CN106029253A - 用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱的设备 - Google Patents
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Abstract
已知用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其具有带有模制件(12、14、16、18)的外部铸模(10)、配料炉(28)和至少一个浇道(30)，模制件(12、14、16、18)在装配状态下构成以铸造技术形成气缸曲轴箱(22)的外轮廓的模空腔(20)，配料炉(28)包含液态金属，至少一个浇道(30)布置在模空腔(20)的测地学的下方并且通过至少一个浇道(30)能将配料炉(28)与模空腔(20)流体连接。但通过已知设备制造的气缸曲轴箱通常在螺栓冒口或气缸盖的区域内没有足够的强度。因此建议，每个浇道(30)与浇口衬套(34)连接，浇口衬套(34)突伸入形成气缸曲轴箱(22)的气缸室(24)的模空腔(20)区域。这改善了填充并且能够给气缸曲轴箱的大质量区段再供料。
Description
本发明涉及一种用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱的设备，其具有带有模制件的外部铸模、配料炉和至少一个浇道，模制件在装配状态下形成铸造成气缸曲轴箱的外轮廓的模空腔，配料炉包含液态金属，至少一个浇道布置在模空腔的测地学下方，通过至少一个浇道能将配料炉与模空腔流体连通。
带有V-形或相互成列布置的轻质金属合金构成的气缸列的内燃机通常借助低压-冷铸方法或以重力铸造方法制造。一般在具有位于上部的气缸和位于下部的轴承座的立式曲轴箱中进行填充。附加地已知，气缸曲轴箱在铸造时卧置，浇道侧向布置，以便可以冷却轴承座和气缸壁用于改善组织结构，例如在DE 10 2006 030 129 A1中所描述的。
在竖立状态下铸造时，熔液的凝固或者从气缸盖侧向曲轴腔进行或从曲轴腔向气缸盖侧进行，视从哪里将熔液引入铸模空腔而定。在此，气缸盖或轴承座凝固起来比各其它区域更慢，这导致在较慢凝固区域中形成具有更小强度的更粗的组织结构。此外，由于浇道的布置和由此必要的工具温度形成比较长的凝固路线，以确保正确的填充铸模，而不会形成收缩孔。在设计时还存在的难点是，通过数量和复杂性在现代内燃机中增加的位于内部的芯在铸造时不完全掐断给料路线。
为了可以通过短的凝固时间确保尽可能好的轴承座强度，因此建议，在使用低压方法时从下方填充气缸曲轴箱，其中，气缸盖布置在下方，轴承座布置在上方区域内。因此在EP 1 498 197 A1中建议，将V-内燃机的曲轴箱竖直浇铸在气缸盖上并且从下方，即气缸侧引入熔液。为了防止收缩孔使用给料器，该给料器布置在形成气缸曲轴箱的空腔的外部。熔液通过沿轴承座的方向上升的运动在冷却状态下接近低共熔温度地到达轴承座的区域中，在该区域因此获得较高的冷却速度和由此产生的具有小的枝晶臂间距的细组织结构。但不可实现在气缸盖上的快速凝固。在螺栓冒口的区域内的强度也不够，因为由于该区域较差的供料会形成收缩孔。
此外，从DE 10 2011 056 985 A1中已知一种用于带有V-形布置的气缸的内燃机的低压铸造方法，其中，将铸造位置选择为，使得气缸向下指向浇道。浇铸分别发生在彼此面对的气缸侧。气缸可以通过水冷铸型冷却，因此既可以在轴承座区域中也可以在气缸壁上实现小的枝晶臂间距。然而，气缸曲轴箱的体积大的部分尤其通过冷却时的收缩过程用熔液的供给并不够，从而实现不了在该区域内或螺栓冒口的区域内足够大的强度。
相应产生的问题是，没有已知这样的方法，其中在轴承座和气缸工作面的区域内在隔片区域上的较小枝晶臂间距和高强度均可以通过避免在螺栓冒口区域内的收缩孔而实现。
因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱的设备，通过所述设备能够在轴承座区域和气缸隔片区域和螺栓冒口以及气缸盖的区域中实现最佳的组织结构特性。
所述技术问题通过一种具有独立权利要求的特征的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱的设备解决。
因为每个浇道与突伸入形成气缸曲轴箱的气缸室的模空腔区域的浇口衬套连接，实现了在大质量区段的区域如轴承座和螺栓冒口中的定向凝固，从而在这些区域中通过小的枝晶臂间距产生较高的强度值。同时，这些区域在凝固时也可以通过直接连接到浇铸管而通过所述浇铸管被再供料，由此避免了在冷却时由于收缩形成的收缩孔。
有利地，浇口衬套设计成免拆的浇口衬套，该免拆的浇口衬套在浇铸之后从曲轴箱侧挤出。在此，免拆的浇口衬套由纤维材料、陶瓷材料、铸模材料或由这些材料的组合而制成。因此获得浇口衬套简单且成本低廉的制造。
在本发明的一种特别有利的设计方案中，浇口衬套具有圆柱形通道，多个通道以一个角度从圆柱形通道延伸出并且通过限定浇口衬套的侧壁。通过所述多个通道进行连接，进行定向填充和向气缸曲轴箱的大质量区段给料，其中，实现了高的强度值。
在所述多个通道设计成垂直于圆柱形通道延伸的横向通道时获得特别简单的制造。
在此，所述多个通道优选布置成，使得通道指向气缸曲轴箱的大质量浇铸区域的方向，由此优化了这些区域的再供料。
在特别有利的设计方案中，所述多个通道指向螺栓冒口的方向和/或主油通道和/或主轴颈(主支承位置)与气缸曲轴箱的气缸室之间的连接区段的方向，因此在这些区域内形成定向填充和再供料并且制成具有小枝晶臂间距的气缸曲轴箱。
优选地，浇口衬套布置在限定气缸盖的模制件上，它们的侧壁至少部分地用作用于形成气缸室的限制壁。因此，基于浇铸位置可以简单精确地设置浇口衬套。
备选地，浇口衬套固定于伸入气缸室的定位或者说固定模制件中，该固定模制件至少部分地用于形成气缸室的限制壁。因此简化了浇口衬套的安放并且以较高的精确度和良好的持久度实现了浇口衬套的安放。
在此特别有利的是，水冷铸型(Kühlkokillen)至少突伸入每个气缸室的区域内，它们靠近气缸盖布置或者布置在隔片上。以这种方式可以附加地在这些强度重要的区域内实现熔液定向的快速凝固并且因此实现具有高强度的精细组织结构。这些水冷铸型也可以作为冷却铁固定在浇口衬套中并且与之一起插入模具中。
在备选的设计方案中，固定模制件设计成水冷铸型，所述水冷铸型固定浇铸管。通过该设计方案实现了浇铸管特别简单的连接。
另一个改进方案是，气缸盖侧的模制件由钢制成并且可在硬模铸造中冷却。因此也可以在气缸盖上通过短的熔液冷却时间实现定向凝固，由此获得具有较高强度的细组织结构。
在一个优选的实施形式中，固定模制件分别具有四个轴向延伸的臂，所述臂形成在圆周上中断的圆柱体，其中，臂均匀地分布在圆周上。在这样设计的固定模制件中，浇口衬套可以简单且可靠地固定。附加地可以简单地制造主体。
为了可以简单地进行浇口衬套的脱模并且通过臂进行良好的冷却，在臂的位于径向内部的区域中设有绝缘插件，该绝缘插件具有与各臂之间的中断部对应的开口，通过该开口实现模具的填充。
优选地，中断部相对于螺栓冒口呈对角线地指向，由此一方面确保良好的填充和向该区域的供料，另一方面通过固定模制件确保在各气缸之间的隔片区域的冷却，从而在此达到较好的强度值。
有利的是，铸造过滤器直接地布置在浇道下方或者布置在浇口衬套中，使得没有氧化物或其它杂质进入到铸件中。
为了再次改善在组合模芯和硬模铸造方法中的模填充和供料，设备优选具有这样的构件，通过所述构件使铸模或组合模芯在填充以金属熔液之后可转动180°并且与配料炉可断开连接。通过充模产生的温度梯度有助于定向凝固。
因此，提供了一种用于制造内燃机的气缸曲轴箱的设备，通过该设备保证定向凝固以获得最佳组织结构并且因此在强度关键区域内、即在气缸的轴承座、螺栓冒口的区域内以及隔片区域中获得最佳强度。冷却可以几乎完全地从外部向内或者从外部向浇口的方面进行，其中，以此使凝固时间最小。同时，通过浇口衬套的供料功能避免内部区域中的组织缺陷。
按本发明的用于制造气缸曲轴箱的列式结构的设备的三个实施例示意性地在附图中示出并且在以下描述。
图1以剖视图示出按本发明的第一实施例的用于制造气缸曲轴箱的设备的局部侧视图。
图2以剖视图示出按本发明的备选实施例的用于制造气缸曲轴箱的设备的局部侧视图。
图3示出沿图2中的剖切线观察的浇口衬套和固定模制件的俯视图。
图4以剖视图示出按本发明的第三实施例的用于制造气缸曲轴箱的设备的局部侧视图。
图1中所示的设备具有由多个由钢或铸模材料制成的模制件组成的外部铸模10，该外部铸模10具有下部12、两个侧向件14，16以及上部18，在其内部在盖上或封闭模制件12、14、16、18之后构成模空腔20，所述模空腔20是气缸曲轴箱22的外轮廓，其气缸室24测地学地指向下，而轴承座25指向上。
下部的模制件12具有填充系统26，通过该填充系统26将模空腔20与配料炉28连接，所述配料炉28布置在铸模10的下方。它是低压铸造设备，因此通过压差的产生将熔化的铝合金从配料炉28输送到模空腔20中，该压差导致熔液从下向上升高。
填充系统26从配料炉28延伸至多个浇道30，其中，每个气缸都设有浇道30，该浇道30分别布置在气缸曲轴箱22的每个气缸室24的下方中央处。在每个浇道30的区域内，在硬模铸造时或者在砂型铸造中进入流槽之前设有铸造过滤器32，使得在铸造过滤器32之前或者在铸造过滤器中实现熔液流在充模时的90°转向。
每个浇道30与浇口衬套34连接，浇口衬套在按图1的实施形式中具有圆柱体形状并且因此基本上形成气缸的气缸室24或限制壁35。所述浇口衬套34由陶瓷材料、纤维材料或者铸模材料如铸造沙或铸造盐或这些材料的组合制成并且相应地在下部12上定向和固定。
在其内部构造有圆柱形通道36，该圆柱形通道沿气缸中轴线延伸。在本实施例中，四个横向通道38从通道36延伸通过浇口衬套34的侧壁40，侧壁40通入模空腔20中。这些横向通道38相应于部件上的质量堆积地分布在周向上并且在气缸曲轴箱22的螺栓冒口42的方向上延伸，即相对于气缸曲轴箱22的不可见的气缸隔片倾斜错位地定向。横向通道38在用于产生气缸曲轴箱22的冷却剂套的芯46上方通入模空腔20。因此，这些横向通道38指向气缸曲轴箱22的大质量区域、如螺栓冒口42、主油通道48(同样通过相应插入的芯形成)以及轴承座25与曲轴的主轴颈50的连接的方向。
若现在熔液通过压力的产生从配料炉28经由浇道30提高进入浇口衬套34，则熔液流经横向通道38进入模空腔20并且首先填充向下指向的气缸盖52的区域，因此在其上实现快速的凝固，因为没有材料随之流入此区域内。进一步的填充现在升高地从下向上进行。主支承位置或者说主轴颈50作为最高的部分最后被填充，使得在到达气缸曲轴箱22的该区域时熔液已经处于低共熔温度范围内并且因此快速凝固，由此实现具有小的枝晶臂间距的精细组织结构，这导致较高的强度。整个凝固方向因此是从外向内的。螺栓冒口42和与轴承座25的连接的大质量区域与横向通道38保持接触，因此通过横向通道在冷却时从外向内地进行再供料，所述再供料可靠地防止由于收缩形成的收缩孔。因此进行定向填充和具有良好强度值的凝固。
通过图2和图3的实施形式可以附加地改善铸造结果，其中，下面对相同的构件使用相同的附图标记。该实施形式与前述的实施形式的不同在于，铸模10的下部12由钢制成并且可冷却，也就是说例如在下部12的内部设有冷却通道。附加地，该下部12针对每个浇口衬套34具有固定模制件54。它们由四个均匀地分布在周向上的臂56构成，所述臂56用作水冷铸型58、径向地容纳浇口衬套34并且在浇铸时在其高度和宽度上固定气缸的限制壁35，如在图3中可以看出的。臂56相应地形成具有分布在圆周上的中断部60的圆柱体。中断部60以与浇口衬套34的横向通道38相同的方式分布在圆周上。在通道36中存在绝缘插件62，其又具有相应的用于实现填充和供料的凹处，通过绝缘插件62减小在用作水冷铸型58的臂56和浇口衬套34之间的传热。
模空腔20的填充现在以与第一实施例中所述相同的方式进行。但实现了在气缸盖52上和在气缸隔片区域内的更细的组织结构，因为这些区域直接地被冷却并且因此缩短了凝固时间。在主轴颈50的区域内也可以进行附加的主动冷却，这导致在轴承座25上形成相比已能够通过定向填充实现的组织结构减小的枝晶臂间距和提高的强度。
在按该图的实施例中，沙铸型组用作铸模10。相比按图1的实施例，在轴承座25的区域内存在水冷铸型64，所述水冷铸型64通过作为附加模制件的盖芯66固定。下部12设计成底芯，在底芯中构造有填充系统26的流槽68以及通向浇口衬套34的浇道30。在浇口衬套34上，在气缸盖52的区域内构造水冷铸型58。附加地，横向流槽70从流槽68延伸，横向流槽70通向辅助浇道72，通过辅助浇道72可以附加地填充侧面的气缸壁。在底芯12的区域内存在平行于流槽68布置的旋转轴线74，在组合模芯与配料炉28断开连接之后，整个组合模芯在水平填充以熔液之后围绕该旋转轴线74旋转180°。该方法称作旋转式浇铸或翻转铸造方法。
因此提供了这样的设备，通过该设备可以用低压铸造方法制造气缸曲轴箱，其中一方面在高负载区域实现高强度，另一方面可以实现减小的周期，因为获得了短的冷却时间和定向填充。附加地存在对大质量部分进行再供料的可能性，从而阻碍缩孔形成。
应当明确的是，保护范围不限于所述的实施例。其可适用于重力浇铸或者用于制造具有V-形布置的气缸的发动机。当然同样可考虑浇口衬套或者固定模制件的其它构造改变，如模制件由被冷却的或不被冷却的不同材料制造。横向通道的位置和数量或者其定向也是可改变的，因此它们可以例如通入水套芯下方。
Claims (17)
1.一种用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，具有
带有模制件(12、14、16、18)的外部铸模(10)，所述模制件(12、14、16、18)在装配状态下构成以铸造技术形成气缸曲轴箱(22)的外轮廓的模空腔(20)，
配料炉(28)，所述配料炉(28)包含液态金属，
至少一个浇道(30)，所述至少一个浇道(30)布置在所述模空腔(20)的测地学下方，通过所述至少一个浇道(30)能将所述配料炉(28)与所述模空腔(20)流体连接，
其特征在于，每个浇道(30)与浇口衬套(34)连接，所述浇口衬套(34)突伸入形成气缸曲轴箱(22)的气缸室(24)的模空腔(20)区域中。
2.按权利要求1所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，所述浇口衬套(34)是免拆的浇口衬套(34)。
3.按权利要求2所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，所述免拆的浇口衬套(34)由纤维材料、陶瓷材料、铸模材料或它们的组合制成。
4.按前述权利要求之一所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，所述浇口衬套(34)具有圆柱形通道(36)，通道(38)以一个角度从所述圆柱形通道(36)延伸通过限定浇口衬套(34)的侧壁(40)。
5.按权利要求4所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，所述通道设计成横向通道(38)，所述横向通道(38)垂直于圆柱形通道(36)延伸。
6.按权利要求4或5所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，所述通道(38)指向气缸曲轴箱(22)的大质量浇铸区域的方向。
7.按权利要求6所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，所述通道(38)指向螺栓冒口(42)的方向和/或主油通道(48)的方向和/或处于主轴颈(50)和气缸曲轴箱(22)的气缸室(24)之间的连接区段的方向。
8.按前述权利要求之一所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，所述浇口衬套(34)布置在限定气缸盖(52)的模制件(12)上，其中，其侧壁(40)至少部分地用作用于形成气缸室(24)的限制壁(35)。
9.按权利要求1至7之一所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，所述浇口衬套(34)固定在伸入气缸室(24)的固定模制件(54)中，所述固定模制件(54)至少部分地用于形成所述气缸室(24)的限制壁(35)。
10.按前述权利要求之一所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，水冷铸型(58)至少突伸入每个气缸室(24)的区域中，它们靠近所述气缸盖(52)布置或者布置在气缸隔片上。
11.按权利要求9所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，所述固定模制件(54)设计成水冷铸型(58)。
12.按前述权利要求之一所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，所述气缸盖侧的模制件(12)由钢制成并且是能冷却的。
13.按权利要求9至12之一所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，所述固定模制件(54)分别具有四个轴向延伸的臂(56)，所述臂(56)形成在周向上中断的圆柱体，其中，所述臂(56)均匀地分布在周向上。
14.按权利要求13所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，在所述臂(56)的位于径向内部的区域中设有绝缘插件，所述绝缘插件具有与所述臂(56)之间的中断部(60)对应的凹处(64)。
15.按权利要求13或14所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，所述中断部(60)相对所述螺栓冒口(42)呈对角线地指向。
16.按前述权利要求之一所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，铸造过滤器(32)直接布置在所述浇道(30)下方或者所述浇口衬套(34)中。
17.按前述权利要求之一所述的用于采用低压或重力铸造法制造气缸曲轴箱(22)的设备，其特征在于，所述设备具有构件，通过所述构件使组合模芯(10)在用金属熔液填充之后能转动180°并且脱离所述配料炉(28)。
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