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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Metallgießverfahren und insbesondere auf Gießverfahren für Aluminiumlegierungen.
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HINTERGRUND
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Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die die vorliegende Offenbarung betreffen und dem bisherigen Stand der Technik entsprechen können oder auch nicht.
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Derzeit sind viele verschiedene Gießverfahren in Gebrauch, die Hochleistungszylinderköpfe aus einer Aluminiumlegierung herstellen. Schwerkraft- und Niederdruck-Kokillen- und Semi-Kokillengussverfahren verwenden Sandkerne für interne Kanäle und Merkmale. Diese Verfahren neigen jedoch dazu, Gussteile mit geringeren mechanischen Eigenschaften herzustellen, als es für die Legierung möglich wäre. Während Gussteile, die unter Verwendung von Neigungs- oder Rotationsform-Gießmechanismen hergestellt werden, die Metallturbulenzen reduzieren, verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen, sind diese Verfahren aufgrund der langen Zykluszeiten und der Komplexität von Verfahren und Anlagen mit hohen Kosten verbunden.
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So erzeugen einige aktuelle Aluminiumlegierungsgussverfahren weniger teure Gussteile mit geringeren mechanischen Eigenschaften. Andere Verfahren erzeugen Gussteile mit hohen mechanischen Eigenschaften zu erhöhten Kosten. Für die meisten, wenn nicht gar alle diese Verbesserungen sind jedoch mit erhöhten Kosten verbunden. Dementsprechend besteht in der Technik ein Bedarf für ein verbessertes Gießverfahren, das hochwertige, hochleistungsfähige Aluminiumgussteile zu niedrigeren, wettbewerbsfähigeren Kosten herstellt.
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KURZDARSTELLUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Formanordnung zur Verwendung in einem Verfahren zum Herstellen eines Metalllegierungsgussteils dar. Die Formanordnung umfasst eine Deckform, eine Schleppform, eine Vielzahl von Sandkernen und einen Druckkern. Die Deckform beinhaltet einen oberen Abschnitt eines Formhohlraums. Die Schleppform beinhaltet einen unteren Abschnitt des Formhohlraums und einen oberen Abschnitt mindestens eines ersten Steighohlraums. Die Deckform ist auf der Oberseite der Schleppform angeordnet, um den oberen Abschnitt und den unteren Abschnitt des Formhohlraums zu kombinieren. Die Vielzahl der Sandkerne ist auf dem Inneren des Formhohlraums der Deck- und Schleppformen angeordnet. Der Druckkern weist mindestens einen ersten Vorsprung auf, der angrenzend an den ersten Steighohlraum angeordnet ist und eine Oberseite aufweist, die einen unteren Abschnitt des ersten Steighohlraums bildet.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Druckkern in einer ersten Position und einer zweiten Position angeordnet. Der erste Steighohlraum weist ein erstes Volumen auf, wenn sich der Druckkern in der ersten Position befindet. Der erste Steighohlraum weist ein zweites Volumen auf, wenn sich der Druckkern in der zweiten Position befindet. Das zweite Volumen ist geringer als das erste Volumen.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Formanordnung weiterhin ein Angusssystem und einen Kolbenkern. Das Angusssystem weist einen Angusskanal in Verbindung mit dem ersten Steighohlraum auf und der Kolbenkern ist in einer von einer ersten und einer zweiten Position in der Nähe des Angusskanals angeordnet.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht die erste Position des Kolbenkerns eine Verbindung zwischen dem ersten Steighohlraum und dem Angusskanal und die zweite Position des Kolbenkerns verhindert die Verbindung zwischen dem ersten Steighohlraum und dem Angusskanal.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Druckkern ein Metallkern.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Schleppform weiterhin ein Angusssystem, das die Flüssigmetalllegierung von einer druckbeaufschlagten Quelle der Flüssigmetalllegierung zu den Steighohlräumen verbindet.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die druckbeaufschlagte Quelle der Flüssigmetalllegierung eine von einer elektromagnetischen Pumpe und einer mechanischen Pumpe.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die druckbeaufschlagte Quelle der Flüssigmetalllegierung ein Gießbecken und einen Anguss.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Deckform und die Schleppform permanente Metall-Kokillen.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Druckkern ein beweglicher Teil der Schleppform.
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Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls eine Formanordnung zur Verwendung in einem Verfahren zum Herstellen eines Metalllegierungsgussteils dar. Die Formanordnung umfasst eine Sandkernanordnung, eine Deckform und eine Schleppform. Die Sandkernanordnung beinhaltet mindestens einen Steigerkern und einen Kolbenkern. Der Steigerkern beinhaltet ein Angusssystem und mindestens einen ersten Steighohlraum. Der Kolbenkern ist angrenzend an den ersten Steighohlraum angeordnet. Die Deckform beinhaltet einen oberen Abschnitt eines Formhohlraums. Die Schleppform beinhaltet einen unteren Abschnitt des Formhohlraums und ein Kolbenkernstellglied. Die Sandkernbaugruppe ist im unteren Teil des Formhohlraums angeordnet, die Deckform ist auf der Schleppform angeordnet, und das Kolbenkernstellglied ist zur gemeinsamen Bewegung mit dem Kolbenkern fixiert. Der Kolbenkern ist in einer ersten und einer zweiten Position angeordnet. Der erste Steighohlraum weist ein erstes Volumen auf, wenn sich der Kolbenkern in der ersten Position befindet. Der erste Steighohlraum weist ein zweites Volumen auf, wenn sich der Kolbenkern in der zweiten Position befindet. Das zweite Volumen des ersten Steighohlraums ist geringer als das erste Volumen des ersten Steighohlraums.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Kolbenkern eine Oberseite auf, die einen Abschnitt des ersten Steighohlraums bildet.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet der Kolbenkern einen Querschnitt mit einer Breite, die geringer ist als ein Querschnitt des ersten Steighohlraums.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die druckbeaufschlagte Quelle der Flüssigmetalllegierung eine von einer elektromagnetischen Pumpe und einer mechanischen Pumpe.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die druckbeaufschlagte Quelle der Flüssigmetalllegierung ein Gießbecken und einen Anguss.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Formanordnung weiterhin einen zweiten Kolbenkern. Das Angusssystem verfügt über einen Angusskanal in Verbindung mit dem ersten Steighohlraum. Der zweite Kolbenkern ist in einer ersten und einer zweiten Position nahe dem Angusskanal angeordnet. Die erste Position des zweiten Kolbenkerns ermöglicht die Verbindung zwischen dem ersten Steighohlraum und dem Angusskanal. Die zweite Position des zweiten Kolbenkerns verhindert die Verbindung zwischen dem ersten Steighohlraum und dem Angusskanal.
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Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Herstellen eines Leichtmetall-Legierungsgusses vor. Das Verfahren beinhaltet einen ersten Schritt des Bereitstellens einer Formanordnung, die eine Deckform, eine Schleppform und eine Kernanordnung, die einen Formhohlraum bildet, beinhaltet, und worin die Schleppform mindestens einen ersten Steighohlraum und ein Angusssystem beinhaltet, und worin der erste Steighohlraum mindestens teilweise durch ein bewegliches erstes Kolbenstellglied gebildet wird, und worin der Angusskanal mindestens teilweise durch ein bewegliches zweites Kolbenstellglied gebildet ist. In einem zweiten Schritt wird das Füllen des Angusssystems mit einer druckbeaufschlagten Flüssigmetalllegierung eingeleitet. Ein dritter Schritt schließt das Füllen des Angusssystems, des ersten Steighohlraums und des Formhohlraums mit der druckbeaufschlagten Flüssigmetalllegierung ab. Ein vierter Schritt unterbricht das Füllen der Formanordnung mit der druckbeaufschlagten Flüssigmetalllegierung und aktiviert das zweite Kolbenstellglied zum Schließen des Angusskanals. Ein fünfter Schritt übt eine Kraft auf eine Bodenfläche der beweglichen Kolbenstellgliedform in Richtung der Schleppform aus, um den Hydraulikdruck der Flüssigmetalllegierung im ersten Steighohlraum zu erhöhen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Extrahieren eines verfestigten Gussteils aus dem Formhohlraum und das Platzieren des Gussteils in einem Ofen zur Wärmebehandlung.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Auswerfen eines verfestigten Gussteils aus dem Formhohlraum.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Platzieren des Gussteils in einem Ofen zur Wärmebehandlung.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt des Aufbringens einer Kraft auf eine Bodenfläche der beweglichen Kolbenstellgliedform in Richtung der Schleppform, um den Hydraulikdruck der Flüssigmetalllegierung in dem ersten Steighohlraum zu erhöhen, ferner das Aufbringen einer Kraft auf eine Bodenfläche der beweglichen Kolbenstellgliedform in Richtung der Schleppform, das Verringern des Volumens des ersten Steighohlraums und das Erhöhen des Hydraulikdrucks der Flüssigmetalllegierung in dem ersten Steighohlraum.
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Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Kommunikation mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
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Figurenliste
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
- 1 ist eine Ansicht des Kopfdecks und der Brennkammern eines Zylinderkopfgießverfahrens gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkopfgießverfahrens gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
- 3 ist eine Explosionsansicht einer teilweise zusammengesetzten Gießformanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
- 4A ist eine Endansicht einer Formanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
- 4B ist eine Seitenansicht einer Formanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
- 5 ist eine perspektivische Schnittansicht eines Teils einer Formanordnung gemäß den Prinzipien der Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
- 6 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts der Formanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
- Die 7A-7C sind Schnittansichten des Inneren einer Formanordnung in verschiedenen Phasen eines Gießverfahrens gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
- 8 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts der Formanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung,
- 9 st eine Schnittansicht eines Abschnitts der Formanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung und
- 10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Gießen von Metalllegierungen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten beziehen, wird in 1 und 2 ein Zylinderkopf aus einer Aluminiumlegierung 10 mithilfe eines Verfahrens zum Gießen von Metalllegierungen 100 hergestellt und gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt und nun beschrieben. Im Allgemeinen beinhaltet der Zylinderkopf 10 Merkmale, wie etwa eine Kopf-Standfläche 12, Brennkammern 14, Einlass- und Auslassöffnungen 16, Nockenwellenlager 18, Zündkerzenlöcher 20, Wassermantelöffnungen 22 und Ölkanäle 24 sowie verschiedene andere Merkmale. Insbesondere beinhalten die wichtigen Merkmale des Zylinderkopfes 10, die zumindest teilweise während des Gießverfahrens ausgebildet sind, die Kopf-Standfläche 12 und die Brennkammern 14. Produktspezifikationen für die Kopf-Standfläche 12 und die Brennkammern 14 erfordern im Allgemeinen einen höheren Ertrag und eine höhere Zugfestigkeit als andere Bereiche des Zylinderkopfes 10. Des Weiteren kann mit weniger Aufwand eine Verbesserung der Abkühlraten vor Ort erreicht werden als eine Verbesserung der Abkühlraten im gesamten Gussteil. So führen beispielsweise schnellere Abkühlraten des Kopfdecks und der Brennkammern zu einer feineren Mikrostruktur, ca. 20µm dendritischen Armabstand (DAS) und höheren Festigkeiten. Andere Bereiche des Zylinderkopfes 10, die mit einer geringeren Geschwindigkeit abkühlen, können zu einem DAS von etwa 60 µm führen. Darüber hinaus können die mechanischen Eigenschaften durch andere Mittel verbessert werden, wie beispielsweise durch das Bereitstellen von druckbeaufschlagtem Flüssigmetall in Bereichen des Gussteils, die zuletzt verfestigen. Dies führt zu einer verbesserten Mikrostruktur, indem Porosität und Schrumpfungsfehler reduziert werden.
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Unter Bezugnahme nun auf 3 ist eine Gießformanordnung 30, die in einem Gießverfahren zur Herstellung von Zylinderköpfen 10 gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dargestellt und wird nun beschrieben. Diese jeweilige Gießformanordnung 30 aus 3 stellt zwei Gussteile des Zylinderkopfes 10 in einem Formhohlraum 8 her, der durch eine Anzahl von Sandkernen 32 und Sandformen 34 ausgebildet ist. Bestimmte äußere Merkmale des Gussteils des Zylinderkopfes 10 können jedoch mit Sand- oder Metallformen 34 gebildet werden. So können beispielsweise die Gießformen 34 aus Werkzeugstahl hergestellt und mit hydraulischen Stellgliedern zum Verbessern der mechanischen Eigenschaften und wiederverwendbaren oder permanenten Gießformen 34 ausgestattet sein.
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Die Sandkerne 32 bilden einen Teil der äußeren Merkmale und alle inneren Merkmale des Gussteils des Zylinderkopfes 10 aus, die beispielsweise zwei Endkerne 36, zwei Seitenkerne 38, zwei Mittelkerne 40, zwei Kopfabdeckungskerne 42, zwei Auslassöffnungskerne 44, Einlassöffnungskerne 46, zwei Wassermantelkerne 48 und zwei Ölablasskerne 50 beinhalten. Die Gießformen 34 beinhalten eine niedrige oder Schleppform 62 und eine obere oder Deckform 64 und einen Druckkern oder eine Gießform 76. Während der Anordnung der Gießformanordnung 30 werden alle Sandkerne 32 in vorgegebener Reihenfolge in die Schleppform 62 oder die Deckform 64 eingesetzt. In dem in den 3, 4A und 4B dargestellten Beispiel werden die Sandkerne 32 in die Schleppform 62 eingebracht, während die Deckform 64 auf die montierten Sandkerne 32 aufgesetzt wird, wodurch die Sandkerne 32 fixiert werden. In einigen Ausführungsformen werden die Sandkerne 32 zu einem Kernpaket zusammengesetzt, bevor das Kernpaket in die Schleppform 62 eingesetzt wird. In anderen Ausführungsformen können die Sandkerne 32 Klebstoff, Schrauben und andere Rückhaltemechanismen erfordern, um die Sandkerne 32 an der vorgesehenen Stelle zu halten. Jedoch liegen diese Praktiken innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung. Einzelheiten bezüglich des Druckkerns oder der Gießform 76 werden im Folgenden näher erläutert.
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In der vorliegenden Erfindung sind die enthaltenen Merkmale der Schleppform 62 von besonderem Interesse. Die Schleppform 62 beinhaltet ein Angusssystem 66, das zur Aufnahme von Flüssigmetall aus einer druckbeaufschlagten Quelle für Flüssigmetalllegierungen ausgebildet ist und die Flüssigmetalllegierung zu den Hohlräumen leitet, die darin durch die Sandkerne 32 und Sandformen 34 der Gießformanordnung 30 gebildet werden. Während ein Abschnitt des Angusssystem 66 in 3 sichtbar ist, ist das Angusssystem 66 ausführlicher in den 4A, 4B, 5 und 6 dargestellt. Das Angusssystem 66 der Schleppform 62 beinhaltet einen Einlass 68, eine Vielzahl von Angusskanälen 70 und eine Vielzahl von Steighohlräumen 72. Insbesondere empfängt der Einlass 68 die Flüssigmetalllegierung von einer druckbeaufschlagten Flüssigmetalllegierungsquelle, wie beispielsweise einer elektromagnetischen oder mechanischen Pumpe. Ein weiterer Mechanismus, der verwendet werden kann, um dem Einlass 68 eine druckbeaufschlagte Flüssigmetalllegierung zuzuführen, beinhaltet ein Merkmal, das in der Gießformanordnung 30 mit einem Gießbecken 86 und einem Anguss 88 ausgebildet ist, wie in 4B dargestellt. Unabhängig von den Mitteln zum Bereitstellen einer druckbeaufschlagten Flüssigmetalllegierung für den Einlass 68 überträgt der Einlass 68 das Flüssigmetall zu den Angusskanälen 70. Die Angusskanäle 70 sind in Verbindung mit dem flüssigen Metall und führen es der Vielzahl der Steighohlräume 72 zu. Die Angusskanäle 70 steuern den Durchfluss und die Turbulenz des flüssigen Metalls, indem sie den Durchmesser und die Form der Angusskanäle 70 steuern. Die Steighohlräume 72 sind mit dem flüssigen Metall gefüllt, beginnend am Boden der Steighohlräume 72 und füllen wiederum den Formhohlraum 8 der Gießformanordnung 30, wenn das flüssige Metall in die durch den Raum zwischen den Sandkernen 32 und den Gießformen 34 gebildeten Gießhohlräume aufsteigt.
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Unter Bezugnahme auf 6 wird die beim Bilden der Steighohlräume 72 verwendete Kernstruktur veranschaulicht und wird nun beschrieben. Der Steighohlraum beinhaltet einen oberen Abschnitt 82 und einen unteren Abschnitt 83. Der obere Abschnitt 82 des Steighohlraums 72 ist in der Schleppform 62 ausgebildet, während der untere Abschnitt 83 des Steighohlraums durch den Druckkern 76 ausgebildet ist. Die oberen und unteren Abschnitte 82, 83 der Steighohlräume 72 bilden den Hohlraum, der die Steigrohre 72 erzeugt, wenn die Flüssigmetalllegierung in die Gießformanordnung 10 eingebracht wird. Der Druckkern 76 beinhaltet eine Vielzahl von Vorsprüngen 78, die sich jeweils in den Hohlraum 82 der Schleppform 62 erstrecken. In weiteren Ausführungsformen können mehrere Druckkerne mit einem einzelnen Vorsprung in die Gießformanordnung 10 integriert werden. Unabhängig von der Konfiguration des Druckkerns 76 ist es erforderlich, dass sich die Vorsprünge 78 in Bezug auf die Schleppform 62 bewegen. Wie in 6 dargestellt, ist der obere Abschnitt 82 des Steighohlraums 72 wie ein Projektil geformt, jedoch können andere Formen oder Konfigurationen des Steighohlraums in Betracht gezogen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. So kann beispielsweise ein Steighohlraum 72 eine kontinuierliche Hohlraumform sein, die sich von einer Abdeckschiene eines Zylinderkopfes aus erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die Vorsprünge 78 des Druckkerns 76 eine zylindrische Form mit einem kleineren Durchmesser D als der obere Abschnitt 82 des Steighohlraums 76 auf. In weiteren Ausführungsformen können mehrere Druckkerne mit einem einzelnen Vorsprung in die Gießformanordnung 10 integriert werden. Unabhängig von der Konfiguration des Druckkerns 76 besteht die Konstante unter allen Ausführungsformen darin, dass die Vorsprünge 78 in einer Relativbewegung zur Schleppform 62 beweglich sind.
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Jeder der Vielzahl von Vorsprüngen 78 beinhaltet eine Oberseite 84, die den unteren Abschnitt 83 der Steighohlräume 72 bildet. Die Vorsprünge 78 sind in den oberen Abschnitt 82 der Steighohlräume 72 eingesetzt und können sich innerhalb der Hohlräume 82 in einer aufsteigenden Richtung Y bewegen. Insbesondere ist der Druckkern 76 in mindestens zwei Positionen manipulierbar. In einer ersten Position, die in den 7A und 7B beschrieben ist, ist der Druckkern 76 so angeordnet, dass die Steighohlräume 72 ein erstes Volumen aufweisen. In einer zweiten Position, ausgeführt in 7C, wird eine Kraft Y auf den Druckkern 76 aufgebracht, sodass der Druckkern 76 so angeordnet ist, dass die Steighohlräume 72 ein zweites Volumen aufweisen, das kleiner als das erste Volumen ist. Die Reduzierung des Volumens zwischen der ersten und der zweiten Position führt zu einem Druckanstieg der Flüssigmetalllegierung im Gießhohlraum, der im Folgenden näher erläutert wird. Des Weiteren ist es vorzuziehen, die Vorsprünge 78 in ein noch weitgehend flüssiges Volumen des Steighohlraums 72 zu drücken, um den Flüssigkeitsdruck im Steighohlraum 72 und anschließend im Gießformhohlraum 8 zu erhöhen.
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Unter fortlaufender Bezugnahme auf die 7A, 7B und 7C wird eine Reihe von Figuren dargestellt, die den Verlauf der Herstellung von Zylinderköpfen aus Gusslegierung 10 veranschaulichen und nun beschrieben werden. Nachdem die Gießformanordnung 30 untersucht und montiert ist, wird die Gießformanordnung 30 in eine Maschine eingesetzt, die durch hydraulische Klemmmechanismen gesichert ist, sodass die Schleppform 62 der Gießformanordnung 30 und somit des Angusssystems 66 der untere Abschnitt der Gießformanordnung 30 ist. Eine druckbeaufschlagte Quelle für Flüssigmetalllegierungen (nicht dargestellt) ist am Einlass 68 des Angusssystems 66 vorgesehen. Wenn die Flüssigmetalllegierung in das Angusssystem 66 eingebracht wird, füllt die Flüssigmetalllegierung zunächst den Angusskanal 70 und die Steigrohre 72, bevor sie den Gießformhohlraum 8 erreicht, wie in 7A. Während die Flüssigmetalllegierung weiterhin in das Angusssystem 66 eintritt, steigt der Füllstand der Flüssigmetalllegierung durch die Steigrohre 72 an und beginnt, den Gießformhohlraum 8 zu füllen, wie in 7B. In 7C füllt die Flüssigmetalllegierung den Gießformhohlraum 8 vollständig aus und die Maschine übt eine Kraft auf die Druckkerne 76 in aufsteigender Richtung Y aus, während sie die gesamte Gießformanordnung 30 in der gleichen Position hält. Zu diesem Zeitpunkt des Verfahrens beginnt die Metalllegierung im oberen Abschnitt des Gießformhohlraums 8 zu verfestigen, während die letzte Flüssigmetalllegierung, die in die Gießformanordnung 30 gelangt, am heißesten ist und flüssig bleibt. Während das Metall im Gießformhohlraum 8 verfestigt, ist zusätzliches flüssiges Metall erforderlich, um Porosität oder Schrumpfungsfehler zu verhindern. Somit fördert die Druckbeaufschlagung der Steigrohre 72 durch den Druckkern 76 das Zuführen einer zusätzlichen Flüssigmetalllegierung in den Gießformhohlraum 8, wenn das erste Metall im Gießformhohlraum 8 verfestigt. Das zusätzliche flüssige Metall fördert die durch die kontrahierende Verfestigung des ersten Metalls im Gießformhohlraum 8 gebildeten Hohlräume.
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Unter Bezugnahme auf 8 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer alternativen Kern- und Gießformanordnung 100 veranschaulicht und wird nun beschrieben. In diesem speziellen Beispiel wird ein Steighohlraum 102 durch eine Metallgießform 104 und mehrere Sandkerne gebildet, die einen Steigungskern 106, einen Basiskern 108 und einen Kolbenkern 110 beinhalten. Genauer gesagt, werden der Steigkern 106, der Basiskern 108 und der Kolbenkern 110 zu einem Steighohlraum 112 zusammengefügt und in die Metallgießform 104 eingesetzt. In einer Ausführungsform kann der Kolbenkern 110 als abtrennbarer Abschnitt des Basiskerns 108 ausgeführt werden. Des Weiteren kann die Metallgießform 104 eine Form für eine semi-permanente Gießmaschine oder eine von mehreren Gießmaschinen oder -verfahren sein, die eine Metallgießform 104 verwenden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Der Steighohlraum 112 beinhaltet einen oberen Abschnitt 114 und einen unteren Abschnitt 116. Der obere Abschnitt 114 des Steighohlraums 112 ist im Steigkern 106 ausgebildet, während der untere Abschnitt 116 des Steighohlraums teilweise durch den Basiskern 108 und den Kolbenkern 110 gebildet wird. Der Steigkern 106 beinhaltet auch einen Abschnitt des Angusssystems 118, der einen Pfad für die Flüssigmetalllegierung bereitstellt, um zwischen der Quelle der druckbeaufschlagten Flüssigmetalllegierung und dem Steighohlraum 112 zu verbinden. Die oberen und unteren Abschnitte 114, 116 des Steighohlraums 112 bilden die Steigrohre 72, wenn die druckbeaufschlagte Flüssigmetalllegierung in die Kern- und Gießformanordnung 100 eingebracht wird.
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Die Metallgießform 104 beinhaltet ein Kolbenkernstellglied 120 mit einer Oberseite 122, auf welcher der Kolbenkern 110 angeordnet ist. Das Kolbenkernstellglied 120 und der Kolbenkern 110 sind zur Relativbewegung mit der Metallgießform 104 und dem Basiskern 108 fähig. In einer Ausführungsform können der Kolbenkern 110 und der Basiskern 108 als verbundener Einzelkern ausgeführt sein, wobei der Kolbenkern 110 als abtrennbarer Abschnitt des Basiskerns 108 ausgebildet ist. Das Kolbenkernstellglied 120 ist weiterhin an einem Hydraulikschlitten (nicht dargestellt) oder einem anderen kraftinduzierenden Mechanismus befestigt, der eine Kraft P auf das Kolbenkernstellglied 120 ausübt.
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In einem Beispiel der vorliegenden Erfindung werden mehrere Kolbenkerne 110 und Steighohlräume 112 in der Kern- und Gießformanordnung 100 aufgenommen, wie es die Konstruktion des Gussteils erfordert. Unabhängig von der Konfiguration und Anzahl der Kolbenkerne 110 und der Steighohlräume 112 ist es erforderlich, dass sich die Kolbenkerne 110 in Bezug auf die Steighohlräume 112 bewegen. Der Kolbenkern 110, wie in 8 dargestellt, weist einen Querschnitt X auf, der deutlich kleiner ist als der Querschnitt Y des Steighohlraums 112. Dies ermöglicht es dem Kolbenkern 112, sich in den Steighohlraum 112 zu bewegen, ohne die Metalllegierung näher an den bereits verfestigten Kernoberflächen zu kontaktieren.
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Unter Bezugnahme nun auf 9 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer alternativen Kern- und Gießformanordnung 100 veranschaulicht und wird nun beschrieben. Einige Merkmale von 9 beinhalten Übertragsreferenznummern ähnlicher Merkmale aus vorherigen FIGS. In diesem Beispiel beinhaltet das Angusssystem 118 einen Angusskanal 124, der eine druckbeaufschlagte Flüssigmetalllegierung durch das Angusssystem 118 vom Einlass 68 bis zu den Steighohlräumen 112 verbindet. Der Angusskanal 124 wird durch die Metallgießform 104 und mehrere Sandkerne gebildet, darunter ein Steig- oder Deckkern 106, ein Basis- oder Schleppkern 108 und ein Kolbenkern 110. Insbesondere werden der Deckkern 106, der Schleppkern 108 und der Kolbenkern 110 zu einem Angusskanal 112 zusammengefügt und in die Metallgießform 104 eingesetzt. In einer Ausführungsform kann der Kolbenkern 110 als abtrennbarer Abschnitt des Schleppkerns 108 ausgeführt werden. Des Weiteren kann die Metallgießform 104 eine Form für eine semi-permanente Gießmaschine oder eine von mehreren Gießmaschinen oder - verfahren sein, die eine Metallgießform 104 verwenden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Die Metallgießform 104 beinhaltet ein Kolbenkernstellglied 126 mit einer Oberseite 128, auf welcher der Kolbenkern 110 angeordnet ist. Diese Ausführungsform kann in mehreren der Angusssysteme 118 Angusskanäle 124 in der gesamten Gießformanordnung 100 beinhaltet sein. Das Kolbenkernstellglied 126 und der Kolbenkern 110 sind zur Relativbewegung mit der Metallgießform 104 und dem Schleppkern 108 fähig. In einer Ausführungsform können der Kolbenkern 110 und der Basiskern 108 als verbundener Einzelkern ausgeführt sein, wobei der Kolbenkern 110 als abtrennbarer Abschnitt des Basiskerns 108 ausgebildet ist. Das Kolbenkernstellglied 120 ist weiterhin an einem Hydraulikschlitten (nicht dargestellt) oder einem anderen kraftinduzierenden Mechanismus befestigt, der eine Kraft F auf das Kolbenkernstellglied 120 ausübt. Der Kolbenkern 110, wenn er vom Kolbenkernstellglied 120 in Eingriff gebracht wird, bewegt sich in den Angusskanal 124, der den Angusskanal 124 effektiv blockiert und verhindert, dass ein zusätzlicher Strom von Flüssigmetalllegierung in beide Richtungen in den Angusskanal 124 fließt. Das Kolbenkernstellglied 120 in dieser Ausführungsform kann unabhängig von dem Kolbenkernstellglied 120 der in 8 dargestellten Ausführungsform funktionieren.
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Unter Bezugnahme nun auf 10 stellt ein Flussdiagramm ein Verfahren 200 zur Herstellung von Zylinderköpfen aus Gusslegierungen 10 veranschaulicht und nachfolgend beschrieben. Das Verfahren 200 beginnt mit einem ersten Schritt 202 des Bereitstellens einer Gießformanordnung 30. Die Gießformanordnung 30 beinhaltet eine Schlepp- oder untere Gießform 62 mit einem darin ausgebildeten Angusssystem 66 und einem Druckkern 76, einer Deck- oder oberen Gießform 64 und einer Vielzahl von Sandkernen 32. In einem zweiten Schritt 204 beginnt das Füllen des Angusssystems 66 und der Formhohlraums 8 wird mit Druck beaufschlagt. Ein dritter Schritt 206 schließt das Füllen des Formhohlraums 8 ab oder füllt den Formhohlraum 8 teilweise aus. Ein vierter Schritt 208 unterbricht das Füllen des Systems mit einer druckbeaufschlagten Flüssigmetalllegierung und greift in das Kolbenkernstellglied 120 ein, das den Angusskanal 118 effektiv schließt und zu den Steighohlräumen 112 führt. Alternativ friert der Angusskanal 118 ein, um ein Zurückfließen der Flüssigmetalllegierung aus dem Steighohlraum 72 zu verhindern. Ein fünfter Schritt 210 übt eine Kraft auf die Unterseite des Druckkerns 76 in aufsteigender Richtung Y aus, um die Flüssigmetalllegierung im Steighohlraum 72 mit Druck zu beaufschlagen und so die Flüssigmetalllegierung in alle Hohlräume zu zwingen, die beim Verfestigen der Metalllegierung im Formhohlraum 8 entstehen. Ein sechster Schritt 212 stellt die Gießformanordnung 30 in einen Ofen zur Sandentfernung und für eine Wärmebehandlung. Alternativ wirft ein siebter Schritt 214 das Gussteil aus dem Formhohlraum 8 aus, entfernt das Angusssystem und die Steigrohre aus dem Gussteil, reinigt die Sandkerne aus den inneren Durchgängen des Gussteils und behandelt das Gussteil mit Wärme.
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Während die besten Ausführungsweisen der Erfindung ausführlich beschrieben wurden, werden die mit der hier beschriebenen Technik vertrauten Fachleute diverse alternative Ausgestaltungen und Ausführungen erkennen, mit denen die Erfindung im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Ansprüche praktisch umgesetzt werden kann.
