EP1498197B1 - Procédé de coulée de bloc moteur à combustion à pistons alternatifs - Google Patents

Procédé de coulée de bloc moteur à combustion à pistons alternatifs Download PDF

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EP1498197B1
EP1498197B1 EP03028389.9A EP03028389A EP1498197B1 EP 1498197 B1 EP1498197 B1 EP 1498197B1 EP 03028389 A EP03028389 A EP 03028389A EP 1498197 B1 EP1498197 B1 EP 1498197B1
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EP
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casting
crankcase
cylinder head
cast
mould
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Ulf Schmidtgen
Roland Lutz
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MAN Truck and Bus SE
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MAN Truck and Bus SE
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
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    • B22C9/082—Sprues, pouring cups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould

Definitions

  • the invention relates to a method for casting crankcases made of cast iron for reciprocating internal combustion engines with a power up to 1500 hp and a crankcase weight up to 500 kg.
  • crankcases of internal combustion engines of the generic order were previously either in normal standing position with cylinder head side (s) above - see 10 and 11 - or in a tilted horizontal position - see Fig. 9 - poured.
  • the crankcase of V-type internal combustion engines have been basically only upright - as out Fig. 11 apparent - poured.
  • casting-related weak points arose, in particular at the upper edge regions of the castings, with the consequence of a certain amount of rejects or consequential damage in later engine operation.
  • crankcases 1 for reciprocating internal combustion engines with a power up to 1500 hp and a crankcase weight up to 500 kg is in principle that the crankcase 1 is turned upside down, so with the cylinder head side 2 lying down, in a mold. 3 is poured with substantially vertical mold division by introducing the liquid casting material from below.
  • the vertical shape division of the mold 3 is in the FIGS. 6 and 7 indicated by the dash-dotted line 4.
  • the gate 5 for the introduction of the liquid casting material is provided at the lowest point of the casting mold 3, in order to avoid turbulence in the casting material during the mold filling.
  • the filling of the casting mold 3 with liquid casting material over the said lower gate 5 can either by low pressure from below into the mold 3 in pressed molding material - see Fig.
  • crankcase 1 Due to the casting position of the crankcase 1 according to the invention, it is also advantageously possible to cast the cylinder walls into the crankcase 1, which remain virtually free of porosities, gas bubbles or voids in the piston ring movement range, which casting defects can occur quite well in conventional upright casting position with cylinder head side 2 above , A particular advantage is that you can integrate the cylinder walls in such a way even with larger internal combustion engines easily, which allows a reduction in the crankcase length and thus a reduction in weight or alternatively, an increase in the cooling water space.
  • the sides of the water jacket on both sides of the cylinder walls to be enclosed are kept at a distance by means of metal support blocks, which are arranged comparatively far down in the casting mold 3 due to the cylinder head side 2 lying below and therefore can be melted cleanly in the casting material.
  • crankshaft or bearing block area 9 of the crankcase 1 results in this area particularly good mechanical properties. This is because, during the casting process, the casting material ascending in the casting mold 3 has cooled sufficiently on reaching the crankshaft or bearing block region 9 that it only has a temperature close to the eutectic lying and thus in this region compared to others Component sets higher cooling rate and a finer microstructure with very high mechanical strength sets. This is particularly advantageous because crankcases should have the highest strengths generally in the bearing block area or crankshaft bearing area 9.
  • the green sand method or core block method or Kokillenguss vide can be used as a casting method for producing the crankcase 1.
  • crankcase core In order to minimize the core sand volume, in particular in the crankshaft bearing area 9, it is possible to make this area hollow in the mold - see Fig. 6 , With 10 there is the crankcase core and designated 11 a receiving space for liquid casting material. Denoted at 13 are venting and / or casting material overflow channels.
  • crankcase area Due to this hollow design of the crankcase area this can fulfill several functions.
  • the cup-shaped crank chamber core 10 is subjected to very high thermal loads, which later leads to easy desanding.
  • the cavities are open at 12 upwards - into which, if not desired, no liquid casting material can enter.
  • the going through the crankcase core shell is largely thermally decomposed, so that there is no problem in sanding there.
  • Fig. 7 shows, the cavities in the mold 3 in the crankcase area with solid material, such. B. any shaped individual pieces or a contiguous piece of material 14 are filled, which forms a complaint weight or at least a part thereof. This can either rest only with gravity or optionally also be braced in addition to the frame or bottom of the mold 3.
  • the complaint weight 14 may also be integrated a holding or transport function, which can be used both in the core assembly and when removing the cast crankcase 1 from the mold 3. With 15 channels are designated, which serve the vent and / or as an overflow for liquid casting material or for attachment of feeders (if necessary).
  • the respective feeders 16 are preferably at the highest point of the crankcase to be cast 1, so the ⁇ lwannenstromflansch 17 and / or at a lower contrast Place as a support surface area 18 for the crankshaft bearing cap (not shown).
  • these feeders 16 can also be integrated into the crankcase core 10 or injected into it.
  • the sprue system 7 can either beside this - see for example Fig. 1 or by one or more of the cylinder bores bounded by the cylinder walls - see for example Fig. 2 - Be guided to the gate 5 out.
  • the sprue after cooling of the casting material can be used as a transport hook.
  • the sprue 8 can be integrated into this area, see the space 11 in FIG Fig. 6 ,
  • the inventive vertical casting position of the crankcase 1 with arranged below the cylinder head side 2 allows the realization of a graded structure within the crankcase 1, the use of z. B. two different cast materials can be realized. It will - like out Fig. 8 seen - in the area of the cylinder head surface zone and the adjoining upper cylinder wall areas a first material, for. B. GJL - see arrow 19 -, with better thermal properties poured off either via the sprue 8 and the Angusssystem 7 or a low pressure system 6 to the onsetting 5, whereas in the crankshaft or bearing block area 9 another Cast material, z.
  • crankcase which are lighter and dimensionally accurate than those which were prepared in conventional manner.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Claims (11)

  1. Procédé destiné à la coulée de carters de vilebrequin en fonte pour des moteurs à combustion interne à piston alternatif, dont la puissance peut atteindre jusqu'à 1500 CH et dont le poids du carter de vilebrequin peut atteindre jusqu'à 500 kg ;
    selon lequel le carter de vilebrequin (1) est coulé, en étant positionné sur la tête et avec la face de la culasse (2) qui se trouve en bas, dans un moule de coulée (3) avec une séparation du moule (4) pour l'essentiel verticale, par l'introduction de la matière de moulage liquide par depuis le bas (5) et le point d'injection (5) pour l'introduction de la matière de moulage liquide est prévu au niveau de la position la plus profonde du moule de coulée (3), en vue d'éviter toutes turbulences pendant le remplissage du moule ; et caractérisé en ce que le remplissage du moule de coulée (3) avec de la matière de moulage liquide est réalisé par l'intermédiaire dudit point d'injection (5) inférieur, soit par l'application d'une basse pression (6) par depuis le bas, soit par la force de gravité (7, 8) par depuis le haut, avec une source de la matière de moulage (8) qui se trouve au-delà du point le plus élevé du carter de vilebrequin devant être coulé ; caractérisé en ce que la matière de moulage est de la fonte grise et celle-ci n'est introduite dans le moule de coulée (3) qu'à une température de coulée comparativement basse d'env. 1350 °C à env. 1380 °C ; et
    selon lequel il en résulte par conséquent une faible baisse de la température dans le carter de vilebrequin (1) devant être coulé, ainsi que, à l'issue du refroidissement, des contraintes résiduelles peu importantes dans celui-ci.
  2. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que l'introduction de la matière de moulage par depuis le bas dans le moule de coulée (3) est réalisée de manière directe, sans déviation supplémentaire ; et caractérisé en ce que la section transversale de l'alimentation de la matière de moulage vers le carter de vilebrequin (1) devant être coulé est plus grande que la section transversale du canal d'injection, et le remplissage du moule de coulée (3) est réalisé par conséquent avec peu de turbulences et de la manière la plus calme possible.
  3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en raison de la face de la culasse (2) qui est positionnée en bas dans le moule de coulée (3), l'ajout de matière, qui se trouve du côté de la coulée, dans la zone de la surface de la culasse, peut être réduite au minimum pour un usinage supplémentaire ultérieur par enlèvement de copeaux, dans la mesure où les oxydes qui sont générés dans la matière de coulée pendant le processus de remplissage ne s'accumulent pas dans la zone de la surface de la culasse, mais s'élèvent vers le haut, dans seulement quelques zones critiques du carter de vilebrequin (1) ; et caractérisé en outre en ce que la matière de moulage introduite se solidifie à grande vitesse dans la zone de la surface de la culasse, en raison de l'épaisseur comparativement faible de ses parois ; et selon lequel une structure est obtenue, laquelle présente des caractéristiques de résistance plus élevées que ce qui est habituellement constaté.
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois du cylindre dans le carter de vilebrequin (1) sont également coulées avec la même matière de coulée et restent, à cet égard, pratiquement dépourvues de porosités, de bulles de gaz et de retassures dans la zone de mouvement du segment de piston.
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les côtés de la chemise d'eau sont maintenus à distance les uns des autres des deux côtés des parois du cylindre devant être coulées, au moyen de fermes de butonnage métalliques, lesquelles sont disposées comparativement loin, en bas dans le moule de coulée (3), en raison de la face de la culasse (2) qui se trouve en bas, et lesquelles peuvent par conséquent être également fondues proprement dans la matière de moulage.
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, lors de la coulée du carter de vilebrequin (1), la plus grande pression métallostatique et statique a lieu dans la zone de la surface de la culasse, en raison de la position verticale de la coulée du carter de vilebrequin (1) et de la face de la culasse (2) qui se trouve en bas, et c'est la raison pour laquelle une alimentation de la zone concernée de la surface de la culasse n'est pas nécessaire, même en cas d'emploi de matériaux qui ont tendance à provoquer des retassures, telles que la fonte à graphite vermiculaire (GJV) ou la fonte à graphite sphéroïdal (GJS).
  7. Procédé selon l'une des revendications précédentes 1 à 5, caractérisé en ce que la matière qui s'élève dans le moule de coulée (3) pendant le processus de coulée se refroidit de telle sorte que ladite matière présente une température qui se situe proche de la température eutectique en atteignant la zone du vilebrequin, respectivement de la selle d'appui (9) du carter de vilebrequin (1), laquelle zone se trouve en haut, dans le moule de coulée (3) ;
    selon lequel une plus grande vitesse de refroidissement que ce qui est habituellement constaté est par conséquent obtenue dans cette zone du carter de vilebrequin (9) ; et selon lequel une structure plus fine est en outre obtenue, laquelle présente des caractéristiques de résistance mécanique très élevées.
  8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fabrication du carter de vilebrequin (1) est réalisée, soit conformément à un procédé de moulage en sable à vert, soit conformément à un procédé de blocs à noyaux, soit conformément à un procédé de coulage en coquille.
  9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, s'il est nécessaire de procéder à une alimentation destinée à éviter les retassures en raison de la matière de moulage utilisée ou de la qualité requise, les masselottes d'alimentation (16) doivent, de préférence, être positionnées sur le point le plus élevé de l'élément de structure, au niveau du carter de vilebrequin (1), c'est-à-dire au niveau de la flasque de support du carter à huile (17) et/ou au niveau d'un emplacement un peu plus bas par rapport à la flasque de support du carter à huile (17), comme par exemple au niveau d'une zone de la surface d'appui (18) pour les chapeaux de palier du vilebrequin ; ou
    selon lequel, dans une méthode alternative, lesdites masselottes d'alimentation (16) sont déjà intégrées dans les noyaux de la chambre du carter du vilebrequin (10).
  10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en cas de coulée par force de gravité du carter de vilebrequin (1), le système d'alimentation (7, 8) est guidé vers le point d'injection (5), soit à côté du carter de vilebrequin (1), soit par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs des alésages du cylindre du carter de vilebrequin (1).
  11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en raison de la position verticale de la coulée du carter de vilebrequin (1) et de la face de la culasse (2) qui est disposée en bas, une structure graduée peut être réalisée dans le carter de vilebrequin (1) en utilisant deux matériaux de fonderie (19, 20) différents ; selon lequel, un matériau (19), par exemple de la fonte à graphite lamellaire (GJL), laquelle présente de meilleures propriétés de conductivité thermique, est coulé au niveau de la zone de la surface de la culasse et des zones supérieures, contiguës à celle-ci, de la paroi du cylindre ; et selon lequel, un matériau (20), par exemple de la fonte à graphite sphéroïdal (GJS) ou de la fonte à graphite vermiculaire (GJV), lesquelles présentent des propriétés de résistance plus élevées, est coulé dans la zone du palier du vilebrequin, respectivement de la selle d'appui (9) du carter de vilebrequin ; et selon lequel le point d'injection (23) pour la matière de moulage (20) prévue dans la zone du vilebrequin, respectivement dans la zone de la selle d'appui (9) du carter de vilebrequin est disposé au-dessus du point d'injection inférieur (5) pour l'autre matière de moulage (19).
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