DE102021130357B4

DE102021130357B4 - Mould package and profiled mould for forming a casting device

Info

Publication number: DE102021130357B4
Application number: DE102021130357.5A
Authority: DE
Inventors: Tiruttani Munikamal; Bala Krishna Sela; Qigui Wang; Scott A. Kavanagh; Guy Celli; Lokesh Choudhary
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2024-04-25
Anticipated expiration: 2041-11-20
Also published as: CN114833310A; US20220241847A1; DE102021130357A1; CN114833310B

Abstract

Formpaket (100) zum Gießen eines Motorblocks (10), umfassend:eine profilierte Kokille (50, 650) und eine auf der profilierten Kokille (50, 650) angeordnete Formkernanordnung;wobei die Formkernanordnung eine Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks (10) definiert;wobei die Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks (10) eine Zwischentrennwand (20) umfasst;wobei die Zwischentrennwand (20) eine Nockenbohrungsöffnung (30) und einen umgebenden Bereich (31) umfasst;wobei die profilierte Kokille (50, 650) einen ersten Kokillenabschnitt (52) mit einem zweiten Kokillenabschnitt (60) und darauf angeordnet eine Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten (64) umfasst;wobei der zweite Kokillenabschnitt (60) ein halbzylindrisches Element ist; undwobei die Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten (64) so angeordnet ist, dass sie an die Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks (10) angrenzt;wobei jeder der dritten Kokillenabschnitte (64) der Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten (64) eine dreieckige Form in einer xz-Ebene, auf der eine Längsachse der Nockenbohrungsöffnung (30) orthogonal steht, hat, einschließlich einer abgeflachten Spitze (65); undwobei sich die abgeflachte Spitze (65) in der Nähe des umgebenden Bereichs (31) von der Nockenbohrungsöffnung (30) befindet.A mold package (100) for casting an engine block (10), comprising:a profiled mold (50, 650) and a mold core assembly disposed on the profiled mold (50, 650);wherein the mold core assembly defines a plurality of partitions of the engine block (10);wherein the plurality of partitions of the engine block (10) comprise an intermediate partition (20);wherein the intermediate partition (20) comprises a cam bore opening (30) and a surrounding region (31);wherein the profiled mold (50, 650) comprises a first mold portion (52) having a second mold portion (60) and disposed thereon a plurality of third mold portions (64);wherein the second mold portion (60) is a semi-cylindrical member; andwherein the plurality of third mold sections (64) are arranged to be adjacent to the plurality of partition walls of the engine block (10);wherein each of the third mold sections (64) of the plurality of third mold sections (64) has a triangular shape in an xz plane to which a longitudinal axis of the cam bore opening (30) is orthogonal, including a flattened tip (65); andwherein the flattened tip (65) is located near the surrounding area (31) of the cam bore opening (30).

Description

EinleitungIntroduction

Bei einem Sandgussverfahren wird ein Einwegformpaket aus einer Vielzahl von harzgebundenen Sandkernen zusammengesetzt, die die Innen- und Außenflächen einer Vorrichtung bilden, wobei jeder der Sandkerne durch Einblasen von harzbeschichtetem Gießereisand in einen Kernkasten und Aushärten darin gebildet werden kann. Ein Beispiel ist ein Sandgussverfahren für einen Verbrennungsmotorblock.In a sand casting process, a disposable mold package is assembled from a plurality of resin-bonded sand cores that form the interior and exterior surfaces of a device, wherein each of the sand cores may be formed by blowing resin-coated foundry sand into a core box and curing it therein. An example is a sand casting process for an internal combustion engine block.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren der Formmontage das Positionieren eines Basiskerns auf einer Oberfläche und den Aufbau oder das Stapeln separater Formelemente, um solche Gussmerkmale zu formen. Beim Gießen eines Verbrennungsmotorblocks können zu den Elementen Seiten, Enden, Kehlen, Kühlwassermäntel, Nockenöffnungen und ein Kurbelgehäuse des Zylinderblocks gehören, wobei je nach Motorkonstruktion zusätzliche Kerne vorhanden sind.In one embodiment, the method of mold assembly includes positioning a base core on a surface and building up or stacking separate mold elements to form such casting features. When casting an internal combustion engine block, the elements may include sides, ends, fillets, water jackets, cam openings, and a cylinder block crankcase, with additional cores depending on the engine design.

Die Abfuhr von Wärmeenergie aus verflüssigtem Metall in einem Formpaket ist ein wichtiger Aspekt im Gießereiprozess. Das rasche Erstarren und Abkühlen des Gussstücks fördert ein feinkörniges Gefüge im erstarrten Metall, was zu wünschenswerten Materialeigenschaften wie hoher Zugfestigkeit, hoher Ermüdungsfestigkeit und guter Bearbeitbarkeit führt. Als nicht einschränkendes Beispiel können während des Erstarrens des verflüssigten Metalls Dendriten gebildet werden, wenn das verflüssigte Metall eine Aluminiumlegierung ist. Die Länge, Ausrichtung und Konfiguration der Dendriten kann die strukturellen und materiellen Eigenschaften des Gussteils beeinflussen. Übermäßige Längen, Ausrichtungen und Konfigurationen der Dendriten können sich negativ auf die Zug- und Ermüdungsfestigkeit auswirken und somit die Lebensdauer des Gussteils beeinträchtigen. Das Erreichen kleinerer DAS (Dendritenarmabstände) in einem Sandgussblock kann an bestimmten Stellen, z. B. in der Nähe von Entlüftungsfenstern und Nockenbohrungsbereichen eines Motorblocks, eine Herausforderung darstellen.The removal of thermal energy from liquefied metal in a mold package is an important aspect of the foundry process. The rapid solidification and cooling of the casting promotes a fine-grained microstructure in the solidified metal, resulting in desirable material properties such as high tensile strength, high fatigue strength, and good machinability. As a non-limiting example, dendrites can be formed during solidification of the liquefied metal when the liquefied metal is an aluminum alloy. The length, orientation, and configuration of the dendrites can affect the structural and material properties of the casting. Excessive dendrite lengths, orientations, and configurations can negatively impact tensile and fatigue strength, thus affecting the life of the casting. Achieving smaller DAS (dendrite arm spacing) in a sand cast ingot can be challenging in certain locations, such as near vent windows and cam bore areas of an engine block.

US 7 438 117 B2 beschreibt einen Zylinderblockgussteil mit einem darin ausgebildeten Trennwandfenster, wobei das Trennwandfenster durch einen Satzkern gebildet wird, der entweder in einer Kokillenanordnung oder in einem integralen Zylinderkurbelgehäusekern eines Formpakets aufgenommen wird. US 7 438 117 B2 describes a cylinder block casting having a partition window formed therein, the partition window being formed by a set core received either in a mold assembly or in an integral cylinder crankcase core of a mold package.

US 5 361 823 A beschreibt einen abbaubaren Gusskern, der in-situ mit einem hülsenartigen Auskleidungselement geformt und innerhalb des Formhohlraums einer Zylinderblock-Gussform zum Auskleiden von Kolben-Zylinderkammern eines in der Form gegossenen Zylinderblocks montiert wird. Das Auskleidungselement ist mit einer inneren ringförmigen Ausnehmung versehen, die einen entsprechenden ringförmigen Vorsprung des Kerns aufnimmt, um zu verhindern, dass die Auskleidung während des Gießens axial auf dem Kern gleitet. US 5 361 823 A describes a degradable casting core formed in-situ with a sleeve-like lining member and mounted within the mold cavity of a cylinder block casting mold for lining piston-cylinder chambers of a cylinder block cast in the mold. The lining member is provided with an inner annular recess which receives a corresponding annular projection of the core to prevent the lining from sliding axially on the core during casting.

DE000002255644B2 beschreibt eine aus einem Stahlzylinder bestehende Kokille zum Gießen von Kolbenrohlingen, insbesondere aus Aluminiumlegierungen, vorzugsweise für Verbrennungskraftmaschinen, mit einem die Innenkonturen des Kolbens wiedergebenden eingesetzten Innenkern. DE000002255644B2 describes a mold consisting of a steel cylinder for casting piston blanks, in particular made of aluminum alloys, preferably for internal combustion engines, with an inserted inner core that reproduces the inner contours of the piston.

Daher besteht ein Bedarf an einem verbesserten Kühlen einer Gussvorrichtung während des Erstarrens des verflüssigten Metalls, um DAS und Porosität insbesondere in den hochbelasteten Trennwandbereichen zu reduzieren. Es ist die erfindungsgemäße Aufgabe, eine Gussvorrichtung für einen Zylinderblock auf eine Weise herzustellen, die die mechanischen Eigenschaften des Materials im Bereich der Trennwand verbessert, die Effizienz des Gießens erhöht und die Genauigkeit des Gießens verbessert.Therefore, there is a need for improved cooling of a casting device during solidification of the liquefied metal in order to reduce DAS and porosity, especially in the highly stressed partition wall areas. It is the object of the invention to produce a casting device for a cylinder block in a manner which improves the mechanical properties of the material in the partition wall area, increases the efficiency of the casting and improves the accuracy of the casting.

Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention

Die erfindungsgemäße Lösung bietet eine profilierte Kokille für ein verbessertes Kühlen einer Gussvorrichtung während des Erstarrens von Flüssigmetall. Das verbesserte Kühlen durch die profilierte Kokille verfeinert die Mikrostruktur des gegossenen Aluminiums durch verbessertes Kühlen während des Erstarrens des flüssigen Metalls. Das Verbessern des schnellen Abkühlens des flüssigen Metalls während des Erstarrens verfeinert die Mikrostruktur des gegossenen Aluminiums, indem sie die Dendritenarmabstände (DAS) verringert und die Porosität reduziert, was zu verbesserten mechanischen Eigenschaften im Gebrauch führt.The inventive solution provides a profiled mold for improved cooling of a casting device during solidification of liquid metal. The improved cooling by the profiled mold refines the microstructure of the cast aluminum by improved cooling during solidification of the liquid metal. Improving the rapid cooling of the liquid metal during solidification refines the microstructure of the cast aluminum by decreasing the dendrite arm spacing (DAS) and reducing porosity, resulting in improved mechanical properties in use.

Handelt es sich bei der Gussvorrichtung um einen Motorblock für einen Verbrennungsmotor, kann die profilierte Kokille zum Verbessern der Materialeigenschaften in einem Trennwandbereich eingesetzt werden. Die profilierte Kokille ist wesentlich wärmeleitfähiger als Gießereisand, um die Wärme von Teilen der Gussvorrichtung abzuleiten. Die profilierte Kokille umfasst ein oder eine Vielzahl von wärmeleitenden Elementen, die in einer Form so zusammengesetzt sind, dass sie einen Teil der Merkmale der Gussvorrichtung formen. Die profilierte Kokille kann in ein Grundkernwerkzeug eingesetzt werden, um das ein Grundkern geformt wird, oder sie kann während der Montage der Form in den Grundkern eingebaut werden.If the casting device is an engine block for an internal combustion engine, the profiled mold can be used in a bulkhead area to improve material properties. The profiled mold is much more thermally conductive than foundry sand to conduct heat away from parts of the casting device. The profiled mold comprises one or a plurality of thermally conductive elements assembled in a mold to form part of the features of the casting device. The profiled mold can be inserted into a base core tool around which a base core is formed, or it can be incorporated into the base core during assembly of the mold.

Die erfindungsgemäße Lösung umfasst ein Formpaket zum Gießen eines Motorblocks. Das Formpaket umfasst eine profilierte Kokille und eine Formkernanordnung, die auf der profilierten Kokille angeordnet ist. Die Formkernanordnung definiert eine Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks. Die Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks umfasst eine Zwischentrennwand. Die Zwischentrennwand umfasst eine Nockenbohrungsöffnung und einen umgebenden Bereich umfasst. Die profilierte Kokille umfasst einen ersten Kokillenabschnitt mit einem zweiten Kokillenabschnitt und darauf angeordnet eine Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten. Der zweite Kokillenabschnitt ist ein halbzylindrisches Element. Die Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten ist so angeordnet, dass sie an die Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks angrenzt. Jeder der dritten Kokillenabschnitte der Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten hat eine dreieckige Form in einer xz-Ebene, auf der eine Längsachse der Nockenbohrungsöffnung orthogonal steht, einschließlich einer abgeflachten Spitze. Die abgeflachte Spitze befindet sich in der Nähe des umgebenden Bereichs von der Nockenbohrungsöffnung.The solution according to the invention comprises a mold package for casting an engine block. The mold package comprises a profiled mold and a mold core assembly arranged on the profiled mold. The mold core assembly defines a plurality of partition walls of the engine block. The plurality of partition walls of the engine block comprise an intermediate partition wall. The intermediate partition wall comprises a cam bore opening and a surrounding area. The profiled mold comprises a first mold section with a second mold section and a plurality of third mold sections arranged thereon. The second mold section is a semi-cylindrical element. The plurality of third mold sections are arranged so as to be adjacent to the plurality of partition walls of the engine block. Each of the third mold sections of the plurality of third mold sections has a triangular shape in an xz plane to which a longitudinal axis of the cam bore opening is orthogonal, including a flattened tip. The flattened tip is located near the surrounding area of the cam bore opening.

Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Kokillenabschnitt als rechteckiges Prisma angeordnet. Das halbzylindrische Element des zweiten Kokillenabschnitts ist auf einer oberen Fläche des ersten Kokillenabschnitts angeordnet.According to one embodiment, the first mold section is arranged as a rectangular prism. The semi-cylindrical element of the second mold section is arranged on an upper surface of the first mold section.

Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite Kokillenabschnitt als halbzylindrisches Element angeordnet und grenzt an Sattelbereiche der Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks an. According to one embodiment, the second mold section is arranged as a semi-cylindrical element and adjoins saddle regions of the plurality of partition walls of the engine block.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks eine vordere Trennwand, eine hintere Trennwand und eine Vielzahl von Zwischentrennwänden. Die Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten, die so angeordnet ist, dass sie an die Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks angrenzt, umfasst einen der dritten Kokillenabschnitte, der so angeordnet ist, dass er an einen inneren Seitenabschnitt der hinteren Trennwand angrenzt. Gepaarte Sätze der dritten Kokillenabschnitte sind angrenzend an erste und zweite Seitenabschnitte jeder der Vielzahl von Zwischentrennwänden angeordnet.According to one embodiment, the plurality of engine block partitions include a front partition, a rear partition, and a plurality of intermediate partitions. The plurality of third mold sections arranged to be adjacent to the plurality of engine block partitions includes one of the third mold sections arranged to be adjacent to an inner side portion of the rear partition. Paired sets of the third mold sections are arranged adjacent to first and second side portions of each of the plurality of intermediate partitions.

Gemäß einer Ausführungsform weist jede der Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks einen Endabschnitt auf. Der erste Kokillenabschnitt grenzt an die Endabschnitte der Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks an.According to one embodiment, each of the plurality of partition walls of the engine block has an end portion. The first mold portion adjoins the end portions of the plurality of partition walls of the engine block.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks eine vordere Trennwand, eine hintere Trennwand und eine Vielzahl von Zwischentrennwänden. Jede der Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks weist einen Sattelabschnitt, einen Endabschnitt und Seitenabschnitte auf. Der erste Kokillenabschnitt ist als ein rechteckiges Prisma angeordnet. Das halbzylindrische Element des zweiten Kokillenabschnitts ist auf der oberen Fläche des ersten Kokillenabschnitts angeordnet. Die Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten ist auf dem halbzylindrischen Element des zweiten Kokillenabschnitts angeordnet.According to one embodiment, the plurality of engine block partitions include a front partition, a rear partition, and a plurality of intermediate partitions. Each of the plurality of engine block partitions has a saddle portion, an end portion, and side portions. The first mold portion is arranged as a rectangular prism. The semi-cylindrical element of the second mold portion is arranged on the upper surface of the first mold portion. The plurality of third mold portions are arranged on the semi-cylindrical element of the second mold portion.

Gemäß einer Ausführungsform ist das halbzylindrische Element des zweiten Kokillenabschnitts angrenzend an den Sattelabschnitt jeder der Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks angeordnet.According to one embodiment, the semi-cylindrical element of the second mold portion is arranged adjacent to the saddle portion of each of the plurality of partition walls of the engine block.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten neben den Seiten der Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks angeordnet.According to one embodiment, the plurality of third mold sections are arranged adjacent to the sides of the plurality of partition walls of the engine block.

Gemäß einer Ausführungsform sind ein dritter Kokillenabschnitte, der angrenzend an einen inneren Seitenabschnitt der vorderen Trennwand angeordnet ist, ein dritter Kokillenabschnitte, der angrenzend an einen inneren Seitenabschnitt der hinteren Trennwand angeordnet ist, und gepaarte Sätze der dritten Kokillenabschnitte, die angrenzend an erste und zweite Seitenabschnitte jeder der Vielzahl von Zwischentrennwände angeordnet sind, bereitgestellt.According to one embodiment, a third mold section disposed adjacent to an inner side portion of the front partition wall, a third mold section disposed adjacent to an inner side portion of the rear partition wall, and paired sets of the third mold sections disposed adjacent to first and second side portions of each of the plurality of intermediate partition walls are provided.

Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Kokillenabschnitt angrenzend an die Endabschnitte der Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks angeordnet.According to one embodiment, the first mold portion is arranged adjacent to the end portions of the plurality of partition walls of the engine block.

Gemäß einer Ausführungsform ist die profilierte Kokille auf einer profilierten Kokillenplatte angeordnet.According to one embodiment, the profiled mold is arranged on a profiled mold plate.

Gemäß einer Ausführungsform ist die profilierte Kokille aus einem wärmeleitenden Material hergestellt.According to one embodiment, the profiled mold is made of a heat-conducting material.

Gemäß einer Ausführungsform ist das wärmeleitende Material eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung, eine Stahllegierung oder eine Eisenlegierung.According to one embodiment, the thermally conductive material is a copper alloy, an aluminum alloy, a steel alloy or an iron alloy.

Gemäß einer Ausführungsform sind der erste, zweite und dritte Kokillenabschnitt aus einem festen Material hergestellt.According to one embodiment, the first, second and third mold sections are made of a solid material.

Gemäß der Erfindung wird auch eine profilierte Kokille bereitgestellt. Die profilierte Kokille für ein Formpaket ist zum Gießen einer Vorrichtung mit einem inneren Trennwandabschnitt konfiguriert. Die profilierte Kokille umfasst einen ersten Kokillenabschnitt mit einem zweiten Kokillenabschnitt und darauf angeordnet eine Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten. Der erste Kokillenabschnitt ist ein rechteckiges Prisma mit einer ersten Oberfläche. Der zweite Kokillenabschnitt ist ein halbzylindrisches Element, das auf der ersten Oberfläche des ersten Kokillenabschnitts angeordnet ist. Die Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten ist auf dem ersten Kokillenabschnitt angeordnet und erstreckt sich von dem halbzylindrischen Element des zweiten Kokillenabschnitts. Die Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten ist so angeordnet, dass sie an den inneren Trennwandabschnitt der Vorrichtung angrenzt. Der innere Trennwandabschnitt umfasst einen ersten Seitenabschnitt und einen zweiten Seitenabschnitt einer Zwischentrennwand. Die Zwischentrennwand umfasst eine Nockenbohrungsöffnung und einen umgebenden Bereich. Jeder der dritten Kokillenabschnitte der Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten hat eine dreieckige Form in einer xz-Ebene, auf der eine Längsachse der Nockenbohrungsöffnung orthogonal steht, einschließlich einer abgeflachten Spitze. Die abgeflachte Spitze befindet sich in der Nähe des umgebenden Bereichs von der Nockenbohrungsöffnung.According to the invention, a profiled mold is also provided. The profiled mold for a mold package is configured for casting a device with an inner partition wall section. The profiled mold comprises a first mold section with a second mold section and arranged thereon a plurality of third mold n sections. The first mold section is a rectangular prism having a first surface. The second mold section is a semi-cylindrical member disposed on the first surface of the first mold section. The plurality of third mold sections are disposed on the first mold section and extend from the semi-cylindrical member of the second mold section. The plurality of third mold sections are disposed to abut the inner partition wall section of the apparatus. The inner partition wall section includes a first side section and a second side section of an intermediate partition wall. The intermediate partition wall includes a cam bore opening and a surrounding region. Each of the third mold sections of the plurality of third mold sections has a triangular shape in an xz plane to which a longitudinal axis of the cam bore opening is orthogonal, including a flattened tip. The flattened tip is located near the surrounding region of the cam bore opening.

Die obige Zusammenfassung soll nicht jede mögliche Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung darstellen. Vielmehr soll die vorstehende Zusammenfassung einige der hier beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale veranschaulichen. Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung repräsentativer Ausführungsformen und Modi zur Durchführung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den Ansprüchen ohne weiteres ersichtlich sein.The above summary is not intended to describe every possible embodiment of the present description. Rather, the above summary is intended to illustrate some of the embodiments and features described herein. The above features and advantages, as well as other features and advantages of the present invention, will be readily apparent from the following detailed description of representative embodiments and modes for carrying out the present invention, taken in conjunction with the accompanying drawings and the claims.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 schematisch eine isometrische Ansicht eines Motorblock-Formpakets für einen Motor mit V-Zylinder-Konfiguration, das eine Ausführungsform einer profilierten Kokille gemäß der Erfindung enthält, zeigt.
2 schematisch eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform einer profilierten Kokille für ein Motorblockformpaket gemäß der Offenbarung zeigt.
3 schematisch eine Unteransicht eines Teils eines Motorblockformpakets, das eine Ausführungsform einer profilierten Kokille gemäß der Offenbarung enthält, zeigt.
4 schematisch eine seitliche Schnittansicht eines Teils eines Motorblockformpakets, das eine Ausführungsform einer profilierten Kokille gemäß der Erfindung enthält, zeigt.
5 schematisch eine Längsschnittansicht eines Teils eines Motorblockformpakets, das eine Ausführungsform einer profilierten Kokille gemäß der Erfindung enthält, zeigt.
6 schematisch eine isometrische Ansicht eines Motorblock-Formpakets für eine Reihenzylinderkonfiguration mit einer Ausführungsform einer profilierten Kokille gemäß der Erfindung zeigt.

One or more embodiments will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:

1 schematically shows an isometric view of an engine block mold package for an engine with V-cylinder configuration, incorporating an embodiment of a profiled mold according to the invention.
2 schematically shows an isometric view of an embodiment of a profiled mold for an engine block mold package according to the disclosure.
3 schematically shows a bottom view of a portion of an engine block mold package incorporating an embodiment of a profiled mold according to the disclosure.
4 schematically shows a side sectional view of a part of an engine block mold package containing an embodiment of a profiled mold according to the invention.
5 schematically shows a longitudinal sectional view of a part of an engine block mold package containing an embodiment of a profiled mold according to the invention.
6 schematically shows an isometric view of an engine block mold package for an in-line cylinder configuration with an embodiment of a profiled mold according to the invention.

Die beigefügten Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und stellen eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale der vorliegenden Beschreibung dar, wie sie hierin beschrieben sind, einschließlich z. B. bestimmter Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen. Details, die mit solchen Merkmalen verbunden sind, werden zum Teil durch die jeweilige beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt.The accompanying drawings are not necessarily to scale and present a somewhat simplified representation of various preferred features of the present specification as described herein, including, for example, particular dimensions, orientations, locations, and shapes. Details associated with such features will be determined in part by the particular intended application and environment of use.

Ausführliche BeschreibungDetailed description

Die Komponenten der hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen können in einer Vielzahl unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet und gestaltet werden. Darüber hinaus werden in der folgenden Beschreibung zwar zahlreiche spezifische Details aufgeführt, um ein umfassendes Verständnis der hier beschriebenen Ausführungsformen zu ermöglichen, doch können einige Ausführungsformen auch ohne einige dieser Details ausgeführt werden. Im Interesse der Klarheit wurde außerdem auf eine detaillierte Beschreibung bestimmter technischer Details verzichtet, die im Stand der Technik bekannt sind, um die Beschreibung nicht unnötig zu verkomplizieren. Der Einfachheit und Klarheit halber können in den Zeichnungen Richtungsbegriffe wie oben, unten, links, rechts, oben, über, über, unter, unter, hinten und vorne verwendet werden.. Die Erfindung, wie sie hierin dargestellt und beschrieben ist, kann auch ohne ein Element, das hierin nicht ausdrücklich beschrieben ist, durchgeführt werden. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch eine ausdrückliche oder stillschweigende Theorie, die hier vorgestellt wird, gebunden zu sein. Entsprechende Bezugsziffern bezeichnen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale in den Zeichnungen.The components of the embodiments described and illustrated herein can be arranged and configured in a variety of different configurations. Moreover, while numerous specific details are set forth in the following description to provide a thorough understanding of the embodiments described herein, some embodiments may be practiced without some of these details. In addition, in the interest of clarity, detailed descriptions of certain technical details known in the art have been omitted so as not to unnecessarily obscure the description. For simplicity and clarity, directional terms such as up, down, left, right, above, over, below, under, back, and front may be used in the drawings. The invention as shown and described herein may be practiced without any element not expressly described herein. Furthermore, there is no intention to be bound by any express or implied theory presented herein. Corresponding reference numerals designate like or corresponding parts and features throughout the drawings.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulichen die in Übereinstimmung mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen ein Formpaket 100, das eine profilierte Kokille 50 umfasst. In einer Ausführungsform und wie unter Bezugnahme auf die 1-5 dargestellt, sind das Formpaket 100 und die profilierte Kokille 50 mit dem Gießen eines V-8-Motorblocks 10 für einen Verbrennungsmotor verbunden. In einer Ausführungsform und wie in 6 dargestellt, sind ein Formpaket 600, eine Ausführungsform der Profilkokille 650 und eine Formangussanordnung 692 mit dem Gießen eines Reihen-Vierzylinder-Motorblocks 610 für einen Verbrennungsmotor verbunden. Als nicht einschränkende Beispiele kann eine Ausführungsform der Profilkokille 650 mit den hier beschriebenen Merkmalen beim Formen eines Motorblocks mit einer V4-, V6-, V10-, V12- usw. Zylinderkonfiguration, beim Formen eines Motorblocks mit einer Reihen-Zylinderkonfiguration von L2, L3, L5, L6, L8 usw., beim Formen eines Motorblocks mit einer W-Zylinderkonfiguration, beim Formen eines Motorblocks mit einer gegenüberliegenden Zylinderkonfiguration, beim Formen eines Motorblocks mit einer Einzelzylinderkonfiguration usw. verwendet werden. Alternativ können das Formpaket und die profilierte Kokille mit dem Herstellen einer anderen Gussvorrichtung verbunden sein, die die hier beschriebenen Merkmale der profilierten Kokille verwendet. In den Zeichnungen können die Elemente mit Bezug auf eine Quer- oder x-Achse 7, eine Längs- oder y-Achse 8 und eine Höhen- oder z-Achse 9 sowie eine zugehörige xy-Ebene, eine zugehörige xz-Ebene und eine zugehörige yz-Ebene beschrieben werden.With reference to the drawings, the in accordance with the embodiments described herein, a mold package 100 comprising a profiled mold 50. In one embodiment and as described with reference to the 1-5 shown are the mold package 100 and the profiled mold 50 with the casting of a V-8 engine block 10 for an internal combustion engine. In one embodiment and as shown in 6 , a mold package 600, an embodiment of the profile mold 650, and a mold gate assembly 692 are associated with the casting of an inline four-cylinder engine block 610 for an internal combustion engine. As non-limiting examples, an embodiment of the profile mold 650 having the features described herein may be used in molding an engine block having a V4, V6, V10, V12, etc. cylinder configuration, in molding an engine block having an inline cylinder configuration of L2, L3, L5, L6, L8, etc., in molding an engine block having a W cylinder configuration, in molding an engine block having an opposed cylinder configuration, in molding an engine block having a single cylinder configuration, etc. Alternatively, the mold package and profile mold may be associated with producing another casting apparatus that utilizes the features of the profile mold described herein. In the drawings, the elements may be described with reference to a transverse or x-axis 7, a longitudinal or y-axis 8 and a height or z-axis 9 as well as an associated xy-plane, an associated xz-plane and an associated yz-plane.

Wiederum Bezug nehmend auf 1 ist eine isometrische Ansicht des Motorblock-Formpakets 100 für den Motorblock 10, der in einer V-Zylinder-Konfiguration angeordnet ist, schematisch dargestellt und umfasst den Motorblock 10 einschließlich Zylinderlaufbuchsen, die Zylinder 11 definieren, die auf einer Formangussanordnung 92 angeordnet sind und in einem Formkernkasten 90 angeordnet sind, wobei eine Ausführungsform der profilierten Kokille 50 darauf angeordnet ist. Zu den dargestellten Merkmalen des Motorblocks 10 gehören ein äußerer Teil einer vorderen Trennwand 12, eine Nockenbohrungsöffnung 30 und eine Ölwannenschürze 32. Diese Perspektive zeigt das Motorblock-Formpaket 100 und den Motorblock 10 am Ende eines Formprozesses, wobei sich der Motorblock 10 in einer umgekehrten Position befindet. Eine Bodenfläche 56 der profilierten Kokille 50 ist angedeutet.Again referring to 1 1 is an isometric view of the engine block mold package 100 for the engine block 10 arranged in a V-cylinder configuration, schematically shown and includes the engine block 10 including cylinder liners defining cylinders 11 disposed on a mold sprue assembly 92 and arranged in a mold core box 90 with an embodiment of the profiled mold 50 disposed thereon. Features of the engine block 10 shown include an outer portion of a front bulkhead 12, a cam bore opening 30, and an oil pan skirt 32. This perspective shows the engine block mold package 100 and the engine block 10 at the end of a molding process with the engine block 10 in an inverted position. A bottom surface 56 of the profiled mold 50 is indicated.

Um den Motorblock 10 zu formen, wird eine Formkernanordnung auf der profilierten Kokille 50 und der Formangussanordnung 92 innerhalb des Motorblockformpakets 100 geformt. Die Formkernanordnung umfasst z. B. einen Kurbelgehäusekern, Endkerne, Seitenkerne, Kühlwassermantelplattenkernanordnungen, einen Stößelkehlkern und einen Deckelkern. Die profilierte Kokille 50 und die Formkernanordnung formen Teile der Merkmale der Gussvorrichtung, einschließlich der Formung der Vielzahl von Trennwänden. Flüssiges Metall wird in das Motorblockformpaket 100 gegossen und abgekühlt, um die Gussvorrichtung zu formen.To form the engine block 10, a mold core assembly is formed on the contoured mold 50 and the mold gate assembly 92 within the engine block mold package 100. The mold core assembly includes, for example, a crankcase core, end cores, side cores, water jacket plate core assemblies, a tappet throat core, and a cover core. The contoured mold 50 and mold core assembly form portions of the features of the casting apparatus, including forming the plurality of partition walls. Liquid metal is poured into the engine block mold package 100 and cooled to form the casting apparatus.

In 2 ist eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform der profilierten Kokille 50 mit einem ersten Kokillenabschnitt 52, auf dem ein zweiter Kokillenabschnitt 60 und eine Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten 64 angeordnet sind, dargestellt. In einer Ausführungsform ist die profilierte Kokille 50 auf einer Kokillenplatte 70 angeordnet. Die profilierte Kokille 50 ist wesentlich wärmeleitfähiger als Gießereisand und leitet die Wärme von den Teilen der Gussvorrichtung, mit denen es in Berührung kommt, sehr gut ab.In 2 is an isometric view of an embodiment of the profiled mold 50 having a first mold section 52 on which a second mold section 60 and a plurality of third mold sections 64 are arranged. In one embodiment, the profiled mold 50 is arranged on a mold plate 70. The profiled mold 50 is significantly more thermally conductive than foundry sand and conducts heat very well away from the parts of the casting device with which it comes into contact.

Der erste Kokillenabschnitt 52 ist als rechteckiges Prisma mit einer oberen Fläche 54 und einer unteren Fläche 56 angeordnet, wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 gezeigt. Abschnitte 55 der oberen Fläche 54 in der xy-Ebene sind so angeordnet, dass sie an die Endabschnitte 24 einer Vielzahl von Trennwänden angrenzen, die während des Gießens im Motorblock 10 ausgebildet werden. Der erste Kokillenabschnitt 52 kann in einer Ausführungsform aus einem massiven Block hergestellt werden. Alternativ kann der erste Kokillenabschnitt 52 auch Kühlkanäle enthalten.The first mold section 52 is arranged as a rectangular prism with an upper surface 54 and a lower surface 56, as previously described with reference to 1 . Portions 55 of the upper surface 54 in the xy plane are arranged to abut the end portions 24 of a plurality of partition walls formed in the engine block 10 during casting. The first mold portion 52 may, in one embodiment, be made from a solid block. Alternatively, the first mold portion 52 may also include cooling channels.

Der zweite Kokillenabschnitt 60 ist ein halbzylindrisches Element mit einer gekrümmten Oberfläche 62 in der xz-Ebene und ist auf der oberen Oberfläche 54 des ersten Kokillenabschnitts 52 angeordnet. Die gekrümmte Oberfläche 62 des halbzylindrischen Elements des zweiten Kokillenabschnitts 60 grenzt an eine Vielzahl von Sattelbereichen 26 der Vielzahl von Trennwänden, die während des Gießens im Motorblock 10 ausgebildet werden. Die Sattelbereiche 26 sind halbzylindrische Abschnitte, auf denen eine Motorkurbelwelle und zugehörige Lager montiert sind.The second mold section 60 is a semi-cylindrical member having a curved surface 62 in the xz plane and is disposed on the upper surface 54 of the first mold section 52. The curved surface 62 of the semi-cylindrical member of the second mold section 60 abuts a plurality of saddle regions 26 of the plurality of partition walls formed in the engine block 10 during casting. The saddle regions 26 are semi-cylindrical sections upon which an engine crankshaft and associated bearings are mounted.

Die Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten 64 sind auf der oberen Fläche 54 des ersten Kokillenabschnitts 52 oberhalb des zweiten Kokillenabschnitts 60 und in Längsrichtung angrenzend an die Vielzahl von Trennwänden des Motorblocks 10 angeordnet. Jeder der dritten Kokillenabschnitte 64 hat eine dreieckige Form in der xz-Ebene, einschließlich einer abgeflachten Spitze 65.The plurality of third mold sections 64 are disposed on the upper surface 54 of the first mold section 52 above the second mold section 60 and longitudinally adjacent to the plurality of partition walls of the engine block 10. Each of the third mold sections 64 has a triangular shape in the xz plane including a flattened tip 65.

Die profilierte Kokille 50 mit dem ersten Kokillenabschnitt 52, dem zweiten Kokillenabschnitt 60 und der Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten 64 kann aus einer Vielzahl von Komponenten bestehen oder als einheitliche Vorrichtung mit den hier beschriebenen Merkmalen ausgebildet sein.The profiled mold 50 with the first mold section 52, the second mold section 60 and the plurality of third mold sections 64 can consist of a plurality of components or be designed as a unitary device with the features described here.

Die profilierte Kokille 50 wird vorteilhafterweise aus einem wärmeleitenden Material wie einer Eisenlegierung, einer Stahllegierung, einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung usw. hergestellt. In einer Ausführungsform wird die profilierte Kokille 50 aus einer festen Materialmasse hergestellt. Alternativ dazu können einer oder eine Vielzahl der ersten, zweiten und dritten Kokillenabschnitte einen internen Fluidkanal 58 aufweisen, der ein zirkulierendes Kühlmittel aufnehmen kann.The profiled mold 50 is advantageously made of a heat-conducting material such as an iron alloy, a steel alloy, a copper alloy alloy, an aluminum alloy, etc. In one embodiment, the profiled mold 50 is made from a solid mass of material. Alternatively, one or a plurality of the first, second and third mold sections may include an internal fluid channel 58 capable of receiving a circulating coolant.

Wiederum unter Bezugnahme auf 3 ist eine Bodenansicht eines Teils des Motorblocks 10 und der Bodenfläche 56 der profilierten Kokille 50 in der xy-Ebene dargestellt, um die Lage der seitlichen Schnittansicht des Mittelteils in der xz-Ebene, die unter Bezugnahme auf 4 dargestellt ist, und die Lage der Längsschnittansicht des Mittelteils in der yz-Ebene, die unter Bezugnahme auf 5 dargestellt ist, zu kennzeichnen.Again with reference to 3 is a bottom view of a portion of the engine block 10 and the bottom surface 56 of the profiled mold 50 in the xy plane to illustrate the position of the side sectional view of the center portion in the xz plane, which is shown with reference to 4 and the position of the longitudinal sectional view of the central part in the yz plane, which is shown with reference to 5 shown.

In 4 sind Teile des Motorblocks 10 und der profilierten Kokille 50 in der xz-Ebene im mittleren Querschnitt dargestellt. Der Motorblock 10 umfasst Zylinderlaufbuchsen, die die Zylinder 11 definieren, eine Zwischentrennwand 20, die eine Nockenbohrungsöffnung 30 und einen umgebenden Bereich 31 umfasst, sowie die Ölwannenschürze 32. Die profilierte Kokille 50 umfasst den ersten Kokillenabschnitt 52 und einen der dritten Kokillenabschnitte 64. Wie dargestellt, hat der dritte Kokillenabschnitt 64 eine abgeflachte Spitze 65, die sich in der Nähe des umgebenden Bereichs 31 der Nockenbohrungsöffnung 30 befindet.In 4 , portions of the engine block 10 and the profiled mold 50 are shown in central cross-section in the xz plane. The engine block 10 includes cylinder liners defining the cylinders 11, an intermediate partition 20 including a cam bore opening 30 and a surrounding area 31, and the oil pan skirt 32. The profiled mold 50 includes the first mold section 52 and one of the third mold sections 64. As shown, the third mold section 64 has a flattened tip 65 located near the surrounding area 31 of the cam bore opening 30.

In 5 sind der Motorblock 10 und die profilierte Kokille 50 in der yz-Ebene im Längsschnitt dargestellt. Der Motorblock 10 umfasst Zylinderlaufbuchsen, die die Zylinder 11 definieren, und eine Vielzahl von Trennwänden, darunter eine vordere Trennwand 12, eine hintere Trennwand 16 und eine Vielzahl von Zwischentrennwänden 20. Jede der Vielzahl von Trennwänden umfasst ein Paar von Endabschnitten 24 und einen Sattelbereich 26. Die profilierte Kokille 50 umfasst den ersten Kokillenabschnitt 52, den zweiten Kokillenabschnitt 60 und eine Vielzahl von dritten Kokillenabschnitten 64.In 5 , the engine block 10 and the profiled mold 50 are shown in longitudinal section in the yz plane. The engine block 10 includes cylinder liners defining the cylinders 11 and a plurality of partitions including a front partition 12, a rear partition 16 and a plurality of intermediate partitions 20. Each of the plurality of partitions includes a pair of end portions 24 and a saddle region 26. The profiled mold 50 includes the first mold portion 52, the second mold portion 60 and a plurality of third mold portions 64.

Die Vielzahl der dritten Kokillenabschnitte 64 ist wie folgt angeordnet. Einer der dritten Kokillenabschnitte 64 ist so angeordnet, dass er an einen inneren Seitenabschnitt 14 der vorderen Trennwand 12 angrenzt. Einer der dritten Kokillenabschnitte 64 ist so angeordnet, dass er an einen inneren Seitenabschnitt 18 der hinteren Trennwand 16 angrenzt. Gepaarte Sätze der dritten Kokillenabschnitte 64 sind so angeordnet, dass sie an erste und zweite Seitenabschnitte 21 bzw. 22 jeder der Vielzahl von Zwischentrennwänden 20 angrenzen.The plurality of third mold sections 64 are arranged as follows. One of the third mold sections 64 is arranged to abut an inner side section 14 of the front partition wall 12. One of the third mold sections 64 is arranged to abut an inner side section 18 of the rear partition wall 16. Paired sets of the third mold sections 64 are arranged to abut first and second side sections 21 and 22, respectively, of each of the plurality of intermediate partition walls 20.

Die hierin beschriebenen Konzepte stellen eine profilierte Kokille 50, wie sie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, für ein Formpaket bereit, das zum Gießen einer Vorrichtung mit einem inneren Trennwandabschnitt konfiguriert ist. In einer Ausführungsform kann der innere Trennwandabschnitt ein innerer Seitenabschnitt 14 der vorderen Trennwand 12, ein innerer Seitenabschnitt 18 der hinteren Trennwand 16 oder ein erster bzw. zweiter Seitenabschnitt 21 bzw. 22 eines der Zwischentrennwände 20 sein.The concepts described herein represent a profiled mold 50 as described with reference to 2 for a mold package configured to mold a device having an inner partition wall portion. In one embodiment, the inner partition wall portion may be an inner side portion 14 of the front partition wall 12, an inner side portion 18 of the rear partition wall 16, or a first or second side portion 21 or 22 of one of the intermediate partition walls 20.

Die profilierte Kokille 50 sorgt für ein verbessertes Kühlen während des Erstarrens an den Stellen in der Nähe von Entlüftungsfenstern/-löchern und um die Nockenbohrungsbereiche in der Stirnwand, verglichen mit der derzeitigen Kokille. Dadurch wird die Mikrostruktur des Aluminiumgusses verfeinert, indem der Abstand zwischen den Dendritenarmen (DAS) verringert und die Porosität reduziert wird, was zu verbesserten mechanischen Eigenschaften im Gebrauch führt.The profiled mold 50 provides improved cooling during solidification at the locations near vent windows/holes and around the cam bore areas in the end wall compared to the current mold. This refines the microstructure of the aluminum casting by decreasing the distance between the dendrite arms (DAS) and reducing porosity, resulting in improved mechanical properties in use.

Claims

A mold package (100) for casting an engine block (10), comprising: a profiled mold (50, 650) and a mold core assembly disposed on the profiled mold (50, 650); wherein the mold core assembly defines a plurality of partitions of the engine block (10); wherein the plurality of partitions of the engine block (10) comprises an intermediate partition (20); wherein the intermediate partition (20) comprises a cam bore opening (30) and a surrounding region (31); wherein the profiled mold (50, 650) comprises a first mold section (52) with a second mold section (60) and disposed thereon a plurality of third mold sections (64); wherein the second mold section (60) is a semi-cylindrical element; and wherein the plurality of third mold sections (64) are arranged to be adjacent to the plurality of partition walls of the engine block (10); wherein each of the third mold sections (64) of the plurality of third mold sections (64) has a triangular shape in an xz plane to which a longitudinal axis of the cam bore opening (30) is orthogonal, including a flattened tip (65); and wherein the flattened tip (65) is located near the surrounding area (31) of the cam bore opening (30).

Form package (100) after Claim 1 , wherein the first mold section (52) is arranged as a rectangular prism; and wherein the semi-cylindrical element of the second mold section (60) is arranged on an upper surface (54) of the first mold section (52).

Form package (100) after Claim 1 , wherein the second mold section (60), which is arranged as a semi-cylindrical element, adjoins saddle regions (26) of the plurality of partition walls of the engine block (10).

Form package (100) after Claim 1 , wherein the plurality of partitions of the engine block (10) comprise a front partition (12), a rear partition (16), and a plurality of intermediate partitions (20); and wherein the plurality of third mold sections (64) arranged to be adjacent to the plurality of partitions of the engine block (10) comprise one of the third mold sections (64) arranged to be adjacent to an inner side portion (14) of the front partition (12), one of the third mold sections (64) arranged to be adjacent to an inner side portion (18) of the rear partition (16), and paired sets of the third mold sections (64) arranged to be adjacent to first and second side portions (21, 22) of each of the plurality of intermediate partitions (20).

Form package (100) after Claim 1 wherein each of the plurality of partition walls of the engine block (10) has an end portion (24); and wherein the first mold portion (52) is adjacent to the end portions (24) of the plurality of partition walls of the engine block (10).

Form package (100) after Claim 1 : wherein the plurality of partitions of the engine block (10) comprise a front partition (12), a rear partition (16), and a plurality of intermediate partitions (20); wherein each of the plurality of partitions of the engine block (10) has a saddle portion, an end portion, and side portions (21, 22); and wherein the first mold portion (52) is arranged as a rectangular prism, wherein the semi-cylindrical element of the second mold portion (60) is arranged on the upper surface (54) of the first mold portion (52), and wherein the plurality of third mold portions (64) are arranged on the semi-cylindrical element of the second mold portion (60).

Form package (100) after Claim 6 wherein the semi-cylindrical element of the second mold portion (60) is disposed adjacent to the saddle portion of each of the plurality of partition walls of the engine block (10).

Form package (100) after Claim 6 wherein the plurality of third mold sections (64) are arranged adjacent to the sides of the plurality of partition walls of the engine block (10).

Form package (100) after Claim 8 , further comprising: one of the third mold sections (64) disposed adjacent to an inner side portion (14) of the front partition wall (12), one of the third mold sections (64) disposed adjacent to an inner side portion (14) of the rear partition wall (16), and paired sets of the third mold sections (64) disposed adjacent to first and second side portions (21, 22) of each of the plurality of intermediate partition walls (20).

A profiled mold (50, 650) for a mold package configured for casting a device having an inner partition wall portion (14, 18, 21, 22), the profiled mold (50, 650) comprising: a first mold portion (52) having a second mold portion (60) and a plurality of third mold portions (64) disposed thereon; wherein the first mold portion (52) is a rectangular prism having a first surface; wherein the second mold portion (60) is a semi-cylindrical member disposed on the first surface of the first mold portion (52); wherein the plurality of third mold portions (64) are disposed on the first mold portion (52) and extend from the semi-cylindrical member of the second mold portion (60); and wherein the plurality of third mold sections (64) are arranged to be adjacent to the inner partition wall section (14, 18, 21, 22) of the apparatus; wherein the inner partition wall section (14, 18, 21, 22) comprises a first side section (21) and a second side section (22) of an intermediate partition wall (20); wherein the intermediate partition wall (20) comprises a cam bore opening (30) and a surrounding region (31); wherein each of the third mold sections (64) of the plurality of third mold sections (64) has a triangular shape in an xz plane to which a longitudinal axis of the cam bore opening (30) is orthogonal, including a flattened tip (65); and wherein the flattened tip (65) is located near the surrounding region (31) of the cam bore opening (30).