CH439605A - Verfahren zum Giessen von metallischen Gussstücken, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Anwendung des Verfahrens - Google Patents

Description

  Verfahren zum Giessen von metallischen     Gussstücken,    Vorrichtung zur Durchführung  des Verfahrens und     Anwendung    des Verfahrens    Die Erfindung     betrifft    ein     Verfahren    zum Giessen  von metallischen     Gussstücken    mit grossen Oberflächen  und extrem     ,dünnen    Wandungen, eine Vorrichtung zur       Durchführung    des Verfahrens sowie eine Anwendung  des Verfahrens.  



  Es ist eine     bekannte    Tatsache, dass der Schwierig  keitsgrad zum Erhalten von     einwandfreien        Gussstücken     mit der Abnahme deren     Querschnittsfläche        zunimmt.     Speziell die Bildung von     Lunker,    wie sie durch mangel  haft ausgelaufene     Gussformen,    Schlacke und Sand ent  stehen, ist weitaus häufiger bei dünnwandigen     Gussstük-          ken    und weitaus ernsthafter, da solche     Gussstücke    wie  Abwaschbecken und Badewannen     emailliert    werden.  



  Es     sind    schon verschiedene Verfahren und     Vorrich-          tungen    zur Erzielung von     einwandfreien    dünnwandigen       Gussstücken    vorgeschlagen und versucht worden, doch  alle diese Vorschläge wiesen     mindestens    einen oder  mehrere ernsthafte     Nachteile    auf.

   Bei der Anwendung  von herkömmlichen Giessverfahren verursachen die un  gleichmässigen     Temperaturgradienten        sm    erstarrenden       Gussgefüge    ein Verziehen und :somit Deformationen des       Gussstückes.    Die Verwendung einer     dicken    Schicht einer  Formauskleidung in der äusseren Formhälfte, wie das  oft in der herkömmlichen Technik ausgeführt wird,

   re  sultiert     meist    in     einer    rauhen     Gussobeifläche.    Gleicher  weise wurden bei der     alleinigen    Verwendung von     Druck     auf das geschmolzene     Matenial    während oder nach  dessen Eintritt in die Giessform häufig     unzulässige    po  röse     Gussstücke    hergestellt, beruhend auf der Luft oder       anderen    Gasen, welche     im        geschmolzenen        Material        ein-          geschlossen    wurden.  



  Gegenstand der     Erfindung    ist ein Verfahren zum  Giessen von metallischen     Gussstücken    mit grossen Ober  flächen und extrem dünnen Wandungen, wobei man  aus     einem    unter.     Druck    -stehendem     Schmelzofen    das     ge-          schmolzene    Metall in     eine        isolierte    und überzogene, vor  gewärmte äussere Formhälfte einbringt,

   dann rasch eine       isolierte    und überzogene innere Formhälfte in     eine    Stel  lung unmittelbar oberhalb des Spiegels des sich in     der       äusseren     Formhälfte    befindlichen     geschmolzenen    Me  talls     bringt    und anschliessend langsam     die        Form        schliesst,     und welches dadurch     gekennzeichnet    ist, dass man das       geschmolzene        Metall    durch Erhöhung des Gasdruckes  im     Schmelzofen,

  in    die äussere     Formhälfte        einpresst    und  vor dem öffnen der Form den Gasdruck     wieder    auf den  Ausgangsdruck absenkt.  



  Gegenstand der     Erfindung    ist     weiterhin    eine Vor  richtung zur     Durchführung    des erfindungsgemässen     Ver-          fahrens,    welche dadurch     gekennzeichnet    ist,     dass    sie  einen unter Druck stehenden     Schmelzofen    zur Aufnahme  des     geschmolzenen    Metalls mit einem gasdicht schlie  ssenden     Abschlussdeckel    und     einer        darin    angeordneten       öffnung;

          eine    untere, äussere Formhälfte mit einer über  dem Schmelzofen angeordneten     öffnung;    ein Verbin  dungsrohr, das ,sich bis ins     geschmolzene    Metall     in.          Schmelzofen    erstreckt und mit der     öffnung    der äusseren  Formhälfte in Verbindung steht; und eine obere, innere  Formhälfte, welche mit ;einem Ansatz versehen ist, wel  cher bei geschlossener Form durch die     öffnung        in    der  äusseren Formhälfte     hindurchragt,    aufweist.  



  Gegenstand der     Erfindung    ist schliesslich     die    Anwen  dung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung  von     Gussstücken    aus.     Grauguss.     



  Eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungs  gemässen Vorrichtung ist in der     Zeichnung    dargestellt.  Es zeigen:       Fig.    1     .einen    Aufriss der     Vorrichtung,          Fig.    2A schematisch das     Hydrauliksystem    der in       Fig.    1 dargestellten     Vorrichtung    und       Fig.    2B das elektrische Schaltschema der in     Fsg.    1  dargestellten     Vorrichtung.     



  Die     in        Fig.    1 dargestellte Vorrichtung ist     geeignet     zum Giessen von     Waschschüsseln.    Sie weist eine obere       innere    Formhälfte 3 auf, welche mittels eines, wie in  den     Fig.    2A und 2B dargestellten Servomotors derart  betätigt     wird,    dass sie sich am Anfang jedes Zyklus in  der     offenen    Stellung 2 befindet, sowie     eine    untere  äussere     Formhälfte   <B>5</B>, welche über einem unter Druck           stehenden        Schmelzofen    14 ,

  angeordnet und mit dem  selben durch ein aus schwer schmelzbarem Material  bestehendem Verbindungsrohr 6 verbunden ist. Der       Schmelzofen    14 ist     mit    einem gasdicht schliessenden       Abschlussdeckel    20 versehen. Eine     zusätzliche        Heizung    7  umgibt den oberen     Teil    des     Rohres    6. Dieses Rohr 6  kann, wenn notwendig, mittels Wasser gekühlt     werden,     welches bei 8 in     eine        Kühlspirale    eintritt und bei 10  wieder austritt.

   Der Durchmesser des Verbindungsroh  res 6 ist derart, dass es den Ansatz 11 der oberen  inneren     Formhälfte    3 aufnehmen     kann.     



  Ferner sind auch     Vorkehrungen    getroffen, um     die     beiden     Formhälften    3 und 5 mittels durch .die     Kanäle     13     geführten    Medien wie Luft, Dampf     odar        Wasser,    zu  kühlen.  



  Ein     Inertgas,    welches unter den     herrschenden    Zu  ständen     nicht        oxydierend    wirkt, wird über dem     ge-          schmolzenen    Metall im     Schmelzofen    14 unter Druck  gehalten. Geeignete     Inertgase    für diesen Zweck ent  halten Stickstoff, Argon,     Helium,    Chlor oder Kohlen  dioxyd. Es     können    irgendwelche bekannte Mittel zum       Zuführen    des     gewählten    Gases zum Schmelzofen 14  verwendet werden.  



  Beim Beginn von jedem     Formungszyklus        ist    der       im        Schmelzofen    14 über der Schmelze herrschende Gas  druck     P1    höher als der äussere Atmosphärendruck.

    Der Gasdruck     P1    ist     zweckmässig        derart        gewählt,    dass  eine Säule von geschmolzenem     Metall    im     Verbindungs-          rohr    6     üb;

  ,r    der Heizurig gehalten     wird.    Dann     wird    der       Druck    des Gases erhöht, und zwar um einen solchen  Betrag, dass eine genügende Menge von geschmolzenem       Metall    in die äussere Formhälfte gelangt, um     einen     Guss mit minimalen Verlusten zu     ergeben.        Diese    Menge  ist in der Zeichnung durch die strichpunktierte Linie 1  angedeutet,     während    der dazu notwendige Druck mit  P2 bezeichnet     wind.     



  Der Spiegel des     Füllmetalls    und das Volumen der       überfliessauffangvorrichtung    sind aufeinander abge  stimmt, um sicher zu     ;sein,    dass alles     überfliessende    Me  tall nach der Formgebung noch immer mit dem     Guss-          stück    verbunden .ist durch     einen        Abtrenngrat,

      der vom  fertigen     Gussstück    in einer     zweiten        Abtrennphase    abge  trennt     wird.    Der Oberflächenspiegel der Schmelze in  der Giessform wird     durch    die Zeitdauer und den Fül  lungsdruck gesteuert. Die     gewünschte    Höhe des Metall  spiegels ist eine Funktion des Volumens der     L7berfliess-          auffangvorrichtung,    welche     abhängig        ist    von der Form  und der Grösse des zu giessenden Teiles.  



       Während    dieser     Vorfüllvorgang    durch -Erhöhung des       Gasdruckes        erfolgt,    kann die obere innere     Formhälfte    3  sich entweder in der Stellung 2, in welchen sie sich  nach Beendigung des     vorhergehenden    Zyklus befindet,  oder in einer Stellung     unmittelbar        oberhalb    des Spiegels  1 der     Schmelze    in oder äusseren     Formhälfte    5 oder sogar  in der     .Stellung    4 befinden.

       Wenn    jedoch     die    Stellung 4       verwendet    wird, muss der     Isolationswert    des     Überzuges     auf den     Formhälften    hoch genug sein, um ein     Füllen     der     Gussform    zu ermöglichen, bevor     das    Gefüge zu  erstarren     beginnt.    Zur Bildung der Giessform     wird    die       innere    Formhälfte 3 langsam so weit in     die    äussere       Formhälfte    5 gebracht,

   dass der     zentrale        Ansatz    11 die  Öffnung 16 der äusseren     Fornnhälfte    5     durchdringt    und  bringt dadurch das     geschmolzene    Metall     in    die durch  die geschlossene Giessform definierte Form.

   Sobald die  Erstarrung des Gefüges     vollständig    ist,     wird    der Druck  des     sich    im Schmelzofen 14     befindlichen        Gases    auf       P1        reduziert,    so dass sich der Spiegel der Schmelze vor    dem Öffnen der Giessform 3,5 bis auf den mit 12       bezeichneten    Spiegel     absenkt.    Die Lebensdauer des Ver  bindungsrohres 6 wird auf diese     Weise    durch     eine          Minimalisierung        der        Wärmeschocks    verlängert.  



  Wenn sich der Metallspiegel bis auf den mit 12       bezeichneten    Spiegel     abgesenkt    hat,     wird    die     innere          Formhälfte    3 schnell in .die Stellung 2 zurückgezogen.  Das druckgeformte     Gussstück    wird dann entweder in  der äusseren     Formhälfte    5     bleiben,    oder an der     inneren          Formhälfte    3 anhaften.

   Dies kann durch Regulieren  der Temperaturen der     Formhälften,    durch den Ober  flächenfinish der     Formhälften    und durch     ,die        Zykluszeit     gesteuert werden. Die Temperatur der     Formhälften    ist  durch die Zykluszeit     bestimmt.    Zum     Beispiel    verursacht  eine     Verlängerung    der Zeit, während welcher die Giess  form geschlossen bleibt, eine Erniedrigung der     Tempe-          ratur    des gegossenen Stückes und eine     Vergrösserung     des Schwundes.

   Dadurch klemmt sich das     Gussstück     auf der inneren     Formhälfte    der Giessform fest.     Ein          bevorzugtes        Verfahren    ist, die     Gussform    zu öffnen,  wenn     das        Gussstück    eine     Temperatur    von 950 bis  810  C aufweist. Das     Gussstück    bleibt dann in der  äusseren     unteren        Formhälfte    und     kann    dann auf ein  fache Weise und ohne die Gefahr eines Bruches ent  fernt werden.

   Die Zeit für     einen    Zyklus et     eine    Funk  tion der Menge des zu vergiessenden     Metalls        ,der    ver  wendeten     Kühlung    usw. Das fertige     Gussstück        kann     durch Ausstossen mittels Ausstossstiften von der inneren       Formhälfte    oder durch Aufnehmen des     Gussstückes    aus  der äusseren     Formhälfte    mittels     herkömmlicher        Va-          kuumhalter    entfernt werden.

   Vorzugsweise sollte das       Gussstück,    bevor es unter notglühend abgekühlt     ist,    aus  der Giessform entfernt werden.  



  Alle Oberflächen der Giessform, die durch das ge  schmolzene Metall benetzt werden, sollten entweder mit  Russ oder einer anderen     geeigneten    Schicht bedeckt  werden.     Eine    geeignete     mehrlagige    Schicht besteht aus  einer     Grundschicht    aus einem stark leitfähigen, hoch  duktilen Material,     einem        inerten    feuerfesten Metalloxyd  und     einem    plasmaversprühten     überzug    eines schwer  schmelzbaren Oxyds.  



  Die     erfindungsgemässe    Vorrichtung kann durch die  Verwendung eines elektrisch gesteuerten     Hydrauliksy-          sbens    automatisiert werden, wie     dies    z. B.     in    den     Fig.    2A  und 2B dargestellt und nachstehend beschrieben ist.  



  Um die Vorrichtung in Betrieb zu setzen, wird ein  in     Fig.    2B eingezeichneter Startschalter 50     geschlossen,     um ein Halterelais     CR-1        einzuschalten.    Das     Solenoid          Sol-1    wird dabei auch     erregt,        welches    das     Schliessventil     51 öffnet und somit     ermöglicht,    dass das Wasser durch  das     Vierwegventil    '52 in den oberen     Teil    40 des Servo  motors strömen kann.

   Der Stössel 41 des Servomotors       ist    betrieblich verbunden     mit        dien        inneren        Formhälf-          ten    3.  



  Wenn der Servomotor in Betrieb gesetzt     wird,    be  wegt er sich nach     abwärts,    und ein     Begrenzungsschalter          LS-1        wird    geschlossen und     vervollständigt    den Halte  kreis, wonach derRTI ID="0002.0206" WI="19" HE="4" LX="1453" LY="2351">  Startschalter    50 losgelassen     wenden     kann.  



  An einer Stelle über dem     geschmolzenen        Metall     schliesst die sich senkende innere     Formhälfte    3 den       Begrenzungsschalter        LS-2,    so dass das     Solenoid        Sol-3          erregt        wird,    welches den direkten Ausgang des Wassers  aus dem unteren Teil     des    Servomotors     in    den Abfluss  53 :

  durch     ein    Ventil 54 zur     Verlangsamung    der Ver  schiebegeschwindigkeit des Kolbens des Servomotors  40, 41 abschliesst, und das Wasser durch das einstell-      bare     Durchsträmventil    55     leitet.        Der        Begrenzungs:schal,-          ter        LS-2    erregt ferner noch     einen        Zeitgebermotor    56  und     eine        Zeitgebemkupplung        TC-1.     



  Nachdem der gewünschte Zeitintervall vorüber     ist,     wird der Zeitschalter M-1 geschlossen und das Sole  noid     Sol-2    erregt, welches die Stellung des     Vierweg-          ventnls    52     verändert.    Dies     bewirkt    einen     freien    Wasser  fluss durch das Regulierventil 57 in den unteren Teil  des     Servomotors.    Das aus dem oberen Teil des Servo  motors     austretende    Wasser wird zum Abfluss 53 geleitet.  



  Wenn der Kolben des Servomotors beginnt, sich  nach oben zu bewegen,     dann    ist der Begrenzungsschalter       LS-2    geöffnet.  



  Am obersten Punkt des Rückweges     wind    der norma  lerweise geschlossene Begrenzungsschalter     LS-1    geöff  net, das Halterelais     CR-1,    die     Schaltkupplung        TC-1     und der Motor 56 fallen aus, das     Solenoid        Sol-1        wird     nicht     mehr    weiter     erregt        und        alle        Bewegungen    hören auf.  



       Bei        erfolgreichen        Demonstrationen    des praktischen       Wertes    der in     Fig.    1 dargestellten erfindungsgemässen  Vorrichtung wurden die Formteile 3 und<B>5</B> auf     eine     Temperatur von 370 bis 420  C     vorgewärmt    und die  Temperatur der     im    Induktionsofen 14 geschmolzenen       Schmehe    lag zwischen 1310 und 1510  C.

   Die     Schmelze     hatte folgende Zusammensetzung: 3,70 % Gesamtkohlen  stoffgehalt; 2,40 % Silizium; 0,90 %     Magnesium;    0,08       Schwefel        0,50%    Phosphor,     und    der     ReA        Eisen.    Das       Gussstück    wies     unterschiedliche    Wandstärken zwischen  0,5 und 3,2 mm auf. Die Oberflächengüte von allen       Gussoberflächen    war     ausgezeichnet.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zum Giessen von metallischen Gussstük- ken mit grossen Oberflächen und extrem dünnen Wan dungen, wobei man aus einem unter Druck stehendem Schmelzofen das geschmolzene Metall in eine isolierte und überzogene, vorgewärmte äussere Formhälfte ein bringt,

   dann rasch eine isolierte und überzogene innere Formhälfte in eine Stellung unmittelbar oberhalb des Spiegels des sich in der äusseren Formhälfte befindlichen geschmolzenen Metalls bringt, und anschliessend lang sam die Form schliesst, .dadurch gekennzeichnet,

   dass man das geschmolzene Metall durch Erhöhung des Gas- druckes im Schmelzofen.in die äussere Formhälfte ein presst und vor dem Öffnen der Form den Gasdruck wieder auf den Ausgangsdruck absenkt. UNTERANSPRMHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man ;das im Schinelzofen geschmol zene Metall unter dem Druck von nichtoxydierendem Gas hält. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass man mindestens eine der beiden Formhälften vor dem Giessvorgang auf 200 bis 640 C vorwärmt. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man die ,innere Formhälfte von der äusseren Formhälfte abhebt, solange das vergossene Metall noch rotglühend ist.

   PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen unter Druck stehenden Schmelzofen (14) zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls mit einem gasdicht schlie- ssenden Abschlussdeckel (20) und einer darin angeord neten Öffnung;

   eine untere, äussere Formhälfte (5) mit einen über dem Schmelzofen (14) angeordneten Öffnung (16); ein. Verbindungsrohr (6), dass sich bis ins ge schmolzene Metall im Schmelzofen (14) erstreckt und mit ,der Öffnung (16) der äusseren Formhälfte (5) in Verbindung steht;

   und eine obere, innere Formhälfte (3), welche mit einem Ansatz (11) versehen, ist, welcher bei geschlossener Form durch die Öffnung (16) in der äusseren Formhälfte (5) hindurchragt, aufweist. UNTERANSPRüCHE 4.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass um das Verbindungsrohr (6) herum eine Heizvortrichtung (7) angeordnet äst. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz (11) der inneren Form- hälfte (3) kühlbar ausgebildet ist.

   6. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein hydraulischer oder pneumatischer Servomotor (40, 41) zur Verschiebung der inneren Formhälfte (3) relativ zur äusseren Form- hälfte (5) sowie ein elektrisches Steuersystem zur Steue rung der Druckmittelzufuhr zum Servomotor (40, 41) vorgesehen ist (Fig. 2A. 2B).

   PATENTANSPRUCH III Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch I zur Herstellung von Gussstücken aus Gra'uguss.