专利名称：铸造模具及其制造方法
技术领域：
本发明涉及铸造模具及制造铸造模具的方法，且尤其涉及这样一种铸造模具及该铸造模具的制造方法，该铸造模具包括需要耐热冲击的部分，该部分由单独元件制成，从而与该单独元件不同的铸造模具的主体就会以比该单独元件低的频率被更换，因此能够通过该铸造模具以低成本制造铸件。
背景技术：
为了根据铸造过程生产例如铝制的铸件，将熔融的铝注入铸造模具中。由于熔融的铝处于高温下，因此铸造模具通常由在高温下具有优异强度的SKD61材料(用于表示合金工具钢的日本工业标准)制成。
如果铸造模具发生热裂，则难以从该铸造模具生产出所需尺寸精度的铝铸件。另一方面，由该铸造模具产生的铝铸件的产量变低。因此，甚至当铸造模具的一部分发生热裂时，尽管该铸造模具的其余部分没有发生任何热裂，但该铸造模具还是需要用一个新的铸造模具来更换。然而，由于铸造模具通常都很贵，因此如果生产铝铸件需要频繁更换铸造模具，则这些铝铸件的成本就会很高。
当由于铸造模具与注入该铸造模具中的高温熔融金属接触而使得该铸造模具的温度剧烈变化时，即当铸造模具经受热冲击时，在铸造模具中就会发生热裂。因此，铸造模具需要耐热冲击。
为了使得铸造模具耐热冲击，该铸造模具通常进行表面处理加工。具体地，铸造模具通过盐浴处理、诸如气体渗氮处理或离子渗氮处理的渗氮处理、物理气相沉积(PVD)处理或化学气相沉积(CVD)处理而涂覆有陶瓷层，例如TiC、TiN等，或者通过硫代渗氮处理涂覆有包含硫化铁和一氮化二铁混合物的层，或者通过氧化处理涂覆有氧化铁的氧化层。
然而，即使对铸造模具进行了上述表面处理，也难以大大提高它们的使用寿命。具体地，铸造模具经受强烈热冲击的部分(例如，在所有的具有水平延伸的水平侧壁和大体垂直延伸的垂直底壁的模具凹陷中的、在用于接收导入的熔融金属的浇口附近的模具凹陷)容易出现热裂，尽管它们通过上述表面处理而涂覆有多个层。
已经提出对于要耐热冲击的模具部分进行渗碳处理，如在日本专利公开特开No.2002-121643中公开的。然而，所提出的渗碳处理不能大大提高渗碳后模具部分的耐热冲击性，从而不能大大降低由该渗碳后的铸造模具制造的铸件的成本。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种铸造模具及该铸造模具的制造方法，该模具将以较低的频率被更换，从而可以降低由该铸造模具生产的铸件的成本。
根据本发明的一个方面，提供了一种铸造模具，包括主体，其具有用于限定铸型腔的壁表面；和型腔形成部件，其具有作为该铸型腔一部分的壁，该主体由钢制成，该型腔形成部件由在韧性、硬度以及导热性的至少一个方面优于制造主体的钢的材料制成。
在韧性、硬度以及导热性的至少一个方面优于制造主体的钢的材料通常在耐热冲击性方面也较好。因此，铸造模具的、型腔形成部件设置处的部分具有优异的韧性和耐热冲击性，即耐热裂。因此，该铸造模具具有较长的使用寿命，并以比普通铸造模具低的频率被更换。结果，降低了由本发明的铸造模具生产的铸件的成本。
尽管具有上述优异性质的材料通常很贵，但由上述材料制成的型腔形成部件只用在该铸型腔的一部分中。因此，该铸造模具不会很贵。
该主体的钢的优选示例包括SCM材料和SKD材料。在这些材料中，SCM材料是优选的，这是因为它更便宜，从而使得该铸造模具更加廉价。
如本领域所公知的，作为一种SCM材料的SCM420材料被广泛用作用于生产模制塑料产品的模具材料。然而，由于由SCM420材料制成的铸造模具的使用寿命不能满足铸造熔融金属的应用，因此难以使用该SCM420材料作为用于铸造熔融金属的铸造模具的材料。
该型腔形成部件由从以下组中选择的材料制成，该组包括马氏体时效钢、SKH材料，铜合金以及陶瓷材料，这些材料具有比SCM材料和SKD材料高的韧性。
该型腔形成部件可以设置为镶装模。
如果铸型腔从用于接收导入的熔融金属的浇口弯曲或成弧形，则该型腔形成部件应该优选地设在最靠近该浇口的位置处。另一方面，该型腔形成部件应该优选地设在铸型腔中朝向较大热冲击的位置处。
由具有优异耐热冲击的材料制成的该型腔形成部件设在朝向较大热冲击的位置处。因此，该铸造模具耐热裂。
根据本发明的另一方面，还提供了一种制造铸造模具的方法，该铸造模具包括主体，其具有用于限定铸型腔的壁表面；和型腔形成部件，其具有作为该铸型腔的一部分的壁，该方法包括以下步骤形成钢制的主体，并由此限定铸型腔；在该铸型腔的一部分中限定一凹陷；以及将由这样的材料制成的型腔形成部件放置在该主体的该凹陷中，所述材料在韧性、硬度以及导热性的至少一个方面优于制造主体的钢。
通过上述方法，能够通过限定该凹陷并而后将该型腔形成部件放置在该凹陷中，而简单容易地制造该铸造模具。另一方面，将型腔形成部件放置在凹陷中，这不会使得制造铸造模具的过程复杂或麻烦。因此，不会增加制造铸造模具的成本以及因此由该铸造模具生产铸件的成本。
根据本发明的又一方面，提供了一种制造铸造模具的方法，该铸造模具具有主体，其具有用于限定铸型腔的壁表面；和型腔形成部件，其具有作为该铸型腔的一部分的壁，该方法包括步骤将由这样的材料制成的型腔形成部件放置在已经用在铸造过程中的主体中铸型腔的一部分中，所述材料在韧性、硬度以及导热性的至少一个方面优于制造主体的钢。
通过上述方法，在以前铸造过程中发生热裂并且不能生产具有所需尺寸精度的铸件的铸造模具可以被回收以重用。因此，可进一步延长该铸造模具的使用寿命，以进一步降低由该铸造模具生产的铸件的成本。
该型腔形成部件可以包括使用焊条通过焊接过程沉积的堆焊覆层。通过这种结构，由于在主体和型腔形成部件之间没有形成边界，因此不会阻碍从型腔形成部件到主体的热传递。
或者，型腔形成部件可以包括装入或接合到主体上的镶装模。可以比通过焊接过程沉积的堆焊覆层而生产的型腔形成部件更容易且更简单地生产镶装模形式的型腔形成部件。
如果铸型腔从用于接收导入的熔融金属的浇口弯曲或成弧形，则该型腔形成部件应该优选地设在朝向较大热冲击的位置，即最靠近浇口的位置处。
从以下结合附图的描述中将更清楚本发明上述和其它目的、特征和优点，在附图中以示例性示例的方式示出了本发明的优选实施例。
图1是根据本发明实施例的铸造模具(活动模具)的立体图；图2是图1中所示的铸造模具的俯视图；图3是显示凹陷形成于铸造模具主体中的方式的立体图；图4是显示型腔形成部件被放置在凹陷中的方式的立体图；以及图5是显示切削型腔形成部件的方式的立体图。
具体实施例方式
以下将参考附图以优选实施例作为示例来详细地说明本发明的铸造模具及其制造方法。
图1显示了根据本发明实施例的铸造模具10的立体图，并且图2显示了铸造模具10的俯视图。作为活动模具的铸造模具10与固定模具(未示出)结合以在二者之间形成铸型腔，用于铸造汽车变速箱。铸造模具10包括主体12和通过焊接接合到主体12上的型腔形成部件14。
主体12由SCM420材料制成，这种材料是预硬化钢。主体12具有浇口16以及型腔表面18，该型腔表面18大体垂直于浇口16放置以限定该铸型腔。由于如本领域所公知的SCM420材料很便宜，因此铸造模具10也很便宜。
浇口16设在铸造模具10的下部。因此，根据本实施例，熔融金属从铸造模具10的下部注入铸型腔中。
型腔表面18具有用于形成汽车变速箱的水平定向的凹陷20和凸起22。
型腔形成部件14设有从浇口16向型腔表面18延伸的垂直壁24。型腔形成部件14具有用作型腔表面18最靠近浇口16的一部分的上端。型腔形成部件14的该上端作为型腔表面18的一部分。
型腔形成部件14由使用焊条通过弧焊(或堆焊)过程沉积作为堆焊覆层的焊接金属制成。具体地，型腔形成部件14由马氏体时效钢制成，该马氏体时效钢比制成主体12的SCM420材料更加耐热冲击。
因此在本实施例中，通过由比制成铸造模具10的主体12更加耐热冲击的材料制成的腔室形成部件14，来提供从浇口16向型腔表面18延伸的垂直壁24和型腔表面18最靠近浇口16的部分。
使用根据本实施例的铸造模具10的铸造过程以与使用普通铸造模具的铸造过程相同的方式进行。首先，作为活动模具操作的铸造模具10与未示出的固定模具紧密接触，并将这些模具紧固在一起，以生成用于铸造汽车变速箱的铸型腔。
在铸造模具10和固定模具被预热之后，熔融金属通过浇口16被注入到铸型腔中。
此时，熔融金属从浇口16沿着垂直壁24流到型腔表面18。因此，被注入的高温熔融金属与型腔形成部件14瞬时接触。型腔形成部件14所经受的热冲击大于施加到型腔表面18其它部分上的热冲击。
如上所述，型腔形成部件14具有优异的耐热冲击性。因此，由于型腔表面18和型腔表面18最靠近浇口16的部分具有充分的耐热冲击性，因此防止了铸造模具10发生热裂，并因此具有较长的使用寿命。
随着熔融金属被继续注入到铸型腔中，型腔表面18远离浇口16的部分的温度由于来自已经被注入的熔融金属传递的热量而升高。由于型腔表面18远离浇口16的部分受到较小的热冲击，因此型腔表面18的该部分不需要具有相对昂贵的型腔形成部件14。因此，避免了铸造模具10的成本变高。
当铸型腔注满熔融金属时，结束注入熔融金属。之后，放置模具组件一预定的时间，以将熔融金属冷却和固化为作为铸件的汽车变速箱。
之后，从固定模具移走铸造模具10，并且从固定模具移走汽车变速箱。
之后，对该汽车变速箱清理毛刺，且从汽车变速箱除去浇口16和其它多余部分，于是该汽车变速箱可用作最终产品。
如上所述，根据本实施例的铸造模具10具有优异的耐热冲击性。即使在铸造模具10上重复进行上述铸造过程，与普通铸造模具相比铸造模具10也不易于发生热裂。因此，铸造模具10能够重复使用很长一段时间。具体地，在普通铸造模具已经重复使用大约2000次而开始发生热裂，而铸造模具10在发生热裂前可以重复使用大约4000次。另一方面，大大减少了更换铸造模具10的频率，从而可以降低用于使用铸造模具10的铸造设施的投资，并因此也可以降低使用铸造模具10生产的铸件的成本。
如下制造铸造模具10首先，钢锭被切削并磨削成具有大致尺寸的包括型腔表面18和浇口16的主体12。
然后，如图3所示，主体12的将形成型腔形成部件14的部分，即主体12从浇口16大体垂直向上延伸的壁通过立铣刀30加工，以产生凹陷32。
然后，如图4所示，由马氏体时效钢制成的焊条36由弧焊枪38熔化，通过由焊条36的熔融金属注满凹陷32。另一方面，马氏体时效钢的堆焊覆层沉积在凹陷32中。然后，沉积的堆焊覆层被冷却并固化为型腔形成部件14，即型腔形成部件14被埋入凹陷32中。
然后，如图5所示，由立铣刀40精加工型腔形成部件14的暴露表面。即，切削型腔形成部件14，以提供用于生产所需尺寸精度的汽车变速箱的垂直壁24。以此方式，在铸造模具10上形成用于形成汽车变速箱的型腔表面18。
如果必要，对铸造模具10进行表面处理，例如渗氮处理、硫代渗氮处理或氧化处理，因此改善由钢制成的主体12和型腔形成部件14的各种性质，例如硬度、韧性等。
主体12可以是已经用于生产铸件的部件。如果主体12已经在以前的铸造过程中发生热裂，则将型腔形成部件14设置来代替主体12的具有该热裂的部分。型腔形成部件14可以以与上述相同的方式设置。
因此，可以回收由于重复进行铸造过程而发生热裂的铸造模具10以重用。因此，增加了铸造模具10的使用寿命以降低制造汽车变速箱的成本。
通过根据本实施例的上述制造过程，可以通过在主体12的型腔表面中形成凹陷32并将型腔形成部件14放置到凹陷32中，来简单地制造较长使用寿命的铸造模具10。
在所示实施例中，由焊条36的熔融金属来注满凹陷32，之后熔融金属冷却并固化为型腔形成部件14。然而，马氏体时效钢的板部件(镶装模)可以装入凹陷32中，且装入凹陷32中的板部件可以通过焊接等接合到主体12上。
可以由高硬度的SKH材料或良好导热性的铜合金来代替马氏体时效钢以制造型腔形成部件14。由这样的替换材料制成的型腔形成部件14可以使用焊条来形成，或可以形成为装入凹陷32中的板部件(镶装模)，该板部件可以通过焊接等接合到主体12上。
另外可替换地，型腔形成部件14可以由陶瓷材料制成。陶瓷型腔形成部件14可以通过等离子粉末焊接过程形成。等离子粉末焊接过程可用于形成马氏体钢、SKH材料或铜合金的型腔形成部件14。
铸造模具的主体可以由用于制造普通铸造模具的SKD材料制成。
如上所述，在韧性、硬度以及导热性的至少一方面比铸造模具主体更好的型腔形成部件形成在铸型腔的一部分中，尤其是朝向较大热冲击的部分。这样构造的铸造模具耐热裂，并可以以较低的频率更换新的铸造模具。结果，可以降低用于使用铸造模具的铸造设施的投资，并因此也可以降低使用该铸造模具生产的铸件的成本。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1、(修改)一种铸造模具(10)，包括主体(12)，其具有用于限定铸型腔的壁表面；和型腔形成部件(14)，其具有作为该铸型腔的一部分的壁；所述主体(12)由钢制成，所述钢为SCM材料或SKD材料；所述型腔形成部件(14)由马氏体时效钢或SKH材料制成，该马氏体时效钢或SKH材料在韧性、硬度以及导热性的至少一个方面优于制造所述主体(12)的SCM材料或SKD材料。
2、(删除)3、(修改)如权利要求1所述的铸造模具(10)，其特征在于，所述型腔形成部件(14)设置为镶装模。
4、(修改)如权利要求1或3所述的铸造模具(10)，其特征在于，所述铸型腔从用于接收导入的熔融金属的浇口弯曲或成弧形，而所述型腔形成部件(14)设在最靠近所述浇口的位置处。
5、一种制造铸造模具(10)的方法，该铸造模具(10)包括具有用于限定铸型腔的壁表面的主体(12)，和具有作为该铸型腔的一部分的壁的型腔形成部件(14)，该方法包括以下步骤形成钢制的主体(12)，并由此限定铸型腔；在所述铸型腔的一部分中限定一凹陷(32)；以及将由这样的材料制成的型腔形成部件(14)放置在所述主体(12)中的所述凹陷(32)中，所述材料在韧性、硬度以及导热性的至少一个方面优于制造所述主体(12)的钢。
6、一种制造铸造模具(10)的方法，该铸造模具(10)包括具有用于限定铸型腔的壁表面的主体(12)，和具有作为该铸型腔的一部分的壁的型腔形成部件(14)，该方法包括步骤将由这样的材料制成的型腔形成部件(14)放置在已经用在铸造过程中的主体(12)中铸型腔的一部分中，所述材料在韧性、硬度以及导热性的至少一个方面优于制造所述主体(12)的钢。
7、如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述型腔形成部件(14)包括由焊接沉积的堆焊覆层。
8、如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述型腔形成部件(14)包括装入或接合到所述主体(12)上的镶装模。
9、如权利要求5至8任一项所述的方法，其特征在于，所述铸型腔从用于接收导入的熔融金属的浇口弯曲或成弧形，且所述型腔形成部件(14)设在最靠近所述浇口的位置处。
权利要求
1.一种铸造模具(10)，包括主体(12)，其具有用于限定铸型腔的壁表面；和型腔形成部件(14)，其具有作为该铸型腔的一部分的壁；所述主体(12)由钢制成；所述型腔形成部件(14)由在韧性、硬度以及导热性的至少一个方面优于制造所述主体(12)的钢的材料制成。
2.如权利要求1所述的铸造模具(10)，其特征在于，所述主体(12)由SCM材料或SKD材料制成，并且所述型腔形成部件(14)由从以下组中选择的材料制成，该组包括马氏体时效钢、SKH材料、铜合金以及陶瓷材料。
3.如权利要求1或2所述的铸造模具(10)，其特征在于，所述型腔形成部件(14)设置为镶装模。
4.如权利要求1至3中任一项所述的铸造模具(10)，其特征在于，所述铸型腔从用于接收导入的熔融金属的浇口弯曲或成弧形，而所述型腔形成部件(14)设在最靠近所述浇口的位置处。
5.一种制造铸造模具(10)的方法，该铸造模具(10)包括具有用于限定铸型腔的壁表面的主体(12)，和具有作为该铸型腔的一部分的壁的型腔形成部件(14)，该方法包括以下步骤形成钢制的主体(12)，并由此限定铸型腔；在所述铸型腔的一部分中限定一凹陷(32)；以及将由这样的材料制成的型腔形成部件(14)放置在所述主体(12)中的所述凹陷(32)中，所述材料在韧性、硬度以及导热性的至少一个方面优于制造所述主体(12)的钢。
6.一种制造铸造模具(10)的方法，该铸造模具(10)包括具有用于限定铸型腔的壁表面的主体(12)，和具有作为该铸型腔的一部分的壁的型腔形成部件(14)，该方法包括步骤将由这样的材料制成的型腔形成部件(14)放置在已经用在铸造过程中的主体(12)中铸型腔的一部分中，所述材料在韧性、硬度以及导热性的至少一个方面优于制造所述主体(12)的钢。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述型腔形成部件(14)包括由焊接沉积的堆焊覆层。
8.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述型腔形成部件(14)包括装入或接合到所述主体(12)上的镶装模。
9.如权利要求5至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述铸型腔从用于接收导入的熔融金属的浇口弯曲或成弧形，且所述型腔形成部件(14)设在最靠近所述浇口的位置处。
全文摘要
一种主要由SMC420制成的铸造模具(10)，其中型腔形成部件(14)包括马氏体时效钢，该马氏体时效钢具有优于SMC420的韧性和耐热冲击性，该型腔形成部件(14)设在从熔融金属入口(16)朝向型腔表面(18)的垂直壁(24)中和在型腔表面(18)中最靠近熔融金属入口(16)的部分中，该垂直壁(24)和所述部分是与熔融金属接触的受到较大热冲击的部分；以及一种用于提供型腔形成部分(14)的方法，该方法包括利用通过弧焊由熔化焊条(36)产生的熔融金属来填充凹陷部分(32)，换言之，进行堆焊，而后冷却并固化熔融金属。
文档编号B22D17/22GK1708370SQ20038010211
公开日2005年12月14日 申请日期2003年10月28日 优先权日2002年10月30日
发明者小山弘晃, 宫内稔浩, 岛村康宏, 长谷川道治, 山本直司, 莲池正人, 宫崎德幸, 远山博昭 申请人:本田技研工业株式会社