CN1846899A - 控制熔化金属在模腔中分布的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种控制模腔中熔化金属分布的方法和装置。该控制通过生产金属铸件的消失模铸造工艺的局部泡沫塑料密实来实现，其中对不具有流动性的模腔区的填充最大化，使得回填和铸件缺陷的数量减少，熔化金属的流动模式和所产生铸件的材料性能得到优化。

Description

控制熔化金属在模腔中分布的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种消失模铸造法，更具体地涉及生产金属铸件的消失模铸造工艺中控制模腔中熔化金属分布的方法和装置，其中控制通过局部密实泡沫塑料来实现。

背景技术

所谓的“消失模”铸造工艺是公知的技术，可用于生产金属铸件。容易消失的可热分解的聚合泡沫塑料模型(包括铸型、浇口、浇道、流道)覆盖有薄的(一般在0.25到0.5毫米)气体可渗透的难熔金属涂层/表层，如云母、硅石、氧化铝、氧化铝-硅酸盐等。将该模型放入紧凑的未黏结的砂中形成模腔。熔化金属然后注入模腔熔化和热分解模型，熔化金属置换了模型。

气体和液体分解/高温分解产物通过气体可渗透的难熔金属表层逸出，进入未黏结的砂颗粒之间的间隙。熔化金属进入模腔的铸造速度或速率受到前进的熔化金属前端置换模腔中模型的速度的限制。其又受到难熔金属表层/涂层的厚度和气体渗透性的限制。典型的易消失的聚合泡沫塑料模型包括用于铝铸造的膨胀聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)，用于铁和钢铸造的聚甲基丙烯酸脂(PMMA)和膨胀聚苯乙烯泡沫塑料共聚物。

聚合泡沫塑料模型通过注射预膨胀的聚合物珠粒到模型塑模中得到模型的希望形状。例如，含有发泡剂/膨胀剂(如n-戊烷)的原料EPS珠粒(一般直径为0.2到0.5毫米)首先在聚苯乙烯软化温度和发泡剂沸点温度以上的温度进行预膨胀；然后在蒸汽加热的模型塑模中模制成希望的形状，蒸汽加热塑模使得珠粒进一步膨胀填充模型塑模。复杂的模型和模型组件通过模制多个单独模型部分，然后通过粘接这些模型部分，形成模型或模型组件。

熔化金属可进行重力浇注，从上方的铸勺或熔化炉倒出，或进行反重力浇注。在重力浇注的消失模工艺中，流道和浇注槽中熔化金属的金属静力学落差是熔化金属填充模腔的驱动力。反重力浇注的消失模工艺通过模腔中的真空或低压使得熔化金属从下方的容器，如熔化炉，向上流入。

公知的重力浇注的消失模工艺是通过注入熔化金属到设置在模型上的槽中进行顶部填充模腔的，熔化金属向下通过位于模型上方的浇口***流入模腔。另外的从底部填充模腔的重力浇注方法通过注入熔化金属到位于模型附近的垂直流道来实现。流道从模腔上方延伸到模腔下方，通过位于模型下面的浇口***对模腔进行充填，使熔化金属竖直向上流入模具。此外，重力浇注法可从侧面填充模腔，通过浇注熔化金属流入模型，模型形成了位于模腔附近的垂直流道。垂直流道通过多个垂直对齐的浇道和可从侧面水平填充模腔的浇口与模腔连通。垂直流道可在侧面与两个或多个模腔连接，通过一次浇注制成多个铸件。

消失模模具中的熔化金属流动涉及到泡沫塑料模型的密度。铸造工程师通常会遇到部件形状的挑战，使得难以进行铸造。如长直轨等特征使得金属流过模具非常快，并且回填其他区域。回填区可带来缺陷，如皱折。计算机模拟程序已经用来调节浇口区域和位置，试图优化流动模式。

希望能开发出一种控制消失模铸造法的熔化金属在模腔中分布的方法和装置，其中对不具有流动性的模腔区的充填最大化，回填和其他铸造缺陷的数量减少，熔化金属的流动模式和产生铸件的材料性能得到优化。

发明内容

根据本发明，令人惊奇地发现了一种控制消失模铸造法的熔化金属在模腔中分布的方法和装置，其中对不具有流动性的模腔区的填充最大化，回填和铸件缺陷的数量减少，熔化金属的流动模式和产生铸件的材料性能得到优化。

在一个实施例中，通过使泡沫塑料模型局部密实来控制模腔中熔化金属分布的装置包括，具有圆柱面和位于型模内的模型形成腔的型模，圆柱面与模型形成腔连通；压杆，可滑动地设置在型模的圆柱面中；向压杆施加力的机构，使得压杆在型模的圆柱面中朝着型模的模型形成腔的方向滑动；和模型，位于型模的模型形成腔中，其中滑动的压杆使得模型局部密实。

本发明还提供了一种方法，可控制熔化金属在模腔中的分布。

在一个实施例中，控制模腔中熔化金属分布的方法包括步骤：提供具有至少一个局部密实部分的模型；将模型放入砂中形成模腔；和将熔化金属引入模腔，其中密实部分有助于熔化金属在模腔的模型密实部分上游的分布，促进了模腔完全填充。

在另一实施例，控制模腔中熔化金属分布的方法包括步骤：提供具有至少一个可滑动地设置其中的压杆的型模；提供泡沫塑料模型，设置在型模的模型形成腔内；用压杆压迫一部分泡沫塑料模型，使泡沫塑料模型的一部分密实；将泡沫塑料模型放到砂中形成模腔；引入熔化金属到模腔中，其中泡沫塑料模型的密实部分有助于熔化金属在模腔中的泡沫塑料模型密实部分上游的分布，促进模腔完整充填。

附图说明

通过阅读下面对优选实施例的详细介绍并参考附图，所属领域的技术人员可更清楚的了解本发明上述和其他的优点，附图中：

图1是根据本发明的实施例的消失模铸造法的包括泡沫塑料密实机构的型模的截面示意图，显示了进行泡沫塑料充填步骤的模具；

图2是图1所示的消失模铸造法的型模的截面示意图，显示了进行泡沫塑料密实步骤的模具；

图3是设置在砂中的泡沫塑料模型的截面示意图，显示了处于熔化金属填充步骤初始阶段的模型；

图4是图3所示的泡沫塑料模型的截面示意图，显示了在熔化金属填充步骤期间的模型，其后金属将渗透到密实的泡沫塑料中；

图5是图3和图4显示的泡沫塑料模型的截面示意图，显示了在熔化金属填充步骤期间的模型，金属已渗透到密实的泡沫塑料中。

具体实施方式

下面的详细介绍和附图说明和显示了本发明的各个示例性实施例。说明和附图用于使所属领域的技术人员了解和使用本发明，不能以任何方式来限制本发明。对于所公开的方法和显示的流动图，所显示的步骤只是示例性的，因此，步骤的顺序不是完全必要和关键的。

图1显示了根据本发明的实施例的泡沫塑料模型的型模10。型模10包括其中的模型形成腔12。形成腔12的形状基本上与希望的铸件相同(未显示)。圆柱面14在型模10中形成，并与模型形成腔12连通。本文中的圆柱面是指滑动件可设置其中的通孔、空腔或其他腔室。

压杆16可滑动地设置在圆柱面14。如本文中所示，压杆包括活塞、插头、或其他能够在圆柱面14中滑动的物体。液压缸18适合用来施加压力或力到压杆16，使得压杆16在圆柱面14中滑动。应当知道，其他的施力机构也可使用，如齿条和齿轮组合、压缩空气、和弹簧。

图1所显示的压杆16的位置和方向在圆柱面14中形成与空腔12连通的空间22，可帮助泡沫塑料珠粒20填充空腔12和空间22。泡沫塑料珠粒20可以是膨胀的聚苯乙烯塑料材料。如文中所表示的，空间包括空腔、腔室或其他可用泡沫塑料珠粒20填充的空间。热源(未显示)可施加热量到模具10。

为了形成泡沫塑料模型24，将珠粒20吹入或传输或促使其进入空腔12，直到空腔基本上被珠粒20充满。通过热源对型模10加热，使得珠粒20膨胀并熔化到一起，形成泡沫塑料模型24，如图2所示。尽管该实施例使用的泡沫塑料来形成示例性的模型，应当知道具有类似性能的其他材料也可使用，这未脱离本发明的范围和精神。

在泡沫塑料模型24形成后。使压杆16在圆柱面14内滑动，沿着图2所示的方向。压杆16的移动使得泡沫塑料模型24位于空间22的部分受到局部压缩。其结果是，泡沫塑料模型24形成了局部密实部分26。应当理解泡沫塑料珠粒20也可在加热步骤之前进行压缩，形成局部密实部分26。一旦泡沫塑料模型24形成，将泡沫塑料模型24从型模10取出，涂复气体可渗透的难熔金属表层(未显示)，比如云母、硅石、氧化铝、氧化铝-硅酸盐等。

涂复后的泡沫塑料模型24放入紧凑的未黏结的砂28中，如图3所示。泡沫塑料模型24在砂28中形成模腔30。熔化金属32然后引入模腔30中，熔化金属32熔化、热解和置换泡沫塑料模型24。气体和液体分解或高温分解产物(未显示)可通过气体可渗透的难熔金属表层逸出，进入泡沫塑料模型24。分解产物然后通过砂28。未黏结的砂颗粒28之间的间隙使得分解产物可通过。

熔化金属32进入和在模腔30中移动的速率受到前进的熔化金属32前端从模腔30取代泡沫塑料模型24的速率的限制。因此，当熔化金属32达到密实部分26时，如图4所示，熔化金属32通过模腔30其余部分的进程受到延误、阻挡或延缓。熔化金属32的缓慢通过模腔30的其余部分导致和帮助熔化金属32在模腔30中的分布，到达模腔30中密实部分26上游的所有区域或部分。因此，促进模腔30的完整充填。

一旦熔化金属32熔化、热分解和取代密实部分26，熔化金属32可正常移动通过模腔30，如图5所示。应当知道可根据需要使用多个密实部分26，以促进模腔30的完整充填。计算机模拟程序可用来确定密实部分26的位置，以便优化熔化金属32在模腔30中的流动模式。

应当知道，其他局部密实泡沫塑料模型24的方法也可采用。一个方法是形成多个密度不同的泡沫塑料模型24。然后将多个泡沫塑料模型24粘接到一起，形成单个泡沫塑料模型24，具有希望的铸件最终形状和结构。粘接多个泡沫塑料模型可使用传统的方式，如粘接，热焊接或其他希望的粘接方法。然后泡沫塑料模型24放入砂28中。

上面介绍的本发明的方法和装置具有许多优点。优点包括减少了如回填等铸造缺陷。此外，还可减少生产的铸件中的空穴，因为促进了包括流道和类似结构的模腔30的完整充填。这些以及其他的优点导致了所产生的金属废料整体减少。

从上面进行的介绍，所属领域的技术人员可容易地了解本发明的基本特征，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行各种变化和改进，使其适合各种用途和条件。

Claims (20)

1.一种控制模腔中熔化金属分布的方法，包括步骤：

提供具有至少一个局部密实部分的模型；

将模型放入砂中形成模腔；和

将熔化金属引入模腔，其中所述密实部分有助于熔化金属在模腔中模型密实部分上游的分布，促进模腔完全填充。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：提供型模，其具有至少一个设置其中的压杆，模型的密实部分通过所述压杆形成。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述压杆可在圆柱面滑动，压缩部分模型，产生密实部分。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述压杆通过压力施加机构进行滑动。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述压力施加机构是液压缸。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型的密实部分通过提供多个密度不同的模型并粘接多个模型而成。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个模型通过热焊接工艺进行连接。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个模型通过粘接工艺进行粘接。

9.一种控制模腔中熔化金属分布的方法，其包括步骤：

提供型模，其具有至少一个可滑动地设置其中的压杆；

提供泡沫塑料模型，设置在所述型模的模型形成腔内；

用所述压杆压迫一部分泡沫塑料模型，使所述部分的泡沫塑料模型密实；

将泡沫塑料模型放入砂中形成模腔；

引入熔化金属到模腔中，其中泡沫塑料模型的密实部分有助于熔化金属在模腔中的泡沫塑料模型密实部分上游的分布，促使模腔完全填充。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过压力施加机构使所述压杆滑动。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述压力施加机构是液压缸。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过提供多个密度不同的模型并粘接多个模型形成密实部分，产生泡沫塑料模型。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多个模型通过热焊接工艺进行连接。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多个模型通过粘接工艺进行粘接。

15.一种使泡沫塑料铸造模型局部密实的装置，以便控制熔化金属在模腔中的分布，其包括：

型模，带有圆柱面和模型形成腔，所述圆柱面与所述模型形成腔连通；

压杆，可滑动地位于所述型模的圆柱面；

向压杆施加力的机构，所述施力机构可使压杆在型模的圆柱面中朝型模的模型形成腔滑动；和

模型，设置在所述型模的模型形成腔，滑动的压杆使所述模型局部密实。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述施力机构是液压缸。

17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述施力机构是弹簧。

18.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述模型用泡沫塑料材料制造。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述泡沫塑料材料是膨胀聚苯乙烯泡沫塑料。

20.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述模型放入砂中形成模腔，局部密实可帮助注入所述模腔的熔化金属更好的分布，促进了对模腔的填充。

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