专利名称：快速智能环保铸型及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种液态金属成形用的铸型及其制造方法。
背景技术：
液态金属成形是一种金属成形的方法，具有悠久的历史。随着科学技术的不断进步，液态金属成形方法也发生了显著的变化，从砂型铸造发展到金属型铸造、磁丸铸造、冷冻铸造等，无论从造型方法还是造型材料上都进行了改革。决定成形的关键部件-铸型一直成为研究的重点和热点，受到各国学者的高度重视。铸型的作用主要是成形作用，同时还担负着传递热量的作用。但是，多年来一直未解决的问题有两点，一是铸型材料，目前，担负铸件生产的主要造型方法依然是砂型铸造，尽管造型方法发生了很大的变化，例如70年代开发使用了高压多触头造型技术，八十年代的射压造型技术，九十年代出现的静压造型。造型方法发展十分迅速，然而，与之相应的造型材料却变化不大，特别是进入21世纪，造型材料依然使用古来的砂型铸造。例如，中国第一汽车铸造厂的铸造车间虽然使用了现代化的铸造生产线，然而，造型材料使用的却是普通的砂型，一方面在生产中车间的粉尘很大，给生产车间的工人带来了极大的危害，另一方面，铸造车间每年的废旧型砂多达上百吨，这些型砂任何再利用的价值都没有，只能填埋，因此，造成大面积土地沙漠化，给环境带来极大的危害。并且，在实际使用过程中，砂型热传递速度慢且各点传热速度相同，对于需要各点具有不同凝固速度的铸件来说难于实现，同时砂型的内表面光洁度低，制备的铸件表面光洁度差，直接影响产品质量，因此铸型材料成为限制得到高质量铸件的瓶颈因素。解决砂型铸造的问题，成为世界范围内铸造工作者研究的热点和重点问题之一。于是，研究者先后研制了金属型、磁丸铸型及冷冻铸型，不同程度上解决了砂型铸造对环境污染的问题。然而，由于工艺复杂这些方法都没有在实际生产中发挥作用。
砂型一方面担负着完成成型任务，另一方面还要担负着传递热量的作用，理想的铸型是金属铸型，但是，和砂型一样，由于使用的铸型材质各点相同，因此，在控制凝固方面依然不灵活，有时，为了实现顺序凝固还要配合工艺措施实现，这就给实际应用增加了难度。现代化生产要求周期短、成本低，如何在短时间内低成本地制作出合格的铸型，对铸型的制作提出了更高的要求，采用传统的机械加工、数控中心加工等方法虽然精度高，但是成本高且加工时间长，与缩短加工时间、降低加工成本的理念不相符，急待出现快速、低成本的制作铸型新技术。
发明内容
针对现在对液态金属成形使用的铸型为砂型存在不能灵活控制金属的凝固速度且制备的铸件表面光洁度差的问题，针对现在制造砂型的方法存在粉尘大、环境污染、工艺复杂的弊端，本发明提供一种可以针对铸件不同位置的凝固需要进行调节并可以得到表面光洁铸件的铸型，同时提供一种制造周期短、成本低、无污染及可回收再利用的铸型的制造方法。
一种快速智能环保铸型，它包括砂箱1，砂箱1具有四个边框，所述砂箱1内充满与边框平行的导热丝2，所有导热丝2的端头组成与欲成型铸件外形一致的形状。
一种快速智能环保铸型的制造方法，铸型的制备过程如下设置带有四个边框的砂箱1，在砂箱1内安装与边框平行方向平行摆放的导热丝2，使处于砂箱1内的导热丝2的端头组成与铸件外形相一致的形状即可。
本发明是以金属或非金属的导热丝代替传统的型砂，在砂箱的约束下形成铸型，砂箱中的导热丝可以采用不同的材质制成，由不同热物性的导热丝组成的铸型可以对不同部位实现不同的冷却能力，从而实现顺序凝固或同时凝固，金属导热丝铸型还具有激冷作用，可以获得组织细小的等轴晶，因此可以得到高质量的铸件。
本发明所述铸型是一种快速铸型普通金属铸型加工周期较长，而采用本发明所述方法和材料，普通技术工人在20-40分钟内就可生产出高质量的铸型。铸型表面的质量取决于导热丝的直径，导热丝直径越小则铸件表面光洁度越高，制作时可以根据要求选取不同直径的金属丝或非金属的导热丝。
本发明所述铸型是一种智能铸型普通铸型很难控制凝固温度，一般需采用工艺措施加以解决，十分复杂。本发明所述铸型，可以在数值模拟的指导下，通过选取不同导热性质的金属或非金属的导热丝，由于同一铸型不同部位的导热性能不同，因此，可以实现对铸件凝固的控制，实现顺序凝固，因此，这种铸型具有一定程度的智能性。
本发明所述铸型是一种环保铸型普通铸型多采用型砂作为造型材料，造型时车间粉尘很大，给工人身体健康带来极大的危害，并且对所产生的废砂只能填埋，使土地沙漠化，减少了耕地面积，给环境带来极大的破坏。本发明所述铸型在制备过程中只需将金属丝或非金属丝进行按顺序摆放即可，对人体无害，无环境污染无噪声，加工快成本低，对于金属铸型还可以进行熔化后再加工利用，对于非金属铸型也可以根据具体材料选择回用，因此本发明所述铸型从根本上解决了现有砂型破坏环境的弊端，利于推广应用。
图1是本发明所述铸型结构示意图，图2是具体实施方式
三所述结构示意图，图3是图2的A-A剖视图，具体实施方式
具体实施方式
一本实施方式是一种快速智能环保铸型，它包括砂箱1，参照图1，砂箱1具有四个边框，所述砂箱1内充满与边框平行的导热丝2，所有导热丝2的端头组成与欲成型铸件外形一致的形状。
铸型的制备过程如下设置带有四个边框的砂箱1，在砂箱1内安装与边框平行方向平行摆放的导热丝2，使处于砂箱1内的导热丝2的端头组成与铸件外形相一致的形状即可。
具体实施例方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同之处在于，所述砂箱1的一个边框是活动夹板1-1，参照图2、图3，所述活动夹板1-1与相邻两个边框间活动连接，并通过固定件5进行固定。活动夹板的作用在于可以使砂箱内的导热丝之间更加紧密排列，更好的保证铸件的顺利成形及铸件表面的光洁度要求。
具体实施方式
三本实施方式所述制备过程依次如下，参照图2、图3a.首先制造出铸件的模型3并根据所欲成型铸件确定导热丝2的材料，导热丝2可以是金属丝、合金丝和非金属丝中的任意一种、两种或三种。铸件的模型可以采用快速原形制造系统或其它模型制作工艺制造，并根据数值模拟结果确定导热丝的材料，在需要特殊冷却或保温的地方布置需要激冷或缓冷的导热丝，对于需要缓冷的部位可以采用由导热系数较低的材料制成的金属丝或合金丝，例如，导热系数较低的镍合金、钛合金或钨合金材料制成的导热丝；对于需要激冷的部位采用导热系数较大的材料如铜、石墨制成的导热丝；b.将铸件模型3摆放在模板4上，再在模型3的周围套上带有活动夹板1-1的砂箱1；c.将导热丝2垂直摆放在模型3和模板4上，导热丝2填满整个砂箱1；d.移动活动夹板1-1将导热丝2夹紧；e.将模型3顶部高凸不平的部分切除掉，然后将模型3取出，即得到所述金属铸型。
由于不同部位的导热丝可以采用不同的材质，故可以实现智能化控制凝固顺序的目的，还有，由于导热丝之间都是平行的，所以，金属丝之间的空隙较大，铸型的透气性很好。在实际使用时，可以在铸型内表面刷制一层涂料，以避免金属液体泄漏，但这并不影响本发明所述铸型的效果。
实际使用时，活动夹板可以与边框以任何方式进行连接和固定，只要能够实现活动夹板与相邻边框之间的相对位移并最终进行相对固定，都在本发明的保护范围之内，而不限于本发明所表述的一种方式。
另外，本发明所述导热丝不限于所列举的镍合金丝、钛合金丝、钨合金丝、铜丝、石墨丝，在实际使用中可以根据需要选择具有相应导热系数的其他金属丝、合金丝和非金属丝，都在本发明的保护范围之内。所述导热丝也可以根据需要选择大直径或小直径的丝，丝的横截面可以是圆形、矩形或其他规则、不规则的截面，都在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种快速智能环保铸型，它包括砂箱(1)，其特征在于砂箱(1)具有四个边框，所述砂箱(1)内充满与边框平行的导热丝(2)，所有导热丝(2)的端头组成与欲成型铸件外形一致的形状。
2.根据权利要求1所述的快速智能环保铸型，其特征在于所述砂箱(1)内的导热丝(2)是金属丝、合金丝和非金属丝中的任意一种、两种或三种。
3.根据权利要求1或2所述的快速智能环保铸型，其特征在于所述砂箱(1)的一个边框是活动夹板(1-1)，所述活动夹板(1-1)与相邻两个边框间活动连接，并通过固定件(5)进行固定。
4.一种快速智能环保铸型的制造方法，其特征在于铸型的制备过程如下设置带有四个边框的砂箱(1)，在砂箱(1)内安装与边框平行方向平行摆放的导热丝(2)，使处于砂箱(1)内的导热丝(2)的端头组成与铸件外形相一致的形状即可。
5.根据权利要求4所述的快速智能环保铸型的制造方法，其特征在于制备过程依次如下a.首先制造出铸件的模型(3)并根据所欲成型铸件确定导热丝(2)的材料；b.将铸件模型(3)摆放在模板(4)上，再在模型(3)的周围套上带有活动夹板(1-1)的砂箱(1)；c.将导热丝(2)垂直摆放在模型(3)和模板(4)上，导热丝(2)填满整个砂箱1；d.移动活动夹板(1-1)将导热丝(2)夹紧；e.将模型(3)顶部高凸不平的部分切除掉，然后将模型(3)取出，即得到所述金属铸型。
6.根据权利要求4或5所述的快速智能环保铸型的制造方法，其特征在于根据所欲成型铸件，对于需要缓冷的部位采用镍合金、钛合金或钨合金材料制成导热丝(2)；对于需要激冷的部位采用铜或石墨材料制成导热丝(2)。
全文摘要
快速智能环保铸型及其制造方法，涉及一种液态金属成形用的铸型及其制造方法。针对砂型存在不能灵活控制金属的凝固速度且表面光洁度差、制造砂型的方法存在粉尘大、环境污染的弊端，本发明提供一种快速智能环保铸型，它的砂箱(1)内充满与边框平行的导热丝(2)，所述导热丝(2)的端头组成与欲成型铸件外型一致的形状。铸型的制备过程需要在砂箱(1)内按与边框平行方向平行摆放导热丝(2)，使导热丝(2)的端头组成与铸件外形相一致的形状。本发明所述铸型可以根据铸件不同位置的凝固需要调节导热速度，并可以得到表面光洁的铸件；所述方法制造周期短、成本低、无污染及可回收再利用，利于推广应用。
文档编号B22C21/12GK1843658SQ20061000997
公开日2006年10月11日 申请日期2006年4月28日 优先权日2006年4月28日
发明者吴士平, 郭景杰, 李邦盛, 毕维生, 苏彦庆, 傅恒志 申请人:哈尔滨工业大学