專利名稱：一種采用金屬鑄模鑄造用的鑄模以及其制造方法和使用該鑄模的鑄造方法
技術領域：
本發明涉及一種使用金屬模型鑄造的鑄模和制造該鑄模的方法，以及使用該鑄模的鑄造方法，特別是涉及一種適合于制造用來構成機械裝置的精密鑄件的鑄模、制造這類鑄模的方法和使用這類鑄模的鑄造方法。
眾所周知，金屬模型鑄造是通過使用金屬模型來完成的。金屬模型鑄造已被認為是一種有效的鑄造方法，該方法可以大批量且低成本地制造精密的機械零件的鑄件或零件，用來制造金屬模型的金屬材料通常使用合金鋼、鑄鋼、鑄鐵、銅、銅合金等等。此外，為了延長金屬鑄模的使用壽命，通常在金屬鑄模的表面上涂覆各種涂層，以形成一個保護層。
這類涂層的實例很多，其中一例是用碳黑，在另一些實例中不僅是使用單一的涂層，而是使用由不同材料構成的多元厚度涂層，以提高鑄模的耐熱性和強度。這類涂層在例如其號為58-9740的日本專利公開說明書中已有介紹。
此外，在其號為62-240134的日本專利公開說明書中公開有用鋯土或鎂土材料作為多元厚度涂層的涂料，從而提供一種可用來鑄造含鎳鋼的金屬鑄模。
通常，涂層可通過某種具體方法形成，例如在涂覆碳黑的情況下，可將乙塊燃燒，并將其火焰作用到金屬鑄模的表面上。另一種方法是將涂覆材料的細粉末與水或溶劑混合形成一種混合物，再用一把刷子涂覆到金屬鑄模上。另外，還有一種方法是將涂層材料用一個噴嘴噴射到金屬鑄模上。
然而這些方法中的任何一種方法都難以保證涂料以預定厚度涂覆到金屬表面上并使其具有良好的再現性，尤其是為形成其厚度約為1毫米量級的涂層，必須要進行若干次涂料的涂覆工序。其中困難在于，形成的涂層在厚度上要有約±0.2毫米的非常可靠的再現性，而且形成該涂層所需的操作時間過長，因而難于達到令人滿意的生產率。
在這方面，由于涂層的涂覆工序很麻煩，因此，人們則期望一旦涂層涂覆好之后，其使用的時間周期應盡可能的大，或者是期望涂層雖然不能經受長時間使用的情況下，而涂層的涂覆卻易于進行。為了便于使金屬鑄模與鑄件分離，以延長涂層的使用期限，并且也為了使其易于從金屬鑄模中取出已固化和收縮的鑄件，就有必要在金屬鑄模上放置一個大的撥模斜度(錐度)，其值為2-5度，因此，這就出現了這樣一個問題，即大撥模斜度的鑄件是不可能提高其形狀精度的。
同時，例如作為已被公開的有關減小鑄件壁厚和提高鑄件尺寸精度的研究實例公開在日本鑄造學會主辦的講座，于1993年2月9日出版的鑄造技術講義第12頁中，文中提出一種所謂背襯金屬法，其中砂模均用金屬模來加強，該法已被用作一種生產高精度鑄件的方法。然而在已有技術中，砂層的厚度厚到其值約為5-6毫米或更厚些，因而就不可能使鑄造金屬的冷卻速度得高到金屬模型鑄造的冷卻速度。另外在鑄造以后需要有一個破碎和收集型砂的附加工序。因此這里就存在有一個問題，即型砂處理裝置的規模太大。
此外，有一種在金屬鑄模的模腔表面上吸附面層型砂的方法公開在其申請號為4-344850的日本專利公開說明書中。按照這一方法就有可能使面層型砂層在厚度上大于上述一般的涂層。可是，由于面層型砂是被吸附在表面上，所以吸附一層具有高透合性而又較薄的型砂是困難的。因此，在這一工藝過程中就存在有一個吸附砂數量不確定的問題。此外，在該過程中有一個可伸縮的模板，該板可以自由地伸縮，其插入到金屬鑄模的模腔內，以設定型砂層的厚度。然而，由于模板僅由其一個支承件支承，而該支承件在充填型砂時會由于型砂的壓力分布不均勻而可能變形，因而使模板的位置變得不穩定。因此，所吸附面層型砂的厚度在很大程度上也可能發生變化。而且，由于支承方法受到限制，因而使鑄件的形狀也受到限制。
本發明解決了上述已有技術中存在的問題。
本發明的第一個目的是提供一種改進的鑄模，該鑄模用于金屬模型鑄造中，可用來制造精密鑄件，更確切地說是提供這樣一種鑄模，該鑄模的型砂層形成在金屬鑄模表面上，它具有規定的厚度或厚度分布以及還有良好的再現性和高的生產率。該型砂層具有很好的破碎性能并可用來作為保護金屬鑄模的一個涂層。按照本發明該鑄模可以容易地生產出拔模斜度(錐度)小、尺寸變化小而且尺寸精度高的鑄件。
本發明的第二個目的是提供一種改進的制造這種鑄模的方法，該方法可以較高生產率容易地生產出達到第一個目的鑄模。
本發明的第三個目的是提供一種鑄造方法，該方法是這樣實現的，即通過使用上述能達到和第一個目的鑄模可以生產出精密的鑄件，這些鑄件的機械加工性能良好，更確切地說，這種鑄造方法可以容易地生產出共晶石墨鑄鐵的鑄件。
本發明的第一目的是由一個鑄模來達到的，該鑄模包含一個金屬鑄模，該金屬鑄模具有一個其形狀與鑄件的形狀相對應的表面，并在該表面上有一個型砂層，該型砂層是由其內所含的熱固性樹脂整體固化而成的，該型砂層被粘附在金屬鑄模表面上作為一個涂層，并且該型砂層的厚度較薄，因而可使鑄件獲得共晶石墨結構。在考慮對鑄造時鑄模的冷卻速度有影響的熱傳導時，雖然冷卻速度也取決于型砂的材料，但型砂層的厚度薄或是具有預定的厚度分布是很重要的，這樣才能充分發揮使用金屬鑄模時所具有的優點。實際上，型砂層的厚度最好是在0.5-3毫米范圍內。
而且，型砂層的型砂最好使用石英砂、鋯砂、亞鉻酸鹽砂、碳化硅砂、碳粉粒和陶瓷粉粒中的一種或它們的某一種混合物。
此外，最好是使金屬鑄模的表面有一定的不平度以防止型砂層從金屬鑄模表面上剝落。該不平度的尺寸至少應相當于型砂的平均粉粒尺寸，并且盡可能小地縮小該不平度，這樣鑄造型砂層的厚度就不會有大的變化。
此外，最好是使金屬鑄模的拔模斜度不大于1度，以提高鑄件的質量。然而，用來制造金屬鑄模的金屬最好采用熱傳導性能優良的金屬，例如，銅或銅合金等。
本發明的第二個目的是由一種制造該鑄模的方法來達到的，該方法包含的步驟如下(1)制備兩個鑄模，一個是金屬鑄模，該金屬鑄模具有其形狀與鑄件的形磁相對應的表面，在該表面上設有噴吹孔，這些噴吹孔穿過金屬鑄模壁而形成，該模壁則限定該金屬鑄模的表面，其上涂覆有在下一步驟中形成的一個型砂層；另一個是成形鑄模，該成形鑄模的形狀大致相同于鑄件的形狀，其上設有一些出口和出口孔；(2)裝配金屬鑄模和成形鑄模，此時在其間留有一個預定的間隙，以便使一個預定厚度或厚度分布的型砂層在下一個步驟中形成；(3)用壓縮氣體，如空氣或類似氣體將涂覆有熱固性樹脂的型砂或熱固性樹脂和型砂的混合物噴入該間隙，并將其充滿；(4)通過加熱而固化熱固性脂使型砂粘附在金屬鑄模上；和(5)將成形鑄模與金屬鑄模分離，從而，便在金屬鑄模的表面上形成一個具有規定的厚度或厚度分布的型砂層。
金屬鑄模的材料、型砂的成分等都已在上面有關本發明第一個目的中作了說明。關于熱固性樹脂現已使用的有，例如酚醛樹脂或其它類似物等。此外，在其內設有出口和出口孔的成形鑄模是由具有和金屬鑄模一樣物理性能的金屬，或用相類似的金屬來制造的。最好是將一種脫模劑施加到成形鑄模上，以便于脫模。
在進行裝配成形鑄模的步驟(2)之前，最好先進行金屬鑄模清理步驟，此時至少用含有砂、鋼粉粒、輕金屬粉粒、陶瓷粉粒和小粉粒尺寸的下班珠等的高壓氣體對著金屬鑄模的表面進行噴吹，從而除去粘附在金屬鑄模表面上的砂、污物或灰塵。
對用加熱來固化熱固性樹脂的步驟(4)而使型砂粘接到該金屬鑄模上的情況，該加熱步驟(4)可以單獨地進行，以便在用型砂填滿空間的步驟之后固化樹脂。但是實際上最好是在裝配成形鑄模的步驟(2)之前，將金屬鑄模和成形鑄模兩者都先加熱到一個規定溫度。在該情況下，通過對加熱溫度的預先控制，同時考慮到在用樹脂涂覆的型砂或用型砂和樹脂的混合物進行充填間隙步驟期間鑄模的冷卻溫度特性，就能夠在用型砂填滿間隙之后通過由金屬鑄模和成型鑄模兩者中傳遞來的熱量。來快速固化熱固性樹脂。
本發明的第三個目的是通過一種鑄造方法來達到的，該方法包括下列一些步驟(1)裝配并夾緊至少一對左和右側鑄模，而每側鑄模在金屬鑄模表面上均具有型砂層，由此提供一個能達到本發明第一目的的鑄模；(2)將該鑄模的溫度控制在規定溫度，(3)將規定溫度的熔融金屬澆注到裝配好的控制在規定溫度上的鑄模中，并將熔融金屬保持在鑄模中直到金屬凝固為止，和(4)取出鑄件。
如上所述，按照本發明，由于通過使用其形狀大致等同于鑄件形狀的成形鑄模，使得含有型砂和熱固性樹脂的型砂層以規定的厚度或厚度分布在金屬鑄模的表面上形成，因此便獲得一種再現性很好并且生產率很高的鑄模。
此外，按照本發明可以用成形鑄模精確地形成型砂層，且還由于該型砂層可以牢固地粘附在金屬鑄模上，因此就可以獲得一個拔模斜度小而精度高的鑄模。此外，由于金屬鑄模上形成的型砂層是由破碎性很好的型砂所構成的，從而，使鑄件能夠快速地取出，即使是在拔模斜度極小的情況下鑄件也不會與金屬鑄模粘合。
而且，按照本發明，由于在金屬鑄模表面上形成有這樣厚度的型砂層的應變小，其厚度又可獲得適當的冷卻速度并且具有良好的再現性，因而能生產出共晶石墨鑄鐵結構的鑄件，該鑄件的機械加工性能優良，并且生產率高。
在本發明中，金屬鑄模和成形鑄模兩幫在裝配時應留有一個間隙，該間隙用型砂和熱固性樹脂的混合物或其他型砂借助高壓氣體填滿，型砂的表面預先涂覆有熱固性樹脂，由于金屬鑄模和成形鑄模兩者均預先加熱到一個適當的溫度，熱固性樹脂就與型砂粉粒相互間固化成整體，而型砂的涂層則粘附在金屬鑄模上。
使用成形鑄模就有可能構成薄型砂層，該型砂層具有規定的厚度或厚度公布，其值在0.5-3毫米范圍內并有良好的再現性。
而且，通過合理選擇金屬鑄模的材料、型砂的材料產型砂層的厚度，就有可能以規定的冷卻速率來冷卻熔融金屬。
在鑄造過程中，熔融金屬作用在厚度為0.5-3毫米的薄型砂層內的熱固性樹脂上，易于將該熱固性樹脂進行熱分解，從而使該型砂層易于破碎。鑄件在其凝固和冷卻時的熱收縮，可防止鑄件粘附在金屬鑄模上，因而使鑄件易于從鑄模中脫出，即使在鑄件的拔模斜度為0-1度的情況下也能順利脫模。此外，由于金屬鑄模設有損壞，這就有利于延長金屬鑄模的使用壽命。
而且，由于型砂層的厚度較薄，就有可能減小熱固性樹脂的用量，從而也就減少在鑄造時出現樹脂的熱分解氣體，這樣就可減少出現有缺陷的鑄件。由于所用砂型的數量很少，還由于型砂層的破碎性能良好，因而也就容易收集型砂。因此，本發明有利于節省資源。
現通過具體實施例并配合有關附圖詳細敘述本發明的其他目的、結構、方法以及特點。其中圖1為本發明一個實施例的一個典型的流程圖，圖中表示出一個用于金屬模型鑄造的鑄模的結構及其制造方法；圖2為一個鑄模表面主要部分的一個放大的橫截面圖，圖中表示出該金屬鑄模的表面上出現的不平度；圖3為該鑄模表面主要部分的一個放大的橫截面圖，圖中表示出該金屬鑄模的表面上出現的不同的不平度型式；
圖4為該鑄模表面主要部分的一個放大的橫截面圖，圖中表示在金屬鑄模的表面上出現的另一種不同的不平度型式；和圖5是一個表示鑄造步驟的實施例的典型的流程圖。
本發明的一些實施例將結合上述


如下。
第一個實施例該實施例表示出一個鑄模的結構以及其制造方法，并將結合圖1至圖4進行詳細敘述。具體說來，圖1是一個典型的流程圖，其中示出了該鑄模的一系列制造步驟，其中型砂涂覆在一個金屬鑄模的表面上。圖2至圖4均為局部放大視圖，各圖均示出該金屬鑄模表面的一個部分。首先將按照圖1中的步驟來說明第一實施例。
(a)在金屬鑄模清理步驟中，將至少一股高壓氣流、砂、鋼粉粒、輕金屬粉粒、陶瓷粉粒、小粉粒的玻璃珠及其它類似物對著一個金屬鑄模的表面噴吹，以清除粘附在金屬鑄模表面上的砂、灰塵和污物，從而產生一個清潔的金屬鑄模表面。在該步驟中，由于在金屬鑄模中的狹窄部分和/或縱深部分易于出現砂或鋼粉粒會殘留在其內的情況，因此可在這些部分內設置一些用于噴吹型砂的孔，這樣，在一部分堵塞孔的型砂層經使用一個推出裝置被除去之后，再進行金屬鑄模的清理就比較容易了，因為此時這些孔已成為砂和鋼粉粒的通道。
在第一實施例中，由于所用的金屬鑄模由銅制成，而銅是比較軟的，但鋅粒也是比較軟的，因而它可被用來進行噴吹，以清理該金屬鑄模。由于鋅粉粒與砂之間的顆粒尺寸有較大的差別，故混有砂的鋅粒可以從砂中迅速地分離出來，鋅粉粒的尺寸是在0.5-0.6毫米范圍內，噴吹鋅粉粒的空氣壓力為2公斤力/厘米2(kgf/cm2)，噴吹噴嘴的內徑為6毫米，而噴吹長度則為150毫米。
(b)在金屬鑄模溫度控制步驟中，金屬鑄模1和成形鑄模4均被加熱或冷卻，以使這些鑄模達到一個規定的溫度。一種從所周知的脫模劑，例如一種溶液，在該溶液中將一種含有硅的無機物質細粒散布于水內，被施加到成形鑄模4上。
在金屬鑄模的某種形狀表面上會由于在鑄造時熔融金屬的凝固和收縮而出現變形。在這種情況下，可以增加一個補充步驟，即每次使用一個校正金屬鑄模來校正該局部變形的金屬鑄模。
(c)在成形鑄模裝配步驟中，成形鑄模4具有與鑄件表面相同的表面形狀，該成形鑄模與金屬鑄模12裝配在一起，在兩者之間限定一個間隙6，該間隙可用來構成具有規定厚度的型砂層。金屬鑄模1的表面形狀是預先形成的，因而間隙6在成形鑄模4和金屬鑄模1相互裝配在一起時就具有一個規定的尺寸。
(d)在型砂噴吹步驟中，將一些噴吹管7插入到設在金屬鑄模1上的噴吹孔5內，而將間隙6用型砂8經過噴吹管7使其填滿，而型砂8已預先用一種熱固性樹脂涂覆在其表面上。此時，噴吹管7與圖中未示出的一個型砂源連通。
現在經常使用其表面已預先用熱固性樹脂涂覆的鑄造砂(也就是稱作樹脂涂覆砂)。在第一實施例中，也使用這種樹脂涂覆砂。此外，由于該狹窄間隙是使用空氣將砂吹入而使其填滿的，因此在對其處理和充填時使用一種在室溫下是固體的熱固性樹脂比使用其他樹脂來得容易。在鑄造型砂噴吹步驟中，用型砂8充填間隙6的另一種可供選擇的方案是將型砂源通過密封件直接緊靠在金屬鑄模上，而不使用噴吹管7，因而型砂源便與噴吹孔5相連通。關于噴吹型砂的方法，可以使用底吹、頂吹和側吹等方法中的任何一種。
型砂是使用壓縮空氣導入到間隙中的，壓縮空氣的壓力例如為1-5公斤力/厘米2(kgf/cm2)。由于成形鑄模4預先設有出口2和出口孔3，因而使得通過型砂8的空氣可經由出口2和出口孔3被排出到成形鑄模4的外面。型砂8是由空氣流所輸送的。由于噴吹孔5、出口2和出口孔3均設在適當的位置上，該位置是根據金屬鑄模1和成型鑄模4的形狀而定的，因而，間隙6就基本上能完全由型砂8來填滿。
用型砂8填滿間隙是在不超過一秒鐘的時間內完成的，而此后鑄模型砂源中的壓力源被減小，噴吹管被抽出，并用壓縮空氣或水冷板來對其冷卻，以便防止型砂8粘附到噴吹管上并在噴吹管內部集結成塊。
關于成形鑄模的材料，如果鑄件不需要用大量生產的方法來生產，并且如果鑄件的形狀又簡單，就可以使用硬而耐熱的聚四氟乙烯作為成形鑄模的材料，而聚四氟乙烯不會粘附熱固性樹脂，因而就沒必要使用脫模劑。此外在使用噴吹管的情況下，就可將噴吹孔設在聚四氟乙烯部分上，因而使噴吹管是熱絕緣的，這樣易于防止型砂在管內集結成塊。在金屬鑄模的溫度為150℃情況下，此時聚四氟乙烯制成的成形鑄模溫度卻為室溫，這就能使該鑄模能成型約為100次。
在噴吹步驟中所用的型砂為鋯砂，其粉粒尺寸示于表1中。當熱固性樹脂使用酚醛樹脂時，該酚醛樹脂與鐵砂的重量百分比的比例0.8:1。
表 1
金屬鑄模1和成形鑄模4均在金屬鑄模溫度控制步驟(b)中預先熱到一個規定溫度，并在用型砂8填滿間隙6后，熱固性樹脂開始固化反應，在該反應中樹脂與砂粒相互粘合。從而使型砂層粘附到金屬鑄模1的表面上，進而構成一個型砂層，因此，該型砂層包含型砂8并具有一個規定的成型厚度。
例如，在用酚醛樹脂作為熱固性樹脂的情況下金屬鑄模的溫度(成形鑄模的溫度值也和金屬鑄模相同)與固化時間周期的關系示于表2中，若將金屬鑄模溫度設定到250℃，則固化酚醛樹脂的時間周期即可短至為10秒左右。因而可以很高的生產率來形成型砂層9。
雖然型砂層9本身的規定厚度是根據型砂8的品種不同而變化的，但對于生產共晶石墨結構的鑄鐵件來說型砂層9的厚度規定值在0.5-3毫米范圍內實際上足夠的。減少型砂層9的厚度是很重要的，同時也要考慮熱傳導性，以便發揮金屬鑄模的優點。
表 2
在樹脂固化后，按照成形鑄模脫開步驟(e)，使成形鑄模4脫離開金屬鑄模1而產生一個鑄模10，在該鑄模表面上已形成涂層9，因使該鑄模10暴露在大氣中，其就被冷卻并產生收縮。例如，銅金屬鑄模的熱膨脹系數大致三倍于型砂的熱膨脹系數，該型砂是用酚醛樹脂涂覆在鋯粉粒上而成的。
因此，最好是使金屬鑄模表面制成粗糙不平的，以使該粗糙度能產生錨固的作用，這樣就可防止型砂層9剝落。
圖2、圖3和圖4均為局部放大視圖，各圖均表示該鑄模的部分表面，在該金屬鑄模表面上具有不平度。這些圖中的標號11、12和13分別表示不同的不平度型式。較好的是一種不規則尺寸的型式，其尺寸14只要大到能防止剝落就行。但是，不平度將使得型砂層厚度由于不平度的尺寸而變得不均勻，結果就會使熔融金屬與金屬鑄模1之間的熱傳導特性隨著位置的不同而變化。所以最好是減少不平度尺寸，使其盡量小到不致于使型砂層剝落的范圍內。按照實踐表明，防止剝落發生的不平度尺寸14應設置成至少基本上相當于型砂8的平均顆粒尺寸。
實際上不平度尺寸14的最佳平均值是在型砂平均粉粒尺寸至0.5毫米的范圍內。業已證實，由于設置這個數量級的不平度，在用銅制成的金屬鑄模的溫度被加熱到200℃而形成型砂層9的情況下，然后將其冷卻到100℃就不會引起型砂層的剝落。任何一種不平度形狀都可以發揮各自的優點，例如，上述其橫截面呈矩形的不平度11(該不平度是按分步成型工序使用端銑方法加工而成的)，而加工刀具痕跡型的不平度12(該不平度是加工刀具對金屬鑄橫表面進行加工之后而形成在表面上的)，而不平度13則是由絲網對表面進行電加工而形成的。
在本實施例中，金屬鑄橫1是用純銅制成的，成形鑄橫4是用一種銅合金制成的，而關于型砂層9的厚度則可制出三個種類，即1毫米、2毫米和3毫米。它們有可能形成一種具有平坦表面的優良的薄型砂層9。
第二個實施例第二實施例是涉及一個鑄造實例，在該實例中所用的鑄模是由第一實施例所述方法制成的。第二實施例將按照圖5中的典型流程圖來說明。
在鑄模裝配步驟(a)中，右側鑄模和左側鑄模15和16各具有一個型砂層9，將此二個鑄模相互間裝配在一起并且夾持住，以形成鑄模18。
在鑄模溫度控制步驟(b)中，鑄模18通過加熱裝置17加熱到一個規定的溫度。在鑄模18的溫度已經達到等于或高于在上述鑄模裝配步驟中所規定的溫度情況下，鑄模18被移走并讓其自然冷卻，或是使用風機19強制冷卻。在本實施例中，在兩個鑄模已相互裝配之后鑄模的溫度就被設定。但是，勿需多說，在弄清楚左側鑄模15和右側鑄模16的溫度下降特性后，就可調定其溫度，此時要考慮到溫度是在鑄模裝配前下降的，而此時的加熱方法可以使用一個燃氣加熱系統，并且冷卻方法則可以使用一個在鑄模內的水冷系統。
在熔融金屬澆注步驟(c)中，將溶融的金屬20澆注到鑄模18中，該鑄模在溫度上已被充分可靠的控制。在澆注熔融金屬以后且直至其凝固，該鑄模一直保持在裝配狀態。
在取出鑄件的步驟(d)中，左側鑄模15和右側鑄模16被相互分開，以取出鑄件21。此時將型砂層9粘附到金屬鑄模上的熱固性樹脂受鑄造金屬20所釋放的熱量的影響而被熱分解，因而就使型砂層9快速散落。所以本發明并不需要任何專門步驟來破碎和回收型砂，該步驟在現有技術中是需要的，而且在本發明中取出鑄件則是極為容易的。
在該鑄造實施例中，示出有一個環狀鑄件21的實例，該鑄件具有簡單的形狀。可是，在鑄件21的形狀復雜的情況下，在澆注熔融金屬時就不容易保持金屬鑄模溫度的均勻性，也就是說，此時金屬鑄模易于發生熱變形。在這種情況下，較好是用熱傳導良好的銅或銅合金作為金屬鑄模材料，以便使金屬鑄模內的溫度梯度平緩，從而減少熱變形的程度。
一個銅制的金屬鑄模與一個鐵金屬制成的金屬鑄模相比是軟的，并且在加工金屬鑄模時容易在軟金屬鑄模上出現裂縫。而且，在金屬特模頻繁地重復使用的情況下，當用型砂充填鑄模時，型砂將高速撞擊到金屬鑄模的表面上，從而使金屬鑄模表面因型砂撞擊的研磨作用而產生磨損。所以，在大量生產鑄件的情況下，應使用高溫性能和耐磨性都良好的金屬，例如銅鉻硅合金、銅鈹合金、蒙乃爾耐蝕鎳銅合金等類似材料來用作金屬鑄模的材料，雖然這些金屬的熱傳導性比銅差些。另一個辦法是，通過將一種諸如鎳或鉻等硬金屬鍍到銅表面上可以顯著提高耐磨性。
在該鑄造實施例中一種其成分示于表3中的鑄鐵材料被用作鑄造金屬20進行鑄造。因此，由于在第二實施例中所述方法的目的在于獲得共晶石墨結構，在鑄模溫度控制步驟(b)中，鑄模溫度是設定在100-150℃范圍內。這樣做的原因在于，例如，在溫度從室溫至60℃情況下，水分易于吸附在金屬鑄模上，而且一旦澆注溶融金屬這些水分就被突然加熱而變成蒸汽，結果就可能使熔融鑄鐵發生四處飛濺，同時也會使鑄件的品質低劣。另一方面，如果溫度高于200℃，鑄鐵的冷卻速度太慢以致難于產生共晶石墨結構，而金屬鑄模的熱被勞也著隨著加熱和冷卻而增加，從而使金屬鑄模的使用壽命減少。
表 3
該金屬鑄模是用純銅制成的，在該金屬鑄模上所形成的薄型砂層9，具有良好的熱傳導性，該型砂層具有三種厚度，即1毫米、2毫米和3毫米。因此就有可能提高鑄造金屬20的冷卻速度，以獲得共晶石墨結構，該結構形成的范圍是從鑄件21的表面到幾毫米的深度。
這樣，在該鑄件并不是在鑄造的成品狀態下使用，而是在機加工以后作為一個機械零件使用的情況下，就能夠產生一種共晶石墨鑄鐵結構，該結構與現極有技術的砂模鑄造工藝中所產生的一種片狀石墨鑄鐵結構相比在機械加工性上是更佳的。而且，本發明的工藝使其易于制造精密鑄件，并且易于在金屬鑄模表面上形成一個預定薄厚度的型砂層9，因此只要在制備好金屬鑄模之后，僅通過重新構成型砂層9就可以重復使用該鑄模。也就是說，本發明的工藝技術從經濟角度上說是最佳的，并且其能夠顯著地減少加工費用。
在現有技術中，鑄件的拔橫斜度(錐度)必須要有一個較大的值2-5度，從而才能使鑄件和鑄模脫開，雖然拔模斜度值是隨著鑄件形狀而改變的。但是，由于在本發明中在金屬鑄模表面上形成的薄型砂層具有良好的破碎性，因此，即使是鑄件具有一個拔橫斜度僅為0-1度的情況下，都能夠易于脫開金屬鑄模而不會在金屬鑄模上形成裂痕。由于拔橫斜度的減小，因此就能夠提高鑄件的質量。實際上，在本實施例中，該拔模斜度在整個鑄件21的表面上為0.5度。
而且，由于在現有技術的金屬模型鑄造中，在金屬鑄模上的涂覆層的厚度是很薄的而且是不均勻的，在鑄件中的厚度較薄的部分由于在其位置發生急冷而形成冷硬的結構。另一方面，在本發明中通過使型砂層部分(相當于鑄件中的冷硬部分)在厚度上局部加厚，就能夠容易地防止冷硬結構的出現。實際上，在本發明第二實施中，就能夠防止在一個厚度為5毫米和一個高度為18毫米的加強肋中產生冷硬結構。其是通過設置一個局部厚度為4毫米的型砂層來實現的。
如上所述，通過本發明是能夠達到最初的目的的，確切地說，在對具有復雜形狀的鑄件進行鑄造的情況下，在現有技術中，是使用一個砂芯，因為砂芯必須制做好并裝設在每個預鑄件中，因此鑄件的生產成本是很高的，而且，與砂芯相接觸的鑄造金屬部分的冷卻速度要比與金屬鑄模相接觸的其它鑄造金屬部分的冷卻速度來得慢，因而就不可能獲得一個理想的結構。特別是在砂芯體積較大的情況下，就更難于提高冷卻速度。
在另一個現有技術金屬模型鑄造方法中，設有使用砂芯，只要鑄件的拔橫斜度(錐度)較小，該鑄件就不能取出。要是將該鑄件強行取出，就會損壞涂層。
在通用的背襯金屬鑄造方法中，該方法難于獲得如本發明那樣的冷卻速度，砂的數量之大會使鑄造之后除去并收集粘附在背襯金屬上的砂的工作成為一件麻煩事。
但是，按照本發明可以提供一種鑄模，該鑄模借助于成形鑄模在金屬鑄模的表面上形成具有規定厚度的型砂層，該鑄模具有良好的再現性。由于鑄造是使用以這樣方法制成的鑄橫來完成的，這就有可能生產出具有較高的形狀的尺寸精度再現性的鑄件。
在熔融金屬的澆注和該熔融金屬凝固之后取出鑄件之間的這段時間內，由熔融金屬所釋放的熱量可以使熱固性樹脂加熱到其熱分解溫度以上。因此，粘附在鑄模表面上的型砂層就易于破碎。這樣也就易于收集型砂，并易于從金屬鑄模中取出鑄件，并且不會對金屬鑄模表面造成損傷，從而能夠顯著地延長金屬鑄模的使用壽命。
在常用的工藝技術中，在金屬模型鑄造上設置的拔橫斜度(錐度)一般為2-5度，雖然拔模斜度是根據鑄件的形狀而改變的，因而，即使是在該鑄造金屬在凝固和冷卻過程中已經收縮之后，才可使鑄件和鑄模脫開。
但是，按照本發明是使具有良好破碎性的薄型砂層形成在金屬鑄模的表面上。這樣，即使在鑄件具有的拔橫斜度為0-1度的情況下，仍然能夠方便地取出鑄件而不會損壞金屬鑄模。
此外，由于在本發明能夠形成熱傳導性良好的薄型砂層，因此就有可能提高鑄造金屬的冷卻速度，并形成一種其深度范圍至少離鑄件表面幾毫米的共晶石墨結構，而該鑄件的成分示于表3中。由本發明工藝技術所產生的優點表現在，當鑄件不是在鑄造的成形狀下使用，而是經過機械加工后被用作精密機械零件使用的情況下，其可以構成共晶石墨鑄鐵結構，而該結構在機械加工性能大大優于由現有技術的砂模鑄造工藝生產的片狀石墨鑄鐵結構。所以能夠顯著地降低機械加工的成本。
權利要求
1.一種鑄模，該鑄模包含一個金屬鑄模，該金屬鑄模具有一個其形狀與鑄件的形狀相同的表面；和一個構成整體的型砂層，該型砂層含有型砂和熱固性樹脂，該型砂層粘附在金屬鑄模的表面上，所述型砂層具有一個其形狀與鑄件的形狀相同的表面，并且具有一個規定的厚度或厚度分布，該厚度的范圍為0.5至3毫米。
2.按照權利要求1所述的鑄模，其中，所述型砂層具有規定的厚度，因而，在將鑄鐵鑄成鑄件時至少鑄件上的一部分為共晶石墨結構。
3.按照權利要求1所述的鑄模，其中，金屬鑄模的表面所具有的不平度尺寸范圍為型砂的平均粉粒尺寸到0.5毫米。
4.按照權利要求1所述的鑄模，其中型砂層內的型砂至少選自下例型砂中的一種石英砂、鋯砂、亞鉻酸鹽砂、碳化硅砂、碳粉粒和陶瓷粉粒，而型砂層內的熱固性樹脂則是酚醛樹脂。
5.按照權利要求1所述的鑄模，其中，包含在型砂層中的熱固性樹脂的重量為包含在型砂層中的型砂重量的0.5-4%。
6.按照權利要求1所述的鑄模，其中金屬鑄模是用銅或銅合金制成的，并且其拔模斜度不大于1度。
7.按照權利要求1所述的鑄模，該型砂層是使用一個用銅或銅合金制成的成形鑄模來形成的，該成形鑄模的拔模斜度不大于1度。
8.按照權利要求1所述的鑄模，該型砂層是使用硬的耐熱聚四氟乙烯制成的成形鑄模來形成的，該成形鑄模的拔模斜度不大于1度。
9.按照權利要求1所述的鑄模，其中，該型砂層粘附在金屬鑄模的表面上，且其局部厚度范圍為4至8毫米。
10.一種制造鑄模的方法，該鑄模具有一個金屬鑄模，該金屬鑄模具有一個表面，在該表面涂覆有規定厚度或厚度分布的型砂層，該方法包含下列步驟清理金屬鑄模，以除去諸如型砂等粘附在金屬鑄模表面上的沉積物，該清理工作可通過噴吹選自下列物質顆粒中的一種來完成砂、鋼粉粒、輕金屬粉粒、陶瓷粉粒和玻璃珠；制備金屬鑄模，該金屬鑄模具有一個其形狀與鑄件形狀相同的表面，還具有一些與金屬鑄模表面連通的噴吹孔而在下一步驟中該金屬鑄模表面上將形成有型砂層，且還要制備一個成形鑄模，該成形鑄模具有一個其形狀與鑄件形狀相同的表面，并且還具有一些出口和出口孔；裝配金屬模和成形鑄模，以形成一個等同于型砂層的厚度或厚度分布的預定間隙；通過金屬鑄模上的噴吹孔用高壓氣體噴吹涂覆有熱固性樹脂的型砂或型砂和熱固性樹脂的混合物，以便用所述型砂或所述混合物來填滿該間隙；通過加熱使熱固性樹脂固化從而可將型砂或所述混合物粘附在金屬鑄模上；以及使成形鑄模同金屬鑄模脫開。
11.按照權利要求10所述的方法，其中，該方法包含一個清除步驟，該步驟是在型砂清理步驟以前，用來清除粘附在噴吹孔兩端上的或粘附在噴吹孔內部的型砂。
12.按照權利要求11所述的方法，其中，該方法包含一個校正步驟，該步驟是在金屬鑄模清理步驟以后，用一個校正金屬鑄模來校正該金屬鑄模上要形成型砂層的表面，以使該表面具有規定的形狀。
13.按照權利要求10所述的方法，其中，通過將熱固性樹脂加熱而使其固化從而使型砂或所述混合物粘附在金屬鑄模上的步驟是由在用型砂充填間隙的步驟之后的一個加熱步驟中實現的，或者是由在裝配金屬鑄模和成形鑄模步驟之前的金屬鑄模溫度控制步驟中實現的，在該溫度控制步驟中，將金屬鑄模和成形鑄模加熱到一個規定的溫度，該規定溫度是考慮了已被加熱的金屬鑄模和成形鑄模在用熱固性樹脂涂覆的型砂或用型砂和熱固性樹脂的混合物在充填間隙的過程中產生冷卻時的冷卻特性而設定的，因此，熱固性樹脂是借助于充填間隙之后金屬鑄模和成形鑄模所傳導的熱量而被固化的。
14.一種鑄造方法，該方法包含下列步驟(a)裝配權利要求1所述的鑄模，每個鑄模在其金屬鑄模上都有一個型砂層，并夾緊這些鑄模；(b)控制這些鑄模的溫度，達到一個規定的溫度；(c)將熔融金屬澆注到已經裝配好而控制在規定溫度上的鑄模中，并將鑄模的這種狀態保持到熔融金屬凝固并生產出鑄件為止；和(d)取出鑄件。
15.按照權利要求14所述的鑄造方法，其中，該鑄造金屬是含鐵的鐵合金，此處鐵作為其主要成分，因此至少該鑄件的一部分具有共晶石墨結構。
全文摘要
一種鑄模，其包含一個金屬鑄模和一個成整體的型砂層，該金屬鑄模具有一個其形狀與鑄件的形狀相同的表面，該型砂層包含型砂和熱固性樹脂并且粘附在金屬鑄模的表面上，該型砂層具有其形狀與鑄件的形狀相同的表面，并且具有規定的厚度，該厚度的尺寸范圍為0.5—3毫米；一種生產該鑄模的方法，其包括以下步驟，制備兩個鑄模，其中一個為金屬鑄模，其形狀與鑄件的形狀相同，另一個為成型鑄模，其形狀等同于鑄件的形狀，裝配該金屬鑄模和成型鑄模，以形成一個規定的間隙，將型砂和熱固性樹脂噴吹到該間隙內，從而在金屬模上形成型砂層。
文檔編號B22C9/06GK1102605SQ9411563
公開日1995年5月17日 申請日期1994年8月31日 優先權日1993年8月31日
發明者相內進, 橋田榮夫, 河井勇, 山中敏昭, 橫山洋二, 吉井正樹, 二十里極, 荒川弘巳 申請人:株式會社日立制作所