Yerfaliren und Vorrichtung zum Umgiessen von Stützkörpern. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren und eine Vorrichtung zum Umgiessen von Stützkörpern, z. B. für die Herstellung von Zahnrädern, Schneckenrädern und ähn lichen Maschinenteilen mit gegliederter Ober fläche, die- durch Gleitung stark beansprucht sind, wobei ein :Stützkörper, z. B. aus Stahl, mit einem Kranz aus einer Legierung mit günstigen Laufeigenschaften, z. B. einer Kupferlegierung oder Aluminiumlegierung, umgossen wird.
Das Verfahren schafft die Voraussetzungen, die erforderlich sind, damit zwischen dem Stützkörper und der Umguss- legierung infolge Diffusion letzterer in dem Stützkörper eine innige metallische Verbin dung entsteht. Auf diese Weise können die günstigsten Laufeigenschaften der Umguss- legierung mit den hohen Festigkeitswerten des Stützkörpers vereinigt werden.
Es sind bereits Verfahren zur Herstellung von Zahnkränzen und Schneckenrädern aus Verbundguss bekannt, bei denen der Stahlrad- körper in einer Sandform mit einer Kupfer- legierung umgossen wird, und zwar zunächst ohne Rücksicht auf die Bindung zwischen Umgussmetall und Stahl, worauf das Ver- bundgussstück unter Luftabschluss längere Zeit geglüht wird, damit eine Diffusion des Kupfers aus der Umgusslegierung in das Eisen des Radkörpers erreicht wird.
Ein Nachteil dieser bekannten Verfahren. liegt in der Notwendigkeit einer zweimaligen Erwärmung der Umgusslegierung, die eine Verlängerung des Arbeitsvorganges mit sich bringt, wodurch wesentliche Mehrkosten des Verbundgusses im Vergleich zu Vollguss ent stehen. Daneben besteht aber hier die Gefahr, dass durch die langdauernde Wiedererwär mung eine Diffusion des Eisens in die Um gusslegierung erfolgt, wodurch sich die Lauf eigenschaften und die Bearbeitbarkeit der Umgussschicht wesentlich verschlechtern kön nen.
Eine längere Erhitzung während des Glühens kann sich auch auf die mechanischen Eigenschaften des Stützkörpers in uner wünschter Weise auswirken. Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird eine innige Verbindung der Werkstoffe des Stützkörpers mit der Umgusslegierung durch Diffusion letzterer in den Stützkörper in einem einzigen Arbeitsgang erhalten, so dass die Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu den bisherigen Verfahren erhöht wird und die durch das lange Erhalten auf der hohen Glühtemperatur verursachten Nachteile vol lends vermieden werden.
Es ist zweckmässig, die Umgusslegierung durch elektrische Induktionsströme sowohl zu schmelzen als auch auf einer über ihrem Schmelzpunkt liegenden Temperatur so lange zu halten, bis eine innige Verbindung mit dem Stützkörper erreicht wird. Selbstverständlich kann auch die Umgusslegierung vorher in einem andern Schmelzofen geschmolzen und die Induktionsströme nur für das weitere Halten des ITmgussmetalles auf der Schmelz temperatur während einer entsprechenden Zeit benützt werden.
Während dieser Zeit wird gleichzeitig die zu umgiessende Ober fläche des Stützkörpers, dessen nicht zu um giessende Flächen zweckmässig durch hitze beständige, nicht metallische Schutzteile ab gedeckt sind, durch die geschmolzene Umguss- legierung bezw. auch noch durch die induzier ten Heizströme, auf einer in der Nähe des Schmelzpunktes der Umgusslegierung lie gende Temperatur erhitzt, wodurch eine innige metallische Verbindung mit der U m- gusslegierung ermöglicht wird.
Die Verwendung der elektrischen Induk tion bringt den Vorteil, da.ss die Umgusslegie- rung sowie die mit ihr in Berührung ste hende Oberfläche des Stützkörpers in kurzer Zeit und gleichmässig auf die erforderliche Temperatur gebracht werden können, ohne unerwünschte Überhitzung des Unigussmetal- les sowie des Innern des Stützkörpers.
da die Wärme unmittelbar in der metallischen -lasse des Kranzes bezw. auch in einem entsprechen den Teil des .Stützkörpers durch das Wirbel stromfeld erzeugt wird, so dass weder die me chanischen Eigenschaften des Werkstoffes des Stützkörpers noch diejenigen der Umguss- legierung unerwünscht beeinflusst werden. Die günstigste Zeitdauer zur Erreichung einer innigen metallischen Verbindung zwi schen der Umgusslegierung und dem Stütz körper kann durch Versuche ermittelt werden.
Voraussetzung für eine gute Verbindung zwischen der l'mgusslc gieriing und dem Stützkörper ist natürlich. da.ss die zu unigie ssende 0hcrflüclie des Stützkörpers möglichst rein ist.
insbesondere, dass sie keine merk lichen Mengen a n Oxyden aufweist. Die -'er- minderntig der Oxydation kann in bekannter Weise durch Arbeiten in indifferenter Atmo sphäre oder durch Behandlung des vorher er hitzten Stützkörpers mit geeigneten Flussinit- teln oder endlich durch eine auf .-alvanischein Wege hergestellte metallische Schutzschicht.
c. B. Verkupfern, erreicht werden.
Die zti urngiessetide Oberfläche des Stütz- körpers kann in einer einfachen geometri schen Form, z. B. kreiszylindrisch, vorbereitet werden. Es ist aber auch möglich, die zu um giessende Fläche des Stützkörpers in jeder andern Form auszugestalten, z.
B. als Zahn kranz mit formgerecht oder annähernd form gerecht vorgefrästen Zähnen, ohne eine ört liche leibe rhitzung des Stützkörpers befüreh- ten zti müssen, da. das U mgussinctall als nia- gnetisehe Al)schii-mung wirkt und dadurch der Stfitzkörper vor unmittelbarer Erhitzung durch die induktiven Ströme geschützt wird.
In diesem Falle kann die Dicke des Unigusses in radialer Richtung nach der Eindringtiefe der Induktionsströme gewählt werden.
Im folgenden wird eine Z'oi-riclitting zur Durchführung des erfindnnc-sgemiissen Ver fahrens in einem Ausführungsbeispiel an Hand der beiliegenden Zeichnung beschrieben: Die in der Zeichntnig veranschaulichte Vorrichtung besteht aus einer nichtmetalli schen Form n. in der der zu umgiessende Stützkörper h in der Weise angeordnet wird.
dass zwischen dein Stützkörper und der Wand der Form ein ringförmiger Raum c entsteht> der mit der U ingiisslegierung in Form von Spänen, Pulver, oder vorgegossenen Hohlkör pern, oder endlich mit flüssigem, in einem andern Ofen geschmolzenen Metall gefüllt wird. Der Stützkörper wird mit Ausnahme der zu umgiessenden Flächen vollständig mit hitzebeständigen und elektrischen Strom nicht leitenden Scheiben d und e (z. B. aus Asbest) verdeckt. Es ist zweckmässig, die Form derart zu gestalten, dass sich ihr Innenraum von unten nach oben kegelförmig erweitert.
Die Form kann mit einem nichtmetallischen Dek- kel bedeckt werden, um erforderlichenfalls den Innenraum der Form mit einer Reduk tionsatmosphäre füllen zu können.
Für die Erhitzung der Umgusslegierung wird die Induktionswicklung f mit einer Wechselstromquelle geeigneter Spannung und Frequenz verbunden, wodurch in dem Um gussmetall des Ringraumes c Induktions ströme erzeugt werden, die das Ausgussmetall auf die erforderliche Temperatur bringen und auf dieser halten. Für die Erhitzung werden z. B. Frequenzen von etwa 500 bis 2;000 Per./Sek. verwendet.
Wenn es sich um die Herstellung einer grösseren Anzahl gleicher zu umgiessender Gegenstände handelt, kann die Induktionswicklung zweckmässig derart ausgebildet werden, dass sie von einer Form auf die andere gebracht werden kann, was zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wesentlich beiträgt. In manchen Fällen ist es auch möglich, mehrere Stütz körper in einer entsprechend hohen Vorrich tung und in einem Gange zu umgiessen, z. B. in der Form eines langen zylindrischen Kör pers, der nach der erfolgten Umgiessung in die einzelnen Maschinenteile zerschnitten wird.
Yerfaliren and device for casting around support bodies. The invention relates to a Ver drive and a device for encapsulating support bodies such. B. for the production of gears, worm wheels and similar union machine parts with articulated upper surface that are heavily stressed by sliding, with a: support body, z. B. made of steel, with a rim made of an alloy with favorable running properties, for. B. a copper alloy or aluminum alloy is cast around.
The method creates the prerequisites that are necessary so that an intimate metallic connection is created between the support body and the casting alloy as a result of diffusion of the latter in the support body. In this way, the most favorable running properties of the casting alloy can be combined with the high strength values of the support body.
There are already known methods for producing ring gears and worm gears from composite casting, in which the steel wheel body is cast around with a copper alloy in a sand mold, initially without regard to the bond between the cast metal and steel, whereupon the composite casting is below Airtight is annealed for a long time so that a diffusion of the copper from the casting alloy into the iron of the wheel body is achieved.
A disadvantage of this known method. lies in the need to heat the casting alloy twice, which results in an extension of the work process, which results in significant additional costs for composite casting compared to full casting. In addition, there is a risk that the long rewarming will cause the iron to diffuse into the cast alloy, which can significantly worsen the running properties and the machinability of the cast layer.
Prolonged heating during the glow can also have an undesirable effect on the mechanical properties of the support body. The method according to the invention creates an intimate connection between the materials of the support body and the encapsulation alloy by diffusing the latter into the support body in a single operation, so that the economic efficiency is increased compared to the previous methods and caused by the long maintenance at the high annealing temperature Disadvantages can be completely avoided.
It is advisable to both melt the casting alloy by means of electrical induction currents and to keep it at a temperature above its melting point until an intimate connection with the support body is achieved. Of course, the casting alloy can also be melted beforehand in another melting furnace and the induction currents can only be used to keep the ITm cast metal at the melting temperature for a corresponding period of time.
During this time, at the same time, the upper surface of the support body to be encapsulated, whose surfaces not to be cast are expediently covered by heat-resistant, non-metallic protective parts, by the melted encapsulation alloy respectively. also heated by the induced heating currents to a temperature close to the melting point of the cast alloy, which enables an intimate metallic connection with the cast alloy.
The use of electrical induction has the advantage that the encapsulating alloy and the surface of the support body that is in contact with it can be brought to the required temperature in a short time and evenly, without undesired overheating of the uni-cast metal and the Inside the support body.
because the heat directly in the metallic -lasse of the wreath respectively. is also generated in a corresponding part of the support body by the eddy current field, so that neither the mechanical properties of the material of the support body nor those of the casting alloy are undesirably influenced. The best time to achieve an intimate metallic connection between the casting alloy's rule and the support body can be determined through experiments.
A prerequisite for a good connection between the molding and the support body is of course. that the fluid of the support body that is to be cast is as pure as possible.
in particular that it has no noticeable amounts of oxides. The oxidation can be reduced in a known manner by working in an indifferent atmosphere or by treating the previously heated support body with suitable flux initiators or, finally, by a metallic protective layer produced by galvanic means.
c. B. copper plating can be achieved.
The zti urngiessetide surface of the support body can be in a simple geometric shape, z. B. circular cylindrical be prepared. But it is also possible to design the surface of the support body to be poured in any other form, for.
B. as a ring gear with pre-milled teeth that are of the correct shape or approximately of the correct shape, without a local body scratching of the support body, there must be. the U mgussinctall acts as a nanoscale Al) shield and thereby the Stfitzkörper is protected from direct heating by the inductive currents.
In this case, the thickness of the Unigusses in the radial direction can be selected according to the penetration depth of the induction currents.
In the following, a Z'oi-riclitting for carrying out the process according to the invention is described in one embodiment with reference to the accompanying drawing: The device illustrated in the drawing consists of a non-metallic shape n. In which the support body to be encapsulated h in the Way is arranged.
that between your supporting body and the wall of the mold an annular space c is created> which is filled with the cast alloy in the form of chips, powder, or pre-cast hollow bodies, or finally with liquid metal melted in another furnace. With the exception of the surfaces to be encapsulated, the supporting body is completely covered with heat-resistant and electrically non-conductive panes d and e (e.g. made of asbestos). It is advisable to design the shape in such a way that its interior space widens conically from bottom to top.
The mold can be covered with a non-metallic lid in order, if necessary, to be able to fill the interior of the mold with a reducing atmosphere.
For heating the casting alloy, the induction winding f is connected to an alternating current source of suitable voltage and frequency, whereby induction currents are generated in the casting metal of the annular space c, which bring the pouring metal to the required temperature and keep it at this. For the heating z. B. Frequencies from about 500 to 2; 000 per./sec. used.
When it comes to the production of a large number of the same objects to be encapsulated, the induction winding can expediently be designed in such a way that it can be brought from one shape to the other, which contributes significantly to increasing the economic efficiency of the process. In some cases it is also possible to encapsulate several support bodies in a correspondingly high Vorrich device and in one go, for. B. in the form of a long cylindrical Kör pers, which is cut into the individual machine parts after the encapsulation.