TWI672185B - 鑄造方法及金屬模具 - Google Patents

Abstract

一種鑄造方法包括下列步驟：預熱一金屬模具；將熔化的金屬液澆注至該金屬模具之一模穴內；將該金屬模具浸入一冷卻槽內，使該模穴內之金屬液凝固成一鑄件；以及將該金屬模具移至該冷卻槽外，並打開該金屬模具以取出該鑄件。

Description

鑄造方法及金屬模具

本發明是有關於一種鑄造方法及金屬模具，且特別是有關於一種鑄造方法，其將金屬模具以大量的冷卻液冷卻，可以讓鑄件快速凝固。

鑄造時金屬液冷卻越快，金屬的結晶越細，機械性質越好。所以鑄造時會使用各種手段來快速冷卻金屬液。例如：美國專利證書號US 7,216,691 B2揭示一種『模具去除型之鑄造方法和設備(MOLD-REMOVAL CASTING METHOD AND APPARATUS)』，就是以水將砂模沖刷掉，以便快速冷卻金屬液，使鑄件獲得比傳統砂模更好的機械性質。然而，沖刷的速度必須控制得非常好，否則鑄件尚未成形就把砂模沖刷掉，可能引起爆炸。

而鑄造除了要快速冷卻外，更要考慮凝固的方向，才能獲得沒有縮孔的鑄件。例如：中華民國專利證書號M498069揭示一種『方向性凝固模具』，就是設計組合式的模具，以便使金屬液方向性凝固，達到鑄件沒有縮孔的目的。而中華民國專利公告號425317揭示一種『鑄造快速模具之預鑄冷卻水道成型方法』，則是以鑄造方式鑄造出金屬模具與冷卻水道，以便冷卻水道可以配合鑄件外形進行冷卻。然而，這些作法都很複雜，因為這些冷卻水道都是封閉式的。

因此，便有需要提供一種鑄造方法及金屬模具，解決前述的問題。

本發明之一目的是提供一種鑄造方法，其將金屬模具以大量的冷卻液冷卻，可以讓鑄件快速凝固。

依據上述之目的，本發明提供一種鑄造方法，包括下列步驟：預熱一金屬模具；將熔化的金屬液澆注至該金屬模具之一模穴內；將該金屬模具浸入一冷卻槽內，使該模穴內之金屬液凝固成一鑄件；以及將該金屬模具移至該冷卻槽外，並打開該金屬模具以取出該鑄件。

本發明更提供一種金屬模具，包括：第一及第二模具本體，可拆可裝地固定在一起，並在該第一及第二模具本體之間形成有一模穴；以及一開放式冷卻流道，其設置於該金屬模具之一外表面上，其中該開放式冷卻流道之外形對應於該模穴內之外形。

根據本發明之鑄造方法，第一、將該金屬模具以大量的冷卻液冷卻，可以讓鑄件快速凝固，獲得良好的機械性質。第二、可以視鑄件形狀，在金屬模具加工出開放式冷卻流道，以控制鑄件的凝固方向。第三、本發明之開放式冷卻流道避免了先前技術之封閉式冷卻水道的問題，因為先前技術之封閉式冷卻水道為了要依鑄件形狀來控制金屬液之冷卻速率與凝固方向，需要使用複雜的工序來製作金屬模具的冷卻水道。

1‧‧‧金屬模具

10‧‧‧外表面

11‧‧‧第一模具本體

12‧‧‧第二模具本體

13‧‧‧開放式冷卻流道

131‧‧‧第二凹部

14‧‧‧模穴

141‧‧‧第一凹部

15‧‧‧澆注口

16‧‧‧冒口

17‧‧‧定位元件

18‧‧‧扣緊元件

19‧‧‧吊掛元件

2‧‧‧金屬液

2’‧‧‧鑄件

3‧‧‧冷卻槽

31‧‧‧冷卻液

S10~S50‧‧‧步驟

圖1為本發明之一實施例之鑄造方法之流程圖。

圖2為本發明之一實施例之金屬模具之立體示意圖，其顯示一模穴。

圖3為本發明之一實施例之金屬模具之立體示意圖，其顯示澆注一金屬液。

圖4為本發明之一實施例之金屬模具及冷卻槽之立體示意圖，其顯示一金屬模具即將浸入一冷卻槽。

圖5為本發明之一實施例之金屬模具及冷卻槽之剖面示意圖，其顯示一金屬模具已浸入一冷卻槽。

圖6為本發明之另一實施例之金屬模具及冷卻槽之剖面示意圖，其顯示一金屬模具已浸入一冷卻槽。

圖7為沿圖5之金屬模具及冷卻槽之剖線A-A之剖面示意圖。

圖8為本發明之一實施例之金屬模具及冷卻槽之立體示意圖，其顯示一金屬模具移至一冷卻槽外。

圖9為本發明之一實施例之鑄件之立體示意圖。

為讓本發明之上述目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下。

圖1為本發明之一實施例之鑄造方法之流程圖。本發明之鑄造方法為一種可快速冷卻鑄件的鑄造方法。該鑄造方法包括下列步驟：請參考圖2，在步驟S10中，提供一金屬模具1。金屬模具1可稱為永久模。該金屬模具1包括：第一及第二模具本體11、12及一開放式冷卻流道13。該第一及第二模具本體11、12可拆可裝地固定在一起，並在該第一及第二模具本體11、12之間形成有一模穴14。該第一及第二模具本體11、12可為碳鋼材質所製。該開放式冷卻流道13設置於該金屬模具1之一外表面10上。該金屬模具1更包括：一澆注口15、至少一冒口16、一定位元件17、一扣緊元件18及一吊掛元件19。該澆注口15連通至該模穴14，用以澆注熔化的金屬液，例如鋁合金之金屬液。該冒口16亦連通至該模穴14，並與該澆注口15位於同一側。該冒口16是指為避免鑄件出現缺陷而附加在模穴14上方或側面的補充通道。例如，冒口的型腔是存貯金屬液的空腔，在鑄件形成時補給金屬液，有防止縮孔、縮鬆、排氣及集渣的作用，而主要作用是補縮。

該定位元件17(例如兩個定位孔及對應組設於兩個定位孔的定位銷)用於該第一及第二模具本體11、12之間的定位。 該扣緊元件18(例如扣件及扣環之搭配)用以將該第一及第二模具本體11、12固定在一起，以防該金屬模具1被冷卻液的蒸汽壓力撐開。該吊掛元件19用以吊掛該第一及第二模具本體11、12。

在步驟S20中，預熱該金屬模具1。以該金屬液2為鋁合金為例，將該金屬模具1預熱到適當溫度約300~400℃，以防該金屬液2在充填該模穴14的過程中太快凝固。

請參考圖3及圖2，在步驟S30中，將熔化的金屬液2澆注至該金屬模具1之一模穴14內。

請參考圖4及圖5，在步驟S40中，將該金屬模具1外表面的至少一部分與一冷卻液31接觸，使該模穴14內之金屬液2凝固成一鑄件2’。於本實施例中，該金屬模具1係浸入一冷卻槽3內，該冷卻槽3容置有該冷卻液31，例如水，且該冷卻槽3內的冷卻液31之溫度被控制在該冷卻液31之沸點以下，以避免該冷卻液31接觸該金屬模具1而蒸發後，該冷卻液31之體積或液位不足而影響冷卻效率。請再參考圖5，在本實施例中，當該冷卻槽3具有足夠的容積時，該冷卻液31以靜態設置於該冷卻槽3內，應足夠作為冷卻之用。或者，請參考圖6，在另一實施例中，當該冷卻槽3之冷卻液31沒有足夠的體積時，該冷卻液31以動態流進流出該冷卻槽3，作為冷卻之用。當該金屬模具1浸入該冷卻槽3內，該澆注口15及該冒口16露出該冷卻液31之液面。在其他實施例中，該冷卻液31不需要容置於該冷卻槽3，而是直接被補充以接觸該金屬模具1，例如以噴灑方式接續地補充，以維持冷卻效率。

請參考圖7，該金屬模具1之開放式冷卻流道13設置於該金屬模具1之外表面10上。該金屬模具1之外表面10可依鑄件1外形而加工出該開放式冷卻流道13。該開放式冷卻流道13之外形對應於該模穴14之外形，藉此該模穴14內之金屬液2能以適當的冷卻速率與方向凝固成該鑄件2’。例如，該模穴14包括一第一凹部141，該開放式冷卻流道13包括一第二凹部 131，該第二凹部131對應於該第一凹部141，使該開放式冷卻流道13之外形對應於該模穴14之外形。

請參考圖8，在步驟S50中，將該金屬模具1與大部分之該冷卻液31分離，並打開該金屬模具1以取出該鑄件2’。於本實施例，將該金屬模具1移至該冷卻槽3外，使其與該冷卻液31分離，再將該金屬模具1打開以取出該鑄件2’，如圖9所示。

根據本發明之鑄造方法，第一、將金屬模具以大量的冷卻液冷卻，可以讓鑄件快速凝固，獲得良好的機械性質。第二、可以視鑄件形狀，在金屬模具加工出開放式冷卻流道，以控制鑄件的冷卻速率與凝固方向。第三、本發明之開放式冷卻流道避免了先前技術之封閉式冷卻水道的問題，因為先前技術之封閉式冷卻水道為了要依鑄件形狀來控制金屬液之冷卻速率與凝固方向，需要使用複雜的工序來製作金屬模具的冷卻水道。

據此，本發明之創造效益，第一、鑄件快速凝固，讓鑄件結晶細化，獲得更好的機械性質，可提高產品附加價值。第二、容易依鑄件形狀加工冷卻水道，控制鑄件凝固方向，可降低不良率。第三、避免了先前技術之封閉式冷卻水道的問題，可降低模具加工成本。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

Claims (9)

1. 一種鑄造方法，包括下列步驟：預熱一金屬模具；將熔化的金屬液澆注至該金屬模具之一模穴內；將該金屬模具浸入一冷卻槽內，使該模穴內之金屬液凝固成一鑄件，其中該冷卻槽容置有一冷卻液，且該冷卻液之溫度被控制在該冷卻液之沸點以下；以及將該金屬模具移至該冷卻槽外，並打開該金屬模具以取出該鑄件；其中該金屬模具更包括一開放式冷卻流道，其設置於該金屬模具之一外表面上，該開放式冷卻流道之外形對應於該模穴內之外形，藉此該模穴內之金屬液能以適當的冷卻速率與方向凝固成該鑄件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鑄造方法，其中該冷卻液以靜態設置於該冷卻槽內，或以動態流進流出該冷卻槽。
3. 如申請專利範圍第1項所述之鑄造方法，其中該金屬模具包括一澆注口，該澆注口連通至該模穴，當該金屬模具浸入該冷卻槽內，該澆注口露出該冷卻液之液面。
4. 如申請專利範圍第3項所述之鑄造方法，其中該金屬模具更包括至少一冒口，該冒口亦連通至該模穴，並與該澆注口位於同一側，當該金屬模具浸入該冷卻槽內，該冒口亦露出該冷卻液之液面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鑄造方法，其中該模穴包括一第一凹部，該開放式冷卻流道包括一第二凹部，該第二凹部對應於該第一凹部。
6. 一種鑄造方法，包括下列步驟：將一模穴已澆注熔融金屬液之金屬模具之外表面的至少一部分與一冷卻槽之冷卻液接觸，使該模穴內之金屬液凝固成一鑄件，其中該冷卻液之溫度被控制在該冷卻液之沸點以下； 其中該金屬模具更包括一開放式冷卻流道，其設置於該金屬模具之一外表面上，該開放式冷卻流道之外形對應於該模穴內之外形，藉此該模穴內之金屬液能以適當的冷卻速率與方向凝固成該鑄件。
7. 一種金屬模具，其適用於如申請專利範圍第6項所述之鑄造方法，該金屬模具更包括：第一及第二模具本體，可拆可裝地固定在一起，並該第一及第二模具本體在之間形成有該模穴。
8. 如申請專利範圍第7項所述之金屬模具，其中該模穴包括一第一凹部，該開放式冷卻流道包括一第二凹部，該第二凹部對應於該第一凹部。
9. 如申請專利範圍第7項所述之金屬模具，更包括：一澆注口，連通至該模穴；至少一冒口，亦連通至該模穴；一定位元件，用於該第一及第二模具本體之間的定位；一扣緊元件，用以將該第一及第二模具本體固定在一起；以及一吊掛元件，用以吊掛該第一及第二模具本體。