CN1833796A - 铸模装置以及铸件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铸模装置以及采用铸模装置的铸件的制造方法，该铸模装置包括金属模和砂模(2)，其中，砂模具有：冒口部，形成在与金属模的相向面的相反一侧；开口部(25)，在组模时通过金属模密闭该开口部以形成模腔；以及周壁部(24)，置于开口部的周围，比模腔表面中的由金属模所形成的表面更向金属模一侧突出，其中，在所述周壁部上设置有切口部，使该周壁部的内侧部分(S)与外侧部分连通，该铸造方法包括以下工序：组模工序，将砂模和金属模合起，以形成模腔；浇铸工序，向模腔浇铸金属熔液；开模工序，使铸件(7)留在砂模一侧并使该砂模和金属模分离；以及冷却工序，以开口部一侧位于下侧的姿态将留有铸件的砂模浸入冷却槽中。通过该方法，在冷却工序中，将砂模和铸件浸入冷却水中时，滞留在内侧部分(S)的气泡(X)通过切口部(25)被排出，可以有效地进行冷却或淬火。

Description

铸模装置以及铸件的制造方法

                                技术领域

本发明涉及将金属模和砂模组合成的铸模装置以及使用该铸模装置的铸造方法。

                                背景技术

以往，将金属模和砂模组合而构成铸模装置、以及通过它进行铸造的方法被众所周知。这样的铸模装置就如日本发明专利第3068185号公报所公开的铸模装置。该公报示出：如果采用该装置的话，在向铸模装置中所形成的模腔浇铸金属液之时，正在凝固中的熔融金属通过构成铸模装置的金属模迅速连续地被除去热量，其结果在凝固中的熔融金属产生大的热梯度，整个铸件的方向性的凝固被实现。

又，由于产生了上述热梯度，因此，与采用砂模的铸造方法比较，采用金属模的铸造方法对产品金相具有细微化的效果，并且对产品的精度和强度等的机械特性具有提升效果。

另一方面，在日本特开平8-225903号公报里，公开有如下铸件的制造方法：将铝合金熔液在49MPa以上的浇铸压力下加压填充到金属模内并使其凝固，在凝固结束后将铸件从金属模取出就直接浸入水中进行淬火，在淬火后实施人工时效处理。

不过，在使铸件冷却来提高机械特性的情况，在如上所述将金属模和砂模组合而构成铸模装置的情况下，有时，金属熔液被浇铸到模腔之后，以将砂模留下的状态只金属模被分离，使留有铸件的状态的砂模浸入冷却水中来进行铸件的冷却或淬火。

砂模的下部因在搬送时被夹紧等理由而要求具有一定的强度，因此在砂模的下部设有周壁部，该周壁部比模腔的表面中的由金属模所形成的表面更向下方突出。其结果，若金属模被分离的、留有铸件状态的砂模被浸入到冷却水中，则气泡就滞留在周壁部所围成的砂模的内部空间。还有，当浸入时则冷却水接触于高温的铸件表面，产生沸腾而发生蒸气，该蒸气作为气泡就滞留在所述内部空间。

这样，气泡滞留在周壁部所形成的内部空间而冷却水不直接与铸件表面接触，从而降低冷却效果和淬火效果。

作为其解决方法，可以考虑在将砂模以及铸件浸入到冷却水之时，例如通过变更砂模的姿态以使所述内部空间朝向上方或横向，即所述周壁部位于上方或侧面一侧，来避免该内部空间的气泡的滞留。但是，在砂模上部所形成的冒口部中，熔融金属没有充分地凝固，因此，如果变更了姿态的话，未凝固的熔融金属就有可能流出。并且通过变更姿态，冒口部的形状就要发生变化，在将冒口部定位并切断该冒口部之际，发生不能够进行稳定的切断作业的不便的情况。

                                发明内容

为解决所述的问题，本发明的目的在于：提供一种具有可将金属模和砂模组合的铸模装置；以及提供一种通过使用该铸模装置，在浇铸后，当金属模被分离而使砂模和铸件浸入冷却水中时，可以对该铸件进行有效的冷却或淬火的铸件的制造方法。

为达到此目的，本发明的铸型装置，包括金属模和砂模，其中，砂模具有：冒口部，形成在与金属模的相向面的相反一侧；开口部，在组模时通过金属模密闭该开口部以形成模腔；以及周壁部，置于开口部的周围，比模腔表面中的由金属模所形成的表面更向金属模一侧突出，其中，在所述周壁部上设置有切口部，使该周壁部的内侧部分与外侧部分连通。

在此，“周壁部的内侧部分”是指：在砂模的内部空间中，以周壁部为界，由该周壁部所围起的部分，比模腔更位于金属模一侧的部分，假使没有切口部的话，相当于所述的内部空间。“周壁部的外侧部分”是指：以周壁部为界，相当于砂模的外部空间的部分。又，切口部只要是使周壁部的内侧部分与外侧部分连通的结构即可，可以列举出诸如将周壁部的一部分切除的结构，在周壁部上穿设有孔等的结构，等等。

通过附图简单地说明该结构。如图12所示，铸模装置200通过金属模220的凸部221与砂模210的开口部211嵌合形成模腔230，金属熔液被浇铸到该模腔230而形成铸件240。在所述砂模210的开口部211周围设有向金属模220一侧突出的周壁部212。在该周壁部212设有切口部213。这时，在该周壁部212中欠缺着在图中右侧的周壁部212′。换言说，假使没有切口部213的话，就应该存在周壁部212′。还有，所述砂模210虽然由多个砂模组成，也可只由一个砂模组成。

又，在图13所示的铸模装置300包括：具有与图12所示的结构相同的开口部311的砂模310、具有凹部321的金属模320。以该凹部321和所述砂模310形成模腔330。在该模腔330金属熔液被浇铸而形成铸件340。即，通过使该金属模320的凹部321的周围抵压于砂模310，开口部311被密闭，以致形成模腔330。又，在砂模310的没有形成模腔330的部分设有向金属模320一侧突出的周壁部312，在该周壁部312设有切口部313。这时，在该周壁部312中欠缺着在图中右侧的周壁部312′。换言说，假使没有切口部313的话，就应该存在周壁部312′。还有，所述砂模310虽然由多个砂模组成，也可只由一个砂模组成。

根据采用该铸模装置，可以将金属模和砂模组合，在砂模的开口部周围设有确保强度用的周壁部，同时设有切口部，因此在金属模被分离、并且留有铸件的状态的砂模被浸入冷却液中时，可以使滞留在铸件表面的、通过金属模所形成的部分的气泡从所述切口部自动地排出，实现冷却效果或淬火效果的提高。具体地说，可以实现工序时间的缩短、产品的尺寸精度以及疲劳强度等机械特性的提高。

还有，当砂模和铸件被浸入冷却液中时，由于保持使铸件表面的通过金属模所形成的部分位于下侧的姿态，因此未凝固的冒口部的熔融金属不会流出。

又，本发明的铸件的铸造方法，采用铸模装置，该铸模装置包括金属模和砂模，其中，砂模具有：冒口部，形成在与金属模的相向面的相反一侧；开口部，在组模时通过金属模密闭该开口部以形成模腔；以及周壁部，置于开口部的周围，比模腔表面中的由金属模所形成的表面更向金属模一侧突出，其中，在所述周壁部上设置有切口部，使该周壁部的内侧部分与外侧部分连通，该铸件的铸造方法包括以下工序：组模工序，将砂模和金属模合起，以形成模腔；浇铸工序，向模腔浇铸金属熔液；开模工序，该浇铸工序后，使铸件留在砂模一侧并使该砂模和金属模分离；以及冷却工序，以开口部一侧位于下侧的姿态将留有铸件的砂模浸入冷却槽中。

根据采用该制造方法，通过准备本发明的铸模装置，进行该铸模装置的组模，接着，将金属熔液浇铸入模腔，浇铸后，使金属模分离，使砂模和铸件浸入到收容有冷却液的冷却槽，可使滞留在铸件表面的由金属模所形成的部分的气泡从切口部自动地排出到砂模的外侧，因此可以获得与本发明的铸模装置相同的效果。

还有，在冷却工序中，将砂模以及铸件浸入冷却液中时，除了在将该砂模以及铸件载置在承接座上后，将该承接座浸入冷却液中之外，也可以将该砂模以及铸件载置在已经被浸入冷却液中的承接座上。

又，在该制造方法中，在所述冷却工序中，也可以使所述留有铸件的砂模在冷却槽内倾斜地载放在承接座上以使所述周壁部中设有切口部的部分相对其他部分位于上方。

即，在该冷却工序中，被浸入冷却槽内的砂模以“具有切口部的周壁部的部分”位于“周壁部的其他部分”的上方的状态被载置在承接座上。还有，切口部是穿设在周壁部上的孔的情况也一样。

根据上述构成，在冷却工序中，在冷却槽内，因为使砂模和铸件处于倾斜地载放在承接座上的状态并使砂模的设有切口部的部分相对于周壁部的其他部分位于上方，所以滞留在铸件表面的由金属模所形成的部分的气泡主动并可靠地从切口部排出。

又，在该制造方法中，所述冷却工序也可以是铸件的淬火处理工序。在该情况下，铸件最好是轻合金铸件。

根据上述构成，由于气泡从所述的切口部排出，可以稳定进行铸件的淬火处理，因此通过该淬火处理可以提高所获得的铸件的机械特性。

当铸件是轻合金铸件时，则淬火处理特别地稳定，其结果可以稳定地提高机械特性。铝合金及镁合金最适合作为轻金属合金。具体来说，作为铝合金可以列举出诸如以日本工业规格(JIS)H5202规定的AC4B、AC4D等，作为镁合金可以列举出诸如以JIS H5203规定的MC1、MC2等。比如，AC4B的组成是Cu为2.0～4.0％，Si为7.0～10.0％，Mg为0.6％以下，Zn为1.0％以下，Fe为1.2％以下，Mn为0.8％以下，Ni为0.5％以下，Ti为0.2％以下，其余为铝的合金。

再有，所述轻合金铸件最好是铝合金的气缸盖的同时，由金属模所形成的该铸件的表面设定在气缸盖的燃烧室一侧。

根据上述构成，通过金属模的成形可使气缸盖的燃烧室一侧的尺寸精度得到提高以及金相的细密化并提高强度的同时，在淬火之际通过气泡从所述切口部排出，可以实现铝合金的气缸盖的机械特性的提高。

                                    附图说明

图1是本发明的一实施方式的铸件的立体剖面图。

图2是冷却装置的俯视图。

图3是图2的A-A线的剖面图。

图4是显示铸件的制造工序的流程图。

图5是组模工序以及浇铸工序的铸模装置的剖面侧视图。

图6是图5的B-B线的剖面图。

图7是开模工序的铸模装置的剖面侧视图。

图8是图7的铸模装置的立体图。

图9是在冷却装置中将上模以及铸件从承接座取出的动作图。

图10是在冷却装置中将上模以及铸件载置在承接座上的动作图。

图11是显示气泡通过切口部而排出的动作的图。

图12是采用具有凸部的金属模的情况的本发明的说明图。

图13是采用具有凹部的金属模的情况的本发明的说明图。

                                具体实施方式

下面说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本实施方式的铸模装置1用于发动机的气缸盖的铸造，其具有：将多个砂模组合成的上模2；金属的下模3；配置在以上模2和下模3所构成的后述的模腔4(参照图5)内的冷却水套用型芯5…5；吸气口以及排气口用型芯6…6(参照图6)。将铝合金的金属熔液填充入模腔4而形成铸件7(参照图5)。

在由砂模构成的上模2形成有：位于上侧部使作为轻合金熔液的铝合金熔液注入用的浇口20；在上部与该浇口20连通的冒口部21；从该冒口部21与模腔4连通的多个浇道22…22。又，上模2具有形成模腔4的开口部23。而且，在该开口部23的周围设有向金属模3一侧突出的周壁部24。并且，在该周壁部24的图中右侧，设有使该周壁部24的内侧部分与外侧部分连通的切口部25。该切口部25通过对模腔4的图中右侧的周壁部24切除而形成，其深度(高度)以周壁部24的下端可达至模腔4的下端而形成。并且，在周壁部24，设有相对于下模3进行定位用的槽26a、26b。

另一方面，金属制的下模3是在中央附近形成向上方突出的凸部30的形状，同时在该凸部上形成有形成发动机的燃烧室用的4个突出部31…31。又，设有：与在所述上模2上所设有的槽26a相对应的嵌合部32a；和与槽26b相对应的嵌合部32b。

而且，通过在该下模3的中央部分所形成的凸部30与所述上模2的开口部23嵌合，该开口部23被封闭，形成模腔4。

又，从浇口20注入的铝合金采用JIS规定的AC4B所示的铝合金。

图2，3所示的是冷却装置100的结构。该冷却装置100具有：收容了冷却水W的冷却槽101；浸入该冷却水101的多个承接座102…102；将这些承接座102…102排列成圆周状加以支承的同时，使该承接座102…102在圆周上移动的旋转机构103；在交接位置R将浇铸后的上模2以及铸件7交接到承接座102上的同时，使冷却、淬火后的上模2以及铸件7从承接座102取出的交接机构104。

所述冷却槽101形成为俯视呈圆筒状，在该冷却槽101中收容有被设定在90℃以上的冷却水W。又，在冷却槽101的交接位置R上设有向该冷却槽101的圆筒外侧鼓出的鼓出部111。

又，所述承接座102具有：形成为俯视呈大致ㄈ字状的框架部件120；从该框架部件120的两侧部突出的多个杆部件121…121；使上模2以及铸件7卡住的限动器122。又，该承接座102的框架部件120以及杆部件121…121被倾斜设计为冷却槽101的圆筒外侧方向位于低位。

所述旋转机构103具有：支承所述承接座102的框架部件120的支承部件130；该支承部件130的下端所连结的下部部件131；支承支承部件130的上端的俯视呈圆筒状的旋转盘132；在该旋转盘132的圆筒中心上下延伸的旋转轴133；该旋转轴133的下端所连结的从动齿轮134；与该从动齿轮134齿合的驱动齿轮135；使该驱动齿轮135间歇地旋转规定角度的驱动源136。

所述交接机构104包括：承受部142；和使该承受部142移动的未图示的移动机构。该承受部142具有：在相同方向延设的一对支承部件140，140；以及与各支承部件140，140正交配备的多个杆部件141…141。又，交接机构104的承受部142与所述承接座102的倾斜对应地被倾斜设计为冷却槽101的圆筒外侧方向位于高位。而且，在所述支承部件140，140分别设有挡块143，143。还有，所述承接座102以及承受部142的倾斜角度分别设定为相对于水平面在下方10～30℃以及在上方10～30℃。

还有，所述上模2相当于本发明的铸模装置中的砂模，所述下模3同样相当于金属模。

接着，用图4来说明采用以上这样的结构的铸模装置1以及冷却装置100铸造轻合金的气缸盖的程序。

首先，在步骤S1的准备工序中，准备如图1所示的将砂模组合成的上模2和金属制的下模3。

接着，在步骤S2的组模工序中，如图5，6所示，将该上模2和下模3合起以使下模3的凸部30与在上述步骤S1准备好的上模2的开口部23嵌合，这时，在上模2所形成的槽26a与在下模3所形成的嵌合部32a嵌合，槽26b与嵌合部32b嵌合，可以进行上模2与下模3之间的定位。

然后，在步骤S3的浇铸工序中，如图5、6所示，从浇口20注入金属熔液，通过冒口部21、浇道22填充该金属熔液到模腔4。

接着，在步骤S4的开模工序中，使下模3从浇铸有金属熔液的铸模装置1分离。其结果，如图7、8所示，由下模3所形成的铸件7的表面7a被露出。这时，构成周壁部24的4个边24a～24d中，通过切除一个边24d所设的切口部25，由周壁部24所围成的内部空间S与外部连通。还有，铸件表面7a和上模2的周壁部24所设有的切口部25的上端位于相同的高度。

然后，在步骤S5的淬火工序中，将在步骤S4所得到的上模2以及铸件7浸入被设定在90℃以上的水温的冷却水W中，进行淬火。

这时，在冷却装置100中，首先通过交接机构104从冷却槽101取出将载放在由旋转机构103搬入交接位置R的一对承接座102、102上的一对上模2以及铸件7。也就是说，如图9的箭头P所示使承受部142移动，使交接机构104的支承部件140以及杆部件141…141从承接座102的下侧穿过该承接座102所具有的杆部件121…121之间，将该承接座120上的上模2以及铸件7接住，然后，接住后的上模2以及铸件7被从冷却水W抬起并被交接到进行时效处理等的下一工序。

接着在所述步骤S4所得到的上模2以及铸件7被载置在交接机构104的承受部142上。然后，如图10的箭头Q所示使承受部142移动，使交接机构104的支承部件140以及杆部件141…141从承接座102的上侧穿过该承接座102所具有的杆部件121…121之间，将承受部142上的上模2以及铸件7(图10中，上模2还包括浇口20的凸出部)浸入冷却水W中，同时交接到承接座102上。

这样将上模2以及铸件7交接到承接座102上后，旋转机构103旋转规定角度而将该上模2以及铸件7从交接位置R搬出，对与此同时搬入交接位置R的承接座102进行相同的作业。

另一方面，如图11所示，在将上模2以及铸件7浸入冷却水W中，载置在承接座102上时，滞留在周壁部24的内部空间S的气泡X以及由于冷却水与高温的铸件表面接触而气化所生成的气泡X，通过在上模2的周壁部24所设有的切口部25，自动地排出(相当于本发明的铸模装置以及铸件的制造方法的主旨)。并且，因为上模2以及铸件7被倾斜载置在承接座102上以使上模2的周壁部24的设有切口部25的部分位于上方，所以从切口部25气泡X被积极地排出(相当于下述情况的主旨：本发明的铸件的制造方法中，在冷却工序中，使留有铸件的砂模在冷却槽内倾斜地载置在承接座上以使周壁部中设有切口部的部分相对其他部分位于上方)。

不过，在该实施方式中，如图8所示，切口部25通过将周壁部24的一个边24d整个切除而形成，但如上所述，不限于这样的方式，也可以采用诸如在周壁部24上穿设孔等方式，只要使周壁部24的内侧部分S与外部连通即可。

如上所述，由于将以砂模所构成的上模2和金属的下模3组合成铸模装置1，在上模2的开口部23周围设有确保强度用的周壁部24，同时在该周壁部24设有切口部25，因此在下模被分离，留有铸件7的状态的上模2被浸入冷却液W中时，滞留在铸件表面7a的气泡可以从所述切口部25自动排出，实现冷却效果或淬火效果的提高，具体地说，实现工序时间的缩短、产品的尺寸精度以及疲劳强度等机械特性的提高。

还有，在上模2和铸件7被浸入冷却液W中之际，使铸件表面7a保持位于下侧的姿态，因此未凝固的冒口部21的熔融金属不会流出。

另一方面，由于使上模2和铸件7倾斜以使在上模2的周壁部24的设有切口部25的部分相对其他部分位于上方，并且将其浸入到收容有冷却液W的冷却槽101中，因此滞留在铸件表面7a的气泡从所述切口部25被积极并可靠地排出。

并且，通过从所述的切口部25的气泡的排出，轻合金铸件的淬火处理可以稳定进行，可以实现由该淬火处理所得到的铸件7的机械特性的提高。

又，在淬火之际，通过所述的从切口部25的气泡的排出，可以实现铝合金的气缸盖的机械特性的提高。

本发明提供：将金属模和砂模组合而成；并且在浇铸之后，当使金属模分离而使砂模和铸件浸入冷却水时，则可以进行有效的冷却或淬火，这样的铸模装置以及铸件的制造方法。本发明广泛适用于采用将金属模和砂模组合成的铸模的铸造技术的技术领域。

Claims (6)

1.一种铸模装置，其特征在于包括金属模和砂模，其中，砂模具有：

冒口部，形成在与金属模的相向面的相反一侧；

开口部，在组模时通过金属模密闭该开口部以形成模腔；以及

周壁部，置于开口部的周围，比模腔表面中的由金属模所形成的表面更向金属模一侧突出，其中，

在所述周壁部上设置有切口部，使该周壁部的内侧部分与外侧部分连通。

2.一种铸件的制造方法，采用铸模装置，其特征在于，

该铸模装置包括金属模和砂模，其中，砂模具有：

冒口部，形成在与金属模的相向面的相反一侧；

开口部，在组模时通过金属模密闭该开口部以形成模腔；以及

周壁部，置于开口部的周围，比模腔表面中的由金属模所形成的表面更向金属模一侧突出，其中，

在所述周壁部上设置有切口部，使该周壁部的内侧部分与外侧部分连通，

该铸件的铸造方法包括以下工序：

组模工序，将砂模和金属模合起，以形成模腔；

浇铸工序，向模腔浇铸金属熔液；

开模工序，该浇铸工序后，使铸件留在砂模一侧并使该砂模和金属模分离；以及

冷却工序，以开口部一侧位于下侧的姿态将留有铸件的砂模浸入冷却槽中。

3.如权利要求2所述的铸件的制造方法，其特征在于，

在所述冷却工序中，使所述留有铸件的砂模在冷却槽内倾斜地载放在承接座上以使所述周壁部中设有切口部的部分相对其他部分位于上方。

4.如权利要求2或3所述的铸件的制造方法，其特征在于，所述冷却工序是铸件的淬火处理工序。

5.如权利要求4所述的铸件的制造方法，其特征在于，所述铸件是轻合金铸件。

6.如权利要求5所述的铸件的制造方法，其特征在于，

所述轻合金铸件是铝合金的气缸盖，并且由金属模所形成的该铸件的表面被设定在气缸盖的燃烧室一侧。

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