专利名称：利用壳芯一体铸模及其固定装置制造铸件方法
专利说明利用壳芯一体铸模及其固定装置制造铸件方法 本发明涉及到一种铸造用壳芯一体铸模，该铸模集型芯和壳模于一体，尤其涉及的是一种具有复杂型芯结构的壳芯一体铸模。
同时，本发明还涉及一种铸造用壳芯一体铸模，该铸模能够集型芯和壳模及其浇注系统于一体。
另外，本发明还涉及一种壳芯一体铸模固定装置，利用该固定装置能够将上述铸模固定并浇注铸件。
再有，本发明还涉及一种利用上述壳芯一体铸模及其浇注装置制造铸件方法，该方法采用集型芯和壳模于一体的铸模制造铸件，属于冶金铸造技术领域。在传统铸造行业中，通常是分别制取砂芯和铸型，再将砂芯和铸型定位，合箱后浇注铸件。该工艺中，合箱时普遍存在有砂芯和铸型精确定位困难问题，尤其是型芯结构比较复杂的铸件，合箱时几乎不可能将砂芯和铸型精确定位。另外，利用砂芯和铸型组合模具铸造工艺，需要采用制模、混砂、造型、砂箱干燥等工序，生产工艺相当复杂；生产的铸件表面光洁度和整体尺寸精度也较差，且难以控制。还有，传统铸造工艺生产所需厂房和场地面积大，投资多，浇注时的铸件型芯容易变位，尤其是结构复杂的型腔更易变形，导致铸件尺寸偏差大，废品率高。
再者，由于传统铸造工艺铸件在砂箱中处于自然冷却状态，不仅冷却速度缓慢，生产效率低，而且无法人为控制铸件金相组织的形成。因此，现有铸造工艺只能在铸件的后续热处理过程中，调整铸件的金相组织，既浪费了大量能源又很难满足铸件质量要求，容易使铸件产生废品。
除此之外，现有铸造工艺为了降低铸件废品率，一般是采用增大铸件加工余留量的方法，来弥补尺寸精度低的弱点，换取铸件成品率的提高。但增大铸件加工余留量，必然会使铸件的机加工余费用加大。这样做不仅降低了金属利用率，而且导致生产成本升高、生产效率下降。
尤其值得一提的是，由于传统铸造生产铸件所用的壳模通常采用煤粉、膨润土、粘土和大粒海(河)砂的混合物，这些混合物在铸件浇注过程中容易产生大量二氧化硫、一氧化碳、硫化氢等有害气体，严重污染了大气层，对人体也造成极大的伤害，使操作人员容易患上矽肺病等难治病症。而且传统铸造工艺容易使铸件产生气孔、夹砂、缩孔等缺陷，造成浇注后大量的废煤粉、铸造型砂固体混合物的排放，严重影响了大自然的生态平衡，给自然环境造成无法弥补的损失。同时，传统铸造行业需要造型机、混砂机等铸造设备，设备投资大，工作环境差，劳动强度高。
为了改造传统铸造行业，提高铸件表面光洁度和整体尺寸精度，简化生产工艺和降低生产成本，公开号为CN1300651A介绍了一种“壳芯离心铸造工艺”，该工艺采用壳芯铸造与离心铸造相结合工艺，将壳芯放入离心铸造机的模套内，固定壳芯通过浇注口浇注铸件。还有，授权公告号为CN11175948C报道的“复合制型、芯工艺和装置”，采用向制型、芯盒内腔射入细颗粒的面层混合料和比面层混合料粒度粗的背层混合料，使面层混合料和背层混合料一起硬化成完整的型芯。再如，授权公告号为CN1083795C公开的“预成型品的注射成型方法和设备”，在注射成型台上夹持颈部型腔模具、注射型芯模具和注射型腔模具并注射预成型品。上述现有技术所采用的型芯或壳摸，尽管可以采用射芯机或手工制成，对提高铸件表面光洁度和整体尺寸精度，简化生产工艺和降低生产成本有一定作用。但是，上述现有技术与传统铸造工艺一样，其铸造所用的型芯和壳模均为分体组合式结构，更无法制成集成型壳芯和系统于一体的铸模。因此，现有铸模结构不够严紧，依然存在型芯和壳模定位不够准确，有披逢，铸件尺寸不够精确，表面质量不够光滑，生产效率低，成本高等问题。同时，上述现有技术依然没有摆脱传统铸造工艺的束缚和限制，污染问题、能源浪费问题仍然存在。更重要的是，现有铸造行业受传统铸模结构设计限制，所采用的浇注方法和浇注装置，无一例外无法能够在浇注金属冷凝过程中，控制铸件金相组织的生成。本发明的目的之一在于提供一种铸造用壳芯一体铸模，尤其是一种具有复杂型芯结构的壳芯一体铸模。该铸模集型芯和壳模于一体，具有结构严紧，定位准确。利用上述铸模生产出的铸件，具有尺寸精确，无披逢，表皮光滑等优点。
同时，本发明的目的之二在于提供铸造用壳芯一体铸模，该铸模能够集型芯和壳模及其浇注系统于一体。
另外，本发明的目的之三在于提供一种壳芯一体铸模固定装置，该固定装置能够将上述铸模固定，并形成铸件浇注系统。
再有，本发明的目的之四在于提供一种利用壳芯一体铸模及其浇注装置制造铸件方法，该方法彻底改变了传统铸造工艺模式，可以采用上述铸模制造出尺寸精确，表面质量光滑的铸件，而且生产效率高，成本低，无污染；同时，利用带有冷却系统的固定装置，可以在浇注金属冷却过程中控制铸件金相组织的生成。
本发明以上目的是通过以下技术方案得以实现的。
一种壳芯一体铸模，包括由型芯和壳模组成的铸模，其特征在于所说的铸模由两部分或两部分以上的壳芯一体的分体铸模组装而成，其中所说的分体铸模的型芯与该型芯的合围侧壁形成的壳模相连接。通常情况下，上述分体铸模一般采用覆膜砂、镁砂、硅砂等原料与胶结剂混合物，注射到壳芯一体铸模成型模具中，使得一次成型制成的型芯与该型芯的合围侧壁形成的壳模相连接。本发明可以根据铸造工艺具体需要，将上述铸模制成两部分分体铸模，或两部分以上分体铸模，铸模的壁厚一般为3～20毫米；相邻分体铸模对接连接处最好设有启口，该启口可以采用阶梯形、凹槽形等。上述分体铸模可以根据铸造浇注工艺要求，设置有浇注系统。浇注铸件时，只需将上述分体铸模组装成一体，便可以得到集铸造所用型芯和壳模成型一体化的铸模。本发明适合于制备各种铸模，包括制备具有复杂型芯结构的壳芯一体铸模。
本发明采用覆膜砂、镁砂、硅砂做铸模原料，能够一次成型制成铸造所用型芯和壳模一体化分体铸模，使得壳芯一体铸模具有结构严紧，定位准确、重量轻等特点。采用本发明所提供的壳芯一体铸模与现有铸造工艺生产出的铸件相比，其尺寸精确度更高，最大尺寸公差不超过0.1毫米(通常为0.2～0.3毫米)；无披逢；铸件毛坯的表面光洁度可以达到4～5级；减少了铸件毛坯的加工余量小，降低了生产成本，提高了生产效率。本发明特别适合于制备具有复杂型芯结构的壳芯一体铸模。
本发明中，还涉及到一种壳芯一体铸模固定装置，利用该固定装置可以将上述铸模固定，并形成铸件浇注系统。该固定装置可以根据铸模及铸件的铸造需求，因地制宜采用不同的技术手段加以解决。一般情况下，该固定装置可以选用不同材料制成内腔形状、构造及大小，与所用铸模形状、构造及大小相同的固定型箱。通常上述固定型箱可以采用耐火材料、铸铁、金属板加工，分别制成内腔与所用铸模形状、结构及其大小一致的上型箱和下型箱两部分。浇注前，将所用铸模装配在由上型箱和下型箱合成一体组成的固定型箱型腔内。上述固定装置可加工有用于自然通风或供冷却介质流动所需的通孔、通槽或空隙夹层。上述固定装置中的通孔、通槽或空隙夹层中的流动空气或冷却介质，与外部控制装置形成冷却系统，用来冷却铸模中的液体金属。例如，当采用金属板作为固定装置壳体时，可采用中间留有空隙夹层的双层金属板制作固定装置，双层金属板之间空隙可以流动冷却介质，如冷却空气、冷却水、液态氮等冷却介质。这样，便可以根据铸件金属冷凝曲线，通过控制冷却介质来调整浇注金属的冷却速度，以得到符合金相组织要求的铸件。
本发明所采用的铸模固定装置，特别是采用带有通孔、通槽或空隙夹层的铸模固定装置，可以在浇注、冷凝过程中控制铸件金相组织的形成，以得到符合金相组织要求的铸件。因此，本发明与现有铸造工艺相比，可以在铸件冷凝过程中，人为地通过控制冷却介质流量来调整金属铸件的冷却速度，进而控制和调整铸件金相组织的形成，避免铸件冷却速度过慢形成的金相组织晶粒大，影响铸件的物理机械性能，并导致铸件在后续热处理过程中浪费更多的能源，或因热处理不当造成铸件质量不合格甚至报废。
正是基于上述铸模及其固定装置产生的技术方案，本发明不可避免地给铸造行业带来一场全新的技术革命。因此，应运而生产生了一种利用壳芯一体铸模及其浇注装置制造铸件的方法，该方法首先是将制模原料注射到壳芯一体铸模成型模具中，制成型芯与该型芯的合围侧壁形成的壳模相连接分体铸模，干燥后备用；将上述壳芯一体的分体铸模组装制成整体铸模，并用固定装置将整体铸模固定；再由铸模浇注系统向铸模型腔内浇注高温金属液体，冷却制成铸件。
通常情况下，本发明可以根据铸造工艺具体需要，将上述铸模制成两部分分体铸模，或两部分以上分体铸模；并可以将上述固定装置制成内腔与所用铸模形状、结构及其大小相同的上箱体和下箱体两部分，将所用铸模装配在由上箱体和下箱体组成合箱形成的型腔内，利用该固定装置将上述铸模固定形成浇注固定箱；浇注金属液体冷却至开模温度得到铸件。一般情况下，上述分体铸模的连接启口与固定装置合箱面不应当处于相同几何平面。本发明采用带有通孔、通槽或空隙夹层的铸模固定装置，可以通过控制通孔、通槽或空隙夹层的冷却介质流量调整金属铸件的冷却速度，进而控制和调整铸件金相组织的形成上述冷却介质可以根据需要采用冷却空气、冷却水、液态氮等。
本发明所提供的利用壳芯一体铸模及其浇注装置制造铸件的方法，不但能够铸出各种内腔结构复杂、物理性能、布氏硬度、力学性能、金相组织符合要求的铸件，而且可以达到无粉尘生产，使得铸件达到精密铸造的效果。该方法还可生产大型、小型及型芯复杂的铸模，具有生产周期短，效益高，无污染，排污量小，环保等优点，大大降低了劳动强度和劳动力生产成本，节省了能源消耗。同时，本发明可以利用固定装置的冷却系统，在浇注过程中控制铸件金相组织的形成。
除具有上述优点外，本发明解决了铸造行业老大难问题，克服了型芯和壳模分体制造所带来了的制造工艺复杂、组装铸模困难；铸件尺寸偏差大，废品率高，加工余留量大，金属利用率低等问题，不仅提高了生产效率，降低了生产成本，而且彻底解决了生产环境污染和残渣排放问题，提高了铸件表面光洁度和整体尺寸精度。由于本发明用砂量很少，而且铸造生产后期产生的杂质能够再生利用，大大降低了排渣费用，并且解决了排渣而引起的环境污染问题。
另外，本发明的主要优点还有其一，使生产成本大大减少，铸模模具可以一次制作多次使用，投资少，见效快。在生产过程中，生产场地只有壳芯一体的铸造固定型箱，生产场地面积可减少50％以上，取消了传统工艺中使用的造型机、造型线、混砂机等铸造有关设备。同时减少了60％劳动力。其二，本发明取代了煤粉、硼润土、粘土和大粒海(河)砂的混合物，节省了相当模重量100％的面砂，取消了传统铸造工艺中的型砂，使铸造行业达到无粉尘、无烟、无二氧化硫、一氧化碳、硫化氢等有害气体产生，解决了传统铸造行业对环境严重污染的难题。
图1为本发明耐火制品铸造固定型箱结构示意图。
图2为本发明铸造固定型箱结构示意图。
图3为本发明风冷固定型箱结构示意图。
图4为本发明水冷固定型箱结构示意图。
下面结合附图介绍本发明具体实施例。实施例一本实施例中采用覆膜砂、镁砂、硅砂等原料与胶结剂形成混合物，注射到壳芯一体铸模成型模具中，得到一次成型制成的型芯与该型芯的合围侧壁形成的壳模相连接的上、下两部分分体铸模4，铸模2由分体铸模组装而成。浇注系统1可以单独制作或与上分体铸模制成一体。上述铸模放置在内型腔形状、构造及大小与所用铸模形状、构造及大小相同的固定型箱5内。该固定型箱5由耐火材料制成上型箱和下型箱，两者合成一体组成固定型箱5。通过浇注系统1将液态金属浇注在铸模内腔中，得到所需铸件3。
实施例二与实施例一相同，只是固定型箱5的制作材料采用铸铁材料。
实施例三本实施例中仍然可以采用覆膜砂、镁砂、硅砂等原料与胶结剂形成混合物，注射到壳芯一体铸模成型模具中，得到一次成型制成的型芯与该型芯的合围侧壁形成的壳模相连接的上、下两部分分体铸模4，铸模2由分体铸模组装而成。浇注系统1可以单独制作或与上分体铸模制成一体。上述铸模放置在内型腔形状、构造及大小与所用铸模形状、构造及大小相同的固定型箱5内。该固定型箱5采用金属板作为固定装置壳体，制成中间留有通孔、通槽或空隙夹层的固定装置。该通孔、通槽或空隙夹层可以流动冷却水、液态氮等冷却介质，通过控制冷却介质调冷却速度，便可以得到符合金相组织要求的铸件。
实施例四与上述实施例三相同，所不同的只是固定型箱5的通孔、通槽或空隙夹层中流动的是空气。
权利要求
1.一种壳芯一体铸模，包括型芯和壳模组成的铸模，其特征在于所说的铸模[2]由壳芯一体的分体铸模[4]所组成，其中所说分体铸模[4]的型芯与该型芯的合围侧壁形成的壳模相连接。
2.根据权利要求1所述的铸模，其特征在于采用铸模成型模具一次成型制成的壳芯一体分体铸模[4]，由两部分或两部分以上分体铸模组成。
3.根据权利要求1或2所述的铸模，其特征在于所说的分体铸模上设有浇注系统[1]。
4.一种壳芯一体铸模固定装置，其特征在于所说的固定装置选用不同材料制成内腔形状、构造及大小与所用铸模外壳形状、构造及大小相同的固定型箱。
5.根据权利要求4所述的固定装置，其特征在于所说的固定装置可分别制成内腔与所用铸模[2]形状、结构及其大小一致的上箱体和下箱体两部分。
6.根据权利要求4所述的固定装置，其特征在于所说的固定装置内可加工有用于空气自然流动或供冷却介质流动所需的通孔、通槽或空隙夹层。
7.根据权利要求4、5或6所述的固定装置，其特征在于所说的固定装置可采用耐火材料、铸铁、金属板加工制成。
8.一种利用壳芯一体铸模及其浇注装置制造铸件方法，该方法首先是将制模原料注射到壳芯一体铸模成型模具中，制成型芯与该型芯的合围侧壁形成的壳模相连接分体铸模[2]，干燥后备用；将上述壳芯一体的分体铸模组装制成整体铸模[2]，并用固定装置将整体铸模[2]固定；再由铸模浇注系统[1]向铸模型腔中浇注高温金属液体，冷却制成铸件。
9.根据权利要求8所述的制造铸件方法，其特征在于该方法将上述铸模[2]制成两部分或两部分以上分体铸模；并将所用铸模[2]装配在由上箱体和下箱体组成合箱形成的固定型箱[5]型腔内，浇注金属液体冷却至开模温度得到铸件。
10.根据权利要求8所述的制造铸件方法，其特征在于该方法通过控制通孔、通槽或空隙夹层的冷却介质流量调整金属铸件[3]的冷却速度。
全文摘要
一种利用壳芯一体铸模及其固定装置制造铸件方法，其特点是所用铸模由壳芯一体的两部分或两部分以上的分体铸模所组成，其中所说分体铸模的型芯与该型芯的合围侧壁形成的壳模相连接。上述分体铸模上可以根据铸造浇注系统要求设有冒口。浇注时只需将上述分体铸模组装成一体，便可以得到集铸造所用型芯和壳模成型于一体化的铸模，并利用固定装置将铸模固定。本发明提供的壳芯一体铸模，具有结构严紧，定位准确、无污染等特点。生产出的铸件尺寸精确度高；无披逢；铸件毛坯的表面光洁度可达到4～5级；减少了铸件毛坯的加工余量小，降低了生产成本，提高了生产效率。本发明固定装置可以通过冷却介质控制金属冷却速度，得到金相组织符合要求的铸件。
文档编号B22C9/00GK1864890SQ20051004650
公开日2006年11月22日 申请日期2005年5月20日 优先权日2005年5月20日
发明者徐浩生, 徐芳 申请人:徐浩生, 徐芳