可插入式冒口窝、砂模、包括可插入式冒口窝和砂模的模制设备和生产模制设备的方法 |
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| 申请号 | CN201480080056.0 | 申请日 | 2014-05-19 | 公开(公告)号 | CN107073562A | 公开(公告)日 | 2017-08-18 |
| 申请人 | 卡萨·马里斯塔斯·阿斯特兰; 亚世科化学西班牙公司; | 发明人 | 朱利安·伊萨加; 詹姆·普拉特; | ||||
| 摘要 | 冒口窝是通过手工模制或通过吹制 隔热 或放热组合物而生产的插入件，该隔热或放热组合物包括 硅 酸 铝 的空心微球。模具主要由硅砂构成，并且具有被设计成填充有熔融金属以便生产 铸造 件的主腔以及至少一个辅助腔。插入件装配到在模具中制成的辅助腔中，并且具有被设计成接收来自供料冒口或小型供料冒口的熔融金属的内腔以及与上述辅助腔的几何结构一致的外部几何结构。在模具本身中制成的至少一个辅助腔被设置为使得当冒口窝插入到所述辅助腔中时，冒口窝的内腔与模具(零件)的所述主腔连通以便允许熔融金属通过。 | ||||||
| 权利要求 | 1.冒口窝(7)，所述冒口窝能够插入到用于铸造金属零件的砂模(1)中，所述砂模(1)包括被设计成填充有熔融金属以获得铸造零件的主腔(2)以及至少一个辅助腔(9)，其特征在于，所述冒口窝具有允许所述冒口窝(7)插入到所述模具(1)的所述辅助腔(9)中的外部几何结构，并且其中，所述冒口窝包括内腔(8)，当所述冒口窝(7)被插入到所述辅助腔(9)中时，所述内腔将所述模具(1)的所述主腔(2)与供料冒口(10)连通，所述冒口窝(7)包括隔热或放热组合物。 |
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| 说明书全文 | 可插入式冒口窝、砂模、包括可插入式冒口窝和砂模的模制设备和生产模制设备的方法 技术领域背景技术[0002] 为了通过模制获得铸件，使用了模具(通常由砂制成)，该模具包括： [0003] -(用于零件的)主腔，该主腔适应待制造零件的形状和尺寸，体积适当地增加，使得在室温下熔融产物在形状和尺寸上适应所谓的“粗铸造零件”。这些腔通过相应的模制工具(模型板和芯盒)形成。 [0005] -供料系统(冒口(立管，riser)或小型冒口)，该供料系统允许在所述熔融金属的冷却期间向主腔供给熔融金属。 [0006] -冷铸室(冷硬铸型，chills)。在某些零件中，为了确保在确定的零件中没有收缩缺陷(收缩)，需要在模具中具有插入件(由金属或石墨制成)，以便加速零件的该区域的固化和冷却模式。这在铸造中是常见的做法，因为在确定的零件中，这是确保符合规格的唯一或最好的方式。 [0007] 图1概括地示出了构成铸造模具的元件。 [0008] 通过模制制造铸造零件(铸造件，铸件)需要一系列步骤或阶段： [0009] -设计。计算和验证填充和供料系统，以便使零件符合规格。 [0010] -模制。使用由具有不同组成和特性的砂通过不同的系统结合在一起组成的混合物，以获得模具。 [0012] -固化冷却。使合金在模具内冷却直至其固化。固化是关键阶段，因为供料系统必须能够抵消铸造合金所经历的收缩。 [0013] -模具脱离(释放)。从模具中取出零件，即供料系统和填充系统，需要破坏砂模。 [0014] 因此，正确设计的供料系统必须能够抵消在冷却液态金属期间发生的收缩。实际上，固化或状态变化在两个阶段中进行： [0015] -液态下冷却。这对应于铸造温度TC与固化开始温度TL之间的间隔。 [0016] -固化间隔中的冷却。这是指固化开始和结束温度之间的金属的收缩，即TL-TS之间的间隔。 [0017] 供料系统的响应是对应于所提到的两个收缩的总和的响应，因为一旦金属已经完成固化，供料设备就不能添加金属。 [0018] 供料系统，换言之，冒口和小型冒口，可以在模具中占据两个完全不同的位置： [0019] -在顶部。在这些情况下，供料设备直接搁置在待被供料的零件上，但其可以具有支撑附件或分离环(素坯(biscuit))。 [0020] -在侧面。在这些情况下，供料设备位于一侧，并且通过所谓的“套管基座或冒口窝”实现该供料设备与零件的连接。冒口窝(立管基座，riser base)是在模具内部形成沉积物的空间或腔(通常具有相当大的尺寸)，其在铸造时必须被液态金属占据以将所述冒口中的金属与零件连通，并抵消零件的金属在其固化过程中经历的收缩。如已经提到的，该功能被称为供料，并且仅在液相中才有意义，因为一旦固化，就不可以添加材料。 [0021] 为了使冒口窝能够实现其功能，换言之，为了使在液态间隔期间在零件与冒口之间存在连通，必须首先使零件固化，然后使冒口窝固化，最后使冒口本身固化。这种固化顺序保证在零件中不发生收缩缺陷(收缩)，从而使该零件不可用。 [0022] 通常，用于获得砂模的内部结构的双面板(分型板，match plate)产生待制造零件和冒口窝的腔，使得所获得的砂模为模型板的形状和冒口窝的腔的复制品。因此，形成冒口窝的腔由与模具的其余部分相同的材料(通常为使用不同系统结合的硅砂)制成。 [0023] 为此，为了确保冒口窝中的金属比零件更晚固化，未采用其他非体积和几何结构的替代方式，换言之，冒口窝呈现较大的尺寸，这对净性能/总性能具有显著影响。 [0024] 专门对于冒口窝，现有方法存在许多限制，最值得注意的限制如下： [0025] -对应于冒口的基座的腔由与零件相同的模制系统制成(通常为硅砂，硅砂使用所讨论的铸造使用的系统相结合)。 [0027] -由于其必须必要地在零件之后进行固化，因此为了补偿其不足的热性能，采取体积和几何结构。 [0028] -净性能/总性能相当不利，净性能/总性能在制造成本方面是关键的。 [0029] -由于在冒口窝本身中使用了液态金属的有效部分，因此以每铸造零件表示的生产率受到负面影响。只要净性能/总性能得到优化，生产率提高。 [0030] -一旦零件已经从模具中脱离，则鉴于待切割的部分过大，将冒口窝与零件分离至少是很困难的。 发明内容[0033] 本发明的目的是一种冒口窝，该冒口窝能够(以简单方式)插入用于铸造金属零件的砂模中，该砂模包括设计为被填充熔融金属以获得铸造零件的主腔以及至少一个辅助腔。 [0034] 本发明的可插入式冒口窝呈现允许冒口窝插入上述辅助腔中的外部几何结构，并且包括内腔，当冒口窝插入到模具的辅助腔中时，该内腔将模具的所述主腔与供料冒口连通。例如，辅助腔可以呈现与冒口窝的外部几何结构互补的形状和构造，使得基座装配到该辅助腔中。冒口窝还可以包括被设计成装配到辅助腔的一部分中的元件。 [0035] 辅助腔以这样的方式设置(在模具中)，使得当冒口窝插入模具的辅助腔中时，冒口窝的内部与模具(零件)的主腔连通，以允许内腔中的熔融金属流通到主腔。例如，辅助腔可以与主腔相邻并且甚至形成单个腔以促进模具的形成，在该后者的情况下，一旦插入冒口窝，主腔形成并保持与冒口窝的内腔连通。 [0036] 本发明的另一个目的是一种用于铸造金属零件的砂模，该砂模被构造为接收可插入式冒口窝的并入，该冒口窝被设置为接收来自供料冒口的熔融金属。该模具包括能够被填充熔融金属以获得铸造零件的主腔以及至少一个辅助腔，该辅助腔具有允许所述冒口窝插入的(内部)几何结构，该辅助腔相对于主腔被设置成使得当冒口窝插入辅助腔中时，冒口窝的内腔使模具的所述主腔与供料冒口连通。 [0037] 可插入式冒口窝例如通过手工模制或吹制独立于模具获得，其外部几何结构具有可变的形状和尺寸。这些形状将优选是简单的，例如棱柱形、截顶棱锥形、圆柱形或半球形。将用作插入件的冒口窝可以例如与冒口、小型冒口或套管一起在铸造厂外部制造。 [0038] 砂模由硅砂制成。在本发明中，除了含有二氧化硅以外的常规砂组分如铁、长石、石膏等的其它砂之外，硅砂还应理解为纯硅砂。模具通过模制工具、例如构造主腔和一个或多个辅助腔的模型板获得，所述辅助腔具有与为此明确目的制造的可插入式冒口窝的形状相对应的几何结构。例如，外部几何结构将优选地是棱柱形、截顶棱锥形、圆柱形或半球形。 [0039] 在进行制备用于铸造零件的模具时，将冒口窝并入模具中，换言之，通过双面板产生主腔和模具的一个或多个辅助腔(取决于冒口的所需数量)，然后以冒口窝为芯的方式引入冒口窝。 [0040] 内腔必须满足热模块的标准，使得必须在供料系统中发现液态金属的最后部分，以添加零件在其收缩期间所需要的金属。 [0041] 以这种方式，通过与模具无关的插入件或可拆卸零件(冒口窝)来实现供料器(冒口、小型冒口等)与模具(零件)的主腔之间的连接，其中所述插入件或可拆卸零件已经设置于在模具本身中所制成的辅助空间或辅助腔中，以用作冒口窝。 [0042] 根据本发明，冒口窝包括隔热(绝缘)或放热组合物。该组合物可以包括硅酸铝的空心微球和粘合剂，优选冷芯盒固化粘合剂，所述空心微球呈现出以重量计等于或小于38％、优选20％至38％的氧化铝含量。 [0043] 作为粘合剂，可以采用通过相应的催化剂聚合的任何类型的固态或液态树脂。在模制或吹制时，除了自固化技术之外，还可以使用热或冷芯盒系统。 [0045] 作为可氧化金属，可以采用铝、镁和硅，优选铝。作为氧化剂，可以采用碱金属或碱土金属盐，例如碱金属和碱土金属的硝酸盐、氯酸盐和高锰酸盐。也可以采用金属氧化物，例如氧化铁和氧化锰，优选氧化铁。作为无机氟化物助熔剂，可以采用冰晶石、四氟铝酸钾和六氟铝酸钾，优选冰晶石。 [0046] 硅酸铝的空心微球优选地呈现出至多3mm的粒径，更优选地小于1mm的粒径和约为微球的直径的10％的壁厚度。 [0047] 本发明的又一个目的是一种由根据本发明的砂模和冒口窝构成的模制设备，并且其中所述冒口窝被插入到所述砂模中。 [0048] 最后，本发明的目的是一种用于获得用于铸造铸造零件的模制设备的方法，该方法包括以下步骤： [0049] -获得硅砂模具，该模具包括能够被填充熔融金属以获得铸造零件的主腔以及至少一个辅助腔，该辅助腔呈现出被构造为允许冒口窝插入的(内部)几何结构； [0050] -获得具有隔热和/或放热材料的组合物的冒口窝，该冒口窝包括用于接收来自供料冒口的熔融金属的内腔以及允许冒口窝插入砂模的所述辅助腔(或多个辅助腔)中的外部几何结构； [0051] -将得到的冒口窝插入到模具的辅助腔中，使得冒口窝的内腔与模具的主腔连通； [0052] -将供料冒口放置在冒口窝上，使得冒口的内部与冒口窝的内腔连通。 [0053] 根据本发明，冒口窝呈现隔热或放热组合物。 [0054] 该组合物可以包括空心硅酸铝微球和粘合剂，所述空心微球呈现出以重量计等于或小于38％、优选20％至38％的氧化铝含量。 [0055] 作为粘合剂，可以采用通过相应的催化剂聚合的固态或液态的任何类型的树脂。在模制或吹制时，除了自固化技术之外，还可以使用热或冷芯盒系统。在优选的实施方式中，使用冷芯盒固化粘合剂。 [0056] 该组合物可以包括选自由可氧化金属、氧化剂和无机氟化助熔剂组成的组的非纤维填料。 [0057] 作为可氧化金属，可以采用铝、镁和硅，优选铝。作为氧化剂，可以采用碱金属或碱土金属盐，例如碱金属和碱土金属的硝酸盐、氯酸盐和高锰酸盐。也可以采用金属氧化物，例如氧化铁和氧化锰，优选氧化铁。作为无机氟化物助熔剂，可以采用冰晶石、四氟铝酸钾和六氟铝酸钾，优选冰晶石。 [0058] 硅酸铝的空心微球优选地呈现至多3mm的粒径，更优选地小于1mm的粒径和约为微球直径的10％的壁厚度。 [0059] 本发明固有的配方可以含有非纤维形式的可选填料，该填料选自可氧化金属、氧化剂和无机氟化助熔剂的组。 [0060] 作为起始材料，使用了上述的配方，该配方手工或通过吹制模制，通过合适的催化剂聚合所使用的树脂，从而获得形状大约为棱柱形(或截顶棱锥形或圆柱形或半球形)的块，该块含有先前设计的冒口窝的形状。通过这些方法获得的维度精度远远大于通过传统模制方法获得的维度精度，使得这些冒口窝被认为是精密元件，因此，这些冒口窝可以非常容易地耦接于砂模，甚至可以达到自动化水平。 [0062] -隔热能力。冒口窝插入件的模制块由上面已经描述的具有放热和/或隔热性质的材料制成。 [0063] -放热能力。在制造能插入模具中的冒口窝时，使用具有高隔热能力的模制块。 [0064] -粘合剂系统。使用不同的粘合剂系统(冷芯盒和热芯盒、化学粘合剂等)来制造能插入模具中的冒口窝。 [0065] -几何结构。能插入模具中的冒口窝的外部和内部几何结构是不同的，但其都可以采用最佳地适应待制造零件的需要的形状和尺寸。鉴于外部必须适应砂模中所制成的腔，而内部必须满足冒口/零件连通的条件，其概念相对简单。 [0066] -模制。在零件的模制中，已经考虑了容纳为此明确目的制造的插入件(冒口窝)的腔。 [0067] -可拆卸零件。该可拆卸零件涉及一种容纳在模具内并形成新的冒口窝的插入件。 [0068] 该新方法基于使用可插入式冒口窝(插入件)，其容纳在已使用模制工具明确地在模具中制成的腔中。设置在模具中的腔可以呈现各种形状和维度(棱柱形、截顶棱锥形、半球形等)，所述腔属于模具并且由与模具的其余部分相同的系统或模块构成。在所述腔中，该目的的插入件以芯的形式放置或设置，该插入件包括以下特征或特性： [0069] -插入件的外部形状和维度适应各种模具的需要。具有出口角的棱柱形状可以是最常见的，但不是唯一的。 [0070] -插入件的内部形状和维度适应各种零件的特征(符合模块规则)。认为优选的但不是唯一的形状是近似半球形。 [0071] -其热性能响应于隔热和/或放热考虑因素，因此，用于制造这些插入件的材料具有隔热和/或放热性质。 [0072] 现有冒口窝的限制由设计为“可插入式冒口窝”的新装置得到了满意的解决，具体如下： [0073] -模制工具形成腔，在该腔中容纳并调节作为本专利的动机的插入件。该插入件涉及具有不同形状和维度的块，其组成是已经被定义为隔热和/或放热的混合物。 [0074] -插入件具有隔热和/或放热性质。基于先前指出的配方，鉴于局部热模块显着增加，在容纳有可插入式冒口窝的模具区域中实现了更有利的热性能。 [0075] -隔热和放热能力都适应各种零件的需要，使得组合的数量无限制，并且同时，适应各种需要。 [0076] -基于所指出的热考虑因素(隔热/放热能力)，可以非常显著地减小冒口窝的尺寸。在减小所述尺寸时，净性能/总性能得到提高，因此生产率、甚至铸造零件的冶金质量得到提高。 [0077] -使零件的完成明显更容易，零件的完成需要通过切割任何不是零件的物体进行分离。在冒口的尺寸减小的情况下，其与零件的分离更加简单。 [0078] -在使用可插入式冒口窝的情况下，显著改善了制造成本。唯一的不利点归因于插入件的额外成本，但使用这种性质的插入件明显有利于财务平衡。 [0081] 图1是构成铸造模具的元件的示意图。 [0082] 图2描述了呈现供料设备(在该情况下为小型冒口)的两种方式。 [0083] 图3表示在现有技术中用于获得具有主腔和腔或冒口窝的砂模的双面板。 [0084] 图4是根据本发明的可插入式冒口窝的示意图，该冒口窝准备插入根据本发明被构造为接收和容纳可插入式冒口窝的砂模中。 [0085] 图5是包括根据本发明的可插入式冒口窝和砂模的模制设备的示意图。 [0086] 图6A和图6B是具体实施例的比较图示，示出了通过用根据本发明的目的的可插入式冒口窝替换传统冒口窝而发生的情况。 具体实施方式[0087] 图1表示铸造模具(1)，该模具包括对应于待制造零件的主腔(2)并且已经由模制工具(3)形成。在模制的相同阶段，已经构造了填充系统(4)和供料设备(5)。 [0088] 填充系统(4)将模具(1)的外部与主腔(2)连通，并且由供料冒口、分配通道和零件上的连接件或接触件(attack)组成。 [0089] 供料系统(5)负责给零件供料，换言之，负责抵消在液固变化中发生的收缩。经常使用具有隔热和/或放热性能的小型冒口。 [0090] 图2表示供料设备(在该情况下为小型冒口)的两种常见形状。当供料设备(5)位于零件的顶部时，这被称为“在顶部”，并且在这种情况下不使用“冒口窝”。然而，当在侧面供料时，必须使用用于冒口窝的腔(6)。对应于冒口窝的腔(6)是模具的另一部分，因此，这些腔由模制工具(3)本身使用与模具组件(1)相同的模制材料来形成。 [0091] 图3呈现了用于获得主腔(2)和形成冒口的基座的腔(6)的模制工具(3)或双面板。 [0092] 图4表示根据本发明的目的的可插入式冒口窝(7)。可插入式冒口窝(7)是独立于铸造模具(1)而获得的元件，并且包括能容纳用于供料给主腔(2)的熔融金属的内腔(8)。还表示了铸造模具(1)，其包括再现待获得的零件的形状的主腔(2)以及辅助腔(9)。可插入冒口窝(7)的外部几何结构类似于辅助腔(9)的几何结构，使得冒口窝(7)能够容易地插入到辅助腔(9)中。 [0093] 图5表示容纳在模具(1)的辅助腔(9)中的可插入式冒口窝(7)以及可插入式冒口窝(7)上的冒口或小型冒口(10)。如在前述图5中可以观察到的，使内腔(8)与模具(1)的主腔(2)以及冒口直接连通，使得冒口中容纳的熔融金属供料给模具(1)的主腔(2)。观察到，零件的、冒口窝的和小型冒口的金属形成一个单元，从热学观点看，该单元必须保持相应的关系。可以理解，构成可插入式冒口窝(7)的材料与小型冒口(10)的材料类似或相同，因为这两种情况下它们都必须呈现隔热和/或放热特性，该材料不同于模具(1)的材料。观察到，冒口窝(7)是模具(1)中的插入件，其实现了与传统冒口窝腔的功能相同的功能，传统的冒口窝腔由与模具相同的混合物(硅砂)制成，并且随同零件的腔一起得到。 [0094] 图6A和图6B有助于形象化制造铸造部件时实际发生的情况。图6A示出了根据常规技术的冒口窝。如在图6A中所观察到的，如果与冒口本身的直径相比，则“冒口窝”的尺寸是非常大的。这种比例失调与模具和冒口的材料的热特性和物理特性有关。非常明显的是，“冒口窝”的尺寸使性能不利，同时可以认识到该冒口窝与供料器本身之间存在巨大的比例失调。用材料与小型冒口的材料类似的冒口窝替换“冒口窝”的腔允许改变供料环境的固化模型。通过优化隔热性能并为冒口窝提供放热能力，使形成本发明的目的的“冒口窝”的热性能更加有利，因此，两种冒口窝所需的金属量完全不同。在图6B中，可以观察到根据本发明的目的的冒口窝的尺寸。与图6A中表示的冒口窝的尺寸不同，在图6B中，鉴于所述几何结构已经通过相应的模拟研究进行设计和验证，冒口窝的尺寸适应实际情况。 [0095] 在本文中，术语“包括(comprises)”及其变体(例如“包含(comprising)”等)不应被解释为排除，换言之，这些术语不排除已描述的包括其他元件、步骤等的可能性。 |
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