专利名称：以金属熔体浇铸成铸件的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以金属熔体浇铸成铸件的方法，以及一种适用于执行该方法的装置。根据本发明加工的金属熔体是一种轻金属熔体，优选是基于铝或铝合金的熔体。
背景技术：
在铸模中熔体的凝固过程以及为平衡收缩所需要的送料都会严重地影响到铸件的属性。因此，为避免在铸模中较大的熔体流量而以连续过程进行熔体铸型填充，并且在铸模相对于送料机的一侧随之平均分配地凝固，则能够使得其属性平均分布。高品质浇铸产物的质量可以通过所谓的“回转浇铸”产生。在现有技术中，DE 100 19 309 Al中公开了一种可用于制成高品质铸件的浇铸方法。其中，容纳有金属熔体的熔体容器利用其开口朝上的开口对接到铸模的开口朝下填充口。随后，铸模与其连接的容器快速地转动大约180°。借助于转动，熔体容器中的熔体到达铸模。当转动实现最终位置时， 则熔体容器与铸模分离。由此可见，在送料机区域中目前位于上方的剩余熔体也可以在重力作用下保持流动并且有效地补偿了熔体凝固所引起的体积损失。通过铸模与熔体容器的转动实现了铸模以金属熔体完全填充。熔体在转动中以这样的方式有效地到达铸模的铸模腔的所有区域(其将形成待铸造的铸件)，即基于铸型转动，填充在铸模中的金属熔体平均地承受重力。此外，通过定向凝固优化了铸件的结构，该定向凝固通过铸模由旋转导致的方向来实现。然而，在前述方法所执行的回转浇铸中出现了问题，即在圆柱形的内部几何形状时要求特别均勻的凝固形态。只要铸模首先相反于重力填充，并随后转动用于冷却，则能够实现平静的铸型填充，从而实现了进一步改善的凝固效果。然而，在转动之前会带来通常由气泡或冷却轨迹在铸件中造成的铸造缺陷。这样的铸造缺陷归结于，熔体在铸模转动之前业已在铸模中这样急剧地冷却，即本身形成了不受控制的凝固前沿(或冷却轨迹)或熔体在包含空气的影响下在铸模中回缩。
发明内容
基于现有技术，本发明的目的在于提出一种方法及一种装置，通过该方法与装置能够以较高的运行安全性，通过特别经济有效的方式产生高品质的、复杂结构的铸件。该目的相对于方法由此而实现，即根据本发明，该方法包括在权利要求1中描述的技术方案。根据本发明的方法的有利设计方案在从属于权利要求1的从属权利要求中给出。上述目的相对于装置根据本发明由此而实现，即该装置具有在权利要求12中给出的技术特征。根据本发明的装置的有利设计方案在从属于权利要求12的从属权利要求中给出。根据本发明，为了以金属熔体浇铸成铸件，首先制备一个设置在旋转架中的铸模 (工作步骤a)。该铸模包括待形成铸件的铸模腔、用于给铸模腔供给金属熔体的送料系统以及浇铸通道，送料系统通过该浇铸通道可以填入金属熔体。在此，送料系统相对于铸模的铸模腔以这样的方式设置，即在铸模转动到填充位置上时则通过送料系统相反于重力的作用方向来向铸模腔填充金属熔体。同时，浇铸通道的设置用于填入金属熔体的填入口以这样的方式设置铸模的侧面上，且在送料系统中远离于该浇铸通道的连接口，即浇铸通道的填入口在铸模的各个填充位置中设置在送料系统的连接口的上方。在填充之前，这样制备的铸模被调整到填充位置上，在该填充位置上，填充到浇铸通道中的金属熔体在重力的作用下沿着浇铸通道流动，其中金属熔体的主流动方向与重力的作用方向闭合成一个角度(工作步骤b)。在本文中，金属熔体的“主流动方向”指的是流动方向，在该方向中，熔体不必依赖于浇铸通道的各个实际走向流动，从而以直接的路径从填入口到达送料系统中浇铸通道的连接口。在此，应当理解的是，铸模调整到根据本发明的预定填充位置可以分别在特殊的工作步骤中进行，即铸模能够准确地相对于其供料方式而这样进行调整，即其能够满足根据本发明的操作模式的要求。被调整到填充位置的铸模随后被填入金属熔体，直至铸模(包括浇铸通道)完全被金属熔体充盈(工作步骤C)。一旦铸模足够充盈，则其通过设置在浇铸通道的填入口中的塞子进行密封(工作步骤d)。接下来，封闭的铸模被转动到凝固位置，在该位置中，存在于送料系统中的熔体基于重力的作用挤压存在于铸模腔中的熔体(工作步骤e)。在这样的位置中，铸模保持不动， 直至存在于铸模中的金属熔体实现特定的凝固状态(工作步骤f)。随后，铸件进行脱模(工作步骤g)。通过根据本发明的铸模的填充、随后的密封、密封固定以及铸模转动的这些方式和方法将以这种方式避免了铸造缺陷，即包含在铸模的送料系统中的金属熔体挤压以形成铸件的熔体。在此，除了特别安静流程的填充过程之外，还尤其有助于，包含在铸模中的金属熔体自填充完毕起以及在整个凝固过程中都保持在金属静压力之下。从而，通过封闭在浇铸通道中竖立的熔体柱可以抵制在待形成铸件的铸模腔中熔体的收缩。同时，这也可以密封铸模，使得在结束填充过程之后铸模能直接开始转动，而无需填充装置本身或其他负载的组件与铸模分离。基于根据本发明的铸模的调整(工作步骤a-c)以及由此而产生的其主流动方向相对于重力作用方向的倾斜，由于相应较小施加到流动速度上的地球引力，金属熔体明显较慢地流过浇铸通道，也有可能出现这样的情况，即熔体的主流动方向与重力的作用方向重叠。相应地，在根据本发明的方式中，铸模从开始填充过程就以金属熔体安静地填满。通过根据本发明的方式，相比已知的回转方法正好在填充开始阶段明显地最小化了给熔体造成麻烦的涡流和流动多变性。这种简单的措施能够易于有效的提高铸造质量。只要实现金属熔体的特定填充状态之后，铸模在其继续填充时这样转动，即流过浇铸通道的金属熔体的主流动方向将进一步地接近于重力的作用方向，则在填充过程的下一阶段可以充分的利用重力作用。对于该时间点已经大量存在于送料系统或浇铸通道中的熔体在此将抑制新近流入到铸模中的熔体，从而也在浇铸通道进一步摆动到重力作用方向上时确保了最大程度上安静、均勻的填充。此外，通过铸模填充期间在重力作用方向上进行的转动保证了在封闭铸模的时间点上最有效的金属静压力。因此，本发明的特别有利于实践的设计方案在于，当流过浇铸通
5道的金属熔体的主流动方向与重力作用方向重叠时，将结束在填充过程中进行的转动。特别有效的是，一方面的优点在于，在填充开始时倾斜的主流动方向，另一方面的优点在于，随后在填充过程中进行转动，从而当在送料系统中的浇铸通道的连接口位于填入到铸模中的金属熔体的液面之下时，铸模的转动最先开始。通过这种方式，主流动方向进一步地与重力的作用方向重叠则同时更有利于，将铸件中的产生气泡和过度的漩涡的危险减少到最小。其结果是，相对于已知的浇铸方法而言，根据本发明的方法以特别经济方式明显地降低了废品率，也满足了严格的质量要求。根据本发明的方法的工作方式，相应地具有根据本发明的装置，用于通过金属熔体浇铸成铸件；用于保持铸模的保持装置；用于使铸模围绕转轴转动的转动驱动装置以及用于将金属熔体填充到铸模的填入口的填充装置，其中根据本发明在这种装置中设有制导装置，该制导装置在填入金属熔体期间根据铸模转动时引起的铸模填入口的位置变化来引导填充装置。对于填充铸模可以采用普通的浇注勺，其通过合适的制导装置安置在符合铸模填入口的各个填充位置的位置上，并且根据填入口随着铸模转动出现的位置变化来引导。根据本发明的方法以及根据本发明的装置特别适用于制造内燃机的发动机模块。 在这些模块和相对复杂成型的铸件中会要求，铸模的多个特定部段这样预先进行热处理， 即填充到铸模中的熔体在与相关的部段接触时表现出所期望的润湿性或凝固性。对于这种铸模部段的经典示例是“汽缸套”或“气缸套”，其被注入到轻金属发动机模块中，以便于在发动机模块的汽缸口区域中确保足够的耐磨损度。这些通常由钢材支撑的气缸套具有明显较高的传热能力，因此，典型地由沙子制成为铸模的铸模部件或铸模芯。在此期间，注入到铸件中的部分被预热，则达到了与浇铸金属的良好润湿性，并且防止了产生热压力和形成不理想构造的危险。铸模在执行根据本发明的方法进行转动时所围绕的转轴，其位置并非及其重要而仅需要确保，在转动时能提供铸模及其浇铸通道的定位，其中填入到铸模中的金属熔体的主流动方向以根据本发明的方式进行调整。然而，用于执行根据本发明的方法的装置的一个特别简单而实用的设计方案在于，铸模的转轴水平设置。同样，根据本发明设计的装置的一个特别简单的构造在于，铸模的浇铸通道直线延伸。此外，当浇铸通道的填入口设置在铸模的下侧面上时，则有助于实现根据本发明的装置的简单而成本合理的构造，该填入口在凝固状态时相对于铸模的限定送料系统的上侧面设置。为了进一步地实现根据本发明的装置的自由的、多方面的用途，其转动驱动装置可以使铸模转动大于180°的角度。
接下来，本发明将根据表示一个实施例的附图来详细说明。图1到图10分别以示意图示出了用于浇铸铸件G的装置1的十个工作位置，其中分别以纵轴导向的截面图示出。
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附图标记
1用于浇铸铸件G的装置
2、3滑轮
4装配底板
5导向板
6铸模F的基板
7、8前沿滑块
9压板
10送料芯S的送料通道
11送料芯S的开口
12部段
13浇铸通道
14填入口
15浇铸通道13的连接口
16加热装置
17浇注装置
18塞子
B汽缸套
F铸模
G铸件
H铸模F的铸模腔
K芯
M金属熔体
0底芯
S送料芯
SR主流动方向
T制导装置
WK重力作用方向
X转轴
Z浇铸室
具体实施例方式铸件G在这里是四缸内燃机的发动机模块。在本实施例中，铝浇铸熔体用作浇铸 ^^ I^l ο装置1包括圆柱形的浇铸室Z，其在附图中均以圆形的横截面表示，并设置在两个滑轮2、3上且通过驱动装置(未示出)驱动转动，在该浇铸室中固定有平整的装配底板4， 以及平行于装配底板4且保持间距设置的导向板5。在装配底板4的对应于导向板5的上侧面上放置有基板6。该基板是由多个成型部及型芯组成的铸模F的一部分。基板6具有多个侧向的容纳部，该这些容纳部中分别安置有一个具有相应成型附件的前沿滑块7、8，从而前沿滑块7、8形状配合地安置在基板6 上。相对于在铸模F中多个典型具有的前沿滑块，在这里出于可清楚识别的原因，仅仅示出了滑块7、8，其对应于浇铸室Z的周边并且设置在基板6的彼此相对的侧面上。在导向板5中这样设置有压板9，该压板平行于导向板5的面对于装配底板4的下侧面，即该压板可以在装配底板4的方向上调节，从而在装配工序结束之后保持住铸模F， 并且可以从装配底板4上移开，从而在浇铸过程结束之后对铸模F进行拆卸并且对完成的铸件G进行脱模。然后，在前沿滑块7、8之间以已知的方式插入圆柱插座B以及内芯K，该圆柱插座以径向方向包围待浇铸的发动机模块-铸件G的圆柱形腔，该内芯在铸件G内部限定出这些通道和空腔，其可以不被浇铸金属M填充。在铸模F的对应于压板9的上侧面上设有底芯0，该底芯在其上方的、对应于导向板5的部段上形状配合地保持住前沿滑块7、8，并且通过基板6、前沿滑块7、8、内芯K、圆柱插座B和底芯0划分出铸模F的铸模腔H。在底芯0上还设有送料芯S，其包围具有环绕的、大容积的送料通道10的送料系统，该送料通道在送料芯装配完成时在前沿滑块7、8的上方延伸。在此，送料芯S划分出开口 11，通过该开口能够触及到多个通过圆柱插座B分别包围的圆柱开口。送料通道10通过不同的部段12与铸模F的铸模腔H连接。在铸模中成型有笔直的浇铸通道(在专业术语中也成为“直浇口”)，其穿过前沿滑块7、基板5的与该滑块对应的设置在前沿滑块7和装配底板4之间的侧向部段、以及送料芯11，并且标准地对准装配底板，并且从在装配底板4中成型为漏斗状的填入口 14以直接的路径直线引导至送料芯S的送料通道10，在该通道中其与连接口接通。在安置好送料芯S之后，压板9下沉到这样制备的铸模F上，从而有效地保护了铸模的各个芯和彼此形状配合啮合的部分的装配位置。现在，浇铸室Z连同保持在其之中的铸模F以转轴X转动180°，该转轴与铸模F 水平上是一致的，从重力的作用方向WK来看，转动直至基板5处于上方，而送料芯S处于下方。相应地，浇铸通道13的填入口 14位于装配底板4的目前处于上方的侧面上。在到达这样的位置之后，用于感应加热的加热装置16的各个加热臂进入到圆柱插座B中，从而其被加热到预定的温度(参见图3、4)。在圆柱插座B受热之后，浇铸室Z重新以逆时针的方向围绕转轴X转动大约45 °。 在该“填充位置”中，笔直延伸的浇铸通道14也相应地相对于作用方向WK倾斜大约45°。接下来，通过设计为浇注勺的浇注装置17将待铸成的金属熔体M浇注到浇铸通道 13的填入口 14中。基于铸模F的倾斜位置，熔体M比较缓慢地滑过浇铸通道13，并且以相对很小的动能进入到送料芯S的送料通道10中。在此，其主流动方向SR与浇铸通道13的方向相同，从而流过浇铸通道13的熔体M的主流动方向也相对于重力的作用方向WK呈大约 45°。在倾斜位置中的铸模F继续通过金属熔体M填充，直到浇铸通道13的连接口 15 位于在送料通道11中收集的金属熔体M的液面下方(参见图5)。如果实现了这种状态，则浇铸室Z以顺时针方向缓慢转动，直到浇铸通道13以其填入口 14垂直向下指向送料通道10中的连接口 15。
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在转动过程中，铸模F继续以金属熔体M填充。为此，浇注装置17通过制导装置 T (其可以是传动装置或起重机)伴随着填入孔14的随着浇铸室Z转动发生的位置变化，该制导装置悬挂着浇注装置。如果这样的转动到达最终位置，则熔体M的主流动方向与重力的作用方向WK相同，从而铸模F的铸模腔的剩余部段将通过重力的有利利用进行填充(参见图7、8)。一旦足够的熔体量在铸模F中填充，则塞子18将安置在填入口 14中，从而该填入口被密封(参见图8)。紧接着，浇铸室Z再次转动，直到到达初始状态(图幻，在这种情况下，以重力的作用方向来看，送料芯S设置在上方，而基板5设置在下方。在此塞子18还保持铸模F密封， 从而有效地防止了熔体M从铸模F中流出。在该位置中，铸模F被保持住，直到铸件G被凝固到足以进行下一步的脱模。因此，在本文所述的实施例，铸模F呈这样的构造，即为了充盈至少一个较大的部分，待浇铸的铸模F的送料芯S设置在铸模F的铸模腔H下方，从而铸模F的铸模腔H首先相反于重力填充。优选地，整个铸模F在用于浇铸的填充过程中已经开始翻转，以便于在第一次填充时降低金属熔体M的速度，并且能够实现浇铸通道13和送料芯S的均勻稳定的填充过程。设计为浇注勺的浇注装置用于进行填充，其(如所示出的)在浇铸过程可以与铸模F—起进行转动。在完成填充过程之后，从送料芯S向上延伸的浇铸通道13关闭，并且在存在于铸模腔和送料芯S中的熔体M上产生金属静压力，其将防止熔体M的回缩。在本实施例中，在随后的转动中，存在于送料芯S中的金属熔体M将造成金属熔体 M的金属静压力，使其保持在铸模腔中。由此而可以这样避免铸造缺陷，例如气泡或冷却轨迹。
权利要求
1.一种以金属熔体(M)浇铸成铸件(G)的方法，所述方法包括以下工作步骤a)制备一个设置在旋转架中的铸模(F)，所述铸模包括待形成铸件的铸模腔(H)、用于给所述铸模腔(H)供给金属熔体(M)的送料系统(10)以及浇铸通道(13)，所述送料系统 (10)通过所述浇铸通道可以填入金属熔体，其中所述送料系统(10)相对于所述铸模(F)的铸模腔以这样的方式设置，即在所述铸模(F)转动到填充位置上时则通过所述送料系统相反于重力的作用方向来向所述铸模腔(H)填充金属熔体(M)，其中，所述浇铸通道(13)的设置用于填入金属熔体(M)的填入口(14)以这样的方式设置在所述铸模(F)的侧面上且在所述送料系统(10)中远离于所述浇铸通道的连接口(15)，即所述浇铸通道(1 的填入口 (14)在所述铸模(F)的各个填充位置上设置在所述送料系统(10)中的所述浇铸通道的连接口 (15)的上方，b)所述铸模(F)调整到填充位置上，在该填充位置上，填充到浇铸通道(1 中的金属熔体(M)在重力的作用下沿着所述浇铸通道(1 流动，其中金属熔体(M)的主流动方向 (SR)与重力的作用方向(WK)闭合成一个角度，c)调整到填充位置的铸模(F)被填入金属熔体(M)，直至所述铸模(F)(包括所述浇铸通道(1 )完全被金属熔体(M)充盈，d)所述铸模(F)通过设置在所述浇铸通道(13)的填入口(14)中的塞子(18)进行密封，e)封闭的铸模(F)被转动到凝固位置，在该位置中，存在于所述送料系统(10)中的熔体(M)基于重力的作用挤压存在于所述铸模腔(H)中的熔体(M)，f)所述铸模(F)在凝固位置上保持不动，直至存在于所述铸模(F)中的金属熔体(M) 实现特定的凝固状态，g)铸件(G)进行脱模。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实现金属熔体(M)的特定填充状态之后， 所述铸模(F)在其继续填充时这样转动，即流过所述浇铸通道(1 的金属熔体(M)的主流动方向(SR)将进一步地接近于重力的作用方向。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当流过所述浇铸通道(1 的金属熔体 (M)的主流动方向与重力作用方向(WK)重叠时，将结束在填充过程中进行的转动。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，当在所述送料系统(10)中的浇铸通道(1 的连接口(1 位于填入到所述铸模(F)中的金属熔体(M)的液面之下时，所述铸模(F)的转动最先开始。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，金属熔体(M)通过浇注勺 (17)填充到所述铸模(F)中。
6.根据权利要求5及2、3、4中任一项所述的方法，其特征在于，浇注勺(17)根据所述铸模(F)的转动来引导。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述铸模(F)的至少一个部段在填充金属熔体(M)之前进行热处理。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述铸件(G)用于内燃机的发动机模块。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述铸模(F)的转轴(X)水平设置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述铸模(F)的浇铸通道 (13)直线延伸。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述浇铸通道(1 的填入口(14)对应于所述铸模(F)的下侧面。
12.—种以金属熔体(M)浇铸成铸件(G)的装置，所述装置包括用于保持铸模(F)的保持装置；用于使铸模(F)围绕转轴(X)转动的转动驱动装置；以及用于将金属熔体(M)填充到铸模(F)的填入口(1 中的填充装置(17)，其特征在于，在所述装置中设有制导装置 (T)，所述制导装置在填入金属熔体(M)期间根据所述铸模(F)转动时引起的所述铸模(F) 的填入口(1 的位置变化来引导所述填充装置(17)。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述填充装置是浇注勺(17)。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，转动驱动装置设置用于使铸模 (F)以大于180°的角度自由转动。
15.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述铸模(F)的转轴(X)水平设置。
全文摘要
本发明涉及以金属熔体(M)浇铸成铸件(G)的方法及装置。关于本发明的方法，设置在旋转架中的铸模(F)转动到填充位置并填充金属熔体，铸模包括待形成铸件(G)的铸模腔(H)、用于给铸模腔(H)供给金属熔体(M)的送料系统(10)以及浇铸通道(13)。熔体通过重力作用流过浇铸通道，其中金属熔体(M)的主流动方向(SR)与重力的作用方向(WK)闭合成一个角度，填充继续进行，直至铸模(F)(包括浇铸通道(13))完全被金属熔体(M)充盈，铸模(F)通过设置在浇铸通道(13)的填入口(14)中的塞子(18)进行密封并转动到凝固位置，在该位置中，存在于送料系统(10)中的熔体(M)基于重力的作用挤压存在于铸模腔(H)中的熔体(M)，铸模(F)在凝固位置上保持不动，直至存在于铸模(F)中的金属熔体(M)实现凝固状态，从而铸件(G)进行脱模。
文档编号B22D23/00GK102223969SQ200980147094
公开日2011年10月19日 申请日期2009年11月23日 优先权日2008年11月24日
发明者克劳斯·莱利格, 赫伯特·斯梅坦 申请人:内马克迪林根有限公司