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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wasserkühlvorrichtung für ein Schleudergussgerät.
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HINTERGRUND
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Die Angaben in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformation zu der vorliegenden Erfindung dar und bilden nicht notwendigerweise Stand der Technik.
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Schleudergießen bezieht sich auf ein Formgussverfahren, bei dem eine Zentrifugalkraft eingesetzt wird, die beim mit hoher Geschwindigkeit Rotieren einer Form während dem Einspritzen erzeugt wird, und dann geschmolzenes Metall koaguliert („coagulating“) bzw. festwerden gelassen wird von. Ein Beispiel einer Vorrichtung für ein Schleudergussverfahren ist in der
DE 25 28 843 A1 beschrieben. Um mit dem Schleudergussverfahren zu gießen, ist es notwendig, das geschmolzene Metall schnell und gleichmäßig in die Form einzuspritzen, sodass das geschmolzene Metall von der Oberfläche her, die mit der Form in Kontakt gelangt, in Richtung des Inneren desselben festwerden bzw. koagulieren kann, wobei qualitativ hochwertige Gussprodukte ohne innere Defekte erzeugt werden können. Dafür sollten die Drehgeschwindigkeit der Form, die Einspritztemperatur und die Einspritzgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls gleichmäßig aufrechterhalten werden. Wenn die Form nicht ausreichend vorgeheizt wird, wird das geschmolzene Metall zudem zu dem Zeitpunkt sofort fest, zu dem es in die Form eingespritzt wird, sodass Luftbläschen in dem geschmolzenen Metall in versammelten Zustand fest werden, was daher zu inneren Qualitätsproblemen führt.
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Im Fall eines kontinuierlichen Gießens des geschmolzenen Metalls wie Aluminium bei hoher Temperatur (660 ~ 750°) wird das Verfestigen verzögert, oder es wird je nach Produktform eine lokale Wärmeisolierung erzeugt, da die Temperatur der Form konsistent ansteigt und daher bestand das Problem, dass Gussdefekte (Luftbläschendefekt, Kontraktionsdefekt) in den Gussprodukten erzeugt werden. Um dieses Problem zu lösen, sollte die Form während dem Gussprozess gekühlt werden. Da sich die Form für den Schleuderguss jedoch bei 300 ~ 3000 UpM dreht, ist es schwierig, die Kühlvorrichtung des Zirkulationstyps einzusetzen, welche Kühlwasser verwendet.
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Das konventionelle Formkühlverfahren, welches nicht das Kühlwasser verwendet, umfasste die Prozesse der Kühlung der Form durch in das Innere der Form Einblasen von kühler Luft oder durch auf die Oberfläche der Form Einspritzen von kühler Luft, und zwar in einem Zustand, in welchem Gießarbeiten gestoppt sind. Es traten jedoch die Probleme auf, dass der Gussprozess gestoppt werden muss, um das Innere der Form zu kühlen, und dass das Verfahren zum Kühlen der Oberfläche der Form eine niedrige Kühleffizienz aufweist.
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Das konventionelle Formkühlverfahren, welches Kühlwasser verwendet, ist konkret bekannt als „A blank casting apparatus for stainless steel pipe flange“ (Koreanisches Patent mit Veröffentlichungsnummer
10-2002-0037429 (21. Mai 2002)).
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Es existiert Technologie, die eine Form mittels Zuführen von Kühlwasser zu einem Kühlmantel kühlt, der bei der unteren Oberflächenwand der Drehform zum Gießen eines Rohrs bzw. einer Leitung ausgebildet ist. Das Zirkulationstypkühlsystem, bei dem eine Kühlwasserzuflussleitung und eine Kühlwasserabflussleitung in einer Hohlwelle installiert sind, wird eingesetzt, sodass das Kühlwasser durch die Hohlwelle zu dem Kühlmantel zugeführt wird und dann wieder durch die Hohlwelle abgegeben wird. Wenn sich die Drehform dreht, tritt das Phänomen auf, dass das Kühlwasser in Richtung der Außenumfangsflächenrichtung des Kühlmantels gebracht wird („heeled“) mittels auftretender Zentrifugalkraft. Wie vorstehend beschrieben, besteht wenn das Kühlwasser außen verstopft bzw. überfüllt wird, das Problem, dass das Kühlwasser erwärmt wird, sodass die Kühleffizienz der Form reduziert wird, und dass das durch die Kühlwasserzuflussleitung eingeströmte Kühlwasser direkt durch die Kühlwasserabflussleitung ausgeströmt wird.
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Es ist möglich, aufgrund dieser Probleme die Form des Kühlmantels von einer Kammerform in eine Leitungs- bzw. Rohrform zu ändern. Selbst in diesem Fall wird jedoch das Problem erzeugt, dass das Kühlwasser isoliert wird und bei einem Variationsabschnitt verstopft ist, der bei dem Rohr ausgebildet ist. Um dies zu beheben, wurde eine Hochdruckpumpe für mehr als 300 bar zum weiter Erhöhen des Kühlwasserzufuhrdrucks benötigt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Wasserkühlvorrichtung für ein Schleudergussgerät, die dazu geeignet ist, die Kühleffizienz einer Form zu verbessern.
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Eine beispielhafte Form der vorliegenden Erfindung richtet sich auf eine Wasserkühlvorrichtung mit den Merkmalen in Patentanspruch 1. Insbesondere richtet sie sich auf eine Wasserkühlvorrichtung für ein Schleudergussgerät, welches durch in den Formraum zwischen einer oberen Form bzw. Matrize und einer unteren Form bzw. Matrize, die sich miteinander gekoppelt drehen, Einspritzen von geschmolzenem Metall formt, kann eine Drehwelle aufweisen, in welcher ein erster Kühldurchgang ausgebildet ist und bei der eine Düse bei einem Endabschnitt derselben vorgesehen ist; wobei die untere Form mit der Drehwelle verbunden ist und die untere Form eine Kammer, die getrennt bzw. beabstandet von dem Formraum ausgebildet ist, um bei der Düse eingespritztes Kühlwasser zu lagern, und zumindest einen zweiten Kühldurchgang aufweist, der dazu geeignet ist, sich von der Kammer in Richtung einer Außenumfangsflächenrichtung zu erstrecken; und einen Sammelabschnitt, der eine Seitenfläche der unteren Form umgibt und beabstandet von der unteren Form installiert ist und das in Richtung der Seitenfläche der unteren Form abgegebene Kühlwasser durch den zweiten Kühldurchgang sammelt.
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Ein Auslass des zweiten Kühldurchgangs, der bei der Seitenfläche der unteren Form ausgebildet ist, kann höher positioniert sein als die Düse.
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Die Fläche der Kammer entgegengesetzt zu der Düse bei einer Mittellinie der unteren Form kann konkav ausgebildet sein, und der zweite Kühldurchgang kann einen Einlass aufweisen, der bei einer unteren Seitenfläche der Kammer ausgebildet ist; einen ansteigenden Abschnitt, der mit dem Einlass verbunden ist und in der Außenumfangsflächenrichtung der unteren Form nach oben gebogen ist; und einen Kühlabschnitt, der mit dem ansteigenden Abschnitt verbunden ist und in der Auslassrichtung horizontal ausgebildet ist.
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Der Auslass kann durch die Seitenfläche der unteren Form nach außen hervorstehend ausgebildet sein.
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Die Drehwelle kann einen Kern aufweisen, wobei der erste Kühldurchgang in einer Axialrichtung darin ausgebildet ist, wobei ein Einspritzschlauch mit einem Endabschnitt derselben verbunden ist und die Düse mit dem anderen Ende derselben verbunden ist; und ein Gehäuse mit einer Rohr- bzw. Leitungsform den Kern umgibt; und der Kern mit dem Gehäuse über ein Lager verbunden sein kann, sodass der Kern befestigt ist und sich das Gehäuse unabhängig drehen kann.
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Die Düse kann einen größeren Durchmesser als den Durchmesser des Kerns aufweisen, um einen Spalt zwischen dem Kern und dem Gehäuse zu schließen.
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Der Sammelabschnitt kann einen Hauptkörper mit einer Ringform aufweisen, welche den Umfangsabschnitt der unteren Form umgibt; einen Filter, der das in dem Hauptkörper gesammelte Kühlwasser aufnimmt und reinigt; und eine Pumpe, welche durch den Filter gelangtes Kühlwasser wieder in den ersten Kühldurchgang einspritzt; und eine Sammelvertiefung bzw. Sammelnut, welche das Kühlwasser aufnimmt, kann bei einer Innenumfangsfläche des Hauptkörpers entgegengesetzt zu der unteren Form ausgebildet sein.
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Der Hauptkörper kann an einer Seite desselben nach unten schräg installiert sein, und ein Abflussanschluss kann bei einem unteren Abschnitt der einen Seite ausgebildet sein; und der Hauptkörper kann einen Abflussschlauch aufweisen, der das von dem Abflussanschluss abgegebene Kühlwasser zu dem Filter führt, und einen Einspritzschlauch, der das durch den Filter und die Pumpe gelangte Kühlwasser zu dem ersten Kühldurchgang führt.
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Die Wasserkühlvorrichtung für ein Schleudergussgerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann die folgenden Effekte aufweisen.
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Erstens kann das Kühlwasser mit einem relativ niedrigen Druck zugeführt werden, da der Auslass nicht bei der Drehwelle ausgebildet ist, sondern bei der Seitenfläche der Form ausgebildet ist.
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Zweitens kann die Kühleffizienz verbessert werden, weil das neue Kühlwasser schnell zugeführt wird, da das Kühlwasser durch Zentrifugalkraft mit einer hohen Geschwindigkeit aus der Form abgegeben wird.
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Drittens kann die Kühleffizienz höher sein als bei dem externen Kühlverfahren, da das Innere der Form direkt gekühlt wird.
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Viertens kann die Struktur verfeinert werden und können die physikalischen Eigenschaften verbessert werden, da das Gussstück schnell gekühlt wird und gleichmäßig bzw. uniform koaguliert bzw. verfestigt wird.
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Weitere Anwendungsbereite werden anhand der hierin vorgesehenen Beschreibung ersichtlich. Es ist zu verstehen, dass die Beschreibung und spezifischen Beispiele nur zum Zwecke der Illustration gedacht sich und nicht dazu gedacht sind, den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
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Figurenliste
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Damit die Offenbarung leicht verständlich ist, werden nun verschiedene Formen als Beispiel beschrieben, wobei auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, und wobei:
- 1 eine Querschnittsansicht einer Wasserkühlvorrichtung für ein Schleudergussgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
- 2 eine Ansicht ist, die eine Gesamtkühlwasserzirkulationsstruktur der Wasserkühlvorrichtung für ein Schleudergussgerät zeigt;
- 3 eine Draufsicht eines Sammelabschnitts und der Kühlwasserzirkulationsstruktur ist;
- 4 eine Grafik ist, welche die physikalischen Eigenschaften des mittels des Stands der Technik hergestellten Gussstücks mit dem durch Einsatz der vorliegenden Erfindung hergestellten Gussstück vergleicht;
- 5 ein Bild ist, welches die Strukturen des mittels des mittels des Stands der Technik hergestellten Gussstücks mit dem durch Einsatz der vorliegenden Erfindung hergestellten Gussstück vergleicht;
- 6 ein Wärmebild ist, welches die Temperatur während dem Verfestigen des Gussstücks zeigt, welches mittels des Stands der Technik hergestellt wird.
- 7 ein Wärmebild ist, welches die Temperatur während dem Verfestigen des Gussstücks zeigt, welches mittels der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
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Dier hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich illustrativen Zwecken und sind nicht dazu gedacht, den Rahmen der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung, Anwendung oder Verwendungen zu beschränken. Es ist zu verstehen, dass entsprechende Bezugszeichen durch die Zeichnungen hin gleiche oder entsprechende Teile und Eigenschaften bezeichnen.
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Die hierin verwendeten Terminologien werden lediglich zum Illustrieren einer spezifischen beispielhaften Form verwendet, sind aber nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung zu beschränken. Es ist festzuhalten, dass die Singularformen, wie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet, Pluralformen einschließen, wenn der Kontext nicht klar Gegenteiliges angibt. Es ist ferner zu verstehen, dass die Begriffe „aufweist“, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein von angegebenen Eigenschaften, Bereichen, ganzen Zahlen, Schritten, Betätigungen, Elementen und/oder Komponenten angeben, nicht aber das Vorhandensein oder Hinzufügen von einer oder mehreren anderen Eigenschaften, Bereichen, ganzen Zahlen, Schritten, Betätigungen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen ausschließen.
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Wenn nicht anders definiert, tragen alle Begriffe einschließlich von hierin verwendeten technischen Begriffen und wissenschaftlichen Begriffen die üblichen Bedeutungen wie denjenigen, die ein Fachmann, auf den sich die vorliegende Offenbarung bezieht, im Allgemeinen versteht. Die Terminologien sind in einem allgemein verwendeten Wörterbuch definiert und ferner so zu verstehen, dass sie Bedeutungen tragen, die sich mit verwandten technischen Dokumenten und Inhalten, die gegenwärtig offenbart sind, zusammenfallen, sind aber nicht als idealisiert oder gemäß sehr formalen Bedeutungen zu interpretieren, wenn nicht entsprechend definiert.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, kann die Wasserkühlvorrichtung für ein Schleudergussgerät, um ein Schleudergussgerät zu kühlen, das durch in den Formraum C, der zwischen einer oberen Form 10 und einer unteren Form 20 ausgebildet ist, die sich miteinander gekoppelt drehen, Einspritzen von geschmolzenem Metall formt, eine Drehwelle 100 aufweisen, in welcher ein erster Kühldurchgang 200 zum Zuführen von Kühlwasser ausgebildet ist, wobei die untere Form 20 mit der Drehwelle 100 verbunden ist, um gemeinsam zu drehen, und mit einem zweiten Kühldurchgang 300 darin ausgebildet ist, um das Kühlwasser lateral bzw. quer abzugeben, und einen Sammelabschnitt 500 zum Sammeln des in Richtung einer Seitenfläche der unteren Form 20 abgegebenen Kühlwassers aufweisen.
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Die Drehwelle 100 kann in zwei Teile unterteilt sein, die ein Kern 110 mit dem in einer Axialrichtung desselben ausgebildeten ersten Kühldurchgang 200 und ein Gehäuse 120 sind, welches den Kern 110 umgibt und sich mit der unteren Form 20 dreht. Der Kern 110 und das Gehäuse 120 können miteinander über ein Lager 130 verbunden sein, sodass der Kern 110 einen feststehenden Zustand beibehalten kann, ohne sich zu drehen, selbst wenn sich das Gehäuse 120 dreht. Somit ist der Kern 110 fixiert, wobei der Verbindungsabschnitt nicht mit einem nachstehend beschriebenen Einspritzschlauch 710 verdreht bzw. verdrillt ist.
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Die Enden des Kerns 110 und des Gehäuses 120 können in eine Kammer 400 eingeführt werden, die bei der unteren Form 20 ausgebildet ist. Die Kammer 400 kann ein Raum der Konkavvertiefungsform sein, die bei einer Axiallinie der unteren Form 20 ausgebildet ist. Ein konstanter Raum kann in dem Inneren der Kammer 400 ausgebildet sein, indem ein Einlass der Konkavvertiefung über den Kern 110 und die Drehwelle 100 geschlossen wird. Die Kammer 400 kann in Bezug auf einen Formraum C separat ausgebildet sein, in welchem ein Gussstück hergestellt wird, und dazu dienen, dagegen vorzubeugen, dass das Gussstück direkt mit dem Kühlwasser in Verbindung steht.
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Ferner kann eine Düse 210 bei dem Ende des Kerns 110 ausgebildet sein, um das Kühlwasser in die Kammer 400 einzuspritzen. Bei einer Ausführungsform ist der Durchmesser der Außenumfangsfläche in der Düse 210 größer als derjenige des Kerns 110, was dagegen vorbeugt, dass das Kühlwasser durch einen Spalt zwischen dem Kern 110 und dem Gehäuse 120 zurückströmt, indem der Spalt über die Düse 210 geschlossen wird.
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Der zweite Kühldurchgang 300 kann im Inneren der unteren Form 20 ausgebildet sein, um das Kühlwasser von der Kammer 400 in Richtung der Seitenfläche der unteren Form 20 zu leiten („induce“). Der zweite Kühldurchgang 300 kann einen Einlass 310, einen ansteigenden Abschnitt 320 und einen Kühlabschnitt 330 aufweisen. Der Einlass 310 des zweiten Kühldurchgangs 300 kann bei dem unteren Abschnitt der Kammer 400 ausgebildet sein, das heißt der Seitenfläche der Richtung, in welche die Drehwelle 100 eingeführt ist. Das Kühlwasser, das durch den Einlass 310 in den zweiten Kühldurchgang 300 eindringt, kann durch den ansteigenden Abschnitt 320 gelangen, der in einem vorbestimmten Winkel nach oben ausgebildet ist, und kann dann durch den Kühlabschnitt 330, der mit dem ansteigenden Abschnitt 320 verbunden ist und dazu ausgebildet ist, sich nach außerhalb der unteren Form 20 zu erstrecken, nach außerhalb der unteren Form 20 abgegeben werden. Da der ansteigende Abschnitt 320 in einem vorbestimmten Winkel nach oben gebogen ausgebildet ist, kann ein Auslass 340, der bei dem äußeren Endabschnitt des Kühlabschnitts 330 ausgebildet ist, höher positioniert sein als die Düse 210. Indem der Auslass 340 höher als die Düse 210 positioniert ist, ist es möglich, von der Düse 210 zu der Kammer 400 abgegebenes Kühlwasser temporär zu lagern und das Kühlwasser gleichmäßiger zuführen, wenn sich die Form zu drehen beginnt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der Auslass 340 über die Außenflächen der unteren Form 20 mit einer vorbestimmten Länge nach außen, was dazu dient, dagegen vorzubeugen, dass das Kühlwasser während der Abgabe gestreut bzw. verteilt wird, und zu helfen, dass das Kühlwasser durch den Sammelabschnitt 500 gesammelt wird.
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Wie in 1 und 3 gezeigt, kann der Sammelabschnitt 500 einen Hauptkörper 510 mit einer Ringform aufweisen, welche den Umfangsabschnitt der unteren Form 20 umgibt, einen Filter 600, der das in dem Hauptkörper 510 gesammelte Kühlwasser aufnimmt und reinigt, und eine Pumpe 700, die das durch den Filter 600 gelangte Kühlwasser wieder in den ersten Kühldurchgang 200 einspritzt. Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine Sammelvertiefung bzw. Sammelnut 520 zum Aufnehmen des Kühlwassers an der Innenumfangsfläche des Hauptkörpers 510 ausgebildet sein.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann der eine Seitenabschnitt des Hauptkörpers 510 schräg abwärts installiert sein, und ein Abflussanschluss kann bei dem unteren Abschnitt des einen Seitenabschnitts ausgebildet sein, sodass das durch den Abflussanschluss abgegebene Kühlwasser durch einen Abgabeschlauch 530 zu dem Filter 600 übertragen werden kann. Das bei dem Filter 600 gereinigte Kühlwasser wird wieder mittels der Pumpe 700 durch einen Einspritzschlauch 710 zu dem ersten Kühldurchgang 200 zugeführt. Obwohl nicht gezeigt, kann ein Wassertank zwischen dem Filter 600 und der Pumpe 700 installiert sein, was eine Konfiguration zum Aufnehmen von Kühlwasser von der Außenseite darstellt, um das während dem Zirkulieren verbrauchte Kühlwasser wieder aufzufüllen bzw. nachzufüllen.
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Hiernach wird eine Verbesserung von physikalischen Eigenschaften eines mittels einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Gussstücks unter Bezugnahme auf 4 bis 7 beschrieben.
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4 und 5 zeigen den Unterschied von physikalischen Eigenschaften und einer Feinstruktur mittels einer Kühlgeschwindigkeit einer Aluminiumlegierung (A356) mit 7% Si. In dem unter Verwendung eines konventionellen Kühlverfahrens hergestellten Produkt wird, da die Kühlung unvollständig ist, die Größe einer Aluminium α-Phase grob, und ein Dendritenarmabstand DAS (Dendritarmabstand; „Dendrite Arm Spacing“) zeigt in der Feinstruktur eines Abschnitts, bei dem eine Oberflächentemperatur relativ hoch ist, 30 µm (siehe die linke Seite von 5). In dem Fall, in welchem das Gussstück jedoch mittels der Wasserkühlvorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gekühlt wird, weiß man, dass die Größe der Struktur in demselben Abschnitt fein ist und gleichmäßig verteilt ist. Ebenfalls weiß man, dass die Struktur der vorliegenden Erfindung dicht ist, im Vergleich zu dem konventionellen Produkt, da der DAS 20 µm beträgt (siehe die rechte Seite von 5).
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6 und 7 zeigen Wärmebilder, welche Temperaturen, während die Gussstücke mittels des Kühlverfahrens gemäß dem Stand der Technik und dem Kühlverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gekühlt und verfestigt werden, anzeigen.
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6 zeigt, dass der Temperaturanstiegsabschnitt (innerhalb des Kreises) relativ breit verteilt und die Temperaturdifferenz groß ist, wobei 7 zeigt, dass der Bereich des Temperaturanstiegsabschnitts (innerhalb des Kreises) relativ schmal ist und die Temperaturdifferenz klein ist.
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Die Größendifferenz der Struktur, der Bereich des Temperaturanstiegsabschnitts und der Grad der Temperaturdifferenz erzeugen Unterschiede von physikalischen Eigenschaften. Das mittels des konventionellen Verfahrens hergestellte Gussstück stellt eine Streckgrenze („yield strength“) von 221 MPa, eine Zugfestigkeit von 252 MPa und eine Dehnung („elongation percentage) von 6,2% dar, wohingegen das mittels einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellte Gussstück stellt eine Streckgrenze von 239 MPa, eine Zugfestigkeit von 293 MPa und eine Dehnung von 11,1% dar. Sowohl Dehngrenze, die Zugfestigkeit als auch die Bruchdehnung sind um ungefähr 8%, 16% und 79% verbessert. Dies repräsentiert, dass die physikalischen Eigenschaften des unter Verwendung des Kühlverfahrens gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Gussstücks viel besser sind als diejenigen des unter Verwendung des Kühlverfahrens gemäß dem Stand der Technik hergestellten Gussstücks.
