Giesseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Giesseinrichtung, ins besondere eine Einrichtung zum Giessen von Eisen metallen, einschliesslich von Legierungs- und Koh- lenstoffstählen, die vor dem Schmelzen auf oder über 1370 C erhitzt werden müssen.
Die erfindungs gemässe Giesseinrichtung ist gekennzeichnet durch eine poröse Form, die einen Hohlraum zur Aufnahme des zu giessenden schmelzflüssigen Metalls bildet, eine an einem Teil der Form angreifende Platte, die mit einem ausserhalb der Form mündenden Kanal ausgebildet ist, der an eine Evakuierungseinrichtung angeschlossen werden kann, und .ein die freiliegenden Formteile einschliessendes Organ, das die Gestalt der Form aufrechterhält und einen Durchtritt von Luft durch das Organ und die Poren der Form gestattet, wenn an die Form ein Vakuum angelegt wird.
Die Erfindung wird insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich zum Präzisionsguss angewendet, der häufig zur Herstellung von Gegenständen verwendet wird, die mittels eines Kernes hergestellte bogen förmige oder unregelmässig geformte Ausnehmungen oder besonders dünne Wandteile haben oder an schliessend keine wesentliche spangebende Bearbei tung .erfahren sollen.
In der üblichen Praxis wird das zu giessende Metall zunächst auf eine weit über seinem Schmelzpunkt liegende Temperatur erhitzt und in eine Form über eine Eingussöffnung einge führt, die über einen Eingusstrichter mit dem Form hohlraum in Verbindung steht, wobei für eine Ent lüftung des Formhohlraumes gesorgt ist und Steiger und verlorene Köpfe vorgesehen sind, um das Fül len des Hohlraumes zu gewährleisten und durch zu sätzliches Metall die beim Abkühlen auftretende Schrumpfung auszugleichen. Zur Herstellung von Gussstücken mit dünnwandigen Teilen waren bisher äusserst hohe Temperaturen notwendig.
Beim Giessen derartiger Gegenstände nach den üblichen Verfah- ren wird nur etwa ein Drittel des vergossenen Me talls zur Herstellung des eigentlichen Gussstückes verwendet, während der Rest in die Eingusstrichter, Steiger, verlorenen Köpfe und Eingussöffnungen geht.
Ausserdem hat es sich bei der üblichen Praxis, bei der äusserst hohe Temperaturen erforderlich sind, gezeigt, dass bis zu 701/o, der auf diese Weise hergestellten Gussstücke verschrottet werden müssen, weil die Formhohlräume unvollständig ausgefüllt waren und die Gussstücke eine hohe Porosität aufwiesen, was schlechte physikalische Eigenschaften vor allem in bezug auf die Zugfestigkeit bedingt.
Untersuchungen haben zu der Annahme geführt, dass die zur Erzielung der erforderlichen Fliessfähig keit notwendige hohe Temperatur eine Vermehrung der Gaseinschlüsse und Oxydbildung mit sich bringt. Röntgenaufnahmen zeigen, dass sich buchstäblich hunderte von Poren bilden. Die unvollständige Randausbildung abgelegener Teile von nach der bis herigen Praxis hergestellten Gussstücken wird darauf zurückgeführt, dass Luft und andere Gase von ab gelegenen Teilen des Formhohlraumes nur unvoll ständig entfernt werden.
Die Erfindung bezweckt daher allgemein die Schaffung einer verbesserten Giesseinrichtung, in der die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten im wesent lichen beseitigt sind. Damit im Zusammenhang steht die Aufgabe der Schaffung einer Giesseinrich tung, die einen rascheren und wirtschaftlicheren Betrieb gestattet und bei der die Anfangstemperatur, auf welche das zu giessende Metall gebracht werden muss, nur wenig über seinem Schmelzpunkt liegt, so dass die Oxydation und Einverleibung von Oxyden in den Gussstücken verringert wird, und Gasein schlüsse gering gehalten und Gussstücke von verbes serten physikalischen Eigenschaften erhalten werden.
Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Giesseinrichtung, in der eine vollständige Ent fernung von Luft und andern Gasen aus dem Form hohlraum und die vollständige Füllung des Form hohlraumes mit dem schmelzflüssigen Giessmaterial bewirkt wird, um vollständig ausgebildete Gussstücke zu erhalten.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der nachstehenden Beschreibung an Hand der beigefügten Zeichnungen dargestellt. Darin zeigen: Fig. 1 und 2 in der Ansicht bzw. Draufsicht eine erfindungsgemäss ausgebildete Giesseinrichtung, Fig. 3 und 4 in der Ansicht bzw. Draufsicht eine abgeänderte Form einer erfindungsgemäss ausgebil deten Giesseinrichtung, Fig. 5 ist eine Druntersicht der in Fig. 1, 2, 3 und 4 dargestellten Vakuumplatte.
Fig. 6 ist ein vergrösserter Höhenschnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 1.
Die Erfindung gestattet verschiedene Abänderun gen und Konstruktionsvarianten, doch sind in der Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt, die nachstehend ausführlich beschrieben werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellten Aus- führungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle Abänderungen und Konstruktionsvarianten, die im Rahmen der Erfindung liegen.
In Fig. 1 und 2 ist ein Formgestell 84 aus ge eigneten U- und L-Profilen vorgesehen. Es besitzt ein flaches Hauptauflager 85, auf dem mit Hilfe einer durch hydraulischen oder pneumatischen Druck be tätigten Klemmvorrichtung 88 eine Form 86 mon tiert ist. Die Klemmvorrichtung 88 weist einen Zylinder 89 auf, der an dem horizontalen Auflager 85 starr befestigt ist und sich von dort abwärts er streckt, sowie einen Kolben 90, der in dem Zylin der durch ein Druckmedium hin und her bewegbar ist, das durch die Öffnungen 91 in den Zylinderein tritt bzw. ihn verlässt.
Von dem Kolben und Zylinder 89, 90 erstreckt sich eine Kolbenstange 96 nach unten, an der die untere Querstange 95 eines Klemm rahmens starr befestigt ist, welcher senkrecht ange ordnete Zugstangen 92 und oben und unten parallele Querstangen 94, 95 aufweist. Die Zugstangen 92 durchsetzen geeignete Öffnungen des Auflagers 85, so dass die obere Querstange 94 so weit im Abstand über dem Auflager 85 angeordnet ist, dass die Form 86 dazwischen angeordnet werden kann. Daher kann der Klemmrahmen beim Hin- und Hergehen des Kolbens 90 im Zylinder 89 in bezug auf die Form auf und ab gehen.
Zur Verwirklichung der oben genannten Zwecke der Giesseinrichtung wird an die aus geeignetem grob keramischen Material bestehende Form 86 und die darin vorgesehenen Hohlräume 98 (Fig. 6) indirekt ein Vakuum angelegt, und zwar mit Hilfe einer nach oben gekehrten Vakuumplatte 99, die auf dem Auf lager 85 ruht und die Form trägt. Wenn das zu ver- giessende Metall giessfertig ist, wird die Form 86 zwi- sehen der Vakuumplatte 99 und der obern Quer stange 94 festgespannt.
Das übliche Formmaterial, z. B. Formgips, wird in dem Schmelztemperaturbereich von Kohlenstoff und Legierungsstählen, z. B. von l370 C und dar über, krümelig. Aus diesem Grund muss ein Einsatz material verwendet werden, das die erwünschte Hochtemperaturfestigkeit hat, das aber zu einer po rösen Form geformt werden kann.
Ein Beispiel eines derartigen Einsatzmaterials besteht aus den folgenden Bestandteilen, die insbesondere in den angegebenen Gewichtsteilen verwendet werden:
EMI0002.0029
Siliziumdioxydpulver <SEP> 40%
<tb> Äthylsilikat <SEP> 3311/o
<tb> Kaolin <SEP> 27% Zum Gebrauch werden die vorstehenden Be standteile mit so viel Wasser vermischt, dass die zur Verformung erforderliche Konsistenz erhalten wird. Dieses Formmaterial zeichnet sich dadurch aus, dass es nach dem Mischen auf etwa 1100 C erhitzt wer den muss, ehe es erhärtet und manipulierbar wird.
Die Gestalt der Form wird daher während des Erhärtens dadurch aufrechterhalten, dass das Ein satzmaterial in einem Mantel 100 (Fig. 6) einge schlossen wird, der ein dauernder Teil der Form wird. Fig. 1-6 zeigen, dass der beispielsweise dar gestellte Mantel 100 die Form eines an den Enden offenen Metallzylinders hat, in den das Einsatzmate rial nach dem Vermischen .eingegossen wird und der das Formmaterial während seiner Erhärtung und des nachfolgenden Giessens von schmelzflüssigem Metall in dem Einsatzmaterial vollkommen ein schliesst.
Man kann also einen leeren Zylinder 100 auf eine (nicht gezeigte) geeignete ebene Unterlage aufsetzen und mit dem bildsamen nassen Einsatz material füllen, wobei in dem Zylinder ein geeignetes Hohlraumbildungsmaterial oder Modell in entspre chender Anordnung vorgesehen ist. Der gefüllte Zylinder wird in einen (nicht gezeigten) Ofen ein gesetzt, der auf 1100 C gehalten wird. Der Zylinder wird dieser Temperatur so lange ausgesetzt, bis das Formmaterial erhärtet und etwa verwendetes Hohl raumbildungsmaterial geschmolzen ist. Auf diese Weise erhält die Form eine bleibende Gestalt. Die ummantelte Form 86 kann dann zur Aufnahme von schmelzflüssigem Metall auf der Vakuumplatte 99 aufgespannt werden.
Zwischen der Oberseite der Form 86 und der obern Querstange 94 ist eine Formdeckplatte 101 vorgesehen, die eine mit der Eingussöffnung 104 (Fig.2) der Form übereinstimmende Öffnung 102 hat, durch welche das von einer (nicht gezeigten) Schnabelpfanne oder dergleichen zu giessende schmelzflüssige Metall in die Form eingeführt wird.
Die Hohlräume 98 der Form 86 werden dadurch .evakuiert, dass die Form einem Vakuum ausgesetzt wird, das an die Platte 99 über eine geeignete Va kuumverbindung 105 angelegt wird, die mit einer (nicht gezeigten) Vakuumquelle in Verbindung steht. Durch das Einwirken des Vakuums werden Luft und andere Gase aus den Hohlräumen 98 abgezogen und das vergossene schmelzflüssige Metall an die Hohlraumwandungen angesaugt.
Die Vakuumplatte 99 ist entsprechend der zylindrischen Form als Kreisscheibe ausgebildet. Ge mäss Fig. 5 und 6 ist die Platte 99 mit einer waffel- blechartigen Oberfläche 106 versehen, die im wesent lichen über der ganzen Formunterseite ein Muster von miteinander verbundenen kreisförmigen und ge raden Kanälen 108 bildet. Die Verbindung zwischen diesen Innenkanälen 108 und dem Vakuumanschluss 105 wird durch eine an der Rückseite der Platte vorgesehene öffnung 109 hergestellt.
Infolge der waffelblechartigen Ausbildung ist die Platte also mit über die ganze Unterseite der Form 86 versehenen Füssen<B>110</B> versehen, damit die Vakuumkräfte gleich mässig über die Unterseite der Form verteilt werden.
Zur weiteren Gewährleistung der zwangläufigen Einwirkung des Vakuums auf die Formhohlräume 98 und eines möglichst geringen Verlustes an Vakuum kräften durch Lecken ist die Vakuumplatte 99 mit einer aufrechtstehenden Kreisschneide 111 versehen, die in die relativ weiche untere Fläche der Form 86 eindringen kann. Die Schneide 111 sitzt dicht pas send in einer entsprechenden Nut der Platte, so dass die Schneide ersetzt werden kann, wenn sie stumpf geworden ist. Ein Lufteintritt in die miteinander ver bundenen Kanäle 108 kann daher nur über die porösen Wände der Form 86 erfolgen, wobei diese Wände dem Luftdurchtritt einen Widerstand ent gegensetzen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist eine Anordnung von in dichten Abständen stehenden Ausnehmungen 113 auf, die im wesent lichen über die ganze Oberfläche des Formmantels 100 verteilt sind, damit Luft durch sie und durch das poröse Einsatzmaterial gesaugt werden kann, welche die in der Form befindlichen Gussstücke ab schreckt. Mit einer solchen Anordnung können die Gussstücke rascher abgekühlt werden als es sonst möglich ist, so dass ein feinkörniges Gusserzeugnis erhalten wird, das einheitliche und sehr wünschens werte physikalische Eigenschaften hat.
Die in Fig.3 und 4 dargestellte Ausführungs form der Erfindung entspricht der in Fig. 1 und 2 ge zeigten, ausser dass die ummantelte Form 86a an der schräg angeordneten Mündung 114 eines schwenk baren, vorzugsweise elektrischen Ofens 115 fest geklemmt ist, der gekippt werden kann, um die Form mit schmelzflüssigem Metall zu füllen. Wie in den Zeichnungen dargestellt, ist ein Gestell 116 als Auf lager für den Kippofen 115 vorgesehen, der mit ge eigneten Mitteln, umfassend einen untersetzten Motor 118 und eine Wiege 119, zwischen einer aufrecht stehenden und einer geneigten Stellung (in Fig. 3 ge strichelt angedeutet) verschwenkbar ist.
Der Ofen 115 ist mittels der Arme 120 in dem Gestell 116 gelagert. Die Wiege 119 ist an einem oberhalb der Achse der Tragarme 120 gelegenen Punkt 121 schwenkbar mit dem Ofen verbunden. Der Wiege 119 und dem Ofen 115 wird eine Dreh bewegung mittels eines Ritzels 122 erteilt, das durch den untersetzten Motor 118 angetrieben wird und mit .einer Zahnstange 124 im untern Teil der Wiege kämmt.
Ein aus Flachstäben 125 bestehender aufrecht stehender Rahmen ist an den Ofentragarmen 120 derart befestigt, dass er mit ihnen verschwenkbar ist. Ferner sind Vorkehrungen zum Festklemmen der Form 86a an dem Ofen getroffen. Zu diesem Zweck ist ein hydraulischer oder pneumatischer Zylinder starr an der obern Rahmenleiste 125 befestigt und erstreckt sich von dort nach unten. Ein in dem Zylinder hin und her bewegbarer Kolben 128 trägt am untern Ende der Kolbenstange 129 eine Va kuumplatte 99a. Der hydraulisch oder pneumatisch betätigte Kolben und Zylinder 128, 126 bewegen daher die Vakuumplatte 99a auf die Ofenmündung 114 oder von ihr weg, um die Form 86a festzuklem men oder freizugeben.
Die verwendete Form 86a entspricht der in der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 verwendeten und in Fig. 5 und 6 dargestellten. Sie hat eine (nicht ge zeigte) Eingussöffnung, die an der Ofenmündung 114 anliegt. Ein zylindrischer Mantel 100a umgibt das die Form bildende Einsatzmaterial und ist vorzugs weise mit Perforationen 113a ausgebildet, um die Abkühlung der Gussstücke nach dem Giessen des schmelzflüssigen Metalls zu erleichtern.
Die Enden der Form 86a werden gegen ein Lecken von Luft oder schmelzflüssigem Metall ab gedichtet. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise eine Dichtung 130 zwischen dem einen Ende der Form und der Ofenmündung 114 angeordnet. Das andere Ende der Form wird dadurch abgedichtet, dass auf der Arbeitsfläche der Vakuumplatte .eine aufrecht stehende Kreisschneide vorgesehen ist, die in das Formmaterial eindringt.
Zum Betrieb der Einrichtung nach Fig. 3 und 4 wird in dem Elektroofen 115 eine zu giessende Metall charge geschmolzen. Die Form 86a wird an der Ofenmündung 114 festgeklemmt. Wenn das Metall schmelzflüssig ist, wird der Ofen<B>115</B> mittels des untersetzten Motors 118 und der Wiege 119 aus der aufrechtstehenden in die geneigte Stellung ver- schwenkt. Gleichzeitig mit dem Fluss der Schmelze aus dem Ofen 115 in die Form bzw. zu jedem ge wünschten Zeitpunkt kann an die Vakuumplatte 99a ein Vakuum angelegt werden. Durch Anlegen des Vakuums werden, wie beim ersten Ausführungsbei spiel, Luft und Gase, die beim Giessen frei werden, aus dem Formhohlraum gesaugt.
Nach Erstarren des Giessmaterials ist die Eingussöffnung durch dieses Material geschlossen und die durch das Material der porösen Form gesaugte Luft dient dazu, die Abküh lung des Gussstückes zu beschleunigen.
Die vorstehend beschriebene Einrichtung wurde unter tatsächlichen Produktionsbedingungen ver wendet. Dabei hat es sich gezeigt, dass bei ihrer Anwendung nicht nur eine höhere prozentuelle Aus beute erhalten wird, sondern die hergestellten Guss- stücke auch wirklich bessere physikalische Eigen schaften haben. Es hat sich ferner gezeigt, dass im wesentlichen kein Ausschuss erhalten wird, wenn die Formen selbst richtig ausgebildet sind. Unter Pro duktionsbedingungen und mit Produktionsgeschwin digkeiten wurden Präzisionsgussstücke mit äusserst dünnwandigen Teilen und einer Genauigkeit von 0,13 mm hergestellt.