本公开内容一般涉及模具，并且更具体地涉及具有集成的激冷的模具本体。
背景技术：
铸造厂使用诸如砂模、熔模等模具来生产具有各种尺寸、形状和复杂性的金属和其他材料铸件。一些铸件，诸如用于阀体的铸件，具有需要保持高水平的质量的非常独特的形状。为了更好地控制铸造过程并保持高水平的质量，可以在模具中使用激冷以更快地冷却熔融金属，这通常是为了最小化或消除所有类型的金属铸件中的收缩缺陷。典型的激冷是一块金属或其它可接受的材料，其在模具空腔的边缘处结合到模具本体中，并且在需要加速冷却铸件的区域中形成模具空腔的一部分。在制造模具本体时，激冷被结合到模具本体中。
然而，试图将典型的激冷结合到使用3d打印(诸如3d砂型打印)所创建的模具本体中时出现了各种问题。在3d砂型打印中，整个模具或特定模具本体的三维设计被制作并分成多个层。然后铺设可以与合适的活化剂混合的一层薄薄的沙子(如硅砂)，代表设计的第一层。粘合剂被应用到需要的区域以形成用于该特定层的固体结构。代表设计的第二层的沙子的第二薄层然后被铺设在第一层之上，并且粘合剂被应用到所需的区域以形成用于该特定层的固体结构。这继续一层一层地形成完成的模具或模具本体设计。
使用这种3d砂型打印过程，由于放置激冷会阻碍在3d砂型打印过程中使用的机器，因此不能再在典型的激冷周围生产模具本体。因此，不必在激冷周围生产模具本体，必须在模具本体外部产生激冷以接近净成形，必须在磨具本体中形成空腔以容纳激冷，并且必须在现有的3d砂型模具本体中放入激冷。然而，出现了各种问题，例如维持激冷的尺寸公差以及在激冷所需的模具本体中形成的空腔，以使其适当地配合在3d砂型打印模具本体中，并且使激冷适当地与铸件的期望表面对准。此外，难以将激冷放置并固定在空腔内，使得在铸造过程中激冷不会移动或脱落。
技术实现要素：
根据本发明的一个示例性方面，一种用于在模具中使用的模具本体包括模具空腔、激冷(chill)空腔、填充通道以及激冷材料，所述激冷材料设置在所述激冷空腔内并具有比模具本体的热导率高的热导率。所述激冷空腔形成为与所述模具空腔邻近并且通过冷壁与所述模具空腔间隔开。所述填充通道与所述激冷空腔以及所述模具本体的外部表面连通。
进一步根据本发明的前述示例性方面中的任何一个或多个，所述模具本体还可以以任何组合方式包括以下优选形式中的任何一个或多个。
在一个优选的形式中，所述模具本体是砂模本体和3d打印砂模本体中的一种。
在另一优选形式中，所述激冷材料是金属珠、锆英砂、铬铁矿砂、陶瓷珠或橄榄石砂中的一种。
在另一个优选的形式中，所述模具本体包括第二激冷空腔、第二填充通道和第二激冷材料。所述第二激冷空腔形成为与模具空腔相邻，与所述激冷空腔间隔开，并且通过第二激冷壁与所述模具空腔间隔开。所述第二填充通道与所述第二激冷空腔和所述模具本体的外部表面连通。所述第二激冷材料设置在所述第二激冷空腔内并且具有比所述模具本体的热导率高的导热率。
在另一优选形式中，所述第二激冷材料是金属珠、锆英砂、铬铁矿砂、陶瓷珠或橄榄石砂中的一种。
在另一个优选的形式中，所述第二激冷材料不同于所述激冷材料。
在另一优选形式中，所述模具本体包括泄放通道，所述泄放通道具有与所述激冷空腔连通的第一端和与所述模具的外部表面连通的第二端，以将激冷空腔泄放到大气。
根据本发明的另一示例性方面，一种生产用于模具中的模具本体的方法，包括以下步骤：形成模具空腔；形成与所述模具空腔相邻并通过冷壁与所述模具空腔间隔开的激冷空腔；形成与所述激冷空腔和所述模具本体的外表面连通的填充通道；以及用激冷材料填充所述激冷空腔，所述激冷材料具有比所述模具本体的热导率高的热导率。
进一步根据本发明的前述示例性方面中的任何一个或多个，所述方法还可以以任何组合方式包括以下优选形式的任何一个或多个。
在一个优选形式中，所述模具本体通过3d砂型打印生产。
在另一个优选形式中，所述激冷材料是金属珠、锆英砂、铬铁矿砂、陶瓷珠或橄榄石砂中的一种。
在另一优选形式中，所述方法包括以下步骤：形成与所述模具相邻并与所述激冷空腔间隔开的第二激冷空腔，所述第二激冷空腔通过第二冷壁与所述模具空腔间隔开；形成与所述第二激冷空腔以及所述模具本体的外部表面连通的第二填充通道；以及用所述第二激冷材料填充所述第二激冷空腔，所述第二激冷材料具有比所述模具本体的热导率高的热导率。
在另一个优选的形式中，所述第二激冷材料是金属珠、锆英砂、铬铁矿砂、陶瓷珠或橄榄石砂中的一种。
在另一个优选的形式中，所述第二激冷材料不同于所述激冷材料。
在另一个优选的形式中，所述方法包括：形成泄放通道的步骤，所述泄放通道具有与所述激冷空腔连通的第一端和与所述模具的外部表面连通的第二端，以将所述激冷空腔泄放到大气。
根据本发明的另一个示例性方面，一种模具套件包括多个模具本体和激冷材料。所述多个模具本体中的至少一个模块本体包括模具空腔、形成为与模具空腔相邻并通过激冷壁与所述模具空腔间隔开的激冷空腔、以及与所述激冷空腔连通和所述模具本体的外部表面连通的填充通道。所述激冷材料将通过填充通道放入到所述激冷空腔中，并具有比所述模具本体的热导率高的热导率。
进一步根据本发明的上述示例性方面中的任何一个或多个，所述模具套件还可以以任何组合方式包括以下优选形式中的任何一个或多个。
在一个优选的形式中，所述模具本体是砂模本体和3d打印砂模本体中的一种。
在另一优选形式中，所述多个模具本体中的所述至少一个模具本体包括形成为靠近所述模具空腔并且与所述激冷空腔间隔开的第二激冷空腔，所述第二激冷空腔通过第二激冷壁与所述模具空腔间隔开，以及与所述第二激冷空腔连通的第二填充通道。所述模具套件还包括第二激冷材料，所述第二激冷材料通过所述第二填充通道放入到所述第二激冷空腔中，所述第二激冷材料具有比所述模具本体的热导率高的热导率。
在另一优选形式中，所述激冷材料是金属珠、锆英砂、铬铁矿砂、陶瓷珠或橄榄石砂中的一种，所述第二激冷材料是金属珠、锆英砂、铬铁矿砂、陶瓷珠或橄榄石中的一种。
在另一个优选的形式中，所述第二激冷材料不同于所述激冷材料。
在另一优选形式中，所述多个模具本体中的所述至少一个模具本体包括泄放通道，所述泄放通道具有与所述激冷空腔连通的第一端和与所述模具本体的外部表面连通的第二端，以将所述激冷空腔泄放到大气。
附图说明
图1是具有多个带有集成的激冷空腔的模具本体的示例性模具的透视图；
图2是图1中的一个模具本体的顶视图；
图3是沿着线a-a截取的图2的模具本体的横截面视图；
图4是沿着线b-b截取的图2的模具本体的横截面视图；
图5是沿着线c-c截取的图1的另一个模具本体的横截面视图；以及
图6是具有多个模具本体和集成的激冷空腔的另一个示例性模具的横截面视图。
具体实施方式
本公开内容中所描述的示例提供了传统激冷的益处，同时消除了制造近净成形激冷以结合到诸如3d砂型打印模具本体的模具本体中的需要。在本文描述的示例中，不再需要通过机械加工操作来产生近净成形的激冷，并且将该激冷放入到在模具本体中形成的空腔中。相反，本文所述的模具、模具本体和方法使用填充有诸如金属珠、陶瓷珠或特种砂等激冷材料的预成型的袋状物或激冷空腔，其为典型的激冷场所提供的理想的热性能。这允许模具本体设计3d打印激冷空腔并且在铸造表面与激冷空腔之间创建激冷壁或沙子的屏障。此外，这最小化了对于激冷块的库存的需求，并且可以允许成本和人员的减少。
参照图1，示例性模具10具有包围模具10的整个外表面的外部表面20，并且包括第一和第二模具本体100、200。尽管为了简单起见模具10被示出为具有两个模具本体，但是应该理解的是，模具10可以具有用于特定浇铸应用所需的任何数量的模具本体。
第一模具本体100可以使用任何期望的制造技术来制造，并且可以是通过上述3d砂型打印技术制造的砂模本体或3d打印砂模本体。从图2-图4中可以看出，第一模具本体100具有在第一模具本体100中形成的模具空腔105，以产生铸件外表面的至少一部分，并且可以包括突出部140，突出部140可以容纳在第二模具本体200的凹槽240内，以在铸造过程期间将第一模具本体100和第二模具本体200对准。如图3所示，激冷空腔110也可以形成在第一模具本体100中并与模具空腔105相邻。激冷空腔110通过激冷壁115与模具空腔105间隔开，使得激冷空腔110与模具空腔105之间的激冷壁115的区域提供了集成的激冷区域。激冷壁115的厚度可以基于考虑到各种因素的特定的设计和应用来确定，诸如用于第一模具本体100的材料的热导率、激冷材料130的热导率、所使用的铸造材料、所期望的激冷效果等。
激冷材料130设置在激冷空腔110中，并且为了提供期望的激冷效果，激冷材料130具有比用于第一模具本体100的材料的热导率大的热导率，以抽吸通过激冷壁115的热量并在激冷区域冷却铸件。激冷材料130充当散热器以抽吸通过激冷壁115并进入激冷材料130的热量，这将类似于普通激冷地在局部区域中产生快速冷却效果。可以用于激冷材料130的材料的一些示例是金属珠(诸如球轴承)、锆英砂、铬铁矿砂、陶瓷珠、橄榄石砂、其他特种砂或提供所需导热性能的任何其它材料。
为了提供用激冷材料130填充激冷空腔110的方式，填充通道120可以形成在，该填充通道120与激冷空腔110和第一模具本体100的外部表面125连通。如在下文中更详细地讨论的那样，标识符300也可以被结合到第一模具本体100中并邻近每个相应的填充通道120，其可以被用于识别要在每个激冷空腔中使用的特定的激冷材料130。
在铸造过程期间，可能需要将由于升高的温度而在激冷空腔中产生的膨胀气体排出。在例如激冷空腔110的特定的激冷空腔不能通过填充通道排出的情况下，可以在第一模具本体100中形成泄放通道135，该泄放通道135具有与激冷空腔110连通的第一端和与模具10的外部表面20连通的第二端以将激冷空腔110泄放到大气中。
如图4所示，如果在第一模具本体100中需要额外的激冷区域，则第二激冷空腔145也可以形成在第一模具本体100中，邻近模具空腔105并与激冷空腔110间隔开。第二激冷空腔145通过第二冷却壁150与模具空腔105间隔开，使得第二激冷空腔145与模具空腔105之间的第二激冷壁150的区域提供第二集成的激冷区域。第二激冷壁150的厚度可以基于考虑到各种因素的特定的设计和应用来确定，例如用于第一模具本体100的材料的导热率、第二激冷材料160的导热率、使用的铸造材料、期望的冷却效果等。
第二激冷材料160设置在第二激冷空腔145中，并且为了提供期望的激冷效果，第二激冷材料160具有大于用于第一模具本体100的材料的热导率的热导率，以抽吸通过第二冷却壁150的热量并冷却激冷区域中的铸件。第二激冷材料160充当散热器以抽吸通过第二激冷壁150并且进入第二激冷材料160的热量，这将类似于普通激冷地在局部区域中产生快速冷却效果。可以用于第二种激冷材料160的材料的一些示例是金属珠(诸如球轴承)、锆英砂、铬铁矿砂、陶瓷珠、橄榄石砂、其他特种砂、或提供所需导热性能的任何其它材料。虽然第二激冷材料160可以与激冷材料130相同，但是第二激冷材料160可以与激冷材料130不同，以向由第二激冷壁150限定的第二集成的激冷区域提供不同于提供给由激冷壁115限定的集成的激冷区域的激冷效果的激冷效果。
为了提供用第二激冷材料160填充第二激冷空腔145的方式，第二填充通道155可以形成在第一模具本体100中，第二填充通道155与第二激冷空腔145以及与第一模具本体100的外部表面125连通。
在该特定示例中，由于第二激冷空腔145不能通过第二填充通道155被泄放，所以泄放通道在第一模具本体100中也可以形成第二泄放通道165，其具有与第二激冷空腔145连通的第一端和与模具10的外部表面20连通的第二端以将第二激冷空腔145泄放到大气中。
第二模具本体200也可以使用任何期望的制造技术来制造，并且可以是通过上述3d砂型打印技术制造的砂模本体或3d打印砂模本体。如图5所示，第二模具本体200还具有在第二模具本体200中形成的模具空腔205，以产生铸件的外表面的至少一部分，并且可包括凹槽240，凹槽240可容纳第一模具本体100中的突出部140以在铸造过程期间将第一模具本体100和第二模具本体200对准。激冷空腔210也形成在第二模具本体200中并邻近模具空腔205。激冷空腔210通过激冷壁215与模具空腔205间隔开，使得激冷空腔210与模具空腔205之间的冷却壁215的区域提供集成的激冷区域。激冷壁215的厚度可以基于考虑各种因素的特定的设计和应用来确定，诸如用于第二模具本体200的材料的热导率、激冷材料230的热导率、使用的铸造材料、所期望的激冷效果等。
激冷材料230被设置在激冷空腔210中，并且为了提供期望的激冷效果，激冷材料230具有比用于第二模具本体200的材料的热导率大的热导率，以便抽吸通过冷却壁215的热量，并冷却在激冷区域的铸件。激冷材料230充当散热器以抽吸通过激冷壁215并且进入激冷材料230的热量，这将类似于普通激冷地在局部区域中产生快速冷却效果。可用于激冷材料230的材料的一些示例是金属珠(诸如球轴承)、锆英砂、铬铁矿砂、陶瓷珠、橄榄石砂、特种砂或提供所需导热性能的任何其它材料。尽管激冷材料230可以与激冷材料130和/或第二激冷材料160相同，但是激冷材料230可以与激冷材料130和/或第二激冷材料160不同，以提供不同的激冷效果给由激冷壁215限定的集成的激冷区域。
为了提供用激冷材料230填充激冷空腔210的方式，在第二模具本体200中可以形成填充通道220，该填充通道220与激冷空腔210连通并且与第二模具本体200的外部表面225连通，外部表面225在所示的示例中也是模具10的外部表面20的一部分。如下面更详细地讨论的，标识符300也可以被结合到第二模具本体200中并邻近填充通道220，标识符300可以用于识别特定的激冷材料230。在所示的示例中，由于填充通道220与模具10的外部表面20连通，因此填充通道220可用于将激冷空腔210泄放到大气中，并且不需要单独的泄放通道。类似地，也可以在第二模具本体200中形成浇口250，该浇口250与模具空腔205连通并且与第二模具本体200的外部表面225连通，外部表面225在所示的示例中也是模具10的外部表面20的一部分，以提供在铸造过程中熔融材料能够注入模具10中的开口。
图6示出了另一个示例性模具30，其具有包围模具30的完整的外表面的外部表面40并包括第一和第二模具本体400、500。此外，尽管为了简单起见模具30被示为具有两个模具本体，但应该理解的是，模具30可以具有用于特定铸造应用所需的任何数量的模具本体。另外，模具30和模具本体400、500可以使用任何期望的制造技术来制造，并且可以是通过上述3d砂型打印技术制造的砂模本体或3d打印砂模本体。然而，图6所示的示例可能更适合传统的砂模制造技术。
如图6所示，第一模具本体400具有形成在第一模具本体400中的模具空腔405，以产生铸件的外表面的至少一部分，并且可以包括突出部430，突出部430可以容纳在第二模具本体500中的凹槽520内，以在铸造过程期间将模具本体400和第二模具本体500对准。也可以在第一模具本体400中在邻近模具空腔405处形成激冷空腔410，并且激冷空腔410位于模具30的分模线附近并且与第一模具本体400的外部表面420连通。激冷空腔410通过激冷壁415与模具空腔405间隔开，使得激冷空腔410与模具空腔405之间的激冷壁415的区域提供集成的激冷区域。激冷壁415的厚度可以基于考虑各种因素的特定的设计和应用来确定，诸如用于第一模具本体400的材料的热导率、激冷材料425的热导率、使用的铸造材料、所期望的激冷效果等。
激冷材料425被设置在激冷空腔410中，并且为了提供期望的激冷效果，激冷材料425具有大于用于第一模具本体400的材料的热导率以抽取通过冷却壁415的热量并且冷却激冷区域中的铸件。激冷材料425充当散热器以抽取通过激冷壁415并进入激冷材料425的热量，这将类似于普通激冷地在局部区域中产生快速冷却效果。可以用于冷却材料425的材料的一些示例是金属珠(诸如球轴承)、锆英砂、铬铁矿砂、陶瓷珠、橄榄石砂、其他特种砂或提供所期望的导热性能的任何其它材料。
第二模具本体500也具有形成在第二模具本体500中的模具空腔505，以产生铸件的外表面的至少一部分，并且可包括凹槽520，所述凹槽可容纳第一模具本体400中的突出部430以在铸造过程期间将第一模具本体400和第二模具本体500对准。
为了提供填充第一模具本体400中的激冷空腔410的方式，可以在第二模具本体500中形成填充通道510，填充通道510在模具30被关闭时与激冷空腔410连通并且与第二模具本体500的外部表面515连通，外部表面515在所示的示例中也是模具30的外部表面40的一部分。填充通道510也可以是逐渐变细的以允许模具抽出。在所示的示例中，因为填充通道510与模具30的外部表面40连通，所以填充通道510可用于将激冷空腔410泄放到大气，并且不需要单独的泄放通道。类似地，也可以在第二模具本体500中形成浇口525，浇口525与模具空腔505连通并且与第二模具本体500的外部表面515连通，以提供熔融材料可以在铸造过程期间被浇注到模具30中的开口。如下面更详细地讨论的那样，标识符也可以结合在第二模具本体500中并邻近填充通道510，该标识符可以用于识别要在激冷空腔410中使用的特定的激冷材料425。
使用上述集成的激冷的模具也可以作为模具套件提供。例如，可以提供包含上述的第一和第二模具本体100和200以及各种激冷材料(例如上述的激冷材料130、160、230)包装的模具套件，以通过填充通道120、155、220来填充激冷空腔110、145、210。第一和第二模具本体100、200可以包括邻近填充通道120、155、210的标识符300，以识别哪种激冷材料130、160、230进入了哪个填充通道120、155、220，并且模具套件可以包括关于要使用哪种激冷材料以及每个激冷空腔填充多少的说明。标识符300可以是任何可识别的文本或符号，并且可以以各种方式被结合到第一和第二模具本体100、200中或结合在第一和第二模具本体100、200上，诸如直接在模具本体中形成或蚀刻标识符300，直接在模具本体上打印标识符300，在粘附到模具本体的标签上打印标识符300等。
尽管已经参照旨在仅仅是说明性的而不是限制本发明的具体示例描述了本发明，但是对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对所公开的实施例进行改变、添加或删除。