在型芯的表面上形成狭槽的制作方法

本发明涉及铸造以及以铝合金铸造铸件的领域。

更具体地说本发明涉及用于在模具中以铝合金铸造工件的铸造型芯。相关型芯特别地包括砂与粘结剂的混合物。

背景技术：

铸造型芯构成用于制造由金属并且尤其是铝合金制成的工件的模具的一部分。

此型芯通常地包括砂颗粒与粘结剂的混合物。铸造型芯能够使工件的内部形成凹入部。其由此完全或者部分地浸没在熔化金属中。

当通过熔化的铝合金包围型芯时，空气膨胀、粘结剂的溶剂的蒸发以及与温度上升相关的它们的燃烧的现象将增加型芯中的压力。此压力的产生伴随以型芯内部的气体的产生。产生的气体最通常地经由使得气体能够循环的型芯的孔隙疏散到型芯的外部。

当型芯中的压力超过金属静压力(与在型芯上方的金属的高度相关)时，从型芯离开的气体注入到熔化金属中，此熔化金属包围了该气体。气体排放的现象在熔化金属中导致气泡的存在，在固化以后这在金属中留下孔。此缺陷使此工件脆化并且损坏了其质量。

即便气泡从铸件离开，排放气体也能够在固化金属中留下它们通过的痕迹，并且对多孔铝板或者打底区域的裂纹扩展也可能有责任。

此外，即使金属静态极限压力未通过型芯内部的压力相当地获得，也能够呈现气体排放的痕迹。

已经提出了试图避免这些弊端的解决方案。

过去曾试图增加型芯中的砂颗粒的平均尺寸以提高砂的渗透性并且经由未被铝覆盖的型芯的部分(在实践中，型芯座)推进气体排放到型芯的外部。

但是由于颗粒之间的树脂桥的数量减少，此技术使型芯脆化。

此外，将大颗粒用于型芯还使此工件的表面状态改变成使得在此工件的表面上测量的粗糙度能够损害它们的质量。最后，此解决方案涉及管理工厂中的几种尺寸的砂颗粒，这构成了额外的不便。

另一个已知的尝试包括在浸没在液体金属中的型芯与模具的外部之间增加接触形式。芯中产生的气体可以通过用作排放烟囱的的这些形式发生疏散。

此技术被广泛地使用但是需要限制在铸件上的不同的增加操作以由这些形式重新插上留下的真空：加工此工件，增加一个或多个柱塞以再闭合使能够排放与布置密封控制系统的形状。

此外已知的是制造旨在于型芯中增加负压的闭合气体抽吸导管以抽吸型芯中产生的气体并且将它们排放到模具的外部。通常地通过文丘里型的抽吸产生导管中的负压。

此构造是精细实施并且其构造需要永久控制，这本身构成了弊端。特别地，此类型的系统必须抽吸足够，以避免气体排放的问题，但是不能抽吸太强烈以防止抽吸型芯中的金属。

此外，型芯的形状通常较差地适于它们的使用。它们的管理与它们的维护代表技术与经济秩序的复杂化。

看起来似乎在解决型芯的气体排放的问题上的不同尝试都暴露出限制。

本发明的目的是消除这些限制。

技术实现要素：

本发明提出了用于在模具中铸造铝合金件的铸造型芯，此型芯包括旨在与熔化金属接触的成型部分，以及至少一个非成型部分，旨在定位在熔化金属外部，此型芯在型芯的表面上包括至少一个狭槽，并且此狭槽从成型部分延伸到至少一个非成型部分以便将在铸造的过程中在型芯的成型部分中产生的气体排放到成型部分外部。

本发明通过在型芯的表面上作出狭槽提出了现有技术的简化的另选技术。这些狭槽形成使在型芯中产生的气体排放的空间，并且与此同时狭槽足够细小以防止铝合金进入它们。通过绘制到型芯的非成型部分的优选气体排放路径，在熔化金属外部(通常地型芯座)，这些狭槽在不涉及上述弊端的情况下排放可能在型芯中产生的气体。

通过利用本发明还提出了单独或结合获得的以下特征：

非成型部分是适于将型芯保持在模具内部的适当位置中的型芯座；

狭槽具有适于防止熔化铝合金进入所述狭槽内部的宽度；

在表面上的狭槽具有小于1mm并且优选地0.2mm的宽度；

狭槽具有长方形几何形状、U形或者V形轮廓；

狭槽具有0.2mm与2mm之间的平均深度，以允许在型芯的成型部分中产生的气体在狭槽中循环；

此狭槽通过激光制成；

通过具有刀片形状的凸模的工具制造狭槽。

本发明还提出了一种用于铸造铸件的模具，其包括诸如前述的型芯。

此模具还可以包括适于通过在非成型区域处发生的抽吸将产生的气体抽吸到狭槽中的抽吸系统。

本发明还提出了用于制造诸如前述型芯的方法，其特征在于包括通过激光在型芯的表面蚀刻所述狭槽的步骤。

本发明还提出了用于经由先前描述的模具通过铸造熔化金属来制造铝合金件的方法。

最后本发明提出了通过先前描述的用于制造工件的方法获得的用于机动车的缸盖，以及用于机动车的发动机缸体。

附图说明

图1a示出了浸没在熔化铝合金中的本发明的型芯本身。

图1b示出了图1a的型芯的放大图。

图2a示出了诸如在本发明中限定的模具与型芯的一部分的侧视图，其中成型部分浸没在熔化金属中。

图2b示出了在没有模具的情况下从上面观察的图2a的型芯。

图3a示出了本发明型芯的更加精确的描述。

图3b示出了诸如本发明中限定的型芯的沿着图3a的平面[AA’]的剖面图。

图4a示出了狭槽的不同轮廓(不是必要地按比例)。

图4b示出了不同类型的狭槽，其中，熔化金属的毛边进入到这些狭槽内部(不是必要地按比例)。

图5示出了浸没在模具内的熔化金属中的型芯的表面的平面图的简化图，具有在型芯中产生的气体的在狭槽中的可能的循环(箭头)。

图6示出了作为狭槽数量的函数的气体排放的进展。

具体实施方式

参照图1a、图1b、图2a、图2b、图3a、图3b描述根据本发明的型芯10。

型芯10适于在模具20中铸造铸件。这些铸造铸件由铝合金制成并且通常地旨在用于机动车工业。这些铸件通常用于发动机缸体或者汽缸盖。

型芯10包括旨在与熔化铝合金30接触的成型部分11。

型芯10还包括旨在定位在熔化铝合金30外部的非成型部分12a。通常来说，型芯10包括尤其通过成型部分11分离的几个非成型部分12a。

型芯10布置在模具20内部并且通过通常是非成型部分12a(参见图2a)的型芯座12b不可移动地保持在那里。通常来说，模具20包括构成模具20的底部的模具底21，以及当轧刀22闭合时构成模具20的侧壁的至少一个可移动轧刀22。模具底21与轧刀22形成铸件的外部形状。

底部21还适于使型芯10不动。为此目的，型芯座12b与所述轧刀22接触。

型芯10包括定位在型芯10的表面上的至少一个狭槽13。狭槽13从成型部分11延伸到至少非成型部分12a并且形成产生的气体的优选排放路径以将在成型部分11中产生的气体排放到成型部分11外部并且优选地然后到非成型部分12a(参见图2a、图2b、图3a、图3b)的外部。

定位在型芯10的表面上并且从成型部分11延伸到至少一个非成型部分12a的狭槽13的主要功能，是形成产生的气体的优选排放路径以将在成型部分11中产生的气体排放到所述成型部分11外部。这些气体可以疏散到距离型芯10的部分一定距离，这将有效地成型待制造的工件。如果狭槽13放置成与自由空气接触，它们就可以积聚在非成型部分12处，或者疏散到这些部件12外部。

每个狭槽13都包括将成型部分11连接到非成型部分12a的凹槽。优选地，考虑到型芯10的结构，即型芯10的成型部分11连接到两个单独的非成型部分12a，狭槽13优选地通过穿过成型部分11连接两个非成型部分12a。

狭槽的几何特性

参照图4a(通过描述的方式，不按比例)，狭槽13的轮廓优选地是长方形、U形或V形。这些形式在制造简易性与效率，即产生的气体循环与排放的能力之间提供了良好的折中。当其远离例如梯形类型的型芯10的表面移动时轮廓扩大，使得更容易循环与排放产生的气体并且防止熔化的铝合金30进入到狭槽13内部。其它轮廓也是可能的。

通常来说，狭槽的尺寸与熔化金属和产生气体相关的限制相应。狭槽13的体积需要优化。

狭槽13具有宽度13a使得熔化的铝合金30在冷却以后在此工件的表面上不产生任何可见的毛边31(参见图4b)。为此，熔化的铝合金3必须不进入到狭槽13内部或者其必须进入小于由规定限定的质量标准的给定距离。通常来说，在铝合金的表面状态上的影响需要是零或者铸件的粗糙度的值在具有与不具有狭槽13的情况下不改变。这意味着优化宽度13a以使产生气体的排放最大化并且使毛边31最小化。优化此宽度13a使得尤其在相当简单几何轮廓的情形中更容易优化狭槽13的体积。宽度13a是有用宽度，即在表面处测量(参见图4b中的宽度13a)。

宽度13a尤其是使用的铝合金的类型的函数。

通常地，狭槽13a的宽度小于1mm并且优选地小于或等于0.2mm。

但是本领域中的技术人员可以调节狭槽13的宽度13a以获得前述结果。

图4b(通过描述的方式，不按比例)示出了针对狭槽13不同宽度13a获得的毛边31的不同轮廓。

狭槽13具有平均深度13b使得产生的气体可以在狭槽13内部循环。狭槽13的深度13b理论上对毛边31不具有影响但是型芯的复杂性、成本与易碎性尤其随着深度13b增加。

原则上，这意味着在狭槽13a的宽度恒定的情况下优化狭槽13的体积，以使产生气体的排放最大化，使狭槽13的制造复杂性最小化并且限定型芯10的脆弱性。在相当简单的几何轮廓的情形中，此体积优化将优化平均深度13b。

在实际中，深度值13b大于0.2mm意味着在成型部分12a中产生的气体可以在所述狭槽13内部循环。优选地，并且出于上文所述的原因，此深度13b大于0.2mm并且小于2mm。

狭槽13的路径被跟踪以便通过提供产生气体的优选循环路径排放尽可能多的产生气体。为此，优化了跟踪计划以便有利于产生气体的循环与排放以将由所述气体产生的压力限制到最大。

有利的跟踪计划可以例如包括具有最少的没有狭槽13的成型部分11的区域，即确保型芯13的成型部分11的表面上没有点相对于最近的狭槽13位于大于给定极限值的距离处。在几个狭槽13的情形中，可以确定狭槽13之间的最小和/或最大间距。

优选地通过扩大曲率半径以及限定角度来跟踪狭槽13，甚至更多的如此的锐角，以方便产生的气体的循环与排放(图3a)。

根据一个实施方式，包括至少两个狭槽13，所述狭槽13不彼此交叉，以使由狭槽13的全部给定长度覆盖的表面最大化。

根据另一个实施方式，包括至少两个狭槽13，所述狭槽13彼此交叉以提供另选循环并且更好地排放产生的气体(图2b)。

由于型芯座12b已经用作非成型部分12a，因此非成型部分12a有利地是型芯座12b。

但是能够形成特定型芯10，其中非成型部分12a未实施为12b并且存在有利于产生气体的循环的结构，例如分支结构。

产生气体的疏散

容纳狭槽13的非成型部分12a包括适于使在成型部分11(图2a)中产生的气体能够排放的装置40。这些装置40可以以不同方式制成。

特别地，装置40可以简单地包括非成型部分12a的狭槽13之间的流体连接41与小于待排放的产生气体的压力(此压力通常是大气压)的一定体积的加压空气，所述体积通常地远大于产生气体的体积。在模具20具有底部21与轧刀22的情形中，轧刀22中的孔或开口42允许非成型部分12a(这里通常是型芯座12b)的狭槽13与空气的体积之间的所述连接41。

另选地，装置40还包括抽吸系统43以有利于在狭槽13(图5)中产生的气体的循环与排放。

狭槽的形成

狭槽13优选地地通过激光50形成。此技术是微侵入性的并且使得不管型芯10的复杂形式也能够精细制造。

还可能的是通过专用的工具制造这些狭槽13，此工具可以包括具有刀片形状的凸模(relief)的装置(狭槽13通常地通过此种方式获得V形轮廓)。

使用的实例

在实例中，型芯10安装在模具20中并且通过型芯座12b固定到模具20的轧刀22。熔化铝合金30被倒入模具20中并且包围型芯10的成型部分11。热量致使在型芯10内部产生气体。这些气体优选地经由狭缝13循环并且排放到非成型部分12a(图4)以便然后通过排放装置40排放。在此工件中没有气体排放的痕迹。如适当地选择狭槽的宽度13a进一步避免了在冷却的工件上的毛边31。

结果与比较

在型芯10上使用狭槽13通过允许产生的气体循环并且经由优选的循环路线排放到成型部分11的外部有助于降低因在型芯10内部产生的气体的压力。

图6示出了获得的结果。

在被称为参考“测试件”(在表面上没有狭槽13的测试件)的型芯与称作测试“测试件”的一系列型芯之间进行比较，此系列的每个测试件都在其表面上包括0.2mm的宽度13a的不同数量的狭槽13。

全部测试件(包括参考测试件)都在可能的狭槽13外部具有相同的大体几何形状并且包括相同的材料。

压力计的使用显示：

对于包括狭槽13的系列测试的测试件来说相对于参考测试件来说气体排放下降22％，

对于包括两个狭槽13的系列测试的测试件来说：下降40％，

以及对于包括十六个狭槽13的系列测试的测试件来说：下降46％。