專利名稱：使鑄件材料特性最優(yōu)化的鑄造方法和模具設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄造，更具體地，涉及使鑄件材料特性最優(yōu)化的鑄造方法和模具設(shè)計(jì)，其中通過(guò)控制鑄件的冷卻速率來(lái)達(dá)到最優(yōu)化。
背景技術(shù)：
在鑄造過(guò)程中，在鑄件中的不同區(qū)域會(huì)出現(xiàn)材料特性的變化。在各種原因中，當(dāng)允許鑄件的不同區(qū)域以不同的速率冷卻，從而固化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)變化。由于鑄件各區(qū)域中的冷卻速度依賴于其幾何形狀，所以具有復(fù)雜幾何形狀的鑄件尤其易受這些變化的影響。例如，在局部表面積相對(duì)于體積的比值高的區(qū)域中，該區(qū)域冷卻得比較快。在局部表面積相對(duì)于體積的比值低的區(qū)域中，該區(qū)域冷卻得比較慢。這導(dǎo)致鑄件之中的材料特性從一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)區(qū)域變化顯著。
鑄件材料特性中的這種變化常常是不合需要的。這種變化會(huì)引起可加工性或其它處理方面的問(wèn)題。還會(huì)引起產(chǎn)品性能方面的問(wèn)題。
需要發(fā)展使鑄件材料特性最優(yōu)化的鑄造方法和模具設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
與本發(fā)明協(xié)調(diào)一致，公開(kāi)了一種用于使鑄件材料特性最優(yōu)化的鑄造方法和模具設(shè)計(jì)。
在一個(gè)實(shí)施例中，鑄造設(shè)備包括第一鑄模模型，用于形成在其中接收熔化材料的第一模腔；以及第二鑄模模型，位于所述第一鑄模模型的至少一部分的附近，所述第二鑄模模型形成用于在其中接收熔化材料的第二模腔，其中在所述第二模腔中的熔化材料控制在所述第一模腔的該部分中的熔化材料的冷卻速率。
在另一個(gè)實(shí)施例中，用于鑄造的模具包括模具，具有形成在其中并且適于接收熔化材料的第一模腔和第二模腔，所述第二模腔形成為至少與所述第一模腔的一部分相鄰；其中所述第二模腔中接收的熔化材料控制所述第一模腔中與所述第二模腔相鄰的該部分中接收的熔化材料的冷卻速率。
本發(fā)明還提供了一種控制鑄造過(guò)程中熔化材料冷卻速率的方法，包括下列步驟提供第一鑄模模型，用于形成接收熔化材料的第一模腔；提供第二鑄模模型，用于形成接收熔化材料的第二模腔；將所述第二鑄模模型定成與所述第一鑄模模型的至少一部分相鄰；將熔化材料注入所述第一模腔和所述第二模腔，其中所述第二模腔中的熔化材料控制在所述第一模腔的該部分中的熔化材料的冷卻速率。
本發(fā)明的設(shè)備和方法適用在鑄造過(guò)程中。該設(shè)備和方法尤其適用于發(fā)動(dòng)機(jī)組件的鑄造中，例如發(fā)動(dòng)機(jī)體、氣缸蓋和復(fù)雜變速器組件。


結(jié)合附圖，從下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)容易地理解本發(fā)明上述以及其它優(yōu)點(diǎn)，其中圖1為本領(lǐng)域中已知鑄造設(shè)備的俯視平面圖；圖2為在沿著使用圖1的現(xiàn)有鑄造設(shè)備制造的曲軸的三個(gè)點(diǎn)處所取的，溫度相對(duì)于時(shí)間的數(shù)據(jù)的曲線圖；圖3為使用圖1的現(xiàn)有鑄造設(shè)備制成的曲軸的俯視平面圖，并示出了沿曲軸長(zhǎng)度的布氏硬度變化；圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鑄造設(shè)備的俯視平面圖；圖5為圖4的鑄造設(shè)備的透視圖；圖6為在沿著使用圖4的鑄造設(shè)備制造的曲軸的三個(gè)點(diǎn)處所取的，溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線圖；圖7為使用圖4的鑄造設(shè)備制成的曲軸的俯視平面圖，并示出了沿曲軸長(zhǎng)度的布氏硬度變化；以及圖8為示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法的方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面的詳細(xì)說(shuō)明和附圖描述和示出了本發(fā)明的各種典型實(shí)施例。說(shuō)明書(shū)和附圖用來(lái)使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作和使用本發(fā)明，但不是以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在所公開(kāi)的方法方面，所示的步驟實(shí)際上是示意性的，因此，這些步驟的順序不是必需的或苛刻的。
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的鑄造設(shè)備10。鑄造設(shè)備10為在已知鑄造方法中用作模具(未示出)的鑄造模型，例如熔模鑄造法、砂型鑄造法、金屬型鑄造法和壓鑄鑄造法。鑄造設(shè)備10包括一對(duì)鑄模模型(mold pattern)12、澆口14和冒口16。
鑄模模型12包括凸緣18、主體部分12和桿22。鑄模模型12具有基本上類似于所需鑄造目標(biāo)的形狀。圖1示出了具有基本上類似于圖3中所示曲軸24的形狀的鑄模模型12。應(yīng)當(dāng)理解，鑄模模型12可具有任意所需鑄造目標(biāo)的形狀，例如發(fā)動(dòng)機(jī)體、氣缸蓋、復(fù)雜變速器組件等等。
澆口14在模具中形成管道(未示出)，該管道包括入口26，以提供與鑄模模型12和冒口16的流體連通。圖1示出了位于鑄造設(shè)備10底部附近的澆口14。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)需要，澆口14可為任意尺寸或形狀的，并且澆口14可位于鑄造設(shè)備10的其它區(qū)域內(nèi)。
冒口16適于形成容器(未示出)，該容器防止由于熔化材料(未示出)在其冷卻期間的收縮而在所需的鑄造目標(biāo)中形成空腔或氣孔。圖1示出了一對(duì)冒口16，其中各冒口16與各鑄模模型12連通。應(yīng)當(dāng)理解，只要能在冒口16中提供適量的熔化材料以防止在鑄造目標(biāo)中形成空腔或氣孔，就可使用任意形狀、尺寸、位置和數(shù)量的冒口。還應(yīng)當(dāng)理解，熔化材料可根據(jù)需要為任意的金屬或非金屬。
在使用中，鑄造設(shè)備10通過(guò)由澆口14的入口26形成的管道充滿熔化材料，其中鑄造設(shè)備10包括由鑄模模型12形成的空腔。例如，在砂型鑄造中，在砂模內(nèi)形成空腔和管道。熔化材料流過(guò)鑄造設(shè)備10，充滿鑄模模型12和冒口16。
一旦通過(guò)模型12形成的模腔充滿，就允許熔化材料冷卻。因?yàn)椴牧弦簯B(tài)時(shí)的密度低于固態(tài)時(shí)的密度，所以當(dāng)所需的鑄造目標(biāo)冷卻時(shí)，其占據(jù)的體積會(huì)減小。因此，有可能形成空腔或氣孔，通常在固化的最末點(diǎn)。冒口16通過(guò)向鑄模模型12提供額外的熔化材料防止在所需鑄造目標(biāo)中形成空腔或氣孔。因此，當(dāng)熔化材料固化和收縮時(shí)，所有形成的空腔或氣孔都這樣形成在冒口16中，而不是在所需的鑄造目標(biāo)中。一旦所需鑄造目標(biāo)已經(jīng)固化和充分冷卻，就打開(kāi)模具或從鑄造目標(biāo)移除模具。來(lái)自由澆口14和冒口16形成的空腔的硬化材料連接到所需鑄造目標(biāo)。使用本領(lǐng)域已知的方法從所需鑄造目標(biāo)去除來(lái)自澆口14和冒口16的硬化材料，然后將之拋棄或再使用。
圖2示出了對(duì)于從圖1的鑄造設(shè)備制造的鑄件，溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線27。曲線27包括溫度軸28(Y軸)、時(shí)間軸30(X軸)、凸緣線32、主體部分線34、桿線36、落砂(shakeout)線32和共析線40。
凸緣線22、主體部分線34和桿線36分別表示由位于凸緣18、主體部分20和桿22的熱電偶(未示出)測(cè)量的溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線。熱電偶在凝固、冷卻和落砂期間測(cè)量熔化材料的溫度。
落砂線38用曲線表示了當(dāng)從模具移走曲軸24時(shí)的時(shí)間段。所示的落砂線38位于一百(100)分鐘與一百一十(110)分鐘之間的時(shí)間處。應(yīng)當(dāng)理解，基于所需鑄造目標(biāo)的尺寸或形狀、用來(lái)制造所需鑄造目標(biāo)的材料的溫度范圍或其它類似的因素，落砂線38可表示任意所需的時(shí)間段。
共析線40用曲線表示發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的溫度。共析轉(zhuǎn)變發(fā)生在這樣的反應(yīng)中，其中，在冷卻時(shí)，一個(gè)固相等溫可逆地轉(zhuǎn)變成兩個(gè)緊密混合在一起的新固相。圖2示出了共析線40處于大致700攝氏度的溫度。應(yīng)當(dāng)理解，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的溫度會(huì)基于用來(lái)鑄造所需鑄造目標(biāo)的材料特性而變化。因此，共析線40可為其它溫度，這依賴于所使用的材料。應(yīng)當(dāng)理解，一些合金不會(huì)經(jīng)歷共析轉(zhuǎn)變，例如鋁合金；但是可根據(jù)需要控制其固化速率或凝固速率，以通過(guò)改變結(jié)晶粒度、晶枝間距或者合金的其它類似特征來(lái)影響合金的強(qiáng)度。
凸緣線32、主體部分線34和桿線36同時(shí)穿過(guò)落砂線38，然后所示的曲軸24的不同部分以不同的速率繼續(xù)冷卻。凸緣線32、主體部分線34和桿線36在不同時(shí)間穿過(guò)共析線40。凸緣線32在一百(100)分鐘與一百一十(110)分鐘之間的時(shí)間穿過(guò)共析線40，其在落砂時(shí)段之后。主體部分線34在六十(60)分鐘與七十(70)分鐘之間的時(shí)間穿過(guò)共析線40，其在落砂時(shí)段之前。桿線36在四十(40)分鐘與五十(50)分鐘之間的時(shí)間穿過(guò)共析線40，其也在落砂時(shí)段之前。應(yīng)當(dāng)理解，基于所需鑄造目標(biāo)的尺寸和形狀、用于制造所需鑄造目標(biāo)的材料的溫度范圍或特性、所用的鑄造方法或其它類似因素，凸緣線32、主體部分34和桿線36可在任意時(shí)間穿過(guò)共析線40。因?yàn)橥咕壘€32、主體部分34和桿線36對(duì)于曲軸24的不同部分示出了不同的冷卻速率，所以從曲軸24一個(gè)部分到另一個(gè)部分的材料特性是變化的。
圖3示出了使用本領(lǐng)域中已知的鑄造設(shè)備10形成的曲軸24的硬度分布。使用布氏硬度標(biāo)尺來(lái)示出曲軸24的不均勻硬度分布。通過(guò)硬度計(jì)壓頭的穿透刻度，布氏硬度標(biāo)尺表征材料的壓痕硬度。典型的測(cè)試使用10mm的鋼球作為硬度計(jì)壓頭，力的大小為3000kgf(29kN)。對(duì)于比較軟的材料，使用比較小的力；對(duì)于比較硬的材料，以碳化鎢球替代鋼球。使用下列公式計(jì)算硬度布氏硬度值 ，其中P為施加的力，D為硬度計(jì)壓頭的直徑，d為壓痕的直徑。應(yīng)當(dāng)理解，存在多種其它硬度測(cè)試可用來(lái)確定所需鑄造目標(biāo)的硬度分布。
曲軸24包括桿部分42、下主體部分44、上主體部分46和凸緣部分48。桿部分42和下主體部分44的BHN在141.0與220.03之間。上主體部分46與凸緣部分48的BHN在273.0與326.0之間。由BHN表示的硬度差是桿部分42和下主體部分44的冷卻速率與上主體部分46和凸緣部分48的冷卻速率不同的結(jié)果。如上所述，所需鑄造目標(biāo)從一個(gè)區(qū)域至另一個(gè)區(qū)域的冷卻速率差導(dǎo)致不同的共析轉(zhuǎn)變速率。不同的共析轉(zhuǎn)變速率導(dǎo)致所需鑄造目標(biāo)從其一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)區(qū)域具有不同的材料特性。
圖4和圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鑄造設(shè)備。鑄造設(shè)備60為用于模具(未示出)的鑄造模型，其可用在任何已知的鑄造方法中，例如熔模鑄造法、砂型鑄造法、金屬型鑄造法和壓鑄鑄造法。鑄造設(shè)備60包括一對(duì)第一鑄模模型62、第二鑄模模型64、澆口66和冒口68。應(yīng)當(dāng)理解，可根據(jù)需要使用更多或更少的鑄模模型62、64。
第一鑄模模型62包括凸緣70、主體部分72和桿74。第一鑄模模型62適于在模具中形成模腔(未示出)，其與由澆口66和冒口68形成的模腔(未示出)流體連通。第一鑄模模型62具有基本上類似于所需鑄造目標(biāo)的形狀。在所示實(shí)施例中，第一鑄模模型62具有基本上類似于曲軸76的形狀，如圖7中所示。應(yīng)當(dāng)理解，第一鑄模模型62可具有任何所需鑄造目標(biāo)的形狀，例如發(fā)動(dòng)機(jī)體、氣缸蓋、復(fù)雜變速器組件等等。
在所示實(shí)施例中，第二鑄模模型64包括內(nèi)壁78和外壁80。第二鑄模模型64適于形成模腔(未示出)，其與作為由澆口66和冒口68形成的模腔一部分的管道(未示出)流體連通。第二鑄模模型64的內(nèi)壁78和外壁80構(gòu)造成圍繞第一鑄模模型62的桿74的外形的二維形狀。這里使用的術(shù)語(yǔ)“圍繞”意味著第二鑄模模型64的內(nèi)壁78和外壁80至少部分地環(huán)繞并緊靠第一鑄模模型62，但并不實(shí)際接觸第一鑄模模型62。應(yīng)當(dāng)理解，第二鑄模模型64的內(nèi)壁78可為任意所需的形狀或結(jié)構(gòu)，例如第一鑄模模型62的特定部分的形狀，或者任意的幾何形狀。還應(yīng)當(dāng)理解，內(nèi)壁可三維地圍繞第一鑄模模型62的特定部分。外壁80可根據(jù)需要為任意形狀或結(jié)構(gòu)。第二鑄模模型62還可具有基本上類似于另一個(gè)所需鑄造目標(biāo)的形狀。還應(yīng)當(dāng)理解，第二鑄模模型64可根據(jù)需要距第一鑄模模型62任意距離。第二鑄模模型64的精確結(jié)構(gòu)和位置依賴于第一鑄模模型62的尺寸、形狀和表面積，以及充滿由第一鑄模模型62形成的模腔的熔化材料的所需冷卻速率等等。如圖所示，第二鑄模模型64位于第一鑄模模型62的桿74的附近。應(yīng)當(dāng)理解，第二鑄模模型64可根據(jù)需要位于第一鑄模模型62任意部分的附近，例如凸緣70、主體部分72，或者位于第一鑄模模型62各部分的任意組合的附近。
澆口66形成管道，該管道包括入口82，以提供與第一鑄模模型62、第二鑄模模型64和冒口68的流體連通。在所示實(shí)施例中，澆口66位于鑄造設(shè)備60底部的附近。應(yīng)當(dāng)理解，澆口66可為本領(lǐng)域所知的任何澆口。根據(jù)需要澆口66可為任意尺寸或形狀，并且澆口66可位于鑄造設(shè)備上的任意位置。
冒口68適于形成容器(未示出)，該容器防止由于熔化材料(未示出)在其冷卻期間的收縮而在所需的鑄造目標(biāo)中形成空腔或氣孔。圖4和圖5示出了一對(duì)冒口68，其中各冒口68與各第一鑄模模型62連通。應(yīng)當(dāng)理解，只要能在冒口68中提供適量的熔化材料以防止在鑄造目標(biāo)中形成空腔或氣孔，就可使用任意形狀、尺寸、位置和數(shù)量的冒口68。還應(yīng)當(dāng)理解，熔化材料可根據(jù)需要為任意的金屬或非金屬。
在使用中，鑄造設(shè)備60通過(guò)由澆口66的入口82形成的管道充滿熔化材料，其中鑄造設(shè)備66包括由第一鑄模模型62和第二鑄模模型64形成的模腔。熔化材料流過(guò)鑄造設(shè)備60，充滿由第一鑄模模型62、第二鑄模模型64和冒口68形成的模腔。
一旦充滿模腔，就允許鑄造設(shè)備60和所需的鑄造目標(biāo)冷卻。因?yàn)椴牧弦簯B(tài)時(shí)的密度低于固態(tài)時(shí)的密度，所以當(dāng)所需的鑄造目標(biāo)冷卻時(shí)，其占據(jù)的體積會(huì)減小。因此，有可能形成空腔或氣孔，通常在固化的最末點(diǎn)。冒口68通過(guò)向由第一鑄模模型62形成的模腔提供額外的熔化材料防止在所需鑄造目標(biāo)中形成空腔或氣孔。因此，當(dāng)熔化材料固化和收縮時(shí)，形成的所有空腔或氣孔都形成在冒口68中，而不是在所需的鑄造目標(biāo)中。通過(guò)從由第二鑄模模型64形成的模腔中熔化材料輻射的熱量，來(lái)控制在由第二鑄模模型64形成的模腔附近的鑄造目標(biāo)的部分的冷卻速率。如果在與第二鑄模模型64形成的模腔相鄰的第一鑄模模型62形成的模腔中形成的鑄造目標(biāo)部分正常地冷卻比鑄目標(biāo)的其它部分快，那么通過(guò)輻射熱量降低了第一鑄模模型62形成的空腔中形成的鑄造目標(biāo)的冷卻速率。應(yīng)當(dāng)理解，可使用多個(gè)鑄模模型來(lái)控制第一鑄模模型62的冷卻速率，而不脫離本發(fā)明范圍。
一旦所需鑄造目標(biāo)已經(jīng)固化和充分冷卻，就打開(kāi)模具并取出所需鑄造目標(biāo)。來(lái)自由澆口66、冒口68和第二鑄模模型64形成的模腔或管道的硬化材料被連接到所需鑄造目標(biāo)。使用本領(lǐng)域已知的方法從所需鑄造目標(biāo)去除硬化材料，然后將之拋棄或再使用。
圖6示出了對(duì)于鑄造設(shè)備60制造的鑄件，溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線83。曲線83包括溫度軸84(y軸)、時(shí)間軸86(x軸)、凸緣線88、主體部分線90、桿線92、落砂線94和共析線96。
凸緣線88、主體部分線90和桿線92分別表示由位于凸緣70、主體部分72和桿74處的熱電偶(未示出)測(cè)量的溫度相對(duì)于時(shí)間的測(cè)量值曲線。熱電偶在凝固、冷卻和落砂期間測(cè)量熔化材料的溫度。
落砂線94用曲線表示了當(dāng)從模具移走曲軸76時(shí)的時(shí)間段。為舉例說(shuō)明，所示的落砂線94位于一百(100)分鐘與一百一十(110)分鐘之間的時(shí)間處。應(yīng)當(dāng)理解，基于所需鑄造目標(biāo)的尺寸或形狀、用來(lái)制造所需鑄造目標(biāo)的材料的溫度范圍或其它類似的因素，落砂線94可表示任意所需的時(shí)間段。
共析線96用曲線表示發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的溫度。共析轉(zhuǎn)變發(fā)生在這樣的反應(yīng)中，其中，在冷卻時(shí)，一個(gè)固相等溫可逆地轉(zhuǎn)變成兩個(gè)緊密混合在一起的新固相。圖6示出了共析線96處于大致700攝氏度的溫度。應(yīng)當(dāng)理解，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的溫度會(huì)基于用來(lái)鑄造所需鑄造目標(biāo)的材料特性而變化。因此，共析線96可為其它溫度，這依賴于所使用的材料。應(yīng)當(dāng)理解，一些合金不會(huì)經(jīng)歷共析轉(zhuǎn)變，例如鋁合金；但是可根據(jù)需要控制其固化速率或凝固速率，以通過(guò)改變結(jié)晶粒度、晶枝間距或者合金的其它類似特征來(lái)影響合金的強(qiáng)度。
凸緣線88、主體部分線90和桿線92具有基本上相似的冷卻速度，并且基本同時(shí)穿過(guò)落砂線94。因?yàn)橥咕壘€88、主體部分線90和桿線92具有基本上相似的冷卻速率，所以凸緣線88、主體部分線90和桿線92以基本上相同的速率和時(shí)間穿過(guò)共析線96。在所示實(shí)施例中，凸緣線88、主體部分線90和桿線92都以相同的速率，在一百零五(105)分鐘與一百一十(110)分鐘之間的時(shí)間穿過(guò)共析線96，這在落砂時(shí)段之后。由于基本上相似的冷卻速率和基本上相似的共析轉(zhuǎn)變速率，所以鑄件之中從一個(gè)部分到另一個(gè)部分的材料特性基本上相同。應(yīng)當(dāng)理解，基于所需鑄造目標(biāo)的尺寸和形狀、用于制造所需鑄造目標(biāo)的材料的溫度或特性、所用的鑄造方法或其它類似因素，凸緣線88、主體部分線90和桿線92可在其它時(shí)間穿過(guò)共析線96。
圖7示出了使用鑄造設(shè)備60形成的曲軸76的硬度分布。使用布氏硬度標(biāo)尺來(lái)示出曲軸76的不均勻硬度分布。應(yīng)當(dāng)理解，還可使用許多其它硬度測(cè)試來(lái)確定所需鑄造目標(biāo)的硬度分布。
所示曲軸76包括桿部分98、下主體部分100、上主體部分102和凸緣部分104。在所示實(shí)施例中，桿部分98、下主體部分100、上主體部分102和凸緣部分102都具有在273.0與326.0之間的BHN。該數(shù)據(jù)僅是用于示出一致的材料特性的舉例說(shuō)明目的，而不是限制本發(fā)明的范圍。由于桿部分98、下主體部分100、上主體部分102和凸緣部分102以基本上相同的速率冷卻，所以硬度基本上一致。如上所述，所需鑄造目標(biāo)從一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)區(qū)域的冷卻速率的基本相似導(dǎo)致共析轉(zhuǎn)變的相似時(shí)間。共析轉(zhuǎn)變的相似速率使所需鑄造目標(biāo)具有從所需鑄目標(biāo)的一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)區(qū)域的基本上相似的材料特性。
圖8用曲線示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例控制第一模腔中熔化材料冷卻速率的方法110。任何已知的鑄造方法都可使用方法110，例如熔模鑄造法、砂型鑄造法、金屬型鑄造法和壓鑄鑄造法。
在第一步驟112中，形成適于接收熔化材料的第一模腔。根據(jù)將制造的所需鑄造目標(biāo)所需，第一模腔可為任意的尺寸或形狀。第一模腔可為曲軸、發(fā)動(dòng)機(jī)體、氣缸蓋、復(fù)雜變速器組件等的尺寸或形狀。
在第二步驟114中，形成適于接收熔化材料的第二模腔。第二模腔可構(gòu)造成圍繞第一模腔一部分的二維外形。應(yīng)當(dāng)理解，第二模腔可為所需的任意的形狀或結(jié)構(gòu)，例如第一模腔的特定部分的形狀，或者任意的幾何形狀。還應(yīng)當(dāng)理解，第二模腔可三維地圍繞第一膜腔的特定部分。第二模腔可根據(jù)需要為任意的形狀或結(jié)構(gòu)。第二模腔還可具有基本上類似于另一個(gè)所需鑄造目標(biāo)的形狀。還應(yīng)當(dāng)理解，第二模腔可根據(jù)需要距第一模腔任意距離。第二模腔的精確結(jié)構(gòu)和位置依賴于第一模腔的尺寸、形狀和表面積，以及第一模腔中熔化材料所需的冷卻速率。
在第三步驟116中，將第二模腔定位在第一模腔一部分的附近。應(yīng)當(dāng)理解，第二模腔可位于第一模腔一側(cè)、兩側(cè)的附近，或者完全環(huán)繞第一模腔的該部分。
在第四步驟118中，將熔化材料注入第一模腔和第二模腔，其中從第二模腔輻射的熱量控制第一模腔該部分內(nèi)熔化材料的冷卻速率?？煽刂频谝荒Ｇ粌?nèi)熔化材料中與第二模腔相鄰的部分的冷卻速率，使得與第二模腔相鄰的該部分以與第一模腔中熔化材料的其余部分基本上相似的速率冷卻。可選擇地，可控制第一模腔內(nèi)熔化材料中與第二模腔相鄰的該部分的冷卻速率，使得與第二模腔相鄰的該部分以比第一模腔中熔化材料的其余部分慢的速率冷卻。
從前面的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地確定本發(fā)明的實(shí)質(zhì)特征，并且在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對(duì)本發(fā)明作出各種變化和修改，以適于各種應(yīng)用和情形。
權(quán)利要求
1.一種鑄造設(shè)備(60)，包括第一鑄模模型(62)，用于形成在其中接收熔化材料的第一模腔；以及第二鑄模模型(64)，位于所述第一鑄模模型(62)的至少一部分的附近，所述第二鑄模模型(64)形成用于在其中接收熔化材料的第二模腔，其中在所述第二模腔中的熔化材料控制在所述第一模腔的該部分中的熔化材料的冷卻速率。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一鑄模模型(62)和所述第二鑄模模型(64)為用于砂型鑄造法的模型。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(60)，其中所述第一鑄模模型(62)和所述第二鑄模模型(64)為用于壓鑄鑄造法的模型。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(60)，其中所述第一鑄模模型(62)和所述第二鑄模模型(64)為用于熔模鑄造法的模型。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(60)，其中所述第一鑄模模型(62)和所述第二鑄模模型(64)為用于金屬型鑄造法的模型。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(60)，其中所述第二鑄模模型(64)至少與所述第一鑄模模型(62)的一側(cè)相鄰。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(60)，其中所述第二鑄模模型(64)與所述第一鑄模模型(62)的兩側(cè)相鄰。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(60)，其中所述第二鑄模模型(64)與所述第一鑄模模型(62)的三側(cè)相鄰。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(60)，其中所述第二鑄模模型(64)至少環(huán)繞所述第一鑄模模型(62)的一部分。
10.一種用于鑄造的模具(60)，包括模具(62，64)，具有形成在其中并且適于接收熔化材料的第一模腔和第二模腔，所述第二模腔形成為至少與所述第一模腔的一部分相鄰；其中所述第二模腔中接收的熔化材料控制所述第一模腔中與所述第二模腔相鄰的該部分中接收的熔化材料的冷卻速率。
11.如權(quán)利要求10所述的模具(60)，其中所述模具(62，64)為砂型鑄造模具。
12.如權(quán)利要求10所述的模具(60)，其中所述模具(62，64)為壓鑄鑄造模具。
13.如權(quán)利要求10所述的模具(60)，其中所述模具(62，64)為熔模鑄造模具。
14.如權(quán)利要求10所述的模具(60)，其中所述模具(62，64)為金屬型鑄造模具。
15.如權(quán)利要求10所述的模具(60)，其中所述第二模腔與所述第一模腔的一側(cè)相鄰。
16.如權(quán)利要求10所述的模具(60)，其中所述第二模腔與所述第一模腔的兩側(cè)相鄰。
17.如權(quán)利要求10所述的模具(60)，其中所述第二模腔與所述第一模腔的三側(cè)相鄰。
18.如權(quán)利要求10所述的模具(60)，其中所述第二模腔至少環(huán)繞所述第一模腔的一部分。
19.一種控制鑄造過(guò)程中熔化材料冷卻速率的方法(110)，包括下列步驟提供第一鑄模模型(62)，用于形成接收熔化材料的第一模腔(112)；提供第二鑄模模型(64)，用于形成接收熔化材料的第二模腔(114)；將所述第二鑄模模型(64)定位成與所述第一鑄模模型(62)的至少一部分相鄰(116)；和將熔化材料注入所述第一模腔和所述第二模腔，其中所述第二模腔中的熔化材料控制在所述第一模腔的該部分中的熔化材料的冷卻速率(118)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法(110)，其中所述第二鑄模模型(64)定位為與所述第一鑄模模型(62)的至少一側(cè)相鄰。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于使鑄件材料特性最優(yōu)化的鑄造方法和模具設(shè)計(jì)，其中通過(guò)控制鑄件的冷卻速率以提供整個(gè)鑄件的所需材料特性，從而達(dá)到最優(yōu)化。
文檔編號(hào)B22C9/04GK101066553SQ20071010237
公開(kāi)日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月1日
發(fā)明者I·M·漢納, B·J·麥克洛里 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司