[发明专利]具有至少一个通孔的铸件的浇注方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由金属熔体浇注具有至少一个通孔的铸件的方法。这里所说的铸件通常是指具有高性能的内燃机的气缸体曲轴箱，其由铸铁材料浇注而成。

背景技术

现代化的内燃机不断发展以降低燃料消耗。对此核心意义是构件体积和构件重量的降低。该发展方向在技术领域中称为“缩减(Downsizing)”。“缩减”的目的例如为以较小的发动机尺寸实现目前为止较大结构体积所要求的性能。

对于内燃机的成功缩减来说特别要求，持续提高内燃机零部件的工艺性能。由此以现代化的发动机构造可以使相同结构尺寸下能够获得的功率变为三倍以上。

为了在该功率密度下确保由铸铁构成的气缸体曲轴箱的充分的负荷能力，目前替代传统的灰口铸铁而部分地采用蠕墨铸铁或者采用较高合金化的铸铁材料，从而获得所要求的强度。

通常在铸型中浇注前述类型的铸件，该铸型由多个模铸件和型芯组成。模铸件一般来说决定铸件的外部形状，而型芯则嵌入到铸型中，从而在待制造的铸件上形成凹槽、空腔、通孔和类似物。

模铸件和型芯根据其在铸件中或铸件上的位置以及在铸件凝固之后的脱模性而形成为永久模铸件和永久型芯或者形成为消失的模铸件和型芯。永久模铸件和永久型芯由这样的材料构成，该材料能够承受浇注过程中产生的负荷并从而能够重复应用于多个浇注过程，而消失的模铸件和型芯则通常由这样的模制材料构成，该模制材料通过力和温度的作用能够容易地分解。如果铸型完全地或者至少主要的部件由消失的模铸件和型芯构成，则通常称为消失的模型，与之相反，主要部件由永久模铸件构成的铸型则称为永久铸型，消失的型芯嵌入该永久铸型中。在铸铁领域中通常采用消失的模型，而在轻金属铸件领域中则通常采用永久铸型或者永久模铸件和消失模铸件的结合。

构成消失的模铸件和型芯的模制材料通常是混合有适当粘合剂的型砂，该型砂在制造各个模铸件或型芯的过程中通过化学反应进行固化，直至浇注在铸型中的熔体凝固时该型砂具有充分的形状稳定性。对此模制材料的组成可以相互调整，以至于各个型芯或各个模铸件在铸件的冷却过程中已经由于其中所生成的应力而自动分裂。可以替换性地或者额外地通过施加机械作用的力导致消失的模铸件和型芯的分解。因此，型芯能够例如通过各个铸件的振动而分裂成如此小的部分，以至于型芯的模制材料自动地从铸件流出，或者通过扩孔、挤压或冲洗加速型芯的分裂。然而对此总需要这样的前提，即，铸件基本完全冷却，由此在消失的型芯和模铸件的机械分裂或热分裂过程中生成的负荷不会造成铸件的损坏。

铸件的冷却过程对铸件的机械性能具有决定性影响。在铸件的冷却过程中会出现问题，即，铸件由于不均匀的材料分布或者不均匀的散热而局部不一样快地冷却。由于这种不均匀的冷却会导致铸件的内应力，该内应力能够导致铸件的机械负荷性能急剧恶化。

为了将这种应力的生成减到最小，在壁厚变化很大的铸件的浇注过程中从浇注温度有针对性地缓慢冷却至通常低于600℃的温度。为此，实践中应用的浇注设备装配有特定长度的冷却区段，该冷却区段额外能够包括所谓的“冷却站”，铸型和其中待冷却的铸件能够在这些冷却站中停留特定的时间，从而进一步延缓冷却。如果没有措施来确保充分缓慢的冷却，或者如果铸件本身在这种缓慢的冷却之后仍具有过高的内应力，那么铸件就必须经历额外的退火，从而消除有关应力。

为了将气缸体曲轴箱的内部区域中的拉伸应力减到最小，DE 10 2008 048 761 A1公开了一种替换实施方式，铸件熔体浇注到铸型中之后这样地定向冷却，即，首先在铸件内部引起熔体的凝固或者从铸件的某个区域定向朝加料器进行凝固。这能够由此得以实现，即，通过至少两个不相关的、设置在各个铸型上的冷却回路的不同冷却功率来影响各个铸件的凝固。然而这只可以在各个铸型至少在应当有针对性引入冷却功率的区域中形成为永久铸型的情况下实现。因此对于各个气缸体曲轴箱的气缸开口的成型来说设有专门形成的顶尖套筒，该顶尖套筒在凝固之后无损坏地从铸件拉出。对此已表明，对于在凝固之后去除顶尖套筒来说有利的是，气缸开口的边缘和气缸面在不同的时间点开始冷却并且气缸边缘和气缸面以不同的强度进行冷却。以这种方式可以在气缸开口的区域中进行经浇注的气缸体曲轴箱的凝固，从而能够在这样一个时间点形成气缸体曲轴箱，气缸体曲轴箱在该时间点虽然已凝固但是仍具有高的温度。