CN106552915A - 用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件的方法，所述方法具有以下方法步骤：‑围绕旋转轴旋转铸模以及‑将熔体引入到铸模中，其中通过离心力的影响向铸模的内廓方向抛甩该熔体，其中向熔体加入空心体。此外本发明还涉及一种用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件的设备，该设备具有能围绕旋转轴旋转的铸模、用于将熔体引入到铸模内以便于通过离心力的影响将熔体向铸模的内廓的方向抛甩的引入装置以及用于将空心体加入到熔体的加入装置。

Description

用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件的方法，该方法具有方法步骤(a)围绕旋转轴旋转铸模以及方法步骤(b)将熔体引入到铸模中，其中该熔体通过离心力的影响向铸模的内廓方向抛甩。此外本发明还涉及一种用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件的设备。
背景技术
从AT 407 646B中已知一种离心铸造方法以及用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件的相应的设备，其中铸模围绕旋转轴旋转。将液态的、金属的熔体以及金属化合物的颗粒或微粒引入到铸模中，这些颗粒或微粒会影响到所制成的工件的焊接性能。由于铸模的旋转而在熔体和微粒上作用离心力。通过对于微粒的密度的选择可以调整，是否这些微粒集中在旋转的铸模的外侧区域或者内侧区域中。因此可能使工件匹配于当地的焊接要求。
在这类离心铸造方法中，通过离心力而使熔体压实，从而得到了具有相对高密度并且仅较小铸造缺陷(例如缩孔或气孔)的工件。由此引起了，所制成的工件具有在某些应用领域(例如汽车制造)中认为过高的重量。因此存在对于获得具有减少的重量的工件的需求。
发明内容
本发明的目的在于，减少所制成的工件的重量。
该目的通过一种用于制造旋转对称的、空心的、金属工件的方法而得以实现，所述方法具有以下方法步骤：
-围绕旋转轴旋转铸模以及
-将熔体引入到铸模中，其中通过离心力的影响向铸模的内廓方向抛甩该熔体，
其中向熔体加入空心体。
熔体凝固时包被加入到熔体中的空心体。就此，能够得到具有由空心体形成的空腔的工件。由于空心体具有与熔体的材料相比较小的密度，因此减小了工件的重量。
空心体的材料、特别是空心体的外壳的材料优选具有比熔体的材料更高的熔点，从而无需担心空心体会在熔体内熔化。空心体、特别是空心体的外壳的熔点能够例如大于700℃，优选大于1500℃，特别优选大于2000℃。熔体优选为液态和/或金属的。熔体的材料优选是钢材。替代性或额外地，熔体的材料也能够含有铝、钛、锌、铜或镁。
在一种有利的设计中设置为，将空心体构造为空心球。这些空心球可以具有小于5mm、优选小于1mm、特别优选小于250μm的直径。
此外有利的是，空心体具有无机的、特别是陶瓷的材料。例如，空心体能够包含氧化铝(Al2O3)、二氧化锆(ZrO2),碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)、氮化硅(Si3N4)、硼化钛(TiB2)、碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、二氧化硅(SiO2)或这些材料的组合。替代性地或额外地，空心体也能够具有金属的材料，例如铁或铁合金。
证实为有利的是，使空心体在加入到熔体前先预热。通过预热能够使空心体达到一个升高的温度，在这个温度条件下减小了熔体在与空心体首次接触时凝固的风险。空心体能够例如预热到大于900℃、优选大于1000℃、特别优选大于1100℃的温度。
根据一种有利的设计方案设置为，当熔体在铸模中至少部分地凝固时，才将空心体加入已引入到铸模中的熔体。能够通过离心力的影响而引起熔体在旋转的铸模内至少部分的凝固。替代性地或额外地，能够将熔体冷却，例如通过冷却铸模。在部分凝固的熔体中降低了空心体的可移动性，从而能够减小空心体和熔体通过作用到自身上的不同的离心力而分离的效果。就此能够减小空心体向铸模的旋转轴或所制成的工件的旋转轴的悬浮。
就此方面优选的是，在空心体加入后将其他熔体引入到铸模中，其中其他熔体通过离心力的影响而向在铸模的内廓上已经至少部分地凝固的熔体的方向抛甩。通过引入其他熔体，能够实现工件的分层式的结构。在此可能的是，通过选择熔体量和/或空心体来调整空心体的分布。特别优选的是，在首先引入的熔体已经完全凝固时，才加入其他熔体，从而使空心体不再可能在熔体内移动。就此可能的是，制造具有层结构的工件，其中工件的面向工件旋转轴的边缘区域构造为少空心体的、特别是没有空心体的。此外，工件的内廓是平滑的，由此改善了可焊接性能。
特别优选的是，在将其他熔体引入后，一旦该其他熔体已经部分地凝固，就加入其他空心体。通过加入其他空心体，能够在工件的面向工件旋转轴的边缘区域内提高空心体的集中度。此外可能的是，制造工件的多孔的内廓。
根据本方法一种有利的设计方案，使铸模围绕水平的旋转轴旋转。一种替代性的设计方案设置为，铸模围绕垂直的旋转轴旋转。
前述的目的也通过一种用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件的设备而得以实现，该设备就具有能围绕旋转轴旋转的铸模、用于将熔体引入到铸模内的引入装置以及用于将空心体加入到熔体的加入装置。
通过该设备实现了与针对用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件的方法已描述的相同的优点。
附图说明
本发明的其他细节、特征以及优点从附图中示出，以及从下文借助附图对于优选的实施方式进行的描述中得出。就此，这些附图仅仅示出了本发明的示例性的、却并不限制发明构思的实施方式。
图1以示意性的截面图示出了用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件的设备的第一种实施例；
图2以示意性的截面图示出了用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件的设备的第二种实施例；
图3以示意性的截面图示出了通过根据本发明的方法而得到的工件的第一种实施例；
图4以示意性的截面图示出了通过根据本发明的方法而得到的工件的第二种实施例。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的部分始终以相同的附图标记而标出并且因此通常仅提及或描述一次。
图1中示出了用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件的、适合于离心铸造的设备1。设备1具有也称为永久铸模的铸模2，该铸模围绕旋转轴V而安装。铸模2具有带有加入口的遮盖部3，通过该加入口能够将液态的、金属的熔体4引入到铸模2中。此外，设备1具有用于将熔体4引入到铸模2中的引入装置12，该引入装置包括铸造坩埚5。在铸模2旋转时，引入到铸模2中的熔体4通过离心力的影响而向铸模2的内廓8的方向抛甩。这些离心力将熔体4压实在内廓8上并有助于使得熔体4至少部分地凝固。在将熔体4压实时，会逐出不期望的气态夹杂，从而抵制缩孔和不期望的气孔的形成。
熔体4的材料是钢材。替代性地或额外地，熔体4的材料也能够含有铝、钛、锌、铜或镁。
根据本发明设置为，设备1具有用于向引入铸模2内的熔体4中加入空心体6的加入装置7。空心体2在熔体4凝固时被包被在该熔体4内并形成了在制成的工件11内的空腔。就此，能够通过设备1得到具有期望的、限定的空腔的工件11，其中空腔减少了工件11的重量。空心体6优选地设计为空心球，其中空心球的直径在小于5mm、优选小于1mm、特别优选小于250μm的范围内。优选地，使用由陶瓷材料制成的空心体6，由此能够改善工件11的刚度和/或焊接性能。空心体6例如能够含有氧化铝(Al2O3)、二氧化锆(ZrO2),碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)、氮化硅(Si3N4)、硼化钛(TiB2)、碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)或二氧化硅(SiO2)。替代性地或额外地，空心体能够含有金属材料、例如铁或者铁合金。
制造设备1另外还包含在附图中没有示出的预热装置，通过该预热装置能够将空心体6预热，从而在将空心体6引入到铸模2中时降低了熔体4不期望的凝固的风险。预热装置能够例如设置在加入装置7中和/或将加入装置7加热。将空心体6加热到大于900℃、优选大于1000℃、特别优选大于1100℃的温度。
图2示出了用于离心铸造的设备1的第二种实施例，借助于该设备能够制造旋转对称的、空心的、金属的工件11。与根据第一种实施例的设备不同，在该设备1中铸模2以围绕水平的旋转轴H能够旋转的方式设置。铸模2此外通过安装在多个滚动轴承10上。
除了铸造坩埚5以外，引入装置12额外地具有铸造槽9，该铸造槽这样设置，即，铸造槽穿过在铸模2的侧面的遮盖部3中的空隙。通过铸造槽9能够将熔体4引入到铸模2中。此外，用于加入空心体6的加入装置7这样设置，即，在铸造槽9中就已经能够将空心体6加入熔体4。就此，能够将由熔体4和空心体6组成的混合物一起引入到铸模2内。替代性地，或者仅仅将熔体4或者仅仅将空心体6通过铸造槽9引入到铸模2内。
通过上述根据图1和图2的设备，能够实现一种方法，其中将铸模2旋转、熔体4引入旋转的铸模2内。熔体4通过离心力的影响而向铸模2的内廓8的方向抛甩。此外，将空心体6加入到熔体4内，以便于减小制成的工件11的重量。
原则上熔体4和空心体6能够同时加入铸模2。然而，优选相继地加入熔体4和空心体6，由此能够制造工件11的分层的结构。本方法的引起了工件11的这种分层的结构的设计方案应该在下文中描述。
在第一个步骤中，仅将熔体4加入到铸模2。该熔体向外抛甩并且部分地在铸模2的内廓8上凝固。在第二个步骤中，加入空心体6，从而使空心体6至少部分地由熔体4包围。在部分凝固的熔体4中减小了空心体6的可移动性，由此减小了空心体6向铸模2的旋转轴H、V的方向的不期望的移动。
在加入空心体6以后，在第三个步骤中将其他熔体4引入到铸模2内。在该步骤中引入的其他熔体4同样地通过离心力的影响而向已经在铸模2的内廓8上至少部分地凝固的熔体4的方向抛甩。优选地，在首先引入的熔体4已经完全凝固后，才将其他熔体4加入，从而使得空心体6在熔体4内不可能再移动。以这种方式，能够制造出具有层结构的工件11，其中工件11的面向工件11的转动轴的边缘区域构造为少空心体的、特别是没有空心体的。
可选地，能够在引入其他熔体4之后，在第四个步骤中加入其他空心体6。如果在该方法中最后加入空心体6，就能够制造出具有多孔的内廓的、空心的、旋转对称的工件11。
在附图3中，示出了根据本方法制成的、旋转对称的、空心的、金属的工件11的第一种实施例。工件11具有层结构。该工件11的外表面以及工件的内表面构造为平滑的，这通过使工件的面向外表面和内表面的边缘区域12、13特别构造为少空心体的、特别是没有空心体的而得以实现。在工件11的位于内侧的内部区域14内，调整出空心体6的提高的集中性。
图4示出了通过根据本发明的方法制造的旋转对称的、空心的、金属的工件11的第二种实施例。工件11具有层结构。工件11的外表面和工件的内表面构造为光滑的，这通过使工件的面向外表面和内表面的边缘区域12、13构造为少有空心体的、特别是不具有空心体的而得以实现。在工件11的位于内侧的内部区域14中基本上调整出空心体6的提高的集中性。在内部区域14内设有具有较高密度的空心体6的区段15以及具有较低密度的空心体6的区段16。为了形成具有较高密度的空心体6的区段15以及具有较低密度的空心体6的区段16，在上述方法期间逐步地加入空心体6。
根据第二种实施例的工件11的制造能够例如在图2所示出的设备1中进行。设备1的铸造槽9能够以平行于旋转轴H的方向线性地移动。在将熔体4引入到铸模2内的期间，铸造槽9能够平行于旋转轴H移动。在此将空心体6加入熔体4，以便于产生具有较高的空心体密度的区段15。为了得到在具有较低的空心体密度的区段16，能够中断空心体6向熔体4的加入。
附图标记说明
1 制造设备
2 铸模
3 遮盖部
4 熔体
5 铸造坩埚
6 空心体
7 加入装置
8 铸模的内廓
9 铸造槽
10 滚动轴承
11 工件
12 边缘区域
13 边缘区域
14 边缘区域
15 具有较高的空心体密度的区段
16 具有较低的空心体密度的区段
H 旋转轴
V 旋转轴

Claims (11)

1.一种用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件(11)的方法，所述方法具有以下方法步骤：
-围绕旋转轴(H，V)旋转铸模以及
-将熔体(4)引入到铸模(2)中，其中通过离心力的影响向铸模(2)的内廓(8)的方向抛甩所述熔体(4)，
其特征在于，向所述熔体(4)加入空心体(6)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述空心体(6)的材料具有比所述熔体(4)的材料更高的熔点。
3.根据上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述空心体(6)构造为空心球。
4.根据上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述空心体(6)具有陶瓷的材料，特别是包含氧化铝、二氧化锆、碳化硅、碳化硼、氮化硅、硼化钛、碳化钨、碳化钛、二氧化硅，或者具有金属材料，特别是铁或铁合金，或者具有这些材料的组合。
5.根据上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中所述空心体(6)在加入到所述熔体(4)之前先预热。
6.根据上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，当所述熔体在所述铸模(2)中至少部分地凝固时，才将所述空心体(6)加入到已经引入到所述铸模中的所述熔体(4)中。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在加入空心体(6)后将其他熔体(4)引入到铸模(2)内，其中所述其他熔体(4)通过离心力的影响向已经在所述铸模(2)的内廓(8)上至少部分地凝固的熔体(4)的方向抛甩。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在引入所述其他熔体(4)之后，一旦所述其他熔体(4)已经至少部分地凝固，就加入其他空心体(6)。
9.根据上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中所述铸模(2)围绕水平的旋转轴(H)或者垂直的旋转轴(V)旋转。
10.一种用于制造旋转对称的、空心的、金属的工件(11)的设备，所述设备具有能围绕旋转轴(H,V)旋转的铸模(2)和用于将熔体(4)引入到铸模(2)内的引入装置，其特征在于，所述设备(1)具有用于将空心体(6)加入到所述熔体(2)的加入装置(7)。
11.一种金属的工件，其特征在于，所述工件通过根据权利要求1这9中的任意一项所述的方法制成。
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