[实用新型]消除金属铸件中近表面气孔和表面拉伤缺陷的系统

说明书

技术领域

本实用新型总体上涉及金属铸造领域，更为具体地，涉及消除金属铸件中近表面气孔和表面拉伤缺陷的系统。 

背景技术

由轻型金属(例如铝)制成的复杂的铸件通常面临多个与热量相关的挑战，会对其质量造成不良影响。这些挑战中的两个为表面拉伤(surface tear)和近表面气孔(近表面空隙，near-surface porosity)。这些铸造挑战与从铸造材料转移至其模具表面的热流率和总热量有关。 

表面拉伤通常会在模具(例如钢)与熔融铸件接触的表面的温度增加时发生。增高的温度导致模具与熔融铸件接触的表面化学分解。在铸件凝固之后，模具表面的一部分会与固体铸件粘结在一起。此粘结使得铸件难以脱出，其会由于脱出力而导致表面拉伤。 

铸件中的气孔或空隙是由于金属收缩而产生的。例如，铝铸件在熔融状态的收缩率为5％，在固态的收缩率为5％。熔融状态和固态之间(即凝固过程期间)铝发生收缩，形成气孔空隙。这些空隙在最后凝固的区域内成型。 

在复杂铸件中，一些铸件区域可能比其它铸件区域厚，而这些区域最后凝固。另外，为了在铝铸件中成型孔，最常使用“中心销”(固体圆柱形模具部件)。围绕这些中心销灌注或注射熔融铝并随后凝固。总体上，中心销吸收大量来自周围铸件的热量但无法散发此热量，使这些模具元件成为模具中最热的区域。与中心销接触的铝铸件最后凝固，导致近表面空隙。这些空隙通常在从机器移除铸件外表面之后暴露出来。 

为了避免表面拉伤，应当从所选择的铸件横截面较大区域吸取大量热量。类似地，为了避免近表面气孔空隙，应当在凝固期间得到较高的吸热速度。通过从铸件吸取较多热量，最后凝固的区域可更深入铸件内，使得任何潜在的收缩气孔能够在铸件内更深处成型。 

为了克服这些机械缺陷，过去利用了多种方法。在一个这种方法中， 铸造者使用红外热探测器识别模具中的温度最高点，并在这些区域上直接喷水。尽管该方法立刻降低了模具温度，其可能对金属伤害很大。这种较大的温度波动(水的环境温度为大约40F，热钢的温度为大约800F)导致热应力，其随着时间会发展为热疲劳，相当大地降低模具寿命。 

另一种常用方法为将水位设置于距离模具表面四分之三英寸处。此距离确保模具与水的接触面处的热波动不会太高。然而，水无法以此距离高效导热，导致模具冷却效率较低。第三种方法在模具处于最高热负荷时迫使小水流穿过模具。随后，空气回路将水吹走。水吸收热量后立刻蒸发，该热蒸汽被吸出模具，使模具相对较冷。该方法成功地用于小型廉价模具或中心销，但其无法用于复杂的昂贵铸造模具。 

因此，需要一种高效冷却铸件和压铸模(包括中心销)并保持中心销表面的温度相对较低以避免近表面气孔及表面拉伤的装置及方法。 

发明内容

根据本实用新型的一个方面，公开了一种用于消除金属铸件中近表面气孔和表面拉伤缺陷的系统，包含：具有中心销的铸造模具；引导入铸造模具用于铸造的熔融金属；熔合至中心销内部从熔融金属和铸造模具吸热的铜杆。 

根据本实用新型的一个实施例，铜杆通过银焊料熔合至中心销。 

根据本实用新型的一个实施例，铜杆通过硬钎焊熔合至中心销。 

根据本实用新型的一个实施例，金属铸件由铝、铝合金、镁合金、或锌合金中的至少一种制成。 

根据本实用新型的一个实施例，铸造模具由钢、合金钢、或铁中的至少一种制成。 

根据本实用新型的一个实施例，铜杆的一端延伸出中心销。 

根据本实用新型的一个实施例，铜杆延伸出中心销的一端包括一个或多个圆柱形散热片。 

根据本实用新型的一个实施例，铜杆延伸出中心销的一端连接至空气冷却回路、氮气冷却回路、或水冷回路中的至少一种。 

根据本实用新型的另一个方面，公开了一种用于消除金属铸件中近表面气孔和表面拉伤缺陷的系统，该系统包含：熔合至易于产生表面拉伤和近表面气孔的模具较热区域以通过所述模具从所述金属铸件吸热的带有 高导热性的材料。 

本实用新型的一个实施例描述了用于从铸造模具高效吸取热量的装置。该装置由导热性非常高的材料(例如铜或银)制成，且将此材料熔合至易发生近表面气孔或表面拉伤的铸造模具较热(或较厚)区域。高导热性使得该装置能够从铸件和模具迅速吸取热量，并允许铸件的较厚部分更快地凝固。该装置还包括冷却回路，其将热量从该装置传递至铸造模具外部。