CN101547760B - 用于铸造一种铸成件的铸造模具以及该铸造模具的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于铸造一种铸成件的铸造模具，特别是被用于铸造内燃发动机的发动机机体，以及一种此类铸造模具的应用，铸造模具由型砂制造的铸型部件1、2、3和型芯4、5、6、7组合而成，且至少包含一个型芯4、5、6、7来成型铸成件内部的空腔。根据本发明的铸造模具可以通过简单的方式来完成铸成件，所述铸成件包含至少一个局部的、狭窄的具有相对现有技术铸成件不同的结构的段。这是通过型芯4、5、6、7的一段是由冷铸件9构成，这一冷铸件是由导热性能远远高于由型砂制造的型芯4、5、6、7的段8导热性能的材料构成而实现的。

Description

用于铸造一种铸成件的铸造模具以及该铸造模具的应用

技术领域

本发明涉及一种用于铸造铸成件的铸造模具，所述铸造模具是由用型砂制造的铸型部件以及型芯组成，并且包含至少一个用于成型在铸成件内部的空腔的型芯。

背景技术

这种类型的铸造模具特别是被用于铸造内燃发动机的发动机机体。这种情况下，通过型芯在发动机机体铸成件内部成型出各个燃烧室，同时通过其他的铸型部件成型出发动机机体的顶部表面，在组装时则在这一顶部表面上放置并紧固作为附件的内燃机各个气缸盖。

在实际运作中，就在这一位于铸成件内部通过型芯成型的空腔与在其上安装附件的平面之间的区域上，会由于发热或者机械负载的影响而产生实质性的负载。由此导致的在围绕着空腔的铸造材料中产生的压力可以是如此的高，使得裂纹形成和断裂成为可能。这一问题在现代内燃发动机的轻金属或轻金属合金如铝或铝合金铸造的发动机机体上会特别严重。由于人们一方面对大功率的要求而另一方面这样的发动机还要尽可能轻的要求是越来越高，则特别在这一构型为气缸内腔或燃烧室内腔的朝向气缸盖的开口位置处，会承受巨大的负载，这样的负载会导致燃烧室内腔内表面上的局部材料破坏。而在带有紧密排列的多燃烧室的多缸发动机机体上，损坏则多出现在将多个气缸在气缸盖一端彼此分开的边缘位置上。在现代内燃发动机结构中，正是在这一部分上铸造材料的堆积是被减到最少，以便在优化能量利用过程中，通过尽可能的接近燃烧室设置而尽可能小的实现发动机机体的结构长度。

这样就需要设法通过以下手段提高铸成件上的在实际运作中特别承受强大负载的相关部段上的铸造材料的机械及热应力负载能力，即，使相关部段在铸造材料凝固过程中按设计方式冷却，由此在该处生成一种对抵御此类损坏有利的结构。

为了达到这一目的，例如，可通过在专利DE 192 33 529 C2中陈述的方法来用砂模以铝铸造发动机机体，发动机机体的气缸内腔通过置入砂模的黄铜制造的冷铸件来成型。由于冷铸件的金属材料比砂模表面具有更高的导热性能，铝会凝固在黄铜制造的冷铸件的表面上。由此而使得此处在足够深度上产生一种结构，这一结构在面对实际运作中气缸工作面上出现的负载时具有更高的稳定性。

采用已知的方法则根据以往的实际经验显示出，这一黄铜冷铸件在向各个铸造模具中注入熔液之前需要先被预热。否则的话就会存在这种风险，即注入的铸造金属在与型芯金属接触时过快凝固，而出现裂纹或断裂。冷铸件预热的需求不仅仅导致了高的生产成本，而且还带来了很大问题，即在内燃发动机燃烧室或称为气缸内腔中特定的、狭窄的区域内，来制造这一可承载在实际运作中出现的工作环境的特殊结构，是非常困难的。

发明内容

相对这些现有技术，本发明的任务是，实现一种铸造模具，所述铸造模具可以通过简单的方式来完成铸成件，所述铸成件包含至少一个局部的、狭窄的具有相对现有技术铸成件不同的结构的部段。除此之外，本发明还给出了一种此类铸造模具的有利的应用。

关于所述铸造模具及其有利的解决方案的具体实施方式在以下进行详细说明。

关于所述铸造模具的应用及其有利的应用具体实施方式也在以下进行详细说明。

根据本发明的铸造模具，在铸成件中成型每一单独内腔的型芯都是分为至少两段。其中第一段是通过一个冷铸件构成，而另一段则通常是由放置在砂型铸造区域中的型砂构成。所述型砂是根据已有技术由具有可流动性的基本构模材料和一种粘接剂混合而成。所述型砂混合物被在型芯成型工具中成型为各个铸型部件以及型芯，并通过合适的机械、化学和/或热处理方法加固，使得包含的铸型部件部分以及包含的型芯具有铸造流程所需足够的形状稳定性。

根据本发明被采用的作为成型内腔的型芯的一部分的冷铸件具有比构成型芯其他部段的型砂高出许多倍的导热性能。因此，在铸造模具这一灌入模具的金属熔体与冷铸件发生接触的区域处，会在局部的、狭窄的区域上发生快速冷却。通过选择冷铸件的材料和体积大小，这种情况下人们就可以直接对局部的狭窄区域上的冷却的速度，以及各个内腔内铸造金属散热量的大小施加影响。

在这种情况下，通过对铸造用冷铸件的选型可以以简单的方式通过铸件的结构设计来调整可实现加速热量散发的区域的膨胀。例如，如果在铸造发动机机体时，围绕着发动机机体内部成型的气缸内腔的铸造材料，为了在气缸内腔的某一段特定的部分长度上能形成一种特别能够负载的铸件结构并且能够被剧烈冷却，则一个成型气缸内腔的型芯被设计带有一个环形的冷铸件，而冷铸件的高度则对应于需要散热的气缸内腔部分的长度。

除了通过本发明实现的可行性方案(在铸成件中形成内腔的内表面区域中进行就地狭窄限定所实现的冷却)之外，本发明的另一对于实践起重要作用的优点在于，即根据本发明采用的冷铸件在置入前既不需要特殊的表面处理，也不需要预热。而且还显示出，例如通过冷铸件合适的材料选择和形状选择，即可将冷铸件以很简单的方式由铸造后凝固了的铸造材料中移除。另外，一个根据本发明的冷铸件，可在与铸造材料接触的表面上具有很好的表面质量，使得冷铸件不需要涂敷即可直接***到铸造模具中。这样，在根据本发明的铸造模具中，铸造材料与冷铸件直接接触，这样就可以实现迅速的热量排出，而不会被任何类似于绝缘层一类的中间层所阻碍。

这样本发明以这种方式实现了一种经济的生产铸成件的可能性，其中可以在铸成件的内部成型为空腔的某些区域中，在某些局部的、狭窄的区域处具有通过迅速冷却而产生的铸造结构。

这些根据本发明的设计方案而实现的属性，使得根据本发明的铸造模具非常适合于铸造大型的内燃发动机的发动机机体，其中其优点特别适合于铸造此类由轻金属合金特别如铝或铝合金制造的发动机部件。根据本发明，铸造发动机机体时，在每个气缸内腔上狭窄的局部区域上有目的的、强有力的冷却变得成本低廉。这种方法尤其在发动机机体需要冷却的部位是在位于各个气缸内腔与安装内燃机气缸盖安装面相结合处的时候，效果非常明显。借助本发明的帮助可在此处实现铸造材料在其凝固过程中按照所需的方式冷却，并由此而优化铸造材料在实际运作中所需要的某些材料属性。

本发明一种有利的变体，其冷铸件可采用铸铁制造。由铸铁制造的冷铸件可以成本低廉地生产，并具有一种根据本文力求得到的有利于实现工作目标的导热性能。

基于前文说明的原因，这种根据本发明的铸造模具，特别适用于生产这种铸成件，其在铸成件内部成型的空腔和一安装面之间的区域之间的区域上为了应对运作中出现的负载而需要具有特殊结构。本发明一种实践中相当重要的具体实施方式在下面示出，根据本发明的铸造模具的至少一个铸型部件用于成型一安装面，在其凝固后在这一安装面上可安装一附件，而带有冷铸件的型芯特别被限制在这一铸型部件上。为了确保实现所需要的局部的狭窄的区域上的快速冷却，这一冷铸件的导热性能要数倍高于成型安装面的铸型部件的导热性能。

冷铸件与成型铸成件中的空腔的型芯另一部段可通过如此方式，通过简单的操作而保障连接，即，其中冷铸件和型芯另一部段都成型有第一成型件，借助这些第一成型件使得冷铸件和型芯另一部段彼此形状匹配地彼此啮合。

如果冷铸件需要对铸成件的融入安装面的区域进行制冷，那么在冷铸件上至少成型有一个第二成型件时，而使该第二成型件形状匹配地啮合到相对成型的铸型部件的凹陷中去，会比较合适。

在这种情况下，该第二成型件构型为嵌入到铸型部件中去的一个突起。这种情况下，以这种方式嵌入到铸型部件中去的冷铸件，突入到铸成件上生成的安装面内去，使得这一部位上毛刺出现或者类似的铸造缺陷能被可靠地屏蔽掉。通过突起结构的内壁向冷铸件的纵轴斜切，所以型芯开口的直径在指向铸型部件的方向上是扩大的，这样还可额外获得冷铸件在铸造完成后取出过程变得更加轻松的好处。

特别是在根据本发明的铸造模具的大型机械应用中，如果带有冷铸件的型芯是通过一个探入型芯的芯撑来固定，会特别合适。一方面，这一芯撑可用于精确地固定型芯。而且，这一芯撑可在与一个合适的驱动装置连接后，实现型芯的自动安装。

由于在内燃发动机气缸内腔内工作面上会出现很高的磨损率，所以通常需要在发动机机体内铸造上所谓的“衬垫”。所述衬垫例如为灰铸铁预铸造的管状结构，其内径对应于在发动机机体内部成型的气缸内腔的内径，其内表面构成了加工完成后的发动机机体内的工作面(在实际运作中内燃发动机的气缸沿着这一工作面运动)。在根据本发明的铸造模具中，如果型芯在其外表面上承载着这样要铸入铸成件的衬垫，同时也可利用本发明的优点，使得衬垫直接铸造到铸成件中去。

附图说明

下面借助示出了本发明实施例的附图来陈述本发明。

本发明唯一的附图以示意图形式示出了一种用于铸造一种直列4缸内燃发动机的发动机机体的铸造模具G。

具体实施方式

这一铸造模具1是由多个不同的分别由型砂制造的铸型部件1、2、3和型芯4、5、6、7组合而成，其中每个型芯都是由一个由型砂预制的部段8和一个冷铸件9组成。

在图中上侧示出的铸型部件1即所谓的“炉底砂心”，这一砂心用于成型所铸造的发动机机体上也被称为“顶部表面”的安装面10，在内燃发动机组装过程中，在这一表面上固定安装图中未示出的气缸盖。与铸型部件1对置的铸型部件2即所谓的“曲柄室砂心”，这一砂心用于在所铸造的发动机机体内成型曲柄室。

所述型芯4、5、6、7各自被一芯撑11、12、13、14固定住。

芯撑11-14都连接到一未示出的驱动装置上，驱动装置将芯撑由一个安装位置处(在这一位置上可将型芯4、5、6、7安装到芯撑上)移出，运动到图中所示的位置上。突出进入到各个型芯4-7内的芯撑11-14前段15在这种情况下构型为在型芯4-7全部高度上向芯撑自由末端方向呈圆锥形缩小的形状，来使得芯撑11-14能够在铸造过程结束后可以从型芯4-7中无障碍的拔出。

型芯4-7由型砂制造的部段8具有一个杯状结构，杯状结构环绕的内部空腔吻合于芯撑11-14的前段15的形状，使得对应的前段15形状匹配地座于这一内部空腔内。此处，在前段15的前端面处，各自设置有突起部16以中心布置在各型芯4-7的端面上，这一突出部嵌入到对应成型的铸型部件2的凹陷17内，并同样也形状匹配地座于凹陷内。

在对应的另一侧，面向于整块制造的灰铸铁制造的冷铸件9，型芯4-7的部段8各自拥有一个环形凹带18，一条在冷铸件9朝向部段8一侧端面上成型的环形突起19突起嵌入这一凹带。通过这种方式，型芯4-7的冷铸件9与由型砂制造的各型芯4-7部段8形状匹配地啮合在一起。

其中冷铸件9具有一个环形结构。这一环状结构环绕的空腔，其形状各自匹配于芯撑11-14的前段15的突起朝向环状空腔的一面，这样冷铸件9就可以同样突起嵌入到这一环状结构，使得芯撑11-14可以形状匹配地啮合其上。

在冷铸件朝向铸型部件1的上端边缘上，每个冷铸件9上设置有一个环形突起20，其外向表面如同突起19，在每一独立的冷铸件9上都平滑的对应于主段的环形面21。

冷铸件9具有在指向自身突起19自由端方向上轻微收缩的圆锥结构。为此，冷铸件9共有环绕面21以最少为2度的倾角向自身与芯撑11-14纵轴叠合的纵轴收缩。同样，冷铸件9的内表面也是如此收缩。所述冷铸件的圆锥状外形可简化冷铸件9从衬垫22中拔出的操作。所述衬垫被型芯4-7各自形状匹配地固定住，并且在铸造凝固之后，保持在铸造入铸造模具G的发动机机体内部。在这一铸造的发动机机体中，衬垫22环绕着由型芯4-7在发动机机体内成型的气缸内腔。

冷铸件9的突起20的高度设定为，使得在型芯4-7和铸型部件1-3各自安装定位到铸造模具G内之后，各自通过安装面10准确地啮合到形状匹配的铸型部件1凹陷23内去。通过这种方式，毛刺的形成就可在这一铸造发动机机体的气缸内腔开口的区域中被可靠屏蔽掉。

在铸造模具G中，按众知的方式构造了图中未示出的供料器和供料通道，通过它们铝熔体流入到铸造模具G环绕的模具型腔24中。其中在模具型腔24与冷铸件9邻近的空腔25中的熔体，可通过衬垫22和各个冷铸件9迅速排出热量，因此比在模具型腔24其他部分处的熔体会更快的凝固。这样在所铸造发动机机体的区域25处形成了定向的、优化的结构，由此使得发动机机体在靠近安装面10的这一段上，在运行中将要面对重负载的部位，能够可靠地应对实际运作中出现的热应力负载和机械负载。

参考标识

1、2、3    铸型部件

4-7        型芯

8          型芯4-7由型砂制造的部段

9          冷铸件

10         安装面

11-14      芯撑

15         芯撑11-14的前段

16         部段8的端面突起

17         铸型部件2的凹陷

18         部段8的凹带

19         冷铸件9的突起

20         冷铸件9的突起

21         冷铸件9主段的环形面

22         衬垫

23         铸型部件1的凹陷

24         模具型腔

25         模具型腔24与冷铸件9邻近的空腔

G          铸造模具

L          冷铸件9的纵轴

Claims (15)

1.一种用于铸造铸成件的铸造模具，铸造模具由型砂制造的铸型部件(1、2、3)和型芯(4、5、6、7)组合而成，且具有至少一个用于成型铸成件的内部空腔的型芯(4、5、6、7)，其特征在于，

型芯(4、5、6、7)的一个部段是由冷铸件(9)构成，所述冷铸件由一种材料制成，所述材料的导热性能要远高于其他由型砂制造的型芯(4、5、6、7)的部段(8)的材料的导热性能。

2.根据权利要求1所述的铸造模具，其特征在于，所述冷铸件(9)是由铸铁制造。

3.根据权利要求1或2所述的铸造模具，其特征在于，至少一个其铸型部件(1)在铸成件上成型一个安装面(10)，在所述安装面上可在铸成件凝固之后在铸成件上安装上一个附件，用于限制住所述成型有安装面的铸型部件(1)处的型芯(4、5、6、7)。

4.根据权利要求3所述的铸造模具，其特征在于，冷铸件(9)的导热性能要远高于成型安装面(10)的铸型部件(1)的导热性能。

5.根据权利要求1所述的铸造模具，其特征在于，在冷铸件(9)和型芯(4、5、6、7)的其他部段(8)上构造有至少一个使冷铸件(9)和型芯(4、5、6、7)的其他部段(8)形状匹配连接的第一成型件(19)。

6.根据权利要求1所述的铸造模具，其特征在于，在冷铸件(9)构造有至少一个形状匹配地啮合到与所述铸型部件(1)相对应成型的凹陷(23)中的第二成型件(20)。

7.根据权利要求6所述的铸造模具，其特征在于，所述第二成型件成型为啮合到所述铸型部件(1)中的突起(20)。

8.根据权利要求7所述的铸造模具，其特征在于，所述突起(20)的内表面向冷铸件(9)的纵轴(L)斜切。

9.根据权利要求7或8所述的铸造模具，其特征在于，所述突起通过安装面(10)啮合到铸型部件(1)中。

10.根据权利要求1所述的铸造模具，其特征在于，带有冷铸件(9)的型芯(4、5、6、7)被一根探入型芯(4、5、6、7)的芯撑(11、12、13、14)固定住。

11.一种根据前述权利要求1到10任一项所述的铸造模具(G)的应用，用于铸造内燃发动机的发动机机体。

12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，铸造材料采用轻金属或轻金属合金。

13.根据权利要求11或12所述的应用，其特征在于，铸造模具(G)的型芯(4、5、6、7)在其外表面上承载着一个衬垫(22)，所述衬垫在完成后的铸成件内用于成型由型芯(4、5、6、7)成型的内腔的内壁。

14.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，铸造模具(G)的型芯(4、5、6、7)用于成型发动机机体的气缸内腔。

15.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，在铸成件凝固之后于在该铸成件上成型的安装面上安装一气缸盖。