EP1477661A2 - Producing of a gradient-workpiece by layer-casting - Google Patents
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- EP1477661A2 EP1477661A2 EP04010594A EP04010594A EP1477661A2 EP 1477661 A2 EP1477661 A2 EP 1477661A2 EP 04010594 A EP04010594 A EP 04010594A EP 04010594 A EP04010594 A EP 04010594A EP 1477661 A2 EP1477661 A2 EP 1477661A2
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- casting
- graphite
- cast
- running
- cast iron
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
- B22D1/007—Treatment of the fused masses in the supply runners
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/16—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making compound objects cast of two or more different metals, e.g. for making rolls for rolling mills
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/20—Measures not previously mentioned for influencing the grain structure or texture; Selection of compositions therefor
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
- F05C2201/0436—Iron
- F05C2201/0439—Cast iron
Definitions
- the invention relates to a method for producing a casting from graphite-containing Cast iron with the features of the preamble of claim 1. It relates also on a device which is particularly suitable for carrying out the method, and on the castings manufactured with them and their uses.
- DE-A1-36 22 511 discloses a method for pouring on a (noble) metal body on another (precious) metal body, on the body that was cast first a second molten metal is poured on. This creates a gap-free intermediate area between the two workpieces. According to the above However, print will be available a graphite release agent layer is applied to the pouring of the second body, which prevent the two castings from merging.
- GJV cast iron with compact is often used Graphite inclusions - used.
- GJS i.e. spheroidal graphite cast iron.
- the latter materials also have manufacturing disadvantages because they tend z. B. to higher porosity. In particular, they are for high speed machining less useful, e.g. B. when cylinder bores and oil channels through PCBN cutting should be introduced.
- the invention is based on the object of a method for producing a casting with differently stressed areas or zones, in particular a cylinder crankcase for internal combustion engines, to indicate with which different materials can be arranged in the casting according to the load.
- a device is also to be created which is particularly suitable for carrying out the process according to the invention Process is suitable.
- this object is achieved according to the invention solved with the features of claim 1.
- the features of the claim 11 indicate a corresponding device, while in claim 20 corresponding Castings are stressed.
- the characteristics of the independent claims subordinate claims give advantageous developments of the invention on.
- a casting is made in a uniform Mold made from different batches of cast iron, their properties better geared to the different operational stresses in certain areas or to these can be customized as this with a homogeneous batch of cast iron or - Alloy is possible for the entire casting.
- Such a casting can also be used as Gradient casting can be called, because in any case its inner graphite structure is not is the same everywhere.
- the cylinder axes become during casting or in orient the shape preferably vertically, the cylinder area positioned above or below can be. It is preferred to pour upwards, but also downwards is possible.
- Another advantageous embodiment provides that the running and gating system one component or alloy during the casting of a second component or alloy is closed, so that the two alloys do not accidentally can mix.
- poured a common base melt into the sprue This is used to manufacture the graphite structures required for the different areas of the finished casting in a manner known per se by adding modifiers, alloying elements, Inoculants and other suitable agents in the pouring funnel, in the pouring stream or treated in the individual running and gating system.
- a running and gating system is used used for one or more cast batches (materials).
- a particularly suitable device for carrying out the method discussed above is Different run and gate channels for feeding the individual melt batches to include the areas of the form with the differently alloyed and modified Cast iron batches are to be filled. When using one to be filled in vertical order These different filling levels are staggered vertically. A separation of the different layers is not necessary, because according to the inventive method Transitions or a quasi-autogenous course of the alloys in the transition areas are desired.
- the device is operated in increasing casting, falling pouring is also conceivable, as described above. It includes the Furthermore at least one overflow from which the batch just cast from the mold can exit as soon as the level assigned to it is reached. This is next to one Overfill protection also allows a visual control of the melt level. It understands by itself that overflows preceded while filling more layers encapsulated batches are sealed, in particular by solidification. It can also Device contain closure devices with which inlets from first cast Batches are sealed while a subsequent batch is filled into the mold. In order to returns of the still liquid pre-batch based on the principle of communicating Prevents tubes. Further details and advantages of the method and the device according to the invention go from the drawing of an embodiment and their themselves here following detailed description.
- a mold 2 is like this aligned that the axes of the cylinders 3 are perpendicular - parallel to the direction of gravity.
- a power flow area 5 can be seen, which later has to absorb the gas forces.
- the crankcase outer wall 6 can also be seen arranged inside the form 2 below the cylinder bank with its cooling water jacket Crankcase 4 is cast over a first running and gating system 7.
- the inflow the melt in form 2 is at the bottom of the latter, so it is poured upwards.
- An overflow 8 is at the level of the transition from the crankcase 4 to the cylinders 3 intended. It marks the threshold up to which the Form 2 marks out with a first batch Cast iron can be filled with preferably vermicular or spheroidal graphite. Naturally more than one overflow can be provided at the same level; the arrangement is here shown only schematically simplified.
- the mold 2 with the cast material is included the properties desired for the area of the crankcase. This has the The advantage that you don't necessarily work with a precisely defined amount of melt must, but can work with a tolerable tolerance.
- the first running and gating system is then closed with the aid of a closing device 9 7.
- the overflow 8 is closed by rapid solidification.
- the first casting batch is now a second by a second barrel and gate system 10 Cast batch cast from one material (also in increasing cast), which is suitable for the Has cylinder properties desired properties, preferably with lamellar graphite or Vemiculargraphit.
- the preferred combinations with the material of the first batch have already been discussed above.
- the closure device 9 prevents that after introducing the material over the first Running and gating system 7 this is pushed back again (communicating Tubes) when the material is filled in via the second run and gate system 10.
- Form 2 could also be used with the cylinders arrange downwards and the casting material intended to form their walls First fill in via the first run and gate system 7- until it comes out of the overflow 8 exit. Thereafter, the crankcase 4 would over the second barrel and gate arrangement 10 cast from the designated material. Changes to the result / product achieved nothing.
- the two running and gating systems are 7 and 10 shown completely separate from each other. As stated above, you can nevertheless be fundamentally fed from the same base melt if the funds to provide the different graphite structures in the systems mentioned itself (not shown) can be provided. For large series production, however, it is also conceivable to hold different base melts, from which the respective ones Running and gating systems can be filled individually.
- FIG. 2 shows a modification 1 'of the device in a representation similar to FIG. 1 1 from Fig. 1.
- the device 1 'shown in Fig. 2 also has two running and Gate systems 7 and 10, now with the running and gate system 7 of Cylinder area and with the running and gating system 10 the crankcase area is poured, starting with the crankcase area with the barrel and gate system 10 and then the cylinder area with the barrel and gate system 7 cast becomes.
- two distributor strips 11 and 12 are provided in the running and gating system 10, which extend along the crankcase outer walls 6 and over the entire Length of the cylinder crankcase to be cast a direct filling of the form 2 in the area allow the crankcase outer walls 6. This results in a special one favorable filling of the crankcase outer walls 6 without turbulence, so that a uniform microstructure is created.
- the cylinder area 3 is over several, also over the length of the cylinder crankcase distributed central inlets 13 of the running and gating system 7 with a second, for first casting batch filled different casting batch, one compared to the crankcase different structure with a different graphite formation results.
- Cylinder region 3 also has a uniform material distribution over the cylinder tube bank reached.
- FIG. 3 A further modification of the device 1 'from FIG. 2 is with the device 1 "in FIG. 3 shown.
- the running and gating system 7 is modified such that the Central inlets 13 replaced by inlets 14 and 15 when filling the cylinder area have been, which open into the form 2 directly in the area of the cylinder wall.
- an annular inlet can also be provided, so that a direct and immediate filling of the cylinder wall is possible. This can be a more defined one Adjustment of the microstructure in the cylinder area 3 can be made.
- Fig. 4 shows a device 1 "', in which the crankcase to be cast or the corresponding Form 2 is rotated by 90 ° with respect to the embodiments of FIGS. 1 to 3, so that the cylinder axis is horizontal, that is, perpendicular to the direction of gravity is arranged.
- the gating system 10 is a third running and gating system 17 intended. With the different barrel and gate systems that are staggered vertically are arranged, and the correspondingly arranged overflows 8, it is possible to provide different graphite structures in layers in the cylinder crankcase.
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Gussstücks aus graphithaltigem
Gusseisen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Sie bezieht
sich auch auf eine besonders zum Durchführen des Verfahrens geeignete Vorrichtung sowie
auf die damit hergestellten Gussstücke und deren Verwendungen.The invention relates to a method for producing a casting from graphite-containing
Cast iron with the features of the preamble of
Bekannt ist aus DE-A1-36 22 511 ein Verfahren zum Aufgießen eines (Edel-)Metallkörpers auf einen anderen (Edel-)Metallkörper, bei dem auf den zuerst fertig gegossenen Körper eine zweite Metallschmelze aufgegossen wird. Dadurch entsteht ein spaltfreier Zwischenbereich zwischen den beiden Werkstücken. Nach der o. g. Druckschrift wird allerdings vor dem Aufgießen des zweiten Körpers eine Trennmittelschicht aus Graphit aufgetragen, welche eine Verschmelzung der beiden Gusskörper verhindern soll.DE-A1-36 22 511 discloses a method for pouring on a (noble) metal body on another (precious) metal body, on the body that was cast first a second molten metal is poured on. This creates a gap-free intermediate area between the two workpieces. According to the above However, print will be available a graphite release agent layer is applied to the pouring of the second body, which prevent the two castings from merging.
Generell ist es bekannt, dass räumlich komplizierte Gussstücke, z. B. Getriebe- oder Motorgehäuse, Zylinderblöcke und -köpfe etc., im Betrieb örtlich je nach Funktionsbereich sehr unterschiedlichen Beanspruchungen ausgesetzt werden. Am Beispiel von Zylinderblöcken für hoch beanspruchte Dieselmotoren und/oder gewichtsoptimiert gebaute Diesel- oder Ottomotoren wird dies vorab näher erörtert.It is generally known that spatially complex castings, e.g. B. gear or motor housing, Cylinder blocks and heads etc., depending on the functional area, very much in operation exposed to different stresses. Using the example of cylinder blocks for highly stressed diesel engines and / or weight-optimized diesel or petrol engines this will be discussed in advance.
Bei solchen Bauteilen sind folgende Anforderungen zu erfüllen:
- möglichst geringes Gewicht (kleine Wand- und Stegstärken, gewichtsoptimiertes Design);
- hohe Belastbarkeit gegen hohe Zünddrücke;
- gute Geräuschdämmung;
- gute Bearbeitbarkeit (Bohren, Schleifen, Fräsen, Honen, Innenspindeln, Gewindeschneiden etc.) in Großserienfertigungen;
- hohe Verschleißbeständigkeit.
- weight as low as possible (small wall and web thicknesses, weight-optimized design);
- high resilience against high ignition pressures;
- good noise insulation;
- good machinability (drilling, grinding, milling, honing, internal spindles, thread cutting etc.) in large series production;
- high wear resistance.
Im Detail werden
- in den Wänden der Zylinderbohrungen günstige tribologische Eigenschaften im Zusammenspiel mit den Kolbenringen erwartet. Hierdurch sollen der Ölverbrauch verringert und die Inspektionsintervalle (Ölwechsel) ausgedehnt werden. Man wünscht einen geringen Reibungsbeiwert, hohe Verschleißbeständigkeit und hohe mechanische Steifigkeit gegen den Arbeitsdruck.
- im Kraftflussbereich um die Kurbelwellenlager hohe Festigkeit, Dauerfestigkeit und Steifigkeit gefordert.
- von den Außenwänden, insbesondere von der Kurbelraum-Außenwand eine hohe Steifigkeit gefordert, um die Geräuschentwicklung durch hohe Oberflächen-Dämpfung (geringe Oberflächenmobilität) zu verringern.
- Favorable tribological properties in interaction with the piston rings are expected in the walls of the cylinder bores. This is intended to reduce oil consumption and to extend the inspection intervals (oil change). A low coefficient of friction, high wear resistance and high mechanical rigidity against the working pressure are desired.
- high strength, fatigue strength and rigidity are required in the power flow area around the crankshaft bearings.
- a high degree of rigidity is required from the outer walls, in particular from the crank chamber outer wall, in order to reduce the noise development due to high surface damping (low surface mobility).
Zum Gießen von Motorenteilen wie Zylinderblöcken sind dem Fachmann verschiedene Eisen-Kohlenstoff-Gusslegierungen mit verschiedenen Graphit-Ausbildungsformen und Legierungszusammensetzungen bekannt: Lamellengraphit (GJL), Vermiculargraphit (GJV), Kugelgraphit (GJS) und deren mögliche Übergangsformen (vgl. z. B. DE-A1-199 42 780). Man hat bislang zumeist GJL in den Klassen GJL-250 bis GJL-350 verwendet. Dieser Werkstoff, insbesondere in legierter Ausführung, eignet sich insbesondere für die Zylinderbohrungen bzw. -wände, weil Lamellengraphit ein guter tribologischer Partner für die Kolben ist und die Gussstücke daraus technisch einfach herstellbar und spanend bearbeitbar sind. Weil jedoch der lamellare Graphit in einer meist perlitischen Matrix aufgrund innerer Kerbwirkungen die Dauerfestigkeit des Gussstücks beeinträchtigt, ist er für hoch aufgeladene Dieselmotoren nicht uneingeschränkt verwendbar.Various iron-carbon casting alloys are known to the person skilled in the art for casting engine parts such as cylinder blocks with different graphite shapes and alloy compositions known: lamellar graphite (GJL), vermicular graphite (GJV), Spheroidal graphite (GJS) and its possible transition forms (see e.g. DE-A1-199 42 780). So far, mostly GJL in the classes GJL-250 to GJL-350 have been used. This Material, especially in an alloy version, is particularly suitable for cylinder bores or walls because lamellar graphite is a good tribological partner for the pistons and the castings are technically easy to manufacture and machinable are. However, because the lamellar graphite in a mostly pearlitic matrix due to internal Notch effects affect the fatigue strength of the casting, it is for highly charged Diesel engines cannot be used without restrictions.
Für solche Höchstbeanspruchungen wird deshalb häufig GJV - Gusseisen mit kompakten Graphiteinschlüssen - eingesetzt. Mit der Realisierung immer höherer Zünddrücke gibt es auch schon Anforderungen, GJS, also Gusseisen mit Kugelgraphit, zu verwenden. Die beiden letztgenannten Werkstoffe haben jedoch auch fertigungstechnische Nachteile, denn sie neigen z. B. zu höherer Porosität. Insbesondere sind sie für die Hochgeschwindigkeits-Bearbeitung weniger brauchbar, z. B. wenn Zylinderbohrungen und Ölkanäle durch PCBN-Schneiden eingebracht werden sollen.For such maximum loads, GJV cast iron with compact is often used Graphite inclusions - used. With the realization of ever higher ignition pressures there are also requirements to use GJS, i.e. spheroidal graphite cast iron. The two however, the latter materials also have manufacturing disadvantages because they tend z. B. to higher porosity. In particular, they are for high speed machining less useful, e.g. B. when cylinder bores and oil channels through PCBN cutting should be introduced.
Es ist grundsätzlich bekannt (DE-A1-25 18 637), beim Herstellen von Gusseisenstücken die Graphitstrukturen in der Schmelze durch eine "inmould"-Behandlung unmittelbar vor dem Eingießen in die Form bedarfsgerecht zu modifizieren.It is fundamentally known (DE-A1-25 18 637), when producing cast iron pieces Graphite structures in the melt by an "inmould" treatment immediately before Pour into the mold to modify as needed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Gussstückes mit unterschiedlich beanspruchten Bereichen oder Zonen, insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses für Verbrennungsmotoren, anzugeben, mit dem verschiedene Werkstoffe belastungsgerecht im Gussstück angeordnet werden.The invention is based on the object of a method for producing a casting with differently stressed areas or zones, in particular a cylinder crankcase for internal combustion engines, to indicate with which different materials can be arranged in the casting according to the load.
Es soll auch eine Vorrichtung geschaffen werden, die besonders zum Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignet ist. Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale des Patentanspruchs
11 geben eine entsprechende Vorrichtung an, während im Anspruch 20 entsprechende
Gussteile beansprucht sind. Die Merkmale der den unabhängigen Ansprüchen
jeweils nachgeordneten Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
an.A device is also to be created which is particularly suitable for carrying out the process according to the invention
Process is suitable. With regard to the method, this object is achieved according to the invention
solved with the features of
Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Gussstück in einer einheitlichen Form aus unterschiedlichen Gusseisenchargen hergestellt, deren Eigenschaften besser auf die bereichsweise unterschiedlichen Betriebsbeanspruchungen abgestellt bzw. an diese angepasst werden können, als dies mit einer homogenen Gusseisencharge oder - legierung für das gesamte Gussstück möglich ist. Ein solches Gussstück kann auch als Gradientengussstück bezeichnet werden, da jedenfalls seine innere Graphitstruktur nicht überall gleich ist.By using the method according to the invention, a casting is made in a uniform Mold made from different batches of cast iron, their properties better geared to the different operational stresses in certain areas or to these can be customized as this with a homogeneous batch of cast iron or - Alloy is possible for the entire casting. Such a casting can also be used as Gradient casting can be called, because in any case its inner graphite structure is not is the same everywhere.
Es ist als besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht notwendig, bei der Abfolge des Gießens das Erstarren einer zuerst eingefüllten Schmelze abzuwarten, sondern man kann unmittelbar nach dem Erreichen der gewünschten Schichthöhe bzw. des Füllungsgrades der Form mit dem Eingießen der nächsten Charge beginnen. Damit wird zwar kein wirklich trennscharfer Übergang zwischen den Chargen bzw. Schichten erreicht, sondern es bilden sich Übergangsformen, z. B. Korallengraphit, in den Schnittstellen. Hierdurch wird aber einerseits eine innige, quasi autogene Verbindung der beiden Gussphasen erzielt, und zum anderen gibt es keine merklichen Verzögerungen vor dem Umschalten auf die zweite bzw. die jeweils folgende Gussphase.As a particular advantage of the method according to the invention, it is not necessary in which Sequence of casting to wait for the solidification of a melt that was filled in first, but one can immediately after reaching the desired layer height or the degree of filling start pouring the next batch into the mold. With that, though no really sharp transition between the batches or layers achieved, but transitional forms are formed, e.g. B. coral graphite, in the interfaces. hereby on the one hand, an intimate, quasi-autogenous connection between the two casting phases is achieved, and second, there are no noticeable delays before switching to the second or the following casting phase.
Man wird so den vorstehend erörterten Problemen besser gerecht als mit herkömmlichen Gussstücken, denn man erreicht jeweils dort hohe Festigkeit, tribologische Eigenschaften und Schwingungsdämpfung, wo diese gewünscht werden. Zugleich erhält man die Option, für eher gering beanspruchte Bereiche nicht ebenfalls das höchstqualifizierte Material bzw. die höchstwertige Legierung zu verwenden und insofern dessen/deren Nachteile und Verbrauch auf das Unerlässliche zu beschränken.The problems discussed above are thus dealt with better than with conventional problems Castings, because you can achieve high strength, tribological properties and vibration damping where desired. At the same time you get the option not for high-stress areas also the most qualified material or to use the highest quality alloy and its disadvantages and To limit consumption to the essential.
Vorzugsweise sind für einen Motor- oder Zylinderblock für eine Verbrennungskraftmaschine
nachfolgende Ausführungsfälle möglich:
Hieraus ergeben sich analytisch voneinander unterscheidbare Schichten innerhalb des äußerlich homogen erscheinenden Gussstücks.This results in layers that are analytically distinguishable from each other within the exterior homogeneous casting.
Im vorstehenden Fall a) handelt es sich z. B. um einen Zylinderblock mit eher herkömmlichem Einsatzgebiet, während die Fälle b) und c) eine erhöhte Steifigkeit im Bereich der Zylinderwände und des Wasserkühlmantels bewirken. Letzteres wird bei hoch aufgeladenen Dieselmotoren mit extremen Verbrennungsdrucken bevorzugt und verhindert weitgehend blow-by-Verluste.In the above case a) it is e.g. B. a cylinder block with more conventional Field of application, while cases b) and c) increased rigidity in the area of Cylinder walls and the water cooling jacket effect. The latter is used with highly charged ones Diesel engines with extreme combustion pressures preferred and largely prevented blow-by losses.
Bei demselben Ausführungsfall wird man die Zylinderachsen während des Gießens bzw. in der Form bevorzugt senkrecht orientieren, der Zylinderbereich oben oder unten positioniert werden kann. Man wird bevorzugt steigend gießen, wobei jedoch auch fallendes Gießen möglich ist. In the same embodiment, the cylinder axes become during casting or in orient the shape preferably vertically, the cylinder area positioned above or below can be. It is preferred to pour upwards, but also downwards is possible.
Um eine Trennhöhe der verschiedenen, das Gussstück bildenden Schichten reproduzierbar zu definieren, wird man bevorzugt jeweils in Höhe des beabsichtigten (oberen) Endes des mit einer Legierung zu füllenden Formraums einen oder mehrere Überläufe vorsehen. Dies erübrigt darüber hinaus eine genaue Mengenzumessung der jeweiligen Charge zur damit aufzufüllenden Formkavität.Reproducible by a separation height of the different layers forming the casting to define, one is preferred in each case in the amount of the intended (upper) end of the Provide one or more overflows with an alloy to be filled in the mold. This Furthermore, there is no need for an exact quantity measurement of the respective batch mold cavity to be filled.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass das Lauf- und Anschnittsystem einer Komponente bzw. Legierung während des Gießens einer zweiten Komponente bzw. Legierung verschlossen wird, damit die beiden Legierungen sich nicht unbeabsichtigt vermischen können.Another advantageous embodiment provides that the running and gating system one component or alloy during the casting of a second component or alloy is closed, so that the two alloys do not accidentally can mix.
In noch einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine gemeinsame Basisschmelze in die Eingusskanäle gegossen. Diese wird zum Herstellen der jeweils für die unterschiedlichen Bereiche des fertigen Gussstücks gewünschten Graphitstrukturen in an sich bekannter Weise durch Beifügen von Modifikatoren, Legierungselementen, Impfmitteln und anderen geeigneten Mitteln im Eingusstrichter, im Gießstrahl oder im jeweils individuellen Lauf- und Anschnittsystem behandelt.In yet another advantageous embodiment of the method according to the invention poured a common base melt into the sprue. This is used to manufacture the graphite structures required for the different areas of the finished casting in a manner known per se by adding modifiers, alloying elements, Inoculants and other suitable agents in the pouring funnel, in the pouring stream or treated in the individual running and gating system.
Neben dem Gießen der verschiedenen Gusschargen nacheinander in einem Lauf- und Anschnittsystem wird bei einer weiteren vorteilhaften Variante jeweils ein Lauf- und Anschnittsystem für eine oder mehrere Gusschargen (Materialien) verwendet.In addition to casting the various cast batches one after the other in a barrel and gate system In a further advantageous variant, a running and gating system is used used for one or more cast batches (materials).
Eine zum Durchführen des oben erörterten Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung wird unterschiedliche Lauf- und Anschnittkanäle zum Zuführen der einzelnen Schmelze-Chargen zu den Bereichen der Form umfassen, die mit den unterschiedlich legierten und modifizierten Gusseisenchargen zu füllen sind. Bei Verwendung einer in vertikaler Folge zu füllenden Form sind diese unterschiedlichen Füllstufen vertikal gestaffelt. Eine Trennung der unterschiedlichen Schichten ist nicht erforderlich, weil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Übergänge bzw. ein quasi autogenes Verlaufen der Legierungen in den Übergangsbereichen gewünscht sind.A particularly suitable device for carrying out the method discussed above is Different run and gate channels for feeding the individual melt batches to include the areas of the form with the differently alloyed and modified Cast iron batches are to be filled. When using one to be filled in vertical order These different filling levels are staggered vertically. A separation of the different layers is not necessary, because according to the inventive method Transitions or a quasi-autogenous course of the alloys in the transition areas are desired.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird die Vorrichtung in steigendem Guss betrieben, wobei, wie oben beschrieben, auch fallendes Gießen denkbar ist. Sie umfasst des Weiteren mindestens einen Überlauf, aus dem die soeben gegossene Charge aus der Form austreten kann, sobald die ihr zugeordnete Füllhöhe erreicht ist. Hierdurch ist neben einer Überfüll-Sicherung auch eine optische Kontrolle des Schmelzepegels möglich. Es versteht sich von selbst, dass während des Einfüllens weiterer Schichten Überläufe vorangehend vergossener Chargen insbesondere durch Erstarrung verschlossen werden. Auch kann die Vorrichtung Verschlussvorrichtungen enthalten, mit denen Zuläufe von zuerst gegossenen Chargen verschlossen werden, während eine Folgecharge in die Form gefüllt wird. Damit werden Rückläufe der noch flüssigen Vorcharge nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren verhindert. Weitere Einzelheiten und Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung gehen aus der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels und deren sich hier anschließender eingehender Beschreibung hervor.In a further preferred embodiment, the device is operated in increasing casting, falling pouring is also conceivable, as described above. It includes the Furthermore at least one overflow from which the batch just cast from the mold can exit as soon as the level assigned to it is reached. This is next to one Overfill protection also allows a visual control of the melt level. It understands by itself that overflows preceded while filling more layers encapsulated batches are sealed, in particular by solidification. It can also Device contain closure devices with which inlets from first cast Batches are sealed while a subsequent batch is filled into the mold. In order to returns of the still liquid pre-batch based on the principle of communicating Prevents tubes. Further details and advantages of the method and the device according to the invention go from the drawing of an embodiment and their themselves here following detailed description.
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich, dabei zeigen die rein schematischen Zeichnungen in
- Fig. 1
- eine Schnittansicht einer ersten Vorrichtung zum Gießen eines Gussstücks in Gestalt von Zylinderblöcken für eine Verbrennungskraftmaschine aus Bereichen mit unterschiedlichen Graphitstrukturen;
- Fig. 2
- einen Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Gießen von Zylinderblöcken bzw. Zylinderkurbelgehäusen;
- Fig. 3
- eine weitere Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Gießen von Zylinderblöcken; und in
- Fig. 4
- eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gussform.
- Fig. 1
- a sectional view of a first device for casting a casting in the form of cylinder blocks for an internal combustion engine from areas with different graphite structures;
- Fig. 2
- a sectional view of a further device according to the invention for casting cylinder blocks or cylinder crankcases;
- Fig. 3
- a further sectional view of a device according to the invention for casting cylinder blocks; and in
- Fig. 4
- a sectional view of a fourth embodiment of a mold according to the invention.
In einer Vorrichtung 1 zum Herstellen des Zylinderblocks durch Gießen ist eine Form 2 so
ausgerichtet, dass die Achsen der Zylinder 3 senkrecht -parallel zur Schwerkraftrichtungstehen.
Im Bereich des Kurbelgehäuses 4 erkennt man einen Kraftflussbereich 5, der später
die Gaskräfte aufzunehmen hat. Man erkennt ferner die Kurbelgehäuse-Außenwand 6. Das
innerhalb der Form 2 unterhalb der Zylinderbank mit ihrem Kühlwassermantel angeordnete
Kurbelgehäuse 4 wird über ein erstes Lauf- und Anschnittsystem 7 gegossen. Der Zulauf
der Schmelze in die Form 2 befindet sich am Boden der letzteren, es wird also steigend gegossen.
Ein Überlauf 8 ist in Höhe des Übergangs vom Kurbelgehäuse 4 zu den Zylindern 3
vorgesehen. Er markiert die Schwelle, bis zu der die Form 2 mit einer ersten Charge aus
Gusseisen mit vorzugsweise Vermicular- oder Kugelgraphit gefüllt werden kann. Natürlich
kann mehr als ein Überlauf auf gleicher Höhe vorgesehen werden; die Anordnung ist hier
nur schematisch vereinfacht dargestellt.In a
Tritt die Schmelze aus diesem Überlauf 8 aus, so ist die Form 2 mit dem Gussmaterial mit
den für den Bereich des Kurbelgehäuses gewünschten Eigenschaften gefüllt. Dies hat den
Vorteil, dass man nicht unbedingt mit einer genau definierten Schmelzemenge arbeiten
muss, sondern mit einer tragbaren Toleranz arbeiten kann.If the melt emerges from this
Man verschließt dann mithilfe einer Verschlusseinrichtung 9 das erste Lauf- und Anschnittsystem
7. Der Überlauf 8 wird durch schnelle Erstarrung verschlossen. Auf die noch flüssige
erste Gusscharge wird nun durch ein zweites Lauf- und Anschnittsystem 10 eine zweite
Gusscharge aus einem Material eingegossen (ebenfalls in steigendem Guss), das die für die
Zylinderwände gewünschten Eigenschaften hat, vorzugsweise mit Lamellengraphit oder
Vemiculargraphit. Die bevorzugten Kombinationen mit dem Material der ersten Gusscharge
wurden schon weiter oben erörtert.The first running and gating system is then closed with the aid of a
Bei dieser Vorgehensweise wird kein scharfer Grenzbereich zwischen den beiden Materialien
ausgebildet, vielmehr vermischen sich im Grenzbereich, d. h. etwa in Höhe des Überlaufs
8 bzw. des Übergangs vom Kurbelgehäuse zur Zylinderbank, beide Gusschargen in
einem begrenzten Bereich. Die Einfüllgeschwindigkeit der zweiten Charge ist nach fachmännischem
Ermessen zu bestimmen, weil hierdurch ggf. der Grad der Vermischung im
Grenzbereich beeinflusst werden kann.With this approach, there is no sharp boundary between the two materials
trained, rather mix in the border area, d. H. approximately at the level of the
Die Verschlussvorrichtung 9 verhindert, dass nach Einbringen des Materials über das erste
Lauf- und Anschnittsystem 7 dieses wieder rückwärts verdrängt wird (kommunizierende
Röhren), wenn das Material über das zweite Lauf- und Anschnittsystem 10 eingefüllt wird.
Man könnte die Form 2 abweichend von der Darstellung grundsätzlich auch mit den Zylindern
nach unten anordnen und das zur Bildung von deren Wänden bestimmte Gussmaterial
zuerst über das erste Lauf- und Anschnittsystem 7- einfüllen, bis es aus dem Überlauf 8
austritt. Danach würde das Kurbelgehäuse 4 über die zweite Lauf- und Anschnittanordnung
10 aus dem dafür bestimmten Material gegossen. Am erreichten Ergebnis / Produkt ändert
sich hierdurch nichts.The
In der hier beschriebenen Ausführung sind die beiden Lauf- und Anschnittsysteme 7 und 10 völlig voneinander getrennt dargestellt. Wie schon weiter oben ausgeführt, können sie gleichwohl grundsätzlich aus derselben Basisschmelze gespeist werden, wenn die Mittel zum Bereitstellen der jeweils unterschiedlichen Graphitstrukturen in den genannten Systemen selbst (nicht dargestellt) vorgesehen werden. Für eine Großserienfertigung ist es jedoch auch denkbar, unterschiedliche Basisschmelzen vorzuhalten, aus denen dann die jeweiligen Lauf- und Anschnittsysteme individuell gefüllt werden können.In the embodiment described here, the two running and gating systems are 7 and 10 shown completely separate from each other. As stated above, you can nevertheless be fundamentally fed from the same base melt if the funds to provide the different graphite structures in the systems mentioned itself (not shown) can be provided. For large series production, however, it is also conceivable to hold different base melts, from which the respective ones Running and gating systems can be filled individually.
Die Fig. 2 zeigt in einer ähnlichen Darstellung wie die Fig. 1 eine Abwandlung 1' der Vorrichtung
1 aus Fig. 1. Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung 1' weist ebenfalls zwei Lauf- und
Anschnittsysteme 7 und 10 auf, wobei nunmehr mit dem Lauf- und Anschnittsystem 7 der
Zylinderbereich und mit dem Lauf- und Anschnittssystem 10 der Kurbelgehäusebereich
gegossen wird, wobei zunächst der Kurbelgehäusebereich mit dem Lauf- und Anschnittsystem
10 und anschließend der Zylinderbereich mit dem Lauf- und Anschnittsystem 7 gegossen
wird.FIG. 2 shows a modification 1 'of the device in a representation similar to FIG. 1
1 from Fig. 1. The device 1 'shown in Fig. 2 also has two running and
Hierfür sind in dem Lauf- und Anschnittssystem 10 zwei Verteilerleisten 11 und 12 vorgesehen,
die sich entlang der Kurbelgehäuse-Außenwände 6 erstrecken und über die gesamte
Länge des zu gießenden Zylinderkurbelgehäuses eine direkte Befüllung der Form 2 im Bereich
der Kurbelgehäuse-Außenwände 6 ermöglichen. Damit ergibt sich eine besonders
günstige Füllung der Kurbelgehäuse-Außenwände 6 ohne Turbulenzen, so dass eine
gleichmäßige Mikrostruktur entsteht.For this purpose, two distributor strips 11 and 12 are provided in the running and
Der Zylinderbereich 3 wird über mehrere, ebenfalls über die Länge des Zylinderkurbelgehäuses
verteilte Zentraleinläufe 13 des Lauf- und Anschnittssystems 7 mit einer zweiten, zur
ersten Gusscharge unterschiedlichen Gusscharge befüllt, die ein gegenüber dem Kurbelgehäuse
unterschiedliches Gefüge mit einer anderen Graphitausbildung ergibt. Durch das Vorsehen
von mehreren Zentraleinläufen 13 unterhalb der jeweiligen Bohrungsunterkante des
Zylinderbereichs 3 wird auch hier eine gleichmäßige Materialverteilung über die Zylinderrohrbank
erreicht.The
Eine weitere Abwandlung der Vorrichtung 1' aus Fig. 2 ist mit der Vorrichtung 1" in Fig. 3
dargestellt. Hier ist das Lauf- und Anschnittsystem 7 dahingehend abgewandelt, dass die
Zentraleinläufe 13 beim Befüllen des Zylinderbereichs durch die Einläufe 14 und 15 ersetzt
worden sind, die unmittelbar im Bereich der Zylinderwandung in die Form 2 münden. Neben
dem Vorsehen von mehreren Einläufen 14 und 15, die über den Umfang der Zylinder 3
verteilt sind, kann auch ein ringförmiger Einlauf vorgesehen sein, so dass eine direkte und
unmittelbare Befüllung der Zylinderwandung möglich ist. Damit kann noch eine definiertere
Einstellung der Gefügestruktur im Zylinderbereich 3 vorgenommen werden.A further modification of the device 1 'from FIG. 2 is with the
Die Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung 1"', bei der das zu gießende Kurbelgehäuse bzw. die entsprechende
Form 2 um 90° gegenüber den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 gedreht ist,
so dass also die Zylinderachse horizontal, das heißt senkrecht zu der Schwerkraftrichtung
angeordnet ist. Neben dem ersten Lauf- und Anschnittsystem 7 und dem zweiten Lauf- und
Anschnittsystem 10 ist bei dieser Vorrichtung 1'" ein drittes Lauf- und Anschnittsystem 17
vorgesehen. Mit den unterschiedlichen Lauf- und Anschnittsystemen, die vertikal gestaffelt
angeordnet sind, sowie den entsprechend angeordneten Überläufen 8 ist es möglich,
schichtweise verschiedene Graphitstrukturen in dem Zylinderkurbelgehäuse vorzusehen.Fig. 4 shows a
Darüber hinaus ist im Bereich des Kurbelgehäuses am Kurbelwellenlager ein Kühlelement 16 vorgesehen, mit dem die Schmelze seitlich variabel an der entsprechenden Stelle gekühlt werden kann, um dadurch die Erstarrung und infolge dessen die Mikrostruktur zu beeinflussen. In addition, there is a cooling element in the area of the crankcase on the crankshaft bearing 16 provided, with which the melt is laterally variably cooled at the corresponding point in order to influence the solidification and consequently the microstructure.
- 1,1',1",1'"1,1 ', 1 ", 1'"
- Gießvorrichtungcaster
- 22
- Formshape
- 33
- Zylindercylinder
- 44
- Kurbelgehäusecrankcase
- 55
- KraftflussbereichPower flow area
- 66
- Kurbelgehäuse-AußenwandCrankcase outer wall
- 77
- Erstes Lauf- und AnschnittsystemFirst running and gating system
- 88th
- Überlaufoverflow
- 99
- Verschlusseinrichtungclosure device
- 1010
- Zweites Lauf- und AnschnittsystemSecond barrel and gate system
- 11,1211.12
- Verteilerleistenmanifolds
- 1313
- ZentraleinläufeCentral enemas
- 14,1514.15
- Einläufeenemas
- 1616
- Kühlkörperheatsink
- 1717
- Drittes Lauf- und AnschnittsystemThird running and gating system
Claims (21)
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10320396 | 2003-05-06 | ||
DE10320396 | 2003-05-06 | ||
DE10331555 | 2003-07-11 | ||
DE10331555 | 2003-07-11 | ||
DE10342582A DE10342582B4 (en) | 2003-05-06 | 2003-09-15 | Production of a gradient workpiece by layer casting |
DE10342582 | 2003-09-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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EP1477661A2 true EP1477661A2 (en) | 2004-11-17 |
EP1477661A3 EP1477661A3 (en) | 2005-09-14 |
Family
ID=33032853
Family Applications (1)
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EP (1) | EP1477661A3 (en) |
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-
2004
- 2004-05-04 EP EP04010594A patent/EP1477661A3/en not_active Withdrawn
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 2000, Nr. 22, 9. März 2001 (2001-03-09) & JP 2001 121245 A (KURIMOTO LTD), 8. Mai 2001 (2001-05-08) * |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1477661A3 (en) | 2005-09-14 |
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