JP2015515926A - 少なくとも１つの貫通開口を有する鋳片を鋳造する方法 - Google Patents

Abstract

最適な機械的特性を有する、複数の貫通開口を備えた鋳片を最小の装置費用で製造するために、本発明によると、ａ）貫通開口（Ｏ１、Ｏ２）を表す少なくとも１つの中子（８〜１９）が存在する鋳型（２）を用意するステップであって、中子（８〜１９）は、力または温度の作用下で崩壊する粘結剤を含む成形材料から成る、ステップと、ｂ）鋳片（Ｚ１、Ｚ２）を形成するために、溶融金属（Ｓ）を鋳型（２）に注入するステップと、ｃ）溶融金属（Ｓ）の液相線温度より低く、かつ加速冷却により高張力構造の形成をもたらす最小温度より高い温度に鋳型（２）内の鋳片（Ｚ１、Ｚ２）を冷却するステップと、ｄ）鋳片（Ｚ１、Ｚ２）の貫通開口（Ｏ１、Ｏ２）を貫通する貫通流路（Ｇ１、Ｇ２）を形成するステップであって、前記鋳型への溶融金属の注入時の鋳型（２）への入熱によって貫通開口（Ｏ１、Ｏ２）を表す中子（８〜１９）から成形材料内の粘結剤を焼き去ることによって、または貫通開口（Ｏ１、Ｏ２）を表す中子（８〜１９）と前記中子の延長線（Ｖ１、Ｖ２）上に配置された鋳型（２）の領域とを、少なくとも部分的に、機械的に破壊することによって、何れの場合も貫通開口（Ｏ１、Ｏ２）は鋳型（２）の外側に開口する、ステップと、ｅ）冷媒（Ｍ１、Ｍ２）が貫通流路（Ｇ１、Ｇ２）を流れているときに鋳型（２）内の鋳片（Ｚ１、Ｚ２）を冷却するステップと、が実行される。【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つの貫通開口が設けられた溶融金属鋳片を鋳造する方法に関する。ここで言う鋳片とは、一般には、鋳鉄から鋳造された高容量燃焼機関用のシリンダクランクケースである。

燃料消費を減らすために、最近の燃焼機関は絶えず開発されている。ここで鍵となるのは、各構成要素の体積および重量の縮小である。この傾向は、専門家の間では「小型化」と呼ばれている。「小型化」の目的は、例えば、以前ではより大きな総据付寸法を必要とした性能をより小さな機関サイズで実現することである。

燃焼機関の小型化を成功させるには、とりわけ、その個々の構成要素の技術的特性を向上させることが必要である。それにより、最新の機関設計では、同じ据付寸法で３倍強の性能を達成できる。

今日では、前記出力密度において鋳鉄製シリンダクランクケースの十分な復元力を保証するために、従来の鋳鉄の代わりに、バーミキュラ黒鉛鋳鉄が用いられることもある。あるいは、求められる強度を実現するために、高合金鋳鉄材料が用いられる。

上記種類の鋳片は、一般には、いくつかの成形部品と中子とで構成された鋳型で鋳造される。成形部品は、通常、鋳片の外形を決定し、製造される鋳片の窪み、空洞、貫通開口などを表すために、中子が鋳型内に置かれる。

成形部品および中子は、鋳片内または鋳片表面におけるそれぞれの位置と鋳片硬化後の鋳型からの除去し易さとに応じて、永久成形部品および永久中子として構成されるか、または消失性成形部品および消失性中子として構成される。永久成形部品および永久中子は、鋳造中に発生する応力および歪みに耐えられ、したがって多数回の鋳造プロセスに繰り返し使用できる材料で構成されるのに対し、消失性成形部品および消失性中子は、通常、力の作用または温度の影響によって容易に破壊可能な成形材料から成る。鋳型の全体、または少なくとも大部分、が消失性成形部品および消失性中子で構成される場合、この鋳型は、通常、消失性鋳型と呼ばれる。他方、主に永久成形部品で構成された鋳型は、その内部に消失性中子が載置されていても、永久鋳型と呼ばれる。消失性鋳型は一般に鋳鉄鋳造に用いられるのに対し、永久鋳型、または永久成形部品と消失性成形部品との組み合わせ、は軽金属鋳造に用いられることが多い。

消失性成形部品および消失性中子は、一般には、個々の成形部品または中子の製造時に化学反応の結果として固まる、適切な粘結剤が混合された砂から成る成形材料で構成される。この粘結剤は、鋳型で鋳造された溶融塊が硬化するまで、十分な寸法安定性を維持するものとする。この場合、鋳造片が冷えるときに、発生する応力および歪みの結果として、これら中子または成形部品が自動的に粉々に壊れるように、成形材料の成分を配合できる。代わりに、または加えて、機械力を加えることによって、消失性成形部品および消失性中子を崩壊させることもできる。したがって、例えば、中子の成形材料が自動的に鋳片から少しずつ落ちるように、鋳片を揺さぶることによって中子を粉々に破壊できる。あるいは、穿孔、押し出し、または洗浄によって中子の破壊が加速される。ただし、このための前提条件は、消失性中子および消失性成形部品の機械的破壊または熱破壊中に発生する応力および歪みが鋳片の損傷を引き起こさないように、鋳片がほぼ完全に冷えていることである。

鋳片の冷却プロセスは、鋳片の機械的特性に決定的な影響を及ぼす。鋳片を冷却するとき、不均一な材料分布または一様でない熱供給の結果として、鋳片の冷却速度が場所によって異なるという問題が発生し得る。このような不均一な冷却の結果として、鋳片の機械的荷重能力の著しい低下を引き起こし得る内部応力および歪みが鋳片に発生し得る。

このような応力および歪みの発生を極力抑えるために、壁厚がかなり大きく変化する鋳片の鋳造時は、鋳造温度から通常６００℃未満の温度への徐冷が慎重に行われる。実際に使用される鋳造設備は、この目的のための特定長の冷却区間を備え、前記冷却区間は、冷却を更に遅延するために冷却対象の鋳片を収容した鋳型を特定期間停止させることができる「冷却ステーション」を更に備え得る。十分な徐冷を保証するために利用可能な手段がない場合、または、このような徐冷後も、鋳片に依然として存在する内部応力および歪みが大き過ぎる場合は、この応力および歪みを低減するために、この鋳片を追加の焼鈍にかける必要がある。

シリンダクランクケースの内側領域における引張応力を最小化するための一代替選択肢として、特許文献１は、溶融塊の硬化が最初に鋳片の内部で、または鋳片の押湯側に向いた領域で、起こるように、鋳型への溶融金属の注入後にこの溶融金属を直接冷却することを提案している。これを実現可能にするには、各鋳型に設けられた少なくとも２つの独立冷却回路の冷却能力を互いに違えることによって、各鋳片の硬化に影響を及ぼす必要がある。ただし、これが実現可能となるのは、各鋳型が、少なくとも、冷却能力を狙いどおりに適用しようと意図する領域において、永久鋳型として構成される場合に限られる。この場合、シリンダクランクケースのシリンダ開口を成形するために、硬化後に損傷なく鋳造物から引き出される、特別に形成されたスリーブが設けられる。シリンダ開口の縁端部の冷却がシリンダ表面の冷却とは異なる時点に開始され、かつシリンダ縁端部の冷却がシリンダ表面の冷却とは異なる強さで行われると、硬化後のスリーブの除去に好都合であることが分かっている。これにより、シリンダクランクケースは硬化しているが依然として高温である時点においてシリンダクランクケースを型から除去できるように、鋳造されたシリンダクランクケースの硬化をシリンダ開口の領域において行うことができる。

各構成部品の内側に配置された鋳片領域を狙いどおりに加速冷却するための別の選択肢が特許文献２に記載されている。この文献から公知のアルミニウム合金製鋳片の製造用の砂鋳型は、溶剤、より具体的には水、すなわち可溶性粘結剤、によって形成された部分と、この溶剤を用いても溶解不能な粘結剤によって形成された別の部分とを備える。砂型部分をこのように分割すると、溶剤による加圧によって、すなわち水の噴射による加圧によって、可溶性粘結剤を用いて形成された中子の除去を可能にする。したがって、溶剤の作用にさらされた鋳片の内側領域が鋳片の残りの部分より速やかに冷える。前記解決策は鋳片内に存在する空洞にのみ適用され、複数の異なる成形材料から成る複雑な砂型設計を必要とする。

特殊な適用シナリオのために設計された、軽金属鋳造に適した、貫通開口を取り囲む複数の鋳片領域の加速冷却のための別の提案が特許文献３に成されている。特許文献３に記載されている、燃焼機関用のピストンの鋳造方法では、ピストンピン穴の領域の表面層が硬化すると、前記穴を型から除去するために設けられたスリーブが引き出され、少なくとも１つのスリーブを通して供給される冷却剤によってその穴の領域が冷却される。

独国特許出願公開第１０ ２００８ ０４８ ７６１（Ａ１）号 独国特許出願公表第１１ ２００６ ０００ ６２７（Ｔ５）号 独国特許出願公開第１０ ２０１０ ００３ ３４６（Ａ１）号

上記従来技術の背景に対して、本発明によって解決すべき課題は、最適な機械的特性を有する貫通開口付きの鋳片の製造を、最小の装置費用で済む方法で、製造可能にする方法を提供することであった。

前記課題は、本発明によると、請求項１に示されている方法を用いて解決される。

本発明の有利な実施形態は、従属請求項に示され、本発明の一般概念として以下に詳細に説明されている。

少なくとも１つの貫通開口を有する溶融金属鋳片を鋳造するための本発明による方法は、
ａ）貫通開口を表す中子が少なくとも１つ存在する鋳型を用意するステップであって、この中子は、力または温度の作用下で崩壊する、粘結剤を含む成形材料から成る、ステップと、
ｂ）鋳片を形成するために、溶融金属を鋳型に注入するステップと、
ｃ）溶融金属の液相線温度より低く、かつ加速冷却により高張力構造の形成をもたらす最小温度より高い温度に鋳型内の鋳片を冷却するステップと、
ｄ）鋳片の貫通開口を貫通する貫通流路を形成するステップであって、鋳型への溶融金属の注入時の鋳型への入熱によって貫通開口を表す中子から前記成形材料内の前記粘結剤を焼き去ることによって、または貫通開口を表す中子と前記中子の延長線上に配置された鋳型の領域とを、少なくとも部分的に、機械的に破壊することによって、何れの場合も貫通流路は鋳型の外側に開口する、ステップと、
ｅ）冷媒が貫通流路を流れているときに鋳型内の鋳片を冷却するステップと、
を含む。

本発明は、鋳型への溶融金属の注入後、鋳片の冷却時に鋳型に介入することによって、その将来の荷重能力の点で重要な鋳片の内側領域の冷却が、鋳型が周囲温度に冷却されるまで、従来どおり、鋳造が実施された状態に鋳型が置かれた場合の鋳片の前記領域の冷却より、著しく加速される状態を生じさせるという概念に基づく。

この目的のために、本発明によると、鋳片が、完全には冷却されていないが、剛体になった時点で、鋳片の少なくとも１つの貫通開口を貫通して鋳型を横切る貫通流路が鋳型に設けられる。

その後に、冷媒が前記貫通流路を通って流れる。冷媒が通過するので、貫通開口を取り囲む鋳片材料は、鋳片が所定の冷却終了温度に達するまで鋳型が従来どおり密閉されている場合に比べ、はるかに速やかに冷却される。使用される冷媒と、冷媒の流速と、本発明による鋳型に配置される貫通流路の性質および当該貫通流路の構成および案内方法によっては、鋳型の外側における冷却速度より高速の冷却速度を実現できる。

本発明による方法を用いると、内側および外側領域間の温度勾配を劇的に小さくできると同時に、通常、鋳片の冷却速度を向上できる。これにより、第１に、鋳片内の熱関連の応力および歪みが最小化され、第２に、本発明による方法で製造される鋳片においては、従来方法で鋳造された、追加の措置なしに鋳型内で冷却された鋳片の強度に比べ、著しく高い強度が達成される。

本発明による方法が特に有効であるのは、鋳片を溶融鋳鉄から製造する場合であることが分かっている。この場合、本発明による鋳型に配置される貫通流路がほぼ形成される（ステップｃ））まで、鋳片が冷却される最小温度は、オーステナイト変態が起きるＡ_１温度より高い温度に設定される。したがって、本発明による鋳片の内部で可能な加速冷却は、より大きな割合のマルテンサイト組織の形成を可能にするので、強度の著しい向上に寄与する。特にシリンダクランクケースの鋳造に用いられる、鋳鉄合金の場合、ステップｃ）での冷却中に達する最小温度は、一般には１１５３と６００℃の間である。

冷媒は、例えば空気、または別のガス状媒体とすることができる。例えば、より高い特定の最小冷却速度が必要とされる場合は、蒸気、または空気と蒸気との混合物、を冷媒として使用できる。

本発明による上記鋳型の近傍において貫通流路を流れる連続ガス状冷媒の流れは、煙突効果の結果として開始される。この煙突効果は、貫通流路に入るガス状冷媒に鋳片からの熱エネルギーが放出されることによって発生する対流の結果として開始される。前記効果は、貫通流路の方向が主に鉛直になるように、鋳型に挿入される貫通流路を構成することによって、または鋳型と共に鋳片を方向付けることによって、増大させることができる。この場合、貫通流路に存在する、または前記貫通流路に流入して、加熱された空気は貫通流路内で邪魔されずに上昇できる。

より高速な流速が必要な場合は、冷媒を強制流として貫通流路内を案内することもできる。この目的のための搬送装置によって冷媒流を押しやることができる。前記装置は、例えば、送風機またはポンプとすることができる。この目的のために、この搬送装置を、例えば、一方の外側面に配置された貫通流路の一方の開口の上流に位置付けることも、または、必要であれば、貫通流路が所定位置に配置された後に当該貫通流路内に据えることもできる。

本発明によるアプローチは、いくつかの貫通開口を有する鋳片にも、勿論、使用可能である。この場合は、必要に応じて、各貫通開口の領域に貫通流路が形成され、その後、本発明による加速冷却をそれぞれの貫通開口にもたらすために、冷媒が各貫通流路を通って流れる。

本発明による上記鋳片が燃焼機関用のシリンダクランクケースであり、貫通開口がシリンダクランクケースに設けられた少なくとも１つのシリンダ開口である場合は、本発明による手順を用いて格別な成功を達成できる。この場合、例えば、鋳片が完全に冷える前に、それぞれのシリンダ開口を表す中子が完全に除去されるほか、クランクケースを表す中子と、シリンダ開口の延長線上に配置された鋳型部分とが、少なくとも空気または別のガス状冷媒がシリンダ開口を通って流れることができる程度まで、除去されるのに対し、鋳片のその他の部分は依然として鋳型に囲まれている。本発明は、鋳片内部での加速冷却を可能にするという事実により、鋳型の外側を覆う熱流のみによって密閉型内の鋳片が冷える従来の鋳造方法を用いた場合に可能である強度に比べ、通常、より大きな強度が実現される。ここで、特に、各シリンダ開口に直接隣接する領域における局所的な加速冷却によると、シリンダクランクケースを取り囲む、より離れた領域に比べ、より大きな強度の実現が可能である。より離れた領域は、本発明による方法で冷媒によって直接覆われる領域より低速で冷え、ひいてはその靭性を維持する。

本発明によるアプローチが特に容易に、かつ高い費用効果および融通性で、実施可能である理由は、鋳型の全体または少なくとも貫通開口の領域が中子容器として構成され、貫通開口を表す中子と、貫通開口の領域および中子の延長線上に配置された鋳型の成形部品とが力または温度の作用下で崩壊する成形材料から成るという事実による。

本発明による方法の実施時に、鋳型枠鋳造技術が完全に省かれ、鋳型全体が中子容器として設計されていると、実際の製造条件下において特に好都合であることが分かっている。

本発明によると、鋳型は、少なくとも、貫通流路が設けられる鋳片の貫通開口の領域において、消失性中子および消失性成形部品で構成されるので、これら中子および成形部品は、上で説明したように、通常、砂と有機または無機粘結剤とで構成される従来の成形材料から成る。その特性を最適化するために、特定の添加剤をこの成形材料に追加できることは言うまでもない。ここで、成形部品および中子の寸法安定性を保証する粘結剤が、鋳型への溶融金属の注入時に前記鋳型に伝わる熱の結果として、燃えるように、それ自体は公知の方法で成形材料の粘結剤を構成できる。この場合、それぞれの中子および成形部品は自動的に崩壊して粉々になり、その後、貫通流路が露出されたときに、同じく自動的に、鋳型または鋳片から少しずつ落ちる。

代わりに、または加えて、貫通流路を鋳型に形成するために必要な、それぞれの貫通流路に割り当てられた中子および成形部品の、特に機械的手段による、破壊は、本発明による方法のターゲティングおよび有効性の向上の点で特に有利となり得る。鋳片のそれぞれの貫通流路に割り当てられる中子または成形部品は、例えば押し型によって、プレス成型することも、またはドリルを用いて鋳型に貫通流路を作成することも可能である。

それぞれの貫通開口を取り囲む鋳片の材料領域をできる限り高速かつ強力に冷却できるようにするために、鋳型の貫通開口を表す少なくとも１つの中子と前記中子の延長線上に配置された領域とは、通常、貫通流路の形成時に実際に完全に除去される。

ただし、鋳片のそれぞれの貫通開口の領域に加速冷却をもたらすことが目的であり、鋳片の貫通開口を画成する鋳片の対応する表面に冷媒を直接接触させることが目的ではない場合は、鋳片の貫通開口を形成する中子の一部のみが除去されるように、機械的手段によって貫通流路を鋳片のそれぞれの貫通開口内で案内することができる。この場合は、中子の砂が貫通流路と貫通開口の内面との間に残り、依然として一定の断熱効果をもたらす。したがって、残留する中子の材料の厚さによっては、貫通開口を表す中子が完全に除去されて貫通開口の内面が冷媒に直接接触した場合ほど、貫通開口に隣接する領域が急速に冷却されない。

少なくとも２つの鋳片の同時鋳造のために鋳型が少なくとも２つの空洞を有し、溶融金属が共通フィーダによって鋳型の各空洞内に導かれる場合は、本発明による方法の費用効果をさらに向上できる。

以下においては、複数の実施形態を示す図を用いて本発明をより詳細に説明する。これらの図は、簡略化された概略図であり、一定の縮尺では描かれていない。

２つの鋳片を鋳造するための装置の長手方向断面を示す。 溶融鋳鉄の注入中の図１による装置の図１に対応する側面図を示す。 溶融鋳鉄の硬化後の図１による装置の図１に対応する側面図を示す。 貫通流路の製造中の図１による装置の図１に対応する側面図を示す。 冷媒が貫通流路を流れているときの図１による装置の図１に対応する側面図を示す。

２つの鋳片Ｚ１、Ｚ２の同時鋳造用の装置１は、鋳型２を含む。鋳型２は、架台３で支持される。鋳片Ｚ１、Ｚ２は、直列型四気筒燃焼機関の構造向けの従来設計のシリンダクランクケースである。

中子容器としての鋳型２は、外側成形部品４、５、６、７と、鋳型２の内側に配置された中子８〜１９とを備える。外側成形部品４〜７は鋳片Ｚ１、Ｚ２の外形を決定するのに対し、中子８、９は、クランクシャフト軸受Ｌ１、Ｌ２を有するクランクケースＫ１、Ｋ２の内部形状を表し、中子１０〜１７は、貫通開口Ｏ１、Ｏ２として構成される鋳片Ｚ１、Ｚ２のシリンダ開口を表す。これにより、側方に配置された成形部品５、７は鋳片Ｚ１、Ｚ２の一方の正面側をそれぞれ形成するのに対し、外側成形部品５、７の反対側にそれぞれ配置された中子１８は、ここでは鋳型２の内部に配置された鋳片Ｚ１、Ｚ２の正面側をそれぞれ表している。その他の中子１９は、例えば、水または油流路を鋳片Ｚ１、Ｚ２内に形成するために役立つ。ここで、鋳型２は、貫通開口Ｏ１、Ｏ２が主に鉛直方向Ｖ（主方向Ｈ）に向けられるように、位置合わせされている。

ここでは、成形部品４〜７と中子８〜１９とによって画成される鋳型２の空洞２０、２１は、鋳型が空のとき、鋳型２内の中央に配置されて鉛直に位置合わせされた共通ゲート２２を有する複数の部分（図示せず）によって接続されている。中央ゲート２２は、鋳型２の上側の、同じく中央に構成された、フィーダ２３に接続されている。このフィーダ２３によって、鋳型２に溶融鋳鉄Ｓが充填される。ゲート２２と鋳型２のその他の部分（ここには図示せず）とは、実効引力Ｒに反して空洞２０、２１が充填されるように、位置付けられる。

鋳型２は、複数の支柱２４によって支持された、架台３の格子２５に置かれる。

外側成形部品４、５、６、７と中子８〜１９とは、市販の成形材料から形成される。この成形材料は無機粘結剤と砂との混合物であり、加熱および脱湿によって、鋳型２を支持し、鋳造プロセス中に発生する力に耐えるために十分な寸法安定性を有するようになるまで、硬化する。ただし、型への溶融鋳鉄Ｓの注入に伴う温度上昇により、特に、溶融鋳鉄Ｓの注入熱に直接さらされる成形部品４、５、６、７と中子８〜１９とは崩壊し始める。

鋳型２が溶融鋳鉄Ｓで充填されると（図２）、鋳片Ｚ１、Ｚ２は８５０℃と６５０℃との間の最小温度に冷却される。この温度において、一方では、鋳造材料が硬化し、他方では、鋳片Ｚ１、Ｚ２の温度が依然として十分に高いので、加速冷却によってマルテンサイト組織を生じさせることができる。この温度が十分に高く、鋳片Ｚ１、Ｚ２の構造が完全にオーステナイト化すると理想的である。

この状態が実現されると（図３）、鋳片Ｚ１、Ｚ２の貫通開口Ｏ１、Ｏ２にそれぞれ割り当てられた貫通流路Ｇ１、Ｇ２が鋳型２に導入される（図４）。このため、この時点で既に粉々に崩壊している、鋳片Ｚ１、Ｚ１の貫通開口Ｏ１、Ｏ２を表す中子１０〜１７、ならびに前記中子の延長線Ｖ１、Ｖ２上において鋳型２のカバーを形成する外側成形部品４の上方部分、および中子の延長線Ｖ１、Ｖ２上において、クランクシャフト軸受Ｌ１、Ｌ２を有するクランクケースＫ１、Ｋ２を表す下側中子８、９、並びに中子８、９の下にある延長線Ｖ１、Ｖ２上の複数の部分、鋳型２の底部を形成する下側成形部品６の複数の部分は、鋳片Ｚ１、Ｚ２の貫通開口Ｏ１、Ｏ２にそれぞれ割り当てられたプッシャ２６、２７によって鋳型２から押し出される。したがって、このように形成された、貫通開口Ｏ１、Ｏ２を貫通する貫通流路Ｇ１、Ｇ２の上端は、カバー成形部品４の上側外面によって形成された外側に開口し、下端は、底部成形部品６の下側外面によって形成された鋳型２の下部外側に開口する。

このプロセスにおいて、押し出された成形部品の部分と中子の破片とは崩壊して流動自在な断片化した材料Ｍになり、架台の格子を通って落下し、鋳型２の下の床に積もる。必要であれば、鋳型２からの成形材料Ｍの落下を、振動、打撃、または他の機械的作用によって、それ自体は公知の方法で助けることができる。鋳型２から落下した材料Ｍは、ここには図示されていない搬送装置によって除去可能である。

このようにして貫通流路Ｇ１、Ｇ２が露出され、鋳片Ｚ１、Ｚ２が貫通流路Ｇ１、Ｇ２内を鉛直方向Ｖに流動可能になると、ノズル組立体２８が鋳型２の下に位置付けられ、ファン（ここには図示せず）によって加速された冷媒流Ｍ１、Ｍ２が下側から鉛直方向Ｒに鋳型２に吹き込まれる（図５）。ここで説明する実施形態においては、空気が冷媒である。

冷媒流Ｍ１、Ｍ２は鋳片Ｚ１、Ｚ２の貫通開口Ｏ１、Ｏ２を貫通する貫通流路Ｇ１〜Ｇ２をそれぞれ通って流れ、前記冷媒によって覆われた鋳片Ｚ１、Ｚ２の壁部分の加速冷却をもたらす。したがって、特に、貫通開口Ｏ１、Ｏ２、クランクシャフト軸受Ｌ１、Ｌ２、クランクシャフト軸受Ｌ１、Ｌ２をそれぞれ支持するテンションロッドＡ１、Ａ２の領域において、同時細粒化による縞状パーライトによって特徴付けられる構造が発生する。前記構造の強度は、密閉型内でその外側成形部品を介した自然な熱損失のみによる従来方式で冷却された鋳片において実現される強度より大きい。貫通開口Ｏ１、Ｏ２、クランクシャフト軸受Ｌ１、Ｌ２、およびクランクシャフト軸受Ｌ１、Ｌ２をそれぞれ支持する引張ロッドＡ１、Ａ２に隣接する鋳片Ｚ１、Ｚ２の内側領域と、より離れた鋳片Ｚ１、Ｚ２の外側領域との間の温度差は、壁が相対的に薄いという事実のために外側領域が同程度の速度で冷えるので、相応に最小化される。

全般的に、このような措置によると、鋳片Ｚ１、Ｚ２の外側および内側領域間の温度勾配が低く維持される。温度勾配が低いと、内側領域における残留引張応力が減る。同時に、冷却速度が速いほど鋳鉄材料の抗張力が高くなる。この結果、本発明による手順では、鋳片Ｚ１、Ｚ２の荷重能力は、従来方式で製造された、鋳型内で低速で冷却されたシリンダクランクケースの荷重能力より５０％大きくなる。

１ ２つの鋳片Ｚ１、Ｚ２の同時鋳造用の装置
２ 鋳型
３ 架台
４〜７ 鋳型２の外側成形部品
８〜１９ 中子
２０、２１ 鋳型２の空洞
２２ 鋳型２の中央ゲート
２３ 鋳型２用のフィーダ
２４ 架台３用の支柱
２５ 架台３の格子
２６、２７ プッシャ
２８ ノズル組立体
Ａ１、Ａ２ 鋳片Ｚ１、Ｚ２用のテンションロッド
Ｇ１〜Ｇ２ 鋳型２の貫通流路
Ｈ 貫通開口Ｏ１、Ｏ２の主方向
Ｋ１、Ｋ２ 鋳片Ｚ１、Ｚ２内のクランクケース
Ｌ１、Ｌ２ 鋳片Ｚ１、Ｚ２内のクランクシャフト軸受
Ｍ 成形材料
Ｍ１、Ｍ２ 冷媒流
Ｏ１、Ｏ２ 鋳片Ｚ１、Ｚ２の貫通開口（シリンダ開口）
Ｒ 実効引力
Ｓ 溶融鋳鉄
Ｖ 鉛直方向
Ｖ１、Ｖ２ 鋳型２の貫通開口Ｏ１、Ｏ２の延長線
Ｚ１、Ｚ２ 鋳片（シリンダクランクケース）

冷媒流Ｍ１、Ｍ２は鋳片Ｚ１、Ｚ２の貫通開口Ｏ１、Ｏ２を貫通する貫通流路Ｇ１〜Ｇ２をそれぞれ通って流れ、前記冷媒によって覆われた鋳片Ｚ１、Ｚ２の壁部分の加速冷却をもたらす。したがって、特に、貫通開口Ｏ１、Ｏ２、クランクシャフト軸受Ｌ１、Ｌ２、クランクシャフト軸受Ｌ１、Ｌ２をそれぞれ支持するテンションロッドＡ１、Ａ２の領域において、同時細粒化による縞状パーライトによって特徴付けられる構造が発生する。前記構造の強度は、その鋳型の外側成形部品を介した自然な熱損失のみによる従来方式で冷却された鋳片において実現される強度より大きい。貫通開口Ｏ１、Ｏ２、クランクシャフト軸受Ｌ１、Ｌ２、およびクランクシャフト軸受Ｌ１、Ｌ２をそれぞれ支持する引張ロッドＡ１、Ａ２に隣接する鋳片Ｚ１、Ｚ２の内側領域と、より離れた鋳片Ｚ１、Ｚ２の外側領域との間の温度差は、壁が相対的に薄いという事実のために外側領域が同程度の速度で冷えるので、相応に最小化される。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの貫通開口が設けられた、溶融金属（Ｓ）から成る鋳片（Ｚ１、Ｚ２）を鋳造する方法であって、
   ａ）前記貫通開口（Ｏ１、Ｏ２）を表す少なくとも１つの中子（８〜１９）が存在する鋳型（２）を用意するステップであって、前記中子（８〜１９）は、力または温度の作用下で崩壊する粘結剤を含む成形材料から成る、ステップと、
   ｂ）前記鋳片（Ｚ１、Ｚ２）を形成するために、前記溶融金属（Ｓ）を前記鋳型（２）に注入するステップと、
   ｃ）前記溶融金属（Ｓ）の液相線温度より低く、かつ加速冷却によって高張力構造の形成をもたらす最小温度より高い温度に前記鋳型（２）内の前記鋳片（Ｚ１、Ｚ２）を冷却するステップと、
   ｄ）前記鋳片（Ｚ１、Ｚ２）の前記貫通開口（Ｏ１、Ｏ２）を貫通する貫通流路（Ｇ１、Ｇ２）を形成するステップであって、前記鋳型への前記溶融金属の注入時の前記鋳型（２）への入熱によって前記貫通開口（Ｏ１、Ｏ２）を表す前記中子（８〜１９）から前記成形材料の前記粘結剤を焼き去ることによって、または前記貫通開口（Ｏ１、Ｏ２）をそれぞれ表す前記中子（８〜１９）と前記中子の前記延長線（Ｖ１、Ｖ２）上に配置された前記鋳型（２）の領域とを、少なくとも部分的に、機械的に破壊することによって、何れの場合も前記貫通流路（Ｇ１、Ｇ２）は前記鋳型（２）の外側に開口する、ステップと、
   ｅ）冷媒（Ｍ１、Ｍ２）が前記貫通流路（Ｇ１、Ｇ２）に流れているときに前記鋳型（２）内の前記鋳片（Ｚ１、Ｚ２）を冷却するステップと、
   を含む方法。
2. 前記溶融金属は溶融鋳鉄であり、前記最小温度は、ステップｃ）において冷却が終了する温度より高く、前記溶融金属のＡ_１温度に相当することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記溶融金属（Ｓ）は溶融鋳鉄であり、ステップｃ）において前記鋳型（２）内で前記鋳片（Ｚ１、Ｚ２）が冷却される温度は１１５３と６００℃の間であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記鋳片（Ｚ１、Ｚ２）は燃焼機関用のシリンダクランクケースであり、前記貫通開口（Ｏ１、Ｏ２）は前記鋳片（Ｚ１、Ｚ２）に設けられるシリンダ開口であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
5. 前記鋳型（２）は中子容器として構成され、前記貫通開口（Ｏ１、Ｏ２）を表す前記中子（８〜１９）と前記中子（８〜１９）の前記延長線（Ｖ１、Ｖ２）上の領域に配置された前記成形部品（４〜７）とは、力または温度の作用下で崩壊する成形材料から成ることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
6. 前記貫通流路（Ｇ１、Ｇ２）の主方向（Ｈ）は鉛直であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
7. 前記貫通開口（Ｏ１、Ｏ２）を表す前記中子（８〜１９）と、前記中子の前記延長線（Ｖ１、Ｖ２）上に配置された前記鋳型（２）の前記領域とが完全に除去されることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の方法。
8. 前記冷媒（Ｍ１、Ｍ２）は前記貫通流路（Ｇ１、Ｇ２）内を加速された速度で強制流として通されることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の方法。
9. 前記冷媒がガス状であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の方法。
10. 前記鋳型（２）は、少なくとも２つの鋳片（Ｚ１、Ｚ２）の同時鋳造用の少なくとも２つの空洞（２０、２１）を有し、前記溶融金属（Ｓ）は共通フィーダ（２３）またはゲート（２２）によって前記空洞（２０、２１）に案内されることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の方法。

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