專利名稱：控制壓力作用下的金屬制品失泡沫鑄造過程的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在控制壓力作用下，金屬制品，特別是鋁和合金制品的失泡沫鑄造過程的改進(jìn)，正如1988年5月20日公布的主專利NO.2606688中所說明的那樣。
對(duì)于技術(shù)熟練的人，主要從美國專利NO.3157924中可以得知，將聚苯乙烯泡沫埋入由不含粘結(jié)劑的干砂制成的鑄模中所得到的模型可用于鑄造。在這個(gè)過程中，要澆鑄的金屬事先被熔化，然后借助穿過砂子的通道流入模型中，與模型接觸，將模型燃燒和使之轉(zhuǎn)化為蒸氣，逐漸代替所述的模型中，蒸氣則從砂粒之間逸出。
這種方法在工業(yè)上很有吸引力，因?yàn)樗恍枰A(yù)先制造和型芯相連接的堅(jiān)固的鑄模，并可以簡單地回收鑄件和容易重復(fù)利用鑄造材料，通常鑄模的預(yù)先制造需要把粉狀的耐火材料壓實(shí)和加熱粘結(jié)，而鑄模與型芯的連接也是相當(dāng)復(fù)雜，要借助許多通道才能實(shí)現(xiàn)。
但是，這個(gè)方法也受到若干缺點(diǎn)的影響-凝固作用較慢，這樣會(huì)促使產(chǎn)生氣孔;
-熱量梯度相對(duì)較弱，因此假如制品外形使得補(bǔ)縮難以進(jìn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生微收縮。
為了克服這些缺點(diǎn)，申請人開發(fā)出一種失泡沫鑄造過程，這也是在法國公布的專利申請NO.2606688的內(nèi)容。
這個(gè)申請說明，當(dāng)鑄模被熔化的金屬充滿后，即是說當(dāng)模型完全被金屬破壞，泡沫放出的蒸氣已經(jīng)排出，最好在金屬開始凝固之前，在鑄模和金屬組件上產(chǎn)生等壓的氣體壓力。這個(gè)壓力的數(shù)值隨著時(shí)間而增加，以避免產(chǎn)生金屬滲透現(xiàn)象，因此必需在小于15秒的時(shí)間內(nèi)達(dá)到壓力的最大值。
在這個(gè)申請中，最大壓力值在0.5至1.5兆帕之間。然而，這個(gè)范圍在1989年9月7日提交的法國增補(bǔ)發(fā)明證書NO.89-11943中已經(jīng)擴(kuò)展至10兆帕，因此，在各種改進(jìn)中，所生產(chǎn)的制品的疲勞強(qiáng)度可以提高。
同時(shí)，申請人還發(fā)現(xiàn)，除了導(dǎo)致制品變形的金屬滲透現(xiàn)象之外，在泡沫被金屬燃燒的過程中，這些泡沫首先液化，然后氣化，并產(chǎn)生壓力，這樣氣體就滲入金屬中，并在其中形成砂眼，并同時(shí)出現(xiàn)碳的夾渣，這是由于殘余泡沫燃燒不完全造成的。
為了解決這個(gè)問題，他們推薦了一種改進(jìn)方法，這就是1989年3月7日提交的增補(bǔ)發(fā)明證書NO.89-03706的內(nèi)容，它包括隨著砂粒尺寸和埋入模型的深度變化而增加壓力，壓力迅速地和暫時(shí)地在熔融金屬與砂的交界地區(qū)，在熔化金屬中產(chǎn)生一個(gè)比在砂中較高的壓力，這個(gè)壓力可通過砂子損失填料而得到;這個(gè)超載壓力的值處在兩個(gè)極限值之間，當(dāng)所述的壓力增加時(shí)即降低，然后保持所述壓力不變，直至凝固作用完成。
壓力增加的速率最好在0.003～0.3兆帕/秒之間，制品的厚度越厚，則速率越低，所述的最大超載壓力應(yīng)在小于2秒的時(shí)間內(nèi)達(dá)到。
申請人還想在基本的專利申請及其改進(jìn)的范圍內(nèi)進(jìn)一步改善其過程。事實(shí)上，眾所周知，最大壓力必須在澆鑄金屬達(dá)到一定程度的凝固之前就加上去，否則所述壓力的作用會(huì)大大降低?，F(xiàn)在，還可以看到，為了避免產(chǎn)生金屬滲透現(xiàn)象和由泡沫氣化產(chǎn)生的氣體滲透到制品中去，必需一開始就有一個(gè)給定范圍的超載壓力。這里還假定，為了避免過份高的超載壓力，在加壓的最初幾秒鐘內(nèi)，壓力的增加應(yīng)該適當(dāng)。然而，如果在整個(gè)加壓的過程中，壓力的增加都保持同一數(shù)值，則可以發(fā)現(xiàn)，通常在達(dá)到最大壓力之前，所有金屬實(shí)際上已經(jīng)凝固了，因此，這個(gè)過程的效果受到限制。
這就是為什么申請人有這個(gè)想法，擬分兩個(gè)階段來增加壓力。因?yàn)椋^程的特點(diǎn)是一開始，在第一個(gè)階段壓力以0.003～0.3兆帕/秒的速率增加，那末，在第二階段，壓力增加的速率應(yīng)比第一階段的更高，直到達(dá)到最大壓力為止，第一階段通常是指從壓力上升開始至多5秒的一段時(shí)間。
現(xiàn)在可以來看看防止金屬滲透和碳夾渣以及在金屬完全凝固之前達(dá)到最大壓力的條件。第一階段最好至多為2秒，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)值通常已足夠來避免上述缺點(diǎn)了?？捎袃煞N不同的方法來增加壓力升高的速率-一種方法是分兩階段進(jìn)行，在每一階段中，首先用較低的，固定不變的速率，然后才用較高的，固定不變的速率。因此，壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線可用兩條直線段來表示，其公共點(diǎn)位于時(shí)間t≤5秒處。在氣體回路中放置一個(gè)或兩個(gè)閥，該閥具有兩部分，分別帶有不同的開度就可做到這點(diǎn)。
-或者另一種方法是，在過程中速率是連續(xù)增加的。因此，壓力曲線可用一條連續(xù)上升的曲線來表示，在時(shí)間t≤5秒處V的數(shù)值小于0.3兆帕/秒。這點(diǎn)可利用一個(gè)閥來達(dá)到，閥的過流截面是逐漸增大的。本過程的一個(gè)非限定的例子包括配上一種開度的規(guī)律，該規(guī)律給出一種 (dp)/(dt) ＝Kt形式的速率隨時(shí)間呈線性增加的關(guān)系，這使得壓力的規(guī)律呈拋物線形式P＝1/2Kt2。
本發(fā)明可用下列實(shí)施例來說明。
例1內(nèi)燃機(jī)的頂蓋用A-S7U3G型鋁合金制造，該合金以重量計(jì)含有6.9%的硅，3.1%的銅，0.3%的鎂，其余為鋁和常規(guī)的雜質(zhì)。頂蓋具有厚的凸緣和薄的輻板，其厚度為3毫米，達(dá)到凝固程度為30%所需的時(shí)間約為4秒，此外，金屬流動(dòng)的路徑較長，這導(dǎo)致在充填的最后階段，供料速率較低，必需使金屬過熱。
金屬澆鑄入鑄模中，鑄模包含有一個(gè)聚苯乙烯的模型，它埋入砂中，根據(jù)本發(fā)明，要加1.5兆帕的最大壓力，過程按照下列步驟進(jìn)行-在最初的2秒過程中，速率的增加為0.25兆帕/秒，這樣可獲得0.5兆帕的壓力。
-在以后的2秒過程中，速率的增加為0.5兆帕/秒，這樣可獲得1.5兆帕的壓力。
將具有不同橫截面的兩個(gè)閥放在氣體供給回路中就可進(jìn)行這個(gè)步驟。
當(dāng)?shù)玫皆谀坛绦蜻_(dá)到30%以前達(dá)到最大壓力的條件時(shí)，就可避免產(chǎn)生金屬滲透和在制品上形成碳夾渣的問題。
根據(jù)申請的先有技術(shù)，為了在4秒內(nèi)達(dá)到1.5兆帕的壓力就必須加壓力，壓力隨時(shí)間的增加速率應(yīng)達(dá)到0.375兆帕/秒，這個(gè)數(shù)值超過了在NO.89-03706號(hào)申請中所指的0.30兆帕/秒的極限。
例2一種懸臂用A-S7G0.3型鋁合金制成，按重量計(jì)它包括7.5%硅，0.25%鎂，其余為鋁及常規(guī)雜質(zhì)。這個(gè)臂的厚度是正常的，為6～8毫米，為得到30%的凝固程度所需的時(shí)間約為20秒。
金屬澆鑄至鑄模中，根據(jù)本發(fā)明需加的最大壓力為8兆帕，過程按以下步驟進(jìn)行，該步驟包括利用控制閥，使壓力按照公式P＝2×10-2t2呈拋物線升高，式中P用兆帕表示，t用秒表示，為了做到這點(diǎn)，壓力升高的速率應(yīng)為 (dp)/(dt) ＝4×10-2t。
這個(gè)步驟允許-在最初的2秒過程中，所得到的壓力上升速率不超過0.08兆帕/秒，因此，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在申請NO.89-03706中所指出的，為了避免發(fā)生金屬滲透現(xiàn)象的極限0.30兆帕/秒，但是從t＝0.075秒起，卻高于下限0.003兆帕/秒，此下限可保證從模型中產(chǎn)生的氣體和液體的殘?jiān)軓氐着懦蓛簟?br> -20秒鐘以后，壓力必需達(dá)到8兆帕，以便充分發(fā)揮壓實(shí)成型的作用。
這樣，通過采用這些條件，即在凝固程度達(dá)到30%之前，得到最大壓力，就可以避免金屬滲透和在制品中碳夾渣的問題。
根據(jù)申請的先有技術(shù)，為了在20秒內(nèi)達(dá)到8兆帕的壓力，所加的隨時(shí)間而增大的壓力，其上升速率應(yīng)達(dá)到0.4兆帕/秒，這個(gè)數(shù)值超過了為避免產(chǎn)生金屬滲透現(xiàn)象所需要的極限。
權(quán)利要求
1.在控制壓力作用下，金屬制品，特別是鋁及其合金制品的失泡沫鑄造過程的改進(jìn)，其中要澆鑄的制品的有機(jī)泡沫模型埋入鑄模中，鑄模的壁為不含粘結(jié)劑的干砂，鑄模用液態(tài)金屬充填，金屬將泡沫燃燒，逐漸取代泡沫，然后最好在金屬開始凝固之前，加到鑄模和金屬中，并加一準(zhǔn)等壓的氣體壓力，此壓力隨時(shí)間而增大，直至達(dá)到0.5～10兆帕的固定值為止；在壓力升高階段，在熔融的金屬中產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)于砂子的超載壓力，其最大值必需在壓力升高的最初5秒內(nèi)達(dá)到；這種改進(jìn)方法的特點(diǎn)在于在第一階段，壓力一開始是以0.003～0.3兆帕/秒的速率增加的，此階段從壓力上升開始算起，至多為5秒，然后在第二階段過程中，以比第一階段較高的速率增加，直至達(dá)到最大值為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的改進(jìn)，其特征為第一階段至多為2秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的改進(jìn)，其特征為在兩個(gè)階段的每一階段中，壓力上升速率為固定不變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的改進(jìn)，其特征為在兩個(gè)階段過程中，速率是連續(xù)增大的。
全文摘要
本發(fā)明涉及在控制壓力作用下，金屬制品失泡沫鑄造過程的改進(jìn)。這個(gè)改進(jìn)包括，一開始時(shí)在第一階段，以0.003～0.3兆帕/秒的速率增大壓力，第一階段從壓力升高開始算起至多為5秒，然后在第二階段，以比第一階段較高的速率增大壓力，直至達(dá)到最大壓力為止。這個(gè)改進(jìn)可使制品具有與模型相適應(yīng)的形狀，而不會(huì)有砂眼。
文檔編號(hào)B22D27/09GK1051319SQ9010870
公開日1991年5月15日 申請日期1990年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月31日
發(fā)明者米切爾·加拉特 申請人:皮奇尼鋁公司