CN203470839U - 用于铸造车轮组件的模具封装 - Google Patents

Abstract

一种用于铸造车轮组件的模具封装，包括：具有腔的砂型打印下模，所述砂型打印下模具有激冷器支撑室；以及容纳在所述支撑室中的金属激冷器。模具封装还包括容纳在所述砂型打印下模的腔中的至少一个砂型打印模具嵌件；以及砂型打印上模，所述砂型打印上模连接于所述砂型打印下模，从而通过所述上模、所述下模和所述至少一个嵌件的内表面创建用于车轮组件的铸造腔。本实用新型能够结合各种类型的原型车轮的复杂设计特征，以低得多的成本快速地产生试验的原型车轮设计用于在车辆测试中使用。

Description

用于铸造车轮组件的模具封装

技术领域

本实用新型总的来说涉及使用添加式制造技术用于创建模具部件或砂模封装件，所述模具部件或砂模封装在铸造用于车辆测试的原型车轮组件时使用。

背景技术

通常制造模具封装以铸造成型零件，并且这些模具封装通常将根据应用和铸造产品需要而变化。

在开发原型车轮组件时，必须创建模具封装以铸造车轮，其中熔融金属材料会被倒入模具封装中以形成铸轮。这种模具封装通常使用诸如CNC机之类的消减式制造技术来生产，以从金属坯料切成模具从而形成具有呈现车轮形状的模腔的上模和下模封装。消减式制造技术所固有的是，模具设计人员受到限制，因为消减式制造技术不能够产生可以结合在诸如底切和膨胀腔之类的车轮设计中的所有特定几何构型。另外，考虑到原型车轮用作车辆测试的原型的属性，不必创建具有用于常规生产的车轮的模具封装的公差或循环寿命的模具封装。因此，希望创建一种能够结合各种类型的原型车轮的复杂设计特征的模具封装，其中该模具封装能够相对快速地生产，以便能够铸造并测试原型车轮。另外，理想的是具有这样的模具封装：能够用于原型车轮组件，但不具有标准生产模具型芯封装的制造和设计交付周期。此外，理想的是具有一种方法，其包括的模具成型技术能够精确地创建模具型芯封装，使得产生的铸模是车轮的近净形（near net shape）。

实用新型内容

针对现有技术的相关技术问题，本实用新型的目的在于提供一种用于铸造车轮组件的模具封装，以能够结合各种类型的原型车轮的复杂设计特征，能以低得多的成本快速地产生试验的原型车轮设计，用于在车辆测试中使用。

根据本实用新型的一个方面，用于铸造车轮的模具封装包括：具有腔的砂型打印下模，该下模具有激冷器支撑室；和容纳在该支撑室中的金属激冷器。模具封装还包括容纳在砂型打印下模的腔中的至少一个砂型打印模具嵌件，并且包括连接于砂型打印下模的砂型打印上模，从而由所述至少一个嵌件、下模和上模的内表面创建用于车轮组件的铸造腔。

本实用新型的另一方面包括一种铸造车轮组件的方法，该方法包括对下模、上模和至少一个模具嵌件进行砂型打印，其中下模包括腔和激冷器支撑室，并且进一步地，上模包括截锥体突出部，该截锥体突出部具有限定出轮辐图案的下表面。该方法还包括将金属激冷器定位在下模的激冷器支撑室中，以及将模具嵌件插入下模的腔中。通过将上模封闭在下模上来形成或限定出铸造腔，以使得上模的截锥体突出部基本设置在下模的腔内。铸造腔是期望的铸件的近净形。将浇铸道或槽道结合到上模中，使得浇铸道与铸造腔流体连通。该方法还包括将熔融合金铸造到铸造腔中，使得熔融合金的至少一部分设置成邻近激冷器。然后，熔融合金能够在铸造腔中定向地固化以形成车轮，其中熔融合金从邻近激冷器设置的熔融合金开始固化。

本实用新型的又一个方面包括一种铸造原型车轮组件的方法，其中该方法包括对模具封装的牺牲上模部分和牺牲下模部分进行砂型打印。上模部分和下模部分具有至少部分地限定出用于原型车轮的模腔的壁。激冷器定位在下模中，并且至少一个内部型芯定位在上模部分或下模部分中。所述至少一个内部型芯构造成：在模腔内至少部分地限定出用于铸件原型车轮组件的轮毂腔、轮辐腔和轮辋腔。该方法还包括在所述至少一个内部型芯周围封闭上模部分和下模部分以形成模具封装以及将熔料铸造到模腔中，使得熔料的至少一部分接触激冷器。然后，熔融合金能够在铸造腔中定向地固化以形成车轮组件，其中熔融合金从与激冷器接触的熔融合金开始固化。该方法最后包括使牺牲上模部分和牺牲下模部分破碎以形成具有轮毂部、轮辐部和轮辋部的车轮组件。

根据本实用新型的一方面，提供一种用于铸造车轮组件的模具封装，包括：具有腔的砂型打印下模，所述砂型打印下模具有激冷器支撑室；容纳在所述支撑室中的金属激冷器；容纳在所述砂型打印下模的腔中的至少一个砂型打印模具嵌件；砂型打印上模，所述砂型打印上模连接于所述砂型打印下模，以限定出设置在所述砂型打印上模与所述砂型打印下模之间的车轮铸造腔。

优选地，所述下模的腔由具有侧壁的底壁限定，所述侧壁从所述底壁向上延伸，其中所述激冷器支撑室设置在所述底壁上。

优选地，所述上模还包括上表面和下表面，在所述上表面与所述下表面之间设置有冒口腔，所述冒口腔通向所述铸造腔；从所述下表面向下延伸的截锥体突出部，其中所述截锥体突出部还包括图案化的下表面；

设置在所述上模中的辐条，所述上模具有设置在所述上模的上表面上的上部入口和设置在所述截锥体突出部的图案化的下表面上的出口，其中所述出口通向所述铸造腔。

优选地，模具封装，还包括：设置在所述下模的侧壁的上部上的一个或多个引导件；设置在所述上模的下表面上的一个或多个引导室，所述一个或多个引导室在装配时与所述下模的所述一个或多个引导件对齐并接合。

优选地，所述至少一个砂型打印模具嵌件包括侧壁、后壁和环状前壁。

优选地，所述至少一个砂型打印模具嵌件的后壁还包括上引导件和下引导件。

优选地，所述下模的底壁包括适于容纳所述至少一个嵌件的下引导件的导槽，并且进一步地，其中所述上模包括设置在所述上模的下表面上的、适于容纳所述至少一个嵌件的上引导件的引导室。

优选地，所述至少一个嵌件的侧壁是倾斜侧壁，并且进一步地，其中所述下模的一个或多个侧壁朝所述下模的腔向内倾斜并且适于与所述至少一个嵌件的倾斜侧壁对齐。

优选地，所述铸造腔包括轮毂铸造腔、轮辐铸造腔和轮辋铸造腔。

另一方面，本实用新型提供一种铸造车轮组件的方法，包括：对下模、上模和至少一个模具嵌件进行砂型打印，其中所述下模包括腔和激冷器支撑室，并且进一步地，所述上模包括截锥体突出部，所述截锥体突出部具有限定出轮辐图案的下表面；将金属激冷器定位在所述下模的所述激冷器支撑室中；将所述模具嵌件插入到所述下模的腔中；通过将所述上模封闭在所述下模上来形成所需铸件的形状的铸造腔，以使得所述上模的截锥体突出部基本上设置在所述下模的腔内；以及将熔融合金铸造到所述铸造腔中，使得所述熔融合金的至少一部分设置成与所述激冷器邻近；以及允许所述熔融合金从邻近所述激冷器设置的熔融合金开始定向地固化。

优选地，所述砂型打印下模、上模和至少一个模具嵌件的步骤还包括：（a）在砂型打印装置的打印区域中沉积薄层颗粒；（b）向所述薄层颗粒选择性地施用粘合剂以限定出下模、上模和至少一个模具嵌件中的一个的截面；重复步骤（a）和步骤（b）以产生下模、上模和至少一个模具嵌件中的一个。

优选地，铸造车轮组件方法还包括：提供具有与所述铸造腔流体连通的冒口腔的一个或多个冒口。

优选地，所述将熔融合金铸造到所述铸造腔中的步骤还包括：用所述熔融合金填充所述冒口腔。

优选地，所述允许所述熔融合金从邻近所述激冷器设置的熔融合金开始定向固化的步骤还包括：在所述熔融合金固化时，将熔融材料通过重力从所述冒口腔供给到所述铸造腔。

优选地，铸造车轮组件方法还包括：使所述下模、所述上模和所述至少一个模具嵌件破碎并且取出所述金属激冷器从而形成车轮组件。

再一方面，本实用新型提供一种铸造原型车辆组件的方法，包括：砂型打印牺牲上模部分和牺牲下模部分，所述上模部分和所述下模部分具有至少部分地限定出用于原型车轮的模腔的壁；将激冷器定位在所述下模中；将至少一个内部型芯定位在所述上模部分或所述下模部分中，所述至少一个内部型芯构造成在所述模腔内至少部分地限定出轮毂腔、轮辐腔和轮辋腔；在所述至少一个内部型芯周围封闭所述上模部分和所述下模部分；以及将熔料铸造到所述模腔中，使得所述熔料的至少一部分接触所述激冷器；允许所述熔料在填充所述模腔之后从与所述激冷器接触的熔料开始定向固化；使所述牺牲上模部分和所述牺牲下模部分破碎以形成具有轮毂部分、轮辐部分和轮辋部分的原型车轮组件。

优选地，所述砂型打印牺牲上模部分和牺牲下模部分的步骤还包括：（a）在砂型打印装置的打印区域中沉积薄层颗粒；（b）向所述薄层颗粒选择性地施用粘合剂以限定出牺牲上模部分和牺牲下模部分中的一个的截面；重复步骤（a）和步骤（b）以产生牺牲上模部分和牺牲下模部分中的一个。

优选地，铸造原型车辆组件的方法还包括：提供具有与所述模腔流体连通的冒口腔的一个或多个冒口；以及用所述熔融材料填充所述冒口腔。

优选地，允许所述熔料从邻近所述激冷器设置的熔料开始定向地固化的步骤还包括：在所述熔料固化时，将所述熔料通过重力从所述冒口腔供给到所述铸造腔。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：能够结合各种类型的原型车轮的复杂设计特征，以低得多的成本快速地产生试验的原型车轮设计用于在车辆测试中使用。

本领域普通技术人员在研究了下面的说明书、权利要求和附图后将理解和认识到本实用新型的这些和其他方面、目的及特征。

附图说明

在附图中：

图1是通过砂模打印装置形成砂模封装之前的工作箱的俯视立体图；

图2是当细颗粒层铺洒在工作箱中时，设置在砂型打印装置的打印区域中的图1的工作箱的俯视立体图；

图3是当通过砂型打印装置将粘合物添加到工作箱中的细颗粒中以形成砂模封装部件的截面层时的图2的工作箱的俯视立体图；

图4是在砂的多个截面层已经通过砂型打印装置在工作箱中打印之后的图3的工作箱的俯视立体图；

图5是在新的细颗粒层被铺洒在工作箱的打印表面上的情况下的图4的工作箱的俯视立体图；

图6是在砂模封装部件已经打印并且工作箱已经从打印装置的打印区域取走之后的图5的工作箱的俯视立体图；

图6A是从工作箱取出的图6的砂模封装部件的立体图，其中砂模封装部件是由粘合的砂制成的下模组件，并且进一步地，过量的未粘合的砂被从下模组件中移除；

图7是在过量的未粘合的砂被移除的情况下的图6A的下模组件的俯视立体图；

图8A-8C是与本实用新型联用的各种激冷板设计的俯视立体图；

图9和图10是砂型打印的侧型芯模具部件的俯视立体图；

图11是砂型打印上模部件的俯视立体图；

图12是图11的上模部件的仰视立体图；

图13是浇口的俯视立体图；

图14是要插入在砂型打印下模部件中的激冷板的俯视立体图；

图14A是图14的激冷板和砂型打印下模部件的截面图；

图15是其上设置有激冷板和侧型芯的砂型打印下模部件的俯视立体图，其中另一个侧型芯要容纳在砂型打印下模部件中；

图15A是图15所示的砂型打印下模部件和侧型芯连同激冷板的截面图；

图16是砂型打印下模部件的俯视立体图；

图16A是其中设置有侧型芯和激冷板的图16的砂型打印下模部件的截面图；

图17是具有砂型打印上模部件和下模部件的砂模封装的分解图；

图17A是图17的分解的砂模封装的截面图；

图18是装配好的砂模封装的俯视立体图；

图18A是图18的装配好的砂模封装的截面图；

图18B是图18的装配好的砂模封装的局部截面图；

图18C是图18的砂模封装被破碎以露出铸件的俯视立体图；

图18D是从砂模封装取出的铸造车轮组件的俯视立体图；

图19是铸造车轮组件的俯视立体图；以及

图20A至20C是多种铸造车轮组件设计的侧视立体图。

具体实施方式

出于说明的目的，词语“上”“下”“右”“左”“后”“前”“垂直”“水平”及其派生词语应当依据图1中所定向的实用新型。然而，应理解的是除非明确作出相反说明，本实用新型可采用各种替代的定向。还应理解的是，在附图中显示和在下列说明书中说明的具体设备和工艺仅仅为权利要求所设定的创造性概念的示例性实施例。因此，涉及这里所公开的实施例的具体尺寸和其它物理特征不应视为限定，除非权利要求中作了其他明示。

本实用新型使用添加式制造技术来生产模具封装，并且具体地，使用砂型打印工艺来创建砂型打印模具封装。使用砂型打印装置打印砂模封装通常通过使用CAD模型程序获取用于车轮组件的三维（3D）数据设计开始。如下文中进一步论述地，3D数据设计可以用于车轮组件，特别是用于原型车轮组件，使得3D数据能够用来创建砂型打印模具封装，该砂型打印模具封装能够用来利用熔融合金铸造原型车轮组件。砂型打印装置能够打印多种砂模封装，使得能够创建多种不同设计的原型车轮组件，而没有使用消减式制造技术由金属毛坯创建模具型芯封装所需的相关成本和后处理时间。

现在参照图1至图6，由包括木材、金属等在内的任意数量的材料形成的工作箱40定位在打印装置42下方。工作箱40限定打印区域44，正如将在下文中进一步描述的，模具型芯封装的部件在打印区域44内由多个层叠的颗粒层形成。打印装置42能够打印在本实用新型中使用的3D模具、型芯、嵌件、模具型芯封装以及其他模具部件。

如在本公开中全文使用的，术语“模具封装”、“模具型芯封装”或“砂模封装”表示准备用于熔料铸造的砂型打印模具。术语“模具”表示模具封装的部件，并且术语“型芯”表示插入在模具封装中用于将作为铸件的熔料移动到模具型芯封装中的嵌件。因此，砂型打印模具和型芯的组合创建了与金属激冷器联用的模具型芯封装，用于铸造原型车轮组件。为了描述使用下面论述的三维打印工艺形成模具型芯封装或砂模封装，将仅仅出于示例性目的参照如图18所示的砂模封装200。应当理解，能够打印多种不同的砂模封装部件以用于铸造其他车轮组件，并且能够在单个打印过程中同时打印这种砂模封装部件。

打印装置42包括位于沉积槽48处的料斗46，沉积槽48将诸如硅砂、陶瓷-砂混合物等的活化细颗粒50的薄层铺设到打印区域44内。颗粒50可具有任何尺寸，包括0.002mm至2mm的直径。打印装置42还包括粘合物沉积装置或粘合物分配器52。如将在下文中详细公开的，粘合物分配器52将粘合物或粘合剂16薄层喷洒在期望的砂型打印模具部件的单层构型或图案80中。反复地分层铺设砂50以及用粘合物分配器52喷洒粘合剂16产生了由多个层叠的颗粒层构成的三维砂模部件。三维砂模封装通过在足以接连打印细颗粒50的每个薄层的时长内以添加的方式来制造，使得每层粘合颗粒被进一步粘合于相邻的层，从而形成完整的砂模部件。每个薄层大约为0.28mm。由多种砂型打印部件构成的完整的砂模封装最终用作牺牲模具，用来制造或铸造诸如图19所示车轮组件的金属件。

具体参照图1，开发了计算机辅助设计（CAD）程序，其中砂模封装部件100（图6A）的具体构型被输入并加载到连接于打印装置42的计算机60上。计算机60将来自CAD程序的信息提供给打印装置42，用于形成构造成用以铸造特定部件的砂模部件。

能够想到，CAD程序或者任何其他形式的3D建模软件能够用来为3D打印装置42提供足够的信息以形成期望的砂模结构。在3D打印装置42启动之前，预定量的砂或细颗粒50通过图1所示的颗粒喷嘴62分配到料斗46中。由活化剂喷嘴72供给的活化涂层或活化剂70也沉积到料斗46中。尽管本文描述的实施例涉及砂层，但细颗粒50可以包括适于本文公开的添加式制造技术的多种材料中的任一种或这些材料的组合。砂50在料斗46中通过搅拌器74或其他已知的混合装置与活化剂70混合，使得砂50充分混合并活化。在砂50与活化剂70完全混合之后，活化砂50被移动到沉积槽48中。

现在参照图2至图6，在活化砂50移动到沉积槽48之后，砂50通过沉积槽48在整个打印区域44上散开，以形成未粘合砂90的均匀薄层。当在工作箱40中的打印区域44上以薄层散开之后，活化细颗粒50被喷洒粘合物或粘合剂16（图3）。由粘合物分配器52分配粘合剂16，粘合物分配器52以CAD指定的图案80喷洒粘合剂16的薄层，该薄层表示如在图6A和图7中示例为部件100的期望的砂模部件的第一薄截面层。在粘合剂施用完成之后（图4），制备砂50与活化剂70的另一混合物并将其沉积到沉积槽48中。然后，如图5所示，沉积槽48在工作箱40中的先前散开的砂层上方分配未粘合活化砂50的另一层90。粘合物分配器52再次经过打印区域44上方，以图案80喷洒粘合剂16的薄层，该薄层表示期望的砂模部件的与第一薄截面层相邻的第二薄截面层。这些步骤重复多次，直至完整的砂模部件100（图7）的每个薄截面层都已经被打印。使用该添加式制造技术，实际上能够形成任何形状的砂模部件。另外，使用3D砂型打印生产的完整的砂模封装，能够具有通过已知的消减式方法不能够产生的内部结构特征。

如图6所示，工作箱40具有设置在其顶部的未粘合砂90的层，并且砂型打印工艺完成。因此，如图6所示，工作箱40包含位于其中的砂型打印模具部件。如图6A所示，砂型打印模具部件100已经从工作箱40中取出并且未粘合砂90正在被移除以露出模具部件100。

现在参照图7，使用前述砂技术打印的部件是下模100，下模100的构型大致为具有侧壁102、104、106和108以及底壁110的矩形。室112设置在底壁110上并构造成容纳将在下文进一步描述的金属激冷器的底部。底壁110还包括设置在底壁110与侧壁106和102的相交部分处的导槽114。侧壁104和108包括倾斜的内壁116，内壁116用来引导并适当地对齐侧型芯，侧型芯设置在由下模100的侧壁102、104、106和108创建的腔101中。在图7所示的实施例中，对齐结构或引导件118设置在下模100的四个上拐角中并用来使下模100与上模对齐，从而形成装配好的砂模封装。如图7所示，砂型打印室112为圆形凹部的形式，用于容纳具有圆形底部的金属激冷器的底部。图7所示室112的示例性圆形图案是图8A所示激冷板120的底部119的互补图案。在装配时，激冷板在形成砂模封装过程中被插入到下模100的腔101中并且激冷器120的底部119进一步嵌入在室112内。

如图8A至8C所示，示出了激冷板（120、122、124）的多种设计，这些激冷板在装配时形成用于原型车轮组件的轮辐区域的特定设计。

在装配时，形成在下模100的底壁110上的室112提供了用于底部激冷器（例如图8A-8C中描绘的激冷板）的激冷器支撑腔。底部激冷器由具有高导热率的金属材料形成，使得当装配在模具封装中时，底部激冷器120引起用作铸件的熔料在模具封装中的定向固化。用来形成底部激冷器的合适的金属包括铁、铜、青铜、铝、石墨以及其他具有高热容量和导热率的这种材料。将在下文中进一步描述形成铸造车轮组件的熔料的定向固化工艺。

如图9和图10所示，侧型芯126和128构造成布置在图7所示的下模100的腔101内。侧模或侧型芯126、128中的每一个均包括倾斜的侧壁116’，侧壁116’构造成与下模100的倾斜的壁116对齐。下模100的侧壁108和104的倾斜或渐缩内部116和侧型芯126、128的倾斜或渐缩外侧壁116’在装配时能够准确而高效地构建模具型芯封装。侧型芯126、128还包括弧形内侧壁130，如将在下面进一步描述的，弧形内侧壁130形成车轮组件的轮辋部分的模腔的侧壁。在图9和图10所示的实施例中，侧模126、128具有平坦的背部132，背部132具有上引导件134和下引导件136。为确保模具型芯封装的精确装配，下引导件136对应于设置在图7所示的下模100的底壁110上的导槽114。上引导件134对应于设置在将在下文中进一步描述的上模组件中的导槽。使用上面参照下模组件100的形成描述的打印砂层的添加式制造技术来生产侧模126、128。在装配时，如图16所示，侧模126、128完全设置在下模组件100的腔101内。

现在参照图11，上模组件150示出为具有大致矩形形状，其具有上表面152和下表面154。如图12所示，下表面154具有大致倒置的截锥体形突出部155，在模具型芯封装中进行装配时，突出部155形成车轮组件的轮辋部分的内侧壁。上模组件150可使用与上述技术类似的砂型打印技术来形成。上模组件150形成有引导室156，引导室156在下表面154的外拐角处设置在下表面154上。在装配时，引导室156与设置在下模组件100的上表面上的引导件118对齐并接合，使得下模110的引导件118（图7）在装配模具型芯封装时容纳在引导室156中。上模组件150具有设置在其上表面152上的入口158，熔料通过入口158在重力作用下被供给到或者在低压注射过程中被注射到模具封装的模腔中，如将在下文中进一步描述的。上模组件150具有设置在上表面152上的孔口160，孔口160对应于形成在模腔中的冒口并在下面进一步描述的铸造过程中使用。

现在参照图13，浇口162示出为具有大致圆形主体部164，主体部164具有从圆形或圆柱形主体部164垂直延伸的辐条部166。在装配时，浇口162在熔料被倒入模腔中时帮助分散和过滤熔料。浇口162包括上部开口或孔口165，开口165包括陶瓷过滤器171。开口165与设置在辐条166之间的出口170流体连通。在装配时，如图17A和18A所示，浇口162设置在上模150与下模100之间。

现在参照图14至图18A，砂型打印模具型芯封装200（图18）被装配，并且现在将对此进行描述。在装配模具封装200时，金属底部激冷器（示例为图14所示的激冷器120）被插入到下模100的腔101中。激冷板被支撑在设置于下模100的底壁110上的激冷板支撑室112上。在装配时，下模100通常被称为底部模具或下部模具。如图14A所示，示出了下模100和金属底部激冷器120的截面图，其中能够看到，下模100的底壁110的支撑室112特别地被砂型打印成对应于金属底部激冷器120的底部119的截面，使得在装配时，底部激冷器120完全支撑并嵌入在下模100的室112内。

参照图15和15A，侧模或侧型芯126、128被插入到下模100的腔101中。在装配时，侧模126、128的弯曲的内表面130彼此对齐并围绕金属底部激冷器120。如图15所示，倾斜侧壁116’与下模100的倾斜内侧壁116对齐，使得侧型芯126、128容易地配合到位并快速地装配在下模100中。另外，如图15A最佳示出的，设置在侧模126、128的后壁132的下端上的引导件136容纳在设置于下模100的底壁110上的导槽114中。这样，侧模126、128被牢固地定位在下模100的腔101内。侧模126、128的引导件136接合在下模100的导槽114内确保了侧模126、128被适当地定位，用于形成铸造车轮组件的模腔。

现在参照图17至图18A，在上模150配合在下模100上的情况下，模具封装200（图18）被完全装配。如图17所示，浇口162也被插入到下模100的腔101中。在装配上模150和下模100时，设置在下模100的上表面的外拐角上的引导件118与设置在上模150的下表面154的外拐角上的引导室156对齐并接合。这样，上模150被适当地定位在下模100上，以精确地形成模腔。另外，如图12所示，设置在侧模126、128的上表面上的引导件134与设置在上模150的下表面154上的引导室157对齐并接合。如将在下文中进一步描述的，侧模126、128的引导件134与上模150的引导室157的对齐和接合进一步确保了用于铸造车轮组件的模腔的适当装配。

如图17A所示，上模150的截锥体突出部155准备插入到下模100的腔101中。上模还包括设置在上模150的下表面154上的孔口161。正如将在下文中进一步描述的，设置在上模150的上表面152上的孔口160与孔口161连通，使得冒口180在内部形成在上模150内并在熔料的铸造中使用。如上所述，冒口180与铸造车轮的模腔流体连通。上模还包括设置在入口或进口158与孔口159之间的浇铸道182，其中进口158设置在上模150的上表面152上，孔口159设置在上模150的下表面154的截锥体突出部155的下部上。在铸造车轮组件时，熔料被倒入进口158中然后流过上模150的浇铸道182以填充模腔。如图17A所示，设置在截锥体形突出部155上的孔口159适于在装配时与浇口162接合。如图17A进一步所示并如上所述，浇口162还包括穿过浇口162延伸到出口170的孔口165，用于熔料在铸造过程中的扩散。

如图18和图18A所示，示出了砂型打印模具型芯封装200，其中上模150和下模100（通常称为上模腔和下模腔）如图18A所示装配在一起以形成模腔220，其具有要铸造的车轮组件的近净形。如图18所示，下模100的引导件118嵌入在上模150的引导室156内。如图18进一步所示，浇口杯210定位成与设置在上模150的上表面152上的孔口或入口158连通，其中浇口杯210用于将熔料浇注到模具型芯封装200中。如图18A所示，熔料212通过重力被供给到或者在低压下被注射到浇口杯210中，使得熔料212在上模150的孔口或入口158处进入模具型芯封装200中并流过浇铸道182下至模腔220，如图18B中示出的箭头所表示的。模具型芯封装200的模腔或铸造腔220通常在内侧由从上模150的下表面154向下延伸的截锥体突出部155限定。模腔或铸造腔220的外部通常由侧模126、128的弧形侧壁130限定，并进一步由设置在模腔220的下表面上的底部激冷器120限定。

如图18B所示，熔料212从入口158穿过浇铸道182行进到模腔220的轮毂铸造腔H。熔料212通常被认为是诸如熔融铝合金之类的用于铸造合金车轮的熔融金属材料。例如，熔融铝合金可以是通常在730℃的温度被倾倒的铝合金A356。尽管A356铝合金是在使用本实用新型的砂型打印模具封装铸造原型车轮时使用的示例性合金，但该合金仅仅是作为示例性目的而提供的，并不意在限制本实用新型的范围。应当注意，通常例如铝或镁的任何轻质金属合金都能够用于铸造。从模腔220的轮毂铸造腔H开始，熔料212通常行进到用于铸造车轮组件的轮辐部分的轮辐铸造腔中。用于轮辐的铸造腔由图18B中的左铸造腔D₁和右铸造腔D₂表示，并且在最终的车轮铸件中通常将包括间隔开的辐条。轮辐铸造腔D₁和D₂在装配时构成一个整体腔，并且通常由底部激冷器120的上表面的轮廓和上模150的截锥体突出部155的下表面153的轮廓限定。另外，截锥体突出部155的下表面153可具有设置其上的轮辐图案，该轮辐图案与设置于在铸造工艺中使用的底部激冷器120上的图案相关联，使得截锥体突出部155的下表面153提供限定特定轮辐图案的内部模腔壁。

在填充了轮辐铸造腔之后，熔料212通常如图18B中的箭头所示地行进到侧壁铸造腔S₁和S₂。当熔料212填充侧壁铸造腔S₁和S₂时，熔料212前进到下部胎圈座铸造区域LB并且进一步前进到下部凸缘铸造腔LF。然后，熔料212向上前进到环状轮辋铸造腔R₁和R₂，到达上部胎圈座铸造区域UB和上部凸缘铸造腔UF，并最终到达设置在上模组件150内的冒口180。这样，熔料212填充模腔220，熔料212通常在轮毂铸造腔H和下部凸缘铸造腔LF以及下部胎圈座铸造区域LB处从模腔的底部向上经过环状轮辋铸造腔R₁、R₂到达冒口180的腔。用于创建上部胎圈座和下部胎圈座的模腔220的铸造区域UB和LB产生用于使轮胎装在铸造的车轮上的突起，该突起在铸造车轮的轮辋部分上径向向外延伸。产生设置在轮辋部分的任一侧上的上部凸缘和下部凸缘的铸造腔UF和LF，用来将车胎保持在铸造车轮上。

参照图18A和图18B，金属底部激冷器120用来提供用作铸件的熔料212的固化开始点。如图18B所示，熔料212的固化是定向固化，该定向固化在金属底部激冷器120处开始并向上朝环状轮辋铸造腔R₁前进，同时朝向轮毂铸造腔H沿着轮辐铸造腔D₁轴向地前进。由底部激冷器提供的定向固化减少了铸造车轮的冷却时间，并且提供了最终铸造车轮中较细的粒度。与不允许定向固化的现有技术的铸造工序相比，最终铸造车轮还具有减小的孔隙度。由底部激冷器120提供的定向固化通常由底部激冷器120的高热容量和导热性实现。这样，底部激冷器120能够从熔料212吸收大量的热，使得熔料212冷却并且从底部激冷器120的开始点开始、定向地向上经过轮辋铸造腔R₁并朝向轮毂铸造腔H轴向地穿过轮辐铸造腔D₁进行固化。熔料被铸造到砂型打印模具封装200中，直至能够在冒口180中看到熔料212。冒口含有熔料，该熔料用来在熔料固化并收缩时对在铸造车轮中在轮辋铸造腔R₁/R₂中产生的空间进行填充。这样，铸造车轮部件具有减小的孔隙度，因为能够在冒口中容易地获得熔料以填充由铸造过程中的固化或收缩导致的任何空隙。通过类似的方式，浇铸道182（图18A）使得能够容易地供给熔料212，以填充由熔料212在轮毂铸造腔H处固化时的收缩或收紧产生的任何空间或空隙。因此，当用户铸造原型车轮组件时，入口158和冒口180通常使得用户能够知道是否存在足够的熔料212以完全铸造车轮组件。当熔料212下沉并固化时，冒口和浇铸道区域内的熔料的高度会降低，直至车轮组件完全固化。因此，冒口180通常较大，以使得在冒口180中铸造的材料保持流体熔融形态用于根据需要在固化铸造车轮组件时填充空隙。

如图18C所示，一旦熔料固化，便打碎砂模封装200以露出铸件250，铸件在此示例为铸造车轮组件250。如图18D所示，铸件250仍然含有曾经设置在砂型打印模具封装200的冒口部分180内的固化材料252。固化材料252通常通过机加工方式被从车轮组件250上除去。

如图19所示，铸造车轮250包括用于保持车胎的上凸缘254和下凸缘256，其中上凸缘254和下凸缘256在上凸缘铸造腔UF和下凸缘铸造腔LF（图18B）中铸造。铸造车轮的轮辋部分258是熔料在图18B中标为R₁和R₂的轮辋铸造腔中固化的结果。如图19所示，轮辐部260具有复杂的设计或设置在其上的辐条图案以及螺栓孔262，螺栓孔262用于将铸造车轮250紧固于车辆组件。轮辐设计一般包括形成在辐条之间的开口，这些开口允许空气流动到车辆制动器从而冷却使用中的车辆制动器。间隔开的辐条还提供了较轻重量的铸造车轮组件。如图20A至20C所示，铸造车轮组件250a、250b和250c可具有由上述金属底部激冷器和砂型打印模具部件所决定的多种不同的轮辐部分构型。

如图7、图12、图12A和图15至图18A所示，砂型打印模具封装200包括设置在完整的模具型芯封装200（图18）的多种部件上的引导元件或对齐结构。例如，上模150上的引导室156由设置在下模100的上表面上的引导件118接合。设置在腔101中的下模100的内侧上的倾斜壁116（图7）与侧型芯126、128的倾斜壁116’关联并对齐。另外，当装配模具封装200时，设置在侧模126、128的平坦的背部132上的下引导件136适于容纳在设置于下模100的底壁110上的导槽114中。同样，设置在侧模126、128的平坦的背部132上的上引导件134适于容纳在设置于上模150的下表面154上的导槽或引导室157中。总之，本实用新型的引导件或对齐结构适于提供模具部件之间的互锁接合，用于模具型芯封装200的高效且精确的装配。上述添加式制造技术允许引导结构和对齐结构的复杂设计，从而确保合适的装配。另外，应当注意，本实用新型能够预料到用于与本实用新型联用的多种不同的对齐结构构型。

在本实用新型的模具封装是牺牲的砂型打印的模具封装的情况下，无需结合用于在打印用于原型车轮组件铸造的模具封装时的冷却线路和其他复杂热控制元件的复杂设计。这是因为底部激冷器120允许在模具型芯封装200中铸造的熔料212的定向固化。如图18B所示，熔料212的定向固化有助于防止形成热撕裂、有助于减小或消除最终铸件中的孔隙度并有助于确保在固化过程中空气不被捕集在铸件中。定向固化还有助于防止收缩缺陷并提供了铸件的致密坚实的均质构造。在铸造过程中，熔料的固化通常基于铸件的相对厚度而发生，其中较厚的腔通常以比较薄的腔构造慢的速率冷却。使用金属底部激冷器，本实用新型引起模腔从下往上的定向固化。即使设置在腔底部的铸造腔实际上可能比未邻近金属底部激冷器设置的其他腔（例如环状轮辋腔）大，也可发生该定向固化。当材料固化时，金属合金将收缩，并且如果没有熔料可用于补偿该收缩，则会形成收缩缺陷。与通常基于模腔构型的从铸造腔的最薄部分向最厚部分渐进式固化相比，使用定向固化能够显著地减少或完全消除收缩缺陷。多种定向固化方案导致总体延时的固化时间。这能够导致增加废品率和不规则的表面形状，使得铸件不能够使用或者使得需要大量的铸造后机加工来得到可用的成品铸件。

本实用新型的砂型打印技术用来创建模具部件，以创建能够铸造原型车轮组件的砂型打印模具封装。本实用新型允许快速地生产试验的原型车轮组件设计而不需要在现有技术中使用的传统铸造模具设计，这些传统铸造模具设计一般涉及较长的设计交付周期、高废品率并低于最优生产率。本实用新型消除了生产用于铸造车轮组件的生产质量模具型芯封装的需求，并且用能够基于3D CAD软件来复杂地设计并快速地实现的牺牲砂型打印模具型芯封装来替代生产质量模具型芯封装。这样，能够以低得多的成本快速地产生试验的原型车轮设计，用于在车辆测试中使用。

本领域技术人员应当理解，所述的实用新型和其他部件的结构不局限于任何特定材料。本文公开的本实用新型的其他示例性实施例可以由多种材料形成，除非本文另有描述。

出于公开的目的，术语“连接”通常表示两个部件（电气的或机械的）直接或间接相互接合。这种接合本质上是固定的或者本质上是活动的。这种接合可以由这两个部件（电气的或机械的）和任何中间部件来实现，这些中间部件彼此集成为单一整体或者中间部件可以与上述两个部件集成为单一整体。这种接合本质上是永久性的或者本质上是可拆卸的或可释放的，除非另有规定。

还应当注意，示例性实施例中所示的本实用新型部件的结构和设置仅是示例性的。尽管本公开中仅详细描述了一些本实用新型的实施例，但是本领域技术人员阅读过本公开后可以很容易地意识到，在不实质性偏离所述主题的新颖教导和优势的情形下，可以有多种变形（例如，改变多种部件的大小、尺寸、结构、形状和比例，改变参数值、安装方式、材料的使用、颜色、定向等）。例如，示出为整体形成的构件可以由多个部件构成，或者示出为多个部件的构件可以整体形成；接合的操作可以颠倒或做出其它改变；结构件和/或构件的长度或宽度、或者系统中的连接器或其它构件均可以改变；构件之间的调整位置的种类或数量也可以改变。应当注意，系统的部件和/或组件可以由可提供足够的强度或耐用性的多种材料中的任一种构成，该材料可以具有多种颜色、质地和组合。因此，所有的这些变形均包括在本实用新型的范围之内。可以对期望的以及其它示例性实施例在设计、操作条件、布置方式作出其它替代、修改、变化和省略，而不偏离本实用新型的精神。

应该理解，所述工艺中任何所述工序或步骤可以与其它公开的工序或步骤相结合以形成本实用新型范围内的结构。本文公开的示例性结构和工序均是出于示例性的目的并且不应视为限定。

还应该理解，在不背离本实用新型构思的情况下，可以对上述结构和方法进行变化和修改，并且可以进一步理解，除非另外指定，否则这些构思被权利要求所覆盖。

Claims (9)

1.一种用于铸造车轮组件的模具封装，其特征在于，包括：

具有腔的砂型打印下模，所述砂型打印下模具有激冷器支撑室；

容纳在所述激冷器支撑室中的金属激冷器；

容纳在所述砂型打印下模的腔中的至少一个砂型打印模具嵌件；

砂型打印上模，所述砂型打印上模连接于所述砂型打印下模，以限定出设置在所述砂型打印上模与所述砂型打印下模之间的车轮铸造腔。

2.根据权利要求1所述的模具封装，其特征在于，所述砂型打印下模的腔由具有侧壁的底壁限定，所述侧壁从所述底壁向上延伸，其中所述激冷器支撑室设置在所述底壁上。

3.根据权利要求2所述的模具封装，其特征在于，所述砂型打印上模还包括上表面和下表面，在所述上表面与所述下表面之间设置有冒口腔，所述冒口腔通向所述车轮铸造腔；

从所述下表面向下延伸的截锥体突出部，其中所述截锥体突出部还包括图案化的下表面；

设置在所述上模中的辐条，所述砂型打印上模具有设置在所述砂型打印上模的上表面上的上部入口和设置在所述截锥体突出部的图案化的下表面上的出口，其中所述出口通向所述车轮铸造腔。

4.根据权利要求3所述的模具封装，其特征在于，还包括：

设置在所述下模的侧壁的上部上的一个或多个引导件；

设置在所述上模的下表面上的一个或多个引导室，所述一个或多个引导室在装配时与所述下模的所述一个或多个引导件对齐并接合。

5.根据权利要求3所述的模具封装，其特征在于，所述至少一个砂型打印模具嵌件包括侧壁、后壁和环状前壁。

6.根据权利要求5所述的模具封装，其特征在于，所述至少一个砂型打印模具嵌件的后壁还包括上引导件和下引导件。

7.根据权利要求6所述的模具封装，其特征在于，所述砂型打印下模的底壁包括适于容纳所述至少一个砂型打印模具嵌件的下引导件的导槽，并且进一步地，所述砂型打印上模包括设置在所述砂型打印上模的下表面上的、适于容纳所述至少一个砂型打印模具嵌件的上引导件的引导室。

8.根据权利要求5所述的模具封装，其特征在于，所述至少一个砂型打印模具嵌件的侧壁是倾斜侧壁，并且进一步地，所述砂型打印下模的一个或多个侧壁朝所述砂型打印下模的腔向内倾斜并且适于与所述至少一个砂型打印模具嵌件的倾斜侧壁对齐。

9.根据权利要求1所述的模具封装，其特征在于，所述车轮铸造腔包括轮毂铸造腔、轮辐铸造腔和轮辋铸造腔。

Images