一种采用金属铸模铸造用的铸模以及其制造方法和使用该铸模的铸造方法

专利名称：一种采用金属铸模铸造用的铸模以及其制造方法和使用该铸模的铸造方法
技术领域：
本发明涉及一种使用金属模型铸造的铸模和制造该铸模的方法，以及使用该铸模的铸造方法，特别是涉及一种适合于制造用来构成机械装置的精密铸件的铸模、制造这类铸模的方法和使用这类铸模的铸造方法。
众所周知，金属模型铸造是通过使用金属模型来完成的。金属模型铸造已被认为是一种有效的铸造方法，该方法可以大批量且低成本地制造精密的机械零件的铸件或零件，用来制造金属模型的金属材料通常使用合金钢、铸钢、铸铁、铜、铜合金等等。此外，为了延长金属铸模的使用寿命，通常在金属铸模的表面上涂覆各种涂层，以形成一个保护层。
这类涂层的实例很多，其中一例是用碳黑，在另一些实例中不仅是使用单一的涂层，而是使用由不同材料构成的多元厚度涂层，以提高铸模的耐热性和强度。这类涂层在例如其号为58-9740的日本专利公开说明书中已有介绍。
此外，在其号为62-240134的日本专利公开说明书中公开有用锆土或镁土材料作为多元厚度涂层的涂料，从而提供一种可用来铸造含镍钢的金属铸模。
通常，涂层可通过某种具体方法形成，例如在涂覆碳黑的情况下，可将乙块燃烧，并将其火焰作用到金属铸模的表面上。另一种方法是将涂覆材料的细粉末与水或溶剂混合形成一种混合物，再用一把刷子涂覆到金属铸模上。另外，还有一种方法是将涂层材料用一个喷嘴喷射到金属铸模上。
然而这些方法中的任何一种方法都难以保证涂料以预定厚度涂覆到金属表面上并使其具有良好的再现性，尤其是为形成其厚度约为1毫米量级的涂层，必须要进行若干次涂料的涂覆工序。其中困难在于，形成的涂层在厚度上要有约±0.2毫米的非常可靠的再现性，而且形成该涂层所需的操作时间过长，因而难于达到令人满意的生产率。
在这方面，由于涂层的涂覆工序很麻烦，因此，人们则期望一旦涂层涂覆好之后，其使用的时间周期应尽可能的大，或者是期望涂层虽然不能经受长时间使用的情况下，而涂层的涂覆却易于进行。为了便于使金属铸模与铸件分离，以延长涂层的使用期限，并且也为了使其易于从金属铸模中取出已固化和收缩的铸件，就有必要在金属铸模上放置一个大的拨模斜度(锥度)，其值为2-5度，因此，这就出现了这样一个问题，即大拨模斜度的铸件是不可能提高其形状精度的。
同时，例如作为已被公开的有关减小铸件壁厚和提高铸件尺寸精度的研究实例公开在日本铸造学会主办的讲座，于1993年2月9日出版的铸造技术讲义第12页中，文中提出一种所谓背衬金属法，其中砂模均用金属模来加强，该法已被用作一种生产高精度铸件的方法。然而在已有技术中，砂层的厚度厚到其值约为5-6毫米或更厚些，因而就不可能使铸造金属的冷却速度得高到金属模型铸造的冷却速度。另外在铸造以后需要有一个破碎和收集型砂的附加工序。因此这里就存在有一个问题，即型砂处理装置的规模太大。
此外，有一种在金属铸模的模腔表面上吸附面层型砂的方法公开在其申请号为4-344850的日本专利公开说明书中。按照这一方法就有可能使面层型砂层在厚度上大于上述一般的涂层。可是，由于面层型砂是被吸附在表面上，所以吸附一层具有高透合性而又较薄的型砂是困难的。因此，在这一工艺过程中就存在有一个吸附砂数量不确定的问题。此外，在该过程中有一个可伸缩的模板，该板可以自由地伸缩，其插入到金属铸模的模腔内，以设定型砂层的厚度。然而，由于模板仅由其一个支承件支承，而该支承件在充填型砂时会由于型砂的压力分布不均匀而可能变形，因而使模板的位置变得不稳定。因此，所吸附面层型砂的厚度在很大程度上也可能发生变化。而且，由于支承方法受到限制，因而使铸件的形状也受到限制。
本发明解决了上述已有技术中存在的问题。
本发明的第一个目的是提供一种改进的铸模，该铸模用于金属模型铸造中，可用来制造精密铸件，更确切地说是提供这样一种铸模，该铸模的型砂层形成在金属铸模表面上，它具有规定的厚度或厚度分布以及还有良好的再现性和高的生产率。该型砂层具有很好的破碎性能并可用来作为保护金属铸模的一个涂层。按照本发明该铸模可以容易地生产出拔模斜度(锥度)小、尺寸变化小而且尺寸精度高的铸件。
本发明的第二个目的是提供一种改进的制造这种铸模的方法，该方法可以较高生产率容易地生产出达到第一个目的铸模。
本发明的第三个目的是提供一种铸造方法，该方法是这样实现的，即通过使用上述能达到和第一个目的铸模可以生产出精密的铸件，这些铸件的机械加工性能良好，更确切地说，这种铸造方法可以容易地生产出共晶石墨铸铁的铸件。
本发明的第一目的是由一个铸模来达到的，该铸模包含一个金属铸模，该金属铸模具有一个其形状与铸件的形状相对应的表面，并在该表面上有一个型砂层，该型砂层是由其内所含的热固性树脂整体固化而成的，该型砂层被粘附在金属铸模表面上作为一个涂层，并且该型砂层的厚度较薄，因而可使铸件获得共晶石墨结构。在考虑对铸造时铸模的冷却速度有影响的热传导时，虽然冷却速度也取决于型砂的材料，但型砂层的厚度薄或是具有预定的厚度分布是很重要的，这样才能充分发挥使用金属铸模时所具有的优点。实际上，型砂层的厚度最好是在0.5-3毫米范围内。
而且，型砂层的型砂最好使用石英砂、锆砂、亚铬酸盐砂、碳化硅砂、碳粉粒和陶瓷粉粒中的一种或它们的某一种混合物。
此外，最好是使金属铸模的表面有一定的不平度以防止型砂层从金属铸模表面上剥落。该不平度的尺寸至少应相当于型砂的平均粉粒尺寸，并且尽可能小地缩小该不平度，这样铸造型砂层的厚度就不会有大的变化。
此外，最好是使金属铸模的拔模斜度不大于1度，以提高铸件的质量。然而，用来制造金属铸模的金属最好采用热传导性能优良的金属，例如，铜或铜合金等。
本发明的第二个目的是由一种制造该铸模的方法来达到的，该方法包含的步骤如下(1)制备两个铸模，一个是金属铸模，该金属铸模具有其形状与铸件的形磁相对应的表面，在该表面上设有喷吹孔，这些喷吹孔穿过金属铸模壁而形成，该模壁则限定该金属铸模的表面，其上涂覆有在下一步骤中形成的一个型砂层；另一个是成形铸模，该成形铸模的形状大致相同于铸件的形状，其上设有一些出口和出口孔；(2)装配金属铸模和成形铸模，此时在其间留有一个预定的间隙，以便使一个预定厚度或厚度分布的型砂层在下一个步骤中形成；(3)用压缩气体，如空气或类似气体将涂覆有热固性树脂的型砂或热固性树脂和型砂的混合物喷入该间隙，并将其充满；(4)通过加热而固化热固性脂使型砂粘附在金属铸模上；和(5)将成形铸模与金属铸模分离，从而，便在金属铸模的表面上形成一个具有规定的厚度或厚度分布的型砂层。
金属铸模的材料、型砂的成分等都已在上面有关本发明第一个目的中作了说明。关于热固性树脂现已使用的有，例如酚醛树脂或其它类似物等。此外，在其内设有出口和出口孔的成形铸模是由具有和金属铸模一样物理性能的金属，或用相类似的金属来制造的。最好是将一种脱模剂施加到成形铸模上，以便于脱模。
在进行装配成形铸模的步骤(2)之前，最好先进行金属铸模清理步骤，此时至少用含有砂、钢粉粒、轻金属粉粒、陶瓷粉粒和小粉粒尺寸的下班珠等的高压气体对着金属铸模的表面进行喷吹，从而除去粘附在金属铸模表面上的砂、污物或灰尘。
对用加热来固化热固性树脂的步骤(4)而使型砂粘接到该金属铸模上的情况，该加热步骤(4)可以单独地进行，以便在用型砂填满空间的步骤之后固化树脂。但是实际上最好是在装配成形铸模的步骤(2)之前，将金属铸模和成形铸模两者都先加热到一个规定温度。在该情况下，通过对加热温度的预先控制，同时考虑到在用树脂涂覆的型砂或用型砂和树脂的混合物进行充填间隙步骤期间铸模的冷却温度特性，就能够在用型砂填满间隙之后通过由金属铸模和成型铸模两者中传递来的热量。来快速固化热固性树脂。
本发明的第三个目的是通过一种铸造方法来达到的，该方法包括下列一些步骤(1)装配并夹紧至少一对左和右侧铸模，而每侧铸模在金属铸模表面上均具有型砂层，由此提供一个能达到本发明第一目的的铸模；(2)将该铸模的温度控制在规定温度，(3)将规定温度的熔融金属浇注到装配好的控制在规定温度上的铸模中，并将熔融金属保持在铸模中直到金属凝固为止，和(4)取出铸件。
如上所述，按照本发明，由于通过使用其形状大致等同于铸件形状的成形铸模，使得含有型砂和热固性树脂的型砂层以规定的厚度或厚度分布在金属铸模的表面上形成，因此便获得一种再现性很好并且生产率很高的铸模。
此外，按照本发明可以用成形铸模精确地形成型砂层，且还由于该型砂层可以牢固地粘附在金属铸模上，因此就可以获得一个拔模斜度小而精度高的铸模。此外，由于金属铸模上形成的型砂层是由破碎性很好的型砂所构成的，从而，使铸件能够快速地取出，即使是在拔模斜度极小的情况下铸件也不会与金属铸模粘合。
而且，按照本发明，由于在金属铸模表面上形成有这样厚度的型砂层的应变小，其厚度又可获得适当的冷却速度并且具有良好的再现性，因而能生产出共晶石墨铸铁结构的铸件，该铸件的机械加工性能优良，并且生产率高。
在本发明中，金属铸模和成形铸模两帮在装配时应留有一个间隙，该间隙用型砂和热固性树脂的混合物或其他型砂借助高压气体填满，型砂的表面预先涂覆有热固性树脂，由于金属铸模和成形铸模两者均预先加热到一个适当的温度，热固性树脂就与型砂粉粒相互间固化成整体，而型砂的涂层则粘附在金属铸模上。
使用成形铸模就有可能构成薄型砂层，该型砂层具有规定的厚度或厚度公布，其值在0.5-3毫米范围内并有良好的再现性。
而且，通过合理选择金属铸模的材料、型砂的材料产型砂层的厚度，就有可能以规定的冷却速率来冷却熔融金属。
在铸造过程中，熔融金属作用在厚度为0.5-3毫米的薄型砂层内的热固性树脂上，易于将该热固性树脂进行热分解，从而使该型砂层易于破碎。铸件在其凝固和冷却时的热收缩，可防止铸件粘附在金属铸模上，因而使铸件易于从铸模中脱出，即使在铸件的拔模斜度为0-1度的情况下也能顺利脱模。此外，由于金属铸模设有损坏，这就有利于延长金属铸模的使用寿命。
而且，由于型砂层的厚度较薄，就有可能减小热固性树脂的用量，从而也就减少在铸造时出现树脂的热分解气体，这样就可减少出现有缺陷的铸件。由于所用砂型的数量很少，还由于型砂层的破碎性能良好，因而也就容易收集型砂。因此，本发明有利于节省资源。
现通过具体实施例并配合有关附图详细叙述本发明的其他目的、结构、方法以及特点。其中图1为本发明一个实施例的一个典型的流程图，图中表示出一个用于金属模型铸造的铸模的结构及其制造方法；图2为一个铸模表面主要部分的一个放大的横截面图，图中表示出该金属铸模的表面上出现的不平度；图3为该铸模表面主要部分的一个放大的横截面图，图中表示出该金属铸模的表面上出现的不同的不平度型式；
图4为该铸模表面主要部分的一个放大的横截面图，图中表示在金属铸模的表面上出现的另一种不同的不平度型式；和图5是一个表示铸造步骤的实施例的典型的流程图。
本发明的一些实施例将结合上述


如下。
第一个实施例该实施例表示出一个铸模的结构以及其制造方法，并将结合图1至图4进行详细叙述。具体说来，图1是一个典型的流程图，其中示出了该铸模的一系列制造步骤，其中型砂涂覆在一个金属铸模的表面上。图2至图4均为局部放大视图，各图均示出该金属铸模表面的一个部分。首先将按照图1中的步骤来说明第一实施例。
(a)在金属铸模清理步骤中，将至少一股高压气流、砂、钢粉粒、轻金属粉粒、陶瓷粉粒、小粉粒的玻璃珠及其它类似物对着一个金属铸模的表面喷吹，以清除粘附在金属铸模表面上的砂、灰尘和污物，从而产生一个清洁的金属铸模表面。在该步骤中，由于在金属铸模中的狭窄部分和/或纵深部分易于出现砂或钢粉粒会残留在其内的情况，因此可在这些部分内设置一些用于喷吹型砂的孔，这样，在一部分堵塞孔的型砂层经使用一个推出装置被除去之后，再进行金属铸模的清理就比较容易了，因为此时这些孔已成为砂和钢粉粒的通道。
在第一实施例中，由于所用的金属铸模由铜制成，而铜是比较软的，但锌粒也是比较软的，因而它可被用来进行喷吹，以清理该金属铸模。由于锌粉粒与砂之间的颗粒尺寸有较大的差别，故混有砂的锌粒可以从砂中迅速地分离出来，锌粉粒的尺寸是在0.5-0.6毫米范围内，喷吹锌粉粒的空气压力为2公斤力/厘米2(kgf/cm2)，喷吹喷嘴的内径为6毫米，而喷吹长度则为150毫米。
(b)在金属铸模温度控制步骤中，金属铸模1和成形铸模4均被加热或冷却，以使这些铸模达到一个规定的温度。一种从所周知的脱模剂，例如一种溶液，在该溶液中将一种含有硅的无机物质细粒散布于水内，被施加到成形铸模4上。
在金属铸模的某种形状表面上会由于在铸造时熔融金属的凝固和收缩而出现变形。在这种情况下，可以增加一个补充步骤，即每次使用一个校正金属铸模来校正该局部变形的金属铸模。
(c)在成形铸模装配步骤中，成形铸模4具有与铸件表面相同的表面形状，该成形铸模与金属铸模12装配在一起，在两者之间限定一个间隙6，该间隙可用来构成具有规定厚度的型砂层。金属铸模1的表面形状是预先形成的，因而间隙6在成形铸模4和金属铸模1相互装配在一起时就具有一个规定的尺寸。
(d)在型砂喷吹步骤中，将一些喷吹管7插入到设在金属铸模1上的喷吹孔5内，而将间隙6用型砂8经过喷吹管7使其填满，而型砂8已预先用一种热固性树脂涂覆在其表面上。此时，喷吹管7与图中未示出的一个型砂源连通。
现在经常使用其表面已预先用热固性树脂涂覆的铸造砂(也就是称作树脂涂覆砂)。在第一实施例中，也使用这种树脂涂覆砂。此外，由于该狭窄间隙是使用空气将砂吹入而使其填满的，因此在对其处理和充填时使用一种在室温下是固体的热固性树脂比使用其他树脂来得容易。在铸造型砂喷吹步骤中，用型砂8充填间隙6的另一种可供选择的方案是将型砂源通过密封件直接紧靠在金属铸模上，而不使用喷吹管7，因而型砂源便与喷吹孔5相连通。关于喷吹型砂的方法，可以使用底吹、顶吹和侧吹等方法中的任何一种。
型砂是使用压缩空气导入到间隙中的，压缩空气的压力例如为1-5公斤力/厘米2(kgf/cm2)。由于成形铸模4预先设有出口2和出口孔3，因而使得通过型砂8的空气可经由出口2和出口孔3被排出到成形铸模4的外面。型砂8是由空气流所输送的。由于喷吹孔5、出口2和出口孔3均设在适当的位置上，该位置是根据金属铸模1和成型铸模4的形状而定的，因而，间隙6就基本上能完全由型砂8来填满。
用型砂8填满间隙是在不超过一秒钟的时间内完成的，而此后铸模型砂源中的压力源被减小，喷吹管被抽出，并用压缩空气或水冷板来对其冷却，以便防止型砂8粘附到喷吹管上并在喷吹管内部集结成块。
关于成形铸模的材料，如果铸件不需要用大量生产的方法来生产，并且如果铸件的形状又简单，就可以使用硬而耐热的聚四氟乙烯作为成形铸模的材料，而聚四氟乙烯不会粘附热固性树脂，因而就没必要使用脱模剂。此外在使用喷吹管的情况下，就可将喷吹孔设在聚四氟乙烯部分上，因而使喷吹管是热绝缘的，这样易于防止型砂在管内集结成块。在金属铸模的温度为150℃情况下，此时聚四氟乙烯制成的成形铸模温度却为室温，这就能使该铸模能成型约为100次。
在喷吹步骤中所用的型砂为锆砂，其粉粒尺寸示于表1中。当热固性树脂使用酚醛树脂时，该酚醛树脂与铁砂的重量百分比的比例0.8:1。
表 1
金属铸模1和成形铸模4均在金属铸模温度控制步骤(b)中预先热到一个规定温度，并在用型砂8填满间隙6后，热固性树脂开始固化反应，在该反应中树脂与砂粒相互粘合。从而使型砂层粘附到金属铸模1的表面上，进而构成一个型砂层，因此，该型砂层包含型砂8并具有一个规定的成型厚度。
例如，在用酚醛树脂作为热固性树脂的情况下金属铸模的温度(成形铸模的温度值也和金属铸模相同)与固化时间周期的关系示于表2中，若将金属铸模温度设定到250℃，则固化酚醛树脂的时间周期即可短至为10秒左右。因而可以很高的生产率来形成型砂层9。
虽然型砂层9本身的规定厚度是根据型砂8的品种不同而变化的，但对于生产共晶石墨结构的铸铁件来说型砂层9的厚度规定值在0.5-3毫米范围内实际上足够的。减少型砂层9的厚度是很重要的，同时也要考虑热传导性，以便发挥金属铸模的优点。
表 2
在树脂固化后，按照成形铸模脱开步骤(e)，使成形铸模4脱离开金属铸模1而产生一个铸模10，在该铸模表面上已形成涂层9，因使该铸模10暴露在大气中，其就被冷却并产生收缩。例如，铜金属铸模的热膨胀系数大致三倍于型砂的热膨胀系数，该型砂是用酚醛树脂涂覆在锆粉粒上而成的。
因此，最好是使金属铸模表面制成粗糙不平的，以使该粗糙度能产生锚固的作用，这样就可防止型砂层9剥落。
图2、图3和图4均为局部放大视图，各图均表示该铸模的部分表面，在该金属铸模表面上具有不平度。这些图中的标号11、12和13分别表示不同的不平度型式。较好的是一种不规则尺寸的型式，其尺寸14只要大到能防止剥落就行。但是，不平度将使得型砂层厚度由于不平度的尺寸而变得不均匀，结果就会使熔融金属与金属铸模1之间的热传导特性随着位置的不同而变化。所以最好是减少不平度尺寸，使其尽量小到不致于使型砂层剥落的范围内。按照实践表明，防止剥落发生的不平度尺寸14应设置成至少基本上相当于型砂8的平均颗粒尺寸。
实际上不平度尺寸14的最佳平均值是在型砂平均粉粒尺寸至0.5毫米的范围内。业已证实，由于设置这个数量级的不平度，在用铜制成的金属铸模的温度被加热到200℃而形成型砂层9的情况下，然后将其冷却到100℃就不会引起型砂层的剥落。任何一种不平度形状都可以发挥各自的优点，例如，上述其横截面呈矩形的不平度11(该不平度是按分步成型工序使用端铣方法加工而成的)，而加工刀具痕迹型的不平度12(该不平度是加工刀具对金属铸横表面进行加工之后而形成在表面上的)，而不平度13则是由丝网对表面进行电加工而形成的。
在本实施例中，金属铸横1是用纯铜制成的，成形铸横4是用一种铜合金制成的，而关于型砂层9的厚度则可制出三个种类，即1毫米、2毫米和3毫米。它们有可能形成一种具有平坦表面的优良的薄型砂层9。
第二个实施例第二实施例是涉及一个铸造实例，在该实例中所用的铸模是由第一实施例所述方法制成的。第二实施例将按照图5中的典型流程图来说明。
在铸模装配步骤(a)中，右侧铸模和左侧铸模15和16各具有一个型砂层9，将此二个铸模相互间装配在一起并且夹持住，以形成铸模18。
在铸模温度控制步骤(b)中，铸模18通过加热装置17加热到一个规定的温度。在铸模18的温度已经达到等于或高于在上述铸模装配步骤中所规定的温度情况下，铸模18被移走并让其自然冷却，或是使用风机19强制冷却。在本实施例中，在两个铸模已相互装配之后铸模的温度就被设定。但是，勿需多说，在弄清楚左侧铸模15和右侧铸模16的温度下降特性后，就可调定其温度，此时要考虑到温度是在铸模装配前下降的，而此时的加热方法可以使用一个燃气加热系统，并且冷却方法则可以使用一个在铸模内的水冷系统。
在熔融金属浇注步骤(c)中，将溶融的金属20浇注到铸模18中，该铸模在温度上已被充分可靠的控制。在浇注熔融金属以后且直至其凝固，该铸模一直保持在装配状态。
在取出铸件的步骤(d)中，左侧铸模15和右侧铸模16被相互分开，以取出铸件21。此时将型砂层9粘附到金属铸模上的热固性树脂受铸造金属20所释放的热量的影响而被热分解，因而就使型砂层9快速散落。所以本发明并不需要任何专门步骤来破碎和回收型砂，该步骤在现有技术中是需要的，而且在本发明中取出铸件则是极为容易的。
在该铸造实施例中，示出有一个环状铸件21的实例，该铸件具有简单的形状。可是，在铸件21的形状复杂的情况下，在浇注熔融金属时就不容易保持金属铸模温度的均匀性，也就是说，此时金属铸模易于发生热变形。在这种情况下，较好是用热传导良好的铜或铜合金作为金属铸模材料，以便使金属铸模内的温度梯度平缓，从而减少热变形的程度。
一个铜制的金属铸模与一个铁金属制成的金属铸模相比是软的，并且在加工金属铸模时容易在软金属铸模上出现裂缝。而且，在金属特模频繁地重复使用的情况下，当用型砂充填铸模时，型砂将高速撞击到金属铸模的表面上，从而使金属铸模表面因型砂撞击的研磨作用而产生磨损。所以，在大量生产铸件的情况下，应使用高温性能和耐磨性都良好的金属，例如铜铬硅合金、铜铍合金、蒙乃尔耐蚀镍铜合金等类似材料来用作金属铸模的材料，虽然这些金属的热传导性比铜差些。另一个办法是，通过将一种诸如镍或铬等硬金属镀到铜表面上可以显著提高耐磨性。
在该铸造实施例中一种其成分示于表3中的铸铁材料被用作铸造金属20进行铸造。因此，由于在第二实施例中所述方法的目的在于获得共晶石墨结构，在铸模温度控制步骤(b)中，铸模温度是设定在100-150℃范围内。这样做的原因在于，例如，在温度从室温至60℃情况下，水分易于吸附在金属铸模上，而且一旦浇注溶融金属这些水分就被突然加热而变成蒸汽，结果就可能使熔融铸铁发生四处飞溅，同时也会使铸件的品质低劣。另一方面，如果温度高于200℃，铸铁的冷却速度太慢以致难于产生共晶石墨结构，而金属铸模的热被劳也着随着加热和冷却而增加，从而使金属铸模的使用寿命减少。
表 3
该金属铸模是用纯铜制成的，在该金属铸模上所形成的薄型砂层9，具有良好的热传导性，该型砂层具有三种厚度，即1毫米、2毫米和3毫米。因此就有可能提高铸造金属20的冷却速度，以获得共晶石墨结构，该结构形成的范围是从铸件21的表面到几毫米的深度。
这样，在该铸件并不是在铸造的成品状态下使用，而是在机加工以后作为一个机械零件使用的情况下，就能够产生一种共晶石墨铸铁结构，该结构与现极有技术的砂模铸造工艺中所产生的一种片状石墨铸铁结构相比在机械加工性上是更佳的。而且，本发明的工艺使其易于制造精密铸件，并且易于在金属铸模表面上形成一个预定薄厚度的型砂层9，因此只要在制备好金属铸模之后，仅通过重新构成型砂层9就可以重复使用该铸模。也就是说，本发明的工艺技术从经济角度上说是最佳的，并且其能够显著地减少加工费用。
在现有技术中，铸件的拔横斜度(锥度)必须要有一个较大的值2-5度，从而才能使铸件和铸模脱开，虽然拔模斜度值是随着铸件形状而改变的。但是，由于在本发明中在金属铸模表面上形成的薄型砂层具有良好的破碎性，因此，即使是铸件具有一个拔横斜度仅为0-1度的情况下，都能够易于脱开金属铸模而不会在金属铸模上形成裂痕。由于拔横斜度的减小，因此就能够提高铸件的质量。实际上，在本实施例中，该拔模斜度在整个铸件21的表面上为0.5度。
而且，由于在现有技术的金属模型铸造中，在金属铸模上的涂覆层的厚度是很薄的而且是不均匀的，在铸件中的厚度较薄的部分由于在其位置发生急冷而形成冷硬的结构。另一方面，在本发明中通过使型砂层部分(相当于铸件中的冷硬部分)在厚度上局部加厚，就能够容易地防止冷硬结构的出现。实际上，在本发明第二实施中，就能够防止在一个厚度为5毫米和一个高度为18毫米的加强肋中产生冷硬结构。其是通过设置一个局部厚度为4毫米的型砂层来实现的。
如上所述，通过本发明是能够达到最初的目的的，确切地说，在对具有复杂形状的铸件进行铸造的情况下，在现有技术中，是使用一个砂芯，因为砂芯必须制做好并装设在每个预铸件中，因此铸件的生产成本是很高的，而且，与砂芯相接触的铸造金属部分的冷却速度要比与金属铸模相接触的其它铸造金属部分的冷却速度来得慢，因而就不可能获得一个理想的结构。特别是在砂芯体积较大的情况下，就更难于提高冷却速度。
在另一个现有技术金属模型铸造方法中，设有使用砂芯，只要铸件的拔横斜度(锥度)较小，该铸件就不能取出。要是将该铸件强行取出，就会损坏涂层。
在通用的背衬金属铸造方法中，该方法难于获得如本发明那样的冷却速度，砂的数量之大会使铸造之后除去并收集粘附在背衬金属上的砂的工作成为一件麻烦事。
但是，按照本发明可以提供一种铸模，该铸模借助于成形铸模在金属铸模的表面上形成具有规定厚度的型砂层，该铸模具有良好的再现性。由于铸造是使用以这样方法制成的铸横来完成的，这就有可能生产出具有较高的形状的尺寸精度再现性的铸件。
在熔融金属的浇注和该熔融金属凝固之后取出铸件之间的这段时间内，由熔融金属所释放的热量可以使热固性树脂加热到其热分解温度以上。因此，粘附在铸模表面上的型砂层就易于破碎。这样也就易于收集型砂，并易于从金属铸模中取出铸件，并且不会对金属铸模表面造成损伤，从而能够显著地延长金属铸模的使用寿命。
在常用的工艺技术中，在金属模型铸造上设置的拔横斜度(锥度)一般为2-5度，虽然拔模斜度是根据铸件的形状而改变的，因而，即使是在该铸造金属在凝固和冷却过程中已经收缩之后，才可使铸件和铸模脱开。
但是，按照本发明是使具有良好破碎性的薄型砂层形成在金属铸模的表面上。这样，即使在铸件具有的拔横斜度为0-1度的情况下，仍然能够方便地取出铸件而不会损坏金属铸模。
此外，由于在本发明能够形成热传导性良好的薄型砂层，因此就有可能提高铸造金属的冷却速度，并形成一种其深度范围至少离铸件表面几毫米的共晶石墨结构，而该铸件的成分示于表3中。由本发明工艺技术所产生的优点表现在，当铸件不是在铸造的成形状下使用，而是经过机械加工后被用作精密机械零件使用的情况下，其可以构成共晶石墨铸铁结构，而该结构在机械加工性能大大优于由现有技术的砂模铸造工艺生产的片状石墨铸铁结构。所以能够显著地降低机械加工的成本。
权利要求
1.一种铸模，该铸模包含一个金属铸模，该金属铸模具有一个其形状与铸件的形状相同的表面；和一个构成整体的型砂层，该型砂层含有型砂和热固性树脂，该型砂层粘附在金属铸模的表面上，所述型砂层具有一个其形状与铸件的形状相同的表面，并且具有一个规定的厚度或厚度分布，该厚度的范围为0.5至3毫米。
2.按照权利要求1所述的铸模，其中，所述型砂层具有规定的厚度，因而，在将铸铁铸成铸件时至少铸件上的一部分为共晶石墨结构。
3.按照权利要求1所述的铸模，其中，金属铸模的表面所具有的不平度尺寸范围为型砂的平均粉粒尺寸到0.5毫米。
4.按照权利要求1所述的铸模，其中型砂层内的型砂至少选自下例型砂中的一种石英砂、锆砂、亚铬酸盐砂、碳化硅砂、碳粉粒和陶瓷粉粒，而型砂层内的热固性树脂则是酚醛树脂。
5.按照权利要求1所述的铸模，其中，包含在型砂层中的热固性树脂的重量为包含在型砂层中的型砂重量的0.5-4%。
6.按照权利要求1所述的铸模，其中金属铸模是用铜或铜合金制成的，并且其拔模斜度不大于1度。
7.按照权利要求1所述的铸模，该型砂层是使用一个用铜或铜合金制成的成形铸模来形成的，该成形铸模的拔模斜度不大于1度。
8.按照权利要求1所述的铸模，该型砂层是使用硬的耐热聚四氟乙烯制成的成形铸模来形成的，该成形铸模的拔模斜度不大于1度。
9.按照权利要求1所述的铸模，其中，该型砂层粘附在金属铸模的表面上，且其局部厚度范围为4至8毫米。
10.一种制造铸模的方法，该铸模具有一个金属铸模，该金属铸模具有一个表面，在该表面涂覆有规定厚度或厚度分布的型砂层，该方法包含下列步骤清理金属铸模，以除去诸如型砂等粘附在金属铸模表面上的沉积物，该清理工作可通过喷吹选自下列物质颗粒中的一种来完成砂、钢粉粒、轻金属粉粒、陶瓷粉粒和玻璃珠；制备金属铸模，该金属铸模具有一个其形状与铸件形状相同的表面，还具有一些与金属铸模表面连通的喷吹孔而在下一步骤中该金属铸模表面上将形成有型砂层，且还要制备一个成形铸模，该成形铸模具有一个其形状与铸件形状相同的表面，并且还具有一些出口和出口孔；装配金属模和成形铸模，以形成一个等同于型砂层的厚度或厚度分布的预定间隙；通过金属铸模上的喷吹孔用高压气体喷吹涂覆有热固性树脂的型砂或型砂和热固性树脂的混合物，以便用所述型砂或所述混合物来填满该间隙；通过加热使热固性树脂固化从而可将型砂或所述混合物粘附在金属铸模上；以及使成形铸模同金属铸模脱开。
11.按照权利要求10所述的方法，其中，该方法包含一个清除步骤，该步骤是在型砂清理步骤以前，用来清除粘附在喷吹孔两端上的或粘附在喷吹孔内部的型砂。
12.按照权利要求11所述的方法，其中，该方法包含一个校正步骤，该步骤是在金属铸模清理步骤以后，用一个校正金属铸模来校正该金属铸模上要形成型砂层的表面，以使该表面具有规定的形状。
13.按照权利要求10所述的方法，其中，通过将热固性树脂加热而使其固化从而使型砂或所述混合物粘附在金属铸模上的步骤是由在用型砂充填间隙的步骤之后的一个加热步骤中实现的，或者是由在装配金属铸模和成形铸模步骤之前的金属铸模温度控制步骤中实现的，在该温度控制步骤中，将金属铸模和成形铸模加热到一个规定的温度，该规定温度是考虑了已被加热的金属铸模和成形铸模在用热固性树脂涂覆的型砂或用型砂和热固性树脂的混合物在充填间隙的过程中产生冷却时的冷却特性而设定的，因此，热固性树脂是借助于充填间隙之后金属铸模和成形铸模所传导的热量而被固化的。
14.一种铸造方法，该方法包含下列步骤(a)装配权利要求1所述的铸模，每个铸模在其金属铸模上都有一个型砂层，并夹紧这些铸模；(b)控制这些铸模的温度，达到一个规定的温度；(c)将熔融金属浇注到已经装配好而控制在规定温度上的铸模中，并将铸模的这种状态保持到熔融金属凝固并生产出铸件为止；和(d)取出铸件。
15.按照权利要求14所述的铸造方法，其中，该铸造金属是含铁的铁合金，此处铁作为其主要成分，因此至少该铸件的一部分具有共晶石墨结构。
全文摘要
一种铸模，其包含一个金属铸模和一个成整体的型砂层，该金属铸模具有一个其形状与铸件的形状相同的表面，该型砂层包含型砂和热固性树脂并且粘附在金属铸模的表面上，该型砂层具有其形状与铸件的形状相同的表面，并且具有规定的厚度，该厚度的尺寸范围为0.5—3毫米；一种生产该铸模的方法，其包括以下步骤，制备两个铸模，其中一个为金属铸模，其形状与铸件的形状相同，另一个为成型铸模，其形状等同于铸件的形状，装配该金属铸模和成型铸模，以形成一个规定的间隙，将型砂和热固性树脂喷吹到该间隙内，从而在金属模上形成型砂层。
文档编号B22C9/06GK1102605SQ9411563
公开日1995年5月17日 申请日期1994年8月31日 优先权日1993年8月31日
发明者相内进, 桥田荣夫, 河井勇, 山中敏昭, 横山洋二, 吉井正树, 二十里极, 荒川弘巳 申请人:株式会社日立制作所