利用殼芯一體鑄模及其固定裝置制造鑄件方法

專利名稱：利用殼芯一體鑄模及其固定裝置制造鑄件方法
專利說明利用殼芯一體鑄模及其固定裝置制造鑄件方法 本發(fā)明涉及到一種鑄造用殼芯一體鑄模，該鑄模集型芯和殼模于一體，尤其涉及的是一種具有復雜型芯結構的殼芯一體鑄模。
同時，本發(fā)明還涉及一種鑄造用殼芯一體鑄模，該鑄模能夠集型芯和殼模及其澆注系統于一體。
另外，本發(fā)明還涉及一種殼芯一體鑄模固定裝置，利用該固定裝置能夠將上述鑄模固定并澆注鑄件。
再有，本發(fā)明還涉及一種利用上述殼芯一體鑄模及其澆注裝置制造鑄件方法，該方法采用集型芯和殼模于一體的鑄模制造鑄件，屬于冶金鑄造技術領域。在傳統鑄造行業(yè)中，通常是分別制取砂芯和鑄型，再將砂芯和鑄型定位，合箱后澆注鑄件。該工藝中，合箱時普遍存在有砂芯和鑄型精確定位困難問題，尤其是型芯結構比較復雜的鑄件，合箱時幾乎不可能將砂芯和鑄型精確定位。另外，利用砂芯和鑄型組合模具鑄造工藝，需要采用制模、混砂、造型、砂箱干燥等工序，生產工藝相當復雜；生產的鑄件表面光潔度和整體尺寸精度也較差，且難以控制。還有，傳統鑄造工藝生產所需廠房和場地面積大，投資多，澆注時的鑄件型芯容易變位，尤其是結構復雜的型腔更易變形，導致鑄件尺寸偏差大，廢品率高。
再者，由于傳統鑄造工藝鑄件在砂箱中處于自然冷卻狀態(tài)，不僅冷卻速度緩慢，生產效率低，而且無法人為控制鑄件金相組織的形成。因此，現有鑄造工藝只能在鑄件的后續(xù)熱處理過程中，調整鑄件的金相組織，既浪費了大量能源又很難滿足鑄件質量要求，容易使鑄件產生廢品。
除此之外，現有鑄造工藝為了降低鑄件廢品率，一般是采用增大鑄件加工余留量的方法，來彌補尺寸精度低的弱點，換取鑄件成品率的提高。但增大鑄件加工余留量，必然會使鑄件的機加工余費用加大。這樣做不僅降低了金屬利用率，而且導致生產成本升高、生產效率下降。
尤其值得一提的是，由于傳統鑄造生產鑄件所用的殼模通常采用煤粉、膨潤土、粘土和大粒海(河)砂的混合物，這些混合物在鑄件澆注過程中容易產生大量二氧化硫、一氧化碳、硫化氫等有害氣體，嚴重污染了大氣層，對人體也造成極大的傷害，使操作人員容易患上矽肺病等難治病癥。而且傳統鑄造工藝容易使鑄件產生氣孔、夾砂、縮孔等缺陷，造成澆注后大量的廢煤粉、鑄造型砂固體混合物的排放，嚴重影響了大自然的生態(tài)平衡，給自然環(huán)境造成無法彌補的損失。同時，傳統鑄造行業(yè)需要造型機、混砂機等鑄造設備，設備投資大，工作環(huán)境差，勞動強度高。
為了改造傳統鑄造行業(yè)，提高鑄件表面光潔度和整體尺寸精度，簡化生產工藝和降低生產成本，公開號為CN1300651A介紹了一種“殼芯離心鑄造工藝”，該工藝采用殼芯鑄造與離心鑄造相結合工藝，將殼芯放入離心鑄造機的模套內，固定殼芯通過澆注口澆注鑄件。還有，授權公告號為CN11175948C報道的“復合制型、芯工藝和裝置”，采用向制型、芯盒內腔射入細顆粒的面層混合料和比面層混合料粒度粗的背層混合料，使面層混合料和背層混合料一起硬化成完整的型芯。再如，授權公告號為CN1083795C公開的“預成型品的注射成型方法和設備”，在注射成型臺上夾持頸部型腔模具、注射型芯模具和注射型腔模具并注射預成型品。上述現有技術所采用的型芯或殼摸，盡管可以采用射芯機或手工制成，對提高鑄件表面光潔度和整體尺寸精度，簡化生產工藝和降低生產成本有一定作用。但是，上述現有技術與傳統鑄造工藝一樣，其鑄造所用的型芯和殼模均為分體組合式結構，更無法制成集成型殼芯和系統于一體的鑄模。因此，現有鑄模結構不夠嚴緊，依然存在型芯和殼模定位不夠準確，有披逢，鑄件尺寸不夠精確，表面質量不夠光滑，生產效率低，成本高等問題。同時，上述現有技術依然沒有擺脫傳統鑄造工藝的束縛和限制，污染問題、能源浪費問題仍然存在。更重要的是，現有鑄造行業(yè)受傳統鑄模結構設計限制，所采用的澆注方法和澆注裝置，無一例外無法能夠在澆注金屬冷凝過程中，控制鑄件金相組織的生成。本發(fā)明的目的之一在于提供一種鑄造用殼芯一體鑄模，尤其是一種具有復雜型芯結構的殼芯一體鑄模。該鑄模集型芯和殼模于一體，具有結構嚴緊，定位準確。利用上述鑄模生產出的鑄件，具有尺寸精確，無披逢，表皮光滑等優(yōu)點。
同時，本發(fā)明的目的之二在于提供鑄造用殼芯一體鑄模，該鑄模能夠集型芯和殼模及其澆注系統于一體。
另外，本發(fā)明的目的之三在于提供一種殼芯一體鑄模固定裝置，該固定裝置能夠將上述鑄模固定，并形成鑄件澆注系統。
再有，本發(fā)明的目的之四在于提供一種利用殼芯一體鑄模及其澆注裝置制造鑄件方法，該方法徹底改變了傳統鑄造工藝模式，可以采用上述鑄模制造出尺寸精確，表面質量光滑的鑄件，而且生產效率高，成本低，無污染；同時，利用帶有冷卻系統的固定裝置，可以在澆注金屬冷卻過程中控制鑄件金相組織的生成。
本發(fā)明以上目的是通過以下技術方案得以實現的。
一種殼芯一體鑄模，包括由型芯和殼模組成的鑄模，其特征在于所說的鑄模由兩部分或兩部分以上的殼芯一體的分體鑄模組裝而成，其中所說的分體鑄模的型芯與該型芯的合圍側壁形成的殼模相連接。通常情況下，上述分體鑄模一般采用覆膜砂、鎂砂、硅砂等原料與膠結劑混合物，注射到殼芯一體鑄模成型模具中，使得一次成型制成的型芯與該型芯的合圍側壁形成的殼模相連接。本發(fā)明可以根據鑄造工藝具體需要，將上述鑄模制成兩部分分體鑄模，或兩部分以上分體鑄模，鑄模的壁厚一般為3～20毫米；相鄰分體鑄模對接連接處最好設有啟口，該啟口可以采用階梯形、凹槽形等。上述分體鑄?？梢愿鶕T造澆注工藝要求，設置有澆注系統。澆注鑄件時，只需將上述分體鑄模組裝成一體，便可以得到集鑄造所用型芯和殼模成型一體化的鑄模。本發(fā)明適合于制備各種鑄模，包括制備具有復雜型芯結構的殼芯一體鑄模。
本發(fā)明采用覆膜砂、鎂砂、硅砂做鑄模原料，能夠一次成型制成鑄造所用型芯和殼模一體化分體鑄模，使得殼芯一體鑄模具有結構嚴緊，定位準確、重量輕等特點。采用本發(fā)明所提供的殼芯一體鑄模與現有鑄造工藝生產出的鑄件相比，其尺寸精確度更高，最大尺寸公差不超過0.1毫米(通常為0.2～0.3毫米)；無披逢；鑄件毛坯的表面光潔度可以達到4～5級；減少了鑄件毛坯的加工余量小，降低了生產成本，提高了生產效率。本發(fā)明特別適合于制備具有復雜型芯結構的殼芯一體鑄模。
本發(fā)明中，還涉及到一種殼芯一體鑄模固定裝置，利用該固定裝置可以將上述鑄模固定，并形成鑄件澆注系統。該固定裝置可以根據鑄模及鑄件的鑄造需求，因地制宜采用不同的技術手段加以解決。一般情況下，該固定裝置可以選用不同材料制成內腔形狀、構造及大小，與所用鑄模形狀、構造及大小相同的固定型箱。通常上述固定型箱可以采用耐火材料、鑄鐵、金屬板加工，分別制成內腔與所用鑄模形狀、結構及其大小一致的上型箱和下型箱兩部分。澆注前，將所用鑄模裝配在由上型箱和下型箱合成一體組成的固定型箱型腔內。上述固定裝置可加工有用于自然通風或供冷卻介質流動所需的通孔、通槽或空隙夾層。上述固定裝置中的通孔、通槽或空隙夾層中的流動空氣或冷卻介質，與外部控制裝置形成冷卻系統，用來冷卻鑄模中的液體金屬。例如，當采用金屬板作為固定裝置殼體時，可采用中間留有空隙夾層的雙層金屬板制作固定裝置，雙層金屬板之間空隙可以流動冷卻介質，如冷卻空氣、冷卻水、液態(tài)氮等冷卻介質。這樣，便可以根據鑄件金屬冷凝曲線，通過控制冷卻介質來調整澆注金屬的冷卻速度，以得到符合金相組織要求的鑄件。
本發(fā)明所采用的鑄模固定裝置，特別是采用帶有通孔、通槽或空隙夾層的鑄模固定裝置，可以在澆注、冷凝過程中控制鑄件金相組織的形成，以得到符合金相組織要求的鑄件。因此，本發(fā)明與現有鑄造工藝相比，可以在鑄件冷凝過程中，人為地通過控制冷卻介質流量來調整金屬鑄件的冷卻速度，進而控制和調整鑄件金相組織的形成，避免鑄件冷卻速度過慢形成的金相組織晶粒大，影響鑄件的物理機械性能，并導致鑄件在后續(xù)熱處理過程中浪費更多的能源，或因熱處理不當造成鑄件質量不合格甚至報廢。
正是基于上述鑄模及其固定裝置產生的技術方案，本發(fā)明不可避免地給鑄造行業(yè)帶來一場全新的技術革命。因此，應運而生產生了一種利用殼芯一體鑄模及其澆注裝置制造鑄件的方法，該方法首先是將制模原料注射到殼芯一體鑄模成型模具中，制成型芯與該型芯的合圍側壁形成的殼模相連接分體鑄模，干燥后備用；將上述殼芯一體的分體鑄模組裝制成整體鑄模，并用固定裝置將整體鑄模固定；再由鑄模澆注系統向鑄模型腔內澆注高溫金屬液體，冷卻制成鑄件。
通常情況下，本發(fā)明可以根據鑄造工藝具體需要，將上述鑄模制成兩部分分體鑄模，或兩部分以上分體鑄模；并可以將上述固定裝置制成內腔與所用鑄模形狀、結構及其大小相同的上箱體和下箱體兩部分，將所用鑄模裝配在由上箱體和下箱體組成合箱形成的型腔內，利用該固定裝置將上述鑄模固定形成澆注固定箱；澆注金屬液體冷卻至開模溫度得到鑄件。一般情況下，上述分體鑄模的連接啟口與固定裝置合箱面不應當處于相同幾何平面。本發(fā)明采用帶有通孔、通槽或空隙夾層的鑄模固定裝置，可以通過控制通孔、通槽或空隙夾層的冷卻介質流量調整金屬鑄件的冷卻速度，進而控制和調整鑄件金相組織的形成上述冷卻介質可以根據需要采用冷卻空氣、冷卻水、液態(tài)氮等。
本發(fā)明所提供的利用殼芯一體鑄模及其澆注裝置制造鑄件的方法，不但能夠鑄出各種內腔結構復雜、物理性能、布氏硬度、力學性能、金相組織符合要求的鑄件，而且可以達到無粉塵生產，使得鑄件達到精密鑄造的效果。該方法還可生產大型、小型及型芯復雜的鑄模，具有生產周期短，效益高，無污染，排污量小，環(huán)保等優(yōu)點，大大降低了勞動強度和勞動力生產成本，節(jié)省了能源消耗。同時，本發(fā)明可以利用固定裝置的冷卻系統，在澆注過程中控制鑄件金相組織的形成。
除具有上述優(yōu)點外，本發(fā)明解決了鑄造行業(yè)老大難問題，克服了型芯和殼模分體制造所帶來了的制造工藝復雜、組裝鑄模困難；鑄件尺寸偏差大，廢品率高，加工余留量大，金屬利用率低等問題，不僅提高了生產效率，降低了生產成本，而且徹底解決了生產環(huán)境污染和殘渣排放問題，提高了鑄件表面光潔度和整體尺寸精度。由于本發(fā)明用砂量很少，而且鑄造生產后期產生的雜質能夠再生利用，大大降低了排渣費用，并且解決了排渣而引起的環(huán)境污染問題。
另外，本發(fā)明的主要優(yōu)點還有其一，使生產成本大大減少，鑄模模具可以一次制作多次使用，投資少，見效快。在生產過程中，生產場地只有殼芯一體的鑄造固定型箱，生產場地面積可減少50％以上，取消了傳統工藝中使用的造型機、造型線、混砂機等鑄造有關設備。同時減少了60％勞動力。其二，本發(fā)明取代了煤粉、硼潤土、粘土和大粒海(河)砂的混合物，節(jié)省了相當模重量100％的面砂，取消了傳統鑄造工藝中的型砂，使鑄造行業(yè)達到無粉塵、無煙、無二氧化硫、一氧化碳、硫化氫等有害氣體產生，解決了傳統鑄造行業(yè)對環(huán)境嚴重污染的難題。

圖1為本發(fā)明耐火制品鑄造固定型箱結構示意圖。
圖2為本發(fā)明鑄造固定型箱結構示意圖。
圖3為本發(fā)明風冷固定型箱結構示意圖。
圖4為本發(fā)明水冷固定型箱結構示意圖。
下面結合附圖介紹本發(fā)明具體實施例。實施例一本實施例中采用覆膜砂、鎂砂、硅砂等原料與膠結劑形成混合物，注射到殼芯一體鑄模成型模具中，得到一次成型制成的型芯與該型芯的合圍側壁形成的殼模相連接的上、下兩部分分體鑄模4，鑄模2由分體鑄模組裝而成。澆注系統1可以單獨制作或與上分體鑄模制成一體。上述鑄模放置在內型腔形狀、構造及大小與所用鑄模形狀、構造及大小相同的固定型箱5內。該固定型箱5由耐火材料制成上型箱和下型箱，兩者合成一體組成固定型箱5。通過澆注系統1將液態(tài)金屬澆注在鑄模內腔中，得到所需鑄件3。
實施例二與實施例一相同，只是固定型箱5的制作材料采用鑄鐵材料。
實施例三本實施例中仍然可以采用覆膜砂、鎂砂、硅砂等原料與膠結劑形成混合物，注射到殼芯一體鑄模成型模具中，得到一次成型制成的型芯與該型芯的合圍側壁形成的殼模相連接的上、下兩部分分體鑄模4，鑄模2由分體鑄模組裝而成。澆注系統1可以單獨制作或與上分體鑄模制成一體。上述鑄模放置在內型腔形狀、構造及大小與所用鑄模形狀、構造及大小相同的固定型箱5內。該固定型箱5采用金屬板作為固定裝置殼體，制成中間留有通孔、通槽或空隙夾層的固定裝置。該通孔、通槽或空隙夾層可以流動冷卻水、液態(tài)氮等冷卻介質，通過控制冷卻介質調冷卻速度，便可以得到符合金相組織要求的鑄件。
實施例四與上述實施例三相同，所不同的只是固定型箱5的通孔、通槽或空隙夾層中流動的是空氣。
權利要求
1.一種殼芯一體鑄模，包括型芯和殼模組成的鑄模，其特征在于所說的鑄模[2]由殼芯一體的分體鑄模[4]所組成，其中所說分體鑄模[4]的型芯與該型芯的合圍側壁形成的殼模相連接。
2.根據權利要求1所述的鑄模，其特征在于采用鑄模成型模具一次成型制成的殼芯一體分體鑄模[4]，由兩部分或兩部分以上分體鑄模組成。
3.根據權利要求1或2所述的鑄模，其特征在于所說的分體鑄模上設有澆注系統[1]。
4.一種殼芯一體鑄模固定裝置，其特征在于所說的固定裝置選用不同材料制成內腔形狀、構造及大小與所用鑄模外殼形狀、構造及大小相同的固定型箱。
5.根據權利要求4所述的固定裝置，其特征在于所說的固定裝置可分別制成內腔與所用鑄模[2]形狀、結構及其大小一致的上箱體和下箱體兩部分。
6.根據權利要求4所述的固定裝置，其特征在于所說的固定裝置內可加工有用于空氣自然流動或供冷卻介質流動所需的通孔、通槽或空隙夾層。
7.根據權利要求4、5或6所述的固定裝置，其特征在于所說的固定裝置可采用耐火材料、鑄鐵、金屬板加工制成。
8.一種利用殼芯一體鑄模及其澆注裝置制造鑄件方法，該方法首先是將制模原料注射到殼芯一體鑄模成型模具中，制成型芯與該型芯的合圍側壁形成的殼模相連接分體鑄模[2]，干燥后備用；將上述殼芯一體的分體鑄模組裝制成整體鑄模[2]，并用固定裝置將整體鑄模[2]固定；再由鑄模澆注系統[1]向鑄模型腔中澆注高溫金屬液體，冷卻制成鑄件。
9.根據權利要求8所述的制造鑄件方法，其特征在于該方法將上述鑄模[2]制成兩部分或兩部分以上分體鑄模；并將所用鑄模[2]裝配在由上箱體和下箱體組成合箱形成的固定型箱[5]型腔內，澆注金屬液體冷卻至開模溫度得到鑄件。
10.根據權利要求8所述的制造鑄件方法，其特征在于該方法通過控制通孔、通槽或空隙夾層的冷卻介質流量調整金屬鑄件[3]的冷卻速度。
全文摘要
一種利用殼芯一體鑄模及其固定裝置制造鑄件方法，其特點是所用鑄模由殼芯一體的兩部分或兩部分以上的分體鑄模所組成，其中所說分體鑄模的型芯與該型芯的合圍側壁形成的殼模相連接。上述分體鑄模上可以根據鑄造澆注系統要求設有冒口。澆注時只需將上述分體鑄模組裝成一體，便可以得到集鑄造所用型芯和殼模成型于一體化的鑄模，并利用固定裝置將鑄模固定。本發(fā)明提供的殼芯一體鑄模，具有結構嚴緊，定位準確、無污染等特點。生產出的鑄件尺寸精確度高；無披逢；鑄件毛坯的表面光潔度可達到4～5級；減少了鑄件毛坯的加工余量小，降低了生產成本，提高了生產效率。本發(fā)明固定裝置可以通過冷卻介質控制金屬冷卻速度，得到金相組織符合要求的鑄件。
文檔編號B22C9/00GK1864890SQ20051004650
公開日2006年11月22日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權日2005年5月20日
發(fā)明者徐浩生, 徐芳 申請人:徐浩生, 徐芳