AT392228B

AT392228B - Verfahren und vorrichtung zum schleudergiessen von kupfer oder dessen legierungen, insbesondere bronze

Info

Publication number: AT392228B
Application number: AT2915/88A
Authority: AT
Original assignee: Brugger Gottfried
Priority date: 1988-11-28
Filing date: 1988-11-28
Publication date: 1991-02-25
Also published as: ATE90897T1; EP0445140A1; CA2004061C; WO1990006196A2; ATA291588A; EP0445140B1; CA2004061A1; WO1990006196A3; US5193604A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleudergießen von Kupfer, Kupferlegierungen oder anderen sauerstoffaffinen Legierungen, insbesondere Bronze, wobei zur Verringerung bzw. Vermeidung der sich an der Innenfläche des Gußstfickes ausbildenden Oxidschicht in die Gießform als Zuschlag zumindest ein Desoxidationsmittel und/oder zumindest ein den Zutritt von Luftsauerstoff verhinderndes Abdeckmittel 5 eingebracht wird sowie eine Vorrichtung zum Schleudergießen von Kupfer, Kupferlegierungen oder anderen sauerstoffaffinen Legierungen, insbesondere Bronze, zur Durchführung des Verfahrens.

Beim Herstellen von Schleudergußstücken aus Kupfer, Kupferlegierungen oder anderen sauerstoffempfindlichen Legierungen, insbesondere Bronze, entsteht an der Innenfläche der Gußstücke durch Oxidation eine Oxidationsschicht, die ausgedieht werden muß. Die Dicke dieser Oxidationsschicht hängt dabei 10 insbesondere von der Wandstärke des Gußstückes und von dem während des Gießvorganges und der Abkühlung aufgenommenen Sauerstoffes ab. Bereits bei relativ geringen Wandstärken von etwa 15 bis 20 mm bildet sich eine störende Oxidationsschicht beträchtlicher Dicke, die im weiteren proportional mit der Wandstärke zunimmt. Bei dickeren Gußstücken kann die Stärke dieser auszudrehenden Schicht bis zu 15 % der Wandstärke betragen. Die Stärke dieser Oxidschicht wird insbesondere von der Abkühlgeschwindigkeit der Schmelze und der Zeitdauer 15 beeinflußt, während der die Schmelze an der Innenfläche des Gußstückes höhere Temperatur behält, da sich der Luftsauerstoff ungünstig auswirkt und die Dicke der sich auf der Innenfläche ausbildenden Oxidschicht beeinflußt

Ein Verfahren zur Verbesserung der Oberfläche von Schleudergußstücken ist z. B. aus der DE-OS 2 422 339 bekannt. Gemäß der Ausführungen auf Seite 10, vierter Absatz der DE-OS 2 422 339, sollen die vorgesehenen Zuschlagstoffe gleichzeitig mit der Schmelze aufgegeben werden. Diese vorgesehenen Zuschlagstoffe und das 20 gemeinsame Einführen von Schmelze und Zuschlagstoffen in die Kokille ist aber gerade bei Buntmetallen einem gleichmäßigen Gesamtgußgefüge abträglich.

Erfindungsgemäß ist nunmehr zur Verringerung bzw. Vermeidung der sich an der Innenfläche des Gußstückes ausbildenden Oxidschicht vorgesehen, daß als Zuschlag unmittelbar nach dem Gießvorgang auf die noch flüssige Innenfläche festes, vorzugsweise pulverförmiges, Borax, gegebenenfalls gemeinsam mit feinteiligen Gemengen 25 aus sauerstoffaffinen Metallen, z. B. Mg, Li, Cer und Graphit-, Schamotte- oder Holzkohlenpulver, mit einer Schichtdicke von 0,5 bis 4 mm, vorzugsweise 1 bis 3 mm aufgebracht wird und die Kokille mit dem Gußstück nach dem Einbringen des die Schicht bildenden Zuschlages weiter gedreht wird. Das Einbringen von Borax bewirkt, daß die Ausbildung einer unerwünschten Oxidationsschicht weitgehend hintangehalten wird und daß durch Verringerung der Wärmeabgabe die Fließfähigkeit des Metalls an der Innenfläche länger erhalten bleibt, 30 womit das sogenannte Nachziehen (Nachströmen des noch fließfähigen Metalles beim Erstarren) während der Erstarrung begünstigt wird. Es zeigt sich, daß eine beträchtliche Verminderung der bisher notwendigen Innenzugabe auf etwa 1/4 des bisher notwendigen Übermaßes erreicht werden konnte. Dadurch kann in den meisten Fällen bei den hergestellten Gußstücken das Vordiehen entfallen und auch für dickere Wandstärken wird die Möglichkeit geboten, derartige Gußstücke in Vordrehqualität hersteilen zu können. Damit ergeben sich 35 beträchtliche Arbeits-, Material und Gewichtseinsparungen, die von einer beträchtlichen Kostenersparnis begleitet sind. Mit der Zugabe speziell von Borax, allenfalls mit den weiteren erfindungsgemäß zugesetzten Zuschlagstoffen, können ein verbesserter Schutz gegen Oxidation und eine weitaus bessere Oberflächenstruktur erreicht werden als bei der aus dieser DE-OS bekannten Vorgangsweise. Die erfindungsgemäß vorgesehene Zugabe von Borax auf die gerade ausgebildete noch flüssige Metalloberfläche in dm1 angegebenen Schichtdicke 40 ermöglicht die Ausbildung einer lunker- und fehlerfreien Oberfläche, die ohne Zwischenbearbeitung maßgedreht werden kann. Das gemeinsame Abgießen bzw. Einfuhren von Schmelze und Zuschlagstoffen in die kalte Kokille gemäß der DE-OS führt aufgrund der relativ raschen Abkühlung insbesondere von dünnwandigen Schleudergußstücken und der nicht allzugroßen Unterschiede in den spezifischen Gewichten der Schmelze und der Zuschlagstoffe dazu, daß ein Aufschwimmen der Zuschlagstoffe in der Schmelze bis zum Erstarrungseintritt aus 45 Zeitmangel nicht immer in ausreichendem Maß erfolgt, sodaß die Zuschlagstoffe in der erkalteten Schmelze verteilt vorliegen. Bei dünnwandigen Gegenständen führt dies oftmals zu unbrauchbaren Gußstücken. Borax besitzt den Vorteil, daß es eine ausgesprochen gute Tendenz zeigt, auf der Schmelzenoberfläche zu bleiben. Eine Schicht mit einer Dicke von 1 bis 4 mm ist ausreichend, um den von der Legierung während des Gießvorganges aufgenommenen Sauerstoff abzubinden und die Ausbildung einer Oxidschicht zu verhindern. Gleichzeitig erfolgt 50 ein ausreichender Schutz gegen den Luftsauerstoff.

Die Menge, in der Borax eingebracht wird, wird insbesondere durch die Dicke des Werkstücks und den Durchmesser der Bohrung bzw. des Hohlvolumens bestimmt.

Vorrichtungen zum Schleudergießen sind prinzipiell aus der DE-OS 483 737 bekannt.

Eine Vorrichtung zum Schleudergießen von Kupfer oder dessen Legierungen, insbesondere Bronze der 55 eingangs genannten Art, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Gießrohr eine in die Kokille, insbesondere ins Innere des Gußstücks, führende oder in diese(s) einführbare Abgabeeinrichtung, z. B. ein Rohr, eine Schüttrinne od. dgl., zur Einbringung von festem, vorzugsweise pulverförmigen, Borax, gegebenenfalls gemeinsam mit feinteiligen Gemengen aus sauerstoffaffinen Metallen, z. B. Mg, Li, Cer und Graphit-, Schamotte- oder Holzkohlenpulver auf die Innenfläche des Gußstückes vorgesehen ist Eine derartige 60 Abgabeeinrichtung kann relativ einfach aufgebaut sein und hat den Zweck, das in die Kokille einzubringende Borax einfach einführen zu können. Prinzipiell ist es möglich, die Zuschlagstoffe händisch, z. B. mit einer -2-

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Schaufel, einzuschütten, jedoch ist die Dosierung mit Abgabeeinrichtungen genauer und die Anordnung derartiger Abgabeeinrichtungen, insbesondere bei einem automatisierten Gießbetrieb, vorteilhaft.

Bei vorteilhaften Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, daß die Abgabeeinrichtung eine um ihre Längserstreckung, insbesondere Längskante, vorzugsweise gegen die Wirkung einer Feder, in Abgabestellung kipp- bzw. verschwenkbar gelagerte Rinne ist, die in einem vorzugsweise relativ zur Kokille bewegbaren Träger bzw. Gehäuse verdrehbar gelagert ist oder an dem Gießrohr verschwenkbar gelagert und mit diesem in die Kokille ein- und ausfahrbar ist

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Vorrichtungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 zeigt in einem schematischen Schnitt und Fig. la in einer Seitenansicht eine erste Ausführungsform der Erfindung und Fig. 2 und 2a zeigen in schematischen Schnitten und Fig. 2b in einer Seitenansicht eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist eine Abgabeöffnung (4) eines mit einer Schamotteauskleidung (3) versehenen Schmelzbehälters bzw. Gießtrichters (1) mittels einer Muffe (5) mit einem Gießrohr (6) verbunden, das vorne und oben bzw. seitlich zum Austritt der Schmelze geöffnet ist und in eine Kokille (2) entsprechend Pfeil (16) einführbar ist. An der dem Gießtrichter (1) abgewandten Seite der Kokille (2) mit Endwänden (2') ist eine Abgabeeinrichtung, im vorliegenden Fall eine um ihre Längserstreckung kippbare Rinne (7), vorgesehen, die in Richtung des Pfeiles (10) in die Kokille (2) ein und aus dieser ausgefahren werden kann. Die Rinne (7) kann in ausgefahrene Stellung händisch oder aus einem angedeuteten Vorratsbehälter (8) beim Ein- oder Ausfahren mit Borax und/oder Gemengen aus sauerstoffaffinen Metallen und Graphit-, Schamotte- oder Holzkohlepulver beschickt werden. Mit dem Einfahren bzw. der Zufuhr von Borax auf das Gußstück (9) wird unmittelbar nach Beendigung des Einbringens der Schmelze bzw. nach Ausfahren des Gießrohres (6) begonnen. Nachdem sich das Gußstück (9) so weit abgekühlt hat, daß eine weitere Oxidation bzw. Ausbildung einer Oxidschicht auf der Innenfläche nicht mehr eintreten kann, wird das Gußstück (9) entformt und durch Drehen fertig bearbeitet.

Fig. 1 zeigt eine seitliche Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Fig. 1 und la erkennt man einen Handgriff (11), mit dem die Rinne (7) gegen die Wirkung einer Feder (12) in Richtung des Pfeiles (13) verschwenkbar ist. Dazu ist der Endbereich (15) der Rinne (7) in einem Gehäuse (14) verdrehbar gelagert, welches auch die Feder (12) aufnimmt. Die Rinne (7) ragt zumindest bis zur Mitte des Gußstückes (9), vorzugsweise bis nahe zum gegenüberliegenden Rand des Gußstückes (9). Die in Fig. 1 und la beschriebene Anordnung ist insbesondere dann verwendbar, wenn der Innendurchmesser des Gußstückes relativ klein ist und das Gießrohr (6) und die Rinne (7) nicht gemeinsam Platz finden. Es ist durchaus möglich, den Schmelzbehälter bzw. Gießtrichter (1) mit dem Gießrohr (6) ebenso wie die Rinne (7) stationär anzuordnen und das Gußstück (9) mit der Kokille (2) vom Gießrohr (6) abzuziehen und auf die Rinne (7) aufzuschieben; in diesem Fall ist nur die Kokille zu bewegen.

In Fig. 1 ist strichliert die Möglichkeit angedeutet, die offene Fläche der Rinne (7) mit einem rinnen- bzw. halbschalenförmigen Abdeckschirm (7') zu überdachen, der am Gehäuse (14) befestigt ist. Falls die Rinne (7) und das Gießrohr (6) gleichzeitig in die Kokille beim Gießen eingefühlt sind, wird vermieden, daß Metall in die Rinne (7) gelangt Zum Ausleeren des Pulvers wird die Rinne (7) unter den Abdeckschirm (7') verschwenkt. In Fig. 2 übernimmt das Gießrohr (6) die Funktion des Abdeckschirms (7').

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Rinne (7) mit dem Gießrohr (6) kombiniert ist Diese Anordnung ist platzsparend und insbesondere bei Gußstücken (9) mit etwas größerem Innendurchmesser einsetzbar. Die Rinne (7) ist, z. B. mittels Lager und Lagerzapfen, auf dem Gießrohr (6) um ihre Längserstreckung bzw. Längskante relativ zum Gießrohr (6) schwenkbar gelagert; über eine z. B. am Schmelzentrichter (1) gelagerte Welle (17) ist sie mit dem Handgriff (11) verbunden, der gegen die Wirkung der Feder (12) verstellbar ist welche Feder (12) die Rinne (7) in geschlossener Stellung, d. h. in Anlage an das Gießrohr (6) drückt, wie sie in Fig. 2a dargestellt ist. Das Befüllen der Rinne (7) erfolgt in ausgefahrenem Zustand. Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß unmittelbar nach dem Ende der Schmelzeneinbringung der Zuschlagstoff aufgegeben werden kann.

Anstelle des Handgriffes (11) können auch mechanische Handhäbungseinrichtungen vorgesehen sein. Die Querschnittsform der Rinne kann beliebig sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispieles näher erläutert

Es sollte im Schleuderguß ein Rohling aus Rotguß nach DIN 1705, Schmelzenzusammensetzung Gz-Rg 7, von 172 mm Außendurchmesser und 134 mm Innendurchmesser bei 460 mm Länge hergestellt werden, der für die Herstellung eines Gleitlagers bestimmt war. Die waagrecht gelagerte Stahlkokille wurde auf etwa 150 °C vorgewärmt. Nach Verschließen der Kokille wurde eine Eingießvorrichtung zentrisch angebracht, wobei die Ausflußöffnung des Eingießtrichters auf die Gußmasse abgestimmt ist und 28 mm Durchmesser hatte. An den Eingießtrichter wurde eine Gießrinne angeschlossen, die über zwei Drittel der Länge der Kokille reicht und sich annähem horizontal in diese erstreckt. Mittels dieser Eingießvomchtung wurde die abgewogene und auf 1150 °C erhitzte Schmelze bei Steigerung der Umfangsgeschwindigkeit der Kokilleninnenwand auf 7 m/s derart eingegossen, daß der Gießtrichter mit einer Badspiegelhöhe von etwa 200 mm mit Schmelze gefüllt bleibt, wodurch ein konstanter Durchfluß und eine gleichmäßige Verteilung der Schmelze mittels der Eingußrinne in der Kokille gewährleistet wird. Die Gießzeit beträgt etwa 4 Sekunden. Danach wurde die Eingießvomchtung entfernt -3-

Claims

AT 392 228 B und die Kokille mit Wasser gekühlt, worauf nach Erstarrung des Rohlings dieser aus der Kokille entnommen wurde. Unmittelbar nach Beendigung der Schmelzenzufuhr wurde in die Kokille Borax von Hand aufgegeben in einer Menge, daß sich auf der Innenfläche des Rohlings eine Schicht von geschmolzenen Borax ausbildete, die eine Dicke von etwa 1 mm hatte. Eine nennenswerte Oxidschichte an der Innenfläche wurde verhindert; die normalen Unebenheiten der Gußwand konnten im Zuge der Hauptdrehbearbeitung entfernt werden, sodaß das erwartete Vorabdrehen der Oxidschichte enfallen konnte. Die Abmessungen der Gußstücke die beim erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, spielen keine Rolle; es sind kurze Ringe von z. B. 50 mm Länge und Rohre von z. B. 2000 mm Länge in gleicher Weise herstellbar. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Schleudergießen von Kupfer, Kupferlegierungen oder anderen sauerstoffaffinen Legierungen, insbesondere Bronze, wobei zur Verringerung bzw. Vermeidung der sich an der Innenfläche des Gußstückes ausbildenden Oxidschicht in die Gießform als Zuschlag zumindest ein Desoxidationsmittel und/oder zumindest ein den Zutritt von Luftsauerstoff verhinderndes Abdeckmittel eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlag unmittelbar nach dem Gießvorgang auf die noch flüssige Innenfläche festes, vorzugsweise pulverförmiges, Borax, gegebenenfalls gemeinsam mit feinteiligen Gemengen aus sauerstoffaffinen Metallen, z. B. Mg, Li, Cer und Graphit-, Schamotte- oder Holzkohlenpulver mit einer Schichtdicke von 0,5 bis 4 mm, vorzugsweise 1 bis 3 mm aufgebracht wird und die Kokille mit dem Gußstück nach dem Einbringen des die Schicht bildenden Zuschlages weiter gedreht wird.
2. Vorrichtung zum Schleudergießen von Kupfer, Kupferlegierungen oder anderen sauerstoffaffmen Legierungen, insbesondere Bronze, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer drehbaren Kokille und einem Gießrohr, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Gießrohr (6) eine in die Kokille (2), insbesondere ins Innere des Gußstücks, führende oder in diese(s) einführbare Abgabeeinrichtung, z. B, eine Rinne (7) od. dgl., zur Einbringung von festem vorzugsweise pulverförmigen, Borax, gegebenenfalls gemeinsam mit feinteiligen Gemengen aus sauerstoffaffinen Metallen, z. B. Mg, Li, Cer und Graphit-, Schamotte- oder Holzkohlenpulver auf die Innenfläche des Gußstückes vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabeeinrichtung eine um ihre Längserstreckung, insbesondere Längskante, vorzugsweise gegen die Wirkung einer Feder (12) in Abgabestellung kipp- bzw. verschwenkbar gelagerte Rinne (7) ist, die in einem vorzugsweise relativ zur Kokille (2) bewegbaren Träger bzw. Gehäuse (14) verdrehbar gelagert ist oder an dem Gießrohr (6) verschwenkbar gelagert und mit diesem in die Kokille (2) ein- und ausfahrbar ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-