单件式铸造件工具的复合铸造方法 |
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| 申请号 | CN200980107972.8 | 申请日 | 2009-03-05 | 公开(公告)号 | CN101970154B | 公开(公告)日 | 2016-03-30 |
| 申请人 | 海斯勒霍尔姆工具联合有限公司; | 发明人 | C·斯文松; T·尼尔松; | ||||
| 摘要 | 一种具有 钢 制工作部件(18)和灰口 铁 为主体(19)以及它们之间的互连区域的工具的单件式 铸造 方法，该方法单个铸型(2)中完成，该铸型(2)在铸造过程中是保持封闭且不变的。该钢铁首先从下向上铸造，之后暂停。当互连区域(8)中的钢的 温度 落到对应于钢的液相温度减去约30℃到150℃的第一温度时，才进行灰口铁的铸造。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种单件式铸造件工具的复合铸造方法，该工具至少包括第一部分(18)和第二部分(19)，所述第一部分包括工具的工作部件并且是由钢制造的，所述第二部分包括工具的主体部件且是由灰口铁制造的，在钢和灰口铁之间形成互连区域(8)，其中该铸造过程是在单个铸型(2)中进行的，该铸型在整个铸造过程中保持不变且封闭，首先沿从下向上的方向铸造钢，钢铸造完成后暂停，其特征在于：根据工具的第一部分(18)的数量和形状，第一部分(18)和第二部分(19)通过计算机模拟形成，从而钢铸造在互连区域(8)处的温度分布尽可能均匀，且仅在互连区域(8)中的钢的温度已经落到对应于钢的液相温度减去大约 |
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| 说明书全文 | 单件式铸造件工具的复合铸造方法技术领域[0001] 本发明涉及一种单件式铸造件工具的复合铸造方法，该工具至少包括第一部分和第二部分，该第一部分包括工具的工作部件且其是由钢制造的，该第二部分包括工具的主体部件，其是由灰口铁制造的，并且在钢和灰口铁之间形成一个互连区域。 背景技术[0002] 在生产用于金属薄板加工(例如切割、穿孔、弯曲或其它成型)的工具时，以前的实践通常是通过灰口铁铸造单独制造工具主体。该铸造件工具主体通常需要热处理，之后进行机加工从而制造所需的安装座、用于引导短轴的孔、螺栓孔等，从而可以用来安装工作部件，例如钢质刀具，以用于执行该工具所可以执行的加工操作。这些工作部件已经由钢来制造，出发点通常是棒材，工作部件被机加工为合适的外形，设置有用于导向短轴、固定螺栓等的孔。之后进行的则是热处理以及其后的辅助机加工，例如磨削等。 [0003] 以上述方式制造工具是非常费时且昂贵的，并且其通常决定了新制造不同金属薄板产品的耗时。 [0004] WO03/041895公开了一种由两种不同材质组成的单件式铸造复合工具以及该工具的制造方法。根据现有技术，两种不同的材质在一个或相同铸型中铸造，钢被铸造以在工具中形成工作部件，同时灰口铁也被铸造以生产合适的工具主体。在两种材质之间，形成一个互连区域，在该互连区域，两种材质在一定程度上混合。现有技术存在很多问题，因为它不能以使互连区域的机械强度能被最优化的方式在该工具中对互连区域进行定位。 [0006] 最后，现有技术不能以一种适当的方式在用于制造工具的铸型中为相互连接区域进行定向。 [0007] 问题结构 [0008] 本发明的目的是对以介绍的方式提及的方法进行设计，使之可以消除现有技术中存在的缺陷。特别的，本发明的目的是将根据本发明的方法设计成鉴于机械强度方面可以使互连区域的位置得到优化。本发明目的还在于将根据本发明的方法设计为使得在最后铸造材料的铸造后建立对互连区域中或互连区域处的温度状况的良好控制。最后，本发明的目的还在于以可容易地控制互连区域在铸型中的定向的方式设计根据本发明的方法。 [0009] 解决方案 [0010] 形成本发明的基础的目的可通过如下的通过介绍提及的方法实现，该方法的特征是铸造过程在单个铸型中进行，该铸型在整个铸造过程中闭合且不变的，沿从下向上的方向首先铸造钢，在钢铸造之后暂停，仅当目标互连区域(8)中的钢的温度已经降到第一温度时才进行灰口铁的铸造，所述第一温度对应于钢的液相温度减去30℃到150℃。附图说明 [0011] 以下将参照附图对本发明进行详细介绍。在附图中： [0012] 图1是将本发明的方法应用于实践中的铸型的示意性横截面图； [0014] 图3是应用本发明的方法的铸型的详细截面图； [0015] 图4显示了从下向上斜看的根据本发明的方法的工具铸造件的立体图，与铸造过程中位置相比； [0016] 图5是与图4所示相应的另一视图； [0017] 图6是根据本发明的工具铸造件的顶视平面图。 具体实施方式[0018] 参看图1，标记1表示基底，将本发明转变成实践的铸型2靠在该基底上。该基底1优选是水平地面。如果没有水平地面，一些等效的平台或类似物必须放置在基底上以便其上表面是水平的且该铸型可以放置在水平基底上。 [0019] 该模制物由型箱或砂箱3组成，该型箱或砂箱自身内封装了第一模型部分4和第二模型部分5。在该例子中，第一模型部分4设计为用于通过钢的铸造来铸造工具的工作部件。在该步骤应该强调的是工具可以具有多于一个的工作部件，因此铸型可以具有若干个第一模型部分4。 [0020] 在上述第一模型部分4上，还设置有用于铸造灰口铁的第二模型部分5，从而形成工具主体。该第二模型部分可以以传统的方式设置有模芯从而在灰口铁铸造的工具主体中形成空腔6。此外，型箱3以传统的方式填充有铸造用砂或型砂7该铸造用砂或型砂被夯实、压紧并硬化。 [0021] 模型部分4和5以一个平坦的接触表面来彼此接触或互相结合。该接触表面8位于互连区域的期望位置，所述互连区域位于在第一模型部分4中铸造的钢和在第二模型部分5中铸造的灰口铁之间的交界区。接触面8平行于型箱3的下边缘9，从而当模型箱3抵靠在水平基底上时该接触表面8是水平的。 [0022] 在根据图1所示的铸型的制造过程中，型箱3的上部12首先被移走，型箱3被放置在平坦且水平的基底上，其上边缘翻转成面向下。之后，由两个或更多个第一部分4和一个第二部分5组成的整个铸型被放置在基底1上，型箱3的上边缘靠在基底1上。然而，前提是接触面8平行于第二模型部分5的上表面。重要的特征是接触面8在图1所示的铸型的铸造位置中是水平的，其平行于型箱的下边缘9。 [0023] 可以将第二模型部分5和第一模型部分4结合起来从而形成一个易处理的单元。 [0024] 其后，型箱3中填充合适质量的铸造用砂或型砂，在此应特别强调的是围绕第二模型部分5和围绕一个或多个第一模型部分4中的型砂不必为相同材质。当铸型箱3以这种方式被填充型砂且被夯实、压紧且硬化时，型箱3被翻转为铸型位置，因为其上放置型箱的基底也是水平的，所以确保接触面8是水平的，。其后，上部12被放置在型箱3上且铸型最后形成内浇道10和11。 [0025] 如果模型的第二部分5的上侧5(根据图1)没有平行于接触面8，那么第二模型部分5必须被垫起到合适的倾角，该倾角用来抵偿接触面8和上表面之间的不平行，使得以此方式在最终的铸型2中，当型箱3位于水平基底上时接触面8始终是水平的。 [0026] 在图1中，如上所述的，附图标记10代表钢的内浇道，其在第一模型部分4中被铸造。从图1中不明显地看出，用于钢的铸造的内浇道系统是以如下方式形成的，该内浇道系统至少部分地在第一模型部分4之下延伸并与其连接，从而为钢确定一个面向接触面8的从下向上的铸造方向，该接触面代表了将在两种不同材质之间形成的互连区域的期望位置。 [0027] 用于灰口铁的内浇道系统的设计可以用传统方式来实现。为了向上关闭型箱3且容纳内浇道系统的一部分，在包括铸造用砂或型砂7的型箱3上方设置有上部12。 [0028] 如图1所示，模型部分4和5都包括在整个铸型模型中，模型部分4和5都是在铸造时可破坏的模型，例如由发泡聚苯乙烯制成。在常规的方式中，它们设置有黑涂料以提高铸造材料上的表面光洁度。 [0029] 图2显示了一个将本发明用于实践的铸型2的替代实施例。图中的附图标记与图1中的相对应，但是很明显，模型部分4和5有着完全不同的外形。如图2所示的实施例，可能具有多个第一模型部分4，其直接与内浇道系统10连接或间接地通过不同的第一模型部分之间的通道与内浇道系统10连接。 [0030] 从图1和图2可以看出，在一个或多个第一模型部分4中进行钢的铸造时，这些部分会被钢的熔融物所破坏，这是因为该模型部分是由发泡聚苯乙烯制造的。然而，它也适用于第二模型部分5的一部分，至少在直接从第一模型部分4往上的区域中。这意味着，在钢的铸造之后，那部分向着一个或多个第一模型部分4向下露出的型砂将受到非常强烈的热辐射，该热辐射可能会损坏型砂中的粘合剂。为此，第二模型部分5，至少在暴露在热辐射的那部分上，设置有黑涂料形式的额外保护或者额外的一层或多层黑涂料。 [0031] 无论铸型2是否具有如图1或2所示的外形，钢总是首先在1550℃数量级的温度下被铸造。一旦钢的铸造完成，钢的上表面会达到接触表面8的水平，在铸造过程中进行暂停，从而铸钢可以被冷却。在这例子中，因为第一模型部分的形式被设置为使得该形式保证，在某种程度上，该形式沿远离接触表面或面8的方向上逐渐变窄(根据图1和2)，所以可以确保在接触表面或面8区域中的钢最后冷却。结果，可获得定向冷却，其中冷却首先发生在第一模型部分4的下部，最后发生在接触表面或面8的区域。 [0032] 在接触表面8，第一模型部分4和第二模型部分5的一部分在其整个长度(图1和图2中从左向右方向上的长度)上分别具有均匀厚度。均匀厚度意味着在所述模型部分彼此接触的整个接触表面8上的温度分布都是相对均匀的，这是在互连区域获得良好品质的重要先决条件。事实上，情况是通过计算机模拟，两个模型部分的位于接触表面附近的部分16、17以如下方式形成，使得在下模型部分中的钢铸造在接触表面8具有人力所能达到的尽可能均匀的温度分布。以同样的方式，通过计算机模拟，计算使第一模型部分4中的钢铸造在接触表面8处的温度达到第一温度所需要的时间，第一温度对应于所选择的钢质的液相温度减去约30℃到150℃，通常在1440℃到1320℃的区域。 [0033] 在铸造过程中的暂停或中止时间可以是一或几分钟，但是也可以长达15到20分钟，该时间取决于一个或多个第一模型部分4的尺寸。 [0034] 当计算的暂停或中止时间过去之后，可以在第二温度进行灰口铁的铸造，该第二温度对应于灰口铁的液相温度加上大约100℃到150℃，通常大约1320℃。 [0035] 在互连区域，如果灰口铁的铸造发生在升高的第一温度，即位于或高于例证的温度范围约1440℃到1320℃的上限，两种材料会在扩散的同时发生一定的混合，一种材料移入另一种材料，反之亦然。另一方面，如果铸造发生在较低的第一温度，即位于或低于例证的温度范围的下限，扩散过程仍会发生，其意味着互连区域也将会出现两种材料的一定程度的混合，其厚度至少为大约1毫米，优选略大些，可能达到2.5-3.0mm。 [0036] 在实际已经进行过的强度试验中，或者拉伸或者弯曲试验，在互连区域没有破损发生，但是通常在灰口铁中发生破损。 [0037] 如上所述，接触表面8，即在竖直方向上的互连区域的理论位置，是水平的。由于互连区域是由熔融钢的上自由表面限定的，因此很容易认识到其将是平坦的且水平的。 [0038] 在实际计算在铸型2中铸造的熔融钢的数量时还存在一些问题。因此，铸型设置有一个或多个容纳空间13，以允许任何可能剩余的的钢流向其中，借此，铸钢的水平面总是位于接触表面8上。图3显示了贯穿铸型的横截面的细节，其中设置有容纳空间13。该容纳空间13通过管道14连接到接触表面8区域中的铸型型腔。管道14具有下壁15，其在铸型型腔中，在接触表面8的水平面上排放。管道14的横截面积大于钢内浇道系统的总横截面积，优选至少1.5倍。从图3中可以明显看出，管道下壁15从接触面8向着容纳空间13的方向向下倾斜。 [0039] 根据第一模型部分4的形状、尺寸和数量，可以使用多个不同的容纳空间13。例如，一个容纳空间13可以直接地或间接地通过管道，为两个或更多个第一模型部分4服务，但是反之也是有可能的。 [0040] 为了使互连区域具有合适的外形，即在整个延伸方向上具有均匀宽度，第一模型部分4具有上部区域16，其形成均匀的厚壁或突起，其在铸型2中指向竖直方向且向上延伸至第二模型部分5。相应的，第二模型部分5具有均匀的厚壁17或突起，其沿指向第一模型部分4的方向向下延伸。互连区域设置在这些壁部16和17之间，在互连区域中显示出基本不变的横截面积，即接触面8。此外，上壁17的下端表面(在图1和2中)抵靠下壁16的上端表面，且这些端表面的尺寸和外形基本一致。 [0041] 图4立体地显示了根据本发明的工具铸造件(位置与铸造过程中的位置相反)，很明显其具有在第一模型部分4中铸造出的钢部分18，和在第二模型部分5中铸造出的灰口铁部分19。该图还显示了容纳空间13和两个管道14，通过它们该容纳空间连接到第一模型部分4(钢部分18)。 [0042] 随着完整工具的铸造的进行，可能到达位于铸型中的容纳空间13中的钢被逐渐移走。 [0043] 图5立体地显示了根据本发明的工具铸造件(位置与铸造过程中的位置相反)。很明显，灰口铁部分19的壁17向上指向钢部分18，该壁在整个延伸方向上的厚度都是均匀的。相应的，可以明显看出钢部分18具有指向灰口铁部分19的壁16，其尺寸和延伸长度与壁17相同。 [0044] 图6进一步显示了根据本发明的复合工具铸造件的实施例，其显示位置与在铸型中铸造时的位置是相同的。很明显可以看出，接触表面8即成品工具的互连区域是水平的。从图中可以进一步看出，工具的灰口铁部分19具有指向下方的壁17，其在工具的钢部分18上还具有对应的指向上方的壁16。在该实施例中，在钢部分中具有多个切削刃20。 |
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