DE2904415A1 - METHOD OF CASTING A HOLLOW BODY AND A CORE THAT CAN BE USED IN CONNECTION WITH IT - Google Patents
METHOD OF CASTING A HOLLOW BODY AND A CORE THAT CAN BE USED IN CONNECTION WITH ITInfo
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Patontanwälte D i ρ'.-1 r· g. C U Γι W a I f a c hPatontanwälte D i ρ '.- 1 r · g. C U Γι W a I f a c h
Dipl.-ing. Günther KochDipl.-ing. Günther Koch
3· Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach3 · Dipl.-Phys. Dr Tino Haibach
Dipl.-Ing. Rainer FeldkampDipl.-Ing. Rainer Feldkamp
D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 waKai dD-8000 Munich 2 Kaufingerstraße 8 Telephone (0 89) 24 02 75 Telex 5 29 513 waKai d
Datum: 6 - Februar 1979Date: February 6, 1979
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Bezeichnung: Verfahren zum Gießen einesName: method of casting a
Hohlkörpers und in Verbindung hiermit benutzbarer KernHollow body and core that can be used in connection with it
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gießen langer hohler Eisengegenstände, beispielsweise zur Herstellung einer Nockenwelle und auf einen Kern zur Herstellung dieses Hohlkörpers.The invention relates to a method of casting long hollow iron objects, for example for making a camshaft and on a core for making this hollow body.
Bekanntlich wird die Außengestalt eines hohlen Gußkörpers durch eine Form erzeugt, und der innere Hohlraum kann durch einen Kern erzeugt werden, der in der Form festgelegt wird. Dann wird geschmolzenes Eisen eingefüllt, um den Raum zwischen dem Kern und der Form auszufüllen.As is known, the outer shape of a hollow cast body is created by a mold, and the inner cavity can through a core can be generated, which is defined in the shape. Then molten iron is poured in to the space between to fill in the core and the form.
Beim Gießen langer Hohlkörper, z.B. beim Gießen einer Nockenwelle mit einer Länge von etwa 300 mm bis 500 mm und einem Außendurchmesser (von dem die Nocken vorstehen) von etwa 40 mm mit' einem zylindrischen Mittelkanal von etwa 7 bis 12 mm Durchmesser hat es sich als unzweckmäßig erwiesen, einen Kern aus den herkömmlich für diesen Zweck benutzten Material zu benutzen, z.B. verfestigten Sand. Derartige Kerne werden benutzt, wenn das Verhältnis der Kernlänge zum Durchmesser wesentlich kleiner ist wie es beim Guß typischer Hohlkörper der Fall ist. Der Grund dafür, daß diese Kerne ungeeignet sind, liegt einmal in der geringen Festigkeit und außerdem in dem Problem der Ableitung des während des Gießens erzeugten Gases. Diese Schwierigkeiten wurden festgestellt, wenn Eisenlegierungen vergossen wurden, die in einem Temperaturbereich zwischen 10000C und 17000C schmelzen.When casting long hollow bodies, for example when casting a camshaft with a length of about 300 mm to 500 mm and an outer diameter (from which the cams protrude) of about 40 mm with a cylindrical central channel of about 7 to 12 mm in diameter, it has proven to be Proven to be inexpedient to use a core made of the material conventionally used for this purpose, for example solidified sand. Such cores are used when the ratio of the core length to the diameter is significantly smaller, as is the case with the casting of typical hollow bodies. The reason why these cores are unsuitable is, on the one hand, their poor strength and, on the other hand, the problem of evacuating the gas generated during casting. These difficulties were found when iron alloys that melt in a temperature range between 1000 ° C. and 1700 ° C. were cast.
Man hat versucht, als Kernmaterial Keramikmaterial zu benutzen, Jedoch hat sich gezeigt, daß die Keramikkerne bei Benutzung zur Herstellung eines inneren Hohlraumes,der lang im Vergleich zur Querabmessung ist, zu einer Verzerrung neigen. Bei der Herstellung von Nockenwellen führt dies dazu, daß der Durchgangskanal nicht konzentrisch zum Außen-Attempts have been made to use ceramic material as the core material. However, it has been shown that the ceramic cores in Use to make an internal cavity that is long compared to the transverse dimension for distortion tend. In the manufacture of camshafts, this means that the passage channel is not concentric to the outer
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durchmesser der Welle über die gesamte Länge ist und infolgedessen stellt eine solche Welle einen Ausschuß dar.diameter of the shaft over the entire length and as a result such a wave represents a scrap.
Das einzig bisher für möglich erachtete Verfahren zur Erzeugung eines Loches dieser Abmessung und Länge stellt das Bohrverfahren dar, das gegenwärtig für diesen Zweck ausschließlich benutzt wird. Dies ist kostspielig und zeitaufwendig, weil die Welle genau ausgerichtet werden muß, und insbesondere im Hinblick auf den schwierig zu bearbeitenden Werkstoff, der gebohrt werden muß, insbesondere im Hinblick auf den Karbidaufbau, der durch Kokillenguß (Cementit) entsteht .The only method previously considered possible for creating a hole of this size and length is this Drilling method is currently used for this purpose only is used. This is costly and time consuming because the shaft must be precisely aligned, and especially with regard to the difficult-to-machine material that has to be drilled, especially with regard to on the carbide build-up that is created by permanent mold casting (cementite).
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird daher das Verfahren zum Gießen eines Hohlkörpers aus Eisen,dessen Innenhohlraum lang im Vergleich zu seiner Querabmessung ist, in der V/eise durchgeführt, daß ein Kohlenstoffkern in die Form eingesetzt wird, bevor geschmolzenes Metall im Temperaturbereich zwischen 10000C und 17000C eingegossen wird, wobei der Kohlenstoffkern so gestaltet ist, daß er den Innenhohlraum definiert.According to a feature of the invention, the method for casting a hollow body made of iron, the inner cavity of which is long compared to its transverse dimension, is carried out in that a carbon core is inserted into the mold before molten metal in the temperature range between 1000 0 C and 1700 0 C is poured in, wherein the carbon core is designed so that it defines the inner cavity.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Kern, der beim Gießen des Hohlkörpers aus Eisen unter einer Temperatur von 1000°C bis 17000C benutzt wird, aus Kohlenstoff. Hierbei ist der innere Hohlraum lang im Vergleich zur Querabmessung. According to a further feature of the invention, the core, which is used during the casting of the hollow body made of iron at a temperature of 1000 ° C to 1700 0 C, of carbon. Here, the inner cavity is long compared to the transverse dimension.
Der Ausdruck "Eisen" wie er in der Beschreibung benutzt wird, soll nach dem allgemeinen Sprachgebrauch verstanden werden, d.h. er bezieht sich nicht nur auf reines elementares Eisen, sondern auch auf Eisenlegierungen. The term "iron" as used in the description should be understood according to the common usage, ie it refers not only to pure elemental iron, but also to iron alloys.
Unter Kohlenstoff soll im Rahmen dieser Beschreibung eine In the context of this description, carbon shall mean a
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vorgewählte Mischung aus Graphit und amorphen Kohlenstoff verstanden werden, die miteinander vermischt werden und denen ein geeigneter Binder zugesetzt wurde, so daß der Kern in der gewünschten Gestalt unter Druck hergestellt werden kann und der Kern wird dann auf eine hohe Temperatur erhitzt, um einen festen zusammmenhängenden Aufbau zu schaffen der für den angegebenen Zweck geeignet ist. Ein derartiges Material wird für Bogenlampenkohlen benutzt und derartige zylindrische Stäbe werden unter dem Namen "Morganite CY 9 " vertrieben, die aus extrodierten Kohlenstoff bestehen.preselected mixture of graphite and amorphous carbon are understood that are mixed together and to which a suitable binder has been added so that the core is produced in the desired shape under pressure and the core is then heated to a high temperature to form a solid coherent structure create that is suitable for the stated purpose. Such a material is used for arc lamp coals and such cylindrical rods are sold under the name "Morganite CY 9", which are made from extruded carbon exist.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei der Herstellung von Nockenwellen im Formgußverfahren aus Eisen, das heißt, von Nockenwellen, die dadurch hergestellt werden, daß. geschmolzenes Eisen in Sandformen gegossen wird, die metallische Abschreckteile enthalten, die örtlich die Abkühlung des geschmolzenen Metalls beschleunigen, um den erwünschten vorhersehen karbitischen Aufbau zu erhalten (anstelle von Grauguß). Das Verfahren kann jedoch auch Anwendung finden bei Gußverfahren, die keine Abkühl-Beschleunigungs-Metalleinlagen verwenden. The invention is particularly applicable to the production of camshafts by die casting from iron, that is, of camshafts that are manufactured in that. molten iron is poured into sand molds, the metallic quenching parts that locally accelerate the cooling of the molten metal to foresee the desired Carbic structure (instead of gray cast iron). However, the process can also be used in casting processes, that do not use cooling-accelerating metal inserts.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. In the drawing show:
Fig. 1 schematisch in perspektivischer Darstellung einen Teil einer gemäß der Erfindung hergestellten Nokkenwelle, Fig. 1 is a schematic perspective view of a part of a cam shaft manufactured according to the invention,
Fig. 2 eine perspektivischeAnsicht des zur Herstellung derFig. 2 is a perspective view of the for making the
Nockenwelle gemäß Fig. 1 benutzten Kerns aus Kohlenstoff. Camshaft according to FIG. 1 used a core made of carbon.
Die in der Zeichnung dargestellt Nockenwelle (lo) weist eine zylindrische Welle (11) mit 4omm Außendurchmesser auf, von der die Nocken (12) in bekannter Weise vorstehen. Derartige Nockenwellen werden im großen Umfang zur Betätigung von Einlaß-und Auslaßventilen von Verbrennungskraftmaschinen benutzt, die mit hin- und hergehenden Kolben arbeiten. DieThe camshaft (lo) shown in the drawing has a cylindrical shaft (11) with an outer diameter of 4omm, from which the cams (12) protrude in a known manner. Such camshafts are used on a large scale for actuating intake and exhaust valves of internal combustion engines which operate with reciprocating pistons. the
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Nockenwelle besitzt einen zylindrischen Mittelkanal der von einem Ende nach dem anderen verläuft und einen Durchmesser von 7mm besitzt. Dieser Kanal sollte konzentrisch zur Welle (11) innerhalb vorgegebener Toleranzen liegen. Die Gesamtlänge einer solchen Nockenwelle, von der nur ein Teil dargestellt ist, kann zum Beispiel 500mm betragen.Camshaft has a cylindrical central channel that runs from one end to the other and one Has a diameter of 7mm. This channel should be concentric to the shaft (11) lie within specified tolerances. The total length of such a camshaft, only part of which is shown, can for example be 500mm.
Bei der Erzeugung der Nockenwelle x^erden zwei Sandformen hergestellt wobei ein Modell benutzt wird, wie dies üblich ist um die Außenform des fertigen Gegenstandes zu definieren. Die Sandformen enthalten den üblichen Einguß und den üblichen Steiger und sie können auch Ketallformen aus den vorstehend beschriebenen Gründen aufweisen.When creating the camshaft x ^ ground two sand molds manufactured using a model, as is customary, to define the external shape of the finished item. The sand molds contain the usual sprue and riser, and they can also be made of ketallic molds from those above have the reasons described.
Um den zentralen Durchgangskanal (13) zu erzeugen ist ein Kern erforderlich, der bei diesem Ausführungsbeispiel 7-rr.m Au3endurchmesser aufweisen muß, und der um ein genügendos Stück langer sein muß als die Nockenwelle damit Teile der Endabschnitte in geeigneten Ausnehmungen der beiden Pormhälften abgestützt werden können. In diesem Fall ist der Kern zylindrisch und hat die Form einer hohlen Stange aus Kohlenstoff (wie oben definert).In order to generate (13) the central passageway, a core is required, which is required to have in this embodiment, 7- r rm Au3endurchmesser, and must be of long a genügendos piece are supported as the cam shaft so that parts of the end sections in suitable recesses of the two Pormhälften can. In this case the core is cylindrical and in the form of a hollow rod made of carbon (as defined above).
Der Kern wird mit seinen Enden in die Ausnehmungen der Form eingesetzt bevor die beiden Forrnhälften in der üblichen Weise verbunden werden um den Formhohlraum zu bilden.The ends of the core are inserted into the recesses of the mold before the two halves of the mold are in the usual position Way to form the mold cavity.
Dann wird geschmolzenens Metall in den Formhohlraum unter einer Temperatur in dem Bereich zwischen 10000C bis 17000C eingegoßen und dieses strömt rings um den Kern und verfestigt sich.Then geschmolzenens eingegoßen metal is in the mold cavity under a temperature in the range between 1000 0 C to 1700 0 C and this flows around the core and solidifies.
Es hat sich gezeigt, daß, obgleich Kerne aus Keramikmaterial unter diesen Umständen verzerrt werden, diese Verzerrung vermieden wird, wenn ein Kern aus Kohlenstoff (gemäß obiger Definition) benutzt wird.It has been found that while ceramic cores are distorted under these circumstances, this distortion is avoided if a core made of carbon (as defined above) is used.
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Obgleich ein Hohlkern zu bevorzugen ist, weil dieser die Qualität des Gusses verbessert, wahrscheinlich weil absorbierte Gase abgeführt werden, ist es auch möglich einen massiven Kern zu benutzen.Although a hollow core is preferred because it improves the quality of the cast, probably because it is absorbed Gases are discharged, it is also possible to use a solid core.
Der Kohlenstoffkern wird aus dem Inneren des Gußstückes nach der Verfestigung entnommen, entweder durch ein Vibrations -Schlagverfahren oder durch eine drehende Schleifvorrichtung, so daß ein Durchgangsloch (I3) erzielt wird, das von einem Ende der Nockenwelle nach dem anderen zylindrisch und konzentrisch innerhalb der erfoderlichen Toleranzen durchgeht.The carbon core is removed from the interior of the casting after solidification, either by vibration - impact method or by a rotating grinding device, so that a through hole (I3) is obtained, that from one end of the camshaft to the other cylindrical and concentric within the required tolerances goes through.
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Claims (7)
dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffkern nach dem Gießen aus dem Inneren des Gußkörpers entfernt wird.2. The method according to claim 1,
characterized in that the carbon core is removed from the interior of the cast body after casting.
dadurch gekennzeichnet, daß der Kern durch ein Vibrationsschlagverfahren oder durch ein Drehschleifverfahren entfernt wird.3. The method according to claim 2,
characterized in that the core is removed by a vibratory impact method or by a rotary grinding method.
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