在型芯的表面上形成狹槽的制作方法

本發(fā)明涉及鑄造以及以鋁合金鑄造鑄件的領(lǐng)域。

更具體地說(shuō)本發(fā)明涉及用于在模具中以鋁合金鑄造工件的鑄造型芯。相關(guān)型芯特別地包括砂與粘結(jié)劑的混合物。

背景技術(shù)：

鑄造型芯構(gòu)成用于制造由金屬并且尤其是鋁合金制成的工件的模具的一部分。

此型芯通常地包括砂顆粒與粘結(jié)劑的混合物。鑄造型芯能夠使工件的內(nèi)部形成凹入部。其由此完全或者部分地浸沒在熔化金屬中。

當(dāng)通過(guò)熔化的鋁合金包圍型芯時(shí)，空氣膨脹、粘結(jié)劑的溶劑的蒸發(fā)以及與溫度上升相關(guān)的它們的燃燒的現(xiàn)象將增加型芯中的壓力。此壓力的產(chǎn)生伴隨以型芯內(nèi)部的氣體的產(chǎn)生。產(chǎn)生的氣體最通常地經(jīng)由使得氣體能夠循環(huán)的型芯的孔隙疏散到型芯的外部。

當(dāng)型芯中的壓力超過(guò)金屬靜壓力(與在型芯上方的金屬的高度相關(guān))時(shí)，從型芯離開的氣體注入到熔化金屬中，此熔化金屬包圍了該氣體。氣體排放的現(xiàn)象在熔化金屬中導(dǎo)致氣泡的存在，在固化以后這在金屬中留下孔。此缺陷使此工件脆化并且損壞了其質(zhì)量。

即便氣泡從鑄件離開，排放氣體也能夠在固化金屬中留下它們通過(guò)的痕跡，并且對(duì)多孔鋁板或者打底區(qū)域的裂紋擴(kuò)展也可能有責(zé)任。

此外，即使金屬靜態(tài)極限壓力未通過(guò)型芯內(nèi)部的壓力相當(dāng)?shù)孬@得，也能夠呈現(xiàn)氣體排放的痕跡。

已經(jīng)提出了試圖避免這些弊端的解決方案。

過(guò)去曾試圖增加型芯中的砂顆粒的平均尺寸以提高砂的滲透性并且經(jīng)由未被鋁覆蓋的型芯的部分(在實(shí)踐中，型芯座)推進(jìn)氣體排放到型芯的外部。

但是由于顆粒之間的樹脂橋的數(shù)量減少，此技術(shù)使型芯脆化。

此外，將大顆粒用于型芯還使此工件的表面狀態(tài)改變成使得在此工件的表面上測(cè)量的粗糙度能夠損害它們的質(zhì)量。最后，此解決方案涉及管理工廠中的幾種尺寸的砂顆粒，這構(gòu)成了額外的不便。

另一個(gè)已知的嘗試包括在浸沒在液體金屬中的型芯與模具的外部之間增加接觸形式。芯中產(chǎn)生的氣體可以通過(guò)用作排放煙囪的的這些形式發(fā)生疏散。

此技術(shù)被廣泛地使用但是需要限制在鑄件上的不同的增加操作以由這些形式重新插上留下的真空：加工此工件，增加一個(gè)或多個(gè)柱塞以再閉合使能夠排放與布置密封控制系統(tǒng)的形狀。

此外已知的是制造旨在于型芯中增加負(fù)壓的閉合氣體抽吸導(dǎo)管以抽吸型芯中產(chǎn)生的氣體并且將它們排放到模具的外部。通常地通過(guò)文丘里型的抽吸產(chǎn)生導(dǎo)管中的負(fù)壓。

此構(gòu)造是精細(xì)實(shí)施并且其構(gòu)造需要永久控制，這本身構(gòu)成了弊端。特別地，此類型的系統(tǒng)必須抽吸足夠，以避免氣體排放的問題，但是不能抽吸太強(qiáng)烈以防止抽吸型芯中的金屬。

此外，型芯的形狀通常較差地適于它們的使用。它們的管理與它們的維護(hù)代表技術(shù)與經(jīng)濟(jì)秩序的復(fù)雜化。

看起來(lái)似乎在解決型芯的氣體排放的問題上的不同嘗試都暴露出限制。

本發(fā)明的目的是消除這些限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了用于在模具中鑄造鋁合金件的鑄造型芯，此型芯包括旨在與熔化金屬接觸的成型部分，以及至少一個(gè)非成型部分，旨在定位在熔化金屬外部，此型芯在型芯的表面上包括至少一個(gè)狹槽，并且此狹槽從成型部分延伸到至少一個(gè)非成型部分以便將在鑄造的過(guò)程中在型芯的成型部分中產(chǎn)生的氣體排放到成型部分外部。

本發(fā)明通過(guò)在型芯的表面上作出狹槽提出了現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)化的另選技術(shù)。這些狹槽形成使在型芯中產(chǎn)生的氣體排放的空間，并且與此同時(shí)狹槽足夠細(xì)小以防止鋁合金進(jìn)入它們。通過(guò)繪制到型芯的非成型部分的優(yōu)選氣體排放路徑，在熔化金屬外部(通常地型芯座)，這些狹槽在不涉及上述弊端的情況下排放可能在型芯中產(chǎn)生的氣體。

通過(guò)利用本發(fā)明還提出了單獨(dú)或結(jié)合獲得的以下特征：

非成型部分是適于將型芯保持在模具內(nèi)部的適當(dāng)位置中的型芯座；

狹槽具有適于防止熔化鋁合金進(jìn)入所述狹槽內(nèi)部的寬度；

在表面上的狹槽具有小于1mm并且優(yōu)選地0.2mm的寬度；

狹槽具有長(zhǎng)方形幾何形狀、U形或者V形輪廓；

狹槽具有0.2mm與2mm之間的平均深度，以允許在型芯的成型部分中產(chǎn)生的氣體在狹槽中循環(huán)；

此狹槽通過(guò)激光制成；

通過(guò)具有刀片形狀的凸模的工具制造狹槽。

本發(fā)明還提出了一種用于鑄造鑄件的模具，其包括諸如前述的型芯。

此模具還可以包括適于通過(guò)在非成型區(qū)域處發(fā)生的抽吸將產(chǎn)生的氣體抽吸到狹槽中的抽吸系統(tǒng)。

本發(fā)明還提出了用于制造諸如前述型芯的方法，其特征在于包括通過(guò)激光在型芯的表面蝕刻所述狹槽的步驟。

本發(fā)明還提出了用于經(jīng)由先前描述的模具通過(guò)鑄造熔化金屬來(lái)制造鋁合金件的方法。

最后本發(fā)明提出了通過(guò)先前描述的用于制造工件的方法獲得的用于機(jī)動(dòng)車的缸蓋，以及用于機(jī)動(dòng)車的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。

附圖說(shuō)明

圖1a示出了浸沒在熔化鋁合金中的本發(fā)明的型芯本身。

圖1b示出了圖1a的型芯的放大圖。

圖2a示出了諸如在本發(fā)明中限定的模具與型芯的一部分的側(cè)視圖，其中成型部分浸沒在熔化金屬中。

圖2b示出了在沒有模具的情況下從上面觀察的圖2a的型芯。

圖3a示出了本發(fā)明型芯的更加精確的描述。

圖3b示出了諸如本發(fā)明中限定的型芯的沿著圖3a的平面[AA’]的剖面圖。

圖4a示出了狹槽的不同輪廓(不是必要地按比例)。

圖4b示出了不同類型的狹槽，其中，熔化金屬的毛邊進(jìn)入到這些狹槽內(nèi)部(不是必要地按比例)。

圖5示出了浸沒在模具內(nèi)的熔化金屬中的型芯的表面的平面圖的簡(jiǎn)化圖，具有在型芯中產(chǎn)生的氣體的在狹槽中的可能的循環(huán)(箭頭)。

圖6示出了作為狹槽數(shù)量的函數(shù)的氣體排放的進(jìn)展。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1a、圖1b、圖2a、圖2b、圖3a、圖3b描述根據(jù)本發(fā)明的型芯10。

型芯10適于在模具20中鑄造鑄件。這些鑄造鑄件由鋁合金制成并且通常地旨在用于機(jī)動(dòng)車工業(yè)。這些鑄件通常用于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體或者汽缸蓋。

型芯10包括旨在與熔化鋁合金30接觸的成型部分11。

型芯10還包括旨在定位在熔化鋁合金30外部的非成型部分12a。通常來(lái)說(shuō)，型芯10包括尤其通過(guò)成型部分11分離的幾個(gè)非成型部分12a。

型芯10布置在模具20內(nèi)部并且通過(guò)通常是非成型部分12a(參見圖2a)的型芯座12b不可移動(dòng)地保持在那里。通常來(lái)說(shuō)，模具20包括構(gòu)成模具20的底部的模具底21，以及當(dāng)軋刀22閉合時(shí)構(gòu)成模具20的側(cè)壁的至少一個(gè)可移動(dòng)軋刀22。模具底21與軋刀22形成鑄件的外部形狀。

底部21還適于使型芯10不動(dòng)。為此目的，型芯座12b與所述軋刀22接觸。

型芯10包括定位在型芯10的表面上的至少一個(gè)狹槽13。狹槽13從成型部分11延伸到至少非成型部分12a并且形成產(chǎn)生的氣體的優(yōu)選排放路徑以將在成型部分11中產(chǎn)生的氣體排放到成型部分11外部并且優(yōu)選地然后到非成型部分12a(參見圖2a、圖2b、圖3a、圖3b)的外部。

定位在型芯10的表面上并且從成型部分11延伸到至少一個(gè)非成型部分12a的狹槽13的主要功能，是形成產(chǎn)生的氣體的優(yōu)選排放路徑以將在成型部分11中產(chǎn)生的氣體排放到所述成型部分11外部。這些氣體可以疏散到距離型芯10的部分一定距離，這將有效地成型待制造的工件。如果狹槽13放置成與自由空氣接觸，它們就可以積聚在非成型部分12處，或者疏散到這些部件12外部。

每個(gè)狹槽13都包括將成型部分11連接到非成型部分12a的凹槽。優(yōu)選地，考慮到型芯10的結(jié)構(gòu)，即型芯10的成型部分11連接到兩個(gè)單獨(dú)的非成型部分12a，狹槽13優(yōu)選地通過(guò)穿過(guò)成型部分11連接兩個(gè)非成型部分12a。

狹槽的幾何特性

參照?qǐng)D4a(通過(guò)描述的方式，不按比例)，狹槽13的輪廓優(yōu)選地是長(zhǎng)方形、U形或V形。這些形式在制造簡(jiǎn)易性與效率，即產(chǎn)生的氣體循環(huán)與排放的能力之間提供了良好的折中。當(dāng)其遠(yuǎn)離例如梯形類型的型芯10的表面移動(dòng)時(shí)輪廓擴(kuò)大，使得更容易循環(huán)與排放產(chǎn)生的氣體并且防止熔化的鋁合金30進(jìn)入到狹槽13內(nèi)部。其它輪廓也是可能的。

通常來(lái)說(shuō)，狹槽的尺寸與熔化金屬和產(chǎn)生氣體相關(guān)的限制相應(yīng)。狹槽13的體積需要優(yōu)化。

狹槽13具有寬度13a使得熔化的鋁合金30在冷卻以后在此工件的表面上不產(chǎn)生任何可見的毛邊31(參見圖4b)。為此，熔化的鋁合金3必須不進(jìn)入到狹槽13內(nèi)部或者其必須進(jìn)入小于由規(guī)定限定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的給定距離。通常來(lái)說(shuō)，在鋁合金的表面狀態(tài)上的影響需要是零或者鑄件的粗糙度的值在具有與不具有狹槽13的情況下不改變。這意味著優(yōu)化寬度13a以使產(chǎn)生氣體的排放最大化并且使毛邊31最小化。優(yōu)化此寬度13a使得尤其在相當(dāng)簡(jiǎn)單幾何輪廓的情形中更容易優(yōu)化狹槽13的體積。寬度13a是有用寬度，即在表面處測(cè)量(參見圖4b中的寬度13a)。

寬度13a尤其是使用的鋁合金的類型的函數(shù)。

通常地，狹槽13a的寬度小于1mm并且優(yōu)選地小于或等于0.2mm。

但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以調(diào)節(jié)狹槽13的寬度13a以獲得前述結(jié)果。

圖4b(通過(guò)描述的方式，不按比例)示出了針對(duì)狹槽13不同寬度13a獲得的毛邊31的不同輪廓。

狹槽13具有平均深度13b使得產(chǎn)生的氣體可以在狹槽13內(nèi)部循環(huán)。狹槽13的深度13b理論上對(duì)毛邊31不具有影響但是型芯的復(fù)雜性、成本與易碎性尤其隨著深度13b增加。

原則上，這意味著在狹槽13a的寬度恒定的情況下優(yōu)化狹槽13的體積，以使產(chǎn)生氣體的排放最大化，使狹槽13的制造復(fù)雜性最小化并且限定型芯10的脆弱性。在相當(dāng)簡(jiǎn)單的幾何輪廓的情形中，此體積優(yōu)化將優(yōu)化平均深度13b。

在實(shí)際中，深度值13b大于0.2mm意味著在成型部分12a中產(chǎn)生的氣體可以在所述狹槽13內(nèi)部循環(huán)。優(yōu)選地，并且出于上文所述的原因，此深度13b大于0.2mm并且小于2mm。

狹槽13的路徑被跟蹤以便通過(guò)提供產(chǎn)生氣體的優(yōu)選循環(huán)路徑排放盡可能多的產(chǎn)生氣體。為此，優(yōu)化了跟蹤計(jì)劃以便有利于產(chǎn)生氣體的循環(huán)與排放以將由所述氣體產(chǎn)生的壓力限制到最大。

有利的跟蹤計(jì)劃可以例如包括具有最少的沒有狹槽13的成型部分11的區(qū)域，即確保型芯13的成型部分11的表面上沒有點(diǎn)相對(duì)于最近的狹槽13位于大于給定極限值的距離處。在幾個(gè)狹槽13的情形中，可以確定狹槽13之間的最小和/或最大間距。

優(yōu)選地通過(guò)擴(kuò)大曲率半徑以及限定角度來(lái)跟蹤狹槽13，甚至更多的如此的銳角，以方便產(chǎn)生的氣體的循環(huán)與排放(圖3a)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，包括至少兩個(gè)狹槽13，所述狹槽13不彼此交叉，以使由狹槽13的全部給定長(zhǎng)度覆蓋的表面最大化。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，包括至少兩個(gè)狹槽13，所述狹槽13彼此交叉以提供另選循環(huán)并且更好地排放產(chǎn)生的氣體(圖2b)。

由于型芯座12b已經(jīng)用作非成型部分12a，因此非成型部分12a有利地是型芯座12b。

但是能夠形成特定型芯10，其中非成型部分12a未實(shí)施為12b并且存在有利于產(chǎn)生氣體的循環(huán)的結(jié)構(gòu)，例如分支結(jié)構(gòu)。

產(chǎn)生氣體的疏散

容納狹槽13的非成型部分12a包括適于使在成型部分11(圖2a)中產(chǎn)生的氣體能夠排放的裝置40。這些裝置40可以以不同方式制成。

特別地，裝置40可以簡(jiǎn)單地包括非成型部分12a的狹槽13之間的流體連接41與小于待排放的產(chǎn)生氣體的壓力(此壓力通常是大氣壓)的一定體積的加壓空氣，所述體積通常地遠(yuǎn)大于產(chǎn)生氣體的體積。在模具20具有底部21與軋刀22的情形中，軋刀22中的孔或開口42允許非成型部分12a(這里通常是型芯座12b)的狹槽13與空氣的體積之間的所述連接41。

另選地，裝置40還包括抽吸系統(tǒng)43以有利于在狹槽13(圖5)中產(chǎn)生的氣體的循環(huán)與排放。

狹槽的形成

狹槽13優(yōu)選地地通過(guò)激光50形成。此技術(shù)是微侵入性的并且使得不管型芯10的復(fù)雜形式也能夠精細(xì)制造。

還可能的是通過(guò)專用的工具制造這些狹槽13，此工具可以包括具有刀片形狀的凸模(relief)的裝置(狹槽13通常地通過(guò)此種方式獲得V形輪廓)。

使用的實(shí)例

在實(shí)例中，型芯10安裝在模具20中并且通過(guò)型芯座12b固定到模具20的軋刀22。熔化鋁合金30被倒入模具20中并且包圍型芯10的成型部分11。熱量致使在型芯10內(nèi)部產(chǎn)生氣體。這些氣體優(yōu)選地經(jīng)由狹縫13循環(huán)并且排放到非成型部分12a(圖4)以便然后通過(guò)排放裝置40排放。在此工件中沒有氣體排放的痕跡。如適當(dāng)?shù)剡x擇狹槽的寬度13a進(jìn)一步避免了在冷卻的工件上的毛邊31。

結(jié)果與比較

在型芯10上使用狹槽13通過(guò)允許產(chǎn)生的氣體循環(huán)并且經(jīng)由優(yōu)選的循環(huán)路線排放到成型部分11的外部有助于降低因在型芯10內(nèi)部產(chǎn)生的氣體的壓力。

圖6示出了獲得的結(jié)果。

在被稱為參考“測(cè)試件”(在表面上沒有狹槽13的測(cè)試件)的型芯與稱作測(cè)試“測(cè)試件”的一系列型芯之間進(jìn)行比較，此系列的每個(gè)測(cè)試件都在其表面上包括0.2mm的寬度13a的不同數(shù)量的狹槽13。

全部測(cè)試件(包括參考測(cè)試件)都在可能的狹槽13外部具有相同的大體幾何形狀并且包括相同的材料。

壓力計(jì)的使用顯示：

對(duì)于包括狹槽13的系列測(cè)試的測(cè)試件來(lái)說(shuō)相對(duì)于參考測(cè)試件來(lái)說(shuō)氣體排放下降22％，

對(duì)于包括兩個(gè)狹槽13的系列測(cè)試的測(cè)試件來(lái)說(shuō)：下降40％，

以及對(duì)于包括十六個(gè)狹槽13的系列測(cè)試的測(cè)試件來(lái)說(shuō)：下降46％。