[发明专利]制造轻金属铸件的方法以及实施该方法的铸型

说明书

本发明涉及一种制造轻金属铸件、特别是制造内燃机汽缸盖、汽缸体和/或曲轴箱的方法，该方法使用一个形成铸件型腔的一次性砂铸型，该铸型包括外型、至少一个型芯以及至少一个形成压铁(Druckmassel)的冒口。上述铸型设有一个金属液浇口，金属液在重力作用下浇入型腔。

用一次性的砂型、永久铸型(金属型)以及由永久型件(半金属型)和砂型件组装而成的铸型来制造轻金属铸件已经公知。对于铸件的批量生产来说，一次性砂型的主要优点一方面在于砂型制造的高生产率，另一方面在于浇铸中浇注周期的高生产率，而在金属型铸造中铸造过程之后还必须使金属型冷却直到其能再使用。由于用于制造外型件和型芯的砂子还能够再利用，重又开始用一次性砂型高效地铸造轻金属铸件，如内燃机的汽缸盖。在砂型中浇注金属液总是通过重力作用来实现的，大多为底注。为了改善组织，在铸型上设置冒口，该冒口在高大铸件时具有对应于铸件质量的冒口体，作为所谓的压铁(Druckmassel)。但是和金属型铸造相比，砂型铸造的缺点是具有较粗大的组织，并可能出现显微疏松。

另一种公知的方法是在金属型-永久铸型中低压铸造轻金属融液，它是通过用气体对金属型中的金属液加压的方法而得到一种细密的组织(DE-A-2133421，DE-A-2818442)。由于金属型的强度，加压不存在问题，然而，由于金属型的冷却时间非常长，对于高的生产率来说就需要大量的极其昂贵的金属型。当铸件频繁变化时，就需要大量地改变金属型，或者需要重新制造。

由DE-B-1135619已知一种方案，它使用一种具有固定上箱和固定下箱的普通砂型，为了制造出具有细密组织的金属铸件，由上箱和下箱组装而成的砂型盖有一个密封罩，或者将上箱和下箱相互密封连接并在砂箱的自由表面上放置同样密封的罩，然后用金属液充填型腔。用压力气体对上述密封罩的内腔加压，压力气体则经型砂的孔隙、特别是经冒口和出气孔区  域的自由金属液表面压缩地作用于金属液。尽管使用砂型，但该方法还是费时，因为或者必须在砂型上设置一个完整的罩，或者在组装砂型时必须小心，使下箱和上箱以及其上安置的加压罩无缺陷地相互密封连接。

由US-A-2 960 736已知一种解决密封问题的方案，它是在冒口开孔上加装一个加压罩，加压罩具有一个密封环，密封环插入冒口内的金属液中。这种装置的缺点是，为了密封冒口的端部，必须形成一个相当大的金属液表面，而不依赖于所铸铸件的尺寸，这样，在将成品铸件与冒口分开之后，还必须熔化相当多的回炉料。

本发明的任务是，改进在一次性砂型中轻金属铸件在重力作用下的铸造，提高铸件的质量，特别是获得一种非常细密的组织，防止显微疏松，此外，减少以压铁形式出现的冒口料的体积。本发明中轻金属主要包括铝及铝合金。

本发明是通过这种方法完成上述任务的，即在铸型上安置一个至少在部分区域不透气的盖芯，该盖芯至少包括一个冒口，并且，在充型过程结束之后，立即对充有金属液的冒口用压力气体施加压力。

用本发明的方法，即使对一次性的砂型，也能够通过在压铁上施加一种辅助压力来改善，压实和细化凝固金属的组织，因为通过设置不透气的盖芯而能够直接导入压力气体。同时，和使用一次性铸型的传统铸造方法相比，本发明中压铁的体积或质量可减少约一半，从而可大大减少回炉料。本发明中“不透气的”的概念除了字义上的不透气外，还包括具有高的气流阻力的透气，该气流阻力在施加气压并具有合理的小的漏损时保证在金属液之上建立起所要求的压力。

本发明方法的其他有利方案在权利要求2-8中给出。在本发明方法的一个优选实施例中，对冒口中熔融金属的加压是在金属液处于第一临界凝固区期间进行的，也就是在金属液还热的时候进行，以便能够由施加的压力对整个型腔中仍为流态的金属液产生相应的影响。上述第一临界凝固区大约至500℃的轻金属液冷却温度，低于该温度施加压力作用有限(权利要求5、6)。

为了在充型过程结束、而填充的金属液还没有凝固的时候以简单的方式对胃口中的金属液加压，建议，在冒口和含有冒口的盖芯之上隔出一个空腔，密封该空腔并为其设置一个施加压力空气的接头(权利要求7)。在冒口加压结束之后，上述隔出的空腔可用于下一个方法步骤，即给冒口之上的空腔接通一个负压并同时将在高温铸造时主要由铸型逸出的气体吸走(权利要求8)。