由金属熔体通过铸造工艺制造铸件的方法技术领域
本发明涉及一种由金属熔体通过铸造工艺制造铸件的方法。
背景技术
由金属熔体铸造铸件过程中的基本问题在于，用熔融的材料这样进行模具灌注，
即在铸件中出现尽可能少的空气和氧化物夹杂物。除此之外，在许多应用中期望确定的凝
固过程，以实现满足对于机械性能的分配的各个要求的微观结构。
特别是在铸造铝合金的过程中这里需要补充，熔体应以尽可能顺畅的方式从熔融
槽或者铸造容器中到达模具中。以这种方式防止了合金组分与周围氧气反应并且形成硬的
氧化物。同时应当在铸造过程中使温度损失最小，以确保优化的微观结构。这些要求相反会
产生危险，即在熔体的快速的灌注过程中在熔体流中产生显著的紊流并在铸件中将气体包
围，由此在铸件中防止了优化的结构的形成。
特别是在用轻金属熔体、特别是基于铝的熔体制造内燃机所必需的部件、例如汽
缸头或曲轴箱的铸造的领域中，各个铸模以紊流小的方式“平稳的”灌注是特别重要的。因
此，将氧化物和其他杂质的量最小，这些物质浮在铸模中待灌注的熔体体积上并且否则在
浇铸过程中到达铸模中。为了达到这个效果，过去已经研发了所谓的“倾斜浇铸”的大量的
变体。
已知的倾斜浇铸方法的共同的特征在于，铸模通过与其对接的熔体容器这样灌
注，即铸模与熔体容器从开始位置围绕转动轴转动到终止位置，在开始位置上用待浇铸的
熔体灌注熔体容器，从而由于这种转动运动使熔体流入铸模中。
从EP1155763A1中已知的倾斜浇铸的变体中，将一种具有指向上方的注入侧的铸
模安装到基板上并且随后与基板以大约180°围绕水平的转动轴转动，直到铸模的注入侧指
向下方。接下来，铸造容器以其排出口密封地对接到铸模的注入侧上，用足够用于灌注铸模
的熔体灌注该铸造容器。铸模就此与在其上紧贴的铸造容器一起以大约180°围绕水平定向
的转动轴转动，这样铸造容器中的熔体流入铸模中。如果注入过程结束，铸造容器能够与铸
模分离。这种类型的方法由于宽的转动路径也称为转动浇铸方法。
DE102004015649B3中已知另一种用于倾斜浇铸的方法，该方法用轻金属，特别是
铝合金组成的部件进行铸造。在该方法中，头部铸件中的熔体灌注到位于铸模的纵向侧面
上的横向通道中。对此铸模首先以45°到70°的角度围绕其水平定向的纵轴倾斜。随后在该
横向通道中开始液态的熔体的灌注，直到大约五分之一的对于部件铸造必须的熔体灌注到
横向通道中，而熔体不会流入铸模的模型空腔中。之后，铸模通过连续的再装满熔体这样由
倾斜的位置转动到垂直位置，即使熔体沿着铸模壁流入模型空腔中。
DE102008015856A1中已知用于根据倾斜浇铸工艺铸造由轻金属浇铸部件的另一
方法变体。在这种方法中将熔体灌注到与铸模对应的组件中。熔体从这种组件中在铸模的
倾斜运动时流入模型空腔中。通过铸模从终止位置起通过对应的铸造机以最大90°围绕水
平定向的转动轴转动到开始位置并且通过随后铸模能够在0°到90°区域中移动，具有良好
的结构构造的几何形状严格要求的部件应当在短的周期内在凝固过程中铸造。
最后，DE102010022343A1中已知一种用于倾斜浇铸部件的方法，其中第一加工步
骤中铸模从基本位置以指向上方的注入侧在第一转动方向上以第一转动角度转动到第一
转动位置，铸模限定出用于容纳金属熔体的模具空腔和至少一个浇口。随后，为了铸造新的
铸件准备铸模，其中将其清洁，可选涂覆并且最后装配铸芯。接着在与第一转动方向相反的
第二转动方向上转动铸模。在此其经过基本位置并且转动直到第二转动位置，在第二转动
位置上铸模相对于基本位置具有第二转动角度。随后用提供用于部件的浇铸的液态的金属
熔体灌注至少一个浇口。接下来，铸模和浇口一起在相反方向上这样转动到基本位置，即第
二转动位置和基本位置之间的液态的熔体以分层的方式流入铸模的模具空腔中。倾斜浇铸
的这种变体的优点在于，浇口设置为离操作者相对远并且这样作用于操作者的热辐射相对
小。同时，这种已知的用于倾斜浇铸的方法也应该在较短的周期和因此较高的产量情况下
能够以铸造工艺制造更高质量的铸件。
发明内容
在之前阐述的现有技术的背景下，本发明的目的在于，提供一种通过铸造工艺制
造铸件的方法，其中进一步优化的模具灌注和伴随的优化的凝固过程确保了铸件的最佳的
质量。
根据本发明该目的这样实现，即在用金属熔体铸造铸件的过程中完成权利要求1
给出的加工步骤。
在根据本发明的用于用金属熔体通过铸造工艺制造铸件方法中，相应地使用铸
模，该铸模在铸造机中围绕水平定向的转动轴能够转动的方式安装并且在此包围塑造了各
个待铸造的铸件的模具空腔以及具有在其一侧邻接模具空腔的盖部、与盖部邻接的参考侧
壁、和底部，在盖部上设置至少一个用于引入金属熔体到模具空腔中的注入口，参考侧壁以
壁平面在其一侧邻接模具空腔，在壁平面中参考侧壁的轴向平行于转动轴延伸的主平面这
样设置，即其方向近似壁平面的方向的中间，壁平面同样分别在平行于转动轴定向的方向
上延伸，底部的对应于模具空腔的底面塑造了铸件的底侧的末端。
另外，根据本发明使用中间包，其在其用于将金属熔体浇铸到中间包中的注入侧
上和与注入侧以及中间包的底部邻接的倒出侧上分别至少局部地开放，通过倒出侧灌注到
中间包中的金属熔体在铸造操作中从中间包流出到铸模中。
根据本发明，在第一加工步骤中随后这样在铸模上设置中间包，即其倒出侧在铸
模的盖部上紧贴并且中间包的底部对应参考侧壁，其中铸模的注入口和倒出侧的开放的区
段至少互相重合。
随后，将铸模转动到注入位置，在注入位置上，参考侧壁的主平面与待灌注到中间
包的金属熔体的溶池液面形成小于180°的角度β1并且待灌注到中间包的金属熔体的溶池
液面位于铸模的注入口之下。
接下来，使用足够用于灌注铸模的金属熔体灌注位于注入位置的中间包。
最后，铸模与在其上设置的中间包围绕转动轴在转动方向上转动，其中由于转动
和重力作用，金属熔体从中间包流入铸模，其中继续转动，直到到达终止位置，在终止位置
上用金属熔体灌注铸模并且其中在参考侧壁的主平面和在中间包中分别包含的金属熔体
的溶池液面之间分别形成的角度β1始终小于180°，直到流入铸模的熔体到达铸模的底部。
与常规的转动浇铸方法相反，在根据本发明的方法中转动距离通常经过180°，使
用根据本发明的方法实现了转动距离的显著的缩短。与这些方法相比，本发明的方法明显
地节省时间。
同时，既相比于常规的转动浇铸方法也相比于常规的倾斜浇铸方法，在根据本发
明的方法中，在开始位置和终止位置之间转动距离通常经过最多110°，在开始位置上，从分
别对接于铸模的熔体容器还没有熔体流入铸模，在终止位置上铸模完全地充满，模具灌注
过程得到明显改善并且伴随着浇铸结果改善。这样在根据本发明的方法中将动能降低到最
小值，动能在转动运动的过程中供给中间包中包含的熔体。这样避免了中间包中包含的熔
体中的紊流。相应地，氧化的夹杂物和其他的夹杂物的数量最小，夹杂物在中间包中通过表
面到达熔体中。
这样实现该效果，即为了进行根据本发明的方法，由铸模和在其上设置的、用作熔
体容器的中间包构成的组件的转动位置在开始位置中这样选择，即在为了灌注铸模所需的
金属熔体灌注之后，金属熔体的熔池液面与参考侧壁的主平面形成小于180°的角度β1。
该角度β1根据本发明分别在参考侧壁的主平面和直到金属熔体的灌注才可见的
熔池液面的自由的表面之间测量。“参考侧壁”在此表示铸模的侧壁，当中间包对接铸模时，
该侧壁与中间包紧密相邻。那么，参考侧壁的“主平面”是想像的平面，该平面通过平行于铸
模的转动轴延伸的方向向量和第二方向向量张开，第二方向向量一方面垂直于转动轴定向
并且其方向另一方面对应于同样垂直于转动轴定位的向量的方向的中间，这些向量紧贴在
这样的壁平面上，这些壁平面分别平行于转动轴延伸。
根据本发明，通过铸模/中间包组件的相应的转动这样为注入位置选择角度β1，即
在需要的金属熔体灌注到用作熔体容器的中间包中之后开始转动由铸模和中间包组成的
组件时，该角度保持为小于180°，直到熔体接触到铸模的底部。这意味着，在根据本发明的
方法中，待浇铸的熔体在转动及其伴随的流入到铸模中的过程中一直相对于参考侧壁的确
定了主平面的位置的内部的壁平面以平缓上升的方式流动，直到其达到铸模的底部。类似
于海浪缓缓地相对于平缓地上升的海岸流动，因此在到达铸模中的熔体中最多发生最小的
紊流。
结果是，在根据本发明的转动的过程中，铸模由转动运动和重力作用导致的进入
铸模的熔体特别均匀地和平稳地浸没。在根据本发明的方法中伴随着从参考侧壁起的转动
的增加，铸件在铸模的模具空腔中逐渐成型，直到达到转动距离的终止位置并且用熔体完
全地充满铸模。
出人意料地表明，作为根据本发明的方法的结果，铸模的浸没这样平稳地进行，在
熔体池上在中间包中存在的氧化物和其他的杂质尽可能地留在铸模的模具空腔之外，对此
不需要特别的措施。在这种铸模中，其中盖部区域中设置用于容纳用作对待铸造的铸件的
进料的溶体的凹进，氧化物和杂质相应地聚集在靠近表面的区域中，在该区域中其在铸件
质量方面不存在危险。以这种方式，在根据本发明制造的铸件中的夹杂物的存在降到最小。
因此不需要结构性的或者装置性的方法，例如在铸模的注入口区域中设置保持板、过滤器
或筛子或者类似物。本发明因此不只相对于常规的转动浇铸方法明显的节省时间，而且也
相对于根据传统倾斜浇铸方法制造的铸件改善了得到的铸件的产品性能。
本发明的另一优点在于，简单的几何设计的中间包能够用作铸造容器，该中间包
在灌注和转动过程中朝向其注入侧开放。在此，在观察根据本发明的规定时，分别存在能够
轻易地到达的注入位置，在该注入位置上通过常规的浇包各个所需的溶体能够灌注到中间
包中。
铸模的盖部中设置的注入口可以为了根据本发明的方法这样设计，即能够由铸模
的相对于注入口远离的区段分别以直接的流动进行灌注。也即，注入口优选不限于盖部的
小的表面区段，这样熔体以集中的、快速流动的流体的方式到达铸模中，而是这样设计，即
从盖部的俯视图看，其尽可能地覆盖了由模具空腔的平行于盖部定向的横截面占有的面
积。由此也可以实现，分别分配给铸模的单个的经由横截面积分配的区段其自身的注入口
或者大的共同的注入口的某一区段。对此，多个注入口可以成型为互相重叠，这样其在其横
截面区域互相重叠并且这样形成了分为两个或多个区段的注入口。在此目的在于，使注入
口最大，这样大的熔体体积能够以平稳的流动的并避免局部的流动速度峰值的方式同时进
入到铸模中。
还可以这样促进平稳的模具灌注，即铸模围绕其转动的转动轴穿过或者接近铸模
的底部延伸。通过该相对于铸模偏心的、在铸模底部方向上交错地设置转动轴，进一步降低
了斜率和伴随的动能，熔体以该动能进入铸模。
由于优化的铸造结果和减少的铸造时间，根据本发明的方法特别适用于内燃机的
汽缸头和曲轴箱的批量生产，对其机械和热的适应性提出了最高的要求。这里，当使用基于
铝的轻金属熔体作为铸造材料时，于是特别地显出根据本发明的方法的优点。
为了实施根据本发明的方法，中间包要么与铸模持久地固定连接要么通过合适的
夹紧装置以可拆卸的方式保持在铸模上。后一种设计方案的优点在于，例如为了清洁或者
为了替换中间包能够容易地与铸模分开。同时，通过足够的夹持力确保了结合位置的安全
的密封，中间包在接合位置上邻接铸模，即便由于热效应或者磨损，铸模和中间包的互相对
应的接触面不再完美地互相配合。特别是液压工作的夹紧装置适用于将中间包保持在铸模
上的装置，该夹紧装置能够在小的空间上产生高的夹紧力和夹持力。
当中间包具有底部，该底部在其朝向金属熔体的底面上是平坦的时，证明是特别
有利于熔体期望地均匀平缓地流动到铸模中。在此，平坦的底面以最优的方式这样定向，即
其最早在流入铸模的熔体进入铸模的底部的时间点位于水平的位置上。
在例如内燃机的汽缸头或者曲轴箱的铸件铸造过程中，这些铸件具有明确地限定
的、最优的方式的平坦的头面和底面，其中铸模同样能够相应地在盖部和底部的外侧上具
有两个互相平行定向的外表面，这样确保上述特征，即中间包的底面与铸模的底部形成直
角。
当倒出侧在由中间包包围的中间包空腔的高度和宽度上是开放的时，那么中间包
能够特别容易地设置在铸模上并且定向。在盖部中存在多个注入口或凹口的铸模中，熔体
应通过这些注入口或凹口分配到铸模中，该设计方案具有额外的优点，即位于中间包中的
金属熔体在经过大的宽度的转动的情况下均匀地相对于铸模的盖部流动并且相应地均匀
地流入铸模的那里的开口中。
氧化物和其他污染物在浇铸过程中进入到灌注到中间包中的金属熔体中，氧化物
和其他污染物的量可以这样最小，即浇铸本身也在尽可能平稳的流体中进行。这可以这样
促成，即在中间包的封闭的侧壁的朝向金属熔体的一侧上成型从中间包底部起在该侧壁的
上面的自由边缘的方向上上升的流入面，在金属熔体的浇铸过程中金属熔体相对于该流入
面指向中间包。在冲击到这样成型的斜面上的熔体浪通过撤销动能这样改变方向，即其通
过加宽的头部冲击分布在中间包中存在的熔体，从而使在那里必然产生的紊流的强度和深
度最小。根据在浇铸过程中铸钢冲击到流入面上的集中程度的方式，在此可以合适的是，流
入面成型为凹形地向内弯曲、平缓地或者凹形地向外弯曲。
考虑本发明之前总结的建议，其中间包空腔具有方形的的基本形状的中间包空腔
的证明是特别合适的，其中对应于铸模的倒出侧和中间包的上侧是开放的，而在中间包的
与倒出侧相对的内面上成型流入面。
实际经验表明，当在转动前在位于注入位置的铸模中，灌注到中间包的熔体部分
熔池液面的表面和参考侧壁的主平面之间形成的角度β1为120-160°时，特别是在铸造内燃
机的汽缸头和曲轴箱时得到最优的铸造结果。
当这从铸造的或者流体动力学的角度看是合适时，铸模的灌注可以通过在其盖部
上成型的或者安装在盖部前面的分流系统进行。然而，根据本发明的方法的特别的优点特
别在于，在盖部上将两个或多个凹口打通作为注入口，通过这些凹口，熔体在转动过程中直
接流入铸模的模具空腔中。在此证明了，由于通过本发明确保的特别平稳的灌注，当盖部成
型为缺失的由模制材料制成的型芯时，于是也可以顺利地直接流过盖部。
相应地，根据本发明的方法特别适合于铸造铸模中的铸件，该铸模完全地或者至
少部分地作为型芯组件由多个特别是由模制材料预制的铸芯组装。这种铸模特别适用于制
造掐丝成型的铸件，这种铸件具有多个内部通道，这些内部通道例如对于内燃机的制造而
言是必需的。
在根据本发明的方法中，在铸模与在其上设置的中间包转动过程中在注入位置和
终止位置之间经过的转动角度通常在至少110°到最大160°的范围内，其中实践中120-150°
的转动角度已经证明是特别有效的。
附图说明
下面借助示出实施例的附图详细阐述本发明。附图中分别示意性地示出了：
附图1以侧视图示出了转动到基本位置的用于铸造铸件的铸造机；
附图2以俯视图示出了根据附图1的铸造机；
附图3以侧视图示出了在开始位置的根据附图1的铸造机，该铸造机具有设置在其
上的中间包；
附图4以侧视图示出了在注入位置的根据附图1的铸造机；
附图5以侧视图示出了在熔体浇铸到中间包的过程中的根据附图4的铸造机；
附图6到8以侧视图示出了不同的转动位置上的根据附图1的铸造机；
附图9以侧视图示出了在转动运动结束后到达的终止位置上的铸造机。
具体实施方式
铸造机G具有在底座1中安装的支承板2，支承板2能够通过转动驱动器3围绕水平
定向的转动轴HS转动。在位于开始位置(附图1)的铸造机G中，支承板2水平定向。
在支承板2的上侧上成型的安装面4上，成型由多个以已知的方式预制的铸芯6-11
组装的作为型芯组件的铸模5，该铸模用于铸造例如内燃机的汽缸头、曲轴箱或者发动机缸
体。构成了铸芯6-11的模制材料是型砂的混合物，可选存在添加剂和粘合剂，该粘合剂通过
化学处理或者供热凝固，以产生必要的形状稳定性。显然，铸模5的单个芯或者部件也可以
由其他材料组成，以便其能够反复使用。同样在铸模5中可以存在这里没有示出的冷铁或者
类似物，从而使灌注到铸模5中的熔体定向凝固。
这里为了清楚只粗略地示出的铸模包括底部6、构成了铸模5的侧向的外部的末端
的侧壁7，8、盖部9以及在由铸模5围绕的模具空腔10之内设置的铸芯11，铸芯在待铸造的铸
件中塑造通道或空腔。底部6和侧壁7，8例如可以制造为由模制材料组成的铸芯或者由金属
材料，例如耐热的钢材料组成或者由铜材料组成的永久铸模。然而，在铸模5中浇铸的铸件
的脱模方面，只有盖部9通常由模制材料组成，相反底部6和侧壁7，8设计为永久模具。
在盖部9中从其上侧成型槽状的凹进12，用作注入口的凹口13终止在其底部，通过
凹口能够用熔体灌注铸模5的模具空腔10。
另外，铸造机G包括同样在支承板2上安装的转动和定位装置14。通过该装置14，中
间包15在等待位置和注入位置之间转动，在等待位置上其分别位于在铸造过程之前用于在
支承板2上构造铸模5或者在铸造过程结束后用于铸模5脱模所必须的区域之外，在注入位
置上其以其倒出侧16紧贴地设置在盖部9的外侧17上。
在其倒出侧16和上侧O上开放的、由耐火材料制造的中间包15以其底部18，两个相
互平行设置的、沿着底部18延伸的纵向侧壁19，20和后壁21围出中间包空腔22。在此，后壁
21平行于纵向侧壁19，20的与其对应的末端之间的开放的倒出侧16延伸并且在其对应于中
间包空腔22的一侧上具有流入面23，流入面从底部18的平面的、对应于中间包空腔22的底
面起在后壁21的自由上部边缘的方向上倾斜地上升。
在其使用位置上，中间包15由装置14这样保持在铸模5上，即中间包15以纵向侧壁
19，20和底部18的各个自由端面密封地紧贴在铸模5的盖部9的对应的接触面上。
铸模5组装时，支承板2与安装在其之上的铸模5位于起始位置。围绕转动轴HS的转
动角度β2在该位置上等于“0”。
在铸模5在支承板2上安装后，装置14将中间包5以其倒出侧放到铸模5的盖部9上
(附图3)。装置14使中间包在该位置保持在铸模5上，直至浇铸过程结束。
在中间包15放到铸模5上时，铸模的在该位置上相对于中间包15的底部18设置为
紧密相邻的侧壁7就是参考侧壁，该参考侧壁对于注入位置的确定起决定作用的，在注入位
置上用熔体灌注中间包15。在其对应于模具空腔10的一侧，侧壁7具有壁平面24，该壁平面
在待铸造的铸件的对应的侧向的外表面上塑造模具表面。每个壁平面24相对于转动轴HS具
有一定的方向，该方向能够分别通过在各个壁平面24上紧贴的并且垂直于转动轴HS定向的
向量VW表示。
为了确定铸模5和中间包15从开始位置转动到注入位置所必需的转动角度β2，在
侧壁7中设置虚拟的主平面HE，主平面一方面平行于转动轴HS延伸并且另一方面这样定向，
即其方向近似壁平面24的通过向量VW显示的方向的中间，这些向量分别同样在平行于转动
轴定向的方向上延伸。
在这里示出的实施例中，铸模5在对接中间包15后以转动角度逆时针地围绕转动
轴HS从附图3中示出的开始位置转动到附图4，5中示出的注入位置，现在这样选择转动角度
β2，即在待在中间包15中灌注的金属熔体S的这时还是虚拟的熔池液面BS的上侧和参考侧
面B的主平面HE之间形成的角度β1小于180°。在这里示出的实施例中，该角度β1例如为135-
165°，相反转动角度β2在110-160°，特别是120-150°的范围内。
在此，在确定转动角度β2过程中另外要考虑，熔池液面BS在铸模5和中间包15转到
注入位置上的情况下低于铸模5的凹口13，该凹口在该位置上设置在盖部9上的最深处。
在由铸模5和中间包15构成的组件以之前阐述的方式确定的角度β2转动到注入位
置之后，通过常规的浇包25将金属熔体S灌注到中间包15中。例如其通常用于铸造内燃机的
部件一样，这里使用铝合金作为金属熔体。为了确保尽可能平稳、无紊流地灌注中间包15，
从浇包25中出来的铸钢26相对于中间包15的流入面23定向。达到那里的钢26通过动能的撤
销改变到中间包15的底面方向上并且由此以相对平缓的、在更宽的宽度上分布的流体冲击
到已经在中间包15中存在的熔体S。
在中间包15的灌注结束后，铸模5与中间包15以顺时针在开始位置的方向上转回。
随着转动的增加，越来越多的熔体S流入铸模5的模型空腔10中，直到最后在再次达到终止
位置(即开始位置)时金属熔体S完全地灌注到铸模5中。多余的熔体体积在此由盖部9中的
凹进12容纳。在铸模5完成转动的情况下在那聚集的熔体体积用作进料，以补偿在熔体固化
过程中发生的材料收缩。
以根据本发明的方式这样设置为注入位置选择的转动角度β2，即溶池液面BS和侧
壁7的主平面HE之间的角度β1一直始终小于180°，直到流入铸模5的熔体碰到铸模的底部6。
通过这种设置确保了，熔体S以锐角平缓地相对于参考侧壁(侧壁7)的壁平面24流动。以这
种方式实现了铸模5的平缓的、分层的灌注，这对于在制成的铸件中同样大小的结构的形成
是优化的前提条件。这样尽可能防止了熔体上泡沫的形成。同样由于平缓的灌注过程，得到
的铸件尽可能不含有夹杂物或其他损坏点。能够导致这种夹杂物的污染物和氧化物聚集在
凹进12中由剩余的熔体S组成的进料体积SV的上层之中，相反在
中间包15中最多留下少量残余，能够轻易地去除这些残余。附图标记说明
β1 在熔池液面BS的上侧和主平面HE之间形成的角度
β2 转动角度
BS 在中间包15中存在的金属熔体S的熔池液面
G 铸造机
HS 转动轴
HE 参考侧壁(侧壁7)的主平面
S 金属熔体
SV 进料
O 中间包15的上侧
VW 显示壁平面24的方向的向量
1 底座
2 支承板
3 转动驱动器
4 安装面
5 铸模
6 底部
7 侧壁(参考侧壁)
8 侧壁
9 盖部
10 模具空腔
11 铸芯
12 凹进
13 凹口
14 转动和定位装置
15 中间包
16 倒出侧
17 盖部9的外侧
18 中间包15的底部
19，20 中间包15的纵向侧壁
21 中间包15的后壁
22 中间包空腔
23 中间包15的流入面
24 侧壁7的壁平面
25 浇包
26 铸钢