专利名称：形成铸件的方法
技术领域：
本发明涉及形成双金属铸件。
背景技术：
由镁金属制成的构件在和由基于铝或铁的材料制成的类似尺寸的构件相比较时， 提供了诸如高强度重量比的优势。例如，车轮已由镁锻造而成，以用于诸如竞速车辆车轮的特殊用途。镁制车轮在非专业车辆上的应用已受限于镁的糟糕的抗腐蚀性能。为了改善镁的抗腐蚀性能而施加在镁制构件表面的涂层(诸如扩散铝粉末涂层)已经被开发出，但施加的涂层的剥落或开裂使涂层的保护作用无效。用于在二次加工中向镁制构件施加诸如扩散铝粉末涂层所需要的材料、加工时间、设备、装卸与运输、以及相关的成本对被施加的涂层用于镁制构件的抗腐蚀改进的使用不利。
发明内容
提供了一种形成铸件的方法。铸件包括界面层、由模腔和界面层限定的第一部分、 和由界面层限定的第二部分。在非限制性示例中，铸件可被配置为适用于车辆上使用的车轮。所述方法包括将预成型件提供至模腔，其中模腔由铸模限定。预成型件由第一金属和第二金属中的一种形成，且被配置成限定界面表面。第一金属和第二金属中的另一种的熔化部分被提供至模腔，且被铸造成模件，使得熔化部分紧密接触预成型件的界面表面。所述方法包括形成铸件，其包括位于界面表面处的界面层，由模腔和界面层限定的第一部分，以及由界面层限定的第二部分。界面层可包括形成在第一部分和第二部分之间的冶金结合部。在此处提供的非限制性示例中，第一部分大致包括铝或铝合金，而第二部分大致包括镁或镁合金。该方法可提供铸件，所述铸件适合用作车辆的车轮，且被配置为使得基于铝的第一部分大致封装基于镁的第二部分，以提供具有较铝合金车轮有更高的强度重量比以及较镁合金车轮有改进了的抗腐蚀性能的车辆车轮。本发明的上述特征以及其他特征和优势在将附图和下文中关于实施本发明的最佳实施例的详尽描述结合时是非常明显的。
图1是模件以及限定由模件生成的铸件的第二部分的预成型件的横截面视图的示意图；图2是模件以及限定由模件生成的铸件的第一部分的预成型件的横截面的示意图；图3是使用图1或图2的方法形成的铸件的平面透视图；图4是图3的铸件的示意性横截面视图；图5是使用图1或图2的方法形成的车轮的平面透视图；和
图6是图5的车轮的示意性横截面视图。
具体实施例方式参见附图，其中类似的附图标记在若干幅视图中标示类似的构件。图1-6中示出的元件是按比例绘制或不成比例的。相应地，此处展示的附图中提供的具体尺寸和应用不旨在被视作是限制性的。图1示出了铸模10的横截面视图，该铸件限定了型腔(？)16和注入口或浇口 14，通过所述注入口或浇口，熔化的金属12可在铸造过程中被提供至模腔16。模具10可为永久模具、沙模或适合铸造此处描述的铸造构件的其它模具。模件10还可包括附加的门、 浇道和芯件(core piece)，需要时可将所述附加的门、浇道和芯件配置和布置为，以向型腔 36提供足够数量及具有合适的流速、分布和温度的熔融金属，以生产如在此描述的铸件。提供了一种形成铸件的方法，且其被示出在图1和2中。在图1中，该方法包括将预成型件或插入件20提供至模腔16。在示出的非限制性示例中，模腔16通常被配置为限定适用于在车辆上使用的车轮或车轮坯件(参见图3-4及5-6)。预成型件20由第一金属制成，所述第一金属在图1中示出的示例中可为镁、镁合金，或镁成分占主导的材料。预成型件20被配置为限定界面表面22，且可被形成为铸件、锻件、挤压件、冲压件以及离心浇铸构件(spun component)中的一种。预成型件20被布置在模腔16中，使得通道18被限定在界面表面22和模腔16的内部表面之间。通道18限定通过将金属12浇注入图1中的模腔16而产生的构件的铸造部分，其中铸造部分在图4中被示出为铸造构件50 的第一部分53，所述铸造构件通常被配置为车轮或车轮坯件且被使用图1中的铸造方法生成。预成型件20可被布置在模腔16中，例如，通过心型销15或类似的定位元件定位，以将预成型件20定位在腔体16中，且允许熔融金属12在铸造中在预成型件20周围流动。心型销15可被定位在模腔中，且与预成型件20的对于完成的铸件的抗腐蚀性能不关键或较不关键的区域紧密接触。该不关键或较不关键的区域可为在使用中有限度地暴露于腐蚀性元件的铸件区域，或可被车轮组件中的另一构件提供了相对于腐蚀性元件的防护的铸件区域。例如，预成型件20可使用心型销15定位在模腔16中，与由图1中区域D通常限定的轮毂表面紧密接触，在此处铸造车轮的轮毂表面当车轮处于车辆上的实际安装配置时可被车轮罩或其他装饰件保护。将被理解的是模腔16可在除图1中示出的那些之外的其他区域或配置中被设置有附加的心型销或定位元件。通道18的特征是位于界面表面22和模腔16的邻接表面之间的沟道，其中沟道的宽度在图1中由字母A、B、C、D和E标示在其不同部分。被理解的是预成型件20的界面表面22和模腔16的壁之间的沟道的宽度将通常限定图1中由金属12形成的铸造部分的厚度，及通常图3和4中示出的铸造构件50的第一部分53的厚度。通道18的配置以及由通道18限定的沟道的宽度被预成型件20的界面表面22的配置和模腔16中预成型件20的位置所确定，其中这些中的任一个或两者的改变将改变通道18的配置和由熔融金属12形成的铸造部分的由此造成的厚度。另一种，或第二金属12的熔融部分经过注入口 14被提供至模腔16，且在模腔16 中铸造，使得金属12的熔融部分流入且流经通道18，并与预成型件20的界面表面22紧密接触。在图1中示出的非限制性示例中，第二金属12可为铝、铝合金或铝成分占主导的材料中的一种。熔融部分12固化，以限定通常包围铸造构件50的第二部分55(参见图3和 4)的第一部分53，此时第二部分55通常被预成型件20限定，且构成预成型件20。预成型件20可被可操作地配置为热沉，使得预成型件20吸收并消耗当金属12凝固形成第一部分 53和界面层52时由熔融金属12产生的热量。所述方法包括在铸造过程中在界面表面22处形成界面层(例如，参见图4中52)。 界面层52可在熔融金属12和预成型件20的界面表面22接触时形成，这可引发预成型件 20在界面22处一定程度的熔化。在示出的实施例中，熔融金属12(例如，铝或铝合金)的熔化温度，和构成预成型件20的镁或镁合金的熔化温度相似。在铸造过程中形成的由此产生的界面层52可限定铸件50的第一部分53和第二部分55之间的冶金结合部，且可被在界面层52处形成的金属间化合物进一步地限定，其中所述金属间化合物包括，例如，镁和铝。通道18可被固定宽度的沟道限定，例如，距离A、B、C、D、E可以大致相等，以使得由金属12形成的铸造部分在每个部分和跨过铸件50的表面具有大致相等的厚度。沟道可具有可变的宽度，例如，距离或沟道宽度A、B、C、D、E可以不全部相等，以使得铸造部分的厚度跨过铸件50的表面，或从一个部分至另一个部分是可变的。沟道宽度可变动，例如，以提供车轮铸件50上的具有可变厚度的第一部分53 (参见图幻。例如，铝的较厚的部分可被设置在车轮50的一些区域上，用于增强抗腐蚀防护，或为随后的机加工或其他精整处理提供额外的余量。例如，可希望的是配置通道18以使得沟道宽度C大于沟道宽度B和D，其中由沟道宽度C限定的铸造部分位于轮面上，其当车轮被装配在车辆上时被暴露于道路环境中，所述道路环境包括石子碎屑、道路尘土、水、盐以及需要抗腐蚀防护的其它因素。相较而言，沟道宽度B和D各自对应着车轮50中可大致被车辆轮胎和轮毂盖或装饰性装饰盖覆盖的部分，以使得这些部分可被最低限度地暴露在道路环境中。相应地，可希望的是最小化沟道宽度B和D，从而所述区域内的铝制部分53向车轮的镁制部分55 (参见图幻提供象征性的抗腐蚀防护，且考虑到铝较镁密度大，最小化车轮的铝制部分的重量贡献，以最大化车轮 50的强度重量比。通过另一非限制性示例，沟道宽度E可大于一个或多个其他部分的沟道宽度，以在车轮的轮圈处提供增加了的铝的厚度，用于对在凸沿处的刻痕和划痕及石子撞击的额外的抗腐蚀防护，和/或为通过机加工或其他二次加工对卷边安装表面的精整提供额外的材料。如图1所示，模腔16和通道18可被配置为使得熔融金属12可被倾倒入模件10 中，以大致或完全包围预成型件20，使得金属12在铸造过程中封装预成型件20的表面。生成的铸件(在非限制性示例中被示出为在图3和4中的铸件50)的特征是大致封装第二部分55的第一部分53，使得构成第一部分53的铝提供在构成第二部分55的镁之上的连续、 基本不中断的抗腐蚀防护层，因此覆盖或密封镁，以限制第二部分55对腐蚀性因素和环境的暴露，并由此改进车轮50的抗腐蚀性能。图2示出了用于生成例如图3和4中示出的铸造车轮50的铸造过程的可替换装置的横截面视图。图2示出了模件30，其限定了模腔36、以及注入口或浇道34，通过所述注入口或浇口熔融金属32可在铸造过程中被提供至模腔36。模件30可为永久模件，沙模或适合铸造此处所述的铸造构件的其它模件。需要时，模件30还可包括附加的门和浇口，以向型腔36提供足够数量和具有合适的流速、分布和温度的熔融金属，以产生在此描述的铸件。
提供了一种形成铸件的方法，且该方法包括将预成型件或插入件40提供至模腔 36。在示出的非限制性示例中，模腔36通常被配置为限定适合于车辆上使用的车轮或车轮坯件(参见图3-4及5-6)。预成型件40由第一金属形成，所述金属在图2中示出的示例中可为铝、铝合金、或铝成分占主导的材料。预成型件40被配置为限定界面表面22，且可被定位在模腔36中，以使得预成型件 40的最外表面通常和模腔36的内部表面相符合。预成型件40可被配置为提供通道38，其被预成型件40的内部表面22限定。通道38可被描述为由预成型件40限定的预成型件腔体、腔室、和/或中空空间。模件30和预成型件40被配置为使得熔融金属32可被浇注入通道38中，以使得通道38和/或内部界面22限定通过将金属32浇注进入模腔36中所生成的构件的铸造部分。包括金属32的铸造部分在图4中被示出为铸造构件50的第二部分 55，所述铸造构件通常被被配置为车轮或车轮坯件，且使用图2中的铸造方法生成。预成型件40的特征是由预成型件40的界面表面22和最外表面限定宽度或厚度， 其可被配置为通常和模腔36的内部表面通常相符合，其中预成型件40的宽度或厚度在图 2中被字母A、B、C、D和E在其上的各个部分标示出。可被理解的是在预成型件40的界面表面22和预成型件40的最外表面之间的预成型件40的厚度将通常限定图3和4中示出的构件50的第一部分53的厚度。通道38的配置和由预成型件40限定的部分厚度被预成型件40的界面表面22的配置及预成型件40的最外表面的配置确定，所述预成型件40的最外表面可通常和模腔36的内部表面相符合。另一种，或第二金属32的熔融部分通过注入口 34被提供至模腔36，且被浇注进入模腔36，以使得金属32的熔融部分流入且流经通道38，并和预成型件40的内部表面22紧密接触。在图2中示出的非限制性示例中，第二金属32可为镁、镁合金、或镁成分占主导的材料中的一种。熔化部分32凝固，以限定通常被铸造构件50的第一部分53(参见图3和 4)包围的第二部分55，其中第一部分53被预成型件40限定，且构成所述预成型件40。该方法包括在铸造过程中在界面表面22处形成界面层(例如，参见图4中52)。 界面层52可当熔融金属32接触预成型件40的界面表面22时形成，其可造成在界面22处预成型件40的一定程度的熔化。在示出的示例中，熔融金属32(例如镁或镁合金)的熔化温度与构成预成型件40的铝或铝合金的熔化温度相似。在铸造过程中形成的由此产生的界面层52可在构件50的第一部分53和第二部分55之间限定冶金结合部，且可被形成在界面层52处的金属间化合物进一步限定，其中所述金属间化合物包括，例如，镁和铝。预成型件40可由不变的厚度限定，例如，宽度或厚度A、B、C、D、E可大致相等，以使得由预成型件40限定的第一部分53在跨过铸造构件50的表面上的每一部分内都具有大致相等的厚度。预成型件40可具有在部分和部分之间变动的厚度，例如，厚度或宽度A、B、 C、D、E可不全部相等，以使得预成型件40的厚度及由预成型件40限定的第一部分53的厚度跨过铸件50的表面或在部分和部分之间是可变的。例如，厚度可被改动以提供在车轮铸件50上的具有可变厚度的第一部分53 (参见图幻。例如，铝的较厚部分可被设置在车轮50 的一些区域，用于改善抗腐蚀性能，或为后续的机加工或精整处理提供附加的材料。例如， 部分厚度E可大于一个或多个其它部分的沟槽宽度，以提供在车轮的轮圈处的增加了的铝的厚度，以提供形成或完成卷边或轮胎安装表面的余料，和/或针对所述凸沿上的刻痕、划痕以及石子撞击的额外的抗腐蚀防护。通过另一非限制性示例，可期望的是配置预成型件40，使得部分厚度C大于部分厚度B和D，其中由厚度C限定的第一部分53的部分位于轮面上，所述表面当车轮被组装在车辆上时被暴露于道路环境中，所述道路环境包括石子碎屑、 道路尘土、水、盐以及需要抗腐蚀防护的其它因素。相较而言，部分厚度B和D分别对应着车轮50的可被车辆轮胎和轮毂盖或装饰性装饰盖大致覆盖的部分，以使得这些部分可被最低限度地暴露在道路环境中。相应地，可期望的是使部分厚度B和D最小化，从而这些区域内的铝制部分53向车轮的镁制部分55 (参见图幻提供象征性的抗腐蚀保护，且考虑到铝较镁的密度大，最小化车轮的铝制部分的重量贡献，以使车轮50的强度重量比最大化。例如，部分厚度B可被配置为被最小化，使得在铸造过程中，熔融金属32向部分B提供足够的热传输，使得部分B至少被部分融化，且金属32与预成型件40的金属一起显著地扩散，以在部分B的区域内、由图2中示出的铸造方法制成的铸件50的表面形成金属间化合物。模腔36和预成型件40可被配置，如图2所示，以使得预成型件40可显著地封装铸件第二部分55。通过“显著地”封装第二部分55，预成型件40可封装第二部分55的表面的除了无关紧要的区域之外的全部区域。模件30、模腔36和预成型件40可被配置为使得未封装区域通常位于车轮50的由其他构件提供的对腐蚀性元素的防护的部分中，所述构件例如为轮毂或车轮盖或装饰性装饰件，或位于车轮50中有限暴露于诸如盐和水、石子撞击或其他需要抗腐蚀防护的环境因素中的道路污染物的区域中。铸件50的特征可为显著地封装第二部分55的第一部分53，从而构成第一部分53的铝限定或提供了大致覆盖构成第二部分55的镁的抗腐蚀防护层，因此限制构成第二部分55的基于镁的材料在腐蚀因素和环境中的暴露，并由此改善车轮50的抗腐蚀性能。预成型件40可被形成为铸件、锻件、挤压件、冲压件以及离心浇铸件中的一种，或可包括两个或多个的预成型件元件，所述元件可被可操作地彼此附连。在非限制性示例中， 预成型件40可通过在模件30的模腔36中铸造预成型件40而形成。在此配置中，预成型件40的金属(所述金属可为铝或铝合金)被以熔化态提供至模腔36，且如可被理解地，被铸造以形成包括预成型件通道38的预成型件40。图3示出了可使用图1或图2中示出的方法制成的示例铸件50。图4示出了由图 3中示出的剖面线4-4截取的铸件50的横截面示意视图，且所述横截面通常对应着图1和图2中示出的铸模的横截面视图。在非限制性示例中，铸件50可通常被配置为适合于车辆中使用的车轮或车轮坯件。车轮50包括由第一金属制成的第一部分53，由第二金属制成的第二部分55和由限定了在第一部分53和第二部分55之间的冶金结合部的界面层52。第一部分53可被称为外壳或外壳部分，而第二部分55可被称为内芯或内芯部分。在非限制性示例中，第一部分53可大致地包括铝、铝合金或铝成分占主导的材料，第二部分55可大致包括镁、镁合金、或镁成分占主导的材料，以生产由高强度重量比限定的车轮50。界面层 52可被在形成车轮50的铸造过程中形成在界面层52处的金属间化合物进一步地限定，其中金属间化合物包括例如镁和铝。 在第一配置中，车轮50可使用图1中示出的铸造方法制成，其中第一部分53被包括金属12的铸件部分限定，且可被车轮50的界面层52和最外或外部表面限定，所述最外层通常和模腔16相符合。在第一配置中，第二部分55被预成型件部分20和界面层52限定。在第二配置中，车轮50可被使用图2中示出的铸造方法制成，其中第一部分53被预成型件部分40和界面层52限定，且第二部分55被包括金属32的铸件部分限定，且被界面层52限定，这和此前对图2进行的描述一样。将被理解的是如此处所描述地制成的铸件或铸造构件的多种配置是可以的。例如，图5示出了可使用图1或2中示出的方法制成的车轮60的另一示例。车轮60包括轮毂开口或轮毂孔59，且还限定了多个开口 57，所述开口限定例如车轮60的轮辐。图6示出了沿图5中示出的剖面线6-6截开的车轮60的横截面示意视图，其示出了通常限定车轮60 的外表面或外壳的车轮60的第一部分53，和通常限定了车轮60的内芯或体部的车轮60的第二部分55。第一部分53通常包括第一金属，而第二部分55通常包括第二金属。界面层 52在第一部分53和第二部分55之间限定冶金结合部。在非限制性示例中，第一部分53可大致地包括铝、铝合金或铝成分占主导的材料，而第二部分55可大致地包括镁、镁合金或镁成分占主导的材料。界面层52可在制成车轮60的铸造过程中由形成在界面层52处的金属间化合物进一步限定，其中所述金属间化合物包括例如镁和铝。在第一配置中，车轮60可使用诸如图1中示出的铸造方法制成，其中第一部分53 被包括金属12的铸件部分限定。包括第一部分53的铸件部分在图1中示出的形成方法中， 被预成型件界面表面22和模腔16限定。会被理解的是图1中示出的模腔16可被改动以生成图5和6中示出的车轮60，例如通过改动模腔16的配置和/或通过模件元件或特征的添加，所述模件元件或特征诸如用来限定开口 57和孔59的模件插入件。此外，在第一配置中，被提供且限定了车轮60的第二部分55的预成型件可从图1中示出的配置被改动而来， 以提供例如限定车轮60的开口 57和孔59的、改动后的界面表面22。在第二配置中，车轮60可使用图2中示出的铸造方法制成，其中第一部分53被预成型件和界面层52限定，而第二部分55被包括金属32的铸造部分限定且被界面层52进一步地限定，如此前对图2的描述一样。会被理解的是图2中示出的模腔36可被改动以生成图5和6中示出的车轮60，例如，通过改动模腔36的配置和/或通过模件元件或特征的增加，所述模件元件或特征诸如限定开口 57和孔59的模件插入件。此外，使用图2中的方法生成的第二配置中，被提供的且限定车轮60的第一部分的预成型件可从图2中示出的配置改动而来，以提供，例如，改动的通道配置，该通道配置可包括一个或多个通道，及限定车轮60的开口 57和孔59的改动的界面表面或多个界面表面。模件30的注入口和/或注入门配置还可被改动以向由预成型件限定的通道或多个通道提供熔融金属流或分布，以铸造第二部分55，该第二部分包括，例如，由开口 57限定的车轮60的轮辐。将车辆车轮的示例用作铸造构件，示出了此处描述的铸件及制成方法。图1-6中示出的车辆车轮的示例旨在为非限制性的。此处描述的铸件和制成方法可被配置为提供其中双金属结构具有优势的其他构件，所述优势例如为提供高的强度重量比，或出于抗腐蚀防护或其他功能、外观、或性能特性以及特征的目的，而提供不同于内核结构的表面结构。 将被理解的是除了基于铝的材料和基于镁的材料之外的材料组合在使用此处描述的方法时也是可行的。将可被进一步理解的是由此处描述的方法制成的铸造构件可被附加的加工和/ 或二次处理所改动，以增强、优化和/或发展特定的特性和/或特征。可被应用或使用以满足尺寸、外观、功能和/或性能的需求和规格的附加的加工和、或二次处理的非限制性示例包括机加工、抛光、打磨、挤压、锻造、热处理、阳极处理、局部表面处理(诸如锤锻)、激光处理、摩擦混合、等，或它们的组合。
尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
权利要求
1.一种形成铸件的方法，所述方法包括将预成型件插入模腔中，其中所述模腔被模件限定；其中所述预成型件由第一金属和第二金属中的一种形成，且被配置为限定界面表面； 将所述第一金属和所述第二金属中的另一种的熔化部分倾倒入模腔中，以使得所述熔化部分紧密接触所述预成型件的界面表面，以形成铸件，所述铸件包括 界面层，其位于所述界面表面处； 第一部分，其由所述模腔及所述界面层限定；和第二部分，其由所述界面层限定。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一部分大致包括铝和铝合金中的一种；和其中所述第二部分大致包括镁和镁合金中的一种。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述铸件适合于用作车辆的车轮。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一部分大致包括所述预成型件。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述第二部分大致地包括所述预成型件。
6.如权利要求1所述的方法，其中将所述预成型件提供至所述模腔还包括形成由所述预成型件的界面表面限定的至少一个通道；且其中将所述熔化部分提供到所述模腔中还包括将所述熔化部分提供到至少一个通道内，以使得熔化态中的所述第二金属与所述预成型件的界面表面紧密接触。
7.如权利要求1所述的方法，其中将所述预成型件提供至所述模腔还包括使用所述模腔，由所述第一金属和第二金属中的一种铸造成所述预成型件。
8.一种用于车辆的车轮，所述车轮包括 第一部分，其由第一金属制成；第二部分，其由第二金属制成；其中所述第一部分和所述第二部分中的一个被铸造部分限定； 其中所述第一部分和所述第二部分中的另一个被预成型件限定；和界面层，其限定了位于所述第一部分和所述第二部分之间的冶金结合部。
9.如权利要求8所述的车轮，其中所述第一金属大致地包括铝和铝合金中的一种；且其中所述第二金属大致地包括镁和镁合金中的一种。
10.如权利要求8所述的车轮，其中所述第一部分被配置为大致地封装所述第二部分。
全文摘要
一种形成铸件的方法，所述方法包括将预成型件提供至模腔。其中预成型件由第一金属和第二金属中的一种形成，且限定界面表面。第一金属和第二金属中的另一种的熔化部分被注入模件，以使得所述熔化部分和预成型件的界面表面紧密接触。位于界面表面处的界面层，由模腔和界面层限定的第一部分和由界面层限定的第二部分在铸造中被形成。界面层可限定在第一部分和第二部分之间的冶金结合部。在非限制性示例中，铸件可被配置为车轮。
文档编号B60B3/00GK102441657SQ20111030716
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者B.E.卡尔森, P.E.克拉朱斯基 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司