专利名称：减少铸件中气体缺陷的空心砂芯的制作方法
技术领域：
本发明的技术领域总体上涉及型铸造技术，特别地，涉及对用于减少铸件中气体 缺陷(gas defect)的空心砂芯的介绍。
背景技术：
铸造是一种(通常)将液态材料浇注至包含具有期望形状的空心型腔的铸模内并 随后使其凝固的制造工艺。然后将固体铸件排出或取出从而完成这一制造过程。砂型铸造是一种通过由砂芯组件形成铸模并且将熔融液态金属浇注入该铸模的 型腔内从而生产出铸件的铸造工艺。该铸模和金属随后进行冷却，直到金属已经凝固。最 后，将铸件与铸模分离。冷芯盒和自硬技术是使用能通过化学附着于型砂从而强化砂芯的有机和/或无 机粘接剂的砂型铸造工艺类型。在冷芯盒和自硬技术中，在引入被铸造为所期望形状的液 态材料之前，采用催化反应来固化树脂以便使整个砂芯内外全都硬化。湿砂技术使用黏土 来粘接型砂，并且被用于制造放入了砂芯(若需要的话)的铸模。
发明内容
一种示例性方法，包括形成插芯；在该插芯周围形成砂芯；以及，通过去除或者 以其它方式转变该插芯的一部分从而在所述砂芯中产生至少一条通道，其中所述至少一条 通道包括出口点。另一种示例性方法，包括形成插芯；在该插芯周围形成砂芯；通过去除或者以其 它方式转变该插芯的一部分从而在所述砂芯中产生至少一条通道，其中所述至少一条通道 包括出口点；将所述砂芯作为具有通气口的铸模组件的一部分而引入，其中所述通气口与 所述出口点联接；以及，在铸模组件中进行部件的铸造，其中在铸造过程中生成的气体经所 述通道至所述出口点并通过所述通气口从砂芯逸出。在又一个方面，提供了一种方法，包括形成插芯；在该插芯周围形成砂芯；以及， 通过去除或者以其它方式转变该插芯的一部分从而在所述砂芯内形成至少一条通道，其中 所述至少一条通道包括至少一个出口点。优选地，所述插芯由能够在升高的温度下塌缩(collapsing)以形成所述至少一 条通道的材料形成。优选地，所述插芯由能够在升高的温度下熔化以形成所述至少一条通道的材料形 成。优选地，所述插芯由能够在升高的温度下升华以形成所述至少一条通道的材料制 成。优选地，在所述插芯周围形成砂芯包括提供具有内部的芯盒系统；将所述插芯 引入到所述内部中；将型砂和树脂成分形成的混合物引入所述内部中以形成砂芯前体；以 及，在不影响所述插芯的情况下使所述砂芯前体硬化。
优选地，使所述砂芯前体硬化包括引导三乙胺气体通过所述砂芯前体，其中所述 树脂成分包括聚氨酯材料。又一方面，提供了一种方法，包括形成插芯；在所述插芯周围形成砂芯，所述砂 芯包括型砂和树脂成分的混合物；通过去除或者以其它方式转变该插芯的一部分从而在所 述砂芯内产生至少一条通道，其中所述至少一条通道包括至少一个出口点；将所述砂芯作 为具有通气口的铸模组件的一部分而引入，其中所述通气口与所述至少一个出口点联接； 以及，在所述铸模组件中进行部件的铸造，其中在所述部件的铸造期间由所述树脂成分生 成的气体基本上从所述至少一条通道和所述至少一个出口点通过所述通气口从所述铸模 组件中逸出。优选地，所述插芯由能够在高温下塌缩从而形成所述至少一条通道的材料形成。优选地，所述插芯包括泡沫材料，所述泡沫材料包括“斯太洛”泡沫材料、甲基丙烯 酸甲酯泡沫材料、聚苯乙烯泡沫材料、聚烷撑碳酸酯泡沫材料中的至少一种。优选地，所述泡沫塑料采用纤维材料进行强化，所述纤维材料包括至少一种以下 材料碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维、聚合物纤维材料、或者非聚合物纤维材料。优选地，所述插芯由能够在高温下熔化以形成所述至少一条通道的材料形成，其 中所述可熔材料包括至少一种以下材料蜡、熔点在大约200°C以下的聚合物、无机材料 (比如盐)、超低熔点合金材料、可熔复合材料、包括填充材料的可熔有机材料、以及包括填 充材料的无机材料。优选地，所述可熔材料采用纤维材料进行强化，所述纤维材料包括至少一种以下 材料碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维、聚合物纤维材料、或者非聚合物纤维材料。优选地，所述插芯由能够在高温下升华以形成所述至少一条通道的材料制成，其 中所述可升华的材料包括能在约200°C或以下的温度下升华的有机材料。优选地，在所述插芯周围形成砂芯包括提供具有内部的芯盒系统；将所述插芯 引入到所述内部中；将所述型砂和所述树脂成分的混合物引入到所述内部中以形成砂芯前 体；以及，在不影响所述插芯的情况下使所述砂芯前体硬化。优选地，使所述砂芯前体硬化包括引导三乙胺气体通过所述砂模前体，其中树脂 成分包括聚氨酯材料。优选地，在所述铸模组件中铸造部件包括提供具有通气口的铸模组件；将所述 砂芯引入到所述铸模组件的内部，使得所述至少一个出口点和所述通气口联接；向所述芯 部中引入液态材料，其中所述液态材料使所述砂芯中的所述树脂成分降解以形成气体，其 中所述气体优选地经所述至少一条通道至所述至少一个出口点并通过所述通气口从所述 砂芯逸出；以及，使所述液态部分凝固以形成铸件。优选地，所述方法还包括将真空器联接到所述通气口 ；形成真空，该真空有助于 将所述气体由所述至少一个通道经所述出口点和所述通气口去除。优选地，提供铸模组件包括形成至少两个砂芯材料的部件；以及，将所述至少两 个部件联接在一起，使得在它们之间形成至少一个通气口，所述至少两个部件将内部区域 的尺寸限定成能将所述砂芯容纳在其中。另一方面，提供了一种产品，包括插芯；以及，联接在所述插芯周围的砂芯，所述 砂芯包括型砂和树脂成分的混合物。
4
优选地，所述插芯的至少一部分能够热降解或化学降解，以便在所述砂芯中形成 至少一条具有出口点的通道。通过下文提供的详细描述，本发明的其它示例性实施例将变得显而易见。应当理 解，该详细描述和具体示例虽然公开了本发明的示例性实施例，但仅仅是出于说明的目的 而并不意图限制本发明的范围。
根据详细说明和附图，将更加充分地理解本发明的示例性实施例，附图中图1是根据一种示例性方法，用于在芯盒系统内形成砂芯、并随后使用该形成的 砂芯来形成铸件的逻辑流程图；图2是根据一个示例性实施例的一对砂芯插入物的示意图；图3A是根据一个示例性实施例在芯盒系统中形成的砂芯前体的示意图，该砂芯 前体包括图2所示的砂芯插入物；图3B是图3A中的砂芯沿3B-3B线剖取的剖视图；图4A是由图3A中的砂芯前体从砂芯盒中取出后形成的砂芯的示意图； 图4B是图4A中的砂芯沿4B-4B线剖取的剖视图；图5是根据一个示例性实施例的包括多个砂芯的铸模组件的示意图；以及图6是图5的圈7中所示的部分的特写视图。
具体实施例方式以下实施例的描述本质上仅是示例性的(说明性的)，绝不意图限制本发明、及其 应用或使用。首先参照图1，在逻辑流程图中示出了一种用于在芯盒系统中形成砂芯以及随后 使用该砂模进行铸件生产的示例性方法。补充的图2-图6根据一个示例性实施例辅助解 释了由所形成的砂芯前体和砂芯形成铸件的不同阶段。首先参照图1，如框10所示，该方法从确定砂芯(如图4A、图4B和图5中的69所 示)的形状和尺寸开始，该砂芯随后用于在砂模中形成铸件。接着，在框11中，可确定将要被引入砂芯69内以提供在后续铸造工艺中用于气体 逃逸的通路的一个或多个内部通道(如图4A和图4B中的56所示)的尺寸和位置，该内部 通道包括一个或多个出口点(如图4A中的58所示)。然后，在框12中，可形成一个或多个插芯20，所述一个或多个插芯20在大致的尺 寸和形状上粗略地对应于在框11中所确定的每个内部通道56的尺寸和形状。现参照图2，其示出了一对用于在一个示例性砂芯中使用的已形成的插芯20的 一个示例性实施例。该插芯20可包括能在联接点22处相互连接的任何种类的辐条21。辐 条21可以具有任意限定的尺寸和形状，并且可以包括至少一个端部23，端部23在随后形成 的砂芯69中限定用于气体的出口点58。插芯20可由各种材料使用各种不同的成形方法形成。该材料可以是至少可部分 地热降解或化学降解的，以在砂芯69中产生通道56。另外，插芯20的材料可具有与树脂成 分66不同的反应性，以便当树脂成分66如上述框15中所述的那样被硬化或固化时，允许保持插芯20的材料的原始状态(即，不会化学降解或热降解)。在一个示例性实施例中，所述插芯20可由具有低塌缩温度的泡沫材料形成。塌缩 温度，针对本文目的被定义成是，材料至少部分地降解、收缩或者以其它方式被作用，以在 硬化后的砂芯69中产生通道(如图4A中的56所示)时的温度。该塌缩温度可高于与“使 树脂成分66硬化或固化以形成硬化后的砂芯69” (如下文框17中所述那样)相关联的任
何温度升高。可形成插芯的非限制的示例性泡沫材料包括“斯太洛”泡沫材料(styrofoam)、 甲基丙烯酸甲酯泡沫材料、聚苯乙烯泡沫材料、聚烷撑碳酸酯泡沫材料(polyalkylene carbonate foam)。另外，这些泡沫材料可用诸如碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维、或其 它聚合物纤维材料或者非聚合物纤维材料的纤维进行强化，以提供一定程度的结构强化。在另一个示例性实施例中，固态的插芯20可由可熔或可升华的材料形成，所述可 熔或可升华的材料熔化或者升华以形成通道56。正如采用泡沫材料一样，这些材料的可熔 或可升华温度可高于与如下文框15中所述那样的“使树脂成分66硬化或固化以形成砂芯 50”相关联的任何温度升高。可用的示例性可熔材料包括蜡、熔点在大约200°C以下的聚合物、无机材料(比如 盐)、或超低熔点合金材料(比如焊料)。另外，这些可熔材料可利用诸如碳纤维、芳族聚酰 胺纤维、玻璃纤维、或者其它聚合物纤维材料和非聚合物纤维材料的纤维进行强化，以提供 一定程度的结构强化。此外，也可以使用其它的可熔复合材料，或者包括填充材料的可熔有 机或无机材料。可升华材料可包括任何能在大约200°C以下升华的材料。示例性的可升华材料包 括有机聚合物，如樟脑(camphor)。当然，在本文中也可设想其它聚合物和非聚合物材料以用于形成插芯20，只要它 们能被去除或者以其它方式被作用以便形成通道56而不会负面地影响周围的砂芯69即 可。此外，与上述泡沫材料、可熔材料和可升华材料类似，在与“使树脂成分66硬化或固化 以形成硬化后的砂芯69” (如框17中所述那样)相关联的温度处或在该温度以下，这些其 它的材料不得降解或以其它方式转变从而形成通道56。返回参照图1，在框13中，可将所述一个或多个插芯20在预定位置处引入到芯盒 系统52的内部54中。在图1的框14中并如图3A、图3B中所示，可将由型砂64和树脂66组成的混合物 62吹入芯盒系统52的内部54中，以便填充围绕着所述一个或多个插芯20的内部区域54， 从而以这样的方式形成砂模前体50，使得插芯20的辐条21的端部23未被型砂64和树脂 66覆盖(即，它们是暴露的)。在框15中，混合物62的树脂成分66可围绕所述一个或多个插芯20而被硬化，在 那里从砂模前体50中形成如图4A和图4B中所示的砂芯69。该硬化步骤可以以不会负面 影响所述一个或多个插芯20的方式进行。在许多示例性实施例中，该硬化步骤与所述树脂 成分66的固化同时发生。在一个示例性实施例中，也如图3A中所示，可将三乙胺气体65引入芯盒系统52 的内部54中。可吹送气体65通过砂模前体50以固化树脂成分66从而形成砂芯69，其中 树脂成分66为聚氨酯材料。聚氨酯材料66的固化可使树脂成分66硬化，并且实质上是使
6型砂成分62和树脂成分66熔合或以其它方式联接在一起成为整体结构。在其它示例性实施例(未示出)中，其它类型的固化机制(例如，热或者辐射固化 机制)可被用于硬化树脂成分66，而不会负面地影响所述一个或多个插芯20。在又一些其它示例性实施例(未示出)中，所述硬化可以在不需要相关联的固化 步骤(即，树脂在无需固化的情况下硬化)的情况下完成。比如，可将催化剂(未示出)与 所述树脂成分66混合，所述催化剂能使所述树脂成分66在特定时间段内固化以使型砂成 分62和树脂成分66熔合在一起，而不会负面地影响所述插芯20。接着，在框16中，将所述一个或多个插芯20或者所述一个或多个插芯20的至少 一部分去除或以其它方式转变，以便在硬化后的砂芯69中产生具有相应位置的内部通道 56。可将所述一个或多个插芯20的端部23去除或转变以产生相应的出口点58。用于去除或转变所述一个或多个插芯20以产生通道56和出口点58的确切方法 可根据如上所述的所述一个或多个插芯20的组分来决定。例如，对于由可塌缩材料(如上述的泡沫材料)形成的插芯20，可通过将砂芯69 加热到足以使插芯材料20塌缩(即，分解或以其它方式被改变)从而产生代表通道56的 空间的高温(即，高于所述材料的塌缩温度)，进行转变以形成通道56。相对照地，对于由可熔材料形成的插芯20，可通过升高砂芯69的温度来进行熔 化。随后，熔化后的材料可主要地通过重力或真空辅助经所产生的通道56向出口点58行 进。然后，该熔化后的芯部材料可在其从出口点58排出时由收集装置(末示出)进行收 集。可通过将温度升高至材料的升华温度以上从而使该可升华材料升华，以此将固态 的插芯材料转变为气体。该气体(未示出)可主要地经所产生的通道56向出口点58行进 并排出砂芯69。该气体可在其从出口点58排出时由收集装置(未示出)进行收集，或者简 单地让其进入大气中。返回参照图1，在框17中，可将具有内部通道56的砂芯69从芯盒系统52中取出。 所获得的具有通道56和出口点58的砂芯69可由图4A和图4B中的一个实施例示出。在框16和框17的一种替代性布置中，如框16A和框17A所示，包括插芯20的砂 芯69在去除或转变所述插芯20之前，可以首先(如框16A中所示)从芯盒系统52的内部 54中取出。接着，如框17A所示，可按照以上在步骤16中描述的方式去除所述插芯20，从而形 成内部通道26和出口点58。然后，在框18中，可利用所述砂芯69来形成铸件。在一个示例性实施例中，可将如上所述那样形成的单个砂芯69或者多个砂芯69 引入到具有通气口 106的铸模组件100的内部区域102中。图5和图6示出了这样的示例 性实施例，其中在铸模组件100内引入了多个砂芯69。所述的铸模组件100可由一件或多件砂芯材料的部件形成，此处显示为多部件 101。所述一件或多件部件101的组分和制造方法，可大致类似于砂芯69，但是没有通过去 除插芯20而形成的通道58。所述铸模组件100也可由额外的或其它的材料形成(例如，通 过湿砂技术等形成的芯部件)，因此铸模组件100不限于如图5和6所示的部件101的任何 特定的布置和材料组分。所述铸模组件100也可包括容纳所述砂芯部件101和一个或多个砂芯69的外壳(未示出)，所述外壳由金属、聚合物等材料制成。接着，可将液态材料104引入铸模组件100中以充填未被砂芯69和砂芯部件101 占据的内部区域102。所述液态材料104由此在铸模组件100的内部区域102中围绕砂芯 69和部件101凝固，从而形成铸件(未示出)。当引入液态材料104时，由于砂芯69和部 件101中的树脂成分66的分解所以可能生成气体110。该气体110循着具有最小阻力的路 径(主要是通过砂芯69中的内部通道56)，通过所述一个或多个出口点58从砂芯69中排 出，所述一个或多个出口点可有策略地与铸模组件100其余部分中相应的通气口 106联接。 真空器108同样也可与通气口 106联接以加快所生成的气体110的移除。这样，液态材料 104可在基本上没有向其中引入气体110的情况下凝固，在宏观和微观水平上来说，这可在 与气体逸出相关联的铸件中导致更少的缺陷。通过这种方法，可在单次铸造操作中生产出 具有更少的气体相关缺陷的复杂铸件。在替代性布置(未示出)中，所述一个或多个砂芯69形成整个铸模组件100。换 句话说，可以不使用围绕砂芯69的、联接在一起的额外的砂芯部件101或者上面提及的其 它材料。以上对本发明实施例的描述本质上只 示例性的，因此，这些实施例的变型不被 认为是违背了本发明的精神和脱离了本发明的范围。
权利要求
一种方法，包括形成插芯；在所述插芯周围形成砂芯；以及通过去除或者以其它方式转变所述插芯的一部分从而在所述砂芯内产生至少一条通道，其中所述至少一条通道包括至少一个出口点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述插芯由能在高温下塌缩以形成所述至少条 通道的材料形成。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述插芯由能在高温下熔化以形成所述至少一 条通道的材料形成。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述插芯由能在高温下升华以形成所述至少一 条通道的材料形成。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述插芯周围形成砂芯包括 提供具有内部的芯盒系统；将所述插芯引到所述内部；将由型砂和树脂成分组成的混合物引到所述内部中以形成砂芯前体；以及在不影响所 述插芯的情况下使所述砂芯前体硬化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，使所述砂芯前体硬化包括引导三乙胺气体通过 所述砂芯前体，其中所述树脂组分包括聚氨酯材料。
7. 一种方法，包括 形成插芯；在所述插芯周围形成砂芯，所述砂芯包括型砂和树脂成分组成的混合物； 通过去除或者以其它方式转变所述插芯的一部分从而在所述砂芯内产生至少一条通 道，其中所述至少一条通道包括至少一个出口点；将所述砂芯作为具有通气口的铸模组件的一部分而引入，其中所述通气口与所述至少 一个出口点联接；以及在所述铸模组件内铸造部件，其中在所述部件的铸造期间由所述树脂成分生成的气体 基本上从所述至少一条通道和所述至少一个出口点通过所述通气口从所述铸模组件中逸 出ο
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述插芯由能在高温下塌缩以形成所述至少一 条通道的材料形成。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述插芯包括泡沫材料，所述泡沫材料包括“斯 太洛”泡沫材料、甲基丙烯酸甲酯泡沫材料、聚苯乙烯泡沫材料、以及聚烷撑碳酸酯泡沫材 料中的至少一种。
10.一种产品，包括 插芯；以及联接在所述插芯周围的砂芯，所述砂芯包括由型砂和树脂成分组成的混合物。
全文摘要
本发明涉及减少铸件中气体缺陷的空心砂芯。具体地，提供了一种用于形成砂芯的示例性方法，包括形成插芯；在所述插芯周围形成砂芯前体；通过去除或者以其它方式转变所述插芯的一部分从而在所述砂芯前体中产生至少一条通道，其中所述至少一条通道包括至少一个出口点。然后所述砂芯能被用于铸模组件中以形成铸件。
文档编号B22C9/10GK101905289SQ20101014179
公开日2010年12月8日 申请日期2010年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者A·K·萨奇德夫, J·R·特劳布, M·J·沃克, T·C·彼得森 申请人:通用汽车环球科技运作公司