专利名称：铸件或半固体成型件内复杂孔腔的制造技术
本发明一般涉及一种金属铸造方法，特别是在可铸造金属内形成复杂地互连、光滑清洁的通道的金属铸造方法。
模铸、挤压造型、砂型、泡沫塑料熔模、永久铸模或半固体铸造或成形技术都还没有找到一种在铸件内形成具有小而复杂直径的光滑孔的方法。许多已有技术和现有的工艺方法能提供小的通道，但都具有固有的缺陷，有时不能提供人们非常希望的，例如传送流体，尤其是液体的清洁而光滑的通道。目前还没有已知的方法可以采用大批量铸造工艺来制造如此小直径的光滑和复杂的通道。在铸造的金属体内机加工或钻连接(通)孔要求连接(通)孔是直孔且孔要终止在外表面。而且还往往需要有大量的孔和塞子来完成所需要的连接。在钻孔过程中，钻头断裂的危险和耗费始终是存在的。砂型易碎，常常在铸造或成形工艺之前或者在这些工艺过程中断裂或变形。铸造或成形后要把砂除去，尤其是在复杂的型芯内除砂是很难控制的。而且最后形成的粗糙的表面不符合有效、清洁地传送流体的要求。可滤出型芯的技术提供的是容易碎裂的芯子，并限制了大量生产时可实现的复杂性(程度)。美国专利4，532，974揭示了一种在铸造和成形后通过沥滤除去芯子的可滤芯工艺，但这种方法不适合大量生产。当然也可以在铸造或成形之前在铸模或模子内放入制造好的金属管组件。但制造精确的管道组件成本很高而且是难以控制的。任何钎焊或焊接都会导致裂缝或冶金杂质。型芯铸法一般只限于直径不变的横截面。
人们非常希望能提供一种在金属体内制造曲折连接(通)孔以用于高压液体或气体的方法作为铸件或半固体成形工艺的一部分。所提供的方法应该没有钻孔、可除去的砂芯或其他现有的工艺过程所固有的缺点或限制。本发明还有一个目的是提供一种在铸件或半固体成形件内制造复杂孔腔的方法，尤其是在提供液体传送通道的防阻塞制动调节器内制造复杂的孔腔的方法。复杂的孔腔或通道应该是光滑且耐腐蚀的。人们要求直接在铸造或成形过程中制造孔以省去大量和高成本的钻孔及堵塞物从而降低现有的调节器/歧管的成本。
本发明通过提供一种在成形件内部制造含有光滑、清洁通道的方法来提供解决上述问题的途径，该方法包括下列步骤a.采用低熔点材料(金属)形成一芯模以形成一牢固的芯模，b.在芯模外涂上镍，c.加热芯模使之从镍涂层下熔化掉，以提供一其内形成通道的镍衬芯，d.将镍衬芯放入一空腔内，e.将熔化金属和可成形材料中的一种放入所述空腔且环绕所述衬芯以形成所述成形件，和f.从所述空腔内取出成形件，使衬芯在所述成形件内的所述通道的周围形成一耐腐蚀内衬。
下面结合说明加工工艺的附图详细描述本发明
图1为一由低熔点金属制成的芯模的示意图;
图2为芯模进行涂层的示意图;
图3为涂有涂层的芯模的示意图;
图4为从金属涂层或衬芯中除去低熔点金属芯模的示意图;
图5为带有衬芯的铸件的示意图;和图6为含有带堵塞物的端孔的衬芯的成形件，其中成形件被钻削以形成一与衬芯的端孔和通道相连通的通道的示意图。
本发明采用大批量铸造工艺提供一种制造小直径、光滑、复杂通道的方法。该工艺可用来生产多种产品，其中之一可以是用于防阻塞制动系统的调节器/歧管外壳(座)。防阻塞制动调节器一般包括一含有许多孔的金属体，这些孔是用来容纳控制流过调节器体的液压制动液体的电磁阀的。这种调节器体内必须有许多非常曲折和复杂的通道以在自适应制动系统工作中适当调节液压制动液体。这种调节器一般要求一金属体，在该体内钻有许多孔以便使经选择的孔与其它孔连通，然后其中有许多孔被堵塞，这些堵塞的孔终止在金属体的表面处。另外，往往所钻的孔必须在置有诸如电磁阀之类部件的大孔旁，或与其相邻。钻的孔必须设置在大孔旁并且通过另一通道与大孔相连通，因为如果所钻的孔延伸到调节器内，它就会与另一不应连通的孔相连通。人们希望以最少量的钻孔和机加工来形成防阻塞调节器体，并且希望缩短液压通道以使液体更好地连通。本发明提供一种大批量地在可铸金属内制造复杂、光滑、清洁通道的方法，且几乎不需要后道清洁或处理工序。首先，由一低熔点金属铸造或模制一芯型以提供一如图1所示的牢固的金属芯模10。牢固金属芯模的形成对于低熔点金属来说只要采用典型的、标准的铸造技术就很容易实现。由于随后形成的通道必须具有光滑、清洁的表面，且这种表面是由芯模外表面12来提供的，因此，芯模10也要具有光滑的外表面以产生衬芯的光滑的内表面，这一点是很重要的。一种由宾夕法尼亚州贝尔丰特的铋基低熔合金厂提供的称作Cerrocast 的合金材料能够提供本发明所需的光滑外表面。Cerrocast 还具有高导电性，更便于随后的涂敷工艺。Cerrocast 由40%的铋和60%的锡组成。下一步工艺是采用电镀或非电的镍涂敷工艺在芯模10上涂镍。图2是芯模10浸在涂敷液内以形成涂层的示意图。由于组成Cerrocast 的低熔点金属合金具有高导电性，在芯模10上形成镍涂层就很方便。图3表示涂镍后的芯模10，其中未涂敷的部分14从镍涂层或衬芯16内伸出。如图4所示，接着位于镍涂层16内的金属模10被加热以熔化低熔点金属合金，这样芯模就从镍涂层或衬芯16内部被除去。衬芯16是由预先涂敷在模10上的镍形成的，衬芯16的内表面19是光滑的。然后将镍涂层或衬芯16放到一模或模腔内(图中未画出)。衬芯16的端孔20可以有选择地加以堵塞，以防止熔化金属或半固体可成形材料进入衬芯16的通道18内。应该清楚地认识到衬芯16的端孔20可以在随后形成的金属体上或外面终止，也可终止在金属体里面。总之，置于端孔20内的塞子40将阻止熔化金属或半固体可成形材料进入通道18。或者，在金属体内终止的衬芯16的通道或一部分可以阻塞，使熔化金属或半固体可成形材料不能进入。这种阻塞可通过将该部分或通道的终端放入涂敷液浴内实现(图2)，使终端被涂上涂层，且在金属合金衬芯被加热和取下后提供一完全涂敷的终端。一旦衬芯16被放入空腔内，并由环氧树脂粘合剂或其他的固定方式定位(图中未画出)，由熔化金属组成的熔化材料，或由可成形材料组成的半固体材料就被放入空腔内以形成一铸造或半固体形成件。最后，铸件或半固体成形件30(图5)被从模内取出，塞子从端孔20内去除以使通道18打通。最后的铸件或半固体成形件包括在内部具有许多通道18的成形件32，每一通道由镍衬套表面22形成周界和环绕，该镍衬芯表面22具有围绕每一通道的耐腐蚀、无孔内衬。如果通道18如图6所示在成形件32内终止于一由塞子40阻塞的端孔，可用钻头钻一钻道或孔50与通道18相连通。钻头60将钻开塞子40，这样当钻孔或机加工过程结束后，通道50就可与端孔20和通道18连通。同样，这种钻孔方法也可用于提供一钻出的通道与先前涂敷过的终端连通。
本发明提供了比现有技术好得多的铸件或半固体成形件内设制复杂的小通道的方法。采用低熔点金属如Cerrocast
作为制造芯模的材料，使芯模非常牢固，容易电镀或涂敷，在涂敷后容易被去除，而且可以再次回收利用。采用镍作为芯模涂层使通道表面在主体铸造过程中既牢固又有极好的耐腐蚀性。该方法还使通道或孔接近最后的形状从而减轻了成形铸件的重量。换言之，一旦成形体绕衬芯铸件或成形，对最后形成成品只需要用少量的机加工就可以，且使用的铸造材料也较少。由于机加工减少，成形体32只需用较少的金属或材料，造成的废金属或废料也较少。一般来说，成形体32可由一种金属，例如铝制成，本发明的方法有利于少用铝，且产生最少量的由于钻孔和机加工所造成的铝的切屑。如上所述，现有技术中的方法往往需要采用在一大孔腔邻近或旁边钻孔使钻孔与大孔腔相通，从而使该钻孔不与成形体内的另一孔连通。这里所形成的通道可以直接从一个孔到另一个孔，孔和孔之间可以十分邻近，并可以具有很复杂的型式，所有这些采用现有技术的方法都是难以实现的。这就缩短了液压通道在体内从一个孔至另一个孔的距离，而缩短距离将会使流体和压力的传输在调节器体内更为有效。
本发明提供了一种在铸件或半固体成形件内制造复杂孔腔的、在工业上有广泛应用的方法。例如，本发明可用于铸造防阻塞制动系统的主要调节器外壳(座)，或自动变速箱外壳(座)。还可制造动力转向装置外壳(座)，机动重载设备及航天领域的液压滑阀，和应用于航天发电的恒速驱动机外壳(座)。另外，本方法还可用来形成机动车引擎和气缸头部内的油的通道，提供航天用喷气发动机燃料泵外壳和制造润滑及回油泵外壳。此外，在航天领域里，本发明还可用于制造辅助动力单元的外壳。本发明可广泛应用于要求生产带有复杂内部通道的高质量铸件和要求具有光滑表面的复杂的内部通道的铸件的许多工业领域。
权利要求
1.一种制造其内部带有光滑、清洁通道的成形件的方法，该方法包括下列步骤a.采用低熔点金属形成一牢固的芯模10，b.在芯模10上涂上镍，c.加热芯模10使之从镍涂层下熔化掉，以提供其内形成通道18的镍衬芯16，d.将镍衬芯16放入一空腔内，e.将熔化金属和可成形金属中的一种放入所述空腔且环绕所述衬芯16以提供所述成形件30，和f.从所述空腔内取出成形件，这样衬芯16在所述成形件30内的所述通道18的周围具有一耐腐蚀的衬层22。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还进一步包括用电镀和非电镀涂镍中的一种方法将所述镍涂敷在所述芯模10上的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还进一步包括有选择地用塞子40置于所述衬芯16的端孔20内以阻止熔化材料或可成形材料进入端孔20及其通道18的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还进一步包括在所述成形件30内钻一通道50的步骤，使所述通道50可穿过塞子40，从而使塞子40被钻出成形件30而使通道50可与先前被所述塞子40封闭的端孔20连通。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的低熔点材料是一种含有40%铋和60%锡的金属。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的低熔点材料是一种具有高导电性能的材料。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还进一步包括在芯模10的终端完全涂上涂层的步骤，以在成形件内提供一覆有涂层的通道端。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还进一步包括在所述成形件内钻一通道50的步骤，以使所钻出通道50穿过所述覆有涂层的终端。
9.一种内具有光滑、清洁的通道18，且由权利要求1所述的方法生产的成形件30。
10.如权利要求9所述的成形件，其特征在于，通道18在一耐腐蚀镍衬芯22内形成，该衬芯22设制在成形件30之内。
全文摘要
铸件或半固体成型件内复杂孔腔的形成是通过由低熔点金属形成一芯模以提供一牢固的金属芯模的方法实现的。然后芯模采用电镀或非电涂镍方法涂上镍层。金属芯模被熔化流出镍涂层，得到一镍衬芯。镍衬芯放置在模腔内，并将熔化金属通入腔内以形成铸件或成型件。铸件或成型件从腔内取出，此时，这些铸件和形成件内部都具有许多由耐腐蚀镍衬芯表面形成和围绕的通道。
文档编号B22C9/10GK1060049SQ9110936
公开日1992年4月8日 申请日期1991年9月21日 优先权日1990年9月25日
发明者西奥多·杰罗姆·乔伊, 戴维·迈克尔·迈克雷 申请人:联合信号股份有限公司