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EINLEITUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Formen von Metallgussteilen, einschließlich Motorenkomponenten für Kraftfahrzeuge.
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Komponenten wie Zylinderköpfe für Automotoren werden in der Regel in einer semi-permanenten Form gegossen, die mit geschmolzenem Metall, wie beispielsweise Aluminium, gefüllt ist und der Form zugeführt wird. Eine semi-permanente Form (SPM) beinhaltet ein Gießverfahren, das Aluminiumlegierungsgussteile aus wiederverwendbaren Metallformen und Sandkernen herstellen kann, um innere Durchgänge innerhalb des resultierenden Gussteils zu bilden. SPM-Zylinderkopfformen bestehen aus mehreren horizontalen Gleitformteilen (3 oder 4), die über einer Basisform liegen. Die SPM ist üblicherweise in zwei Hälften angeordnet, wobei die Sandkerne in Position gebracht werden, bevor die beiden Werkzeughälften zusammengefügt werden. Nach dem Gießen von geschmolzenem Metall wird das Material abgekühlt und zieht sich innerhalb der Form zusammen, wobei bis zu ca. 7 % Kontraktion üblich sind. Um die Kontraktion zu ermöglichen, wird ein Überfüllvolumen aus geschmolzenem Metall hinzugefügt, wobei ein Teil des Überfüllvolumens aus der Form herausgedrückt werden kann, wodurch ein Speiser entsteht.
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Nach dem Abkühlen des Materials für eine minimale Zeit zum Verfestigen und Öffnen der Form, in der Regel ca. 240 Sekunden, muss das Überfüllmaterial des Speisers durch einen nachfolgenden Bearbeitungsvorgang entfernt und zur Wiederverwendung wieder aufgeschmolzen werden. Aufgrund der Kontraktion und der Zeit, die benötigt wird, um das gesamte Material abzukühlen, beträgt die durchschnittliche Zeit zum Füllen der Form etwa 20 bis 25 Sekunden. Eine typische Metallausbeute für ein Zylinderkopf-Gussteil liegt aufgrund der kälteren Speiseranordnung bei etwa 50 %. Diese schlechte Ausbeute begrenzt die Zykluszeiten der Castline. Die Kosten des Spritzgießens, die mit bekannten semi-permanenten Formvorgängen verbunden sind, werden auch durch die Menge an zusätzlichem Material, das geschmolzen werden muss, die Zeit, die benötigt wird, um das gesamte Material, einschließlich des Speisers, abzukühlen, bevor die Form geöffnet werden kann, sowie die Bearbeitungszeit und die Kosten für das Entfernen des Speisermaterials beeinflusst.
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Obwohl die derzeitigen semi-permanenten Spritzgießverfahren ihren Zweck erfüllen, besteht Bedarf an einem neuen und verbesserten System und Verfahren zum Gießen von Metallkomponenten mit einer semi-permanenten Form.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß mehreren Aspekten beinhaltet ein Verfahren zum Gießen von Metall unter Verwendung einer semi-permanenten Form, die mit einem Eingussabschnitt und einem Zuführabschnitt verbunden ist: das Verbinden des Eingussabschnitts für eine Fluidverbindung mit der semi-permanenten Form; das Einbringen eines kraftgekühlten Angusses in den Zuführabschnitt; das Gießen eines Metalls in geschmolzenem Zustand in den Zuführabschnitt für einen schwerkraftinduzierten Fluss in jeden der Eingussabschnitte und der semi-permanenten Form; und während einer vorbestimmten Zeit, in der das Metall auf einen festen Zustand in der Form abkühlen kann, das Einleiten eines Kühlmittelstroms in den Anguss, um das Metall in dem Anguss vor dem Öffnen der Form zu kühlen.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren: das Steuern der semi-permanenten Form auf etwa 300 Grad oder mehr Grad Celsius vor dem Gießschritt; und das Fortsetzen des Kühlmittelstroms oder die Verwendung einer Heizung, bis die Form, die den Anguss bildet, etwa 300 Grad Celsius beträgt.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren das Bereitstellen eines Drosselpunktes im Anguss, um eine Füllzeit der Form von etwa 11 Sekunden vorzugeben.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren das Fortsetzen des Kühlmittelflusses für etwa 20 Sekunden vor dem Öffnen der Form und das Abkühlen des Angusses, sodass er bei einer Öffnungszeit der Form von 240 Sekunden fest ist.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren das Bereitstellen einer vorbestimmten Wanddicke im Anguss in einer Schale zwischen dem Kühlmittelmantel und einem Durchgang des Angusses, wobei der Durchgang einen Durchfluss des Metalls im geschmolzenen Zustand ermöglicht und die vorbestimmte Wanddicke zwischen einer minimalen Wanddicke und einer maximalen Wanddicke liegt.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren das Auswählen der minimalen Wanddicke als 3 mm, um zu verhindern, dass die Verfestigung zu langsam erfolgt, definiert als mehr als 240 Sekunden als die vorbestimmte Zeit, in der das Metall in der Form auf einen festen Zustand abkühlen kann.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren das Auswählen der maximalen Wanddicke als 6 mm, um zu verhindern, dass die Verfestigung zu schnell stattfindet, definiert als die Verfestigung des Metalls in der Form, die vor der Verfestigung des Metalls im Zuführabschnitt stattfindet.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren: Vorformen eines Kühlmittelmantels im Anguss um eine Schale herum; und Verbinden einer Kühlmittelquelle mit dem Kühlmittelmantel.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren das Verlängern des Kühlmittelmantels über eine beträchtliche Länge des Angusses und des Anschnitts.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren: das Verbinden der Kühlmittelquelle mit einer Eingangsverbindung des Kühlmittelmantels; und das Fixieren einer Ausgangsverbindung des Kühlmittelmantels mit einer Kühlmittelrücklaufleitung, um das Kühlmittel zur Kühlmittelquelle zurückzuführen.
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Gemäß mehreren Aspekten beinhaltet ein Verfahren zum Gießen von Metall unter Verwendung einer semi-permanenten Form, die mit einem Zuführabschnitt verbunden ist: Bilden eines Kühlmittelmantels in einem Anguss des Zuführabschnitts; Verbinden einer Kühlmittelquelle mit dem Kühlmittelmantel; Gießen eines Metalls in geschmolzenem Zustand in den Zuführabschnitt zum Einströmen in die semi-permanente Form; Vorbestimmen einer Wanddicke des Angusses zur Minimierung des Wärmeübergangs, wodurch das Metall im geschmolzenen Zustand dazu gebracht wird, im Anguss langsamer abzukühlen als in der Form; und während einer vorbestimmten Zeit, in der das Metall in der Form auf einen festen Zustand abkühlen kann, Einleiten eines Kühlmittelstroms von der Kühlmittelquelle in den Kühlmittelmantel, um das Metall im Anguss abzukühlen, bevor die Form geöffnet wird.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren das Verbinden eines Eingussabschnitts für die Fluidverbindung mit der semi-permanenten Form mit dem Angussabschnitt, der zwischen dem Anguss und der Form positioniert ist.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren: das Auswählen von etwa 240 Sekunden als vorgegebene Zeit zum Abkühlen des Metalls auf den festen Zustand in der Form; und das Fortsetzen des Kühlmittelstroms, bis das Metall im Anguss auf etwa 450 Grad Celsius abgekühlt ist.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren das Begrenzen des Weiteren Schrittes auf einen Zeitraum von etwa 20 Sekunden.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren das Ausrichten des Zuführabschnitts, um eine schwerkraftinduzierte Strömung durch den Zuführabschnitt zu ermöglichen.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren das Bereitstellen des Angusses als erste Hälfte, die lösbar mit einer zweiten Hälfte verbunden ist, wobei die erste Hälfte und die zweite Hälfte, wenn sie verbunden sind, einen Durchgang für die Strömung des Metalls im geschmolzenen Zustand definieren.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren das Bereitstellen eines Drosselpunktes im Durchgang, um einen Massenstrom des Metalls im geschmolzenen Zustand zu steuern und eine Formfüllzeit von etwa 11 Sekunden bereitzustellen.
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Gemäß mehreren Aspekten beinhaltet ein System zum Gießen von Metall unter Verwendung einer semi-permanenten Form eine semi-permanente Form, die ein Metall in einem geschmolzenen Zustand aufnimmt. Ein Eingussabschnitt steht in Verbindung mit der Form. Ein Zuführabschnitt steht in Verbindung mit dem Eingussabschnitt, wobei der Zuführabschnitt einen Anguss beinhaltet. Ein Kühlmittelmantel ist im Anguss integriert. Der Kühlmittelmantel steht in Verbindung mit einer Kühlmittelquelle, um das Metall im Anguss nach einer vorgegebenen Zeit positiv zu kühlen, damit das Metall in der Form auf einen festen Zustand abkühlen kann.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet der Anguss einen Drosselpunkt, der so bemessen ist, dass er die Metallströmung im geschmolzenen Zustand begrenzt, um sicherzustellen, dass der Anguss eine endgültige Stelle definiert, an der das Metall in einen festen Zustand abkühlt.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet der Zuführabschnitt ferner: ein Gießbecken, das ein vorgegebenes Volumen des Metalls im geschmolzenen Zustand aufnimmt; und einen horizontal ausgerichteten Läufer in Verbindung mit dem Anguss und mit dem Eingussabschnitt, wobei der Läufer das geschmolzene Metall vom Anguss zum Überführen in den Eingussabschnitt empfängt, von dem das Metall in die Form fließt.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
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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 perspektivische Ansicht von vorne links eines bekannten semi-permanenten Gießsystems, das zum Gießen von Aluminiumzylinderköpfen verwendet wird;
- 2 ist eine vordere rechte Perspektive eines semi-permanenten Gießsystems gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 3 ist eine Querschnitts-Vorderansicht am Abschnitt 3 von 2;
- 4 ist eine Querschnitts-Seitenansicht am Abschnitt 4 von 3; und
- 5 ist eine Querschnitts-Seitenansicht am Abschnitt 4 von 3; und
- 6 ist eine Querschnitts-Seitenansicht eines Angusses der vorliegenden Offenbarung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird ein bekanntes System 10 vorgestellt, das eine semi-permanente Form 12 verwendet, deren Endabschnitt dargestellt ist, um ein Gussteil 14 wie beispielsweise einen Aluminiumzylinderkopf für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor herzustellen (nicht dargestellt). Geschmolzenes Aluminiummaterial wird durch Schwerkraft über einen Zuführabschnitt 16 in die semi-permanente Form 12 eingebracht. Der Zuführabschnitt 16 definiert ein Eingusssystem, das ein Gießbecken 18 beinhaltet, das ähnlich wie ein Trichter wirkt, in den das geschmolzene Metall gegossen wird. Das Material fließt nach unten aus dem Gießbecken 18 durch einen Anguss 20 in Abwärtsrichtung 22 und mündet in einen im Allgemeinen horizontal ausgerichteten Läufer 24. Vom Läufer 24 fließt das Material durch mehrere Einläufe 26 in die Form 12.
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Während das geschmolzene Metall die Form 12 füllt, um ein Volumen des Gießmetalls, das Porosität enthalten kann, vom fertigen Gussteil wegzudrücken, erzeugt ein Überlauf des geschmolzenen Metalls einen Speiser 28 im Allgemeinen über der Form 12, wobei die Kühlung am langsamsten ist und somit die Porosität am wahrscheinlichsten auftreten kann. Aufgrund der zu erwartenden Kontraktion des geschmolzenen Metalls während des Abkühlens sind Größe und Volumen des Speisers 28 vorgegeben, um ein Gesamtvolumen an geschmolzenem Metall zu berechnen, das dem Gießbecken 18 und/oder dem Anguss zugeführt werden soll. Um den Schwerkraftfluss zu gewährleisten, muss eine Höhe des Gießbeckens 18 vorgegeben werden, um das Gießbecken 18 auf oder über einer maximal erwarteten Höhe des Speisers 28 zu positionieren. Der Anguss 20 und der Läufer 24 sind so bemessen, dass sie eine Strömung ermöglichen, die sich nur auf die Schwerkraft stützt, eine Formfüllzeit von ca. 20 bis 22 Sekunden und eine Kühl-/Entnahmezeit des Gussteils von ca. 240 Sekunden. Das Metallvolumen, das durch die Form 12 gespült wird, um das Gussteil 14 und den Speiser 28 zu bilden, erzeugt einen schlechten Temperaturgradienten für die Verfestigung und eine schlechte Metallausbeute. Darüber hinaus, nachdem das Material in der Form 12 und dem Speiser 28 ausreichend abgekühlt ist, sodass die Form 12 geöffnet und das Gussteil 14 entfernt werden kann, muss der Speiser 28 anschließend entfernt werden, beispielsweise durch einen Bearbeitungsvorgang. Der Bearbeitungsvorgang entfernt den Speiser 28 und hinterlässt eine bearbeitete Oberseite 30 des Gussteils 14.
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Unter Bezugnahme auf 2 und wiederum auf 1 verwendet ein Gießsystem 34 gemäß der vorliegenden Offenbarung eine semi-permanente Form 36, deren Endabschnitt dargestellt ist, um ein Gussteil 38 wie beispielsweise einen Aluminiumzylinderkopf für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor herzustellen (nicht dargestellt). Ein Metall in einem geschmolzenen Zustand, wie beispielsweise eine geschmolzene Aluminiumlegierung, wird über einen Zuführabschnitt 40 in die semi-permanente Form 36 eingebracht, der von dem unter Bezugnahme auf 1 erläuterten Zuführabschnitt 16 modifiziert wird. Der Zuführabschnitt 40 beinhaltet ein Gießbecken 42, das ähnlich wie das Gießbecken 18 funktioniert, in welches das geschmolzene Metall gegossen wird, jedoch kann das Gießbecken 42 für ein kleineres Volumen an geschmolzenem Metall bemessen sein, als das Gießbecken 18, da im Verlauf des Gießsystems 34 kein Speiser erzeugt wird, wodurch kein Überfüllvolumen zur Herstellung des Speisers hinzugefügt werden muss.
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Der Zuführabschnitt 40 beinhaltet auch einen kraftgekühlten Anguss 44. Das geschmolzene Metall fließt unter Verwendung der Schwerkraft in Abwärtsrichtung 46 durch den Anguss 44 aus dem Gießbecken 42 nach unten und mündet in einen im Allgemeinen horizontal ausgerichteten Läufer 48, der mit dem geschmolzenen Metall in Verbindung steht und dieses in einen Eingussabschnitt 50 leitet, aus dem das geschmolzene Metall nach oben in die Form 36 fließt. Da das Gießverfahren für das Gießsystem 34 keinen Speiser erzeugt, der eine signifikante Füll- und Abkühlzeit erfordert, ermöglicht ein verbessertes Wärmemanagement während der Formenbefüllung eine gerichtete Verfestigung des geschmolzenen Metalls aus dem geschmolzenen Zustand in einen festen Zustand zurück in den Eingussabschnitt 50, den Läufer 48 und den Anguss 44. Im Zuführabschnitt 40 ist ebenfalls ein Strömungsdrosselpunkt 52 vorgesehen, der einen Vorschub der Metallschmelze in die Form 36 vorgibt. Der Druck des geschmolzenen Metallkopfes wird im Anguss 44 und im Läufer 48 durch den Drosselpunkt 52 aufrechterhalten. Die für den Anguss 44 und den Eingussabschnitt 50 gewählten Materialdicken steuern die Wärmeübertragung so, dass sich der Anguss 44 und der Eingussabschnitt 50 während der Formfüllung schnell erwärmen. Dadurch verlängert sich die Verfestigungszeit für den Eingussabschnitt 50 und den Anguss 44 um eine Verfestigungszeit für das Gussteil 38. Der Anguss 44 und der Eingussabschnitt 50 fungieren somit als Endposition im Gießsystem 34, an der das Metall durch Abkühlung aus dem geschmolzenen Zustand in den festen Zustand übergeht.
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Stagnierende Luft isoliert die dünnwandige Form im Bereich des Läufers 48 und des Angusses 44 beim Füllen und Verfestigen der Form und beim Gießen. Aufgrund der stagnierenden Luft und eines reduzierten Volumens und der Wanddicke der Form, die den Eingussabschnitt 50, den Läufer 48 und den Anguss 44 bildet, ist im Eingussabschnitt 50, dem Läufer 48 und dem Anguss 44 eine langsamere Abkühlzeit vorgesehen. Das Material im Zuführabschnitt 40 ist somit das letzte Material, das vollständig verfestigt und abgekühlt ist. Um die Verfestigung von geschmolzenem Metall im Eingussabschnitt 50, dem Läufer 48 und dem Anguss 44 zu beschleunigen und damit ein früheres Auswerfen des Gussteils zu ermöglichen, wird nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne eine Kühlmittelspülung des Angusses 44 durchgeführt, die eine Verfestigung des Gussteils im Eingussabschnitt 50 ermöglicht. Um eine Spülung des Kühlmittels zu ermöglichen, wird der Anguss 44 über eine Kühlmittelzufuhrleitung 56 und eine Kühlmittelrücklaufleitung 58 mit einer Kühlmittelquelle 54 verbunden. Durch die Bereitstellung des Kühlmittelstroms zum Anguss 44 kann sich das Gießmaterial in Richtung des Eingussabschnitts 50 verfestigen.
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Die Form 36 wird durch ein separates Werkzeugkühl- und Heizsystem auf etwa 300 Grad oder mehr Grad Celsius gesteuert (nicht dargestellt). Wenn eine Zyklusunterbrechung eintritt, kühlt die Form unter die Mindestanforderung von 300 Grad Celsius ab, sodass das Heizsystem unter diesen Bedingungen zusätzliche Wärme für den Anguss 44 bereitstellt, um seine Mindestverfestigungszeit zu erreichen. Bei einem exemplarischen Material aus einer Aluminiumlegierung wird das geschmolzene Gießmaterial auf ca. 720 Grad Celsius vorgewärmt, wodurch die Kühlung des geschmolzenen Metalls unmittelbar während des Gießens beginnt. Für die Schwerkraftfüllung der Form 36 ist eine Zeit von ca. 10 bis 11 Sekunden erforderlich. Nach der Formfüllung kühlt das geschmolzene Metall auf eine typische Verfestigungsstufentemperatur von ca. 600 Grad Celsius ab und wird für eine Zeitspanne von ca. 240 Sekunden abgekühlt. Da das Gießsystem 34 so ausgelegt ist, dass das Material des Eingussabschnitts 50, des Läufers 48 und des Angusses 44 als letzte auf die Feststufe abkühlen, um das Material des Eingussabschnitts 50, des Läufers 48 und des Angusses 44 so weit abgekühlt sind, dass die Form 36 geöffnet werden kann, wird die Kühlmittelspülung des Angusses 44 am oder nahe dem Ende der 240 zweiten Kühlperiode durchgeführt. Das von der Kühlmittelquelle 54 bereitgestellte Kühlmittel ist vorzugsweise Luft, kann aber auch Wasser sein, welches das Metall im Zuführabschnitt 40 einschließlich des Angusses 44 von der typischen Verfestigungsstufentemperatur von ca. 600 Grad Celsius auf ca. 450 Grad Celsius abkühlt. Eine Angussmetalltemperatur von 450 Grad Celsius ist ausreichend, um die Form zu öffnen und den Anguss 44 zum Extrahieren in Position zu halten. Das Kühlmittel der Angussform wird daher abgeschaltet, wenn das Metall 450 Grad Celsius erreicht hat.
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Ein typisches Schmelzmetall-Gießgewicht von etwa 50 Pfund ergibt einen Aluminiumzylinderkopf mit einem Gewicht von etwa 25 Pfund. Daher verbleibt nach dem Entfernen des Gussteils 38 zusätzliches Material im Gießsystem 34. Das in der Form 36 verbleibende Material, das auf dem Gussteil 38 blitzt, und das gesamte Material im Zuführbereich 40 nach dem Abkühlen wird entfernt und wiederverwendet.
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Unter Bezugnahme auf 3 und wiederum auf 2 beinhaltet der Anguss 44 eine erste Hälfte 60 und eine zweite Hälfte 62. Ein erster Abschnitt 64 des Strömungskanals ist durch die erste Hälfte 60 vorgesehen, der mit einem zweiten Abschnitt 66 des Strömungskanals in Verbindung steht, der in der zweiten Hälfte 62 beim Verbinden der beiden Hälften entsteht. In der zweiten Hälfte 62 entsteht ein Kühlmittelmantel 68, der einen Hohlraum definiert, der sich über eine wesentliche Länge der zweiten Hälfte 62 erstreckt. Der Kühlmittelmantel 68 ist an gegenüberliegenden Enden mit der Kühlmittelzufuhrleitung 56 und der Kühlmittelrücklaufleitung 58 für die Kühlmittelquelle 54 verbunden. Ein Einlaufkühlmittelanschluss 70 verbindet den Kühlmittelmantel 68 mit der Kühlmittelzufuhrleitung 56 und damit mit der Kühlmittelquelle 54. Ein ähnlicher Kühlmittelauslassanschluss, der in Bezug auf 6 dargestellt und beschrieben ist, verbindet den Kühlmittelmantel 68 mit dem Kühlmittelrücklauf 58, um den Kühlmittelstrom zur Kühlmittelquelle 54 zurückzuleiten.
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Eine wärmeübertragende Wand, die eine Schale 72 der zweiten Hälfte 62 definiert, trennt den zweiten Abschnitt 66 des Strömungskanals vom Kühlmittelmantel 68. Die Menge an Wärmeübertragung, die zum Kühlen von Metall im zweiten Abschnitt 66 des Strömungskanals zur Verfügung steht, wird durch eine Wanddicke 74 der Schale 72 gesteuert. Die Wanddicke 74 liegt gemäß mehreren Aspekten im Bereich von ca. 3 mm bis ca. 5 mm, mit einem Maximum von ca. 6 mm. Die Wanddicke 74 wird gewählt, um die Verfestigung des Anschnitts zu optimieren. Die Wanddicke 74 von mindestens 3 mm verhindert, dass die Verfestigung zu langsam erfolgt, die als Überschreitung der für die Verfestigung zulässigen Gesamtzeit von 240 Sekunden definiert ist, und minimiert auch die Wärmeverformung des Angusses 44 am Kühlmittelmantel 68. Die Wanddicke 74 von maximal 6 mm verhindert, dass die Verfestigung zu schnell erfolgt, was als Verfestigung des Metalls in der Form definiert ist, die vor der Verfestigung im Eingussabschnitt 50 oder im Zuführabschnitt 40 stattfindet. Der Kühlmittelstrom zum Kühlmittelmantel 68 wird nach Beendigung der Metallschmelze eingeleitet und dauert ca. 20 Sekunden, um das Material im Anguss 44 vollständig zu verfestigen. Das Material im Zuführabschnitt 40 ist das letzte Material, das im Gießsystem 34 verfestigt wird, wodurch der Kühlmittelstrom zum Anguss 44 gewährleistet, dass das Material verfestigt und auf etwa 300 Grad Celsius abkühlt, um das Öffnen der Form und das Entfernen des Gussteils zu ermöglichen.
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Unter Bezugnahme auf 4 und wiederum auf die 2 bis 3 beinhaltet die erste Hälfte 60 des Angusses 44 einen Körper 76, der den ersten Abschnitt 64 des Durchgangs aufweist, der durch diesen hindurch geschaffen wurde. Ein Weitmündungseinlass 78 des ersten Abschnitts 64 des Strömungsdurchgangs geht in einen zentralen Durchgang 80 über, der einen kleineren Querschnitt als der Einlass 78 aufweist. Eine Biegung 82 ändert die Strömungsrichtung etwa um 90 Grad vom zentralen Durchgang 80 und definiert einen Auslass des ersten Abschnitts 64 des Strömungsdurchgangs. Der Drosselpunkt 52 definiert eine minimale Durchgangsgröße des zentralen Durchgangs 80, kombiniert mit einer entsprechenden Durchgangsgröße der zweiten Hälfte 62, und liegt stromaufwärts der Biegung 82. Der Drosselpunkt 52 ist so bemessen, dass er einen Massenstromdurchsatz des geschmolzenen Metalls begrenzt, um eine Formfüllzeit von etwa 10 bis 11 Sekunden zu erreichen. Der Drosselpunkt 52 erwärmt sich schnell und hilft beim Steuern der Anschnitt- und Angussverfestigungszeiten, was eine gerichtete Verfestigung in den Anguss 44 ermöglicht.
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Unter Bezugnahme auf 5 und wiederum auf die 2 bis 4 beinhaltet die zweite Hälfte 62 des Angusses 44 einen Körper 84, der den zweiten Abschnitt 66 des Strömungsdurchgangs aufweist, der durch diesen hindurch geschaffen wurde. Ein Weitmündungseinlass 86 des zweiten Abschnitts 66 des Strömungsdurchgangs geht in einen zentralen Durchgang 88 über, der einen kleineren Querschnitt als der Einlass 86 aufweist. Eine Biegung 90 ändert die Strömungsrichtung etwa um 90 Grad vom zentralen Durchgang 88 und definiert einen Auslass des zweiten Abschnitts 66 des Strömungsdurchgangs. Der Kühlmittelmantel 68 erstreckt sich im Wesentlichen über eine gesamte Länge des zweiten Abschnitts 66 des Strömungsdurchgangs und beinhaltet durchweg einen erhöhten Rohrabschnitt 92, der den Kühlmittelstrom zwischen einem Kühlmitteleinlassanschluss 94 und einem Kühlmittelaustrittsanschluss 96 bereitstellt. Der Kühlmittelaustrittsanschluss 96 ist vorzugsweise an einer niedrigeren Position oder Unterseite des Angusses 44 vorgesehen, und wenn das Kühlmittel Wasser ist, sieht er daher eine Kühlmittelableitung aus dem Anguss 44 vor.
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Unter Bezugnahme auf 6 und wiederum auf die 2 bis 5 erstreckt sich der Kühlmittelmantel 68 im Wesentlichen über eine gesamte Länge 98 des Angusses 44, sodass im Wesentlichen der gesamte Anguss 44 durch den Kühlmittelstrom gekühlt wird. Das Kühlmittel (Luft oder Wasser) tritt über die Kühlmittelzufuhrleitung 56 in den Kühlmitteleinlassanschluss 70 ein, durchquert den Kühlmittelmantel 68 auch durch den erhöhten Rohrabschnitt 92 und tritt an einem Kühlmittelaustrittsanschluss 100 in die Kühlmittelrücklaufleitung 58 zur Rückführung an die Kühlmittelquelle 54 aus.
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Ein System und Verfahren zum Gießen von Metall unter Verwendung einer semi-permanenten Form, die mit einem Eingussabschnitt und einem Zuführabschnitt der vorliegenden Offenbarung verbunden ist, bietet mehrere Vorteile. Diese beinhalten die Beseitigung eines Speisers, der in herkömmlichen semi-permanenten Formgebungsverfahren hergestellt wird, wodurch die Porosität der Verfestigungsschrumpfung minimiert wird, das Bereitstellen eines Strömungsdrosselpunktes im Zuführbereich des Gießsystems zum Steuern der Durchflussmengen von geschmolzenem Metall, das Vorbestimmen der Anguss- und Anschnittwandstärke, um Abkühlraten und -zeiten der Verfestigung zu erreichen, Wärmemanagement der Gestaltung des Angussabschnitts des Gießsystems, welcher der letzte Abschnitt ist, der auf den Verfestigungszustand abkühlt, wodurch eine gerichtete Verfestigung in den Anguss ermöglicht wird, und Bereitstellen eines Kühlmittelmantels und eines Kühlmittelstroms in den Kühlmittelmantel des Angusses, um die Kühlung des Angusses am Ende des Kühlzeitraums der Form vor dem Öffnen der Form zu erzwingen.
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Während hierin exemplarisch Aluminiumlegierungsmaterialien und Materialschmelztemperaturen aufgeführt sind, sind die vorliegende Offenbarung und das Gießsystem 34 nicht auf diese Materialien oder Temperaturen beschränkt, und das Gießsystem 34 kann für andere Metalle und Metallverformungstemperaturen verwendet werden. Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist nur als Beispiel zu verstehen und Variationen, die sich nicht vom Kern der Erfindung entfernen, werden als im Rahmen der Erfindung befindlich vorausgesetzt. Solche Varianten sollen nicht als eine Abweichung vom Sinn und Umfang der Erfindung betrachtet werden.
