[发明专利]用于制造铸件的混合型芯

说明书

本发明涉及用于制造铸件的混合型芯。一种用于制造铸造部件的混合型芯。混合型芯包括砂芯部分，该砂芯部分具有外部形状，该外部形状配置成限定铸造部件的内部特征件。混合型芯还包括嵌入在砂芯部分内的金属冷却元件。金属冷却元件配置成在铸造部件的冷却和其凝固期间从铸造部件局部地吸收热能。金属冷却元件被构造和布置在型砂芯部分内，以在铸造部件凝固之后在落砂期间从铸造部件移除。还设想了一种系统和一种方法，用于使用这种混合型芯制造铸造部件。

技术领域

本公开涉及一种用于制造铸造部件的混合型芯。

背景技术

铸造是一种制造工艺，其中液体材料通常被浇注到包含期望形状的中空型腔的模具中，且然后被允许凝固。凝固的零件也被称为铸件，其从模具被弹出或破裂出来以完成工艺。铸造通常被用于制造以其它方式难以或无法经济地制造的复杂形状。砂型铸造（又被称为砂型模具铸造）是以使用砂子作为模具材料为特征的金属铸造工艺。术语“砂型铸件”也可以指通过砂型铸造工艺生产的物体。

某些笨重的设备，如机床床身、船舶推进器、内燃发动机部件（诸如缸盖、发动机缸体和排气歧管）等，可能更容易铸造成所需的大小，而不是通过联结几个小件来制造。通常通过在模型（称为模样(pattern)）周围压实砂子、通过直接在砂子上雕刻或通过3D打印来产生模具型腔和浇口系统。模具包括流道和冒口，其通过充当贮存器来馈给铸件凝固时的收缩，从而使得熔融金属能够填充模具型腔。在铸造工艺期间，金属首先被加热直到其变成液体，且然后在经过一定的熔体处理（诸如脱气、添加晶粒细化剂和调整合金元素含量）之后被浇注到模具中。在从液体金属吸热之后，模具逐渐升温。因此，熔融金属被持续冷却，直到其凝固。在凝固零件（铸件）被取出模具且随后落砂之后，去除铸件（诸如流道和冒口）中的过量材料。

型芯通常被用于具有内部型腔和凹角（即内角大于180度）的砂型铸造部件。例如，型芯被用于限定发动机缸体、缸盖和排气歧管中的多个通道。型芯通常是由诸如砂子、粘土、煤和树脂的材料构成的一次性物品。型芯材料通常具有：足够的强度以便在生料状态下被搬运，且尤其是在压缩状态下被搬运，以便承受铸件的力，例如材料重量；足够的渗透性以允许气体逸出；良好的耐火性以承受铸造温度。因为型芯在从凝固铸件移除之后通常被毁坏，所以型芯材料通常被选择成允许型芯在落砂期间被破坏。型芯材料通常被回收。

发明内容

一种用于制造铸造部件的混合型芯，混合型芯包括砂芯部分，该砂芯部分具有外部形状，该外部形状配置成限定铸造部件的内部特征件。混合型芯还包括嵌入在砂芯部分内的金属冷却元件（metal chill element）。金属冷却元件配置成在铸造部件的冷却和其凝固期间从铸造部件局部地吸收热能。金属冷却元件被构造和布置在砂芯部分内，以在铸造部件凝固之后在落砂期间从铸造部件移除。

金属冷却元件可以具有实心横截面。

替代性地，金属冷却元件可以具有中空横截面，或者具有变化的横截面，其中一个截面是中空的，而另一个是实心的。

金属冷却元件可以具有整体式构造或单件式构造。

替代性地，金属冷却元件可以包括多件式构造，该多件式构造配置成促进在落砂期间从铸造部件移除金属冷却元件。

具有多件式构造的金属冷却元件可以包括与金属冷却元件的第二件互连的金属冷却元件的第一件。

金属冷却元件可以通过外部表面限定。在这种实施例中，金属冷却元件可以包括在外部表面上的涂层，该涂层定位成接触铸造部件，并且配置成使金属冷却元件对铸造部件的内部特征件的粘附最小化。涂层旨在不限制从铸造部件到金属元件的热传递。

涂层可以包括陶瓷、氮化物、硅和钛中的至少一种。

涂层可以具有在50纳米至5微米的范围内的厚度。

金属冷却元件可以具有外部形状，该外部形状配置成遵循铸造部件的内部特征件的形状或几何结构。