型腔中且在铸造后被溶解、除去的透气性盐芯是将无数的盐粒压粉成型为与铸造产品的中空部对应的规定形状而构成的，并且在所述压粉成型后的所述无数的盐粒的相互间形成有能够保持在铸造过程中残存于型腔中的气体的间隙，因此即使不在盐芯设置供通过熔融金属而被挤出的型腔内的残留气体逸出的槽，通过使在铸造过程中残存于型腔中的气体进入该间隙而进行保持，也能够防止熔融金属的流动被该残留气体阻碍，能够形成不易引起熔融金属的填充不良的、充型性能良好的盐芯。

而且，该透气性盐芯不需要特别设置供通过熔融金属而被挤出的型腔内的残留气体逸出的槽，因此，制造工序简单且能够以低成本进行制造。

另外，根据本发明的第二特征，所述透气性盐芯的填充密度为88％～92％，因此，能够充分地确保保持在铸造过程中残存于型腔中的气体的间隙而使充型性能良好，并且能够保持设置于型腔内时不产生设置裂纹的强度。

另外，根据本发明的第三特征，所述铸造产品是内燃机用的活塞，所述中空部是该活塞的顶部处的冷却通道，因此，能够简单且低成本地制造充型性能良好的具有冷却通道的活塞。

另外，根据本发明的第四特征，所述透气性盐芯在未烧制状态下使用，因此，能够避免伴随着烧制的盐粒的熔融，能够在盐粒相互间可靠地形成能够保持残存于型腔中的气体的间隙。

另外，根据本发明的第五特征，透气性盐芯这样制造：将盐粒以80～130MPa的成型压力压粉成型为使得填充密度为88％～92％，在该压粉成型后，省略烧制工序和机械加工工序。通过这样以80～130MPa的低压进行压粉成型，盐芯的成型机的模具不需要高强度，因此，能够利用该模具直接成型出盐芯的截面形状，能够省略机械加工工序。而且，通过将此时的填充密度设为88％～92％，即使将盐芯以原有的状态设置在型腔内，也不会产生设置裂纹，能够省略烧制工序，因此，制造工序简单，并且能够以低成本制造。而且，通过以低压进行压粉成型，在成型后的多个盐粒的相互间形成能够保持在铸造过程中残存于型腔中的气体的间隙，因此，通过使在铸造过程中残存于型腔中的气体进入所述间隙，能够避免阻碍熔融金属的流动，能够形成充型性能良好的透气性盐芯。

另外，根据本发明的第六特征，仅由粒径大致固定且不含添加物的盐粒直接进行低压压粉成型，因此，不需要混合粒径不同的盐粒、或添加水玻璃等粘合剂、金属皂等润滑剂等添加物的作业，能够简单且低成本地制造在盐粒相互间形成有能够保持气体的间隙的透气性盐芯。

附图说明

图1的(A)是应用本发明的透气性盐芯而成型有冷却通道的内燃机用活塞的纵剖视图(沿图1的(B)中的A-A线的剖视图)，图1的(B)是沿图1的(A)中的B-B线的剖视图。(第一实施方式)

图2的(A)是表示在制造图1的内燃机用活塞P的制造装置中的模具的型腔内设置了透气性盐芯的状态的纵剖视图，图2的(B)、(C)是其B、C部的放大图。(第一实施方式)

图3是设置于图2的(A)的制造装置的透气性盐芯及其支承销的立体图。(第一实施方式)

图4是对向图2的(A)的模具的型腔内流入熔融金属时的熔融金属的流动进行说明的图。(第一实施方式)

图5的(A)表示用于对本发明的透气性盐芯进行压粉成型的成型机及该成型机的模具的结构，图5的(B1)～(B3)是阶段性地表示盐芯的成型时的动作的图5的(A)中的B部的放大图。(第一实施方式)

图6是将利用图5的(A)的成型机进行成型时的成型压力按2个阶段改变时的盐芯表面的扫描型电子显微镜图像。(第一实施方式)

图7是表示盐芯的成型压力与填充密度之间的关系的图。(第一实施方式)

图8是分别表示盐芯的填充密度与冷却通道中的充型性能不良的比例的关系、以及填充密度与设置裂纹的比例的关系的图。(第一实施方式)

标号说明

1：铸造用模具；

2：型腔；

4：盐芯；

10：气体；

17：盐粒；

18：间隙；

C：冷却通道；

P：内燃机用的活塞。

具体实施方式

以下，根据附图，对将本发明的透气性盐芯应用于内燃机用的活塞的顶部处的冷却通道的成型的实施方式进行说明。

第一实施方式

此外，在以下的说明中，为了方便，将图2的(A)中的纸面上侧的部分称为上方，将下侧的部分称为下方。

图1所示的内燃机用的活塞P在顶部具有冷却通道C，将从该冷却通道C的下方的活塞P的内部空间S侧喷射的喷油从形成于冷却通道C的下表面的2个开口H1、H2中的一个开口导入，并且从另一个开口排出，对活塞P的顶部进行冷却。此外，在图1的(A)中，隔着活塞P的中心轴线L，如沿图1的(B)中的A-A线的截面的右半部分所示，右侧的部分是通过所述开口H1的部分的纵剖视图，如沿图1的(B)中的A-A线的截面的左半部分所示，左侧的部分是包含后述的分型线PL的部分的纵剖视图。

图2的(A)是铸造具有这样的冷却通道C的活塞P的铸造装置，其具有：模具1，其具有能够以图1的(B)所示的分型线PL为对合面进行分割的左模1a和右模1b；型腔2，其形成于该模具1的内部；金属型芯3，其配置于该型腔2内而对活塞P的内部空间S进行成型；以及透气性的盐芯4，其配置于该金属型芯3上侧的外周侧，对冷却通道C进行成型。

在所述模具1形成有从未图示的浇包向所述型腔2内浇注熔融金属5的浇口6，并且在所述型腔2的上方位置形成有被浇注的熔融金属5的冒口部、排出熔融金属5内的气体等的排气孔7。

所述金属型芯3对活塞P的所述内部空间S进行成型，横截面形成为大致凸状，所述金属型芯3上下可动地安装于型腔2的底面，由下侧的大径圆筒部3a和从其上端向上方延伸的小径圆筒部3b构成。另外，在大径圆筒部3a的径向外周侧的隔着所述中心轴线L对称的位置，沿上下方向贯通形成有供支承所述盐芯4的一对支承棒8贯插的贯插孔9。

如图2的(A)、图3所示，所述各支承棒8形成为细长的圆柱状，在其上端部具有小径的支承销8a，通过其上端部支承所述盐芯4，并且该支承销8a在形成于所述盐芯4的后述的支承孔4f内从该盐芯4的下端延伸至上端附近。

如图3所示，所述盐芯4由通过后述的成型机11压粉成型后的盐粒17形成为圆环状，如图2的(B)、的(C)所示，其横截面由以下部分左右非对称地构成：与所述中心轴线L平行的径向最外侧的外侧面4a；从该外侧面4a的下端向径向内侧延伸的下表面4b；从该下表面4b的内端与所述中心轴线L平行地以比所述外侧面4a的长度短的长度向上方延伸的内侧面4c；从该内侧面4c的上端朝向径向外侧向斜上方延伸的倾斜面4d；以及从该倾斜面4d的末端向径向外侧延伸至所述外侧面4a的上端的上表面4e，各面的连接部形成为平滑的圆弧状。另外，在所述盐芯4的大致直径方向上的对置位置，上下贯通形成有供所述各支承棒8的支承销8a从下方贯插的一对支承孔4f，所述盐芯4的各支承孔4f以外的部位以在盐粒17之间具有后述的间隙18的方式形成为实心体。

接着，根据图2的(A)对具有这样的冷却通道C的活塞P的铸造方法进行说明。

在铸造活塞P时，将模具1开模，使预先贯插保持于大径圆筒部3a的贯插孔9内的支承棒8的支承销8a贯插于所述盐芯4的支承孔4f，使所述盐芯4支承于型腔2内。此外，该状态下，在盐芯4的外表面与型腔2的内壁面之间，除了所述各支承棒8的突出的部位以外，还形成有熔融金属能够流通的间隙(如后面叙述那样，所述各支承棒8的突出的部位为铸造后的活塞P上的所述开口H1、H2)。

在该状态下，将模具1合模，当从浇口6向所述型腔2内浇注熔融金属5时，熔融金属5在型腔2内沿着金属型芯3的外周面上升，在到达金属型芯3的大径圆筒部3a的上端时，分流为沿着盐芯4的外侧面4a在其外周侧上升的流体、和从盐芯4的下表面4b沿着内侧面4c在其内周侧上升的流体。

图4的(A)示出了这样分流的熔融金属5到达了盐芯4的上表面的状态。在熔融金属5从该状态起在所述型腔2内进一步上升时，在从盐芯4的内周侧绕到上部的熔融金属与从盐芯的外周侧绕到上部的熔融金属汇流的部位，如图4的(B)所示，通过从内周侧以及外周侧绕来的各熔融金属而被挤出的型腔内的残留气体10在它们相面对的部分相互碰撞，由此，熔融金属5的流动被阻碍而可能引起填充不良，但在本发明中，如后述的图6所示，在具有透气性的透气性盐芯3的盐粒17相互间形成有能够保持残存于型腔2中的气体10的间隙18，因此，能够使残存的残留气体10进入该间隙18而被保持，能够防止熔融金属5的流动在该部分被阻碍而引起填充不良。

这样，在通过将熔融金属5填充到型腔2内而成型出活塞P的粗料之后，使所述各支承棒8下降而从活塞P拔出，并且将模具1开模而取出活塞P，使高压水从活塞P的通过所述各支承棒8的拔出而形成的所述开口H1、H2接触残存在冷却通道C内的盐芯4，由此，将残存的盐芯4的原料盐溶解、除去。

接下来，以下对能够在盐芯4的盐粒17相互间形成能够保持残存于型腔中的气体的间隙18的本发明的透气性盐芯4的制造方法进行说明。

图5的(A)表示用于对本发明的透气性盐芯4进行压粉成型的成型机11，其具有：上冲头12，其具有形成为圆环状的按压部12a；下冲头13，其具有同样形成为圆环状的按压部13a；以及冲模14，其包围该下冲头13的按压部13a，用于形成所述盐芯4的支承孔4f的一对棒状体15从下冲头13的按压部13a突出。并且，这些上冲头12的按压部12a、下冲头13的按压部13a、冲模14以及棒状体15构成了用于对透气性盐芯4进行压粉成型的成型机11的模具。

如图5的(B1)所示，上冲头12的按压部12a以及下冲头13的按压部13a的对置面形成为与成型后的盐芯4的形状一致的形状，以使得无需对压粉成型后的盐芯4实施机械加工，在盐芯4的成型时，首先，在下冲头13的按压部13a的上表面的由下冲头13的侧壁13b与冲模14夹着的槽部16内填充了平均粒径为350μm左右且大致固定的原料盐后，如图5的(B2)所示，使上冲头12下降，利用该按压部12a以80～130MPa的低压的成型压力对填充于槽部16内的原料盐进行压缩从而进行盐芯4的压粉成型。在压粉成型后，如图5的(B3)所示，使上冲头12的按压部12a向上方移动，使下冲头13的按压部13a上升，由此，能够从压粉成型后的透气性的盐芯4拔出棒状体15并同时将该盐芯4从槽16内提起。

本发明以这样的80～130MPa的低压对原料盐进行压缩，因此，不会对作为成型机11的模具的上、下冲头的按压部12a、13a的对置面施加过大的载荷，因此，即使将上、下冲头的按压部12a、13a的对置面预先形成为与压粉成型后的盐芯4的形状一致的形状，上、下冲头的按压部12a、13a也不会提前破损。

而且，如上所述，通过以低压进行成型，能够利用上、下冲头12、13直接成型出盐芯4的截面形状，因此，成型精度良好，能够使得在压粉成型后不需要实施机械加工，因此，在压粉成型后，仅通过从由下冲头13的按压部13a和冲模14夹着的槽部16拔出棒状体15并同时取出压粉成型后的盐芯4，就能够不经过烧制工序、机械加工工序地制造具有支承孔4f的透气性盐芯4，能够实现所谓的净形化。

接着，以下对如下内容进行说明：通过以这样的80～130MPa的低压对原料盐进行压缩，能够在原料盐的微粒间充分地确保能够保持气体的间隙18，并且能够保持设置在模具1的型腔2内而不产生设置裂纹程度的强度。

图6表示将成型压力设为90MPa的本实施方式的透气性盐芯表面的电子显微镜照片、和将成型压力设为210MPa的以往方式的盐芯表面的电子显微镜照片，在本实施方式的电子显微镜照片中，标号17所示的是盐粒，标号18所示的是间隙。由该电子显微镜照片可知，在本实施方式中，在盐粒17间残存有能够保持气体的间隙18，但在以往的以一般的成型压力即210MPa的成型压力进行成型的以往方式中，成为不存在能够保持气体的间隙18的状态。

而且，由表示以成型压力(MPa)为横轴、以填充密度(％)为纵轴时的成型压力与填充密度之间的关系的图7可知，以这样的80～130MPa的成型压力制造的透气性的盐芯4中，如★所示，能够将填充密度收敛在88％～92％的范围内，因此，能够在盐粒17的相互间形成能够保持在铸造过程中残存于型腔2中的气体10的间隙18，铸造时的充型性能良好，另外，能够保持在将该盐芯4设置于模具1的型腔2内时不产生设置裂纹程度的强度。

关于这一点，在图8中进一步进行说明。

图8是分别用点划线及实线在图表中表示以填充密度为横轴、以冷却通道C内的充型性能不良的比例及设置裂纹的比例为纵轴时的填充密度与充型性能不良的比例之间的关系、及填充密度与设置裂纹的比例之间的关系，由该图表可知，○所示的冷却通道C内的充型性能不良的比例在填充密度超过92％之前为0％，而从填充密度超过92％的阶段起逐渐增大，另外，●所示的设置裂纹的产生比例在填充密度为88％以上时为0％，而在填充密度小于88％时随着填充密度下降而逐渐增大(★表示○与●重叠的部分。)。因此，在将填充密度收敛在88％～92％的范围内的情况下，如★所示，能够将充型性能不良的比例、设置裂纹的比例抑制为0％，因此，能够理解：通过以这样的80～130MPa的低压对原料盐进行压缩，能够在原料盐的粒子间充分地确保能够保持气体的间隙18，并且能够保持在设置于模具1的型腔2内时不产生设置裂纹程度的强度。

与之相对地，以往的盐芯在设置于铸造用模具的型腔之前被实施用于将其成型为规定形状的机械加工，因此，为了确保能够耐受机械加工的强度，通常为了提高填充密度而混合粒径不同的原料盐，在混合后的原料盐中添加水玻璃等粘合剂、金属皂等润滑剂等添加剂来提高强度，并且进一步通过高压的冲压进行压粉成型来提高填充密度，为了进一步提高强度而进行烧制，在经过这样的工序之后，实施用于将盐芯成型为规定形状的机械加工、用于形成支承销用的支承孔的孔加工，因此，制造工序复杂，难以以低成本制造盐芯。而且，关于通过这样的以往的工序制造的盐芯中，原料盐的填充密度高，型腔内的残留气体难以进入盐芯的内部，容易引起熔融金属的填充不良，而本发明的透气性盐芯4在以低压进行压粉成型从而在压粉成型后的多个盐粒17的相互间形成能够保持气体的间隙18，因此，能够将粒径大致固定且不含添加物的盐粒17直接低压压粉成型，因此，不仅能够省略烧制、机械加工作业，而且也不需要混合粒径不同的盐粒17、或者添加水玻璃等粘合剂、金属皂等润滑剂等添加剂，能够简单且低成本地制造不易引起熔融金属的填充不良的透气性盐芯。

接着，对具有上述结构的本发明的实施方式的作用进行说明。

在本实施方式中，设置于模具1的型腔2并在铸造后被溶解、除去的透气性盐芯4是将多个盐粒17压粉成型为与活塞P的冷却通道C对应的规定形状而构成的，并且在该压粉成型后的所述多个盐粒17的相互间形成有能够保持在铸造过程中残存于型腔中的残留气体10的间隙18，因此，通过使在铸造过程中残存于型腔2中的气体10进入该间隙18而进行保持，能够防止熔融金属5的流动因该残留气体10而被阻碍，能够形成不易引起熔融金属5的填充不良的、充型性能良好的透气性盐芯4。

而且，该透气性盐芯4不需要特别设置供通过熔融金属5而被挤出的型腔2内的残留气体10逸出的槽，因此，制造工序简单且能够以低成本制造。

另外，所述透气性盐芯4的填充密度为88％～92％，因此，能够充分地确保保持在铸造过程中残存于型腔中的气体10的间隙18而使充型性能良好，并且能够保持设置于型腔2内时不会产生设置裂纹的强度。

另外，能够简单且低成本地制造充型性能良好的具有冷却通道C的活塞P。

另外，所述透气性盐芯4在未烧制状态下使用，因此，能够避免伴随烧制的盐粒17的接触部的熔融，能够在盐粒17相互间可靠地形成能够保持残存于型腔中的气体的间隙18。

另外，关于透气性盐芯，以80～130MPa的成型压力对盐粒17进行压粉成型以使得填充密度为88％～92％，在该压粉成型后，省略烧制工序和机械加工工序来进行制造。通过这样以80～130MPa的低压进行压粉成型，能够使用与盐芯的截面形状匹配的成型机11的模具，因此，能够省略机械加工工序，而且通过将此时的填充密度设为88％～92％，即使将盐芯4以原有的状态设置于型腔2内，也不会在设置时产生设置裂纹，能够省略烧制工序，因此，制造工序简单且能够以低成本进行制造。

而且，通过以低压进行压粉成型，在成型后的多个盐粒17的相互间形成有能够保持在铸造过程中残存于型腔2中的气体10的间隙18，因此，通过使在铸造过程中残存于型腔2中的气体10进入所述间隙18，能够不阻碍熔融金属的流动，能够形成充型性能良好的透气性盐芯4。

另外，仅由粒径大致固定且不含水玻璃、金属皂等添加物的盐粒17直接进行低压压粉成型，因此，无需混合粒径不同的盐粒17、或添加水玻璃等粘合剂、金属皂等润滑剂等添加剂，就能够简单且低成本地制造在盐粒17相互间形成有能够保持气体的间隙18的透气性盐芯。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明能够在不脱离其主旨的范围内进行各种设计变更。

例如，本发明的透气性盐芯4除了形成活塞P的冷却通道C以外，为了成型出铸造产品的中空部，也能够作为盐芯有效地使用。

Claims (6)

1.一种透气性盐芯(4)，为了成型出铸造产品的中空部而被设置于铸造用模具(1)的型腔(2)中，且在铸造后被溶解、除去，其特征在于，

该透气性盐芯(4)将多个盐粒(17)压粉成型为与所述中空部对应的规定形状而构成，

在所述压粉成型后的所述多个盐粒(17)的相互间形成有能够保持在铸造过程中残存在所述型腔(2)中的气体(10)的间隙(18)。

2.根据权利要求1所述的透气性盐芯，其特征在于，

压粉成型后的填充密度为88％～92％。

3.根据权利要求1或2所述的透气性盐芯，其特征在于，

所述铸造产品是内燃机用的活塞(P)，所述中空部是该活塞的顶部处的冷却通道(C)。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的透气性盐芯，其特征在于，

所述透气性盐芯在未烧制状态下使用。

5.一种权利要求1所述的透气性盐芯的制造方法，其特征在于，

将所述盐粒(17)以80～130MPa的成型压力压粉成型为使得填充密度为88％～92％，在该压粉成型后，省略烧制工序和机械加工工序。

6.根据权利要求5所述的透气性盐芯的制造方法，其特征在于，

仅由不含添加物的所述盐粒(17)直接进行压粉成型。

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