铸造金属空心铸件用的铸模和方法以及空心铸件技术

用浇注材料（６）铸造金属空心铸件用的一种铸模具有一个用来将浇注材料（６）注入一个浇注空间（５）的冒口（４），该浇注空间由成型面（７，８，９）界定并容纳浇注材料（６）。该铸模（１）包括一个金属型（３）和一个砂型（２），其中金属型（３）具有第一成型面（９），而砂型（２）则具有其余决定性的成型面（７，８）。在铸造金属空心件的一种方法中，空心铸件的外形在第一范围内由一个金属型（３）铸成，而在第二范围内则由一个砂型（２）铸成。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属空心铸件铸造用的一种铸模和方法以及一种用这种铸模或这种方法铸造的具有两个不同壁厚范围的铸件。特别是，本专利技术涉及活塞式内燃机尤其是大型柴油机的气缸衬筒铸造用的一种铸模和方法。例如在造船业中所用的活塞式内燃机特别是大型柴油机中的气缸衬筒在运行状态下经受极大的机械负荷和热负荷。特别是在燃料混合物的燃烧区气缸衬筒经受高压和高温。所以气缸衬筒特别是在燃烧区必须具有高强度，才能经受住燃料混合物燃烧时产生的应力。为了提高运行状态下燃料混合物燃料范围内气缸衬筒的强度，通常都将该范围的气缸衬筒设计成较厚的壁。亦即这样的气缸套筒主要具有明显不同壁厚的两个范围第一个范围具有较厚的壁，下面称它为领子范围，第二个范围具有较薄的壁，下面则称它为衬衫范围。内燃机的气缸衬筒一般用铸铁特别是灰铸铁合金的铸造方法进行铸造。除了作为铸造材料使用的合金的化学成份外，铸造材料的凝固过程也对气缸衬筒的物理性能和冶金性能例如组织结构、强度、延伸率、摩擦性能有重大的影响。所以所用的铸模或铸造方法对气缸衬筒的性能具有重大的意义。从先有技术知道气缸衬筒的铸造有两种不同的铸造方法。一种是砂型铸造法，此法是将液态铸造材料浇入事先按铸件要求的形状制成的砂型中，必要时考虑加工留量。这种砂型用添加粘结剂的石英砂或别的砂类矿物材料例如通过化学或热硬化制成，而且一般只使用一次。但这种方法铸造的气缸衬筒的缺点是，气缸衬筒例如在其组织结构、强度和延伸率方面总是越来越不能满足现代活塞式内燃机尤其是大功率活塞式内燃机提出的诸多要求，这一缺点主要是由于砂型中浇注材料的凝固过程特别是凝固时间从冶金角度看是不理想的。第二种铸造方法即所谓金属型铸造法，这种方法通常采用由铸铁制成的铸模(金属型)，液态的铸材料浇入其中，即这时铸件通过铸造材料在一个金属模中凝固而成。这种金属型一般可多次使用。但这种金属型制造法使铸造的铸件外形受到相当大的几何形状的限制，因为在铸件凝固或冷却后必须从铸件上拆掉金属型。由于这个边缘条件，金属型铸造法一般不可能以可接受的费用铸出铸件外形的详细几何形状，因此在铸造例如气缸衬筒时，铸件必须有相当大的加工留量，然后才能达到气缸衬筒的要求外形，亦即铸件在其外形上与要求的最终产品通常还有相当大的差别。这就需要大量时间和费用来进行再加工例如用切削的加工方法把大量的材料切削掉。这样大的加工留量造成对铸造材料的明显增加，因而从经济观点看也是不可取的。特别是在铸造很大的铸件例如现代大功率的大型发动机的气缸衬筒时，金属铸模的重量也会带来许多问题。一个浇注了铸造材料的这种金属铸模例如高达几十吨重，许多铸造厂都没有配备足够大的起重设备来搬运这种浇铸完的金属铸模，例如把它运送到另一个地方去冷却或脱模。这就需要大规模的和花费大的改造工作来装配足够大的起重设备。本专利技术的任务是，根据上述先有技术提出金属空心铸件铸造用的一种铸模和方法，这种铸模和方法可实现铸造材料尽可能理想的空间和时间的凝固过程，同时只用相当小的加工留量即可。特别是，本专利技术的任务是提出这种一种铸模和方法，即用相当小的加工留量变能铸造活塞式内燃机尤其是大型柴油机的气缸衬筒，这种衬筒在其承载能力(例如强度、延伸率)方面也能满足现代大功率柴油机的种种要求。解决这些问题的装置和方法上的本专利技术的本质具有相应独立权利要求所属的特征。用一种铸造材料来铸造金属空心铸件特别是铸造活塞式内燃机尤其是大型柴油机的气缸衬筒的本专利技术的铸模具有一个浇口来把铸造材料浇入一个铸造空间中，该空间由成型面限定并容纳铸造材料。本专利技术包括一个金属铸模和一个砂型，其中金属铸模具有第一成型面，而砂型则具有其余的决定性的成型面。令人惊异的是，本专利技术的铸模和本专利技术的方法既具有砂型铸造法的优点，又具有金属型铸造法的优点，而又不忍受上述的诸多缺点。正如后面还要详细叙述的那样，通过本专利技术金属铸模与砂型的组合可使铸造材料的空间和时间凝固过程达到最佳程度，从而使空心铸件的机械承载能力(例如它的强度和硬度)明显高于例如用常规砂型铸造法或砂型铸造的铸件。同时本专利技术的铸模砂型在其用于本专利技术方法时对由它铸成的空心铸件范围的外形具有很高的灵活性，所以只需相当小的加工留量。本专利技术铸模的金属铸模最好作成整体，因为这样可以避免在两个相邻金属铸模部分之间的界面上可能出现的热引起的空心铸件的损坏。最好金属铸模具有流体介质特别是空气的导管，以便进行散热和/或供热。这一措施是有利的，因为金属铸模在液态铸造材料浇入之前可用简单的方式即例如将热空气吹入导管进行预热。此外，热的金属铸模可在空心铸件脱模后例如用冷空气简单而快速地进行冷却，从而在短时间后又可进行一次新的浇注过程。也存在这样的有利的可能性，即在铸造材料浇入过程中和/或浇入以后实现金属铸模的散热。在一个优选实施例中，砂型包括一个砂芯和一个砂箱，其中，浇注空间一方面由砂芯，另一方面由砂箱和金属铸模界定。金属铸模最好是一个具有一内壁和一底部的一侧敞口的容器，其中，内壁和底部的至少一部分构成第一成型面。通过这一措施可在金属铸模和铸造材料之间形成尽可能大的接触面，从而改善尤其是加速铸造材料和金属铸模之间的传热。如果金属铸模的底部有一个槽，且砂芯一直伸入该槽中，这也是有利的。这样，砂芯就以简单的方式相对于砂箱和金属铸模定中心，从而保证空心铸件的径向对称。如果将铸模设计成使砂芯和金属铸模内壁之间的距离大于砂芯和砂箱之间的距离，这对铸造气缸衬筒是特别有利的。这样，在金属铸模中铸成空心铸件的厚壁范围即相当于气缸衬筒的领子范围。这对空心铸件的凝固过程是特别有利的，因为由于金属铸模而可使厚壁范围(领子范围)的凝固速度至少等于甚至高于用砂型铸成的薄壁范围(衬衣范围)的凝固速度。把金属铸模设计成与由它包围的铸模的相应范围相适应，这对空间和时间的凝固过程是特别有利的。这意味着尤其是在铸造气缸衬筒时设计金属铸模必须考虑空心铸件厚壁范围的尺寸。因此，最好采取下列措施-第一成型面构成铸模相应面积的一半左右，该相应面积界定由金属铸模包围的范围内的浇注空间，从而形成大的接触面，热量可通过这些接触面从浇注材料流入金属模中。-对空心铸件的冷却起重量作用的金属模的材料体积至少等于被金属模包围的浇注空间的范围的体积。所以保证了金属模足够的热容量来实现厚壁范围内的快速凝固。-金属铸模的壁厚小于砂芯和金属铸模内壁之间的距离的1.5倍，特别是0.9倍左右。本专利技术方法用来铸造金属空心铸件特别是活塞式内燃机尤其是大型柴油机的气缸衬筒，空心铸件具有第一和第二范围，而且第一范围的空心铸件的壁厚比第二范围的厚。根据本专利技术的方法，浇注材料浇入铸模中并在铸模中凝固，而且空心铸件的外形在第一范围由金属铸模铸成，而在第二范围内则由砂型铸成。由于上面提及的与本专利技术铸模有关联的原因，注意下列问题对本专利技术方法也是有利的-为了铸成第一范围内空心铸件的外形，采用整体金属铸模；-在浇入浇注材料之前用一种流体介质特别是空气加热金属铸模；-在浇注材料的浇注过程中和/或浇注以后用一种流体介质特别是空气冷却金属铸模。本专利技术的铸模或本专利技术的方法特别适用于铸造具有两个不同壁厚范围的活塞式内燃机尤其是大型柴油机的气缸衬筒。本专利技术的铸模特别适用于实施本专利技术的方法。其他有利措施和有利的工艺改进可从各项从属权利要求中得出。本文档来自技高网...

【技术保护点】
用浇注材料（６）铸造金属空心铸件、特别是铸造活塞式内燃机尤指大型柴油机的气缸衬筒的铸模，具有一个用来把浇注材料（６）浇入浇注空间（５）的浇口（４），该浇注空间由成型面（７、８、９）界定并容纳浇注材料（６），其特征在于，该铸模（１）包括一个金属型（３）和一个砂型（２），其中，金属型（３）具有第一成型面（９），而砂型（２）则具有其余的决定性的成型面（７、８）。

【技术特征摘要】
EP 1997-4-15 97810226.71.用浇注材料(6)铸造金属空心铸件、特别是铸造活塞式内燃机尤指大型柴油机的气缸衬筒的铸模，具有一个用来把浇注材料(6)浇入浇注空间(5)的浇口(4)，该浇注空间由成型面(7、8、9)界定并容纳浇注材料(6)，其特征在于，该铸模(1)包括一个金属型(3)和一个砂型(2)，其中，金属型(3)具有第一成型面(9)，而砂型(2)则具有其余的决定性的成型面(7、8)。2.按权利要求1的铸模，其特征在于，在该铸模中的金属型(3)作成整体。3.按前述任一项权利要求的铸模，其特征在于，金属型(3)具有一种流体介质特别是空气的导管(33；331，332)，以进行散热和/或供热。4.按前述权利要求任一项的铸模，其特征在于，该铸模中的砂型(2)包括一个砂芯(21)和一个砂箱(22)，其中，浇注空间(5)一方面由砂芯(21)界定，另一方面又由砂箱(22)以及金属型(3)界定。5.按前述任一项权利要求的铸模，其特征在于，该铸模中的金属型(3)是一个具有一内壁(31)和一底部(32)的一侧敞口的容器，其中内壁(31)和底部(32)的至少一部分(32a)构成第一成型面(9)。6.按权利要求5的铸模，其特征在于，金属型(3)的底部(32)具有一个凹槽(322)，而且砂芯(21)伸入这个凹槽(322)中。7.按权利要求5或6的铸模，其特征在于，砂芯(21)和金属型(3)的内壁(31)之间的距离大于砂芯(21)和砂箱(22)之间的距离。8.按权利要求5至7任一项的铸模，其特征在于，第一成型面(9)大致构成铸模(1)的这些面积的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G哈贝格，
申请(专利权)人：瓦特西拉瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]