CN104703725B - 通过浇铸制造用于制造工件的盐芯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过浇铸制造用于制造工件的芯的方法，特别是用于形成内燃机的活塞或活塞部件中的冷却管道的环形芯，其中所述芯通过将用作浇铸材料的熔融的盐以高流速和有限的压力置于与要制造的芯相对应的模具根据模具的腔中来浇铸，其中，选择所述盐熔体和模具部件的流速和温度，使得所述盐熔体只有在所述腔完全被充满时才开始固化，并且将压力限定为使所述模具部件的形变保持低于公差值的最大值。

Description

通过浇铸制造用于制造工件的盐芯的方法

技术领域

本发明涉及通过浇铸制造用于制造工件的芯的方法，特别是用于形成内燃机活塞或活塞部件的冷却导管，该芯通过浇铸制造。

背景技术

无论它们的制造方法如何，内燃机活塞在活塞头的边缘附近必须具有冷却导管，当内燃机在运行中时，油可从发动机的曲柄空间注入该冷却导管，以防止热过载。在本文中，在待通过浇铸制造的活塞或者活塞部件中，形成具有环平面的环形导管形式的冷却导管是特别理想的，该环平面与活塞头平行，然后油可经由进料通道和排放通道流经冷却导管，该进料通道和排放通道向内燃机的曲柄空间开口。

当通过浇铸制造时，然后要求具有冷却导管的活塞或活塞部件，适宜的环形芯。在浇铸领域中，使用盐材料用于制造芯是众所周知的，该盐材料可相对容易地用例如水或弱酸从成品工件中洗出。

EP 0700454B1描述了一种用于制造多晶盐主体的方法，其中首先通过使起始材料在坩埚中熔融而产生盐熔体，该坩埚相对于盐熔体是惰性的。然后，将盐熔体引入浇铸模具，该浇铸模具的底部保持在低于盐熔体固化温度的1～50℃的温度，使得在底部形成固体盐硬皮。此后，浇铸模具被保持在低于盐熔体固化点的温度，直至后者被完全固化成多晶盐主体，该多晶盐主体随后被冷却。以此方式，特别可产生大量的多晶盐主体。

DE 102008004929A1公开了，为了制造用于浇铸目的的盐芯，使用水溶性盐的混合物，向该混合物添加粘结剂，该粘结剂含有与无机组分结合的蛋白质。这是要确保制得的盐芯相对于要被浇铸的金属具有高耐久性，并且只允许液体金属有限渗入。

DE 102009015984A1中描述了另一种制造用于金属浇铸方法的盐芯的方法。此时，提供为以压铸工艺制造盐芯，其中提供用于制造盐芯的盐熔体利用压铸机压入相联的模口中。为了确保盐芯能容易地脱模，压铸机的暴露在盐熔体中的表面区域可涂覆有润滑剂，该润滑剂可包含金属溴化物和/或石墨。盐熔体优选由氯化钠和/或氯化钾和/或碳酸钾构成。

EP 2 425 910 A1描述了关于通过浇铸制造用于制造内燃机缸体等的盐芯。在该文献中，首先制备盐熔体，该盐熔体随后被引入温度为0.52至0.7T_m的模具，其中T_m为盐熔体的熔融温度，以凯氏度数测定。然后使盐熔体在模具中固化，使得在脱模后，获得理想的盐芯。

DE 102008028197A1公开了在具有槽结构的浇铸活塞中设置冷却导管，以及由此合适的由盐压制芯。然而，用该方法能实现的表面质量不令人满意。

上文提供的所有方法均有以下事实：制得的盐芯相对致密，由此具有相比芯的体积小的芯表面积，使得热量从盐熔体流入相应的模具相对较慢。

然而，为了允许最佳的散热，冷却导管应具有表面积相比截面积的大小相对较大的壁，特别地，具有非常细长的椭圆形截面的缝隙式冷却导管是理想的。这具有以下结果：通过浇铸制造这种冷却导管所需的芯不得不具有非常开放式工作的薄壁结构。

可预期具有如下的芯，该芯具有平滑的周侧，以允许冷却导管具有相应的平滑壁和低的流动阻力。然而，或者还能预期具有预定不平整表面结构的盐芯。该方法的优点在于以下事实：利用例如具有限定粗糙度、具有高精确度的槽或其他表面结构的浇铸盐芯可易于提供冷却导管，该结构对于冷却导管的性能以及将热量从活塞传输至冷却剂非常重要。在压制的盐芯的情况下，该类型的粗表面只能用普遍的再加工来产生，并且难以精确地再现。

这就是本发明的切入点。

发明内容

本发明具有以下目的：提供一种制造用于形成活塞和活塞部件中的冷却导管的芯的方法，该芯通过浇铸制造，其中，一方面，要确保所述芯能易于从成品工件上移除，另一方面，确保了形成芯时的高精度。

根据本发明，利用权利要求1中所述的方法实现了上述目的。有利的实施方式形成从属权利要求的主题。

本发明利用了盐熔体非常适于通过浇铸制造开放式工作的工件的知识。另一方面，本发明考虑了以下认知：压铸方法(其本身非常适于制造非常精密的工件)在大的工件方面是有问题的，因为模具工具具有不可避免的柔性，特别是体积弹性，由此厚壁模具工具(应足以抵抗考虑到它们的厚壁的压力)导致相对于要制造工件的设计尺寸的偏差增大。这在本文中通过限制将盐熔体引入模具工具的腔中的压力而易于防止。另一方面，如本发明所提供的，引入腔期间盐熔体的高流速确保了腔完全被充满，即使根据本发明的芯具有明显的细长椭圆形截面且横向椭圆形方向尺寸非常小的圆环形，同时实现了以下优点：从盐熔体至模具工具中的快速散热可称为可能，这对制造芯的短循环时间是理想的。

对于本发明的优选特征，参见权利要求书和以下附图说明，借助于此，更详细地解释了本发明的特别优选的构造。

不仅要求保护所呈现的或示出的特征的组合，原则上还保护所示出或呈现的各个特征的任意组合。

附图说明

附图中：

图1:示意性局部示出了浇铸活塞，包括已利用根据本发明的盐芯产生的冷却导管。

图2:是根据本发明的芯的透视图，包括底注式浇口；

图3:是根据本发明的芯的透视图，包括切向浇口；

图4:是根据本发明的芯的透视图，包括扇形浇口。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的活塞10的第一示例性实施方式。活塞10具有活塞头11和与活塞头11轴向接合的活塞轴12。活塞头11具有燃烧凹部13、周向火带(fire land)14和具有用于接纳活塞环的环形槽(未示出)的周向环部15。在该示例性实施方式中，活塞10是由任何合适的金属材料制成的一体式浇铸活塞。然而，本发明还涵盖了具有活塞头和活塞轴的两部件式活塞，其中至少活塞头是用任何合适的金属材料浇铸的。

周向冷却导管16设置在活塞头11中，与环部15齐平。冷却导管16具有细长的椭圆形截面，该截面的长轴相对于活塞轴线是倾斜的，这使得特别能有效冷却包括燃烧凹部13的径向外部区域的活塞头。冷却导管16还以本身已知的方式在如从活塞10的轴向可见的下壁区域中包括用于冷却剂的进料导管和排放导管(未示出)。

图2至图4中示出的芯20,30,40形成为漏斗状环，其中漏斗壁具有特别细长的椭圆形的形式的横截面。通常，细长的椭圆形的较小的直径为2mm的数量级，而较大的直径具有该值十倍的数量级。这些说明不是作为限制，而仅仅是为了清楚表明椭圆形截面的两个直径可具有完全不同的值。该环的直径可具有50mm至200mm的数量级。漏斗状芯通常与活塞头的形状配合，该活塞头具有图1中示出的燃烧凹部13，并且相对于该活塞头所设置的冷却导管基本同中心地布置。在燃烧凹部比图1中示出的平的情况下，冷却导管16的漏斗壁可具有相应地配合的开放角。

有利地，将闭合的环用作芯，如利用图2至图4中的实例所示。借助于活塞中的基本旋转对称的结构和同中心的配置，以此方式形成的冷却导管允许活塞头在其圆周上基本均匀的冷却。然而，还可利用通常在周向具有短间断的非闭合的芯，在这些非闭合的芯之间，以后将是冷却导管的入口和出口。或者，还能利用两个或更多个非连续的芯，由此在活塞中形成分离的冷却导管。

为了产生所示出的芯20,30,40，优选利用多部件模具(未示出)，其模具部件在它们之间界定出于芯的形状对应的腔。该腔填充有盐熔体，该盐熔体基本由氯化钠(NaCl)组成，为了降低熔融温度，例如可将其他氯化物或碳酸盐，例如钾的氯化物或碳酸盐与其混合。理想的盐混合物是以下盐混合物，其熔融温度为600℃的数量级。在100m/s数量级的高流速下，经由与扇形浇口相比具有较大截面的扇形配置、切向浇口或轴向底部浇口中的进料管线，将这种类型的熔体引入模具的腔中，其中进料压力被限定为100巴以下的值，通常为约70巴。因为成型工具的材料不可避免地具有体积弹性，限定进料压力是必需的，使得在极其高的进料压力下，将不得不考虑要形成的环形芯的各个设计状态的或多或少的明显偏差，其中，已经令人惊奇地发现随着模具工具的壁厚增大，与设计形状的尺寸偏差也增大。

在本文中，形成浇口的导管可在单个的模具工具中形成，只要在这种几何设计下仍能脱模。或者，供应熔体的导管在两个模具工具之间的界面处形成。

作为示例性实施方式，图2示出了底部浇口，其中熔体基本以轴向引入模具的腔，平行于该轴向将是活塞轴线的位置。

相比而言，作为另一示例性实施方式，图3示出了切向浇口，其中熔体基本以切线方向进入模具的腔，通过导管，其细长的椭圆形截面大约对应于随后的芯的椭圆形截面。这种配置要求在进入期间没有明显的熔体分出，由此使得进入更容易，在约100m/s的流速情况下，并且快速均匀地填充周向的腔。

图4示出了具有扇形浇口的另一示例性实施方式，其中熔体通过具有细长椭圆形截面的导管以大致径向的方向引入腔中。在本文中，椭圆形截面的长轴垂直于活塞轴线取向，并且增大了径向向内朝向活塞轴线的长度。

优选在浇铸活塞之前去除成品芯上的突起部21,31,41，该突起部源自浇口，并具有浇口的形状。然而，在某些情况下，它们可以整体或部分保持。具体地，在图2示出的底部浇口的情况下，当浇铸活塞时，芯20的轴向突起部21可形成用于容纳油喷射或用于油离开冷却导管16的导管，并可完全或部分替代设置用于上述目的并将在以后产生的孔。此外，突起部21可有利于在浇铸活塞时将芯20的活塞固定在浇铸模具上。这种类型的底部浇口证明是有利的，例如在周向它们各自的端部处，打断的芯或多部件的芯的情况下。

当盐熔体被引入模具的腔中，模具工具处于起始温度，其具有低于盐熔体的温度约300℃的数量级，使得在已经填充了模具之后，相应的盐熔体快速冷却至模具工具的温度，考虑了要制备的芯的大的周向表面，并固化。利用根据本发明提供的盐熔体的高流速，当将熔体引入模具的腔中时，可靠地避免了过早固化。

附图标记列表

10 活塞

11 活塞头

12 活塞轴

13 燃烧凹部

14 火带

15 环部

16 冷却导管

20 芯

21 突出部

30 芯

31 突出部

40 芯

41 突出部

Claims (10)

1.一种通过浇铸制造用于制造工件的芯(20,30,40)的方法，所述芯(20,30,40)用于形成内燃机活塞(10)或活塞部件中的冷却管道(16)的环形芯，所述芯将通过浇铸制造，其中，具有明显的细长椭圆形截面的圆环形芯(20,30,40)通过浇铸制造，因为用作浇铸材料的盐熔体以高流速和低压引入至模具工具装置的腔中，所述腔与芯或要制造的芯相对应，其中设定所述盐熔体和模具部件的流速和温度，使得所述盐熔体只有在所述腔完全被充满时才开始固化，并且将压力限定为使所述模具部件的形变保持低于公差值的最大值；

其中，所述盐熔体流速具有100m/s的数量级；当所述盐熔体被引入模具的腔中，模具工具处于起始温度，其具有低于所述盐熔体的温度300℃的数量级；

在100巴以下的压力下将所述盐熔体引入所述模具工具装置中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盐熔体的温度为高于熔融温度的至多10％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，在特征在于，在引入所述盐熔体之前，所述模具工具装置的模具部件被升温至低于盐材料的熔融温度的150～300℃的温度。

4.根据权利要求1或2所述的方法，在特征在于，所述细长的椭圆形截面的较小的直径具有2mm的数量级。

5.根据权利要求1或2所述的方法，在特征在于，制得漏斗状圆环形状。

6.根据权利要求1或2所述的方法，在特征在于，所述盐熔体通过以扇形设置的进料管线引入所述模具工具装置的腔中。

7.根据权利要求1或2所述的方法，在特征在于，将所述盐熔体基本正切地引入所述腔中。

8.根据权利要求1或2所述的方法，在特征在于，所述盐熔体通过轴向设置的进料管线引入所述腔中。

9.根据权利要求1或2所述的方法，在特征在于，使用基本由氯化钠组成的盐熔体。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使用包含氯化钾和碳酸钾添加剂的盐熔体。