CN205834180U - 低压浇铸装置和在使用低压浇铸装置的情况下制造的铸件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低压浇铸装置(10)，其具有铸模(11)，浇铸原料可通过至少一个浇铸流道(12)借助于气体超压填充到所述铸模中。在所述浇铸流道(12)中和/或在所述浇铸流道(12)上设置有至少一个冷却模块(20)，在所述浇铸流道(12)中流动的浇铸原料可借助于所述冷却模块这样冷却，使得所述浇铸原料凝固并且所述浇铸流道(12)封闭；和/或在所述浇铸流道(12)中设置有至少一个止回阀(22)，所述浇铸流道(12)可借助于所述止回阀在气体压力下降时机械地封闭。借助于所述低压浇铸装置(10)可制造具有高质量的薄壁部件(40，44)。

Description

低压浇铸装置和在使用低压浇铸装置的情况下制造的铸件

技术领域

本实用新型涉及一种低压浇铸装置和一种用于运行该低压浇铸装置的方法，其中，低压浇铸装置包括至少一个铸模，浇铸原料可通过浇铸流道/横浇道借助于气体超压填充到所述铸模中。此外，本实用新型涉及一种在使用该浇铸装置的情况下制造的铸件。

背景技术

由GM 90 15 025.2已知了一种用于熔融容器和浇铸容器的封闭塞。封闭塞包括封闭体和固定在所述封闭体上的导杆，其中，封闭塞具有允许其在熔液上漂浮的体积密度。封闭塞构造成球并且导杆连接在球的浸入到熔液中的区域上。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提出一种相对于现有技术改善的低压浇铸装置以及一种用于运行所述低压浇铸装置的方法。此外，本实用新型的目的在于，提出一种铸件、特别是排气涡轮增压器壳体，该铸件可以在使用这样的装置或这样的方法的情况下来制造。

按照本实用新型，所述目的关于低压浇铸装置、关于方法以及关于铸件通过下述特征来实现。

按照本实用新型的低压浇铸装置包括至少一个铸模，浇铸原料可通过浇铸流道借助于气体超压填充到所述铸模中。在浇铸流道中和/或在浇铸流道上设置有至少一个冷却模块，在浇铸流道中流动的浇铸原料可借助于所述冷却模块这样冷却，使得浇铸原料凝固并且浇铸流道封闭；和/或在浇铸流道中设置有至少一个止回阀，浇铸流道可借助于所述止回阀在气体压力下降时机械地封闭。

借助于按照本实用新型的低压浇铸装置可以以特别有利的方式实现：在完成铸模填充之后压力下降，而熔液不从铸模流出以及流回到浇铸流道中。由此，利用逆着重力的模填充进行的浇铸过程的工艺时间可以以有利的方式缩短：即一旦浇铸流道通过冷却模块或者说止回阀封闭，液态的浇铸原料就不再可以从铸模流回。铸模因此可以与低压浇铸设备脱耦，并且浇铸设备可直接供填充另外的铸模使用。通过这种方式可以减小非生产性的辅助时间并且可成本相对低廉地制造铸件、例如钢铸件。

根据本实用新型的低压浇铸装置的一个方面，所述冷却模块由金属、型砂和/或陶瓷形成。

根据本实用新型的低压浇铸装置的另一方面，在所述冷却模块上设置有冷却装置。

优选地，所述冷却装置是冷铁。

在按照本实用新型的用于借助于低压浇铸工艺来制造铸件的方法中，将浇铸原料通过浇铸流道借助于气体超压填充到铸模中，其中，借助于至少一个设置在浇铸流道中的冷却模块使流动的浇铸原料冷却成，使得所述浇铸原料凝固并且所述浇铸流道封闭；和/或在所述浇铸流道中设置至少一个止回阀，所述浇铸流道借助于所述止回阀在气体压力下降时机械地封闭。

根据本实用新型的方法的一个方面，在将材料熔液填充到所述铸模中之前在所述铸模的至少一个冒口的填充开口的区域中设置放热反应物质或放热反应物质混合物。

在用浇铸方法制造金属构件时一般存在由于收缩、即熔液体积减小而形成所谓缩孔的风险，特别是在熔液快速凝固时。为了容纳由缩孔体积亏空所引起的过多的熔液并且为了减小缩孔的数量，铸模包括所谓的冒口，所述冒口在硬化之后由铸件移开。为了进一步减小缩孔的风险，有利的是，在铸模的填充开口和/或冒口的区域中在填充液态的浇铸原料之前设置放热反应物质或放热反应物质混合物，例如所谓的缩孔粉；通过这种方式可以减小浇铸原料的凝固速度并且由此延长凝固时间。

有利地，放热反应物质或放热反应物质混合物设置在容器中，所述容器在与液态的浇铸原料接触时至少部分地这样被破坏，使得放热反应物质或放热反应物质混合物连同浇铸原料熔液一起传送到所述至少一个冒口中和/或铸模中。在容器中提供放热反应物质或放热反应物质混合物能实现放热反应物质或放热反应物质混合物在填充开口的区域中进行工艺可靠的放置和量控制。通过这种方式可以显著提高冒口的作用。在使用这样的容器时，物质或物质混合物可以以保持不变的且可确定地预给定的量和浓度设置在填充开口的区域中，由此，工艺具有非常小的制造带宽和易错性。在待生产的浇铸体中形成非金属夹杂物可以明显减少。冒口作用也显著提高，由此也可至少实现浇铸体中的收缩缺陷部位、即非金属夹杂物的减少。此外，由此可减小冒口的容积，而不失去冒口作用。

优选地，使用粉末状的放热反应物质或粉末状的放热反应物质混合物。

根据本实用新型的方法的另一方面，将冷硬化的溶芯设置在铸模中并且用浇铸原料、特别是钢熔液这样浇铸包封，使得所述铸件至少在部分区域中具有1至3.5毫米的壁厚。

在按照本实用新型的铸件方面，所述铸件特别是排气涡轮增压器壳体，所述铸件用低压浇铸方法来制造并且至少在部分区域中薄壁地具有1至3.5毫米的壁厚。

优选地，所述铸件由钢形成。

在使用按照本实用新型的低压浇铸装置和按照本实用新型的方法的情况下可以以成本低廉的方式以短的工艺时间以高质量和小壁厚来制造铸件。例如可以通过这种方式制造薄壁的铸件、特别是排气涡轮增压器壳体，所述薄壁的铸件至少在部分区域中、优选在至少20％的区域中具有1至3.5毫米的壁厚。

由于壁厚减小，在制造这样的排气涡轮增压器壳体时的材料使用可降低，这促成显著的重量节省。因此例如通过这种方式制造的用于4缸发动机的排气涡轮增压器壳体的重量比传统构型的相应的排气涡轮增压器壳体小30％以上。除此之外，通过壁厚的减小，在车辆中设置排气涡轮增压器壳体所需要的结构空间减小。

与重力浇铸方法相比，通过用低压浇铸方法制造排气涡轮增压器壳体，所制造的排气涡轮增压器壳体的废品以有利的方式减少。例如，与在相应的重力浇铸中15％以上废品的典型废品率相比，通过按照本实用新型的方法，废品率显著降低到10％以下。

附图说明

借助于附图详细描述本实用新型的实施例。其中：

图1示意性地示出按照本实用新型的低压浇铸装置的立体视图，该低压浇铸装置具有设置在浇铸流道上的冷却模块；

图2示意性地示出按照本实用新型的低压浇铸装置的立体视图，该低压浇铸装置具有设置在浇铸流道中的止回阀；

图3示出在图1或图2的低压浇铸装置中制造的铸件的示意性立体视图。

具体实施方式

彼此相应的部分在附图中设有相同附图标记。

在图1中示出按照本实用新型的低压浇铸装置10。低压浇铸装置10包括至少一个铸模11，所述铸模的未详细示出的模腔这样构造，使得该模腔相应于待制造的铸件40、例如(在图3中示意性示出的)排气涡轮增压器壳体44的形状。此外，低压浇铸装置10在本实施例中按照图1和2包括两个浇铸流道/横浇道12以及例如一个熔炉13。

对于低压浇铸应理解为这样的方法，在所述方法中，浇铸原料、例如铝或者钢借助于也称为上升管的浇铸流道12由下、即逆着重力从熔炉13压到铸模11的模腔中。在此，铸模11例如可以是冷铸模、砂模或精铸模。

浇铸原料的向上运动在此逆着重力优选根据气体压力原理而产生。

在此提出，在浇铸过程之后、即在填充铸模11的模腔之后封闭浇铸流道12，以便阻止浇铸原料从铸模11流出。

在按照图1的本实施例中，低压浇铸装置10如上所述包括两个浇铸流道12，浇铸原料通过所述浇铸流道借助于气体超压压到铸模11中。沿着浇铸流道12的纵向延展大约在中间，相应的浇铸流道12的横截面在区段24中增大。优选在横截面增大的所述区段24上设置有冷却模块20。

冷却模块20这样设置在相应浇铸流道12上，使得所述冷却模块形状锁合地贴靠在浇铸流道12上，特别是材料结合、形状锁合和/或力锁合地固定在所述浇铸流道上。在此，冷却模块20这样固定在浇铸流道12上，使得所述浇铸流道例如没有完全由冷却模块20包围。例如浇铸流道12的表面区段25是暴露的。特别是冷却模块20的几何形状在此取决于相应浇铸流道12的几何形状。

冷却模块20本身例如由型砂、金属和/或陶瓷构成，其中，其它材料也可以是适合的。

冷却模块20用于使在浇铸流道12中流动的、特别是流过横截面增大的区段24的浇铸原料在填充模腔之后、即在浇铸过程结束之后冷却。为此，浇铸原料的热量通过浇铸流道12的增大的横截面输送给冷却模块20并且由所述冷却模块向外导走。通过冷却浇铸原料，所述浇铸原料凝固，由此，相应的浇铸流道12封闭并且由此浇铸原料不可从铸模11流回到浇铸流道12中。

在低压浇铸装置10的一个特别有利的构型中，可以在冷却模块20上、例如在冷却模块20的下侧21上设置例如呈冷铁(未示出)形式的冷却装置，由此加速热量传递。在此，冷却模块20的下侧21的面以特别有利的方式相应于冷却装置的朝向下侧21的冷却面。

也可能的是，在铸模11内部、特别是在铸模11与浇铸流道12之间的接口上设置一个或者说一个另外的例如具有冷却装置的冷却模块20，该冷却模块特别优选视需求而定是可接通和可关断的。

此外可能的是，冷却模块20的直接贴靠在浇铸流道12上、即布置在浇铸流道上的冷却面构造成弓形的，由此，浇铸原料的冷却在流体技术上得到优化。

图2示出按照本实用新型的低压浇铸装置10′的另一可能的实施形式。

在按照图2的本实施例中，为了封闭透明地示出的浇铸流道12，在所述浇铸流道的每一个中设置有呈球23形式的止回阀22。在此，球23的几何特征以及浇铸流道12的几何特征特别有利地这样选择，使得球23在浇铸流道12中存在气体超压时沿铸模11的流动方向27不封闭浇铸流道12。例如为此设有未示出的闭锁元件，所述闭锁元件不影响浇铸原料沿流动方向27的流动。

特别是球23作为止回阀22设置在例如熔炉13与铸模11之间的浇铸流道12的大约一半处。特别是浇铸流道12在球23的区域中具有呈成形部形式的空间26，所述成形部朝每侧、即沿流动方向27以及反向方向收缩。球23作为止回阀22设置在所述空间26中。

例如球23由金属、陶瓷和/或其它适合的材料构成。

如果低压浇铸装置10′的气体压力特别是在填充模腔之后下降，那么球23逆着浇铸原料的流动方向27在空间26内部压向浇铸流道12的开口28，其中，球23的至少一个区域使开口28并且由此使浇铸流道12封闭并且浇铸原料不可从铸模11流回到浇铸流道12中。例如球23这样使浇铸流道12的开口28封闭，使得在空间26中、在浇铸流道12中以及在铸模11的模腔中继续存在气体超压。

借助于按照本实用新型的低压浇铸装置10、10′以特别有利的方式可使气体压力在填充铸模11之后下降，而浇铸原料不从铸模11流出，由此可以缩短浇铸过程的工艺时间。即，铸模11可以由低压浇铸装置10、10′移开，而浇铸原料不从铸模11流出来。低压浇铸装置10、10′以另外的设置在其上的铸模例如可以立刻用于制造另外的铸件。

图3作为铸件40的例子示出在使用图1或2的低压浇铸装置10″的情况下制造的排气涡轮增压器壳体44的立体视图。排气涡轮增压器壳体44由铸钢制成并且至少局部区段地具有1毫米与3.5毫米之间的壁厚43。

为了在浇铸工艺期间制成排气涡轮增压器壳体44的空腔42，有利地使用溶芯，该溶芯以所谓的冷芯盒方法制造。在冷芯盒方法中，将芯砂(大多为石英砂)与粘结剂以及硬化剂混合并进行冷硬化，并接着作为型芯设置在铸模中。在使用以冷芯盒方法制造的型芯的情况下，铸件40的内腔42可以以特别有利的方式精确制成。

用于制造排气涡轮增压器壳体44的低压浇铸方法提出，最精确地控制钢熔液和/或其它浇铸原料的压力、温度和/或模填充速度。通过控制模填充速度特别是可实现层状的模填充。这意味着，钢熔液沿主流动方向压到铸模中并且由此在模腔中不出现涡流和/或横向流动。通过这种层状的模填充，排气涡轮增压器壳体44能以高原料质量制造。

此外有利的是，在使用保护气体环境的情况下执行用于制造排气涡轮增压器壳体44的低压浇铸方法。

所述低压浇铸方法允许提高在制造排气涡轮增压器壳体44时的经济性。此外，该方法允许在铸件40上工艺可靠地制成薄壁结构，由此在制造中降低材料使用、特别是成本高昂的耐高温原料的材料使用。通过在制造排气涡轮增压器壳体44时这样降低材料使用，可实现排气涡轮增压器壳体44的轻型结构形式和与之相联系的重量节省。与用重力浇铸方法进行制造相比，在使用所述低压浇铸方法时可以显著地降低在制造排气涡轮增压器壳体44时的废品率。

为了在浇铸工艺期间抑制在铸件40中形成缩孔，铸模11有利地设有冒口50，所述冒口通入到铸模的顶面55中。在图2的立体视图中，用虚线标明两个冒口50。为了减少在待生产的铸件中形成缩孔，连同材料熔液一起将放热反应物质或放热反应物质混合物、例如所谓的缩孔粉置入冒口50中。为此在冒口50的填充开口51的区域中设置有容器53，所述容器被填充以粉末状的放热反应物质或放热反应物质混合物。

容器53例如可以构造成槽形或构造成袋并且完全覆盖冒口50的填充开口51。具有包含在其中的物质或物质混合物的容器53在此形成所谓的冒口根。所述冒口根可以机械地填充、精确地称重并且相对于灰尘密封地封闭以及机械地(例如借助于机器人)传送和放置。

容器53由一种材料、例如纸制成，该材料在与液态浇铸原料接触时至少部分地这样被破坏，使得放热反应物质或放热反应物质混合物连同原料熔液传送到相应冒口50中和/或铸模11中。所述材料特别有利地这样构造，使得所述材料在与原料熔液接触时无残余地溶解。通过这种方式避免在待生产的铸件40内部由该材料产生外来夹杂物。

根据冒口50和铸模11的容积、根据浇铸原料的特性以及根据工艺参数、例如温度和压力来可变地预给定设置在相应容器53中的物质或物质混合物的量。

此外，根据冒口50的容积、根据铸模11的容积、根据浇铸原料的特性以及根据工艺参数来可变地预给定设置在相应冒口50的填充开口51的区域中的容器53的数量。在示出的实施例中每个冒口50设有唯一一个容器53。

在容器53中施加物质或物质混合物能实现精确地预给定在相应填充开口51上的物质或物质混合物的量和浓度并且保证物质或物质混合物保留在相应填充开口51上直至容器53被液态浇铸原料至少部分破坏。容器53可以由压制的粉末状放热反应物质或放热反应物质混合物构成；所述物质或物质混合物可以以粉末形式置入到所述压制的容器53中。该实施形式能实现进一步降低外来物质置入到待生产的浇铸体40中的危险。

Claims (12)

1.一种低压浇铸装置(10，10′，10″)，包括铸模(11)，浇铸原料能借助于气体超压经由至少一个浇铸流道(12)填充到所述铸模中，其特征在于，在所述浇铸流道(12)中和/或在所述浇铸流道(12)上设置有至少一个冷却模块(20)，在所述浇铸流道(12)中流动的浇铸原料能借助于所述冷却模块冷却成，使得所述浇铸原料凝固并且所述浇铸流道(12)封闭；和/或在所述浇铸流道(12)中设置有至少一个止回阀(22)，所述浇铸流道(12)能借助于所述止回阀在气体压力下降时被机械地封闭。

2.根据权利要求1所述的低压浇铸装置，其特征在于，所述冷却模块(20)由金属、型砂和/或陶瓷形成。

3.根据权利要求1或2所述的低压浇铸装置，其特征在于，在所述冷却模块(20)上设置有冷却装置。

4.根据权利要求3所述的低压浇铸装置，其特征在于，所述冷却装置是冷铁。

5.根据权利要求1或2所述的低压浇铸装置，其特征在于，在所述铸模(11)的至少一个冒口(50)的填充开口(51)的区域中设置有放热反应物质或放热反应物质混合物。

6.根据权利要求5所述的低压浇铸装置，其特征在于，所述放热反应物质或所述放热反应物质混合物设置在至少一个容器(53)中，所述容器被设计成，在与熔融态的浇铸原料接触时所述容器至少部分地这样被破坏，使得所述放热反应物质或所述放热反应物质混合物连同所述浇铸原料一起传送到所述至少一个冒口(50)中和/或所述铸模(11)中。

7.根据权利要求5所述的低压浇铸装置，其特征在于，放热反应物质或放热反应物质混合物是粉末状的。

8.根据权利要求1或2所述的低压浇铸装置，其特征在于，在铸模(11)中设置有冷硬化的溶芯，所述溶芯用浇铸原料这样浇铸包封，使得所述铸件(40)至少在部分区域中具有1至3.5毫米的壁厚。

9.根据权利要求8所述的低压浇铸装置，其特征在于，所述浇铸原料是钢熔液。

10.一种铸件(40)，所述铸件在使用根据权利要求1至9中任一项所述的低压浇铸装置的情况下来制造并且至少在部分区域中薄壁地具有1至3.5毫米的壁厚(43)。

11.根据权利要求10所述的铸件，其特征在于，所述铸件是排气涡轮增压器壳体(44)。

12.根据权利要求10或11所述的铸件(40)，其特征在于，所述铸件(40)由钢形成。