專(zhuān)利名稱(chēng)：控制熔化金屬在模腔中分布的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消失才莫鑄造法，更具體地涉及生產(chǎn)金屬鑄件的 消失模鑄造工藝中控制沖莫腔中熔化金屬分布的方法和裝置，其中控 制通過(guò)局部密實(shí)泡沫塑料來(lái)實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
所謂的"消失模"鑄造工藝是公知的技術(shù)，可用于生產(chǎn)金屬鑄 件。容易消失的可熱分解的聚合泡沫塑料模型(包括鑄型、澆口、 免道、流道)覆蓋有薄的(一般在0.25到0.5毫米)氣體可滲透的 難熔金屬涂層/表層，如云母、硅石、氧化鋁、氧化鋁-硅酸鹽等。將 該模型放入緊湊的未黏結(jié)的砂中形成模腔。熔化金屬然后注入模腔 熔化和熱分解模型，熔化金屬置換了模型。氣體和液體分解/高溫分解產(chǎn)物通過(guò)氣體可滲透的難熔金屬表層逸出，進(jìn)入未翁結(jié)的砂顆粒之間的間隙。熔化金屬進(jìn)入模腔的鑄造 速度或速率受到前進(jìn)的熔化金屬前端置換模腔中^f莫型的速度的限 制。其又受到難熔金屬表層/涂層的厚度和氣體滲透性的限制。典型 的易消失的聚合泡沫塑料才莫型包括用于鋁鑄造的膨脹聚苯乙烯泡沫 塑料(EPS)，用于鐵和鋼鑄造的聚甲基丙烯酸脂(PMMA)和膨脹聚 苯乙烯泡沫塑料共聚物。聚合泡沫塑料模型通過(guò)注射預(yù)膨脹的聚合物珠粒到模型塑模中
得到模型的希望形狀。例如，含有發(fā)泡劑/膨脹劑(如n-戊烷)的原料EPS珠粒( 一般直徑為0.2到0.5毫米)首先在聚苯乙烯軟化溫度 和發(fā)泡劑沸點(diǎn)溫度以上的溫度進(jìn)行預(yù)膨脹；然后在蒸汽加熱的模型 塑模中模制成希望的形狀，蒸汽加熱塑模使得珠粒進(jìn)一步膨脹填充 模型塑模。復(fù)雜的模型和模型組件通過(guò)模制多個(gè)單獨(dú)模型部分，然 后通過(guò)粘接這些模型部分，形成模型或模型組件。熔化金屬可進(jìn)行重力澆注，從上方的鑄勺或熔化爐倒出，或進(jìn) 行反重力澆注。在重力澆注的消失^f莫工藝中，流道和澆注槽中熔化 金屬的金屬靜力學(xué)落差是熔化金屬填充模腔的驅(qū)動(dòng)力。反重力澆注 的消失模工藝通過(guò)模腔中的真空或低壓使得熔化金屬?gòu)南路降娜?器，如熔化爐，向上流入。公知的重力澆注的消失模工藝是通過(guò)注入熔化金屬到設(shè)置在才莫 型上的槽中進(jìn)行頂部填充模腔的，熔化金屬向下通過(guò)位于模型上方 的澆口系統(tǒng)流入才莫腔。另外的從底部填充才莫腔的重力澆注方法通過(guò) 注入熔化金屬到位于才莫型附近的垂直流道來(lái)實(shí)現(xiàn)。流道從;漠腔上方 延伸到模腔下方，通過(guò)位于模型下面的澆口系統(tǒng)對(duì)模腔進(jìn)行充填， 使熔化金屬豎直向上流入模具。此外，重力澆注法可從側(cè)面填充模 腔，通過(guò)澆注熔化金屬流入模型，模型形成了位于模腔附近的垂直 流道。垂直流道通過(guò)多個(gè)垂直對(duì)齊的澆道和可從側(cè)面水平填充模腔 的洗口與一莫腔連通。垂直流道可在側(cè)面與兩個(gè)或多個(gè)才莫腔連接，通 過(guò)一次澆注制成多個(gè)鑄件。消失模模具中的熔化金屬流動(dòng)涉及到泡沫塑料模型的密度。鑄 造工程師通常會(huì)遇到部件形狀的挑戰(zhàn)，使得難以進(jìn)行鑄造。如長(zhǎng)直 軌等特征使得金屬流過(guò)模具非常快，并且回填其他區(qū)域?；靥顓^(qū)可 帶來(lái)缺陷，如皺折。計(jì)算機(jī)模擬程序已經(jīng)用來(lái)調(diào)節(jié)澆口區(qū)域和位置， 試圖優(yōu)化流動(dòng)模式。希望能開(kāi)發(fā)出 一 種控制消失模鑄造法的熔化金屬在模腔中分布 的方法和裝置，其中對(duì)不具有流動(dòng)性的模腔區(qū)的充填最大化，回填
和其他鑄造缺陷的數(shù)量減少，熔化金屬的流動(dòng)模式和產(chǎn)生鑄件的材 料性能得到優(yōu)化。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，令人驚奇地發(fā)現(xiàn)了 一種控制消失模鑄造法的熔化 金屬在模腔中分布的方法和裝置，其中對(duì)不具有流動(dòng)性的模腔區(qū)的 填充最大化，回填和鑄件缺陷的數(shù)量減少，熔化金屬的流動(dòng)才莫式和 產(chǎn)生鑄件的材料性能得到優(yōu)化。根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種使泡沫塑料鑄造模型局部密實(shí)的裝置，以便控制熔化金屬在模腔中的分布，其包括型模，帶有圓柱面和 模型形成腔，所述圓柱面與所述模型形成腔連通；壓桿，可滑動(dòng)地 位于所述型才莫的圓柱面；向壓桿施加力的才幾構(gòu)，所述施力機(jī)構(gòu)可使 壓桿在型模的圓柱面中朝型模的模型形成腔滑動(dòng)；和模型，設(shè)置在 所述型模的才莫型形成腔，滑動(dòng)的壓桿使所述模型局部密實(shí)。


通過(guò)閱讀下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)介紹并參考附圖，所屬領(lǐng)域 的技術(shù)人員可更清楚的了解本發(fā)明上述和其他的優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的消失模鑄造法的包括泡沫塑料密 實(shí)機(jī)構(gòu)的型模的截面示意圖，顯示了進(jìn)行泡沫塑料充填步驟的模具；圖2是圖1所示的消失模鑄造法的型模的截面示意圖，顯示了 進(jìn)行泡沫塑料密實(shí)步驟的模具；圖3是設(shè)置在砂中的泡沫塑料^^莫型的截面示意圖，顯示了處于 熔化金屬填充步驟初始階段的才莫型；圖4是圖3所示的泡沫塑料才莫型的截面示意圖，顯示了在熔化 金屬填充步驟期間的模型，其后金屬將滲透到密實(shí)的泡沫塑料中；圖5是圖3和圖4顯示的泡沫塑料才莫型的截面示意圖，顯示了 在熔化金屬填充步驟期間的模型，金屬已滲透到密實(shí)的泡沫塑料中。
具體實(shí)施方式
下面的詳細(xì)介紹和

和顯示了本發(fā)明的各個(gè)示例性實(shí)施 例。說(shuō)明和附圖用于使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員了解和使用本發(fā)明，不 能以任何方式來(lái)限制本發(fā)明。對(duì)于所公開(kāi)的方法和顯示的流動(dòng)圖， 所顯示的步驟只是示例性的，因此，步驟的順序不是完全必要和關(guān) 鍵的。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的泡沫塑料模型的型模10。型才莫10包括其中的模型形成腔12。形成腔12的形狀基本上與希望的 鑄件相同(未顯示)。圓柱面14在型模10中形成，并與模型形成 腔12連通。本文中的圓柱面是指滑動(dòng)件可設(shè)置其中的通孔、空腔或 其他腔室。壓桿16可滑動(dòng)地設(shè)置在圓柱面14。如本文中所示，壓桿包括活 塞、插頭、或其他能夠在圓柱面14中滑動(dòng)的物體。液壓缸18適合 用來(lái)施加壓力或力到壓桿16,使得壓桿16在圓柱面14中滑動(dòng)。應(yīng) 當(dāng)知道，其他的施力機(jī)構(gòu)也可使用，如齒條和齒輪組合、壓縮空氣、 和彈簧。圖1所顯示的壓桿16的位置和方向在圓柱面14中形成與空腔12 連通的空間22,可幫助泡沫塑料珠粒20填充空腔12和空間22。泡 沫塑料珠粒20可以是膨脹的聚苯乙烯塑料材料。如文中所表示的， 空間包括空腔、腔室或其他可用泡沫塑料珠粒20填充的空間。熱源 (未顯示)可施加熱量到模具10。為了形成泡沫塑料;漠型24,將珠粒20吹入或傳輸或促使其進(jìn)入 空腔12,直到空腔基本上被珠粒20充滿(mǎn)。通過(guò)熱源對(duì)型模10加熱， 使得珠粒20膨脹并熔化到一起，形成泡沫塑料;漠型24，如圖2所示。 盡管該實(shí)施例使用的泡沫塑料來(lái)形成示例性的模型，應(yīng)當(dāng)知道具有 類(lèi)似性能的其他材料也可使用，這未脫離本發(fā)明的范圍和精神。在泡沫塑料才莫型24形成后。使壓桿16在圓柱面14內(nèi)滑動(dòng)，沿 著圖2所示的方向。壓桿16的移動(dòng)4吏得泡沫塑料才莫型24位于空間22
的部分受到局部壓縮。其結(jié)果是，泡沫塑料才莫型24形成了局部密實(shí)部分26。應(yīng)當(dāng)理解泡沫塑料珠粒20也可在加熱步驟之前進(jìn)行壓縮， 形成局部密實(shí)部分26。 一旦泡沫塑料模型24形成，將泡沫塑料模型 24從型模10取出，涂復(fù)氣體可滲透的難熔金屬表層(未顯示)，比 如云母、硅石、氧化鋁、氧化鋁-硅酸鹽等。涂復(fù)后的泡沫塑料才莫型24放入緊湊的未黏結(jié)的砂28中，如圖3 所示。泡沫塑料才莫型24在砂28中形成模腔30。熔化金屬32然后引 入模腔30中，熔化金屬32熔化、熱解和置換泡沫塑料模型24。氣 體和液體分解或高溫分解產(chǎn)物(未顯示)可通過(guò)氣體可滲透的難熔 金屬表層逸出，進(jìn)入泡沫塑料模型24。分解產(chǎn)物然后通過(guò)砂28。未 黏結(jié)的砂顆粒28之間的間隙使得分解產(chǎn)物可通過(guò)。熔化金屬32進(jìn)入和在模腔30中移動(dòng)的速率受到前進(jìn)的熔化金 屬32前端從模腔30取代泡沫塑料模型24的速率的限制。因此，當(dāng) 熔化金屬32達(dá)到密實(shí)部分26時(shí)，如圖4所示，熔化金屬32通過(guò)模 腔30其余部分的進(jìn)程受到延誤、阻擋或延緩。熔化金屬32的緩慢 通過(guò)模腔30的其余部分導(dǎo)致和幫助熔化金屬32在模腔30中的分布， 到達(dá)模腔30中密實(shí)部分26上游的所有區(qū)域或部分。因此，促進(jìn)模 腔30的完整充填。一旦熔化金屬32熔化、熱分解和取代密實(shí)部分26，熔化金屬32 可正常移動(dòng)通過(guò)才莫腔30,如圖5所示。應(yīng)當(dāng)知道可根據(jù)需要使用多 個(gè)密實(shí)部分26，以促進(jìn)沖莫腔30的完整充填。計(jì)算枳4莫擬程序可用來(lái) 確定密實(shí)部分26的位置，以便優(yōu)化熔化金屬32在;^莫腔30中的流動(dòng) 模式。應(yīng)當(dāng)知道，其他局部密實(shí)泡沫塑料;溪型24的方法也可采用。一 個(gè)方法是形成多個(gè)密度不同的泡沫塑料^t型24。然后將多個(gè)泡沫塑 料模型24粘接到一起，形成單個(gè)泡沫塑料模型24，具有希望的鑄件 最終形狀和結(jié)構(gòu)。粘接多個(gè)泡沫塑料模型可使用傳統(tǒng)的方式，如粘 接，熱焊接或其他希望的粘接方法。然后泡沫塑料才莫型24放入砂28中。上面介紹的本發(fā)明的方法和裝置具有許多優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)包括減少 了如回填等鑄造缺陷。此外，還可減少生產(chǎn)的鑄件中的空穴，因?yàn)榇龠M(jìn)了包括流道和類(lèi)似結(jié)構(gòu)的模腔30的完整充填。這些以及其他的 優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致了所產(chǎn)生的金屬?gòu)U料整體減少。從上面進(jìn)行的介紹，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地了解本發(fā)明 的基本特征，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行各種變化和改進(jìn)，使其適合各種用途和條件。
權(quán)利要求
1.一種使泡沫塑料鑄造模型局部密實(shí)的裝置，以便控制熔化金屬在模腔中的分布，其包括型模，帶有圓柱面和模型形成腔，所述圓柱面與所述模型形成腔連通；壓桿，可滑動(dòng)地位于所述型模的圓柱面；向壓桿施加力的機(jī)構(gòu)，所述施力機(jī)構(gòu)可使壓桿在型模的圓柱面中朝型模的模型形成腔滑動(dòng)；和模型，設(shè)置在所述型模的模型形成腔，滑動(dòng)的壓桿使所述模型局部密實(shí)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述施力機(jī)構(gòu)是
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述施力機(jī)構(gòu)是 彈簧。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述模型用泡沫 塑料材料制造。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述泡沫塑料材 料是膨脹聚苯乙烯泡沫塑料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述模型放入砂 中形成模腔，局部密實(shí)可幫助注入所述模腔的熔化金屬更好的分布， 促進(jìn)了對(duì)模腔的填充。
全文摘要
公開(kāi)了一種控制模腔中熔化金屬分布的方法和裝置。該控制通過(guò)生產(chǎn)金屬鑄件的消失模鑄造工藝的局部泡沫塑料密實(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中對(duì)不具有流動(dòng)性的模腔區(qū)的填充最大化，使得回填和鑄件缺陷的數(shù)量減少，熔化金屬的流動(dòng)模式和所產(chǎn)生鑄件的材料性能得到優(yōu)化。
文檔編號(hào)B22C7/00GK101125356SQ200710153660
公開(kāi)日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月6日
發(fā)明者B·L·普里姆, G·C·沃德 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司