DE3102820A1 - Bimetallzylinder fuer kolbenmaschinen, verfahren zur herstellung desselben, giessform zur herstellung dieser zylinder und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents

Description

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BBSCHRBIBUNG

Die Erfindung bezieht aion auf das Gießereiwesen , genauer auf Bimetallzylinder für KoIbenmaschinen und Verfahren zur Herstellung derselben, wenn jedes einzelne Metall beim ZyIinderbetrieb seine eigene funktionale Belastung trägt, die sich ausweinen spezifischen physikalisch-chemischen Eigenschaften ergibt; außerdem bezieht sich die Erfindung auf Gießformen zur Herstellung dieser Zylinder und auf Verfahren zur Herstellung derselben.

Diese Verbundzylinder können bei der Herstellung von luftgekühlten Verbrennungsmotoren, Verdichtern und anderen luftgekühlten Kolbenmaschinen und Einrichtungen mit Erfolg verwendet «erden.

Die Tendenz zur Steigerung der Habraumleistung der

und
Verbrennungsmotoren deren Forderung führt dazu, daß mit

Einlegierungszylindern die wämaephysikalischen Potenzen

diese
rasch erschöpft und nicht geeignet sind, jene bestimmte Wärmemenge abzuführen, die zur Aufrechterhaltung des optimalen Wärmehaushalts beim Zylinderbetrieb erforderlich ist. Am rationellsten wird dieses Problem durch Anwendung von Bimetallzylindern gelöst, bei denen der kühlende berippte Teil, d.h. der Mantel aus einer Aluminiumlegierung gefertigt, während der Arbeitsteil des Zylinders, u.z. dessen Laufbuchse aus Gußeisen ausgeführt ist. In dieser Konstruktion sind eine gute Verschleißfestigkeit und gute Gleiteigen schäften der gußeisernen Laufbuchse mit der hohen Wärmeleitfähigkeit der Aluminiumrippen wirksam vereinigt. Es gibt zwei Hauptrichtungen zur Herstellung von Bimetallzylindern.

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Die eine davon ist das Verfahren, bei dem der Aluminiummantel bzw. die Aluminiumrippen an der gußeisernen Laufbuchse mechanisch befestigt werden.

Die andere ist das Verbundgußverfahren bei dem Gußeisen oder Stahl als die eine Komponente des bimetallischen Gußstücks auftreten, und Aluminium und seine Legierungen als die andere Komponente desselben verwendet werden.

Die am weitesten verbreiteten Verfahren zur mechanischen Befestigung der kühlenden Bauteile sind; Einpressen des Rippenmantels auf die Laufbuchse und Einwalzen eines besonderen Aluminiumbandes in eine Spiralnut. Das Nutenprofil, ausgebildet in Sohwalbenschivanzform, wird an der Außenfläche der gußeisernen Laufbuchse geschnitten.

Die auf diese Weise hergestellten Zylinder besitzen beim Betrieb eine niedrigere Temperatur und eine gleichmäßigere Abkühlung, auf ihrem Kreisumfang· Jedoch zeigten Betriebsprüfungen eine ungenügende Arbeitsfähigkeit dieser Zylinder infolge starker Deformationen der Lauf büchsen und ungenügender festigkeit derselben. Außerdem entsteht nach den thermozyklisehen Prüfungen aufgrund eines erheblichen Unterschieds der linearen Ausdehnungskoeffizienten von Gußeisen und Aluminium ein Luftspalt zwischen der gußeisernen Laufbuchse und dem Aluminiummantel bzw. den eingewalzten Bippen, was zur Verschlechterung der "farmedurchgangsbedingungen führt.

Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von Kolbenmaschinenzylindern mit mechanischer Verbindung des Mantels mit der Laufbuchse mittels Nuten, Schwalbenschwänzen, Bohrungen u.a. Diese Zylinder sind nicht zuverlässig genug,

besitzen eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, weswegen sie gegenwärtig nur in den einfachsten Fällen, wo keine hohen Beanspruchungen auftreten, eingesetzt werden. Die vorhandenen Oxidfilme und der bestehende Luftspalt in der Kontaktzone der Legierungen bremst den Wärmedurchgang zwischen ihnen stark·

Fortschrittlich⁶¹" und aussichtsreich¹" sind Verfahren zur Herstellung von Bimetallzylindern nach der Methode des Verbundgießens, da dabei Verhältnisse geschaffen werden, die nicht nur eine feste mechanische Aneinanderkopplung des Hippenmantels und der Laufbuchse, sondern auch die Verbindung im Sinne einer Metallbindung zwischen den Legierungen bei vorhandener · bzw. fehlender gegenseitiger Diffusion gewährleisten.

Bekannt ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Bimetallzylindern, bei dem die Verbindung zwischen den Komponenten des Bimetallpaars dank der rauchen gegossenen Oberfläche des festen Metalls erzielt wird, aus dem der Einsatz, jener Teil des bimetallischen Gußstücks, der in die Gießform eingebaut wird, gefertigt ist. Die Erzielung einer zufriedenetellenden Verbindung nach diesem Verfahren ist nur beim Eingießen der Aluminiumlegierung unter hohem Druck möglich, wenn die Legierung in alle Unebenheiten und Poren des gegossenen Einsatzes eindringt (GB-PS 881258,

."■.; PR-PS 1243340) Die auf diese Weise hergestellten Zylinder besitzen eine zufriedenstellende Wärmeleitfähigkeit, sie sind aber von der Entstehung eines Luftspaltes während des

Betriebs und der damit verbundenen Verschlechterung des Wärmedurchgangs nicht frei.

In dem allgemein bekannten AIfer-Verhundgussverfahren zur Herstellung von Bimetallzylindern (DE -PS . . 804636)

wird die Diffusionsverbindung

der Komponenten des Bimetallpaars durch Verschmelzung des mechanisch bearbeiteten, gereinigten und alitierten gusseisernen Einsatzes mit der in die Form eingegossenen Aluminiumlegierung erreicht, die einen kühlenden Rippenmantel bildet. Jedoch erschwert die komplizierte, mehrere Arbeitsgänge umfassende Reinigung und Vorbereitung des Einsatzes zum Alitieren im Bad die Anwendung des Verfahrens in der Industrie sehr«

Das weitgehend verbreitete Verfahren zur Herstellung von Bimetallzylindern nach dem Al-Pin Process (US-PS en 2435991 - ' '. und 2455457^) besteht darin, dass man den gusseisernen, mechanisch bearbeiteten und sorgfältig gereinigten Einsatz zunächst in schmelzflüssigen Salzen einer Flussmittelbehandlung und einem Hochtemperaturalitieren im Bad unterwirft, wonach man ihn rasch in die Kokille bringt und darauf die Aluminiumlegierung giesst.

Die Plussmittelbehandlung des Einsatzes, die in geschmolzenen Salzen geschieht, ermöglicht es, ohne irgendeine sorgfältige Oberflächenvorbereitung eine zuverlässige Verbindung von Gusseisen und Aluminium zu erzielen.

Allerdings ist der Prozess dadurch in überaus starkem

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Maße erschwert , daß die Vorbereitung des Einsatzes zum Alitieren recht kompliziert, das Alitieren nur unter hohen •Temperaturen und in sehr verwickelter Arbeitsweise (mehrere Bäder und Legierungen sind zu benutzen) durchführbar, der Einsatz in die Form rasch einzubringen und der Mantel mit der Aluminiumlegierung auszugießen ist·

Bekannt sind ferner Verfahren zur Herstellung von Birne» tallzylindern für Kolbenmaschinen mit Diffusionsverbindung der Komponenten des bimetallischen Paars von Metallen, bei dem die Diffusionsübergangsschicht beim Alitieren unter der Einwirkung von Gleichstrom und Flußmittel bzw» unter der Einwirkung von Vibrationsschwingungen entsteht* Jedoch fand dieses Verfahren wegen des außerordnentlich komplizierten technologischen Prozesses keine Verbreitung.

Die Verfahren zur Herstellung von Bimetallzylindern für Kolbenmaschinen unterscheiden sich im wesentlichen durch den Charakter der Oberflächenvorbereitung der Einsätze (den mit flüssigem Metall umgossenen Gußstückteilen), die Zusammensetzung der al it ier enden Legierungen, durch Betriebsdaten und die Durohführungstechnologie, Sie bestehen grundsätzlich in einem Schema, nach dem ein mechanisch bearbeiteter und sorgfältig gereinigter, heißer und alitierter Einsatz aus einer Eisenlegierung mit einer Aluminiumlegierung, die einen Mantel bildet, umgössen wird und in der Verschmelzung der Komponenten des Bimetallpaars miteinander während der Formgebung des bimetallischen Gußstücks in der erhitzten Gießform, d.h. einer Kokille.

Die Bimetallzylinder mit einer Diff usionsübergangsschicht stehen in ihrem Wärme widerstand nur den Aluminium-

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Zylindern mit ehromierter Oberfläche nach und übertreffen in hohem HaBe die Bimetallzylinder mit mechanischer Verbindung oder mechanischer Aneinanderfügung der Legierungen«

Eine weitgehende Verwendung derselben in Kolbenmaschinen,

jedoch.
insbesondere in Motoren, wird durch eine unvollkommene und komplizierte Herstellungsteohnologie eingeschränkt·

Beim Betrachten der Verfahren zur Herstellung von Bimetallzylindern muß folgendes hervorgehoben werden·

Die Diffusion des Aluminiums in das Eisen fängt an, sich bei den Temperaturen in einer Größenordnung von 750-850 ⁰C intensiv zu entwickeln, und setzt für ihren Ablauf innerhalb der entstehenden Diffusionsübergangsschicht am birnetallischen Gußstück, eine erhebliche Zeit voraus und zwar in der Größenordnung von einigen Minuten, weshalb sie in einer Gießform mit nichtalitiertem Einsatz beim Eingießen der den Hantel bildenden Legierung nicht in ausreichender Weise zur Entfaltung kommen kann» Dies wird durch die unzureichende Temperaturhöhe bei der Zusammen«irkung des eingossenen Mantels mit dem Einsatz , durch die hohe Abkühlgeschwindigkeit der in die Form eingossenen Aluminiumlegierung und der dadurch bedingte Mangel an der erforderlichen Zeit, durch schlechte Benetzbarkeit des Einsatzes durch Aluminium u.a· verhindert. Daher sind zur Ausbildung der Diffusionsübergangsschicht in allen Verfahren ₂ur Herstellung von Bimetallzylindern mit Diffusionsverbindung zwischen den Legierungen getrennte selbständige Arbeitsgänge mit spezifischen Ausrüstungen und Technologien vorgesehen. Zu den grundlegenden und wichtigsten von diesen

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Arbeitsgängen gehören: Heinigen der gußeisernen bzw. stählernen Laufbuchse, das eine mechanische Bearbeitung, Entfettung, Spülung u.a.m. zur Gewährleistung der Benetzbarkeit des Einsatzes durch die alitierende Aluminiumlegierung umfaßt, und Selbstalitieren, das das Eintauchen des Einsät ze a in ein Bad mit der Aluminiumschmelze, das Erhitzen desselben auf die Temperatur der aktiven Diffusion des Aluminiums in das Eisen, das Verweilen des Einsatzes in der alitierenden Schmelze während 1-10 Min, das Herausnehmen des Einsatzes aus dem Bad und dessen schnelles Einbringen in die Gießform umfaßt. Das schnelle Einbringen ist erforderlich, um die hohe Temperatur des alitierten Einsatzes zur weiteren Verschmelzung desselben mit der in die Form eingegossenen Arbeits-Aluminiumlegierung, die einen Mantel bildet, aufrechtzuerhalten. Um eine schnelle Abkühlung des flüssigen Aluminiums zu vermeiden, ist eine Erhitzung der Gießform unumgänglich. Dadurch wird die Konstruktion der Gießform vorherbestimmt, die aus Metall in Form einer geteilten Kokille mit für die übliche Kokillenkonstruktion charakteristischen Elementen ausgeführt ist. Komplizierte Konstruktion, in Zeit und Temperatur überaus intensiver Betriebszustand, hoher Arbeitsaufwand und komplizierte Bedienung, hohe Kosten der Kokillen und niedrige Standzeit, die durch hohe

Temperatur der eingossenen Aluminiumlegierung und deren hohe Reaktionsfähigkeit bedingt ist, führen dazu, daß die Anwendung von Kokillen in den Verfahren zur Herstellung von bimetallischen Gußstücken kaum zweckmäßig und wenig rentabel

Am nächsten kommt dem erfindungsgemäßen Verfahren nach

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technischem Wesen and den erzielten Resultaten der Al-Fin Process (US-PSen 2396730, ■ · -· · - ■" ' '

und . 2455457), ., - = -" - der

ein Verfahren zur Herstellung von Bimetallzylindern darstellt.

Bas Grundprinzip dieses technologischen Prozesses besteht in folgendem.

Zu Beginn des Prozesses erfolgt eine mechanische Bearbeitung des gußeisernen bzw. stählernen Einsatzes, der die Laufbuchse des Bimetallzylinders darstelt. Danach wird die zu alitierende Sinsatζoberfläche von allen Fremdstoffen, wie Oxiden, Schmutz, Fettflecken u.a., die die Benetzbarkeit des Gußeisens durch die alitierende Legierung verschlechtern und in der Folge die Entstehung einer festen Bindung verhindern, sorgfältig gereinigt. Die nicht zu alitierende Einsatzoberfläche wird mit Schutzfarben überzogen. Nach der Reinigung wird die Alitierung der Kontaktoberfläche durchgeführt, wozu der Einsatz in ein Bad mit reinem Aluminium oder mit dessen Legierung eingetaucht wird. Die Badtemperatur liegt in einem Bereich von 830 - 890⁰C und ist von der Zusammensetzung der alitierenden Legierung abhängig· Die die erforderliche Dicke aufweisende Übergangsschicht wird bei dieser !Temperatur in 1 - 6 Min gebildet. Zur Regulierung der Diffusionsschichtdicke wird ein zweites Bad mit einer Aluminium-Silizium-Legierung verwendet, das 13% Si enthält und eine Temperatur von etwa 540 - 680 ⁰C besitzt. Die Temperatur dieses Bades darf nicht geringer als die Erstarrungstemperatur der alitierenden Legierung sein, da sonst die am Einsatz vorhandene Metallschicht aus dem ersten Bad in festen Zustand übergeht. Die vorrangige Zweckbestimmung des zweiten Bodes besteht

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im Unterdrücken des Dickenwachstums der Übergangsschicht und Vorbereiten der Einsatzoberflache zum Aa-gießen· Außerdem erfüllt das zweite Bad auch andere Funktionen. So wird wegen der hohen Alitierungstemperatur (etwa 830 - 890 ⁰C) beim Herausnehmen des Einsatzes aus dem ersten alitierenden Bad an der Aluminiumoberfläche eine sehr dicke Tonerdeschicht (Al₂O*- -Schicht) gebildet. Durch Eintauchen in das zweite Bad wird die am Einsatz anliegende Aluminiumlegierung gut durchwärmt und ihre Fließfähigkeit erhöht, was zur Entfernung von Oxiden von den Oberflächen der alitierten Teile beiträgt.

Nach dem Verweilen im zweiten Bad wird der Einsatz rasch in die Gießfora eingebracht, in die man sofort eine Arbeits- -Aluminiumlegierung eingießt, die einen Mantel bildet. Nach der Erstarrung wird die Form geöffnet und das bimetallische Gußstück herausgenommen. Nach dieser Technologie erzeugt man einen massiven Aluminiummantel, in den Kühlrippen geschnitten werden.

Es ist die Notwendigkeit einer sorgfältigen Reinigung des Einsatzes von Fettflecken, Oxiden und Schmutz zur

Erzielung einer ausreichenden Benetzung desselben durch die

be-

alitierende Legierung zu achten, ohne die eine Diffusionsschicht nicht zu erzeugen ist.

Die hohe Alitierungstemperatur (gegen 900 ⁰C) und die mehr bad ige Durchfuhr ungs weise des Verfahrens machen den technologischen Prozeß überaus kompliziert, erfordern einen hohen Energieaufwand, besondere Schmelzausrüstungen, die Aufrechterhaltung von vorgeschriebenen Zusammensetzung der Alitier ungsbäder und einen erheblichen Verbrauch an al it ier ender Legierung, da mit der zunehmenden Temperatur auch die Löslich-

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kalt des Eisens Im Aluminium wächst und die Legierung für die vorgesehenen Zwecke ungeeignet wird« Die Oxidierungsgefahr der alitlerten Schicht wird größer, was die Qualität derselben beeinträchtigen kann» Die Notwendigkeit ^zu einer bestimmten Erwärmung des alitierten Einsatzes und der Form sowie zu dem darauf vorzunehmenden raschen Einbringen desselben in die Gießform und zu dem Eingießen einer Aluminiumlegierung machen die Gießbedingungen für die Bimetallzylinder sehr ^{s ren}^ind schwer realisierbar. Somit ist der Al- -Fin-Prozeß von Nachteilen und Problemen nicht frei, die bei der Erzeugung von bimetall Ischen Gußstücken mit einer Diffusionsverbindung (Metallverbindung) bestehen, und zwar: Problem der Gewährleistung der Benetzbarkeit der Einsätze ;

Intensivierung des Ausbildungsvorgangs der DIf fusionsschioht beim Alitieren;

Schutz der alitlerten Schicht gegen Oxidierung. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist beträchtliche Vereinfachung des technologischen Herstellungsprozesses für Bimetallzylinder einer Kolbenmaschine neben gleichzeitiger Verbesserung der Gußqualität·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von gegossenen Birne tall zylinder¹¹ zu entwickeln, daß es durch Änderung der Heihenfolge der technologischen Arbeitsgänge gestattet.,, die Verbindung der Metalle untereinander beträchtlich zu verstärken, die physikalisch-mechanischen Eigenschaften des Bimetallzylinders zu verbessern und die Gießform zur Herstellung dieses Gußstücks sowie das Verfahren zur Herstellung derael-

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- 16 -ben bedeutend zu vereinfachen·

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Verfahren zur Herstellung von Bimetallzylindern, bei-dem

ein. gereinigt!" Einsatz, der aus einer Komponente des Bimetallpaars ausgeführt ist, in eine Gießform eingebracht wird, in die danach geschmolzenes Metall eingegossen wird, das die zweite Komponente des Bimetallpaars darstellt, das Gußstück abgekühlt und aus der Form herausgenommen wird, erfindungsgemäß der den Zylindermantel darstellenden Einsatz aus einer Aluminiumlegierung gefertigt, mit einem Flußmittel behandelt und danach in die Gießform Gußeisen eingegossen wird, aus dem die Laufbuchse des Zylinders ausgebildet wird·

Dies ermöglicht es, den gesamten technologischen Herstellungsprozeß für den Bimetallzylinder einer Kolbenmaschine beträchtlich zu vereinfachen und zugleich die physikalisch-mechanischen Eigenschaften des erzeugten Gußstücks zu verbessern.

Während des Ausbildens des bimetall Ischen Gußstücks wird der Aluminiumeinsatz zweckmäßig abgekühlt.

Dies gestattet es, komplizierte verschiedenwandige BimttallzylInder zu erzeugen, die Höhe der Spannungen im Zylinder zu verringern und iru-folgedess/die Reformation des Zylinders zu mindern, d.h. dessen Festigkeitswerte zu erhöhen.

Der Bimetallzylinder wird zweckmäßig bei einer Temperatur von 300 - 400 ⁰C aus der Form herausgenommen.

Dieses Temperatur. Intervall erlaubt es, auch bei verkürzter Herstellungsdauer für den Zylinder dessen Festig-

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- 17 -keitswerte beizubehalten.

Die Flußmittölbehandlung kann gleichzeitig mit dem Eingießen des Gußeisens in die Form erfolgen.

Dies ermöglicht eine erhebliche Vereinfachung des Aufbringens des Flußmittels auf die Kontaktfläche des Einsatzes, eine Verbesserung der Reinigungsgüte desselben von Oxiden und der Benetzung desselben durch GuBtisen.

Cvorgesehen. In Weiterbildung der Erfindung-iaT^r^--- daß im gekühlten Bimetallzylinder für Kolbenmaschinen, der aus einer Lauf» buchse besteht} die aus Gußeisen gefertigt und von einem aus Aluminium ausgeführten Mantel umschlossen ist,

die Laufbuchst auf der Seite der dem Hantel zugekehrten Oberfläche längs- und querνerlaufende Versteifungsrippen besitzt, die über die Abmessungen des Mantelkörpers nicht hinausgehen.

Diese Ausführung des Bimetallzylinders für Kolbenmaschinen gewährleistet eine Erhöhung der Festigkeit und Stei-

sowie

figkeit der Zylinderkonstruktion eine beträchtliche Verstärkung der Bindungsfestigkeit der Legierungen und des Wärmedurohgangs in der Konstruktion nährend des Betriebe·

Der obere ϊβil der Laufbuchse kann erweitert ausgeführt sein.

Dies gestattet «rs, den am stärksten wämebeanspruchten und belasteten. Teil dta Zylinders zu verfestigen.

Die Erzeugende der Außenfläche der Laufbuchse kann in Gestalt einer Ellipse ausgeführt sein.

Dieses Laufbuchsenprofil leistet den größtmöglichen Widerstand gegen komplexe Belastungen, die in der Konstruktion des Zylinders während dessen Betriebs entstehen, wobei

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aerodynamische Parameter des Zylinders in dessen Höhe konstant gehalten werden.

Zweckmäßigerweise wird die obere Kühlrippe dea Zylinders in einem Stück mit der gußeisernen Laufbuchse ausgeführt, wodurch es möglich wird, den oberen Teil des Bimetallzylinders zu verstärken und die Lebensdauer desselben im Betrieb zu verlängern.

Der Kühlmantel des Zylinders wird zweckmäßig zwischen seinem unteren Anschlagbund und seiner oberen Kühl-» rippe angebracht.

Diese Lage des Mantels gestattet es, sowohl den Mantel als auoh die Laufbuchse beim Pest ziehen von Ankerstiftschrauben gleichzeitig und koordiniert zu deformieren, was eine Überspannungen der Kontaktoberfläche vermeiden läßt.

An der Oberfläche des Kühlmantels, die dem einzugießenden Gußeisen zugekehrt ist, aus dem die Laufbuchse ausgebildet wird, wird zweckmäßigerweise ein Hetz von Kanälen ausgeführt, die am Laufbuchetnkörper Versteifungsrippen bilden.

Dies ermöglicht, unter minimalem Aufwand und mit minimalen Kräften ein. Netz von si Qh schneidenden Versteifungsrippen ohne Änderung der aerodynamischen Parameter des Zylinders zu bilden.

Ώ91 Kühlmantel/an der Außenfläche (kann) Kühlrippen haben, und die an der Innenfläche des Mantels ausgeführten Kanäle können gegenüber den Kühlrippen angeordnet sein, was die Tiefe der Kanäle bis auf die Dicke des Mantelkörpers vergrößern läßt.

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Eine Weiterbildung besteht.-.auch-darin, daß in einer

Gießform zur Herstellung des Bimetallzylinders für Kolbenmaschinen, die aus znei Formhälften besteht, ν -

. jede der Formhälften einen Metallteil, der eine Hälfte des Zylindermantels darstellt, und einen Teil, der aus Formmasse gefertigt ist, die mit dem Metallteil der Formhälfte zusammengesintert wird, besitzt.

Diese Ausführung der Gießform vereinfacht den technologischen Herstellungsprozeß für den Birne tall zylinder in hohem Maße, da die Hot wendigkeit entfällt, den Einsatz zu erhitzen, zu alitieren und rasch in die Form einzubringen· Außerdem gestattet es dies, die Konstruktion der Gießform sowie der Werkzeuge zur Herstellung und der Ausrüstungen zum Be-

sowie

trieb derselben zu vereinfachen die Herstellung der Gießform und den gesamten technologischen Herstellungsprozeß für die Bimetall zylinder zu verb ill i gen.

Zweckmäßige , besitzt der Metallteil der Gießform einen Steiger.

Dies gestattet es, eventuelle Verluste an flüssigem Aluminium zu kompensieren, das sioh beim Einschmelzen des Einsatzes zum Füllen von Spalten, Poren u.a. bildet, und hiermit die hohe Mantelqualität aufrechtzuerhalten.

Auf den Metallteil einer jeden Formhälfte kann an der Trennebene und auf jede der mit dem eingegossenen Gußeisen kontaktierende Oberfläche ein Flußmittel aufgetragen »erden.

Dies gestattet es, die Kontaktoberfläche des Aluminiumreinsatzea sehr wirksam zu reinigen und eine gute Benetzbarkeit der erwähnten Oberfläche durch flüssiges Gußeisen bei dessen Eingießen in die Gießform zu gewährleisten.

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BeimVerfahren zur Herstellung der aus z.vei Formhälften bestehenden Gießform zur Herstellung von Bimetallzylindern für

darin,

Kolbenmaachinen besteht ein,e Weiterbildung daß jede Formhälfte auf folgende Weise hergestellt wird: zunächst wird ein Modell hergestellt, das in seiner Form eine^rHälfte der Zylinderlaufbuchse entspricht; die Modelloberfläche wird mit einem Trennmittel überzogen, danach wird am Modell der Laufbuchsenhälfte auf deren Kontakt fläche mit der Innenfläche der Mantelhälfte die Aluminiummantelhälfte selbst angebracht, die in der zu fertigenden Gießform als Einsatz dient; das Modell der Laufbuchsenhälfte mit dem an ihm angebrachten Einsatz wird erhitzt, in das erhitzte Modell der Lauf büchsenhälftθ wird eine Formmasse eingeschüttet, die Formmasse wird mit dem Einsatz zusammengesintert, wonach man das Modell der Laufbuchsenhälfte vom Eineatz und von der zusammengesinterten Formmasse trennt, so daß man auf diese Weise die eine Formhälfte erzeugt; mit ähnlicher Reihenfolge der Arbeitsgänge stellt man auch die zweite analoge Formhälfte her, wonach man die beiden Formhälften miteinander verbindet und auf diese Weise die Gießform erzeugt.

.Dies gestaltet es, . den technologischen Herstellungsprozeß für die Bimetallzylinder von Kolbenmaschinen wesentlich zu vereinfachen.

Auf die Oberfläche des Einsatzes einer jeden Formhälfte, die mit dem eingegossenen Gußeisen, aus dem die Laufbuchse gebildet wird, in Berührung steht, kann man ein Flußmittel auftragen.

Dies gewährleistet eine Reinigung der Kontaktflächen

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und eine feste Diffusionsverbindung der Komponenten eines Bimetallpaars untereinander.

Nachstehen!¹ ° ^S eine ausführliche Beschreibung . von möglichen Durchführungsvarianten der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen; in den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt des Bimetallzylinders an der Trennfläche in der Gießform,

Fig. einen Querschnitt der Gießform in zusammengebautem Zustand, - ϊ "

Fig. 5 einen Teil der Gießform, der mit flüssigem Guß-

C-S-Chwimmend. en

eisen gefüllt wird, mit auf dem Metallspiefelr*""^—-^ geschmolzenem Flußmittel,

Fig. 4 einen Bimetallzylinder der Kolbenmaschine, dargestellt in Axonometrie, .

Fig. 5 einen Teil der Gießform zum Gießen des Bimetallzylinders mit ~ Flußmittel im. Innenraum, . r

Fig. 6 einen Teil der Gießform zum Gießen des Bimetallzylinders mit einer Tasche zur Unterbringung von Flußmittel ,

Fig. 7 einen Teil der Gießform, der mit flüssigem Gußeisen und einer Schicht flüssigen raffinierenden Flußmittels auf dem Metallspiegel gefüllt wird,

Fig· 8 einen axialen Schnitt des Zylinders,

Fig. 9 einen Querschnitt des Bimetallzylinders der Kolbenmaschine gemäß der Erfindung nach der Linie IX-IX

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- 22 -von Flg. 8 ;

Fig· IO einen Einsatz, der in Gestalt eines Kühlmantels des Zylinders Ansicht in der axonometrischen Darstellung ausgeführt ist, . ■ · ■■ -^

FIg* 11 einen Schnitt der Gießform zur Herstellung des Birne tall zylinder a nach der Trennlinie, gemäß der Erfindung; Fig. 12 Anbringen des Einsatzes am Modell,

Fig. 13 Bedecken des Modells nebst dem an diesem angebrachten Einsatz mit der Formmasse und · ■ -; -

Fig. 14 Abnahme der Gießform mit dem in diese fest eingeformten Einsatz, vom Modell·

Das .erfindungsgemäße- Verfahren zur Herstellung des Bimetallzylinders einer Kolbenmaschine in einer Gießform besteht in folgendem.

Der aus einer Aluminiumlegierung gefertigte Einsatz 1 (Fig.l), die eine der Komponenten eines bimetallischen Metallpaar es darstellt, wird gereinigt. Die Reinigung des Einsatzes 1 erfolgt auf beliebige . .. Welse , beispielsweise mit Gußeisensand oder mittels Stahlbürsten, wonach aan ihn in die Gießform 2 (Fig. 2) einbringt, wo er mit einem Flußmittel 3 (Fig. 2, Fig. 3) behandelt wird, das mit dem an der Kontaktfläche 4 (Fig. 3) des Aluminiumeinsatzes 1 vorhandenen Oxidfilm aktiv zusammenwirkt und die Benetzbarkeit desselben durch das Gußeisen 5 verbessert· Als Flußmittel 3 kann man im beschriebenen Prozeß eines der allgemein bekannten Mittel · benutzt werden, die beim Löten und Schweißen von Aluminium Anwendung finden.

In die Form 2 wird Gußeisen 5 (Fig. 3) eingegos-

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sen, aus dem die Laufbuchse 6 (Fig. 1) des einen Zylinder 7 darstellenden Gußstücks ausgebildet wird. Bas flüssige Gußeisen 5 (Pig. 3) kontaktiert, indem es die Gießform 2 füllt, mit dem Aluminiumeinsatz 1, das Flußmittel 3 an der Oberfläche desselben wird eingeschmolzen und löst den Oxidfilm auf, wodurch eine gute Benetzung der Aluminiuaoberflache durch das flüssige Gußeisen 5 gewährleistet wird.

Außerdem erzeugt das flüssige Flußmittel 3 sowohl an der Aluminiumoberfläche als auch auf dem ansteigenden Spiergel des Gußeisens 5 einen Schutzfilm. Dank der relativ hohen (Temperatur des in die Form eingegossenen Gußeisens 5 (in der Größenordnung von 1350 ⁰C), der raffinierenden und schützenden Wirkung des Flußmittels 3\ dem Bestehen /während einer längeren Zeltler flüssigen Metallphase)werden die erforderlichen Bedingungen zum intensiven Ablauf der gegenseitigen Diffusion der Elemente, zu ZwisehenlBgieruagen

geschaffen. Zunächst liegt das Gußeisen 5, dann das Aluminium in flüssigem Zustand vor, das nach der Erstarrung des Gußeisens während des Wärmeaustausches zwischen dem Aluminiumeinsatz 1 und der abgegossenen gußeisernen Laufbuchse 6 eingeschmolzen wird. Dies wird auch durch den Umstand begünstigt, daß die Wechselwirkung der das bimetallische Gußstück 7 bildenden Legierungen in abgeschlossenem Baum einer Sand- und Harzform 2 (Fig. 2) im. reduzierenden Medium derselben stattfindet. Die Zusammensetzung dieses Mediums kann auf Wunsch mittels sublimierbarer Zuschläge reguliert werden, die in die Gießform 2 eingebracht werden und gegenüber dem Aluminiumoxid aktiv sind.

Während der Ausbildung des birnetallisohen Gußstücke 7

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kanu der Aluminiumeinsatz 1 auf beliebige bekannte Weise abgekühlt werden,beispielsweise durch Zuführung von Kühlmittel oder lokale Anwendung von Formmassen mit hohem Wärmespeicherungsvermögen, das durch den Formfaktor B s ψΖ$λ charakterisiert ist, worin bedeutet:

ο - Wärmeaufnahmefähigkeit der Formmasse; if - Dichte der Formmasse;

/I- Wärmeleitfähigkeit der Formmasse.

Dies ist besonders zweckmäßig, wenn die Konstruktion des Gußstücks verschiedenwandige Ausführung vorsieht.

Das Ausbilden des bimetallischen Gußstücks 7 kann man sowohl mit vollständiger als auch teilweiser Einschmelzung des Aluminiumeinsatzes 1 (Anschmelzen) führen. Beim vollständigen Einschmelzen des Aluminiumeinsatzes wird folgende Bedingung eingehalten:

die Änderung des Wärmeinhalts des Gußeisens 5 von der Vergießtemperatur bis zur Temperatur der aktiven Zusammenwirkung der Legierungen des b!metallischen Gußstücks muß größer als die Summe der **ärme Inhalte des geschmolzenen Einsatzes 1 und der Form 2 bei der !Temperatur der Zusammenwirkung der Legierungen des bimetallischen Gußstücks 7 sein. Analytisch wird diese Bedingung in folgender Schreibweise wiedergegeben:

C^m;, (t_i-t_a)₎

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worin, bedeutet:

^ml^>m2'^m3 jeweilige Massen der gußeisernen Laufbuchse 6, des Aluminiumeinsatzes 1, der Gießform 2;

C₁, C₂, o, jeweilige Wärmeauf nahmefähigkeiten des Gußeisens 5, des Aluminiumeinsatzes 1 und des Werkstoffes der Gießform 2 in festem Zustand;

Cj, Cj-J- jeweilige Wärmeaufnahmefähigkeiten des Gußeisens 5 und des Aluminiums des Einsatzes 1 in flüssigem Zustand;

^ql* ^q2 latente Schmelzwärme des Gußeisens 5 und des Aluminiums des Einsatzes 1;

t-, ζ Vergießtemperatur des Gußeisens 5; *l-2 Schmelztemperatur des Gußeisens 5»

tp_2 Schmelztemperatur der Aluminiumlegierung des Einsatzes 1;

t-. Temperatur der aktiven Zusammenwirkung der Legierungen des bimetallisohen Gußstücks 7; t_Q Umgebungstemperatur.

Werden diese Bedingungen nicht eingehalten, findet nur eine Anschmelzung des Aluminiumeinsatzes 1 statt. Das Einschmelzen des Einsatzes 1 kann auch durch dessen Abkühlung unterbunden »erden.

Beim Einschmelzen des Einsatzes 1 (Fig. 3) geht das Ausbilden des bimetallischen Einsatzes 7 auf folgende Weise vor sich. Das in die Form eingegossene Gußeisen 5 kontaktiert während des Ansteigens des Metallspiegels mit dem

cäSsL

AluminiumeinsatzT^ schmilzt das Flußmittel 3 auf der Aluminiumoberfläche ein. Ea erfolgt eine Reinigung der Kontakt-

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Oberfläche 4 von Oxiden und vollständige Benetzung des Aluminiums des Einsatzes 1 durch das Gußeisen 5. Außerdem findet eine Diffusion des Eisens in das Aluminium statt, es wird eine Übergangsdiffusionsschioht gebildet. Zu diesem Moment wird der Einsatz 1 durchwärmt, das Gußeisen 5 erstarrt aber« Während des Wärmedurchgangs schmilzt der Einsatz 1 ein, das flüssige Aluminium wird überhitzt, und es findet die zweite Etappe der Ausbildung der Übergangszone, d.h. eine Diffusion des Aluminiums in die erstarrte gußeiserne Laufbuchse 6 (Fig.l) statt. Beim weiteren Wärmedurchgang tritt der Augenblick ein, da sich die Temperaturen des Einsatzes 1 und der Laufbuchse 6 ausgleichen, und sie beginnen, sich zusammen und aufeinander abgestimmt abzukühlen. Nach Erreichen der Erstarrungstemperatur des Aluminiums kristallisiert sich ein Aluminiumrippenmantel 8 (Fig. 4) an der Übergangsdiffusionsschicht der gußeisernen Laufbuchse Nach Erreichen einer Temperatur in der Größenordnung von 300 - 400 ⁰C wird das bimetallische Gußstück aus der form herausgenommen. Auf diese Weise erfolgt während der Ausbildungszeit des bimetallischen Gußstücks unmittelbar in der Gießform ein voller Zyklus von physikalischcheaischen Prozessen, die die . Ausbildung einer Diffusionsverbindung zwischen dem Einsatz 1 (Fig.l) und der Laufbuchse 6 des birne tall ischen Gußstücks 7 gewährleisten.

Erfindungsgeoäß kann die Behandlung mit dem Flußmittel 3 (Fig· 3) gleichzeitig mit dem Eingießen des Gußeisens 5 in die Form erfolgen. Dies wird dadurch erreicht, daß das Flußmittel 3 unmittelbar in den Hohlraum 9 (Fig. 5) der Form 2 oder in technologische Behälter 10 (Fig. 6) eingeführt

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wird, die mit dem Bodenteil der Gießform 2 in Verbindung stehen, Während des Eingießens des flüssigen Eisens 5 (Fig· 3, Fig.?)steigt das Flußmittel J5 infolge der durch das Metall eingebrachten Überhitzungswärae und dank dem niedrigen spezifischen Gewicht (in einer Größenordnung von 2-2,5 g/cm*) zur Oberfläche des Gußeisens 5 auf und befindet sich dort in Form einer schmelzflüssigen Schicht 11. Während des Füllens des Hohlraums 9 der Form 2 mit Metall wird das Flußmittel 3 allmählich, mit ansteigendem Metallstand, in jenen Teil der Form 2 verdrängt, wo sich der Einsatz 1 befindet, und tritt mit diesem in Kontakt und Wechselwirkung. Ss löst, zerstört die Oxidschicht auf der Oberflä* ehe des Aluminiumeinsatzes 1, wodurch die metallene Aluminiumoberfläche für die Wechselwirkung mit dem von Oxiden gereinigten flüssigen Gußelsen 5 freigegeben wird, das gegen die Atmosphäre mit einer Schmelzschicht 11 geschützt ist. Es entstehen sehr günstige Bedingungen zu. Diffusion gewährleistender Wechselwirkung des Einsatzes 1 und des einzugießenden Gußeisens 5: u.z. Reinheit der kontaktierenden Phasen, flüssiger Zustand einer der Legierungen und erreichte gute Benetzung der Legierungen nicht in. oxidierenden Luftmedium, sondern in der Schmelze des Flußmittels.

Hierbei werden die Eaffinationsprodukte von der ansteigenden Schicht des Flußmittels U und des Gußeisens 5 abgespült, die Wechselwirkung erfolgt unter der Flußmittelsohicht 11, es entfällt die Notwendigkeit, Arbeitslösungen des Flußmittels zum Aufbringen desselben auf die Oberfläche des Aluminiumeinsatzes 1 in der Gießform 2 aufzubereiten, der technologische Herstellungsprozeß für bimetallische

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Gußstücke wird vereinfacht, was letzten Endes eine Verbesserung der Qualität der aus ihnen erzeugten Bimetallzylinder gewährleistet.

Es stellt der Bimetallzylinder (Fig. 4)

für Kolbenmaschinen, der gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wird, eine b!metallische Gußkonstruktion aus zwei funktional wichtigen Teilen dar: einer robusten tragenden Laufbuchse 6, die aus Gußeisen gefertigt ist, und einem wärmeleitfähigen Kühlmantel 8, der aus Aluminium gefertigt ist, ■ -^: ..-..*. .. _ die durch Zusammenschmelzen in der Gießform 2 zu einer Einheit durch eine Metallbindung, d.h. eine Diffusionsbindung, vereinigt sind. Die Lauf buchse 6 besitzt auf der Seite der dem Mantel 8 zugekehrten Oberfläche einander sich sehne id ende Versteifungsrippen 12, die über die Grenzen des Körpers des Mantels 8 hinaus nicht vorstehen, d.h. keinen Einfluß auf die aerodynamischen Eigenschaften des Zylinders üben, da der freie Querschnitt des Rippenzwischenrauas dabei konstant bleibt. Das Netz aus den Versteifungsrippen 12 im Körper des Mantels 8 ermöglicht die Lösung einer Reihe wlohtiger technischer Probleme:

es gestattet, Festigkeit und Steifigkeit der Konstruktion des Bimetallzylinders zu erhöhen, da die berippte Konstruktion bei ein und derselben Querschnittsfläche steifer, fester und arbeitsfähiger ist, insbesondere bei Vergrößerung der Querschnittsfläche auf Kosten der Fläche der Versteifungsrippen 12;

es gestattet, indem auf Kosten der Rippen 12 die gesamte Festigkeit und Steifigkeit des Bimetallzylindera auf-

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reckt erhalten wird, die Dicke der gering wärmeleitenden Wand der gußeisernen Lauf buchse 6 zu vermindern und hierdurch die wärmeabführung vom Zylinderspiegel zu verbessern;

es gestattet, dank der vorgesehenen Anordnung der Rippen 12 im Körper des Mantels 8, die Eontaktoberfläche der Laufbuchse 6 mit der Aluminiumlegierung des Mantels 8 zu vergrößern, was den Wärmedurchgang zwischen ihnen verbessern läßt;

es gestattet, die Bindungsfestigkeit zwischen den Legierungen des Bimetallzylinders zu erhöhen, was aufgrund der größeren Kontaktoberfläche zwischen dem Mantel 8 und der Laufbuchse 6 sowie durch die mechanische Abbremsung der Deformationen zwischen ihnen erreicht ist, da das vorgesehene Netz von Versteifungsrippen 12 an der Kontaktoberfläche die Arbeitsbedingungen für die Übergangszone zwischen den Legierungen erheblich verbessert, keine hohen Konzentrationsspannungen zur Satfaltung kommen läßt, weil dank der Rippen 12 die Deformation sich auf ein erheblich größeres Metallvolumen ausbreitet;

es gestattet, die Betriebskennwerte der Einzelteile der Zylinder- und Kolbengruppe durch Steuerung der Zylinderdeformation und Aufrechterhaltung einer in Umfang und Höhe des Zylinders gleichmäßigen Deformation zu verbessern, indem die Größe, das Profil und die Anordnungshäufigkeit der Versteifungsrippen an den Stellen der maximalen Deformationenausprägung geändert werden;

es gestattet, homogene und bimetallische Zylinder mit ein und denselben geometrischen und konstruktiven Parametern

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zu vereinheitlichen, wodurch - weitere Forcierung der Motorleistung erzielt wird, wobei die Möglichkeit entsteht, die Wirtschaftlichkeit des Motors^ezuglxch _dQfi Kraftstoffverbrauchs bei gleicher Leistung dank verminderten Verlusten beim Lüfterantrieb zu erhöhen und den technologischen Prozeß des Gießens und der mechanischen Bearbeitung der Zylinder beizubehalten.

Der obere Teil der Laufbuchse 6 (Fig. 8) des Zylinders kann sich erweiternd ausgeführt sein. Die Erweiterung des Querschnitts der Laufbuchse 6 von der Mitte ihres Arbeitsteile nach oben hin macht den schwächsten, oberen Teil des Zylinders einer Kolbenmaschine beispielsweise eines Dieselmotors erheblich fester.

Die Erzeugende der Außenfläche der Laufbuchse 6 des Zylinders kann eine Ellipse darstellen, die durch folgende Gleichung ausgedrückt wird.

U³-= Sx. -C₁O¹Ix

wo lie Achsen "x" und ⁿy" auf folgende leise verlaufen:

die Achse "x" parallel zur Zylinderachse um einen Abstand 0,45 H (Zylinderhöhe) verschoben und zur Kurbelwelle hin gerichtet (in den Zeichnungen ist die Kurbelwelle nicht abgebildet)j

die Achse ¹¹V" . zur Achse "xⁿ senkrecht und verläuft höher als die obere Stirnseite des Zylinders in einem Abstand 0,14H (Zylinderhöhe).

Die QuerschnittserWeiterung der Laufbuchse 6 (Fig* 8) in ihrem oberen Teil und die Ausführung der Erzeugenden ihrer Außenfläche in Form einer Ellipse gewährleisten in hohem Maße

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eine Steigertang der Arbeitsfähigkeit und der Festigkeit des Zylinders unter ■ . ; ,einwirkenden komplexen Belastungen, die während des Zusammenbaus und des Betriebs des Motors entstehen. Das veränderliche Profil des Längsschnittes der Laufbuchse 6 des Zylinders dient zur Gewährleistung seiner Festigkeitswerte.

Unter der Einwirkung der Festziehkräfte, des Betriebsdruckes von Gasen, der Biegemomente und der Wärmebeiastungen wird der Zylinder in der Höhe und im Umfang unterschiedlich deformiert. Zum Ausgleioh der Zylinderdeformation dient der in der Höhe veränderliche Querschnitt der Laufbuchse 6.

Die obere Kühlrippe 13 des Zylinders kann in einem Stück alt der gußeisernen Laufbuchse 6, d. h. aus einem festeren Werkstoff, ausgeführt sein, was die übrigen Kühlrippen 14 des Aluminiummantels 8 vor Deformationen bei zufälligen Stößen, beim Fallen während : Herstellung und Transport ' des Bimetallzylinders bewahrt, d.h. dessen Transportfähigkeit verbessert.

Außerdem übt die Ausführung der oberen Hippe 13 (Fig.9) in einem Stück mit der Laufbuchse 6 und massiv (ohne Schlitze für Stiftschrauben) eine zusätzliche verfestigende Wirkung auf den oberen Teil des Bimetallzylinders aus.

Der Kühlmantel 8 (Fig.8) des Zylinders befindet sich zwischen dem unteren Anschlagbund 15 des letzteren und der oberen Kühlrippe 13·

Zn dieser Konstruktion ist eventuelle Entstehung von Kontaktspannungen in der Übergangszone zwischen dem Mantel 8 und der Laufbuchse 6 infolge der beim Festziehen der Stift schrauben entstehenden Kräfte, die über einen (in

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Fig. nicht mit abgebildet en) Kopf auf die Laufbuchse 6 des Zylinders einwirken, vermieden, da der Mantel 8 und die Laufbuchse 6 aufeinander abgestimmt deformiert werden.

Der Kühlmantel 8 (Einsatz 1 in Fig.?) besitzt auf der Seite der dem einzugießenden Gußeisen 5 zugekehrten Oberfläche 4 ein Netz von Kanälen 16 (Fig.lO), die am Körper der Laufbuchse 6 (Pig. 4, Fig.8) Versteifungsrippen 12 bilden. Der Mantel 8, der in der Gießform 2 die Holle eines Einsatzes 1 (Fig.l) d.h. eines Bestandteils der Form 2 erfüllt, gestattet es auf die einfachste, leichteste und billigste Weise das erforderliche Netz von Versteifungsrippen 12 (Fig. 4) an der Laufbuchse 6 des Bimetallzylinders herzustellen. Der Mantel 8 (Fig.10) wird meistens durch. Druck- oder Kokillenguß erzeugt, weshalb die Erzeugung eines Netzes von Kanälen 16 keine besonderen Schwierigkeiten bietet, während die Erzeugung eines ähnlichen Netzes von Versteifungsrippen an der gußeisernen Laufbuchse von nach anderen Verfahren hergestellten Bimetallzylindern unmöglich ist.

Der Kühlmantel 8 (Fig. 4) besitzt an seiner Außenfläche Kühlrippen 14, die von einem Luftstrom abgeblasen »erden. Die Gesamtheit der äußeren Kühlrippen 14 des Mantels 8 und des Netzes der Versteifungsrippen 12 der Laufbuchse 6, die in ihrem Körper liegen und mit ihr zu einer Einheit zusammengeschmolzen sind, gestattet es, die Wärmeleitfähigkeit des Bimetallzylinders maximal zu erhöhen.

Die Kanäle 16 (Fig.10) können gegenüber den Kühlrippen 14 liegen· Durch Ausnutzung der Erweiterung der Kühlrippen 14 an deren Fuß kann man die Höhe der querverlaufenden

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Versteifungsrippen 12 (J⁵Ig. 4) Ms auf die Dicke des Körpers des Mantels B vergrößern and hierdurch eine zusätzliche Erhöhung der Festigkeitswerte des Bimetallzylinders zu erzielen·

Die Gießform 2 (Fig. 2) zur Herstellung des Bimetallzylinders für Kolbenmasehinen besteht aus zwei Formhälften 17, 18 (Fig. 2),^jede)von denenleinen Metallteile inen Einsatz 1 (Fig.11), der eine Hälfte des Zylindermantels 8 dar-

stellt, und einen Teil 19 besitzt, der aus der Formmasse gefertigt ist, die mit dem Metallteil (1) der Formhälfte zusammengesintert wird. Spalte zwischen dem Formenteil 19, der aus der Formmasse gefertigt ist, und dem Teil, der die Mantelhälfte, d.h. den Einsatz 1 darstellt, fehlen vollkommen. Beim Eingießen des flüssigen Gußeisens 5 (Fig. 2) bildet sich an der Eontaktfläche 4 des Einsatzes 1 der Form 2 eine harte Gußeisenkruste, die im weiteren beim Einschmelzen des Einsatzes 1 das flüssige Aluminium vom übrigen Innenraum der Gießform 2 isoliert. Das Nicht Vorhandensein von garantierten Spalten und Neigungen, die zum Anordnen des Einsatzes in der Gießform bei anderen Verfahren zum Gießen von Bimetallzylindern erforderlich sind, gestattet es die geometrische Genauigkeit der bimetall lachen Gußstücke zu erhöhen, Leckverluste an Aluminium aus der Form zu vermeiden und somit die Gußqualität zu verbessern. Die erfindungsgemäße Konstruktion der Gießform 2 (Fig. 2, Fig.11) gestattet es, den technologischen Herstellungsprozeß für bimetallische Gußstücke erheblich zu vereinfachen, da die Notwendigkeit entfällt, die Gießform zu erwärmen und den Einsatz 1 in ihr rasch anzuordnen.

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Der Metallteil, d.h. der Einsatz 1 der Gießform 2, besitzt einen Steiger 20 (Fig.ll). Der Steiger 20 gewährleistet die Beibehaltung der Form und der Abmessungen des aus dem Einsatz 1 (Fig.l) an der Oberfläche der gußeisernen Laufbuchse 6 beim Ausbilden des bimetallischen Gußstücks kristallisierten Mantels 8. Das kristallisierende Gußeisen 5 (Fig»7) bildet an der Kontaktfläche mit dem Einsatz 1 der Form 2 eine Kruste fester Phase, die beim Abkühlen räumlich schrumpft, wodurch ein Spalt entsteht. Der im weiteren geschmolzene metallische Aluminiumteil, d.h. der Einsatz 1 der Form 2, der mit dem Gußeisen 5 in Kontakt steht, füllt diesen Spalt. Zur Kompensierung dieses und anderer Verluste dient der Steiger 20 (Fig. 11) am Metallteil der Gießform.

Auf den Metallteil, d.h. auf den Einsatz 1 (Fig. 2) jeder Formhälfte 17, 18 ist auf die Trennebene und auf die mit dem eingegossenen Gußeisen kontaktierende Oberfläche 4 Flußmittel 3 (Fig. 2) aufgetragen. Die in der Form bestehenden gegliederten Metallteile erweitern in erheblichem

Maße technisch!¹ Möglichkeiten zur Erzeugung von komplizierten b!metallischen Gußstücken. Jedoch ruft deren Verbindung untereinander die Notwendigkeit hervor, an den kontaktierenden Oberflächen sowohl der Einsätze selbst wie auch an den mit dem Gußeisen kontaktierenden Oberflächen eine Schicht von raffinierendem Flußmittel 3 zu haben. Das Flußmittel 3 (Fig. 3) gewährleistet eine Reinigung der kontaktierenden Oberflächen von Oxiden und Verunreinigungen und somit eine feste Verbindung der Legierungen. Das Flußmittel 3 hebt die Aluminiuaoxidschioht von der Oberfläche des

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Einsatzes 1 und die Oxidschicht von der Oberfläche des Gußeisens 5 ab, wodurch ein guter Eontakt zwischen ihnen, d.h. eine gute Benetzung, Diffusionsentwicklung und Auflösung, gewährleistet «erden.

Pie Anwendung der Gießform 2 (Fig. 2) der erfindungsgemäßen Konstruktion zur Herstellung von Bimetallzylindern gestaltet es, eine ganze ßeihe von arbeiteaufwendigen und teohnisch komplizierten Arbeitsgängen zu vermeiden, die mit der mechanischen Bearbeitung, Reinigung und Alitierung der gußeisernen Laufbuchse zusammenhängen. Dabei entfällt die Notwendigkeit, die Aluminiumlegierung des Einsatzes zu überhitzen und die Gießform auf hohe !Temperaturen zu erwärmen. Dieses letztere verbilligt die Herstellung der Gießform erheblich, vereinfacht ihren Betrieb, da es ermöglicht wird, zum Gießen in verlorene Formen beispielsweise zum Maskenformverfahren, überzugehen und den technologischen Gießprozeß für BlmerallzylInder vollständig zu automatisieren.

Das Verfahren zur Herstellung der Gießform 2, die aus zwei Formhälften 17, 18 besteht und zur Herstellung von Bimetallzylindern für Kolbenmaschinen dient, besteht darin, daß man gede Formhälfte 17, 18 auf folgende Weise anfertigt:

zunächst stellt man ein Modell aus einem Metall 21 (Fig. 12) her, das der Form nach der Hälfte der erwähnten Laufbuchse 6 (Fig.l) des Zylinders entspricht.;

man überzieht die Oberfläche des Modells 21 (Fig.12) mit einem Trennmittel, das eine Lösung von wärmebeständigem Kautschuk darstellt;

danach bringt man am erwähnten Modell 21 einer Hälfte

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der Laufbuchse 6 (Fig. 1) an der Kontaktflache 4 derselben mit der Innenfläche der erahnten Mantelhälfte die eigentliche Hälfte des lluminiummanteis 8 an, die als Einsatz 1 in der zu erzeugenden Gießformhälfte 1? (18) dient;

man erwärmt das erwähnte Modell 21 (Fig* 13) der Laufbuohsenhälfte mit deai an ihr angebrachten Einsatz 1 und bringt darin danach eine Formmasse 22 beispielsweise eine Sand- und Harzmasse, die beim Maskenformverfahren angewendet wird ein, wonach man die Formmasse 22 mit dem Einsatz 1 zusammensintert und das erwähnte Modell 21 (Fig. 14) der Laufbuchsenhälfte vom Einsatz 1 und der mit diesem zusammengesinterten Formmasse 19 trennt, so daß man auf diese Weise die eine Formhälfte 17 erzeugt.

In heißem Zustand wird auf die Oberfläche des Einsatzes 1 (Fig. 2) einer jeden Formhälfte 1?, 18, die mit dem eingegossenen Gußeisen 5 kontaktiert, aus dem die Laufbuchse 6 gebildet wird, und der zweiten Hälfte des Mantels 1 Flußmittel 3 aufgetragen.

In ähnlicher Reihenfolge der Arbeitsgänge erzeugt man die zweite ähnliche Formhälfte 18, wonach man die beiden Formhälften 17» 18 miteinander verbindet und auf diese Weise die Gießform 2 (Fig. 2) herstellt.

Ss noch gesagt werden, daß bei der Herstellung von verlorenen Formen füi Bimetallzylinder die Herstellung der Modellausrüstungen vereinfacht wird, d.h. der berippte Aluminiummantel 8, der am Modell 21 (Fig. 12) angebracht wird, den kompliziertesten und arbeitsaufwendigsten Teil desselben ersetzt, der die Berippung des Zylinders gewährleistet.

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<j ι υ L· ν im U

Das Verfahren aur Herstellung von Gießformen iat einfach, zuverlässig und gegenüber der Anwendung von Kokillen zum Gießen von Bimetallzylindern vorteilhaft* Seine speziellen Ausrüstungen) Vorrichtungen und Geräte sind erforderlich· Im Typenprozeß erscheinen nur einige Arbeitsgänge: Anbringen des Einsätzmastels 1 am Modell 21 und Anstreichen des Metallteils der fertigen Formhälften 1?, 13 mit einer »äBrigen Lösung des Fl&ßmittels 3· Diese Arbeitsgänge sind für den Gießereibetrieb überhaupt typisch und setzen zu ihrer durchführung weder spezielle Ausrüstungen noch besonderen Arbeitsaufwand voraus. Das Verfahren läßt sich mühelos automatisieren*

Das entwickelte Verfahren zum. GieSen von Bimetallzylindern für Kolbenmaschine^, löst das Problem der Massenfertigung von Bimetallzylindern«

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Claims (1)

1. j NACKJ-·'-.ϋΐ

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   1. Nauchno-Issledovatelsky Konstruktorsko-Tekhnologichesky Institut Traktornykh. i Kombainovykh Dvigatelei
   Vladimir/UdSSR

   2. Vladimirsky Politekhnichesky Institut Vladimir/UdSSR

   P 77 84-1-H-61

   28.1.1981

   L/HW

   FÜR XDLBIMASGHIHEN, ZDR HBBSTELLmKx DISSlLBBI, GHSfOlM ZUR HERSTELLUNG DIESES gILIHBlE MD TSSFIHRIN ZÜE HERSTSLLÜNa

   1. Verfahren zur Herat eil mag von Bimetallzyliaderß für KolbenmascJiineii, bei dem man einen gereinigten Einsat a, der aas der einen Komponente eines BimetaLlpaars ausgeführt ist, Ln der Gießform anordnet, in die danach. gesonmol2senes Metall eingegossen wird, das die zweite Komponente des Bimetallpaars darstellt, das Gußstück abkühlt und aas der Form herausnimmt, dadurch g ekennze lehnet, daß der Einsatz (1), der den Mantel (8) des Zylinders darstellt, aus einer Aluminiumlegierung ausgeführt, mit einem Flußmittel (3) behandelt und in die erwähnte Form ein Gußeisen (5) eingegossen wird, aus dem die Laufbuchse (6) des Zylinders (7) ausgebildet wird.

   2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kennze Lehnet, daß während der Ausbildung des bi-

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   metallischen Gußstücks der Aluminiumeinsatz (1) abgekühlt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kennze ichnet, daß das bimetalllaehe Gußstück aus der Form (2) bei einer Temperatur von 3OO - 400 ⁰C herausgenommen wird.

   4. Verfahren nach Anspruch !,dadurch. g e kennze ichnet, daß die Behandlung mit dem Flußmittel (3) gleichzeitig mit dem Eingießen des Gußeisens (5) in die Form erfolgt.

   5. Gekühlter Birne tall zylinder für Kolbenmaschinen, der gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 hexgestellt wird, aus eines Laufbuchse (6) besteht, die aus Gußeisen gefertigt und von einem aus Aluminium gefertigten Hantel (8), umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbuchse (6) auf der Seite der dem Mantel (ö) zugekehrten Oberfläche 4 sich einander schneidende Versteifungsrippen (12) besitzt, die über die Abmessungen des Körpers des Mantels (8) hinaus nicht vorstehen.

   6. Zylinder nach Anspruch 5, dadurch geke nnze ichnet, daß der obere !Teil der Laufbuchse als sich, verbreiternd ausgeführt ist.

   7. Zylinder nach Ansprüchen 5 und 6, dadurch, g ekennze ichnet, daß die Erzeugende der Außenfläche der Laufbuchse (6) eine Ellipse darstellt.

   8. Zylinder nach. Anspruch 5, dadurch gekennze i chnet, daß die obere Kühlrippe (13) des Zylinders in einem Stück mit der gußeisernen Laufbuchse (6) ausgeführt ist.

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   9· Zylinder nach .Anspruch ^»dadurch g e -kennze lohnet, daß der Kühlmantel (8) des Zylinders zwischen de λ unteren Anschlagbund (15) desselben und der oberen Kühlrippe (13) angebracht ist.

   10· Zylinder nach inspruoh 5» dadurch gekennzeichnet» daß der Kühlmantel (8) auf der Seite der dem einzugießenden Gußeisen (5), aus dem die Laufbuchse (6) ausgebildet wird, zugekehrten Oberfläche (4) ein Netz von Kanälen (16) besitzt, die am Körper der Laufbuchse (6) Versteifungsrippen (12) bilden.

   11. Zylinder nach Anspruch 5, dadurch ge» kennzeichnet, daß der Kühlmantel (6) an der Außenfläche Kühlrippen (14) besitat.

   12· Zylinder nach Anspruch IO ,dadurch g ekennze i chne t, daß die Kanäle (16) gegenüber den Kühlrippen (14) liegen.

   13» Gießform aur Herstellung dee Bimetallzylinders für Kolbenmaschinen nach Anspruch 5, die aus zwei Formhälften besteht, dadurch gekennze ichnet, daß jede der Formhälften (17, 18) einen Metallteil, d.h. einen Einsatz (1), der die eine Hälfte des Zylindermantels (8) darstellt, die aus Aluminium gefertigt ist, und einen Teil be» sitzt, der aus einer Formmasse (19) ausgeführt ist, die mit dem Metallteil (1) der Formhälfte (1?, 18) zusammengesintert wird.

   14. Gießform nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallteil (1) der Form einen Steiger (20) besitzt.

   15· Gießform nach Anspruch 13, dadurch ge-

   kennzeichnet, daß auf den Metallteil (1) jeder Formhälfte (17, 18) auf die Trennebene und auf die mit dem einzugießenden Gußeisen kontaktierende Oberfläche (4) ein Flußmittel O) aufgetragen ist·

   16. Verfahren zur Herstellung der Gießform nach Anspruch 13, die aus zwei Formhälften besteht, zur Herstellung von Bimetallzylindern für Kolbenmaschinen, d ad u rch ge kennze i chne t, daß man zunächst ein Modell (21) anfertigt, das seiner Form nach der Hälfte der erwähnten Laufbuchse (6) des Zylinders entspricht, die Oberfläche des Modells (21) mit einem Trennmittel überzieht, dann am erwähnten Modell (21) der einen Hälfte der Laufbuchse (6) auf deren Kontaktoberfläche (4) mit der Innenfläche der erwähnten Hälfte des Mantels (8) die eigentliche Aluminiumhälfte des Mantels (8) anbringt, die als Einsatz (1) in der zu erzeugenden Gießform (2) dient, das Modell (21) der Hälfte der Laufbuchse (6) des Zylinders mit dem an ihm angebrachten Sinsatζ (1) erwärmt, darin eine Formmasse (22) einschüttet und zusammensintert, wonach man das Modell (21) der Hälfte der Laufbuchse (6) vom Einsatz (1) und der zusammengesinterten Formmasse (19) trennt, wodurch man die eine Formhälfte (17 bzw. 18) erzeugt, und in ähnlicher Reihenfolge der Arbeitsgänge die zweite Formhälfte (17 bzw. 18) erzeugt, wonach man die beiden Formhälften (17 und. 18) miteinander verbindet und auf diese Weise die Gießform (2) herstellt.

   17. Verfahren zur Herstellung der Gießform nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

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   daß auf die Oberfläche (4) des Einsatzes (1) äeder Formhälfte (17 toss₀ 18), dia mit uem. eiasugießendeii Gußeisen (5)t aus dem öle Laofbaehse (6) ausgebildet wird, kontaktiert, ein FluSmittel (5) aufgetragen wird«

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