專利名稱：鑄模裝置以及鑄件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將金屬模和砂模組合成的鑄模裝置以及使用該鑄模裝置的鑄造方法。
背景技術：
以往，將金屬模和砂模組合而構成鑄模裝置、以及通過它進行鑄造的方法被眾所周知。這樣的鑄模裝置就如日本發(fā)明專利第3068185號公報所公開的鑄模裝置。該公報示出如果采用該裝置的話，在向鑄模裝置中所形成的模腔澆鑄金屬液之時，正在凝固中的熔融金屬通過構成鑄模裝置的金屬模迅速連續(xù)地被除去熱量，其結果在凝固中的熔融金屬產(chǎn)生大的熱梯度，整個鑄件的方向性的凝固被實現(xiàn)。
又，由于產(chǎn)生了上述熱梯度，因此，與采用砂模的鑄造方法比較，采用金屬模的鑄造方法對產(chǎn)品金相具有細微化的效果，并且對產(chǎn)品的精度和強度等的機械特性具有提升效果。
另一方面，在日本特開平8-225903號公報里，公開有如下鑄件的制造方法將鋁合金熔液在49MPa以上的澆鑄壓力下加壓填充到金屬模內(nèi)并使其凝固，在凝固結束后將鑄件從金屬模取出就直接浸入水中進行淬火，在淬火后實施人工時效處理。
不過，在使鑄件冷卻來提高機械特性的情況，在如上所述將金屬模和砂模組合而構成鑄模裝置的情況下，有時，金屬熔液被澆鑄到模腔之后，以將砂模留下的狀態(tài)只金屬模被分離，使留有鑄件的狀態(tài)的砂模浸入冷卻水中來進行鑄件的冷卻或淬火。
砂模的下部因在搬送時被夾緊等理由而要求具有一定的強度，因此在砂模的下部設有周壁部，該周壁部比模腔的表面中的由金屬模所形成的表面更向下方突出。其結果，若金屬模被分離的、留有鑄件狀態(tài)的砂模被浸入到冷卻水中，則氣泡就滯留在周壁部所圍成的砂模的內(nèi)部空間。還有，當浸入時則冷卻水接觸于高溫的鑄件表面，產(chǎn)生沸騰而發(fā)生蒸氣，該蒸氣作為氣泡就滯留在所述內(nèi)部空間。
這樣，氣泡滯留在周壁部所形成的內(nèi)部空間而冷卻水不直接與鑄件表面接觸，從而降低冷卻效果和淬火效果。
作為其解決方法，可以考慮在將砂模以及鑄件浸入到冷卻水之時，例如通過變更砂模的姿態(tài)以使所述內(nèi)部空間朝向上方或橫向，即所述周壁部位于上方或側面一側，來避免該內(nèi)部空間的氣泡的滯留。但是，在砂模上部所形成的冒口部中，熔融金屬沒有充分地凝固，因此，如果變更了姿態(tài)的話，未凝固的熔融金屬就有可能流出。并且通過變更姿態(tài)，冒口部的形狀就要發(fā)生變化，在將冒口部定位并切斷該冒口部之際，發(fā)生不能夠進行穩(wěn)定的切斷作業(yè)的不便的情況。

發(fā)明內(nèi)容
為解決所述的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有可將金屬模和砂模組合的鑄模裝置；以及提供一種通過使用該鑄模裝置，在澆鑄后，當金屬模被分離而使砂模和鑄件浸入冷卻水中時，可以對該鑄件進行有效的冷卻或淬火的鑄件的制造方法。
為達到此目的，本發(fā)明的鑄型裝置，包括金屬模和砂模，其中，砂模具有冒口部，形成在與金屬模的相向面的相反一側；開口部，在組模時通過金屬模密閉該開口部以形成模腔；以及周壁部，置于開口部的周圍，比模腔表面中的由金屬模所形成的表面更向金屬模一側突出，其中，在所述周壁部上設置有切口部，使該周壁部的內(nèi)側部分與外側部分連通。
在此，“周壁部的內(nèi)側部分”是指在砂模的內(nèi)部空間中，以周壁部為界，由該周壁部所圍起的部分，比模腔更位于金屬模一側的部分，假使沒有切口部的話，相當于所述的內(nèi)部空間?！爸鼙诓康耐鈧炔糠帧笔侵敢灾鼙诓繛榻纾喈斢谏澳５耐獠靠臻g的部分。又，切口部只要是使周壁部的內(nèi)側部分與外側部分連通的結構即可，可以列舉出諸如將周壁部的一部分切除的結構，在周壁部上穿設有孔等的結構，等等。
通過附圖簡單地說明該結構。如圖12所示，鑄模裝置200通過金屬模220的凸部221與砂模210的開口部211嵌合形成模腔230，金屬熔液被澆鑄到該模腔230而形成鑄件240。在所述砂模210的開口部211周圍設有向金屬模220一側突出的周壁部212。在該周壁部212設有切口部213。這時，在該周壁部212中欠缺著在圖中右側的周壁部212′。換言說，假使沒有切口部213的話，就應該存在周壁部212′。還有，所述砂模210雖然由多個砂模組成，也可只由一個砂模組成。
又，在圖13所示的鑄模裝置300包括具有與圖12所示的結構相同的開口部311的砂模310、具有凹部321的金屬模320。以該凹部321和所述砂模310形成模腔330。在該模腔330金屬熔液被澆鑄而形成鑄件340。即，通過使該金屬模320的凹部321的周圍抵壓于砂模310，開口部311被密閉，以致形成模腔330。又，在砂模310的沒有形成模腔330的部分設有向金屬模320一側突出的周壁部312，在該周壁部312設有切口部313。這時，在該周壁部312中欠缺著在圖中右側的周壁部312′。換言說，假使沒有切口部313的話，就應該存在周壁部312′。還有，所述砂模310雖然由多個砂模組成，也可只由一個砂模組成。
根據(jù)采用該鑄模裝置，可以將金屬模和砂模組合，在砂模的開口部周圍設有確保強度用的周壁部，同時設有切口部，因此在金屬模被分離、并且留有鑄件的狀態(tài)的砂模被浸入冷卻液中時，可以使滯留在鑄件表面的、通過金屬模所形成的部分的氣泡從所述切口部自動地排出，實現(xiàn)冷卻效果或淬火效果的提高。具體地說，可以實現(xiàn)工序時間的縮短、產(chǎn)品的尺寸精度以及疲勞強度等機械特性的提高。
還有，當砂模和鑄件被浸入冷卻液中時，由于保持使鑄件表面的通過金屬模所形成的部分位于下側的姿態(tài)，因此未凝固的冒口部的熔融金屬不會流出。
又，本發(fā)明的鑄件的鑄造方法，采用鑄模裝置，該鑄模裝置包括金屬模和砂模，其中，砂模具有冒口部，形成在與金屬模的相向面的相反一側；開口部，在組模時通過金屬模密閉該開口部以形成模腔；以及周壁部，置于開口部的周圍，比模腔表面中的由金屬模所形成的表面更向金屬模一側突出，其中，在所述周壁部上設置有切口部，使該周壁部的內(nèi)側部分與外側部分連通，該鑄件的鑄造方法包括以下工序組模工序，將砂模和金屬模合起，以形成模腔；澆鑄工序，向模腔澆鑄金屬熔液；開模工序，該澆鑄工序后，使鑄件留在砂模一側并使該砂模和金屬模分離；以及冷卻工序，以開口部一側位于下側的姿態(tài)將留有鑄件的砂模浸入冷卻槽中。
根據(jù)采用該制造方法，通過準備本發(fā)明的鑄模裝置，進行該鑄模裝置的組模，接著，將金屬熔液澆鑄入模腔，澆鑄后，使金屬模分離，使砂模和鑄件浸入到收容有冷卻液的冷卻槽，可使滯留在鑄件表面的由金屬模所形成的部分的氣泡從切口部自動地排出到砂模的外側，因此可以獲得與本發(fā)明的鑄模裝置相同的效果。
還有，在冷卻工序中，將砂模以及鑄件浸入冷卻液中時，除了在將該砂模以及鑄件載置在承接座上后，將該承接座浸入冷卻液中之外，也可以將該砂模以及鑄件載置在已經(jīng)被浸入冷卻液中的承接座上。
又，在該制造方法中，在所述冷卻工序中，也可以使所述留有鑄件的砂模在冷卻槽內(nèi)傾斜地載放在承接座上以使所述周壁部中設有切口部的部分相對其他部分位于上方。
即，在該冷卻工序中，被浸入冷卻槽內(nèi)的砂模以“具有切口部的周壁部的部分”位于“周壁部的其他部分”的上方的狀態(tài)被載置在承接座上。還有，切口部是穿設在周壁部上的孔的情況也一樣。
根據(jù)上述構成，在冷卻工序中，在冷卻槽內(nèi)，因為使砂模和鑄件處于傾斜地載放在承接座上的狀態(tài)并使砂模的設有切口部的部分相對于周壁部的其他部分位于上方，所以滯留在鑄件表面的由金屬模所形成的部分的氣泡主動并可靠地從切口部排出。
又，在該制造方法中，所述冷卻工序也可以是鑄件的淬火處理工序。在該情況下，鑄件最好是輕合金鑄件。
根據(jù)上述構成，由于氣泡從所述的切口部排出，可以穩(wěn)定進行鑄件的淬火處理，因此通過該淬火處理可以提高所獲得的鑄件的機械特性。
當鑄件是輕合金鑄件時，則淬火處理特別地穩(wěn)定，其結果可以穩(wěn)定地提高機械特性。鋁合金及鎂合金最適合作為輕金屬合金。具體來說，作為鋁合金可以列舉出諸如以日本工業(yè)規(guī)格(JIS)H5202規(guī)定的AC4B、AC4D等，作為鎂合金可以列舉出諸如以JIS H5203規(guī)定的MC1、MC2等。比如，AC4B的組成是Cu為2.0～4.0％，Si為7.0～10.0％，Mg為0.6％以下，Zn為1.0％以下，F(xiàn)e為1.2％以下，Mn為0.8％以下，Ni為0.5％以下，Ti為0.2％以下，其余為鋁的合金。
再有，所述輕合金鑄件最好是鋁合金的氣缸蓋的同時，由金屬模所形成的該鑄件的表面設定在氣缸蓋的燃燒室一側。
根據(jù)上述構成，通過金屬模的成形可使氣缸蓋的燃燒室一側的尺寸精度得到提高以及金相的細密化并提高強度的同時，在淬火之際通過氣泡從所述切口部排出，可以實現(xiàn)鋁合金的氣缸蓋的機械特性的提高。


圖1是本發(fā)明的一實施方式的鑄件的立體剖面圖。
圖2是冷卻裝置的俯視圖。
圖3是圖2的A-A線的剖面圖。
圖4是顯示鑄件的制造工序的流程圖。
圖5是組模工序以及澆鑄工序的鑄模裝置的剖面?zhèn)纫晥D。
圖6是圖5的B-B線的剖面圖。
圖7是開模工序的鑄模裝置的剖面?zhèn)纫晥D。
圖8是圖7的鑄模裝置的立體圖。
圖9是在冷卻裝置中將上模以及鑄件從承接座取出的動作圖。
圖10是在冷卻裝置中將上模以及鑄件載置在承接座上的動作圖。
圖11是顯示氣泡通過切口部而排出的動作的圖。
圖12是采用具有凸部的金屬模的情況的本發(fā)明的說明圖。
圖13是采用具有凹部的金屬模的情況的本發(fā)明的說明圖。
具體實施例方式
下面說明本發(fā)明的具體實施方式
。
如圖1所示，本實施方式的鑄模裝置1用于發(fā)動機的氣缸蓋的鑄造，其具有將多個砂模組合成的上模2；金屬的下模3；配置在以上模2和下模3所構成的后述的模腔4(參照圖5)內(nèi)的冷卻水套用型芯5…5；吸氣口以及排氣口用型芯6…6(參照圖6)。將鋁合金的金屬熔液填充入模腔4而形成鑄件7(參照圖5)。
在由砂模構成的上模2形成有位于上側部使作為輕合金熔液的鋁合金熔液注入用的澆口20；在上部與該澆口20連通的冒口部21；從該冒口部21與模腔4連通的多個澆道22…22。又，上模2具有形成模腔4的開口部23。而且，在該開口部23的周圍設有向金屬模3一側突出的周壁部24。并且，在該周壁部24的圖中右側，設有使該周壁部24的內(nèi)側部分與外側部分連通的切口部25。該切口部25通過對模腔4的圖中右側的周壁部24切除而形成，其深度(高度)以周壁部24的下端可達至模腔4的下端而形成。并且，在周壁部24，設有相對于下模3進行定位用的槽26a、26b。
另一方面，金屬制的下模3是在中央附近形成向上方突出的凸部30的形狀，同時在該凸部上形成有形成發(fā)動機的燃燒室用的4個突出部31…31。又，設有與在所述上模2上所設有的槽26a相對應的嵌合部32a；和與槽26b相對應的嵌合部32b。
而且，通過在該下模3的中央部分所形成的凸部30與所述上模2的開口部23嵌合，該開口部23被封閉，形成模腔4。
又，從澆口20注入的鋁合金采用JIS規(guī)定的AC4B所示的鋁合金。
圖2，3所示的是冷卻裝置100的結構。該冷卻裝置100具有收容了冷卻水W的冷卻槽101；浸入該冷卻水101的多個承接座102…102；將這些承接座102…102排列成圓周狀加以支承的同時，使該承接座102…102在圓周上移動的旋轉機構103；在交接位置R將澆鑄后的上模2以及鑄件7交接到承接座102上的同時，使冷卻、淬火后的上模2以及鑄件7從承接座102取出的交接機構104。
所述冷卻槽101形成為俯視呈圓筒狀，在該冷卻槽101中收容有被設定在90℃以上的冷卻水W。又，在冷卻槽101的交接位置R上設有向該冷卻槽101的圓筒外側鼓出的鼓出部111。
又，所述承接座102具有形成為俯視呈大致ㄈ字狀的框架部件120；從該框架部件120的兩側部突出的多個桿部件121…121；使上模2以及鑄件7卡住的限動器122。又，該承接座102的框架部件120以及桿部件121…121被傾斜設計為冷卻槽101的圓筒外側方向位于低位。
所述旋轉機構103具有支承所述承接座102的框架部件120的支承部件130；該支承部件130的下端所連結的下部部件131；支承支承部件130的上端的俯視呈圓筒狀的旋轉盤132；在該旋轉盤132的圓筒中心上下延伸的旋轉軸133；該旋轉軸133的下端所連結的從動齒輪134；與該從動齒輪134齒合的驅動齒輪135；使該驅動齒輪135間歇地旋轉規(guī)定角度的驅動源136。
所述交接機構104包括承受部142；和使該承受部142移動的未圖示的移動機構。該承受部142具有在相同方向延設的一對支承部件140，140；以及與各支承部件140，140正交配備的多個桿部件141…141。又，交接機構104的承受部142與所述承接座102的傾斜對應地被傾斜設計為冷卻槽101的圓筒外側方向位于高位。而且，在所述支承部件140，140分別設有擋塊143，143。還有，所述承接座102以及承受部142的傾斜角度分別設定為相對于水平面在下方10～30℃以及在上方10～30℃。
還有，所述上模2相當于本發(fā)明的鑄模裝置中的砂模，所述下模3同樣相當于金屬模。
接著，用圖4來說明采用以上這樣的結構的鑄模裝置1以及冷卻裝置100鑄造輕合金的氣缸蓋的程序。
首先，在步驟S1的準備工序中，準備如圖1所示的將砂模組合成的上模2和金屬制的下模3。
接著，在步驟S2的組模工序中，如圖5，6所示，將該上模2和下模3合起以使下模3的凸部30與在上述步驟S1準備好的上模2的開口部23嵌合，這時，在上模2所形成的槽26a與在下模3所形成的嵌合部32a嵌合，槽26b與嵌合部32b嵌合，可以進行上模2與下模3之間的定位。
然后，在步驟S3的澆鑄工序中，如圖5、6所示，從澆口20注入金屬熔液，通過冒口部21、澆道22填充該金屬熔液到模腔4。
接著，在步驟S4的開模工序中，使下模3從澆鑄有金屬熔液的鑄模裝置1分離。其結果，如圖7、8所示，由下模3所形成的鑄件7的表面7a被露出。這時，構成周壁部24的4個邊24a～24d中，通過切除一個邊24d所設的切口部25，由周壁部24所圍成的內(nèi)部空間S與外部連通。還有，鑄件表面7a和上模2的周壁部24所設有的切口部25的上端位于相同的高度。
然后，在步驟S5的淬火工序中，將在步驟S4所得到的上模2以及鑄件7浸入被設定在90℃以上的水溫的冷卻水W中，進行淬火。
這時，在冷卻裝置100中，首先通過交接機構104從冷卻槽101取出將載放在由旋轉機構103搬入交接位置R的一對承接座102、102上的一對上模2以及鑄件7。也就是說，如圖9的箭頭P所示使承受部142移動，使交接機構104的支承部件140以及桿部件141…141從承接座102的下側穿過該承接座102所具有的桿部件121…121之間，將該承接座120上的上模2以及鑄件7接住，然后，接住后的上模2以及鑄件7被從冷卻水W抬起并被交接到進行時效處理等的下一工序。
接著在所述步驟S4所得到的上模2以及鑄件7被載置在交接機構104的承受部142上。然后，如圖10的箭頭Q所示使承受部142移動，使交接機構104的支承部件140以及桿部件141…141從承接座102的上側穿過該承接座102所具有的桿部件121…121之間，將承受部142上的上模2以及鑄件7(圖10中，上模2還包括澆口20的凸出部)浸入冷卻水W中，同時交接到承接座102上。
這樣將上模2以及鑄件7交接到承接座102上后，旋轉機構103旋轉規(guī)定角度而將該上模2以及鑄件7從交接位置R搬出，對與此同時搬入交接位置R的承接座102進行相同的作業(yè)。
另一方面，如圖11所示，在將上模2以及鑄件7浸入冷卻水W中，載置在承接座102上時，滯留在周壁部24的內(nèi)部空間S的氣泡X以及由于冷卻水與高溫的鑄件表面接觸而氣化所生成的氣泡X，通過在上模2的周壁部24所設有的切口部25，自動地排出(相當于本發(fā)明的鑄模裝置以及鑄件的制造方法的主旨)。并且，因為上模2以及鑄件7被傾斜載置在承接座102上以使上模2的周壁部24的設有切口部25的部分位于上方，所以從切口部25氣泡X被積極地排出(相當于下述情況的主旨本發(fā)明的鑄件的制造方法中，在冷卻工序中，使留有鑄件的砂模在冷卻槽內(nèi)傾斜地載置在承接座上以使周壁部中設有切口部的部分相對其他部分位于上方)。
不過，在該實施方式中，如圖8所示，切口部25通過將周壁部24的一個邊24d整個切除而形成，但如上所述，不限于這樣的方式，也可以采用諸如在周壁部24上穿設孔等方式，只要使周壁部24的內(nèi)側部分S與外部連通即可。
如上所述，由于將以砂模所構成的上模2和金屬的下模3組合成鑄模裝置1，在上模2的開口部23周圍設有確保強度用的周壁部24，同時在該周壁部24設有切口部25，因此在下模被分離，留有鑄件7的狀態(tài)的上模2被浸入冷卻液W中時，滯留在鑄件表面7a的氣泡可以從所述切口部25自動排出，實現(xiàn)冷卻效果或淬火效果的提高，具體地說，實現(xiàn)工序時間的縮短、產(chǎn)品的尺寸精度以及疲勞強度等機械特性的提高。
還有，在上模2和鑄件7被浸入冷卻液W中之際，使鑄件表面7a保持位于下側的姿態(tài)，因此未凝固的冒口部21的熔融金屬不會流出。
另一方面，由于使上模2和鑄件7傾斜以使在上模2的周壁部24的設有切口部25的部分相對其他部分位于上方，并且將其浸入到收容有冷卻液W的冷卻槽101中，因此滯留在鑄件表面7a的氣泡從所述切口部25被積極并可靠地排出。
并且，通過從所述的切口部25的氣泡的排出，輕合金鑄件的淬火處理可以穩(wěn)定進行，可以實現(xiàn)由該淬火處理所得到的鑄件7的機械特性的提高。
又，在淬火之際，通過所述的從切口部25的氣泡的排出，可以實現(xiàn)鋁合金的氣缸蓋的機械特性的提高。
本發(fā)明提供將金屬模和砂模組合而成；并且在澆鑄之后，當使金屬模分離而使砂模和鑄件浸入冷卻水時，則可以進行有效的冷卻或淬火，這樣的鑄模裝置以及鑄件的制造方法。本發(fā)明廣泛適用于采用將金屬模和砂模組合成的鑄模的鑄造技術的技術領域。
權利要求
1.一種鑄模裝置，其特征在于包括金屬模和砂模，其中，砂模具有冒口部，形成在與金屬模的相向面的相反一側；開口部，在組模時通過金屬模密閉該開口部以形成模腔；以及周壁部，置于開口部的周圍，比模腔表面中的由金屬模所形成的表面更向金屬模一側突出，其中，在所述周壁部上設置有切口部，使該周壁部的內(nèi)側部分與外側部分連通。
2.一種鑄件的制造方法，采用鑄模裝置，其特征在于，該鑄模裝置包括金屬模和砂模，其中，砂模具有冒口部，形成在與金屬模的相向面的相反一側；開口部，在組模時通過金屬模密閉該開口部以形成模腔；以及周壁部，置于開口部的周圍，比模腔表面中的由金屬模所形成的表面更向金屬模一側突出，其中，在所述周壁部上設置有切口部，使該周壁部的內(nèi)側部分與外側部分連通，該鑄件的鑄造方法包括以下工序組模工序，將砂模和金屬模合起，以形成模腔；澆鑄工序，向模腔澆鑄金屬熔液；開模工序，該澆鑄工序后，使鑄件留在砂模一側并使該砂模和金屬模分離；以及冷卻工序，以開口部一側位于下側的姿態(tài)將留有鑄件的砂模浸入冷卻槽中。
3.如權利要求2所述的鑄件的制造方法，其特征在于，在所述冷卻工序中，使所述留有鑄件的砂模在冷卻槽內(nèi)傾斜地載放在承接座上以使所述周壁部中設有切口部的部分相對其他部分位于上方。
4.如權利要求2或3所述的鑄件的制造方法，其特征在于，所述冷卻工序是鑄件的淬火處理工序。
5.如權利要求4所述的鑄件的制造方法，其特征在于，所述鑄件是輕合金鑄件。
6.如權利要求5所述的鑄件的制造方法，其特征在于，所述輕合金鑄件是鋁合金的氣缸蓋，并且由金屬模所形成的該鑄件的表面被設定在氣缸蓋的燃燒室一側。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鑄模裝置以及采用鑄模裝置的鑄件的制造方法，該鑄模裝置包括金屬模和砂模(2)，其中，砂模具有冒口部，形成在與金屬模的相向面的相反一側；開口部(25)，在組模時通過金屬模密閉該開口部以形成模腔；以及周壁部(24)，置于開口部的周圍，比模腔表面中的由金屬模所形成的表面更向金屬模一側突出，其中，在所述周壁部上設置有切口部，使該周壁部的內(nèi)側部分(S)與外側部分連通，該鑄造方法包括以下工序組模工序，將砂模和金屬模合起，以形成模腔；澆鑄工序，向模腔澆鑄金屬熔液；開模工序，使鑄件(7)留在砂模一側并使該砂模和金屬模分離；以及冷卻工序，以開口部一側位于下側的姿態(tài)將留有鑄件的砂模浸入冷卻槽中。通過該方法，在冷卻工序中，將砂模和鑄件浸入冷卻水中時，滯留在內(nèi)側部分(S)的氣泡(X)通過切口部(25)被排出，可以有效地進行冷卻或淬火。
文檔編號B22C9/00GK1833796SQ20061000882
公開日2006年9月20日 申請日期2006年2月16日 優(yōu)先權日2005年3月14日
發(fā)明者山本直彰, 富谷孝二, 長藤則政, 青田嚴 申請人:馬自達汽車株式會社