CN108834406A - 用于生产金属铸件，尤其是电机定子壳体、电力电子部件壳体、蓄电池液槽或者蓄电池壳体的方法，通过该方法生产出的铸件以及通过滚焊生产出的冷却管道的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产金属铸件，尤其是电机定子壳体、电力电子部件壳体、蓄电池液槽或者电池壳体的方法，包含以下步骤：生产冷却管道，将冷却管道放入铸造模具中，使用铸造材料对铸造模具进行装料以及铸件成形。根据本发明，冷却管道的生产包含滚焊步骤。

Description

用于生产金属铸件，尤其是电机定子壳体、电力电子部件壳 体、蓄电池液槽或者蓄电池壳体的方法，通过该方法生产出的 铸件以及通过滚焊生产出的冷却管道的应用

技术领域

本发明涉及一种生产金属铸件，尤其是电机定子壳体、电力电子部件壳体、蓄电池液槽或者电池壳体的方法，包含以下步骤：生产冷却管道，将冷却管道放入铸造模具中，使用铸造材料对铸造模具进行装料以及铸件成形。

背景技术

上述类型的方法已经作了公开。在已经公开的方法中，待放入铸造模具中的冷却管道例如通过挤压成无缝管的形式进行生产。这一类的方法花费非常高昂。此外，挤压出的管道很难改型为符合待生产的铸件形状规定的轨迹。最后，通过挤压的方式无法生产出具有分叉的冷却管道。

原则上，可以通过焊接方法生产放入铸造模具的冷却管道，其中，相应的原材料沿着一个或者两个焊缝在使用填料的情况下进行焊接。尤其是，由于通常在此情况下使用填料，在焊缝区域存在不同于冷却管道其他区域的其他构造或者其他化学成分，因而使得在铸造模具装料的过程中在加热时出现冷却管道不期望出现的和不可控制的变形。此外，如同在使用挤压管道作为冷却管道一样，上述焊接管道同样存在问题是，无法制造或者仅在花费高昂的情况下才可以制造出带分叉的冷却管道。

在EP 0 858 692 B1中公开了一种根据权利要求1前序部分所述的用于制造金属铸件的方法。根据该方法，用作冷却管道的管件优选由钢或者钢合金制成。这一类的管件具有较大的刚性。因此，很难将其改型为符合待生产的铸件形状规定的轨迹。同时也很难或者完全无法由这一类的管件制造出带分叉的冷却管道。该管件具有比铸造材料更高的熔点，在预热后置于铸模中。

DE 2 227 427 A说明了通过滚焊生产冷却管道的方法，其中，使用纯铝作为材料。由此生产出的冷却管道可以和其他相同类型的管道组合成热交换器。

发明内容

针对上述问题，本发明的任务在于，对上述类型的方法进行改进，并提高冷却管道设计的灵活性，尤其是分叉方面，并避免不期望的变形。此外，该方法应易于实施。

根据本发明，所述的任务在使用上述类型的方法时通过在冷却管道的生产过程中包含滚焊步骤加以解决。

对此，上述发明基于的认识为，滚焊也可以顺利地用于生产分叉冷却管道。此外，无需使用填料，因此可以避免因热应力而产生的不期望出现的变形。最后，该方法特别易于实施，且借助滚焊生产出的冷却管道仅需要少量变形即可匹配由铸件造型形成的轮廓。

根据本发明，生产冷却管道的方法优选包含以下步骤：

a） 准备两个板材，

b） 将脱模剂涂覆在板材的至少一个区域上，

c） 加热板材，

d） 滚焊板材，

e） 施加压力，从而使得涂覆有脱模剂的区域形成管道，

其中，步骤b）和c）也可以同时或者以相反顺序进行实施。

根据本发明的实施例，冷却管道首先以扁平的形状进行制造，由此可以特别简单地实现任意规定的管道轨迹，含分叉。脱模剂可以是石墨脱模剂。

根据本发明，在施加压力构成管道时优选布置至少一个支座，并使得管道的外层在支座处被限位，并形成一个与支座对应的轮廓。

由此可以规定管道的横截面。在使用形状适合的支座时，其横截面也可以在管道的长度上加以改变。

同时，根据本发明，优选设有冲压板材组的步骤。由此可以减少待铸造的板材数量或者将其数量减少至最低。

根据本发明，进一步优选规定，在冲压时构成至少一个芯棒支架和/或至少一个间隔支架和/或至少一个固定板。

换言之，根据本发明的实施形式可以将芯棒支架、间隔支架和/或固定板与冷却管道一体化进行生产，这可以简化铸件的整个生产方法。

根据本发明的另一种优选实施例，冷却管道在放入铸造模具中前或者放入铸造模具的过程中被塑造成规定的形状，尤其是被塑造成沟槽状。

换言之，根据该实施形式，首先以扁平状生产出的构件被弯曲成槽状，以便例如匹配待生产铸件的槽状结构。

根据本发明，铸造模具的浇铸优选根据砂型铸造方式或者冷铸方式含所有子方式进行，例如低压冷铸、重力冷铸、翻转冷铸（tilting chill casting）等。只要确保所使用的方法不影响之前放入铸造模具中的冷却通道，也可以使用其他的铸造方法。

根据本发明，进一步优选规定，板材和/或铸造材料中的至少一种包含轻金属或者轻金属合金。例如铝和镁以及其合金。对于板材尤其可以使用非常软的铝材，例如屈服点R_P, _0.2 EN AW-1050A约40 N/mm2；见DIN EN 485-2。用作板材的材料在借助气体介质施加压力时必须足够软，从而出现构成管道所需的形变。

有利地，根据本发明尤其规定，板材的熔点范围高于铸造材料的熔点范围。由此，通过合理调节铸造温度可以避免冷却管道在铸造过程中受到影响。

额外或者备选地，根据本发明可以规定，冷却管道在铸造模具装料前和/或装料过程中被冷却。由此可以避免放入铸造模具的冷却管道由于浇铸铸造模具时铸造材料的高温受损。

此外，例如预先加热至约300° C至 400° C的冷却管道有利于非常薄的边界层的融化，因而可以增大有效的接触面积。

根据本发明的一种进一步优选的实施例规定，冷却管道的外表面涂覆有涂层。通过该方式，可以改善边界层。相关的适用方法例如包括热镀锌和适用基材锌、镁、锰和/或钛锆进行电解涂覆。

上述涂覆可以在滚焊前在所使用的板材上进行或者也可以在滚焊之后进行，但需要在向铸造模具中填充铸造材料前。

根据本发明，进一步优选规定，铸造模具在铸造过程中被施加超声波。该措施也用于改善边界层。

根据本发明，有利地，可以规定对冷却管道进行热处理。优选在对两个滚焊板材施加构成冷却管道的压力后进行热处理。所述热处理可以对冷却管道的抗拉强度产生积极的影响。例如可以在320°C 至350°C的温度下进行0.5至2小时的热处理，然后进行冷却。

根据本发明的一种特别优选的实施例规定，其中至少一个板材的至少一个表面在铸造模具装料前被表面粗糙化，尤其是在滚焊时通过使用带条纹的滚轮或者通过使用砂石或者不锈钢粒对板材进行喷砂处理。由此可以实现铸造材料更好地进行铸模装料。

根据一种进一步优选的实施例可以规定，在浇铸过程中向冷却管道的内部施加压力。通过该方式可以进一步避免在铸造过程中对冷却管道可能产生的影响。

根据上述生产方法，本发明也可以生产具有冷却管道的铸件。根据本发明，铸件以上述方法进行生产。

根据本发明，此外优选规定，冷却管道具有在其长度上至少部分地增大的内横截面。

通过该方式，在冷却剂流经冷却管道时形压力降，该压力降会以热量形式吸收冷却剂的能量，由此可以提高冷却效果。

根据本发明，冷却管道也可以具有至少部分地呈非环状的内横截面。

由此，可以实现特殊的冷却效果。

根据本发明，例如可以规定，冷却管道的内部尺寸沿铸件的厚度方向至少部分地小于既垂直于冷却管道厚度方向，也垂直于冷却管道纵向的方向。

由此，与环形冷却管道相比，包围冷却管道沿厚度方向形成的表面增大。同时，铸件在与冷却管道径向相邻区域的壁厚增大，这可以提高稳定性。

最后，本发明也包括通过滚焊生产出的冷却管道在铸件中的应用。

附图说明

在下文中，本发明将根据一种优选的实施例参考附图和其他细节进行更详细的说明。其中：

图1和图2示意性地示出了根据本发明的生产方法的一种优选实施例的单独步骤，

图3示出了根据图2（c）生产步骤结果的板材组，

图4示出了在所述生产方法实施例中所使用的铸造装置的一种示意截面图，

图5示意性地示出了根据本发明的铸件的横截面视图。

具体实施方式

图1示出了两卷10、12板材14或16。板材14、16由轻金属，例如铝或者铝合金制成。在从卷10、12展开后，板材14、16经过滚轮整平设备18或20。板材16在经过滚轮整平设备20后经过脱模剂涂覆台22。对此，脱模剂以符合随后构成的冷却管道的造型结构进行涂覆。

板材14在经过滚轮整平设备18后被加热。经过涂覆台22后的板材16也被加热。加热后的板材14、16被共同送入具有两个焊接滚轮24.1和24.2的滚焊装置24，在该滚焊装置中，板材通过滚焊被相互焊接在一起。焊接仅在无脱模剂的区域进行。然后，在切割装置26中进行纵向切割。然后，纵向切割的滚焊板材组被堆叠成板材堆28。焊接滚轮24.1和24.2带有条纹，因此滚轮会对板材14、16的表面进行表面粗糙化处理。

如图2（a）所示，板材堆28被退火。然后，如图2（b）所示进行吹气。压缩空气被吹入板材组的两个板材之间，在此处板材由于脱模剂无法相互焊接在一起。也可以使用其他的压力介质代替压缩空气。通过吹气，两个板材在涂覆有脱模剂的区域相互分离，因而在其间形成空心区域。该空心区域根据在板材16上涂覆的脱模剂相同造型而形成，并由此构成管道。

虽然在图2（b）中未示出，在吹气过程中，在待构成的管道的一个侧面或者两个侧面安置一个支座成型模具，该模具可以为吹气构成的管道规定一个造型。对此，该造型尤其包括非环形的横截面。

此外，通过合理使用和安排一个或者多个成型模具也可以使得由吹气形成的管道的横截面在其长度上为非恒定状，而是例如连续增大或者减小。由此可以精细调节待生产的管道的冷却能力。

图2（c）示出了一种冲压机，借助该冲压机可以在冲压台上对在图2（b）中吹气后的板材组进行冲压。

冲压后的板材组然后根据图2（d）进行槽状成形。

图3示出了一个由两个板材组合而成的板材组40，该板材组在根据图2（b）进行吹气后被送入根据图2（c）的冲压台30。可以看到一个构成形式为分叉管道42的吹气区域。管道42是根据本发明的冷却管道的一种实施例。

通过图3中的虚线44示出了冲压轨迹，板材组40在冲压机30中沿着该轨迹被冲压。通过冲压形成定位辅助或者芯棒支架46。

在图3中以参考标号48示出了冷却剂入口，以参考标号50示出了冷却剂出口。

图4示出了铸造装置中的板材组40，使用该铸造装置进行低压冷铸，用于生产形式为具有冷却通道42的蓄电池液槽的铸件70。可以看到浇口54、上芯棒56、下芯棒、设备板62、隔离附件64和带顶料器的顶出板66。使用所述的铸造装置按照如下方式进行低压冷铸：

首先放入板材组40和冷却管道42。然后移入上芯棒56。接着进行加压或者铸造，对此，通过浇注口54加入轻金属68，例如铝或者铝合金。在该过程中，冷却管道42被冷却。轻金属68具有相较板材14、16更低的熔点范围。

在轻金属68硬化后停止加压，上芯棒56和完成的铸件被抬起。然后顶出板66的顶料器移出，取出完成的铸件。

图5示出了根据上述方法生产的铸件70的横截面，其中，在所示的实施例中，该铸件为蓄电池液槽。

冷却管道42在根据图4的示意图中呈纵向，并在两个壁表面60和61的中间延伸。

根据本发明的铸件不仅可以是蓄电池液槽，而且也可以是需要冷却的组件，例如电机定子壳体或者蓄电池壳体或者电力电子部件壳体。对此，主要应用于移动应用的组件，例如在车辆中，尤其是陆地车辆。

在上述说明、权利要求以及附图中公开的发明特征不管是单独，还是任意组合，对于以不同的实施例实现本发明而言均具有重要意义。

Claims (20)

1.一种生产金属铸件（70），尤其是电机定子壳体、电力电子部件壳体、蓄电池液槽或者电池壳体的方法，包含以下步骤：

生产冷却管道（42），

将冷却管道放入铸造模具（56、58）中，

使用铸造材料（68）对铸造模具进行装料，

铸件成形，

其特征在于，

冷却管道（42）的生产包含滚焊步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，冷却管道（42）的生产包含以下步骤：

a） 准备两个板材（14、16），

b） 将脱模剂涂覆在板材的至少一个区域上，

c） 加热板材，

d） 滚焊板材，

e） 施加压力，以使得涂覆有脱模剂的区域形成管道（42），

其中，步骤b）和c）也能够同时或者以相反顺序进行实施。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

在施加压力构成管道（42）时布置至少一个支座，并使得管道的外层在支座处被限位，并形成与支座对应的轮廓。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于冲压步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在冲压时构成至少一个芯棒支架（46）和/或至少一个间隔支架和/或至少一个固定板。

6.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其特征在于，冷却管道（42）在放入铸造模具（56、58）中前或者放入铸造模具的过程中被塑造成规定的形状，尤其是被塑造成沟槽状。

7.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其特征在于，铸造模具（56、58）的浇铸以冷铸或者砂型铸造方式进行。

8.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其特征在于，板材（14、16）和/或铸造材料（68）中的至少一种包含轻金属或者轻金属合金。

9.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其特征在于，板材（14、16）的熔点范围高于铸造材料（68）的熔点范围。

10.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其特征在于，冷却管道（42）在铸造模具（56、58）装料前和/或装料过程中被冷却。

11.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其特征在于，冷却管道（42）的外表面涂覆有涂层。

12.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其特征在于，铸造模具（56、58）在铸造过程中被施加超声波。

13.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其特征在于冷却管道（42）的热处理。

14.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其特征在于，其中至少一个板材（16、18）的至少一个表面在铸造模具（56、58）装料前被表面粗糙化，尤其是在滚焊时通过使用带条纹的滚轮（24.1、24.2）或者通过喷砂处理板材（16、18）。

15.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其特征在于，在浇铸过程中向冷却管道（42）的内部施加压力。

16.一种含冷却管道（42）的铸件，其特征在于，该铸件使用根据上述权利要求其中任意一项所述的方法进行生产。

17.根据权利要求16所述的铸件，其特征在于，冷却管道（42）在其纵向具有至少部分地增大的内横截面。

18.根据权利要求16或17所述的铸件，其特征在于，冷却管道（42）具有至少部分地呈非环状的内横截面。

19.根据权利要求16至18其中任意一项所述的铸件，其特征在于，冷却管道（42）的内部尺寸沿铸件的厚度方向至少部分地小于既垂直于冷却管道厚度方向，也垂直于冷却管道纵向的方向。

20.一种通过滚焊生产出的冷却管道（42）在铸件（70）中的应用，尤其是用于电机定子壳体、电力电子部件壳体、蓄电池液槽或者蓄电池壳体。