用于制造内燃机的活塞的铸造工具及方法技术

本发明专利技术涉及一种用于活塞(2)的铸造工具(1)，其包括铸造模具(3)和具有用于将熔化的金属(4)供给到铸造模具(3)中的进料件(6)的铸造基体(5)。在此对于本发明专利技术必要的是，设置有优选环形的、布置在铸造基体(5)中、围绕进料件(6)延伸并距其径向距离的沟槽(8)，包括用于以如下方式使熔化的金属(4)形成为环形的密封肋(10)的内沟槽侧面(9)：当沟槽(8)中的熔化的金属(4)固化时密封肋(10)的内肋侧面(11)与内沟槽侧面(9)处于密封效果，和/或设置有优选环形的、布置在铸造基体(5)中、围绕进料件(6)延伸并距其径向距离的卡箍(12)，意在形成密封沟槽(14)，当熔化的金属固化时，密封沟槽(14)的外沟槽侧面(15)与卡箍的外侧面(13)处于密封效果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
根据权利要求1的前序部分，本专利技术涉及用于制造活塞的铸造工具。本专利技术还涉及对应的用于制造这种活塞的方法。
技术介绍
在机械工程中，流体能量机已知为活塞发动机，在流体能量机中，汽缸中的活塞经由连接杆的传递执行周期直线运动。可能最普遍的活塞发动机类型为往复活塞式发动机，其将气体体积的改变转化为所描述的活塞的直线运动，并且经由连接杆和曲柄还将后者转化为旋转运动。在活塞发动机、内燃机的可能的最常见的变形中，活塞具有用于此目的的燃烧凹槽。根据现有技术，合适的活塞通常通过成型加工制造，特别是通过专用的铸造技术。硬模铸造已经被证明是特别合适的，所述硬模铸造从金属加工已知，在所述金属加工中熔体经由顶部的浇口被铸造到已知为模具的金属硬模中，并且金属硬模的空腔实质上只通过重力或通过外力施加而填充。补偿在发动机的运转期间在燃烧凹槽的边缘区域产生的极高热负荷在此已经证明是有问题的，这能够导致活塞中的裂缝的形成的不利条件。关于该问题背景，例如，从现有技术中已知冷却的环支撑件的使用。凹槽的边缘通过嵌入的陶瓷纤维被愈加地加强。为此目的挤压铸造方法或者机器人辅助中压模铸方法(RMD)现在被用作硬模铸造方法，从而通过熔化的铝确保陶瓷纤维的完全渗入，并且因此促进陶瓷纤维合并到金属结构中。从DE102004052231A1和EP1804985B1中的对应的公开已知对应的方法。两篇文献均涉及活塞的批量制造的方法，其中铸造金属经由供给区域被引入到具有冒口和至少一个进料件的铸造模中，其中可想到的是，在活塞坯料的铸造后，进料件套筒的向上开口端的开口经受作用在铸造熔体上的气体压力。进料件的密封性通过使用“卡箍进料件”而确保。该方法的一个实施例的特征在于，在活塞铸造工具的填充后，等待通过固化的铸造熔体而形成的边缘壳体的形成。冒口和进料件套筒的特定实施例导致在该固化阶段在进料件附近的卡箍的形成，使得在进料件的喉口和卡箍之间形成密封表面，这将进料物保持在适当的位置。在此发现的一个关键的因素是进料材料的密封压力，所述进料材料通常由诸如陶瓷的隔热且机械性能较弱的材料组成。边缘壳体在进料件中的形成相对于铸造工具在功能上具有延迟地发生。因此本专利技术的基本目标是以在用于活塞的耐用的铸造加工中能够制造高质量活塞的方式提供改进的铸造工具。
技术实现思路
根据本专利技术，该问题通过独立权利要求的主题解决。有益的实施例形成从属权利要求的主题。因此，本专利技术基于向在铸造方法的背景中使用的冒口添加优选环形的围绕进料件延伸的沟槽，或者优选环形的围绕进料件延伸的卡箍的基本构思，沟槽或卡箍进一步以距离进料件径向距离地布置。经由进料件或入口被供给到铸造模具中的铸造熔体能够在该沟槽中固化，例如，从而形成圆周的密封肋，所述密封肋的内侧面与对应的沟槽的内侧面保持密封效果。在固化期间，铸造熔体收缩到沟槽侧面上，特别是在诸如铝熔体和钢模具之间的不同热膨胀系数的情况下。在通常由钢形成的头模具(headmold)的情况下，钢的高导热率带来熔体在接触点的快速的冷却和固化，并且这能够导致具有以柱状晶粒的形式固化的良好微结构的形成的定向的固化。铸造熔体的仍然熔化的部分被保持在合适的位置并且被防止通过两个侧面之间的表面接触从头模(headdie)过早地显现，甚至在经由进料件的熔体的加压的优选但非必要的情况下。在经由进料件的加压期间沟槽表面还用作密闭表面。特别有益的是，如果由于进料件材料的好的热绝缘性，进料件中的熔体尚未形成稳定边缘壳体，并且因此熔化的熔体能够渗入多孔的插入件，例如，为了凹槽边缘加强，通过经由进料件的加压。在熔体的加压的同时，特别是在多孔的插入件的渗入期间，已经证明有益且优选的是，热装工件(shrunk-onworkpiece)中的燃烧室凹槽的形成也能够没有加压地发生，并且根据本专利技术，能够通过快速冷却带来定向的固化。根据本专利技术的铸造工具中的特别有益的是圆周的沟槽或圆周的卡箍距离进料件径向距离并且与后者分开布置的事实，其结果是进料件在铸造熔体的固化期间进料件本身并不由铸造熔体上的收缩而受力，例如，如DE102004052231A1中的进料件的情况。在该情况下，根据本专利技术的用于活塞的铸造工具包括所提及的用于由铸造熔体形成活塞的铸造模具，具有居中布置的用于将铸造熔体供给到铸造模具中的冒口，以及开口到进料件中用于在铸造模具内压缩铸造熔体的目的的加压气体管线。优选环形的，特别是圆环形的围绕进料件延伸并距其径向距离的沟槽，和/或优选环形的，特别是圆环形的围绕进料件延伸并距其径向距离的卡箍可选择地在此设置在冒口中。沟槽具有以如下方式将铸造熔体形成为环形密封肋的内沟槽侧面：当铸造熔体在沟槽中固化时密封肋的内肋侧面与内沟槽侧面保持密封效果，然而卡箍具有以如下方式将铸造熔体形成为环形密封沟槽的外卡箍侧面：当铸造熔体固化时密封沟槽的外沟槽侧面与外卡箍侧面保持密封效果。与那些补充实施例共同的是在铸造熔体的固化期间进料件上不存在负荷的事实，特别是如从DE102004052231A1已知的进料件卡箍，并且在进料件中不存在过早的固化。为了实现活塞的有益的轻量化设计，例如可以考虑合适的铝合金作为铸造熔体的使用。通过经熔化被引入到液化的铝中的具体合金元素的选择，能够选择性地影响诸如硬度，振动吸收，粗糙度以及用于机加工的活塞坯料的机械特性的性能。由于其低粘度，低收缩量以及其他积极的铸造性能，例如铝硅合金已经证明作为轻金属铸造熔体是合适的，所述轻金属铸造熔体具有其大约12％的重量的硅含量的共晶成分。在此针对建议的方法推荐亚共晶或微亚共晶的混合比例，给予由此产生的铝合金固化区域，在所述固化区域中，除了铸造熔体还已经存在小比例的固相。以这种方式，在早期实现了固化的肋的根据本专利技术的密封效果。增加至6％的重量的铜，3％的重量的镍以及1％的重量的镁也可以被认为是对于额外地增加活塞坯料的强度的权宜之计。在所有情况下，合金的比例以重量百分比给出。本专利技术还基于如下的主要构思：在通过经由铸造工具的分别的入口引入铸造熔体的多部分铸造工具制造活塞的方法的情况下，其中铸造熔体在冒口内通过开口到进料件中的加压气体管线而经受压力。在该情况下，由于固化的熔体的收缩以及出现的任何多孔的插入件的渗入，失去的体积被从进料件供给至铸造模具。在该过程期间，铸造熔体于在冒口中围绕进料件延伸并距其径向距离的沟槽中固化为环形的密封肋，使得密封肋的内肋侧面与活塞铸造工具的沟槽的内沟槽侧面保持密封效果。作为替代，也能够在冒口上代替沟槽设置卡箍或除了沟槽还设置卡箍，其结果是，铸造熔体在该环形的卡箍处距进料件径向距离地固化，以给予环形的密封沟槽，以便密封沟槽的外沟槽侧面与活塞铸造工具的卡箍的外卡箍侧面保持密封效果。两个实施例共同的是在铸造熔体的固化期间没有机械负荷通过热压过程施加在进料件上；取而代之地，热装铸件通过经由密封表面施加的压力而直接支撑在冒口上，并且同时，带来沿着密封表面的密封。如果冒口的卡箍在其轮廓中已经尽可能地接近随后的燃烧凹陷(特别是凹陷边缘和颈部)的形状，则获得特别有益的实施例。通过在接近沟槽或卡箍的冒口中引入冷却通道，或者通过在收缩压力下与密封表面处的表面接触共同的合适的冷却，能够加速热量从熔体的移除。在接触表面周围，这导致提高的湿度特性，并且结果，由于加速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于活塞(2)的铸造工具(1)，具有‑铸造模具(3)，其用于由铸造熔体(4)形成活塞(2)，以及‑冒口(5)，其具有进料件(6)，所述进料件(6)用于将所述铸造熔体(4)供给到所述铸造模具(3)中，其特征在于，‑设置有优选环形的沟槽(8)，其布置在所述冒口(5)中，围绕所述进料件(6)延伸并距其径向距离，具有内沟槽侧面(9)，其用于以如下方式将所述铸造熔体(4)形成为圆周的、优选环形的密封肋(10)：当所述铸造熔体(4)在所述沟槽(8)中固化时所述密封肋(10)的内肋侧面(11)与所述内沟槽侧面(9)保持密封效果，和/或‑设置有优选环形的卡箍(12)，其布置在所述冒口(5)中，围绕所述进料件(6)延伸并距其径向距离，具有外卡箍侧面(13)，其用于以如下方式形成铸造熔体(4)以给予圆周的、优选环形的密封沟槽(14)：当所述铸造熔体(4)固化时所述密封沟槽(14)的外沟槽侧面(15)与所述外卡箍侧面(13)保持密封效果。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.20 DE 102014216517.21.一种用于活塞(2)的铸造工具(1)，具有-铸造模具(3)，其用于由铸造熔体(4)形成活塞(2)，以及-冒口(5)，其具有进料件(6)，所述进料件(6)用于将所述铸造熔体(4)供给到所述铸造模具(3)中，其特征在于，-设置有优选环形的沟槽(8)，其布置在所述冒口(5)中，围绕所述进料件(6)延伸并距其径向距离，具有内沟槽侧面(9)，其用于以如下方式将所述铸造熔体(4)形成为圆周的、优选环形的密封肋(10)：当所述铸造熔体(4)在所述沟槽(8)中固化时所述密封肋(10)的内肋侧面(11)与所述内沟槽侧面(9)保持密封效果，和/或-设置有优选环形的卡箍(12)，其布置在所述冒口(5)中，围绕所述进料件(6)延伸并距其径向距离，具有外卡箍侧面(13)，其用于以如下方式形成铸造熔体(4)以给予圆周的、优选环形的密封沟槽(14)：当所述铸造熔体(4)固化时所述密封沟槽(14)的外沟槽侧面(15)与所述外卡箍侧面(13)保持密封效果。2.如权利要求1所述的铸造工具，其特征在于，所述铸造工具(1)具有加压气体管线(7)，所述加压气体管线(7)为了在所述铸造模具(3)内压缩所述铸造熔体(4)的目的而开口到所述进料件(6)中。3.如权利要求1或2所述的铸造工具，其特征在于，所述沟槽侧面(9)或所述卡箍侧面(13)相对于所述冒口(5)的表面的垂直轴(16)具有在3°和20°之间，优选在10°和15°之间的斜角(α)。4.如权利要求1至3中的一项所述的铸造工具，其特征在于，所述冒口具有设计为运载所述沟槽(8)和/或所述卡箍(12)的区域中的冷媒的通道。5.一种用于通过多部分铸造工具(1)制造活塞(2)的方法，其中-通过入口(...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌多·罗特曼，于尔根·盖塞，马丁·吕勒，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE