CN1277632C - 铸造方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于铸造一种结构的装置，包括：一个竖直分型线砂模组件，它具有一个限定出一个第一型腔的第一侧模和一个限定出一个第二型腔的第二侧模，所述侧模中的至少一个限定出一个与一直浇道连通的熔融金属浇口杯腔，并且，所述侧模中的至少一个具有一个砂芯，该砂芯限定出一个压印表面以及一个孔道，该孔道充当将浇口杯腔与由第一和第二型腔形成的独立铸型腔流体连通起来的内浇道，该砂芯还限定形成一防溅挡板。

Description

铸造方法及其装置
技术领域
本发明涉及铸造金属部件的方法和装置，更详细地说，涉及采用可以在复杂的铸造成品中减少杂质和缺陷数量的竖直分型线的铸造装置和方法。
背景技术
长期以来，涡卷部件一直采用各种砂型铸造以铁基合金或其它合金来生产。由于对于绝大多数应用而言，这些铸件接下来必须进行彻底地机械加工使之达到很精密的公差，而且必须不存在有害的缺陷，所以要求将铸造公差以及与砂的质量相关的问题，诸如疤痕，夹杂物，以及砂眼等减少到最低限度。这些考虑使得人们倾向于利用优质铸造方法，诸如壳型造型，消失模铸造(lost foam casting)等。一些不太昂贵的铸造方法，例如各种湿砂铸造技术也常常被采用，但一般而言，从其公差及质量的角度考虑，它们通常仅获得某种程度的成功。对湿砂铸造而言，通过使用壳芯，冷芯盒砂芯或类似的型芯并通过小心地设计砂芯头，可以改善诸如涡卷部件的渐开线等最重要的铸件结构的公差。此外，通过把砂芯头和湿砂铸件的结构置于铸模的同一侧，可以进一步改进公差。但不幸的是，一些与砂相关的质量问题仍然存在。在一般低成本的水平分型线铸模的情况下，众所周知的浇注系统(横浇道，内浇道，直浇道窝，阻流浇口(choke)，浇道末端(tail)等)设计原则，对于解决这些质量问题的根本原因取得一定的成功。在成本非常低的竖直分型线铸模中，例如在一个Disa(迪沙)铸模上进行生产时，即使是最小心地进行设计的传统的浇注系统也不能成功地避免散砂以及与砂相关的质量缺陷。
在砂型铸造一个涡卷部件时，涡卷翼的窄而深的空间容易截留外来物质例如被熔融金属夹带的散砂，渐开线的取向是这种可能性的一个重要因素。具有水平轴线的渐开线起着一个十分有效的陷阱的作用。水平渐开线取向通常用于成本较低的竖直分型的铸模，这种分型线取向易于产生散砂。在这种情况下，一般宁肯不依靠传统的内浇道芯或滤芯(filter core)，一种优选的途径是对浇注系统进行新颖的设计，使之较少产生散砂。一般说来，利用竖直分型模的传统浇注有三个因素造成散砂，它们是高的速度，突然改变方向，以及紊流。本发明构成一种可以适当地解决这些问题的补救方法。
发明内容
本发明的目的是克服包括竖直分型模的湿砂铸造的质量限制，以便生产要求高的铸造精度和高质量的涡形件和类似产品。本发明的另一个目的是生产没有夹杂物和砂眼的湿砂铸造部件。
因此，本发明具有一个作为第一和第二侧模的型腔形成的竖直分型砂模。至少一个侧模的型腔限定出一个与直浇道连通的浇口杯。另外，由侧模之一形成的模具具有一个砂芯；该砂芯具有一个压印表面(imprint surface)并在其上限定出一个内浇道或一个冒口颈。
通过下面所进行的详细描述，本发明的进一步的应用范围将会变得更加清楚，应当理解，下面所进行的详细描述以及以发明的优选实施例的形式所列举的特定的例子，其目的仅仅是为进行说明，而不是对本发明的范围进行限定。
附图说明
通过下面的描述和附图，将会对本发明更清楚地加以理解，其中：
图1和2表示一个涡卷机及利用本发明的铸造装置和方法形成的部件；
图3表示根据本发明的组装好的砂型组件；
图4是表示根据本发明的另外一个包括一个易熔塞的实施例；
图5表示根据本发明的另一个实施例，其中描述的易熔塞部件为另外一种结构；
图6表示本发明的另外一种包括陶瓷过滤器的实施例；以及
图7和8表示本发明的铸模组件的另外的结构。
具体实施方式
对于图中所示的涡卷部件的一般结构的描述并不是为了对本发明加以限制。熟悉本领域的技术人员应当理解，所描述的部件是以示意的方式表示的，同时这种结构部件的变形，改型以及改进均包含在本发明的范围内。进而，本发明适用于除图中所示的结构之外，还适用于许多不同涡卷结构。
一个涡卷机(例如，不作为限制的，一个涡卷压缩机)的总体结构一般包括一个曲柄轴，用于驱动(例如借助一个适当的马达)一对涡形件中的至少其中之一，所述其中的一个涡卷部件与另一个与之啮合的涡卷部件进行相对的环行运动。图1表示出一个典型的涡卷机10的总体部件。图1中表示出一个圆柱形的密封外壳12，该外壳在一端上具有盖14，在另一端上具有底座16。一个包含一个定子20和一个连接到曲柄轴24上的转子22的电动机18，用于驱动曲柄轴24。曲柄轴24本身被连接到一个第一涡卷部件26上。一个减荷(unloader)驱动衬套28设置在第一涡卷部件26与曲柄轴24之间。第一涡卷部件26与第二涡卷部件30相互啮合。在第一涡卷部件26与第二涡卷部件30之间设置一个欧氏环32，以防止或限制第一涡卷部件26与第二涡卷部件30的相对转动。一个主轴承箱34设置在第一涡卷部件26的下方并对其进行支承。
参照图1和图2，它表示出第一涡卷部件26的一个例子。该涡卷部件26具有一个底座36。底座36包括一个板38，该板限定出一个表面，从该表面上延伸出一个涡卷翼40。翼40终止于翼的顶部42。一个圆柱形的毂44从表面46向远离涡卷翼40的方向延伸。圆柱形毂44具有一个限定于其内的轴向孔48，在该孔内可旋转地设置有所述减荷衬套28，该减荷衬套具有一个内孔，其结构用于和曲柄轴24的一端啮合(例如，如这里被引用为参考文献的美国专利No.4767293所公开的那样)。
图1中还表示出适宜的第二涡卷部件30的例子。所述第二涡卷部件30包括一个底座部分50，该底座具有一个第一板52，一个从第一板52上悬垂的壁54，以及一个第二板56。一个密封凸缘58从第二板56绕其周围向外延伸。一个密封垫圈60在密封凸缘58内远离第二板56向外延伸。一个涡卷翼62在第二板56的与密封垫圈60所在的表面相反的表面上延伸。翼62终止于翼的顶部64。
涡卷压缩部件可以相互联动地组合，如熟悉本领域的技术人员可以理解的那样。对涡卷压缩机的操作和对它的各种实施例以及对它的改进的具有代表性的美国专利的例子包括但不限于No.4767293和No.5411384，这里将它们专门引用为参考文献。
欧氏联轴节(例如环32)可以采取各种形式，但通常包括两对键，其中一对与位于第一涡卷部件上的槽啮合，其另一对与位于第二涡卷部件上的槽啮合，或者与位于一个固定体上或者位于轴承箱上的槽啮合。当然，它们存在着各种变形形式或改进形式，例如，由这里被引用为参考文献的美国专利No.5320506所表明的那样。
本发明涉及一种铸造涡卷机的部件的系统和方法，所述铸造部件的铸造缺陷很少，且其公差获得很大的改进。在一个实施例中，本发明将在铸模中使用特殊的浇注系统，以便减少侵蚀性的造型材料的数量。在另外一个实施例中，本发明将在浇注系统中结合使用易熔塞，在该系统中具有附加的合金材料，或者没有附加的合金材料。对于具有大的渐开线结构、因此潜在地比其它部件更有可能存在铸造缺陷的涡卷机部件，加入易熔塞是特别有益的。特别是，本发明对涡卷部件特别有用，例如(但不限于)涡卷部件，减荷衬套，轴承箱，以及防止或限制涡形件旋转的器件，例如欧氏联轴节。
因此，图3公开了一种砂型组件70，它具有一个竖直分型线71，一个第一侧模72和一个第二侧模73。砂型70用湿砂造型材料形成，它是一种由砂和粘土制成的造型材料，这在本领域是公知的。另外，该铸模包括一个砂芯76，该砂芯优选地包括特定铸件的细部。至少其中一个侧模限定出一个浇口杯74，一个直浇道75与之连通。第二个侧模73其内装有一个砂芯76。砂芯76具有一个压印表面，它限定出铸件的渐开线特征，同时在其中限定出至少一个用于型腔79的内浇道80。最好，第一侧模72限定出该直浇道75和浇口杯74，而第二侧铸模于其内限定出型腔79。本领域的人员将会理解，每个侧铸模的对向面可以分别包括第一和第二侧模的型腔。以这种方式，可以高效地组装一个连续的铸模串。
用于生产砂型70的侧模的设计涉及到把砂芯头包括到砂型70的同一侧内，砂型包括型腔79的湿砂部分78。这种结构可以消除由于两个侧模之间对准时产生的称为失配的误差所造成的不利影响。这与大多数传统做法不同，在传统情况下，一侧铸模有砂芯头，而另一侧模则形成真正型腔的某些部分。如从图3可以清楚地看出的，第一侧模72不包括铸件的特征，而只包含浇口杯74和直浇道75。这样就减少了暴露在高速流动的熔融金属中的湿砂造型材料78的表面面积。
最好采用树脂结合的砂、利用壳芯制芯法或冷芯盒制芯法制造的砂芯76限定出进入型腔79的内浇道80。内浇道80可以采用一个槽口内浇道(notch gate)的形式，或者采用穿过砂芯76限定出的孔的形式。在任何一种情况下，砂芯76最好限定出一个树脂粘接的防溅挡板81，用于防止流入的熔融金属在其必须改变流动方向的部位82处冲击湿砂造型材料78。防溅挡板81的功能是在型腔内浇道80的下游侧83熔融金属流改变方向处提供一个耐热和耐侵蚀的砂型材料表面。如果没有该结构，熔融金属流方向的改变将很可能冲击侵蚀湿砂造型材料78的表面。这将大大降低造型材料进入型腔79中的量。优选地，防溅挡板81与包括渐开线砂芯头在内的砂芯76成一整体地形成。
尽管内浇道80可以是砂芯76中的一个简单的贯通孔，但在某些情况可从用于控制紊流源的增强设计当中获益。紊流起源于在熔融金属完全充满浇注系统之前、熔融金属通过内浇道80的流动。如从图4中可以清楚地看到的，不管内浇道是压边内浇道，一个槽口内浇道，还是通过砂芯76限定的孔，内浇道80都可以包含一个易熔塞84。易熔塞84可以是一个插入到砂芯76的内浇道80内的钢盘。优选地，该易熔塞84可以借助易熔塞84上的安装接头85或凸耳固定地结合到砂芯76上。或者如图5所示，易熔塞84可以是加工成杯状86。不管是什么形状，易熔塞84的作用是把熔融材料向型腔79内的流入一直推迟到直浇道75和浇口杯74充满足以填满型腔79的熔融材料之后才开始。如果铸模设计需要使用冒口颈，易熔塞84也可以装在一个冒口颈中。采用易熔塞84显著地减少了因熔融金属的速度变化引起的紊流，并且减少了成品中由侵蚀导致的缺陷材料量。
为了便于易熔塞84的保持，有几种可供选择的方案。芯盒滑块(slide)可以形成一个易熔圆盘或方块84匹配于其中的合适的狭槽87。或者，可以形成杯状易熔塞86以便与内浇道80的内表面接触。如图中所示，在形成杯状的易熔塞86的敞开端可以设置非必需的“凸耳”85，它起着倒刺的作用，协助将杯状易熔塞86直接保持在渐开线砂芯头77的孔状或槽口内浇道80内。也可以用各种胶及耐火胶粘材料保持任何形状的易熔塞84或86。
通过安装至少一个易熔塞84，在熔融金属开始向型腔内流入之前，直浇道75可被完全充满。一般而言，易熔塞84与长期以来一直用于型内孕育蠕虫状石墨或向蠕虫状石墨转化的那些易熔塞不同，因为那些易熔塞在模具闭合后被安装到一个凹处。但是，应当认识到，利用这些老式的易熔塞84和本发明相结合是有益的，它可以同时利用在型内进行孕育处理的优点并且可以降低竖直的熔体流速。
如果在没有渐开线砂芯76存在的情况下，想要利用一个易熔塞84，例如，对于一个可以完全以湿砂铸造材料78铸造的大直径短翼涡卷，易熔塞84可以被直接放入铸模内，例如利用自动下芯机。
易熔塞84的主要作用是控制进入型腔79内的散砂，但是它的一个附加的目的或优点是用于消除铁豆型缺陷(shot type defects)，有时当金属最开始进入型腔时，特别是当浇注温度低时，会形成这种缺陷。这样将允许并有利于使用低浇注温度，以便进行显微结构的控制或节省能量，同时还不会有损于质量。
在不需要易熔塞或者易熔塞不足以消除熔融金属的初始部分的侵蚀导致的污染的情况下，通过向直浇道75、内浇道80或流道添加“J”字形流体陷阱90，可以对本发明进行进一步的改进。它可以捕获熔融金属的开始部分，使之不进入型腔。图5表示采用J-形流体陷阱90捕获流向型腔79的熔融金属的初始部分。一般地，熔融材料的该初始部分包含松散的造型材料的绝大部分。
如可以从图6中最清楚地看出的，本发明的装置也可以选择性地在砂芯76的内浇道80内包括一个滤芯92。可以设想，可以在把砂芯76插入到铸模70的第一侧模72内之后，把该滤芯92插入到内浇道80内。也可以将其成整体地形成于砂芯76内，或者也可以把它浇铸到砂芯76内，或者也可以在把砂芯装入到铸模70内之前将其插入到砂芯76内。
如图5和6所示，陶瓷滤芯92可以用来把易熔塞84保持在内浇道80内。内浇道80也可以具有一个第一直径部分93用于保持陶瓷滤芯92和易熔塞84和一个第二直径部分94，用于限制进入型腔内的熔融金属流。可以预期，内浇道80和/或区域可被设计成改变或控制进入型腔79的熔融材料流。
图7和8表示本发明的另外一个实施例。图7表示本发明的另外一种完整铸模100的侧视图。如图7所示，浇口杯102和直浇道103被结合到另外一种铸模100的第二侧模105的分型线表面104上。如图所示，该铸模100的第一侧模106只起着浇口杯102和直浇道103的一个表面的作用，并用于把砂芯保持就位。而对于前面所描述的另外一种完整铸模70，内浇道80被结合到砂芯76内。此外，浇注系统的防溅挡板被结合到砂芯内，并且可以是铸造复合体的非关键面。
图8表示第二侧模105并表示了一个方形砂芯或组合砂芯76，它结合有渐开线形式的涡卷部件106，设置在湿砂造型材料78中。浇口杯102和与限定在砂芯76内的内浇道80连通的直浇道103形成于第一侧铸模的湿砂造型材料78内。防溅挡板81使熔融材料改变方向，并流入到型腔79内以便进行铸造。图中所示为一个铸造在型腔79内的涡卷部件106，所述型腔79形成于砂芯76与第二侧模105上的湿砂造型材料78之间。可以设想，一个平坦型的易熔塞84或者一个杯状的易熔塞86可以结合到铸模100的浇注系统(流槽或浇口)80中。此外，也可以将滤芯92装入到砂芯76的浇口80中。
上面对本发明的描述仅是举例性的，因此各种变形并不超出本发明的主旨并且处于本发明的范围之内。这样的变形不被认为脱离本发明的主旨和范围。

Claims (35)

1、一种用于铸造的装置，包括：
一个竖直分型线砂模组件，它具有一个限定出一个第一型腔的第一侧模和一个限定出一个第二型腔的第二侧模，所述侧模中的至少一个限定出一个与一直浇道连通的熔融金属浇口杯腔，并且，所述侧模中的至少一个具有一个砂芯，该砂芯限定出一个压印表面以及一个孔道，该孔道充当将浇口杯腔与由第一和第二型腔形成的独立铸型腔流体连通起来的内浇道，该砂芯还限定形成一防溅挡板。
2、如权利要求1所述的装置，其中，所述内浇道是一个槽口浇道。
3、如权利要求1所述的装置，其中，所述砂芯限定出一个“J”形流体陷阱。
4、如权利要求1所述的装置，其中，所述第一侧模不包含铸件的细节。
5、如权利要求1所述的装置，其中，砂芯是一个树脂粘接的壳芯。
6、如权利要求1所述的装置，其中，所述内浇道包括一个易熔塞。
7、如权利要求6所述的装置，其中，易熔塞是一个钢盘。
8、如权利要求7所述的装置，其中，易熔塞是杯状的。
9、如权利要求8所述的装置，其中，所述易熔塞具有保持凸耳，用于连接到砂芯上。
10、如权利要求1所述的装置，其中，所述内浇道包括一个过滤元件。
11、如权利要求10所述的装置，其中，所述过滤元件是一个插入到内浇道中的陶瓷过滤器。
12、如权利要求10所述的装置，其中，过滤元件是陶瓷质的。
13、如权利要求10所述的装置，其中，过滤元件进一步包括一个易熔塞。
14、如权利要求13所述的装置，其中，所述易熔塞是一个钢盘。
15、如权利要求13所述的装置，其中，所述易熔塞被结合到砂芯上。
16、如权利要求13所述的装置，其中，所述易熔塞是杯状的。
17、如权利要求16所述的装置，其中，所述易熔塞具有连接到砂芯上的凸耳。
18、如权利要求16所述的装置，其中，所述易熔塞用粘合剂粘接在砂芯上。
19、如权利要求16所述的装置，其中，所述易熔塞包含一种孕育剂。
20、如权利要求16所述的装置，其中，所述易熔塞帮助在铸件中形成蠕虫状石墨。
21、如权利要求10所述的装置，其中，所述内浇道是一个穿过砂芯部件设置的孔。
22、用于铸造涡卷部件的装置，包括：
一个竖直分型砂模组件，它具有一个限定出第一型腔的第一侧模和一个限定出第二型腔的第二侧模，所述侧模中的至少一个限定出一个与一直浇道连通的熔融金属浇口杯腔，并且，所述侧模中的至少一个具有一个砂芯，该砂芯限定出一个渐开线压印表面以及一个孔道，该孔道充当将浇口杯腔与由第一和第二型腔形成的独立铸型腔流体连通起来的内浇道，其中所述孔道形成在所述浇口杯腔和所述独立铸型腔之间。
23、如权利要求22所述的装置，其中，砂芯限定出一个J型流体陷阱。
24、如权利要求22所述的装置，其中，第一侧模不包含铸件细节。
25、如权利要求22所述的装置，其中，砂芯是一个树脂粘合的壳体。
26、如权利要求22所述的装置，其中，浇口包括一个易熔塞。
27、如权利要求26所述的装置，其中，易熔塞是一个钢盘。
28、如权利要求22所述的装置，其中，易熔塞是杯状的。
29、如权利要求22所述的装置，其中，易熔塞包括孕育剂。
30、如权利要求22所述的装置，其中，直浇道和浇口杯腔形成于第二侧模内。
31、如权利要求22所述的装置，其中，直浇道和浇口杯形成于第一侧模内。
32、一种铸造涡卷部件的方法，包括以下步骤：
提供一个铸模，该铸模具有一个竖直分型线以及第一侧铸模和第二侧铸模，所述铸模中的至少一个限定出一个与直浇道连通的熔融金属浇口杯腔，第二侧铸模具有一个砂芯，所述砂芯具有一个压印表面，所述砂芯限定出一个穿过其内的孔道，该孔道将浇口杯腔与由铸模限定形成的独立铸型腔流体连通起来，该砂芯还限定形成一防溅挡板；
在所述孔道中设置一个易熔塞；以及
向浇口杯中提供熔融金属。
33、如权利要求32所述的方法，其中，在所述孔道中提供一个易熔塞的步骤包括在所述孔道中提供一个降低进入所述孔道内的熔融金属的速度的易熔塞。
34、如权利要求32所述的方法，其中，向所述孔道中提供一个易熔塞的步骤包括提供孕育剂。
35、如权利要求34所述的方法，其中，提供一个铸模的步骤包括提供一个冒口颈，所述提供一个易熔塞的步骤是向所述冒口颈中设置一个易熔塞。
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