CN116493545A - 用于硬模铸造的铸造模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于硬模铸造的铸造模具，其包括硬模(2)和布置在硬模(2)内部的插入件(32)，其中插入件(32)与硬模(2)的部分区域一起构形成待铸造的构件的外轮廓。

Description

用于硬模铸造的铸造模具

技术领域

本发明涉及一种用于硬模铸造的铸造模具。此外，本发明涉及一种用于制造硬模铸造的铸造模具的方法，以及一种用于硬模铸造构件的方法。

背景技术

已知用于硬模铸造(Kokillengieβen)的铸造模具，其中硬模(Kokille)用作永久模具。硬模在此构形成待铸造的构件。此外，如果待铸造具有底切和/或空腔的构件，则已知使用铸造芯，铸造芯例如可以由沙子形成。替换地，也可以使用具有滑块的硬模。在构件凝固后从底切或空腔中拉出这种滑块，从而可以实现构件的脱模。硬模通常需要非常复杂且昂贵的制造，因为特别是对于具有不同几何形状的构件也需要相应地调整的不同硬模。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于硬模铸造的铸造模具，该铸造模具可以实现高效且经济地制造不同几何形状的构件。此外，本发明要解决的技术问题提供一种简单且成本低廉的用于制造铸造模具的方法。本发明的另外要解决的技术问题是提供一种用于硬模铸造构件的方法，利用该方法能够高效且经济地制造不同几何形状的构件。

上述技术问题通过根据本发明的铸造模具、通过根据本发明的用于制造铸造模具的方法，以及通过根据本发明的用于硬模铸造的方法来解决。

根据本发明的铸造模具包括硬模和插入件。插入件布置在硬模内。插入件和硬模的子区域共同构形成借助铸造模具待铸造的构件的外轮廓。

换言之，铸造模具设计成由两部分组成，具有硬模和附加的插入件，该附加的插入件布置在硬模中。优选地，硬模和插入件彼此连接，特别是使得插入件不可移动地固定在硬模上。在此，插入件构形成待铸造的构件的外轮廓的一部分。待铸造的构件的外轮廓的其余部分由硬模确定。

插入件优选地构形成待铸造的构件的外轮廓的至少50％、优选地至少70％。

被看作待铸造的构件的外轮廓的，尤其是待铸造的构件的从外部可接近的表面。优选地，外轮廓限定待铸造的构件的最大外部尺寸。特别地，待铸造的构件可以附加地具有内轮廓，该内轮廓具有在待铸造的构件中的空腔，即从外部无法接近的内轮廓。

本发明的铸造模具具有如下优点，即能够特别简单且成本低廉地生产，并且能够以简单且成本低廉的方式用于铸造不同几何形状的构件。通过将插入件使用在部分地构形成待铸造的构件的外轮廓的硬模中，即使对于复杂的构件几何形状，也可以使用具有简单且能够以低廉成本产生的几何形状的硬模。例如，可以使用具有简单槽形的硬模、优选地具有长方体形的铸造腔的硬模。在此，具有更复杂的外部几何形状的待铸造的构件的区域可以通过插入件塑造。在此产生如下优点，即插入件可以与硬模分开生产。例如，可以使用成本低廉的用于制造插入件的方法。此外，通过在相同的硬模几何形状中使用不同的插入件，可以很容易地将铸造模具调整到待铸造的构件的不同几何形状。因此，该铸造模具特别适合于小批量地制造构件，小批量的构件具有高度灵活性的构件几何形状，每个要制造的部件和铸造模具的成本都很低。

优选地，插入件的整个表面的至少30％、优选地至少50％与硬模接触。特别地，插入件表面的剩余部分构形成待铸造的构件。优选地，插入件和硬模彼此表面接触，也就是说，硬模具有一个或多个平坦的壁，插入件布置在所述壁上。由此可以实现硬模的特别简单的几何形状和铸造模具的简单的装配，由此可以成本特别低廉地实现铸造模具的制造和构件的铸造。

特别优选地，插入件是逐层构建的3D打印构件。这意味着，插入件具有层状结构，该层状结构特别是借助3D打印制造的。因此，具有复杂几何形状的插入件可以以简单且成本低廉的方式制造。特别地，可以以特别容易的方式为待铸造的不同构件提供不同的插入件，因为例如在插入件的制造中，只需要调整用于3D打印的原始数据。此外，可以以插入件的几何形状提供具有特别小公差的插入件。

优选地，插入件设计为消失的成形件。被看作消失的成形件的特别是铸造模具的只能在唯一铸造过程中使用的部分，例如消失的芯。由此，对于待铸造的每个构件，必须单独制造相应的插入件。由此产生如下优点，对于每个待铸造的构件，单独制造构形成其外轮廓的插入件，从而允许简单且灵活的调整。例如，可以以简单的方式在待铸造的构件上产生肋骨和/或支柱和/或凹槽和/或壁增厚部。

此外，插入件优选地由陶瓷材料、优选地由沙子制成。因此，插入件类似于砂芯设计，从而允许简单且成本低廉地制造复杂的几何形状。例如，在3D打印构件作为插入件的情况下，可以借助胶合材料喷射(Binder Jetting)来制造该插入件。

特别优选地，铸造模具还包括铸造芯。铸造芯形成待铸造的构件的内轮廓。特别的，铸造芯被设计为，使得内轮廓在待铸造的构件中形成空腔。被看作空腔的，特别是待铸造的构件中的开放的、或者替换地封闭的空腔。因此，通过铸造芯，可以形成待铸造的构件的区域，这些区域在铸造后相对于脱模方向具有底切。由此，具有复杂几何形状的构件可以以简单且成本低廉的方式进行制造。

优选地，插入件和铸造芯共同设计为一体的成形件。特别地，由插入件和铸造芯组成的共同的成形件由此可以在唯一步骤中布置在硬模中。因此，可以简单且成本低廉地制造硬模。优选地，一体的成形件可以由多个插入件和/或多个铸造芯形成。特别优选地，借助3D打印将一体的成形件制造为完整的构件。

优选地，硬模被设计为无滑块的。也就是说，硬模不具有滑块。特别地，硬模仅具有刚性的或不可移动的限定铸造腔的壁，插入件布置在该铸造腔中，并且熔体被浇注到该铸造腔中。因此，可以提供一个特别简单且成本低廉的硬模。

替换地，优选地，硬模具有至少一个滑块。特别地，至少一个滑块被设置为，例如局部地在待铸造的构件中形成底切。例如，滑块还可以简化硬模与插入件的装配和/或可以允许插入件的按压。

优选地，硬模具有铸造腔，插入件布置在铸造腔中。特别地，铸造腔可以槽形地设计。优选地，铸造腔具有长方体形状。因此，可以提供具有特别简单几何形状的硬模。

特别优选地，铸造模具还包括支撑芯。支撑芯被设置为相对于硬模保持铸造芯。例如，支撑芯可以专门用于对铸造芯起到支撑作用。替换地，支撑芯可以附加地对待铸造的构件的一部分具有成形效果。特别地，支撑芯因此可以支撑铸造芯的自由悬挂区域，以确保铸造过程期间的铸造芯的高机械稳定性。

此外，本发明涉及一种用于制造用于硬模成型的铸造模具的方法。优选地，借助该方法制造上述铸造模具。该方法包括以下步骤：

-提供硬模，

-制造插入件，以及

-将插入件布置在硬模内。

在此，将插入件制造成使得插入件与硬模的一部分一起形成待铸造的构件的外轮廓。因此，该方法允许简单且成本低廉地执行也可以塑造复杂的构件几何形状的铸造模具制造。

优选地，插入件的制造是借助3D打印执行的。例如，3D打印可以是所谓的“胶合材料喷射”，其中特别是通过打印头将胶合材料逐层地施加到逐层施加的粉末状的材料上，以便逐层地制造插入件。因此，可以以特别简单和成本低廉的方式创建具有复杂几何形状的插入件。此外，可以在其他相同的连续的铸造过程中以简单的方式制造具有不同几何形状的插入件，因为例如，在3D打印中不需要插入件的阴模等。

特别优选地，该方法还包括以下步骤：制造铸造芯。在此，将铸造芯制造成使它形成待铸造的构件的内轮廓。特别优选地，将铸造芯设计为形成内轮廓，使得内轮廓在待铸造的构件中具有空腔。也就是说，将铸造芯设置为，在待铸造的构件中形成空腔。优选地，在制造铸造芯后将该铸造芯布置在硬模内。因此，可以以简单且成本低廉的方式铸造具有特别复杂几何形状的构件，该构件例如具有底切。

优选地，插入件的生产和铸造芯的制造是在唯一步骤中完成的。在这种情况下，这样地制造插入件和铸造芯，使得插入件和铸造芯一起被制造为一体的成形件。由此可以实现特别高效率地执行该方法。

此外，本发明涉及一种用于硬模铸造构件的方法，特别是借助于如上所述的铸造模具。用于硬模铸造的方法包括以下步骤：

-借助上述用于制造铸造模具的方法制造模具，以及

-铸造构件。

优选地，铸造由铝或铝合金制成的构件。在此，该方法特别适用于成本低廉地制造小批量的具有复杂几何形状的构件，因为例如可以特别容易地实现借助铸造模具依次铸造的构件的几何形状变化。

优选地，用于硬模铸造的方法包括以下步骤：

-制造具有第一硬模和第一插入件的第一铸造模具，

-借助第一铸造模具铸造第一构件，

-从第一铸造模具中脱出第一构件，

-制造具有第一硬模和第二插入件的第二铸造模具，

-借助第二铸造模具铸造第二构件，以及

-从第二铸造模具中脱出第二构件。

特别地，第一插入件和第二插入件具有不同的几何形状。换言之，两个彼此不同的构件是借助相应的铸造模具铸造的，其中，第一硬模被重复用于第二铸造模具。也就是说，借助重复使用第一铸造模具并且通过提供第二插入件来制造第二铸造模，该第二插入件尤其可以不同于第一插入件。因此，可以特别容易和成本低廉地铸造具有不同几何形状的构件，其中通过重复使用第一硬模，只需重新制造或调整该铸造模具的一部分。因为例如借助3D打印可以成本低廉且简单地以灵活的几何形状制造插入件，所以例如通过仅调整要打印的插入件的用于3D打印的CAD数据可以特别容易地进行几何形状的调整。

特别优选地，这两个插入件的区别在于，其中一个插入件设计为在相应待铸造的构件上形成附加的肋骨和/或支柱和/或凹槽和/或壁增厚部。

附图说明

下面根据实施例对本发明进行更详细的说明，附图中：

图1示出了根据本发明的第一实施例的铸造模具的剖面图，

图2示出了根据本发明的第二实施例的根据本发明的铸造模具的成形件的剖面图，

图3示出了图3成形件的详细的透视图，

图4示出了图3的成形件的另外的详细视图，

图5示出了根据本发明的第三实施例的铸造模具的剖面图，以及

图6示出了根据本发明的第四实施例的铸造模具的剖面图。

下面描述根据本发明的用于硬模铸造的铸造模具1的优选的实施例。在此，参考图1至图6。相同或功能相同的构件总是具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的第一实施例的铸造模具1的剖面图。铸造模具1包括硬模2和成形件3。

硬模2设计成永久模具，并且优选地由诸如钢的金属形成。硬模2具有由硬模2的壁23限定的铸造腔20，并且形成为槽形的凹处。特别地，铸造腔20具有长方体形状。

将例如由铝或铝合金制成的流动的熔化液浇注到铸造腔20中，用于铸造待制造的构件。

为了成形，即限定待铸造的构件的构件几何形状，一起设置硬模2的一部分、详细地是铸造腔20的内壁，以及附加的成形件3。由此，可以提供硬模2的铸造腔20的特别简单的槽形几何形状，其中，成形件3同时可以产生待铸造的构件的复杂的3D几何形状。此外，硬模2可以通过成形件3无滑块地形成。

在此，成形件3由沙子形成为消失的成形件。这意味着成形件3仅用于正好一次铸造操作。在铸造模具1中的熔体凝固之后，成形件3通过例如破坏从凝固的材料中移除。

成形件3是借助3D打印制造的3D打印构件。在这种情况下，成形件3是由沙子逐层建造的。因此，具有复杂几何形状的成形件3可以以简单且高效率的方式产生。

成形件3具有两个彼此不同的区域，即插入件32和铸造芯31。在此，插入件32和铸造芯31一起形成为形成件3的一体构件。也就是说，插入件32和铸造芯31借助3D打印在唯一制造步骤中一起制造。

插入件32与硬模2的壁23接触。在此，插入件32的至少30％的表面与硬模2的壁23接触。因此，插入件32和硬模2的部分区域，即壁23的插入件32不与其接触的部分区域，形成待铸造的构件的外轮廓。

铸造芯31形成待铸造的构件的内轮廓。在此，这样地构造铸造芯31，使得待铸造的构件的内轮廓具有空腔。

例如，借助本发明的铸造模具1，可以铸造用于诸如乘用车的车辆的内燃机的气缸盖。铸造芯31在此还形成气缸盖中的进气和排气通道。

图2示出了根据本发明的第二实施例的铸造模具1的本发明的成形件3的剖面图。第二实施例基本上相应于图1的第一实施例，不同之处在于成形件3附加地具有支撑芯4以及支座34。

图2的成形件3的详细视图也在图3和图4中示出，其中在没有支座34的情况下分别示出成形件3，其中图3示出爆炸视图。

支座34优选地由与插入件32和铸造芯31相同的材料形成，并与这些元件一起形成为一体的构件，即模制件3。在此，支座34提高了模制件3的机械稳定性。特别地，支座34通过附加地吸收机械力来减少在处理模制件3时出现的铸造芯31和/或插入件32的机械载荷。

支撑芯4优选地由与插入件32和铸造芯31相同的材料形成，但被设计为相对于模制件3的单独的构件(特别是参见图3)。例如，在将模制件3布置在硬模2中之前，可以将支撑芯4布置在该硬模2中。在此，支承芯4被设置为，与重力的方向相反地机械支承铸造芯31，以避免例如对铸造芯31的损坏。

可以利用所有实施例的铸造模具1如此进行构件的铸造，使得在为待铸造的每个新构件制造新的模制件3期间重复使用硬模2。通过借助3D打印来制造模制件3可以提供如下优点，可以简单且成本低廉地将不同的模制件3用于相继发生的铸造过程。这例如根据图5和图6的实施例进行说明。

图5示出了根据本发明第三实施例的铸造模具1的剖面图，其中在模制件3中仅示出了铸造芯31。第三实施例基本上相应于图1的第一实施例，不同之处在于硬模2设计成由两部分组成，具有第一半部分模具21和第二半部分模具22。在此，两个半部分模具21，22可拆卸地彼此固定。由此可以特别是通过模制件3在硬模2中的简化的组织来实现铸造模具1的简化的装配。

此外，在图5的第三实施例中，在铸造芯31上设置了支架35，借助该支架，硬模2中的铸造芯31具体地被固定在两个半部分模具21，22之间的接触面上。

图6示出了根据本发明的第四实施例的铸造模具1的剖面图。第四实施例基本上相应于图5的第三实施例，不同之处在于替换的铸造芯31。特别地，图6的铸造模具1包括与图5相同的硬模2。通过更换铸造芯31，可以产生具有替换的几何形状的另外的构件。在此，不同于第三实施例的铸造芯31，在第四实施例的铸造芯31中设置了多个凹部，这些凹部被设置为，在待铸造的构件上产生凹槽6、肋7和壁增厚部8。例如，可以提供这样的凹槽6、肋7和壁增厚部8，以使待铸造的相应构件在机械上更加稳定。

因此，图6和图5的铸造芯31具有不同的几何形状，可以通过3D打印特别简单且成本低廉地提供这些几何形状。因此，特别地，可以低成本且高效率地利用根据本发明的铸造模具1小批量地制造构件和/或单个构件。

附图标记列表

1铸造模具

2硬模

3模制件

4支撑芯

6凹槽

7肋

8增厚部

20 铸造腔

21 第一半部分模具

22 第二半部分模具

23 壁

31 铸造芯

32 插入件

34 支座

35 支架

Claims (15)

1.一种用于硬模铸造的铸造模具，包括：

-硬模(2)，以及

-布置在所述硬模(2)内的插入件(32)，

-其中，所述插入件(32)与所述硬模(2)的部分区域一起构形成待铸造的构件的外轮廓。

2.根据权利要求1所述的铸造模具，其中，所述插入件(32)的至少30％，优选至少40％的表面与所述硬模(2)接触。

3.根据前述权利要求中任一项所述的铸造模具，其中，所述插入件(32)是分层构建的3D打印构件。

4.根据前述权利要求中任一项所述的铸造模具，其中，所述插入件(32)设计为消失的成形件。

5.根据前述权利要求中任一项所述的铸造模具，其中，所述插入件(32)由陶瓷材料，特别是沙子形成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的铸造模具，还包括铸造芯(31)，所述铸造芯构形成所述待铸造的构件的内轮廓，特别是使得内轮廓在所述待铸造的构件中具有空腔。

7.根据权利要求6所述的铸造模具，其中，所述插入件(32)和所述铸造芯(31)共同设计为一体的成形件(3)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的铸造模具，其中，所述硬模(2)被设计为无滑块的，或者其中，所述硬模(2)具有至少一个滑块。

9.根据前述权利要求中任一项所述的铸造模具，还包括支撑芯(4)，所述支撑芯(4)被设置为相对于所述硬模(2)保持所述铸造芯(3)。

10.一种用于制造特别是根据前述权利要求中任一项所述的铸造模具(1)的方法，包括以下步骤：

-提供硬模(2)，

-制造插入件(32)，以及

-将所述插入件(32)布置在所述硬模(2)内，

-其中，将所述插入件(32)制造成，使得所述插入件(32)与所述硬模(2)的部分区域一起构形成所述待铸造的构件的外轮廓。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述插入件(32)的制造是借助3D打印进行的。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：

-制造铸造芯(31)，

-其中，将所述铸造芯(31)制造成，使得所述铸造芯构形成所述待铸造的构件的内轮廓，特别是使得所述内轮廓在所述待铸造的构件中具有空腔。

13.权利要求12所述的方法，其中，在唯一的步骤中进行所述插入件(32)的制造和所述铸造芯(31)的制造，使得所述插入件(32)和所述铸造芯(31)共同被制造为一体的成形件(3)。

14.一种用于特别是借助根据权利要求1至9中任一项所述的铸造模具(1)硬模铸构件的方法，包括以下步骤：

-借助根据权利要求10至13中任一项所述的方法制造铸造模具(1)，以及

-铸造所述构件。

15.根据权利要求14所述的硬模铸造方法，包括以下步骤：

-制造具有第一硬模(2)和第一插入件(32)的第一铸造模具(1)，

-借助所述第一铸造模具(1)铸造第一构件，

-从所述第一铸造模具(1)中脱出所述第一构件，

-制造具有所述第一硬模(2)和第二插入件(32)的第二铸造模具，

-借助所述第二铸造模具铸造第二构件，以及

-从所述第二铸造模具中脱出所述第二构件。