DE102010000450B4 - A method of making a hollow casting and method of making a void-forming member for use therefor - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines hohlen Gussteils (30) mit einem inneren Hohlraum, umfassend:
Anordnen eines Hohlraum-bildenden Elements (10) mit einem zum Teil offenen hohlen Abschnitt (12) und einem integral daran befestigten mikroporösen Element (15) in einer Kokille (50), wobei der hohle Abschnitt (12) die gleiche Form aufweist wie der auszubildende Hohlraum, und wobei das mikroporöse Element zumindest (15) am offenen Teil des hohlen Abschnitts (12) eine Anzahl von Mikroporen (15a) aufweist, die den Durchtritt von Luft, aber nicht den Durchtritt eines geschmolzenen Grundmetall-Gusswerkstoffs (20) erlauben; und
Gießen des geschmolzenen Grundmetall-Gusswerkstoffs (20) in die Kokille (50), so dass das Hohlraum-bildende Element (10) von dem eingegossenen Grundmetall-Gusswerkstoff (20) umschlossen wird.A method of making a hollow casting (30) having an internal cavity, comprising:
Disposing a void-forming member (10) having a partially open hollow portion (12) and a microporous member (15) integrally attached thereto in a mold (50), the hollow portion (12) having the same shape as the trainee Cavity, and wherein the microporous member at least (15) at the open portion of the hollow portion (12) has a number of micropores (15a) permitting the passage of air but not the passage of a molten parent metal casting material (20); and
Pouring the molten parent metal casting material (20) into the mold (50) such that the cavity-forming element (10) is enclosed by the cast-in parent metal casting material (20).
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Gussteils mit einem inneren Hohlraum, der für Isolierzwecke und dergleichen verwendet wird, beispielsweise eines wärmeisolierten Kolbens für einen Verbrennungsmotor.The present invention relates to a method of manufacturing a hollow casting having an internal cavity used for insulation purposes and the like, for example, a heat-insulated piston for an internal combustion engine.
Technischer HintergrundTechnical background
Um ein hohles Gussteil mit einem inneren Hohlraum für Wärmeisolierzwecke und dergleichen zu erzeugen, beispielsweise einen wärmeisolierten Kolben für einen Verbrennungsmotor, wird ein Herstellungsverfahren betrachtet, welches umfasst: Vorab-Einbringen eines Hohlraum-bildenden Elements, das einen hohlen Abschnitt mit der gleichen Form wie ein zu bildender Hohlraum aufweist, in eine Kokille und Gießen eines geschmolzenen Grundmetall-Gusswerkstoffs in die Kokille, wodurch das in die Kokille eingebrachte Hohlraum-bildende Element von dem Grundmetall-Gusswerkstoff umschlossen wird.In order to produce a hollow casting having an internal cavity for heat insulating purposes and the like, for example, a heat-insulating bulb for an internal combustion engine, a manufacturing method is considered which comprises: pre-introducing a cavity-forming member having a hollow portion of the same shape as cavity to be formed, into a mold, and pouring a molten parent metal casting material into the mold, whereby the cavity-forming member introduced into the mold is enclosed by the parent metal casting material.
Das Hohlraum-bildende Element wird beispielsweise mit einem Werkstoff gebildet, der einen höheren Schmelzpunkt aufweist als der Grundmetall-Gusswerkstoff Beispielsweise wird ein Hohlraum-bildendes Element betrachtet, das aufweist: einen Hauptkörper, der beispielsweise aus gesintertem Fe/Mn besteht und der einen zum Teil offenen hohlen Abschnitt aufweist, und ein Verschlusselement, das beispielsweise aus einer Edelstahlplatte besteht und das integral derart am Hauptkörper befestigt ist, dass es den offenen Teil des hohlen Abschnitts hermetisch abdichtet. Falls ein Hohlraum-bildendes Element mit einem solchen Aufbau verwendet wird, kann es jedoch passieren, dass während des Gießens bedingt durch die Wärme der Metallschmelze Luft in dem einen hermetisch abgeschlossenen Raum darstellenden hohlen Abschnitt sich plötzlich ausdehnt, wodurch der hohle Abschnitt sich verformen und aufblähen könnte.For example, a void-forming member is provided that includes: a main body made of, for example, sintered Fe / Mn, and a part has an open hollow portion, and a shutter member made of, for example, a stainless steel plate and integrally fixed to the main body so as to hermetically seal the open part of the hollow portion. However, if a void-forming member having such a structure is used, air in the hollow portion constituting a hermetic space may suddenly expand during casting due to the heat of the molten metal, causing the hollow portion to deform and swell could.
Als Hohlraum-bildendes Element, das diesen Nachteil überwindet, wird in Entgegenhaltung 1 (
Die
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Mit dem Verfahren zur Herstellung eines hohlen Gussteils nach einer der Entgegenhaltungen 1 und 2 kann ohne die Gefahr eines Aufblähens, die andernfalls wärmebedingt während des Gießens bestehen würde, ein hohles Gussteil mit einem Hohlraum erhalten werden, dessen Form dem beabsichtigten Wert entspricht. Da jedoch jedes der Verfahren der Entgegenhaltungen 1 und 2 beinhaltet, dass das Gussteil mit einer Öffnung versehen wird, um eine gasförmige oder geschmolzene Substanz entfernen zu können, dass die niedrigschmelzende Substanz, die in dem hohlen Abschnitt eingebettet ist, in einem Wiedererwärmungsprozess in ein Gas oder eine Schmelze überführt wird und dass die Öffnung nach der Entfernung dieser Substanz wieder verschlossen wird, ist das Verfahren insgesamt ziemlich aufwändig.With the method of manufacturing a hollow casting according to any of the cited references 1 and 2, without the risk of inflation, which otherwise would be due to heat during casting, a hollow casting having a cavity whose shape corresponds to the intended value can be obtained. However, since each of the methods of the references 1 and 2 involves providing the casting with an opening to remove a gaseous or molten substance, the low-melting substance embedded in the hollow portion becomes a gas in a reheating process or a melt is transferred and that the opening is closed again after the removal of this substance, the process is quite complicated on the whole.
Die vorliegende Erfindung wurde vor dem geschilderten Hintergrund durchgeführt. Das vorrangige Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Offenbarung eines neuen Verfahrens zur Herstellung eines hohlen Gussteils, mit dem ein hohles Gussteil mit einem Hohlraum, dessen Abmessungen den beabsichtigten Werten entspricht, anhand eines einfacheren Bearbeitungsverfahrens erzeugt werden kann. Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Offenbarung eines Verfahrens zur Herstellung eines Hohlraum-bildenden Elements, das für ein solches Verfahren verwendet wird.The present invention was carried out before the background described. The primary object of the present invention is to disclose a new method for producing a hollow casting, with which a hollow casting having a cavity whose dimensions correspond to the intended values can be produced by a simpler machining process. A second object of the present invention is the disclosure of a method for producing a Cavity-forming element, which is used for such a method.
Ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Gussteils mit einem inneren Hohlraum gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet Folgendes: Einbringen eines Hohlraum-bildenden Elements mit einem teilweise offenen Abschnitt und einem integral daran befestigten mikroporösen Element in eine Kokille, wobei der hohle Abschnitt die gleiche Form hat wie der zu bildende Hohlraum und wobei das mikroporöse Element zumindest am offenen Teil des hohlen Abschnitts eine Anzahl von Mikroporen aufweist, die den Durchtritt von Luft, aber nicht den Durchtritt eines geschmolzenen Grundmetall-Gusswerkstoffs erlauben, und Gießen des geschmolzenen Grundmetall-Gusswerkstoffs in die Kokille, so dass das Hohlraum-bildende Element von dem eingegossenen Grundmetall-Gusswerkstoff umschlossen wird.A method for producing a hollow casting having an internal cavity according to the present invention includes: introducing a cavity-forming member having a partially open portion and a microporous member integrally attached thereto into a mold, the hollow portion having the same shape as that cavity to be formed and wherein the microporous member has at least at the open part of the hollow portion a number of micropores permitting the passage of air but not the passage of a molten parent metal casting material, and pouring the molten parent metal casting material into the mold; that the void-forming element is enclosed by the cast-in base metal casting material.
Gemäß dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird Metallschmelze in eine Kokille gegossen, in die das Hohlraum-bildende Element eingebracht wurde. Obwohl das Hohlraum-bildende Element erwärmt wird und Luft in dem hohlen Abschnitt sich ausdehnt, kann diese Luft somit durch die Mikroporen des mikroporösen Elements entweichen. Somit kann es nicht passieren, dass der hohle Abschnitt sich aufbläht. Ferner gelangt die Metallschmelze nicht durch das mikroporöse Element in den hohlen Abschnitt. Daher kann die Form des hohlen Abschnitts, der im Hohlraumbildenden Element ausgebildet ist, unverändert gehalten werden, und ein Hohlraum, dessen Abmessungen den beabsichtigten Werten entsprechen, wird in dem so erzeugten hohlen Gussteil ausgebildet. Da das Haupt-Herstellungsverfahren nur einen Schritt des Einbringens eines Hohlraum-bildenden Elements in eine Kokille und einen Schritt des Gießens eines geschmolzenen Grundmetall-Gusswerkstoffs in die Kokille beinhaltet, kann das Herstellungsverfahren außerdem stark vereinfacht werden.According to the manufacturing method of the present invention, molten metal is poured into a mold into which the void-forming member has been inserted. Thus, although the void-forming member is heated and air in the hollow portion expands, this air may escape through the micropores of the microporous member. Thus, it can not happen that the hollow section inflates. Further, the molten metal does not get into the hollow portion through the microporous member. Therefore, the shape of the hollow portion formed in the cavity forming member can be kept unchanged, and a cavity whose dimensions correspond to the intended values is formed in the thus produced hollow casting. In addition, since the main manufacturing method involves only one step of introducing a void-forming member into a mold and a step of molding a molten parent metal casting material into the mold, the manufacturing method can be greatly simplified.
Die vorliegende Erfindung kann auf Verfahren zur Herstellung beliebiger hohler Gussteile angewendet werden. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf die Herstellung eines wärmeisolierten Kolbens eines Verbrennungsmotors angewendet werden, in welchem Fall der Hohlraum als wärmeisolierender Abschnitt verwendet wird.The present invention may be applied to methods of making any hollow castings. For example, the present invention can be applied to the production of a heat-insulating piston of an internal combustion engine, in which case the cavity is used as a heat-insulating portion.
Die vorliegende Erfindung offenbart auch ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlraum-bildenden Elements zur Verwendung im oben genannten Verfahren zur Herstellung eines hohlen Gussteils, welches Folgendes beinhaltet: Einbringen des mikroporösen Elements in eine Kokille, Positionieren eines zu entfernenden Objekts (im Folgenden auch als Objekt, das entfernt werden soll, bezeichnet), das die gleiche Form aufweist wie der auszubildende hohle Abschnitt und das dafür ausgelegt ist, unter Wärmeeinfluss zu verschwinden, an dem mikroporösen Element, Gießen eines metallischen Werkstoffs in die Kokille und Durchführen einer Wärmebehandlung, so dass das Objekt, das entfernt werden soll, verschwindet, um einen hohlen Abschnitt zu bilden.The present invention also discloses a method for producing a void-forming member for use in the above-mentioned method of manufacturing a hollow casting, including: introducing the microporous member into a mold, positioning an object to be removed (hereinafter also referred to as an object, which is to be removed) having the same shape as the hollow portion to be formed and adapted to disappear under the influence of heat, on the microporous member, casting a metallic material into the mold and performing a heat treatment such that the object To be removed disappears to form a hollow section.
Anhand des oben genannten Herstellungsverfahrens kann auf einfache Weise ein Hohlraum-bildendes Element erzeugt werden, das einen hohlen Abschnitt mit beliebiger Form aufweist. Der Werkstoff für das zu entfernende Objekt kann ein beliebiger Werkstoff sein und ist nicht besonders beschränkt, solange er durch die Wärme, mit der ein metallischer Werkstoff geschmolzen wird, in den gasförmigen Zustand überfährt und somit zum Verschwinden gebracht werden kann. Beispiele für das zu entfernende Objekt sind unter anderem Papier, Kunststoff und dergleichen.By the above-mentioned manufacturing method, a cavity-forming member having a hollow portion of arbitrary shape can be easily produced. The material for the object to be removed may be any material and is not particularly limited as long as it can be rendered to be gaseous by the heat with which a metallic material is melted, and thus made to disappear. Examples of the object to be removed include paper, plastic and the like.
Der Hauptkörper des Hohlraum-bildenden Elements kann mit jedem metallischen Werkstoff gebildet werden, dessen Schmelzpunkt höher ist als die Temperatur des geschmolzenen Grundmetall-Gusswerkstoffs, wenn ein hohles Gussteil unter Verwendung des Hohlraum-bildenden Elements erzeugt wird, und das beständig ist gegenüber dem geschmolzenen Grundmetall-Gusswerkstoff. Wenn beispielsweise der Grundmetall-Gusswerkstoff ein Metall auf Aluminiumbasis ist, kann der Hauptkörper des Hohlraumbildenden Elements mit einem Metallpulver auf Eisenbasis gebildet werden. Beispiele für ein Formgebungsverfahren sind ein Sinterverfahren und dergleichen. Ferner kann auch ein Werkstoff wie Fe/Mn-Legierungspulver und Titanlegierungspulver verwendet werden.The main body of the void-forming member may be formed with any metallic material whose melting point is higher than the temperature of the molten parent metal casting material when a hollow casting is produced using the void-forming member and which is resistant to the molten parent metal -Gusswerkstoff. For example, when the base metal casting material is an aluminum-based metal, the main body of the void-forming member may be formed with an iron-based metal powder. Examples of a molding method are a sintering method and the like. Further, a material such as Fe / Mn alloy powder and titanium alloy powder may also be used.
Der Werkstoff für das mikroporöse Element des Hohlraum-bildenden Elements kann ebenfalls ein beliebiger Werkstoff sein, dessen Schmelzpunkt höher ist als die Temperatur des geschmolzenen Grundmetall-Gusswerkstoffs, wenn ein hohles Gussteil unter Verwendung des Hohlraum-bildenden Elements gebildet wird, und das beständig ist gegenüber dem geschmolzenen Grundmetall-Gusswerkstoff. Beispiele für Werkstoffe sind unter anderem metallische Werkstoffe wie Edelstahl oder niedrig legierter Stahl und keramische Werkstoffe. Der Werkstoff für das mikroporöse Element kann auf geeignete Weise unter Berücksichtigung der Größe der Mikroporen, die in dem mikroporösen Element ausgebildet werden sollen, der Viskosität des geschmolzenen Grundmetall-Gusswerkstoffs und dergleichen bestimmt werden. Wenn der Grundmetall-Gusswerkstoff ein Metall auf Aluminiumbasis ist, sollten ungefähr 60 bis 200 Mesh vorgesehen werden.The material for the microporous element of the cavity-forming member may also be any material whose melting point is higher than the temperature of the molten parent metal casting material when a hollow casting is formed using the cavity-forming member and which is resistant the molten parent metal casting material. Examples of materials include metallic materials such as stainless steel or low alloy steel and ceramic materials. The material for the microporous member may be suitably determined in consideration of the size of the micropores to be formed in the microporous member, the viscosity of the molten parent metal casting material, and the like. If the base metal casting material is an aluminum-based metal, approximately 60 to 200 mesh should be provided.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein hohles Gussteil mit einem Hohlraum, dessen Abmessungen den beabsichtigten Werten entsprechen, anhand eines einfachen Bearbeitungsverfahrens erzeugt werden.According to the present invention, a hollow casting having a cavity, the Dimensions correspond to the intended values are generated by a simple machining method.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
In der beigefügten Zeichnung zeigen:In the attached drawing show:
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Hohlraum-bildendes ElementCavity-forming element
- 1111
- Hauptkörper eines Hohlraum-bildenden ElementsMain body of a cavity-forming element
- 1212
- hohler Abschnitthollow section
- 1515
- mikroporöses Element eines Hohlraum-bildenden Elementsmicroporous element of a void-forming element
- 15a15a
- Mikroporen eines mikroporösen ElementsMicropores of a microporous element
- 16, 16a, 16b16, 16a, 16b
- Werkstoff, der entfernt werden sollMaterial to be removed
- 1717
- Kokillemold
- 1818
- metallischer Werkstoffmetallic material
- 2020
- Grundmetall-GusswerkstoffBase metal casting material
- 2121
- Metallschmelzemolten metal
- 3030
- hohles Gussteilhollow casting
- 5050
- Kokillemold
- 6060
- wärmeisolierter Kolben eines Verbrennungsmotors, der anhand eines Verfahrens zur Herstellung eines hohlen Gussteils gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet wurde.A heat-insulating piston of an internal combustion engine, which was formed by a method for producing a hollow casting according to the present invention.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
Ein Hohlraum-bildendes Element
Das mikroporöse Element
Wie in
Sowohl der Hauptkörper
Das Gießen der Metallschmelze
Die Erfinder haben einen Versuch durchgeführt, um zu untersuchen, ob das mikroporöse Element
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