CN105081276A - 低压铸造装置和用于运行低压铸造装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压铸造装置(10)，包括一铸模(11)，能通过少一铸造槽(12)借助过压气体把铸造原料注入该铸模中。在铸造槽(1中和/或在铸造槽(12)上布置有至少一冷却模块(20)，借助该冷却模能这样冷却在铸造槽(12)中流动的铸造原料，使得该铸造原料凝固并封闭铸造槽(12)，和/或在铸造槽(12)中布置有至少一止回阀(22)借助该止回阀在气体压力下降时能机械地封闭铸造槽(12)。通过该低铸造装置(10)能够以高质量制造薄壁形式的部件(40、44)。

Description

低压铸造装置和用于运行低压铸造装置的方法

技术领域

本发明涉及一种低压铸造装置和用于运行低压铸造装置的方法，其中所述低压铸造装置包括至少一铸模，能通过一铸造槽/横浇道(Gieβlauf)借助过压气体把铸造原料注入该铸模中。本发明还涉及一种在使用这种铸造装置的条件下所制成的铸件。

背景技术

由GM9015025.2已知一种用于熔化和浇铸罐的封闭塞。该封闭塞包括封闭体和固定在其上的导杆，其中该封闭塞具有空间重量，它能够使封闭塞悬浮在熔液上面。该封闭塞设计为球体并且导杆连接在球体的浸入到熔液中的部位上。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种相对于现有技术改进的低压铸造装置和一种用于运行低压铸造装置的方法。本发明的目的还在于，提供一种铸件、尤其是废气涡轮增压器壳体，它能够在使用这种装置以及这种方法的条件下制成。

该目的按照本发明在低压铸造装置方面通过在权利要求1中给出的特征、在方法方面通过在权利要求5中给出的特征以及在铸件方面通过在权利要求10中给出的特征得以实现。

本发明的有利改进方案是从属权利要求的内容。

按照本发明的低压铸造装置包括至少一铸模，能通过一铸造槽借助过压气体把铸造原料注入该铸模中。在铸造槽中布置有至少一冷却模块，借助该冷却模块能这样冷却在铸造槽中流动的铸造原料，使得该铸造原料凝固并且封闭铸造槽，和/或在铸造槽中布置有至少一止回阀，借助该止回阀在气体压力下降时能机械地封闭铸造槽。

借助按照本发明的低压铸造装置能够以特别有利的方式在完成铸模填充以后降低压力，而熔液不会从铸模中流出并流回到铸造槽中。由此能够以有利的方式反作用于重力地缩短由于铸模填充的铸造过程所需的过程时间：因为只要所述铸造槽通过冷却模块或者止回阀封闭，就不再会有液态的铸造原料从铸模流回。所述铸模也可以与低压铸造设备脱离，并且所述铸造设备直接用于填充另一铸模。通过这种方式能够减少非生产性的辅助时间并且相对成本有利地制造铸件、例如钢铸件。

在以铸造工艺制造金属部件时由于收缩、即熔液体积减小，尤其是在熔液快速凝固时一般存在形成所谓的缩孔/气孔的隐患。为了接纳由缩孔体积缺陷所引起的多余熔液并且为了减少缩孔数量，所述铸模包括所谓的供料器，它们在铸件凝固以后被移除。为了进一步减少形成缩孔的隐患，有利的是，在铸模注入孔和/或供料器的区域中在注入液态的铸造原料之前布置放热反应的材料或者放热反应的材料混合物、例如所谓的缩孔粉；通过这种方式可以降低铸造原料的凝固速度并由此延长凝固时间。

有利地把所述放热反应的材料或者放热反应的材料混合物布置在一容器中，该容器在与液态的铸造原料接触时这样损坏，从而把放热反应的材料或者放热反应的材料混合物与原料熔液一起运输到至少一供料器中和/或所述铸模中。在容器中提供放热反应的材料或者材料混合物能够实现放热反应的材料或者材料混合物在注入孔部位的工艺可靠的定位和量控。通过这种方式可以显著提高供料器效率。在使用这种容器时可以使材料或者材料混合物以保持相同的且确定给定的量和浓度布置在注入孔部位，由此使工艺具有非常微小的制造带宽和误差概率。可以明显减少在要产生的铸件中形成非金属的夹杂物。也明显提高供料效率，由此同样可以实现至少减少在铸件里面的收缩缺陷、即非金属的夹杂物。由此还能够减小供料器的体积，但是不失去供料效率。

在使用按照本发明的低压铸造装置和按照本发明的方法的条件下，可以通过成本有利的方式以短的过程时间、高的质量和薄的壁厚制造铸件。通过这种方式例如可以制造薄壁形式的铸件，尤其是废气涡轮增压器壳体，它们至少在优选直到至少20％的部分区域中具有1mm至3.5mm的壁厚。

由于壁厚减小可以减少在制造这种废气涡轮增压器壳体时的材料使用量，这导致明显的重量减轻。因此例如以这种方式制造的用于4缸发动机的废气涡轮增压器壳体比以传统工艺加工的相应的废气涡轮增压器壳体轻30％以上。此外通过减小壁厚也减少在汽车中为了布置废气涡轮增压器壳体所需的结构空间。

利用低压铸造方法来制造所述废气涡轮增压器壳体，由此与重力铸造方法相比有利地降低所制造的废气涡轮增压器壳体的废品率。例如通过按照本发明的方法以低于10％的废品率与在相应的重力铸造的情况下典型的大于15％的废品率相比显著降低。

附图说明

借助于附图详细解释本发明的实施例。

附图示出：

图1按照本发明的低压铸造装置的示意透视图，具有布置在铸造槽上的冷却模块；

图2按照本发明的低压铸造装置的示意透视图，具有布置在铸造槽中的止回阀；

图3在图1或图2的低压铸造装置中制造的铸件的示意透视图。

相互对应的部分在附图中配有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示出按照本发明的低压铸造装置10。低压铸造装置10包括至少一铸模11，其未详细示出的模腔这样构成，使这个模腔对应于要制造的铸件40——例如(在图3中示意性示出的)废气涡轮增压器壳体44——的形状。低压铸造装置10在按照图1和2的实施例中还包括两个铸造槽12和例如一个熔炉13。

低压铸造指的是一种方法，其中把铸造原料、例如铝或钢借助铸造槽12——也称为提升管——从下方、即反作用于重力地从熔炉13顶压到铸模11的模腔中。在此，铸模11例如可以是冷铸模、砂模或者细铸模。

在此优选地按照气体压力原理促使铸造原料反作用于重力向上运动。

在此规定，在浇铸过程以后、即在填充铸模11的模腔以后封闭铸造槽12，用于防止铸造原料从铸模11流出。

如上所述，在按照图1的实施例中低压铸造装置10包括两个铸造槽12，通过该铸造槽把铸造原料借助于过压气体顶压到铸模11中。例如在中部沿着铸造槽12的纵向伸展使各铸造槽12的横截面在部段24中扩大。优选地在这个横截面扩大的部段24上布置冷却模块20。

冷却模块20这样布置在各铸造槽12上，使它形状锁合地紧贴在铸造槽12上，尤其材料结合、形状锁合和/或力锁合地固定在铸造槽上。在此冷却模块20这样固定在铸造槽12上，使这个铸造槽例如不完全被冷却模块20包围。例如露出铸造槽12的顶面部段25。在此尤其按照各铸造槽12的几何形状调整冷却模块20的几何形状。

冷却模块20本身例如由型砂、金属和/或陶瓷制成，其中其它材料也可能是适合的。

冷却模块20用于，使在铸造槽12中、尤其通过横截面扩大部段24流动的铸造原料在填充模腔以后、即结束浇铸过程以后冷却。为此使铸造原料的热量通过铸造槽12的扩大的横截面输送到冷却模块20并且从冷却模块向外排出。通过冷却铸造原料使其凝固，由此封闭相应的铸造槽12并因此使铸造原料不会从铸模11流回到铸造槽12中。

在低压铸造装置10的一特别有利的扩展结构中，可以在冷却模块20上、例如在冷却模块20的底面21上布置冷却装置、例如以冷铁(未示出)的形式，由此加速热量传输。在此以特别有利的方式使冷却模块20的底面21的面积对应于冷却装置的面对底面21的冷却面积。

也能够在铸模11内部、尤其在铸模11与铸造槽12之间的相交位置上布置例如带有冷却装置的另一冷却模块20，该冷却模块尤其优选根据需要接通和断开。

此外能够使冷却模块20的冷却面弧形地构成，它直接紧贴在铸造槽12上，即布置在这个铸造槽上，由此在流体技术方面优化铸造原料的冷却。

图2示出按照本发明的低压铸造装置10’的另一可能的实施例。

在按照图2的实施例中，为了封闭透明地表示的铸造槽12，在每个铸造槽中布置球体23形式的止回阀22。在此特别有利地这样选择球体23的几何形状以及铸造槽12的几何形状，使得在铸造槽12中存在过压气体时球体23不会沿铸模11的流动方向27封闭铸造槽12。例如为此设有未示出的截止部件，它不会对铸造原料沿流动方向27的流动产生不利影响。

球体23作为止回阀22尤其布置在例如熔炉13与铸模11之间的铸造槽12的约一半处。铸造槽12尤其在球体23的部位中具有空隙形式的空间26，该空间向着每一侧、即流动方向27和相反的方向逐渐变细。在这个空间26中布置球体23作为止回阀22。

球体23例如由金属、陶瓷和/或其它适合的材料制成。

如果低压铸造装置10’的气体压力尤其在填充模腔以后下降，则球体23与铸造原料的流动方向27相反地在空间26内部顶压铸造槽12的开孔28，其中球体23的至少一个部位封闭开孔28并因此封闭铸造槽12并且使铸造原料不会从铸模11流回到铸造槽12中。球体23例如这样封闭铸造槽12的开孔28，使得在空间26中、在铸造槽12中以及在铸模11的模腔中还存在过压气体。

利用按照本发明的低压铸造装置10、10’能够以特别有利的方式在填充铸模11以后降低气体压力，而不会使铸造原料从铸模11流出，由此可以缩短浇铸过程的过程时间。即，铸模11可以离开低压铸造装置10、10’，而铸造原料不会从铸模11流出来。低压铸造装置10、10’与另一布置在其上的铸模例如可以被立即用于制造另一铸件。

图3以透视图示出废气涡轮增压器壳体44作为铸件40的示例，它在使用图1或2的低压铸造装置10”的条件下制造出来。废气涡轮增压器壳体44由铸钢制成并且至少局部地具有1mm至3.5mm的壁厚43。

为了在浇铸过程期间形成废气涡轮增压器壳体44的内部空腔42，以有利的方式使用将被丢弃的铸芯(verlorenerKern)，该铸芯以所谓的冷芯盒法制造。在冷芯盒法中型砂(大多时候是石英砂)与粘合剂以及固化剂混合并且冷硬化，接着作为铸芯布置在铸模中。在使用冷芯盒法制造铸芯的条件下能以特别有利的方式精确地形成铸件40的内腔42。

用于制造废气涡轮增压器壳体44的低压铸造方法规定，最精确地控制钢熔液和/或其它铸造原料的压力、温度和/或模具填充速度。通过控制模具填充速度尤其可以实现层流式的模具填充。这意味着，钢熔液沿主流动方向挤压到铸模中并由此在模腔中不产生涡流和/或横流。通过这种层流式的模具填充能以高的原料质量制造废气涡轮增压器壳体44。

此外有利的是，在保护气体氛围下执行用于制造废气涡轮增压器壳体44的低压铸造方法。

所述的低压铸造方法能够提高在制造废气涡轮增压器壳体44时的经济性。此外本方法能够实现过程安全地在铸件40上形成薄壁结构，由此能够在制造时减少原料使用、尤其成本昂贵的耐高温的原料使用。通过在制造废气涡轮增压器壳体44时减少原料使用能实现废气涡轮增压器壳体44的轻量化设计以及与此相关的重量减轻。与利用重力方法制造相比，在使用所述低压铸造方法时在制造废气涡轮增压器壳体44时可以明显降低废品率。

为了抑制在铸造过程期间在铸件40中形成缩孔，铸模11有利地配有供料器50，该供料器通到铸造工具的顶面55。在图2的透视图中用虚线表示两个供料器50。为了减少在待生产的铸件中形成的缩孔，与原料熔液共同地将放热反应的材料或者放热反应的材料混合物、例如所谓的缩孔粉加入到供料器50中。为此在供料器50的注入孔51的部位中布置有容器53，该容器被填充以粉末状的放热反应的材料或者材料混合物。

容器53例如可以是袋状的或者设计成袋子并且完全遮盖供料器50的注入孔51。在此，容器53与在其中含有的材料或材料混合物形成所谓的护垫(pad)。它们可以机械地填充、准确地称重并且防尘地封闭以及机械地(例如利用机械手)运输和库存。

容器53由一种材料、例如纸制成，它在与液态的铸造原料接触时至少部分地这样损坏，使得放热反应的材料或者放热反应的材料混合物与原料熔液一同运输到各供料器50中和/或铸模11中。以特别有利的方式这样设计该原料，使它在与原料熔液接触时无残余地熔解。通过这种方式在要生产的铸件40内部避免由原料引起的外来夹杂物。

根据供料器50和铸模11的容积、根据铸造原料的特性并且根据过程参数、例如温度和压力可变化地给定布置在各容器53中的材料或者材料混合物的量。

此外根据供料器50的容积、根据铸模11的容积、根据铸造原料的特性并且根据过程参数可变化地给定布置在各供料器50的注入孔51的部位中的容器53的数量。在所示实施例中每个供料器50设有唯一的容器53。

通过把材料或材料混合物添加到容器53中能够实现在各注入孔51上准确地给定材料或者材料混合物的量和浓度，并且可靠地保留材料或材料混合物在各注入孔51上直到容器53通过液态的铸造原料至少部分地损坏。容器53可以由经挤压的粉末状放热反应的材料或者材料混合物构成；材料或者材料混合物可以以粉末形式加入到这个经挤压的容器53中。这个实施例能够进一步减少加入杂质到要生产的铸件40中的隐患。

Claims (11)

1.一种低压铸造装置(10、10’、10”)，包括一铸模(11)，能通过至少一铸造槽(12)借助过压气体把铸造原料注入该铸模中，

其特征在于，

在铸造槽(12)中和/或在铸造槽(12)上布置有至少一冷却模块(20)，借助该冷却模块能这样冷却在铸造槽(12)中流动的铸造原料，使得该铸造原料凝固并且封闭铸造槽(12)，和/或在铸造槽(12)中布置有至少一止回阀(22)，借助该止回阀在气体压力下降时能机械地封闭铸造槽(12)。

2.根据权利要求1所述的低压铸造装置，

其特征在于，

所述冷却模块(20)由金属、型砂和/或陶瓷制成。

3.根据权利要求1或2所述的低压铸造装置，

其特征在于，

在所述冷却模块(20)上布置有冷却装置。

4.根据权利要求3所述的低压铸造装置，

其特征在于，

所述冷却装置是冷铁。

5.一种用于借助低压铸造技术制造铸件的方法，其中通过铸造槽(12)借助过压气体把铸造原料注入铸模(11)中，

其特征在于，

借助至少一布置在铸造槽(12)中的冷却模块(20)这样冷却流动的铸造原料，使得该铸造原料凝固并且封闭铸造槽(12)，和/或在铸造槽(12)中布置至少一止回阀(22)，借助该止回阀在气体压力下降时机械地封闭铸造槽(12)。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，

在把原料熔液注入铸模(11)中之前，在铸模(11)的至少一供料器(50)的注入孔(51)的区域中布置放热反应的材料或者放热反应的材料混合物。

7.根据权利要求6所述的方法，

其特征在于，

把所述放热反应的材料或者放热反应的材料混合物布置在至少一容器(53)中，该容器在与熔融的铸造原料接触时至少部分地这样损坏，使得所述放热反应的材料或者放热反应的材料混合物与铸造原料一起运输到所述至少一供料器(50)中和/或所述铸模(11)中。

8.根据权利要求6或7所述的方法，

其特征在于，

使用一种粉末状的放热反应的材料或者一种粉末状的放热反应的材料混合物。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，

其特征在于，

把经冷硬化的将被丢弃的铸芯布置在铸模(11)中并且用铸造原料、尤其是钢熔液这样包封浇注该铸芯，使铸件(40)至少在部分区域中具有1mm至3.5mm的壁厚。

10.一种铸件(40)、尤其是废气涡轮增压器壳体(44)，其在低压铸造方法中至少在部分区域中以1mm至3.5mm的壁厚(43)的薄壁形式制成。

11.根据权利要求10所述的铸件(40)，

其特征在于，

所述铸件(40)由钢制成。