一种用于铸造具有转子纵向轴线的转子的装置
技术领域
本实用新型涉及一种用于铸造压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的具有纵向轴线的转子和装置。
背景技术
“纵向轴线”是指直的或基本直的轴线，转子或转子的至少相当大的部分围绕所述轴线是轴对称的。
更具体地，本实用新型涉及一种用于铸造用于压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的具有纵向轴线的大型转子的装置。
“大型转子”是指根据纵向轴线的尺寸通常为至少650毫米的转子。
存在已知的现有技术的铸造工艺，其中，熔融铸造材料(通常为灰口或球墨铸铁)通过铸造通道被浇注到砂型中的芯的模腔中，并且通过用该熔融铸造材料填充芯中的模腔，通过模腔的表面形成铸件。
芯中的模腔位于一个或多个如下位置处，在该位置处熔融铸造材料在模制期间应该最后凝固，在砂型中在外部设置有冒口。
在此，冒口在型腔已经完全或几乎完全被铸造材料填充之后用作多余的熔融铸造材料的储器，在该铸件凝固期间通过铸件的收缩熔融铸造材料可以从该储器被抽回到型腔中。这样，避免了由于铸件在凝固期间的收缩而在铸件中形成未填充有铸造材料的孔。
设置冒口的一个或多个位置的定位对于减少铸件中未被铸造材料填充的这些孔的数量和/或体积或者避免这些孔是关键的。
具有纵向轴线的大型铸件通常水平铸造。
“大型铸件”是指根据纵向轴线的尺寸通常为至少650毫米的铸件。
“水平铸造”是指模腔的纵向轴线在重力水平面内延伸，所述模腔的纵向轴线与通过用铸造材料完全或几乎完全填充模腔而在芯中已经形成铸件之后所述铸件的纵向轴线重合。
“重力水平面”是指与重力的主要力(通常是地球的重力吸引力)施加在铸造材料上的方向相垂直的平面。换句话说，“重力水平面”是指水平定向的平面。
然而，压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的转子难以或不可能水平铸造。
由于这种转子的几何形状通常或多或少地复杂，例如具有螺旋叶片的螺旋转子，因此难以或不可能通过有限数量的冒口减少和/或避免在铸件中形成未填充铸造材料的孔。
此外，当铸造材料凝固时将存在于熔融铸造材料中的杂质和/或将在模腔中出现的不均质性将不能通过在模腔中的仍然熔融的铸造材料上的漂浮而从模腔中移除。例如，对于GGG45球墨铸铁中铸造的转子，上述不均质性主要以石墨浮选的形式出现。
当这些杂质和/或不均质性在铸造材料在模腔中凝固期间被捕获在作为铸造过程的最终产品的所形成的转子的材料中时，它们导致重量的不均匀分布，并因此导致围绕该所形成的转子的纵向轴线的不平衡。在所形成的转子的材料中存在杂质和/或不均质性也可能会对所形成的转子的表面质量和/或机械性能，例如强度和/或刚度，产生负面影响。
由于上述原因，水平铸造的转子的质量可能不满足某些预定要求，和/或该转子的外表面可能需要在铸造过程之后被处理至一定深度，这增加了所形成的转子的后处理成本。
由于压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的转子的水平铸造的上述缺点，这些转子通常竖直铸造。
“竖直铸造”是指模腔的纵向轴线沿重力竖直方向延伸，所述模腔的纵向轴线与在通过用铸造材料完全或几乎完全填充模腔而在芯中已经形成铸件之后所述铸件的纵向轴线重合。
“重力竖直方向”是指与重力的主要力(通常是地球的重力吸引力)施加在铸造材料上的方向相平行的方向。换句话说，“重力竖直方向”是指垂直于水平定向平面的方向。
转子的竖直铸造对砂型根据重力竖直方向的高度和/或对制造砂型的材料施加了某些限制。
由于竖直铸造，模具不仅应容纳根据该高度的用于待铸造的转子的芯，而且应容纳在该芯上方沿重力竖直方向延伸的冒口，在该冒口中必须保证一定的压力高度。
与大型转子的水平铸造相比，相同尺寸的大型转子的竖直铸造涉及熔融铸造材料对芯的更高的静压力和冲击，并且因此间接地对砂型的更高的静压力和冲击，因为当竖直铸造时芯的根据重力竖直方向的高度更大。
因此，在现有技术中，对于大型转子的竖直铸造，使用由树脂粘结型砂(例如呋喃砂)制成的砂型。
然而，树脂粘结型砂的生产具有许多限制。
第一个限制是能够进行树脂粘结型砂的生产的生产效率低，因为树脂在应用于型砂后需要一定的凝固时间。
第二个限制是与非树脂粘结而是粘土粘结的湿型砂相比，树脂粘结型砂的生产成本较高，这是由于使用了树脂和凝固剂。结果，树脂粘结型砂的生产成本通常比非树脂粘结湿型砂的生产成本高15％-20％。
湿砂模由“湿砂”制成。除了通常为石英砂的砂之外，该湿砂还包括水和作为粘合剂的粘土，例如膨润土或其它有机粘土。
传统上，铸件是在湿砂模中使用半自动震压式造型机生产的。
这种半自动震压式造型机具有许多必要的手工操作和相关的操作不确定性的缺点。例如，机械强度和稳定性不如树脂粘结砂模的湿砂模在这些手动操作期间可能被损坏，这使得难以实现和/或确保作为最终产品的转子的预定质量水平。
与使用半自动震压式造型机时相比，使用自动模具线将转子浇注到湿砂模中具有的优点是，生产效率更高，无需人工操作，因此作为最终产品的转子的质量水平更稳定。
然而，当竖直地铸造转子时，这种自动模具线仍然在所形成的转子的高度方面(通常最大高度为650毫米)受到限制，以便在转子的铸造期间限制熔融铸造材料在湿砂模中的静压力和/或冲击，并且因此保护湿砂模在该静压力和/或冲击下不会塌陷。
因此，在自动模具线上使用湿砂模不能够竖直地铸造具有根据其纵向轴线的尺寸通常大于650毫米的转子。
实用新型内容
本实用新型旨在解决上述缺点和/或其它缺点中的至少一个。
更具体地，本实用新型的目的是允许在湿砂模中铸造大型转子，即具有根据其纵向轴线的通常大于650毫米的尺寸的转子。
本实用新型涉及一种用于铸造具有纵向轴线的转子的装置，所述转子用于压缩机、真空泵和/或膨胀机装置，
所述装置包括：
形成有空腔的湿砂模，其中，所述空腔构造成容纳具有模腔的芯，其中，所述模腔的表面构造成形成所述转子，使得所述模腔的纵向轴线与形成在所述模腔中的所述转子的纵向轴线重合；
其中，所述芯在浇注熔融铸造材料之前布置在所述空腔内；
其中，所述熔融铸造材料通过所述芯的入口被浇注到所述模腔中，并且铸造材料完全填充所述模腔从而形成所述转子，
其特征在于，
所述装置设置有倾斜装置，所述倾斜装置构造成在熔融铸造材料的浇注期间将所述空腔保持在倾斜位置，其中所述模腔的纵向轴线相对于重力竖直方向并且相对于重力水平面倾斜。
术语“倾斜”在此上下文中与“不平行”同义。
根据本实用新型的装置的优点在于，当空腔处于上述倾斜位置时，形成的转子的铸造材料在芯中的模腔的表面上的静压力和/或冲击小于当竖直铸造相同的转子时的静压力和/或冲击。同时，与水平铸造相同的转子时相比，模腔中的熔融铸造材料中的杂质和/或不均质性可以通过在该熔融铸造材料上漂浮而更大程度地集中，并且可以经由冒口从模腔中移除，这改善了作为最终产品的所形成的转子的质量特性。
这允许使用湿砂模铸造压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的大型转子，即根据其纵向轴线的尺寸通常大于650毫米的转子，其中这些转子满足在表面质量和/或机械性能和/或围绕纵向轴线的平衡重量平衡性方面的预定质量要求。
在根据本实用新型的装置的优选实施例中，所述装置设置有阻挡装置，所述阻挡装置用于在熔融铸造材料的浇注期间固定所述模腔的模腔纵向轴线相对于重力竖直方向并且相对于重力水平面倾斜的角度。
这具有的优点是，在转子的铸造期间对湿砂模的冲击被减小至最小，使得也减小了在铸造期间损坏湿砂模的风险。
优选地，在根据本实用新型的装置中，所述装置构造成在布置所述芯的期间将所述空腔保持在前述倾斜位置。
这样，在布置所述芯的期间已经放置芯之后，湿砂模可以用于熔融铸造材料的浇注期间中，而不必通过倾斜湿砂模来改变空腔的倾斜位置。这减小了在从布置所述芯的期间到熔融铸造材料的浇注期间的过渡期间损坏湿砂模的风险，因为避免了可能与倾斜相关联的对湿砂模的冲击。此外，由于以这种方式不需要花费时间在布置所述芯的期间和熔融铸造材料的浇注期间之间倾斜湿砂模，因此可以减少执行该铸造过程的时间。此外，该铸造过程以这种方式简化，这有利于该铸造过程的自动化。
根据本实用新型的装置的该实施例的更优选特征，所述装置构造成在布置所述芯之前在所述湿砂模中在所述倾斜位置形成所述空腔。
这允许在根据本实用新型的整个铸造过程中模腔的倾斜位置保持恒定，而不需要在该铸造过程期间以某种方式倾斜湿砂模，这减小了在从布置所述芯之前到布置所述芯的期间的过渡期间由于冲击而损坏湿砂模的风险，并且有利于该铸造过程的自动化。
优选地，所述装置还包括模板，所述模板构造成通过在其上铸造和压制湿砂而在布置所述芯之前形成具有所述空腔的所述湿砂模，所述模板设置有突出图案，所述突出图案构造成在所述湿砂模中形成所述空腔。
使用具有图案的模板使得可以以可再现的方式在湿砂模中形成空腔。此外，模板的使用使得可以以(半)自动的方式形成空腔。
在根据本实用新型的装置的优选实施例中，其中，所述装置包括模板，所述模板构造成通过在其上铸造和压制湿砂而在布置所述芯之前形成具有所述空腔的所述湿砂模，所述模板设置有突出图案，所述突出图案构造成在所述湿砂模中形成所述空腔；并且所述模板包括相对于彼此倾斜的多个平板，这些平板中的至少一个设置有突出图案并且相对于重力水平面以与上述倾斜位置相对应的角度倾斜。
这样，在倾斜位置，仅模板的一部分用于形成湿砂模中的空腔，而模板的其它部分可以保持在平行于重力水平面的更传统的位置。
这样，可以在倾斜位置形成和铸造空腔，同时围绕该空腔的湿砂模可以保持在水平位置。因此，在该铸造过程期间，潜在的重湿砂模不需要倾斜。此外，这确保了湿砂模中的铸造通道和冒口总是能够根据重力竖直方向定向。此外，如果湿砂模相对于重力水平面倾斜得更多，则铸造通道不需要延伸，如果整个湿砂模必须与空腔一起倾斜则铸造通道需要延伸。
作为优选实施例，根据本实用新型的装置在自动模具线上执行。
这减小了由于在湿砂模上进行手动操作而导致的对湿砂模的损坏和/或在执行该铸造过程中的错误的风险。
优选地，所述装置设置有金属过滤器，所述金属过滤器构造成在熔融铸造材料的浇注之前过滤所述熔融铸造材料。
在熔融铸造材料的浇注期间之前过滤熔融铸造材料具有以下优点：
-从熔融铸造材料中移除杂质，从而导致更好的表面质量和/或机械性能，并因此导致所形成的转子的更低的废品率；以及
-可以消除对用于金属炉渣的捕集和/或其它设备的需要，以便为湿砂模的入口供应纯熔融铸造材料的层流。
在本实用新型的最优选实施例中，所述装置还构造成定位所述湿砂模，其中，所述装置设置有调平装置，所述调平装置构造成在熔融铸造材料的浇注期间将所述湿砂模的上侧保持在相对于重力水平面平行的位置。
在将空腔保持在倾斜位置的同时湿砂模的上侧的水平取向的优点在于，铸造通道的长度和/或冒口与湿砂模的外部之间的连接的取向几乎是固定的，而与空腔的倾斜程度无关。
如果湿砂模与空腔一起倾斜，当模具的空腔的纵向轴线相对于重力水平面以更大的角度倾斜时，铸造通道的长度应当延伸。此外，当湿砂模的上侧相对于重力水平面处于倾斜位置时，冒口和湿砂模的外部之间的连接可能不再定向为平行于重力竖直方向，这限制了冒口中要实现的压力高度。
附图说明
为了更好地说明本实用新型的特征，下面通过示例而非限制性的方式，参考附图描述根据本实用新型的装置的多个优选实施例，其中：
图1a示出了用于压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的转子的水平铸造的常规装置；
图1b示出了用于压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的转子的竖直铸造的常规装置；
图2a示出了根据本实用新型的用于铸造压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的具有纵向轴线的转子的装置；
图2b示出了图2a中的装置的变型；
图3示出了图2a和2b中的装置的变型；
图4示出了根据本实用新型的用于铸造压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的具有纵向轴线的转子的装置。
具体实施方式
图1a示出了用于在湿砂模3中水平铸造压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的转子2的传统装置1。
在该湿砂模3中形成有空腔4，该空腔4被构造成容纳具有型腔的芯5。
当水平铸造转子2时，熔融铸造材料通过芯5的入口7被浇注到模腔6中，并且模腔6完全或几乎完全被铸造材料填充，以在模腔6中形成转子2。
湿砂模3和/或芯5可以包括数个单独的部件。通常，湿砂模3由两个半部8、9组成，空腔4沿着这两个半部8、9之间的子平面的两侧延伸。
湿砂模3设有铸造装置10，所述铸造装置包括铸造通道11，该铸造通道具有位于湿砂模3外侧的铸造漏斗12和位于芯5的入口7上的进料槽13，铸造装置10能够沿着所述铸造漏斗和所述进料槽将熔融铸造材料引导到芯5的入口7并引导到所述入口中。
湿砂模3还设置有冒口14，熔融铸造材料可以沿着该冒口离开型腔6，并且当型腔6完全或几乎完全被铸造材料填充时，可以在该冒口处形成熔融铸造材料的储器。当转子2在模腔6中凝固时，转子2将收缩，其结果是，来自冒口14的储器的熔融铸造材料被吸回到模腔6并被吸回到模腔6中。这样，避免或至少减少了在转子2的凝固期间在铸造转子2中形成未填充有铸造材料的孔。
术语“水平铸造”是指当模腔6完全或几乎完全被铸造材料填充并因此转子2在模腔6中形成时，所形成的转子2的纵向轴线15位于重力水平面中。
由于图1a中压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的转子的或多或少复杂的几何形状以及单个冒口14的定位，可以清楚地推断，通过经由冒口14在熔融铸造材料的上表面上漂浮，仅可以在有限的程度上从模腔6移除杂质和/或不均质性。这些杂质和/或不均质性的大部分将相对于模腔6的上部部分在重力竖直方向上沉降(end up)，在那里它们将在凝固期间作为污染被捕获在形成的转子2中。这种污染可能会对表面质量和/或机械性能和/或重量围绕作为最终产品的所形成的转子2的纵向轴线15的平衡分布产生负面影响。
图1b示出了用于在湿砂模3’中水平铸造压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的转子2的传统装置1。
除了芯5之外，在模腔6中形成的转子2的纵向轴线15的方向上的树脂粘结砂模3’现在还应当包括根据其最长尺寸的冒口14，这意味着在树脂粘结砂模3’中损失了用于芯5的有用空间，并且因此浪费了树脂粘结砂模3’中的砂。
另外，在这种情况下，树脂粘结砂模3’中的铸造通道11的所需长度大于当水平铸造具有与图1a所示相同尺寸的转子2时的长度。
图2a示出了根据本实用新型的装置的实施例。
在转子2的铸造期间，湿砂模3与空腔4中的芯5一起通过倾斜装置16保持在倾斜位置，其中最终形成的转子2的纵向轴线15相对于重力竖直方向以及相对于重力水平面倾斜。模腔6相对于入口7在重力竖直方向上向上延伸。
倾斜装置16通常是升高支撑件，湿砂模3沿其一侧布置在该升高支撑件上，如图2a所示，或者是构造成沿一侧提升湿砂模3的提升装置。当然，不排除倾斜装置16由砂模3构成，其中该砂模3的底平面平行于重力水平面，并且半部8、9之间的子平面相对于重力水平面倾斜。
在这种情况下，湿砂模3的半部8、9之间的子平面和芯5相对于重力水平面以15°的角度倾斜。
该角度可以通过阻挡装置固定，在这种情况下，阻挡装置与倾斜装置16重合。
进料槽13可以可选地装配有金属过滤器17。该金属过滤器17通常由陶瓷泡沫制成。在紧接在入口7之前使用金属过滤器17具有以下优点：
-在来自所述铸造通道11的熔融铸造材料被供给到所述芯5的入口7中之前，所述熔融铸造材料的湍流减少，允许所述模腔6的均匀填充，从而减少或甚至防止所述模腔6中的不均质性和/或侵蚀的形成；
-移除来自铸造通道11的熔融铸造材料中的杂质，这导致更好的表面质量和/或机械性能，并因此导致所形成的转子2的废品率较低。
-简化铸造装置10，因为不再需要用于金属炉渣的捕集或进料槽13的改变来为到芯5的入口提供纯熔融铸造材料的层流。
图2b示出了图2a中的装置的变型。
在这种情况下，湿砂模3的半部8、9之间的子平面和芯5相对于重力水平面以45°的角度倾斜。
图2a和2b中的装置的比较清楚地示出，当在转子2的铸造期间，湿砂模3的半部8、9之间的子平面和芯5相对于重力水平面倾斜的角度越大时，铸造通道11的所需长度必须越大。
此外，很明显，从该角度的某一值开始，不再能够将冒口14和湿砂模3的外部之间的连接定向在重力竖直方向上，从而使得在冒口14和湿砂模3的外部之间的重力竖直连接中不可避免地不能够达到待达到的最大压力高度。
关于图2a和2b中所示的装置，当然不能排除在转子2的铸造期间，湿砂模3和芯5相对于重力水平面以不同值的角度倾斜，只要湿砂模3在模腔6中的熔融材料的静压力和/或冲击下不会塌陷，并且只要通过冒口14从模腔6中移除由漂浮在模腔6中的熔融铸造材料的上表面上而累积的杂质和/或不均质性。
图3示出了图2a和2b中的装置的变型。
在这种情况下，在转子2的铸造期间，只有芯5保持在倾斜位置，而湿砂模3的上侧通过调平装置相对于重力水平面保持水平取向。
在最简单的情况下，调平装置仅仅校正湿砂模3的下侧(换句话说湿砂模3所进行放置的一侧)的取向。不排除调平装置由湿砂模3的一侧上的提升支撑件或构造成在一侧上提升湿砂模3的提升装置构成。
在该装置中，浇铸通道11的所需长度与芯5相对于重力水平面倾斜的角度无关。
此外，冒口14和湿砂模3的外部之间的连接的取向可以总是根据重力竖直方向选择，使得现在可以实现冒口14中待达到的最大压力高度。
图4示出了用于铸造压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的转子2的铸造过程。
在步骤a中，在湿砂模3中形成空腔4，其中空腔4被构造成容纳具有模腔6的芯5。
在这种情况下，在步骤a期间，空腔4已经形成在倾斜位置。在该步骤中，通过在模板18上铸造和压制湿型砂来形成空腔4，其中模板18具有被构造成在湿砂模3中形成空腔4的突出图案19。
在这种情况下，模板18具有包括相对于彼此倾斜的多个平板的几何形状。在这种情况下，空腔4借助于这些平板中的至少一个上的突出图案19形成在湿砂模3中，其中该平板以与空腔4的上述倾斜位置相对应的角度倾斜。模板18的其它平板被构造成形成湿砂模3的其余部分，并且优选地基本上平行于重力水平面。具有相对于彼此倾斜的平板的模板18的几何形状意味着所形成的湿砂模3的子平面20在一个方向上将不是平坦的，而是具有转折的平坦状。
在下一步骤b中，将具有模腔6的芯5放置在空腔4中。
在该步骤b期间，在这种情况下，铸造通道11、进料槽13和冒口14也形成在湿砂模3中。金属过滤器17也放置在进料槽13中。
然而，不排除在步骤a期间已经在湿砂模3中形成铸造通道11、进料槽13和冒口14和/或在进料槽13中安装金属过滤器17。
在步骤a中将空腔4形成到湿砂模3中并且将芯5放置到空腔4中之后，在随后的步骤c中，转子2由熔融铸造材料铸造并形成。为此，在该步骤c中，通过芯5的入口7，将熔融铸造材料浇注到模腔6中，并且模腔6完全或几乎完全被铸造材料填充以形成转子2。
可选地，芯5可以设置有第二入口21，在形成的转子2在模腔6中凝固和收缩期间，额外的熔融铸造材料可以通过该第二入口被引导到模腔6并且引导到模腔6中。
本实用新型决不限于通过示例描述并在附图中示出的实施例，而是根据本实用新型的用于铸造压缩机、真空泵和/或膨胀机装置的具有纵向轴线的转子的装置可以在不超出本实用新型的范围的情况下以各种变型实现。
