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In der deutschen Patentschrift Nr. 840754, Kröjer, ist ein Schmiedegiessverfahren beschrieben, wonach in eine offene Hohlform flüssiges Metall eingebracht und dieses durch Gegeneinanderbewegen der Hohlform gegen einen Pressstempel während der Erstarrung durch Druckanwendung verformt wird. Dieses Schmiedegiessen führt zu Gusskörpern mit sehr homogenem Gefüge. Es lassen sich damit Gegenstände, wie Kolben für Kraftfahrzeuge, herstellen, die nach vorher bekannt gewesenen Giessverfahren nicht herstellbar waren.
Zur praktischen Durchführung dieses Verfahrens kann eine Presse dienen, die den Formenhälften einen mit zwei Geschwindigkeitsstufen vor sich gehenden Schliessvorgang erteilen, etwa indem durch ein Umschaltorgan plötzlich von einer hohen auf die niedrige Schliessgeschwindigkeit umgeschaltet wird, oder indem diese Umschaltung durch den hydraulischen einen vorbestimmten Wert übersteigenden Gegendruck der Schmelze ausgelöst wird. Die Formenhälften sollen aus Stahl bestehen und ihre wirksame Oberfläche soll blau angelaufen sein. Die Giessformen erhalten eine Auftragung eines wärmeisolierenden und schmierenden feinen Pulvers, das in Form einer Suspension auf die Formenhälften aufgesprüht wird.
Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung dieses bekannten Verfahrens und der dabei notwendigen apparativen Einrichtungen u. zw. in Einschränkung auf Werkstücke mit stark unterschiedlichen Wandstärken, oder grosse Presshübe bedingender Gestalt, insbesondere von Pfannen oder Töpfen mit gegenüber der Seitenwandstärke erheblich verdicktem Boden.
Von den Erfindern wurde festgestellt, dass das Verhältnis zwischen Temperatur der Formenhälften und der Temperatur der Schmelze und die Geschwindigkeit des Schliessens der Form und die Geschwindigkeit am Ende des den Druck im Werkstück aufbauenden Presshubes für die Qualität der erzielten Gussstücke von ausschlaggebender Bedeutung sind. Es hat sich anderseits gezeigt, dass jede Betriebspause die eben angeführten Parameter verändert. Wenn nun feststeht, dass diese natürlichen Veränderungen dieser Parameter die Qualität des Gussstückes, z. B. dessen Porigkeit, Gefüge, Spannungszustände u. a. nachteilig beeinträchtigen, so erhebt sich die
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Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Schmiedegiessen von Werkstücken mit stark unterschiedlichen Wandstärken, oder grosse Presshübe bedingender Gestalt, insbesondere von Pfannen oder Töpfen mit gegenüber der Seitenwandstärke erheblich verdicktem Boden, unter Verwendung mehrteiliger Giessformen, welche noch während der Erstarrung des Giessmetalls auf dieses Druck ausüben und dadurch im sich bildenden Werkstück ein Fliessen der Schmelze bewirken und sie kennzeichnet sich dadurch, dass der Schmiedeguss unter Einhaltung von auf die Schmelze wirkenden, von den Formenteilen u. zw. in unterschiedlichem Masse ausgehenden, auf die Form des Werkstückes abgestimmten Temperatureinflüssen durchgeführt wird.
Eine wichtige Ausgestaltung dieses Gedankens besteht erfindungsgemäss darin, dass auf den Teil des Werkstückes in dem sich der Schmiededruck zuletzt auswirken würde, ein zusätzlicher, von aussen aufgebrachter Schmiededruck ausgeübt wird. Dabei kann die das Schliessen der Giessformteile und die den Schmiededruck aufbauende Relativbewegung dieser Formteile zueinander, mit einer Geschwindigkeit erfolgen, die auf die Form des Werkstückes abgestimmt ist. Bedeutungsvoll ist ferner, dass die Formteile individuell heizbar sind und die ihnen mitgeteilte Temperatur thermostatisch aufrechterhalten werden kann.
Eine Giessform zur Durchführung dieses Verfahrens ist in ihrer allgemeinsten Form dadurch gekennzeichnet, dass in jenem Formteil, in welchem der durch das Zusammenführen der Formteile aufgebaute Schmiededruck zuletzt wirksam wird, wenigstens ein Druckstempel zum Aufbau von äusserem, zusätzlich zu dem durch das Zusammenführen der Formteile erzeugten Schmiededruck vorgesehen ist.
Bei Herstellung von Töpfen oder Pfannen mit gegenüber der Seitenwandstärke verdicktem Boden ist gemäss einem weiteren Erfindungsgedanken die Vorrichtung zum Aufbau eines zusätzlichen Druckes in der den Boden erzeugenden Formenhälfte untergebracht und innerhalb derselben durch einen beweglichen Presskolben gebildet.
Unter der Geschwindigkeit des Schliessens wird jene Zeitdauer verstanden, in der die offene Schmelze einer Oxydation ausgesetzt ist. Diese Geschwindigkeit soll während des Schmiedevorganges regelbar sein, wozu Regelorgane vorzusehen sind. Um die angeführten Parameter zu regeln, wird die Form so mit einer Heizung ausgestattet, dass die Temperatur des oberen Pressstempels und jene der unteren Hohlform unabhängig voneinander auf eine Temperatur gebracht werden können, dass ein beim Zusammenlaufen der Pressformen verbleibender Formenspalt so schmal ist, dass zwar die Luft nicht aber flüssiges Metall durch diesen engen Luftspalt entweichen kann.
Diese Beheizung der Form soll zweckmässig über einen Thermostaten auf einen Temperaturbereich von + () regelbar sein. Damit wird ein sehr schnelles Schliessen der Formenhälften möglich. Durch dieses wesentlich schnellere Schliessen ist die Gefahr einer Oxydation der flüssigen Schmelze verringert. Dies ist dann von besonderer Bedeutung, wenn es sich darum handelt, in einer Form einen Körper aus Stahl, z. B. eine aus rostfreiem Stahl bestehende Pfanne, mit einer Bodenverdickung aus Leichtmetall zu versehen, die unmittelbar an der Bodenunterseite der Pfanne angegossen wird.
Um den Optimalwert der Geschwindigkeit des Schliessens der Form und damit die bestmögliche Qualität der Gussstücke zu erreichen, ist eine Regelung der Geschwindigkeit der Presse vorgesehen. Es lässt sich somit der bei Betriebsunterbrechungen ansonsten durch das Auskühlen der Formen und die beim Betriebsbeginn durch Fehlen der richtigen Arbeitstemperatur der Formen bedingte Ausschuss sehr wesentlich verringern, dabei aber
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ausserdem die Qualität der Gussstücke verbessern. Die Regelung der Schliessgeschwindigkeit führt weiterhin zu einer wesentlich schnelleren Giessfolge und ist im Verein mit der Heizung der Formen ein wesentliches Kriterium für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
Bei der Herstellung von pfannenartigen Gussstücken, die einen dicken Boden aufweisen, an den sich eine kegelförmige Wand von verglichen mit dem Boden wesentlich schwächerer Wandstärke anschliesst, ist zu beobachten, dass beim bekannten Schmiedepresse nahezu die gesamte Presskraft in dieser konischen Wand aufgezehrt wird. Auf den Boden wirken daher nur mehr geringe bzw. keine Presskräfte mehr. Das gleiche gilt bei hohen, zylindrischen, topfartigen Gussstücken. Hier wird die Presskraft in den dünnen Seitenwänden aufgebraucht und auf die Bodenfläche wirkt keine Presskraft mehr. Um diesen Nachteil auszuschalten, wird erfindungsgemäss ein hydraulisches Aggregat angewendet, das verhindert, dass die Wirkung der Presskraft auf die Bodenfläche alsbald aufhört, in dem ein gesteuertes Organ den vorhin erwähnten, an der Bodenpartie angebrachten Pressstempel zum Einsatz bringt.
Der hiebei aufgewendete Pressdruck kann bis zu einem Drittel des Hauptpressdruckes betragen. Eine solche Schmiedegiessanlage hat somit u. a. die Funktion einer doppeltwirkenden Presse.
Bei dieser Anordnung ist es möglich, auf den noch nicht fertig ausgehärteten Bodenteil eine Presskraft einwirken zu lassen, der diesen verstärkten Boden während der ganzen Erstarrungszeit unter Druck setzt. Es entstehen auf diese Weise Gussstücke die aus Boden und Wand eines Wandstärkeunterschiedes grösser als 1 : 10 bestehen und die konische oder zylindrische Form haben können und die trotz dieser ungünstigen geometrischen Verhältnisse absolut poren-und blasenfrei sind.
Poren- und Blasenfreiheit ist eine bei Leichtmetallgefässen besonders dann ausserordentlich wichtige Eigenschaft, wenn diese Hohlkörper nachträglich emailliert werden sollen, d. h. einer Temperaturbehandlung unterworfen werden, die nahe an den Erweichungspunkt der üblichen Leichtmetallegierungen heranführt ; vorhandene Poren und Blasen würden sich dann in einem Rauhwerden der Oberfläche bemerkbar machen.
Die vorliegende Presse wird schliesslich zweckmässigerweise auch noch mit Auswerf-oder Abstreifeinrichtungen versehen, die das fertige Werkstück aus der Schmiedegiessanlage rasch zu entnehmen erlauben, um auch aus diesem Gesichtspunkte heraus die Beibehaltung optimaler konstanter Arbeitstemperaturen beizutragen. Zweckmässigerweise wird die Presse mit einem elektrohydraulischen Antriebs-, Heiz- und Steuersystem ausgestattet, das es ermöglicht, nach dem Eingiessen des flüssigen Metalls in den Formenunterteil den Fertigungsvorgang selbsttätig ablaufen zu lassen, indem die optimalen Temperaturen, Schliessgeschwindigkeiten, Arbeitsdrücke und Verweilzeiten in den einzelnen Phasen des Herstellungsvorganges selbsttätig eingehalten werden, nachdem sie ein- für allemal eingestellt worden sind.
Eine erfindungsgemässe Presse zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens ist in den schematischen Zeichnungen in mehreren Arbeitsphasen beispielsweise dargestellt. Es wird angenommen, dass ein pfannenartiger Hohlkörper aus einer bekannten Leichtmetallegierung hergestellt werden soll.
Die Zeichnungen zeigen im wesentlichen nur die Formenhälften in vier charakteristischen Lagen, nämlich in Fig. l in der Offenlage zum Einfüllen der Schmelze, das Schliessen der Formen und das Einwirkenlassen des zusätzlichen Pressdruckes auf einen Teil des Bodens der unteren Formhälfte in Fig. 2 und schliesslich das Auswerfen des fertigen Gussstückes in Fig. 3. In allen Zeichnungen ist--l--der obere Formenteil, der hier die Form eines Druckstempels hat,-2-die untere Formenhälfte die einen Hohlkörper vorstellt,-3-den in dem Bogen der Formenhälfte --2-- passend und dicht geführten Druckstempel,--4--das obere Pressenhaupt und-5--den Pressentisch.
Heizeinrichtungen, Bewegungs- und sonstige Antriebseinrichtungen, Regelsysteme u. dgl sind nicht dargestellt, da ihr Entwurf nach Festlegung der erfindungsgemässen Arbeitsbedingungen dem Fachmann überlassen bleiben kann. Die Presse wird zweckmässig die übliche Grundform besitzen, d. h. an Säulen geführte bewegliche Teile, ein Fundament und ein oberes Querhaupt welche beiden letztgenannten Teile durch die Säulen verbunden sind.
Ein automatischer Pressvorgang läuft wie folgt ab :
Die mit flüssigen Metall gefüllte untere Hohlform--2-, Fig. l, die auf eine derartige Temperatur gebracht ist, dass kein vorzeitiges Erstarren des flüssigen Metalls erfolgen kann und die thermostatisch geregelt ist, bewegt sich mit regelbar hoher Geschwindigkeit gegen den oberen Pressstempel--l--und erreicht so die Stellung, die Fig. 2 zeigt. Unabhängig davon wird nach Betätigen des den Bewegungsvorgang auslösenden Druckknopfes eine pneumatisch oder hydraulisch betätigte Schutztüre zwischen dem Bedienungsmann und der sich nach oben bewegenden Hohlform vorgeführt. Sollte diese Schutztüre den Gegenkontakt nicht innerhalb eines bestimmten, vorwählbaren Zeitraumes erreichen, wird die Schliessbewegung der unteren Hohlform unterbrochen.
Nach Zurücklegung eines bestimmten Weges wird von der nach oben gehenden gefüllten Hohlform--2-- ein Kontakt betätigt, der eine Umschaltung des Pressdruckes und der Pressgeschwindigkeit ermöglicht.
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Hohlform unterschiedlich ist. Die Formenhälften haben die aus Fig. 2 ersichtliche Lage erreicht, das flüssige Metall--6--füllt nun den geschlossenen Formenhohlraum aus. Durch die richtige gegenseitige Einstellung der
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Temperatur der beiden Formenteile--l und 2--bleibt der Spalt --7-- für den Durchgang von Metall geschlossen, für den Austritt der verdrängten Luft hingegen durchlässig.
Dies bedeutet, dass die Schliessgeschwindigkeit der beiden Formenhälften gegen Ende des Arbeitshubes, d. h. kurz vor Erreichen der aus Fig. 2 ersichtlichen Stellung, herabgesetzt werden muss, damit die Luft Zeit hat zu entweichen, ohne dass in der Maschine unzulässig hohe Beanspruchungen auftreten. Sobald die Luft entwichen ist, kann die Presswirkung auf die Schmelze einsetzen. Die Höhe des Pressdruckes wird hydraulisch eingeregelt, die Dauer der Pressung wird von einem elektrischen Zeitrelais überwacht.
Je nach der Gestalt der Hohlform würde nun der Pressdruck während der Erstarrung hauptsächlich auf die schon aus Gründen des späteren Ausformens des Werkstückes mehr oder weniger konischen Mantelflächen wirken. Um nun auch den Pressvorgang auf die starkwandige Bodenfläche ausdehnen zu können, beginnt der in der unteren Formenhälfte--2--vorgesehene Pressstempel--5-, der in Verbindung mit einem Hydraulikzylinder steht, auf den Boden--6'--des Gusskörpers--6--zu wirken. Dieser Pressvorgang wird durch ein Zeitrelais ausgelöst und der Dauer nach überwacht.
Nach Ablauf der Presszeit wird der Pressen tisch--5--, auf dem die untere Hohlform --2-- montiert ist, nach unten bewegt und es beginnt der öffnungsvorgang.
Nach Ablauf der Presszeit fährt der Pressentisch--5-nach unten und löst die beiden Formenhälften --1, 2-mit dem Gussstück voneinander, das Gussstück--6--bleibt in aller Regel in der unteren Formenhälfte, an der es stärker haftet, als an der oberen, obgleich es je nach seiner Form, auch auf dem oberen Pressstempel--l--aufgeschrumpft sein kann. Wenn die untere Hohlform nun den untersten Ausgangspunkt ihrer Bewegung erreicht hat, beginnt, durch ein elektrisches Zeitrelais angesteuert, entweder ein in die Hohlform wirkender Ausstosser den Teil aus dieser anzuheben oder ein auf dem oberen Pressstempel befindlicher Abstreifring wird mittels eines hydraulischen Aggregates so nach unten bewegt, dass der Gussteil vom Pressstempel abgeschoben wird.
Im vorliegenden Fall ist angenommen, dass der Gusskörper in der Hohlform--2-- verblieben ist. Er kann so in einfacher Weise durch Betätigen des Druckstempels --3-- ausgehoben werden, Fig. 3, d. h., dass in diesem Falle der Druckstempel auch als Auswerfer dient.
Jedenfalls ist der Bedienungsmann nun in der Lage, das Gussstück aus der Hohlform bzw. vom Pressstempel abzuziehen und aus der Maschine herauszunehmen, nachdem die vorhin erwähnte Schutztür geöffnet worden ist.
Nach Ablauf einer gewissen einstellbaren Zeitdauer geht entweder der Abstreifring oder der Ausstosser (Pressstempel--3--) in seine Ausgangslage zurück. Der zum Gegenpressen verwendete, konisch eingepasste, zylindrische oder sonstige Form aufweisende Stempel--3--geht ebenso in seine Ausgangsstellung zurück, falls zusätzlich zu ihn ein eigener Ausstosser vorgesehen ist.
Die Hohlform und der Pressstempel werden nun mit einer Schlichte aus einem wärmeleitenden und schmierigen bzw. wärmeabstossenden Trennmittel besprüht und die so vorbereitete Hohlform kann erneut mit flüssiger Schmelze gefüllt werden ; der nächste Pressvorgang kann ablaufen.
Bei Herstellung von Bratpfannen bzw. von Gegenständen, die mit einem fettabweisenden Kunststoff beschichtet oder emailliert werden sollen, ist es möglich, so wie es für Friteusenkessel notwendig ist, elektrische Heizkörper in den zu giessenden Teil im gleichen Arbeitsgang einzubetten. Bei diesem Verfahren wird vor dem Füllen der Form mit Schmelze der entsprechend geformte elektrische Rohrheizkörper in die Form oder in einen Teil der Form eingesteckt und fixiert. Danach wird die flüssige Schmelze eingefüllt und der Pressvorgang läuft ab.
Das Ergebnis dieses Verfahrens ist dann z. B. ein emaillierbarer Friteusenkessel, der bereits den elektrischen Rohrheizkörper eingegossen hat. Die Emaillierung ist dank der besonderen Porenfreiheit des Gusskörpers einwandfrei möglich.
Ausführungsbeispiel : Es soll ein Pfannenrohling jener Form hergestellt werden, wie aus den Zeichnungen ersichtlich, mit folgenden Abmessungen : Innendurchmesser 240 mm, Wanddicke in den unverstärkten Bereichen 2, 5 mm, Bodendicke 8 mm im verdickten Bereich. In diesem Falle beträgt die Temperatur des Formenoberteiles 3200, jene des Formenunterteiles 2800 und es werden 1, 2 kg Schmelze eingegossen, die ihrerseits eine Temperatur von 6200 (alles in Grad C) besitzt. Nach Absenken des Oberstempels--l--bis auf einen Ringspalt--7--von 0, 3 mm Breite, wird nach 2 sec der Stempel --3-- für eine Dauer von 15 sec unter einen Druck von 100 kp gesetzt. Nach 15 sec erfolgt das Ausformen des Rohlings.
Vergossen wird eine Legierung wie sie für die Herstellung von Kochgeschirren gebräuchlich ist.
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