专利名称：铝合金构件在低压下去除泡沫塑料模型的成型方法
技术领域：
本发明涉及铝合金金属构件在低压下消除泡沫塑料模型的成型方法，是对1986年11月17日申请的法国专利2606688所述方法的改进。
本领域的技术人员，例如按照美国专利3157924的提示，已知把聚苯乙烯这样的有机物质的泡沫塑料模型用于金属成形，所述泡沫塑料模置于干砂构成的铸型中，干砂不含任何粘结剂。在工业生产上，这些泡沫塑料模型一般覆盖有一层耐高温材料，以提高铸件的质量。在这样一种方法中，预先溶化的铸造金属通过供料口和穿过砂型的一些凹槽浇入模中与模型接触，使该模型逐渐烧毁变成蒸汽从砂粒之间逸出，从而逐渐取代该模型，这就是所谓去除泡沫塑料模型的成形方法。
同传统的非永久性铸型造型方法相比，这种方法不必用粉末状耐高温材料烧结压紧而预制同型芯配合多少有点复杂的刚性铸型，可以很方便地回收铸件，也很容易使造型材料循环使用。
因此，这种方法比传统方法更简便经济。此外，这种方法对铸件的设计者设计所述铸件的形状提供了更大的自由度。这就是为什么从工业的观点来看这种方法越来越吸引人的缘故。但是，这种方法有一些缺陷，其中两个缺陷由冶金机理引起，即-固化比较缓慢，这会促使在所获得的铸件中形成由溶解于液态铝合金的氢所造成的气孔;
-热梯度比较小，尽管有冒口，这也会促使形成显微缩孔。
正是为了避免这样的缺陷，申请人在法国专利2606688中提出了一项发明，在填满料以后，在金属的固化部分超过40%的重量百分比以前，对铸型施加最大值为0.5到1.5MPa的均衡气压。
因此，按照本发明的方法包括去除泡沫塑料模成形的几个传统阶段，即-使用铸件的模型，该模型由覆盖着耐高温材料薄层的有机物质泡沫塑料构成;
-将所述的模型置于由无粘结剂的干砂形成的铸型中;
-用熔融状态的金属填满铸型以烧毁所述的模型，熔融金属是通过使模型与铸型外部有联系的供料口填入铸型中的;
-排放所述的模型在其燃烧期间所排出的蒸汽和废液;
-使熔融金属固化以获得铸件。
申请人已经改进的方法在于，当铸型完全填满料时，也就是说，当金属全部取代模型、大部分蒸汽已经排放掉时，就对铸型施加气压;将铸型置于可获得的压力并与压力气源相连通的封闭空间即可进行这道工序。
这道工序可以在填满料之后而金属还完全是液体时进行，也可以晚一些时候，在铸型里在固化过程中形成的固体枝晶部分不超过40%时进行，超过此值，压力就起不到什么作用了。
该发明中所施加的压力的最大值最好是0.5到1.5MPa。
在这种情况下，所获得的铸件的性能得到了改善，这种现象通过下述机理即可加以说明
-气孔压缩，在固化过程中，气孔的容积依绝对压力之比而缩小。因此，例如，当施加1、1MPa的绝对压力时(而先前这个压力是大气压，即0.1MPa)，这种缩小发生在比值为11左右之时;
-因压力之故，铸型进料较好，对仍为液体的冒口进料，迫使所述的液体通过在固化之初形成的枝晶晶格，这样，差不多就能消除显微缩孔。
但是，据某种情况下的观察，施加大于0.5MPa的相对压力，会出现称之为“海绵状缩孔”的特殊缺陷，下面予以说明如果铸造合金出现相当大的凝固范围，在铸件内部就会产生糊状区;此外，如果冒口到产生缩孔的部位的距离与铸件的厚度相比很大的话，糊状区会对铸造的金属进料造成大的压力损失，以致冒口本身在外来压力的作用起不到它的作用，也就是说，不能足够快地向所形成的缩孔供料。
因为凝固范围比较大，铸件的“表皮”(金属-砂子界面的部分)较长时间都很不坚固，通过对砂施加气体而施加的外在压力使该表皮朝铸件内部凹进，使枝晶间的一部分气体朝缩孔渗透，因而造成所谓“海绵状”缩孔，该缩孔同传统的缩孔一样，对获得良好的机械性能都是有害的。
因此，当要铸造具有较大凝固范围的铝合金铸件时，当所述的铸件的几何结构导致冒口到缩孔区又称临界区的距离与铸件的厚度相比比较大时，应进行检查，例如停止施加压力，以避免这些现象。
但是，放弃这种另一方面又会导致铸件质量有相当大的提高加压成形技术是很可惜的。
为此，申请人力图解决这个问题，已经发现，施加小于0.5MPa。的相对压力，可使气孔大为压缩，消除海绵状缩孔。
本发明同法国专利2606688一样，也包括金属件特别是铝合金件的去除泡沫塑料模的铸造方法，在这种方法中，把有机物质泡沫塑料制成的要获得的产品的模型置于干砂池构成的铸型中，干砂不含任何粘结剂，然后，用熔融金属填满铸模后，在金属的固化部分超过40%的重量百分比之前，对铸型施加均衡气压，但本发明的特征在于，主要用于铝合金件的铸造，凝固范围超过30℃，铝合金件的几何结构是这样的，冒口至临界区的长度与该长度上铸件平均厚度的一半之比R大于10，其特征还在于，所施加的相对压力为0.1至0.5MPa。
同样，本发明也包括将所述的基本方法应用于凝固范围比较大且其几何结构中R大于10，即最后的固化区域与冒口之间的距离L与该距离上铸件的平均厚度e相比比较大的铝合金件的铸造。
该比值实际上是L与冒口和临界区之间的那部分铸件的模数M之比，M值是铸造中使用的参数，平均相当于厚度的一半，即e/2，则(L/M)＝(L/(e/2))＝2L/e由该比值可确定不产生海绵状缩孔时所能施加的最大压力值，即该比值越高，所需的压力值越低。人们发现，对于0.5MPa的压力，这是法国专利2606688中使用的最小值，R接近10。因此，随着R值的进一步增大，所使用的压力值应小于0.5MPa，可到0.1MPa，在该压力值下，压力只有无关紧要的作用，因而可以停止施加压力。
本发明最好用于凝固范围大的合金，如铝-铜合金、铝-铜-镁合金、铝-锌-镁合金、铝-硅-铜-镁合金以及铝-硅-镁亚共晶合金，铝-硅-镁亚共晶合金中硅的含量最好小于或等于9%重量百分比。
现借助
本发明，其中图1是一块AS5U3G合金的显微示图(该合金中含有重量百分比为5%的硅、3%的铜、1%的镁，其余为铝)，其中R等于15，在成形过程中所施加的压力为1、1MPa。
图2是作用压力仅为0.30MPa时，上述合金块的显微示图。
借助于下述各实施例的说明，可更好地理解本发明。
现在已有用上述合金(AS5U3G)来生产内燃机缸盖的了。这类缸盖包括图3和图4所示的两种结构形式，其中分别包括飞边(1)或(4)、对应于临界区的护圈(2)或(5)、以及冒口(3)或(6)。
在这两种类型的缸盖中，已量出临界区的尺寸厚度为e′、宽度为1′;飞边的尺寸厚度为e、宽度为L，并已确定出L/e之比和R＝L/M之值。
每一种类型的缸盖均分为两组，对每组缸盖皆进行了铸造，或是在0.3MPa的相对压力下或是在1.1MPa的相对压力下进行的。
脱模以后，缸盖的状况就海绵状缩孔而言发生了变化。
其结果列于表1中。
经证明，在R＝7.6时，不论施加多大的压力，均无海绵状缩孔出现。
图3所示的缸盖可用传统的方法生产。
与之相反，对于图4所示的L/M之比为15.4的缸盖，当施加的压力为1.1MPa而非0.3MPa时，就会出现海绵状缩孔。因此，这类缸盖应采用本发明的方法加以成形，以便使用。
本发明尤其可应用于汽车发动机缸盖和所有需要有良好机械性能的构件的制造方面。
权利要求
1.金属构件尤其是铝合金构件的去除泡沫塑料模型的铸造方法，在该方法中，将有机物质泡沫塑料制成的要获得的产品模型置于由干砂池构成的铸型中，所述干砂不含任何粘结剂，然后，在用熔融金属填满铸型以后，在金属的固化部分超过40%重量百分比之前，对铸型施加均衡气压，其特征在于，该方法主要用于凝固范围超过30℃的且其几何结构中冒口至临界区的长度与该长度上构件的平均厚度的一半之比R大于10的铝合金构件的铸造，其特征还在于，所施加的相对压力为0.1至0.5MPa。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所施加的压力随着比值R的增大而减小。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，铝合金属于铝-铜合金、铝-铜-镁合金、铝-锌-镁合金、铝-硅-镁合金和铝-硅-铜-镁合金这类合金。
全文摘要
本发明涉及金属构件尤其是铝合金构件的去除泡沫塑料模型的铸造方法。
文档编号B22D18/00GK1057981SQ9110463
公开日1992年1月22日 申请日期1991年6月7日 优先权日1990年6月7日
发明者米歇尔·加拉德 申请人:皮奇尼铅公司