Verfahren und Vorrichtung zum Giessen von Gegenständen, Erzeugnis und Anwendung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor richtung zum Giessen von Gegenständen mittels einer Giessform und eines Kerns, ein Gussstück, hergestellt nach dem Verfahren und eine Anwendung des Ver fahrens zum Herstellen von hohlzylinderartigen Guss- rohlingen zur Weiterverarbeitung zu Kolbenringen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich da durch aus, dass durch eine Relativbewegung von Giess form und Schmelze der Formhohlraum mit der Schmelze in Verbindung gebracht wird, dass der Formhohlraum evakuiert wird, so dass die Schmelze darin aufsteigt, und die Evakuierung des Formhohlraums mindestens so lange aufrechterhalten wird, bis die kommunizierende Verbindung zwischen Formhohlraum und Schmelze durch erstarrtes Schmelzmaterial unterbrochen ist.
Das nach dem Verfahren hergestellte Gussstück kann ein hohlzylinderartiges Gussstück sein. Solche Gussstücke finden sehr vielseitige Verwendung, sei es als Einzel produkt oder als Ausgangsprodukt für weitere Ver arbeitung, z. B. zu Ventilsitzringen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens mit einer Giessform und einem Kern ist dadurch gekennzeichnet, dass der Formhohl raum ein evakuierbarer, mit zumindest einer Einfüll- öffnung für die Schmelze versehener, im übrigen abge schlossener Raum ist, und dass Mittel vorgesehen sind, um die Giessform und die Schmelze relativ zueinander zu bewegen, derart, dass die Einfüllöffnung mit der Schmelze in Verbindung steht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. la-le Verfahrensschritte beim Giessen eines Gegenstandes, Fig. 2 eine Giessvorrichtung, Fig. 3 eine weitere Giessvorrichtung.
Ein Kern 1 (Fig. 1a) weist einen zylindrischen Teil 2 und einen scheibenförmigen Teil 3 auf. Im zylindrischen Teil des Kerns befindet sich eine Bohrung 4, welche einem konischen Teil 5 eines Dorns 6 entspricht. Der scheibenförmige Teil des Kerns ist mit zumindest einer Öffnung 7 versehen. Eine Giessform 8, bestehend aus zwei Hälften 9 und 10, weist einen Anschlussstutzen 11 auf, die mit einer (nicht gezeichneten) Unterdruckquelle in Verbindung gebracht werden kann. Die Unterseite der Hälften der Giessform haben eine Vertiefung 12 bzw. 13, die einer Verjüngung 14 des Kerns entspricht. Die Giessform ist mit Kühlkanälen 15 versehen.
Der Kern 1 wird auf den konischen Teil 5 des Dorns 6 geschoben und darauf z. B. mittels Vakuum gehalten (Fig. 1b), während die Giessform 8 um den Kern geschlossen wird. Die Vertiefungen 12, 13 des Kerns nehmen dabei die Verjüngung 14 des Kerns 1 auf; der scheibenförmige Teil 3 des Kerns bildet den Boden 16 der Giessform. Wie ersichtlich hat sich ein Formhohlraum 17 gebildet, begrenzt durch die Innen wand 18 der Giessform und den Umfang 19 des Kerns.
Für den Giessvorgang wird der Dorn 6 in Richtung einer Pfanne 20 (Fig. 1c) gesenkt, in welcher sich ein schmelzflüssiger Gusswerkstoff oder Schmelze 21 be findet. Der Spiegel der Schmelze ist mit 22 angedeutet. Der Dorn wird so weit gesenkt, bis der Boden 16 der Giessform in der Schmelze 21 eingetaucht ist. In diesem Moment wird der Anschlussstutzen 11 mit der Unter druckquelle in Verbindung gebracht, so dass der Form hohlraum 17 auf einem bestimmten Unterdruck eva kuiert wird. Dadurch steigt der Gusswerkstoff 21 durch die Öffnungen 7 auf und in den Formhohlraum.
Der Unterdruck wird so eingestellt, dass der Gusswerkstoff bis etwa das Niveau 23 im Formhohlraum aufsteigt und dann zu Ruhe kommt. Der Gusswerkstoff fängt nun an zu erstarren. Der Unterdruck wird so lange aufrecht erhalten, bis aller sich in dem Formhohlraum befindli cher Gusswerkstoff zu einem Gussstück 24 erstarrt ist. Der Unterdruck im Formhohlraum dient zusätzlich dem Absaugen der beim Giessvorgang entwickelten Gase. Nun wird der Dorn 6 angehoben und seitwärts ge- schwenkt, wobzi die Giessform aus der Pfanne entfernt und ausserhalb des Bereiches der Pfanne kommt.
Nach Öffnen der Giessform (Fig. 1d) wird das Gussstück 24 zusammen mit dem Kern 1 vom Dorn 6 entfernt. Nach träglich werden dann Gussstück und Form voneinander getrennt (Fig. 1e). Es ist nicht notwendig, den Unter druck aufrechtzuerhalten, bis der Gusswerkstoff im Formhohlraum völlig erstarrt ist. Der Unterdruck kann aufgehoben werden, sobald die kommunizierende Ver bindung zwischen Formhohlraum und Schmelze durch erstarrten GusswerkstöE, z. B. in oder im Bereich der öff- nungen 7 im Kern.
Die Erstarrung in diesen öffnungen kann durch deren geeignete Formgebung und Dimen sionierung und/oder zusätzliche Kühlvorrichtungen ge fördert werden.
Statt des geschilderten Vorganges, wobei die Giess form hinsichtlich der Schmelze bewegt wird, ist es selbstverständlich auch möglich, die Giessform stationär zu halten, und die Pfanne mit der Schmelze in Richtung der Giessform zu bewegen, bis der Spiegel der Schmelze den Boden der Giessform berührt.
Durch unsymmetrische Giessform und/oder Kern form kann das Gussstück unsymmetrisch gestaltet wer den. Durch geeignete Formgebung der Giessform-Innen- wand und/oder des Kernumfanges können der Umfang des gegossenen Gegenstandes bzw. dessen Hohlraum nach Belieben ausgebildet werden.
Das Verfahren eignet sich für das Giessen von Gegenständen aus Gusseisen mit lamellarem Graphii oder mit Kugelgraphit, aus Temperguss, Halbstahl, Bronzen und anderen Werkstoffen. Die Gegenstände können vor, während oder nach der Weiterverarbeitung in bekannter Weise wärmebehandelt werden, um die gewünschten, den jeweiligen Anforderungen angepassten Werkstoffeigenschaften zu erzielen. Das Verfahren er möglicht einen raschen Giessvorgang. Durch seine Ein fachheit eignet sich das Verfahren ohne grossen Auf wand zur Automatisierung mittels sinngemäss konstru ierten Maschinen.
Die betriebsbereit dargestellte Vorrichtung weist eine zweiteilige, wassergekühlte Giessform 35 auf, bestehend aus zwei Formhälften 36 und 37. Die Giessform wird am Umfang 38 eines Dorns 39 zentriert. Die Giessform wird weiterhin getragen und zentriert an einer Schulter 40 des Dorns. Die Formhälfte 37 der Giessform weist einen Anschlussstutzen 41 auf, der über eine biegsame Leitung mit einer (nicht gezeichneten) Quelle für Unter druck verbunden werden kann. Der Dorn trägt mittels eines Unterdrucks auf seinem konischen Teil 42 einen Kern 43, während der Kern, ebenfalls mittels eines Unterdrucks, eine Scheibe 44 trägt.
Dazu ist der Dorn mit einer Längsbohrung 45 versehen, die mit mehreren, im konischen Teil 42 des Dorns befindlichen radialen Bohrungen 46 und 47 sowie Rillen 48 und 49 am Um fang des konischen Teils in Verbindung steht. Die Längsbohrung 45 kann über einen Anschlussstutzen 50 am Dornumfang mit (nicht gezeichneten) Quellen für Unterdruck und überdruck abwechselnd in Verbindung gebracht werden. Bei Unterdruck wird der Kern auf den konischen Teil des Dorns festgesaugt. Der Unter druck pflanzt sich fort durch eine Bohrung 51 im Kern bis in den Hohlraum 52 im Boden des Kerns. Der Hohlraum wird abgeschlossen durch die Scheibe 44, so dass diese gegen die Unterseite 53 des Kerns fest gesaugt wird.
Die Scheibe ist versehen mit öffnungen 54 für den Gusswerkstoff. Kern und Scheibe bestehen aus einem dem Gusswerkstoff entsprechenden, z. B. po rösen, keramischen oder anderen Material.
Die Scheibe dient zusätzlich dem Schutz der Giess form gegen die Hitze der Schmelze. Die Innenwand der Giessform weist eine ringförmige Aussparung 55 und eine Ringnut 56 auf. Diese beiden erzeugen an den Enden des Gussstücks Verstärkungen. Der Dorn 39 ist eine Verlängerung der Kolbenstange eines Arbeits zylinders, so dass die ganze Vorrichtung bezüglich der Schmelze auf und ab bewegt werden kann.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Um die Vorrichtung betriebsbereit zu machen, wird zunächst die Giessform um den Dorn geschlossen. Nach dem die Längsbohrung des Dorns auf Unterdruck ge bracht isst, wird erst der Kern auf den Dorn geschoben, und dann die Scheibe gegen die Unterseite des Kerns gedrückt, so dass beide haften bleiben. Die Vorrichtung wird nun in Richtung der Schmelze gesenkt, bis die Scheibe bis ungefähr halbe Dicke in der Schmelze ein taucht. Nun wird der Formhohlraum 57 in der Giess form auf Unterdruck gebracht, indem der Anschluss stutzen 41 mit der Unterdruckquelle verbunden wird.
Dadurch wird ein Teil des Gusswerkstoffes durch die öffnungen 54 in den Formhohlraum gesaugt, bis die Ringnut 56 ungefähr auf halber Höhe gefüllt ist. In diesem Zustand soll der Unterdruck dem Zylinder aus Gusswerkstoff das Gleichgewicht halten. Der Gusswerk- stoff wird nun zum Erstarren gelassen. Der Unterdruck im Formhohlraum und im Kern dient zusätzlich dem Absaugen der beim Giessvorgang gebildeten Gase, so dass ein porenfreies Gussstück gewährleistet ist. Der Unterdruck in dem Formhohlraum wird nach dem Er starren aufgehoben, wonach die Giessform geöffnet werden kann.
Anschliessend wird der Druck in der Längsbohrung des Dorns von Unterdruck auf über druck gewechselt, so dass Scheibe und Kern mitsamt Gussstück vom Dorn gedrückt werden.
Die Giessanlage gemäss Fig. 3 weist eine erhöhte Fahrbahn 65 auf, die von Säulen 66 und 67 getragen wird. Auf der Fahrbahn ist ein Wagen 68 angeordnet, auf welchem sich zwei Giesseinrichtungen 69 und 70 befinden. Der Wagen kann so über der Fahrbahn be wegt werden, dass beide Giesseinrichtungen abwechselnd in eine Giessposition 71 gefahren werden können. In der gezeichneten Lage befindet sich die Giesseinrichtung 69 in der Giessposition, während die Giesseinrichtung 70 am Ende der Fahrbahn betriebsfertig gemacht wird.
Bei der Giesseinrichtung 69 findet gerade ein Giessvor gang statt. Ist der Giessvorgang hier beendet, so wird der Wagen, nach links, in eine Abdruckposition ge fahren, wo die Giessform geöffnet und der Kern mit samt Gussstück entfernt werden. Daraufhin wird der Wagen zum linken Ende der Fahrbahn gefahren und für einen folgenden Giessvorgang betriebsfertig gemacht. Die Giesseinrichtung 70 befindet sich dann in der Giess position 71. Die Fahrbahn ist mit einer Arretiervor- richtung 72 für den Wagen versehen.
Jede Giesseinrichtung besteht aus einer zweiteiligen Giessform 73, die von einer Kolbenstange 74 eines am Wagen befestigten Arbeitszylinders 75 getragen wird. Die Formhälften 73a und 73b der Giessform sind je auf einem Hebel 76 bzw. 77 befestigt, die drehbar auf einem Fuss 78 bzw. 79 angebracht sind. Jeder Hebel ist zum öffnen und Schliessen der Giessform mit seinem freien Ende mit einer Kolbenstange 80 bzw. 81 eines Arbeitszylinders 82 verbunden. Die Formhälfte 73b ist mit einem Anschlussstutzen 83 für eine Unterdruck quelle versehen.
Die Kolbenstange 74 eines jeden Ar beitszylinders ist wie für Fig. 2 beschrieben mit einer Längsbohrung versehen, deren Unter- und Überdruck anschlussstutzen mit 84 bezeichnet ist. Der Arbeits zylinder 75 ist mit zum Beispiel hydraulischen Mitteln versehen, um die Ein- und Ausfahrgeschwindigkeit der Kolbenstange, d. h. die Geschwindigkeit der Relativ bewegung von Giessform und Schmelze, regulieren zu können.
Die Giessposition 71 umfasst eine Pfanne 85 mit einem schmelzflüssigen Gusswerkstoff 86 mit Ober flächenspiegel 87. Der Gusswerkstoff wird mittels eines Brenners 88 auf die gewünschte Giesstemperatur ge halten. Die Pfanne ruht auf einem Tisch 89, der von einer Kolbenstange 90 eines Arbeitszylinders 91 ge tragen wird. Durch Betätigung dieses Arbeitszylinders nach jedem Giessvorgang, wird der Tisch und damit die Pfanne genau so viel angehoben, als der Oberflächen spiegel 87 der Schmelze durch den vorangegangenen Giessvorgang gesunken war. In dieser Weise kann der Hub der Kolbenstange 74 des Arbeitszylinders 75 der Giesseinrichtungen konstant gehalten werden bei gleich bleibender Eintauchtiefe der Giessform in die Schmelze.
Die Anlage weist weiterhin zwei Abdrückpositionen 95 und 96 auf, wo die Giessform über einem Kasten 97 bzw. 98 geöffnet und der Kern mitsamt des Guss- stücks von der Kolbenstange entfernt werden. Am linken und rechten Ende der Fahrbahn befindet sich ein Vor rat Kerne 99 und Scheiben 100 zum Betriebsbereit machen der Giessvorrichtungen.
Die Arbeitsweise der Giessanlage ist wie folgt: In der gezeichneten Lage befindet sich die Giess einrichtung 69 in der Giessposition 71. Durch Betätigung des Arbeitszylinders 75 ist die Giessform in die Schmelze gesenkt worden unter gleichzeitiger Erzeugung eines Unterdrucks in dem Formhohlraum der Giessform, so dass der Gusswerkstoff aus der Schmelze darin aufsteigt. Nach Erstarrung des Gussstücks wird die Giessform durch den Arbeitszylinder angehoben und der Wagen nach links gefahren, bis die Giessform sich in der Ab- drückposition 95 befindet.
Dort wird die Giessform durch Betätigung des Arbeitszylinders 82 geöffnet und durch Wechseln von Unterdruck auf Überdruck in der Kolbenstange 74 die Scheibe 105 und der Kern 106 mitsamt des Gussstücks abgedrückt. Sie werden in dem Kasten 97 aufgefangen und nachher sortiert. Daraufhin wird der Wagen zum linken Ende der Fahrbahn ge fahren, wo die Giesseinrichtung für einen neuen Giess vorgang bereit gemacht wird. Zur gleichen Zeit ist die Giesseinrichtung 70 in die Giessposition 71 angekom men, worauf ein zweiter Giessvorgang stattfindet. Ist dieser Giessvorgang beendet, so wird der Wagen zum rechten Ende der Fahrbahn gefahren. Unterwegs wird in der Abdrückposition 96 die Giessform geöffnet und der Kern mitsamt Gussstück abgedrückt.
Ist der Wagen zum Stillstand gekommen, so wird die Giesseinrichtung von neuem betriebsfertig gemacht.
Statt der beschriebenen Konstruktion, wobei die Giessform hinsichtlich der Schmelze bewegt wird, ist es möglich, die Anlage so auszuführen, dass die Giess form stationär bleibt, und die Pfanne mit der Schmelze in Richtung der Giessform bewegt wird. Weiterhin kann statt der beschriebenen linearen Anordnung der Giess einrichtungen, eine Anordnung gewählt werden, wobei die Giesseinrichtungen auf einem Drehtisch auf einem Kreis angeordnet sind.
Im folgenden ist die erfindungsgemässe Anwendung des Verfahrens gemäss der Erfindung für die Herstellung von hohlzylinderartigen Gussrohlingen zur Weiterver arbeitung zu Kolbenringen, beispielsweise erläutert.
Der Bau von modernen Verbrennungsmotoren mit erhöhten Drücken im Zylinder und erhöhten Dreh zahlen als auch die Anwendung leichterer Bauweisen, haben die Beanspruchung der Kolbenringe beachtlich gesteigert. Dazu kommt der Wunsch nach der Ver wendung von Kolbenringen mit immer kleinerem Ma terialquerschnitt, vor allem aber Kolbenringe mit ge ringer Höhe. Demgemäss finden für Kolbenringe Werk stoffe von hoher statischer und dynamischer Festigkeit, hohem Elastizitätsmodul und hoher Zähigkeit, wie bei spielsweise bestimmte Temperguss- und Kugelgraphit- sorten, zunehmend Verwendung.
Ausserdem erscheint es heute für die Herstellung von hochwertigen Kolben ringen in den meisten Fällen unbedingt erforderlich, die Kolbenringe aus der fertigen Ringform weitgehend entsprechenden, gegossenen Rohlingen nach dem Form drehverfahren herzustellen.
Sowohl die Verwendung der genannten neuen Werkstoffe als auch die oft sehr geringe Höhe der Kolbenringe führen zu Schwierigkeiten beim Giessen und der nachfolgenden Bearbeitung der Rohlinge. Die bekannten Giessverfahren für die Herstellung von Kol benringen, nämlich das Einzelgussverfahren, das Schleu- dergussverfahren und das Büchsengussverfahren, genü gen nicht länger den Anforderungen. Das Einzelguss- verfahren nicht, weil seine metallurgischen Möglich keiten durch den geringen zu vergiessenden Material querschnitt der Kolbenringe den metallurgischen An forderungen in bezug auf das Gleit- und Laufverhalten und die Verschleissfestigkeit konträr sind.
Auch stellen die Erstarrungsbedingungen, wie sie bei diesem Ver fahren herrschen, dessen Wirtschaftlichkeit in Frage. Ein Hauptnachteil des Schleudergussverfahrens für die Herstellung von Kolbenringen ist, dass es nicht ermög licht, nichtrunde Rohlinge zu giessen, wie es zur Her stellung von Kolbenringen häufig erforderlich ist. Auch sind die notwendigen Bearbeitungszugaben gross und nicht über die ganze Länge des Aussenumfanges gleich.
Beim Büchsengussverfahren, wobei im grünen oder trok- kenen Sand gegossen wird, sind die Erstarrungsbedin- gungen ebenfalls ungünstig. Ausserdem erfordert dieses Verfahren verhältnismässig grosse, über die ganze Länge der Büchse nicht gleiche Bearbeitungszugaben am Aussen- und Innenumfang des Büchsenrohlings, was die Herstellung der Kolbenringe verteuert, besonders auch durch die hohe Festigkeit der modernen Kolben ringwerkstoffe.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens für die Herstellung von Kolbenringen treten diese Nach teile nicht auf. Die Kolbenringe werden von dem gemäss dem Verfahren hergestellten, hohlzylinderartigen Guss- rohlingen abgestochen. Da nicht im Sand gegossen wird, erfolgt die Erstarrung des Gusswerkstoffes rasch. Dem zufolge ist das Materialgefüge der Gussrohlinge feiner, was eine höhere Festigkeit der Kolbenringe bedeutet. Durch die rasche Erstarrung ist das Verfahren auch wirtschaftlich. Auch in dem Sinne, dass die notwendigen Materialzugaben gering sind, so dass die nachträgliche Zerspannungsarbeit gering ist.
Die gemäss dem Ver fahren hergestellten Kolbenringe entsprechen den Forde- rungen des neuzeitlichen Motorenbaus sowie der wirt schaftlichen Fertigung hochwertiger Kolbenringe vol lends. Das Verfahren eignet sich gleich gut für die Her stellung von kreisrunden, wie von nichtkreisrunden, z. B. ovalen, Kolbenringen. Für die Herstellung von nicht kreisrunden Kolbenringen werden die Giessform und der Kern mit entsprechendem radialem Querschnitt aus geführt.
Method and device for casting objects, product and application of the method The invention relates to a method and a device for casting objects by means of a casting mold and a core, a casting produced according to the method and an application of the method for producing hollow cylinder-type Cast blanks for further processing into piston rings.
The method according to the invention is characterized in that the mold cavity is brought into connection with the melt through a relative movement of the casting mold and melt, that the mold cavity is evacuated so that the melt rises therein, and the evacuation of the mold cavity is maintained for at least as long until the communicating connection between mold cavity and melt is interrupted by solidified melt material.
The casting produced according to the method can be a hollow cylinder-like casting. Such castings are very versatile, be it as a single product or as a starting product for further processing, eg. B. to valve seat inserts.
The device according to the invention for carrying out the method with a casting mold and a core is characterized in that the mold cavity is an evacuable space that is provided with at least one filling opening for the melt and is otherwise closed, and that means are provided to to move the casting mold and the melt relative to one another in such a way that the filling opening is connected to the melt.
Embodiments of the invention are explained with reference to the drawing. These show: FIG. 1 a process steps during the casting of an object, FIG. 2 a casting device, FIG. 3 a further casting device.
A core 1 (FIG. 1 a) has a cylindrical part 2 and a disk-shaped part 3. In the cylindrical part of the core there is a bore 4 which corresponds to a conical part 5 of a mandrel 6. The disk-shaped part of the core is provided with at least one opening 7. A casting mold 8, consisting of two halves 9 and 10, has a connection piece 11 which can be brought into connection with a vacuum source (not shown). The underside of the halves of the mold have a recess 12 or 13, which corresponds to a taper 14 of the core. The casting mold is provided with cooling channels 15.
The core 1 is pushed onto the conical part 5 of the mandrel 6 and z. B. held by vacuum (Fig. 1b) while the mold 8 is closed around the core. The depressions 12, 13 of the core accommodate the taper 14 of the core 1; the disk-shaped part 3 of the core forms the bottom 16 of the casting mold. As can be seen, a mold cavity 17 has formed, bounded by the inner wall 18 of the mold and the circumference 19 of the core.
For the casting process, the mandrel 6 is lowered in the direction of a pan 20 (Fig. 1c), in which a molten cast material or melt 21 is found. The level of the melt is indicated by 22. The mandrel is lowered until the bottom 16 of the casting mold is immersed in the melt 21. At this moment, the connecting piece 11 is brought into connection with the vacuum source, so that the mold cavity 17 is evacuated to a certain vacuum. As a result, the casting material 21 rises through the openings 7 and into the mold cavity.
The negative pressure is set so that the cast material rises to about level 23 in the mold cavity and then comes to rest. The cast material now begins to solidify. The negative pressure is maintained until all of the casting material located in the mold cavity has solidified to form a casting 24. The negative pressure in the mold cavity is also used to suck out the gases developed during the casting process. The mandrel 6 is now raised and pivoted sideways, whereby the casting mold is removed from the pan and comes outside the area of the pan.
After opening the casting mold (FIG. 1d), the casting 24 is removed from the mandrel 6 together with the core 1. Afterwards, the casting and the mold are then separated from one another (FIG. 1e). It is not necessary to maintain the negative pressure until the casting material has completely solidified in the mold cavity. The negative pressure can be lifted as soon as the communicating connection between the mold cavity and the melt is solidified by solidified casting, e.g. B. in or in the area of the openings 7 in the core.
The solidification in these openings can be promoted by their suitable shaping and dimensioning and / or additional cooling devices.
Instead of the process described, in which the casting mold is moved with respect to the melt, it is of course also possible to keep the casting mold stationary and to move the pan with the melt in the direction of the casting mold until the level of the melt touches the bottom of the casting mold .
The casting can be designed asymmetrically by the asymmetrical casting mold and / or core shape. By suitably shaping the inner wall of the casting mold and / or the core circumference, the circumference of the cast object or its cavity can be designed as desired.
The process is suitable for casting objects made of cast iron with lamellar graphite or spheroidal graphite, made of malleable cast iron, semi-steel, bronzes and other materials. The objects can be heat-treated in a known manner before, during or after further processing in order to achieve the desired material properties adapted to the respective requirements. The process enables a quick casting process. Due to its simplicity, the process is suitable for automation using appropriately designed machines with little effort.
The device shown ready for operation has a two-part, water-cooled casting mold 35, consisting of two mold halves 36 and 37. The casting mold is centered on the circumference 38 of a mandrel 39. The mold continues to be carried and centered on a shoulder 40 of the mandrel. The mold half 37 of the casting mold has a connecting piece 41 which can be connected to a (not shown) source for negative pressure via a flexible line. The mandrel carries a core 43 on its conical part 42 by means of a negative pressure, while the core carries a disk 44, also by means of a negative pressure.
For this purpose, the mandrel is provided with a longitudinal bore 45 which is connected to several radial bores 46 and 47 and grooves 48 and 49 located in the conical part 42 of the mandrel and grooves 48 and 49 at the beginning of the conical part. The longitudinal bore 45 can be brought into connection alternately with sources (not shown) for negative pressure and positive pressure via a connection piece 50 on the circumference of the mandrel. In the case of negative pressure, the core is sucked onto the conical part of the mandrel. The negative pressure propagates through a bore 51 in the core into the cavity 52 in the bottom of the core. The cavity is closed off by the disc 44, so that it is firmly sucked against the underside 53 of the core.
The disk is provided with openings 54 for the cast material. The core and disc consist of a cast material corresponding, for. B. porous, ceramic or other material.
The disk also serves to protect the casting mold against the heat of the melt. The inner wall of the casting mold has an annular recess 55 and an annular groove 56. These two create reinforcements at the ends of the casting. The mandrel 39 is an extension of the piston rod of a working cylinder, so that the entire device can be moved up and down with respect to the melt.
The operation of the device is as follows: In order to make the device ready for operation, the mold is first closed around the mandrel. After the longitudinal bore of the mandrel has been brought to negative pressure, the core is first pushed onto the mandrel and then the disc is pressed against the underside of the core so that both stick. The device is now lowered in the direction of the melt until the disk is about half its thickness in the melt. Now the mold cavity 57 in the casting mold is brought to negative pressure by connecting the connector 41 to the negative pressure source.
As a result, part of the cast material is sucked through the openings 54 into the mold cavity until the annular groove 56 is filled approximately halfway up. In this state, the negative pressure in the cylinder made of cast material should keep the balance. The cast material is now left to solidify. The negative pressure in the mold cavity and in the core also serves to suck out the gases formed during the casting process, so that a pore-free casting is guaranteed. The negative pressure in the mold cavity is canceled after he stiff, after which the mold can be opened.
The pressure in the longitudinal bore of the mandrel is then changed from negative pressure to overpressure, so that the disc and core together with the casting are pressed by the mandrel.
The casting installation according to FIG. 3 has a raised track 65 which is supported by pillars 66 and 67. A carriage 68, on which two casting devices 69 and 70 are located, is arranged on the roadway. The carriage can be moved over the roadway so that both casting devices can be moved alternately into a casting position 71. In the position shown, the pouring device 69 is in the pouring position, while the pouring device 70 is made ready for use at the end of the roadway.
At the casting device 69 a Giessvor is currently taking place. Once the casting process has ended, the carriage is moved to the left into an impression position, where the casting mold is opened and the core and the casting are removed. The car is then driven to the left end of the roadway and made ready for a subsequent casting process. The casting device 70 is then in the casting position 71. The roadway is provided with a locking device 72 for the carriage.
Each casting device consists of a two-part casting mold 73 which is carried by a piston rod 74 of a working cylinder 75 attached to the carriage. The mold halves 73a and 73b of the casting mold are each fastened on a lever 76 and 77, which are rotatably mounted on a foot 78 and 79, respectively. Each lever is connected with its free end to a piston rod 80 or 81 of a working cylinder 82 for opening and closing the casting mold. The mold half 73b is provided with a connection piece 83 for a vacuum source.
The piston rod 74 of each Ar beitszylinders is provided with a longitudinal bore, as described for FIG. 2, the negative and positive pressure connection piece is denoted by 84. The working cylinder 75 is provided with, for example, hydraulic means to adjust the retraction and extension speed of the piston rod, d. H. to be able to regulate the speed of the relative movement of the casting mold and the melt.
The casting position 71 comprises a pan 85 with a molten casting material 86 with a surface level 87. The casting material is kept at the desired casting temperature by means of a burner 88. The pan rests on a table 89 which is carried by a piston rod 90 of a working cylinder 91 ge. By actuating this working cylinder after each pouring process, the table and thus the pan is raised just as much as the surface mirror 87 of the melt had sunk by the previous pouring process. In this way, the stroke of the piston rod 74 of the working cylinder 75 of the casting devices can be kept constant while the depth of immersion of the casting mold in the melt remains constant.
The system also has two push-off positions 95 and 96, where the casting mold is opened over a box 97 or 98 and the core together with the casting is removed from the piston rod. At the left and right ends of the road there is a supply of cores 99 and discs 100 to make the casting devices ready for operation.
The operation of the casting system is as follows: In the position shown, the casting device 69 is in the casting position 71. By actuating the working cylinder 75, the casting mold has been lowered into the melt with simultaneous generation of a negative pressure in the mold cavity of the casting mold, so that the Cast material rises from the melt in it. After the casting has solidified, the casting mold is raised by the working cylinder and the carriage is moved to the left until the casting mold is in the push-off position 95.
There, the casting mold is opened by actuating the working cylinder 82 and, by changing from negative pressure to positive pressure in the piston rod 74, the disk 105 and the core 106 together with the casting are pressed off. They are collected in box 97 and then sorted. The car is then driven to the left end of the lane, where the casting device is made ready for a new casting process. At the same time, the casting device 70 has arrived in the casting position 71, whereupon a second casting process takes place. When this pouring process is finished, the car is driven to the right end of the lane. On the way, the mold is opened in the press-off position 96 and the core together with the casting is pressed off.
If the carriage has come to a standstill, the casting device is made ready for operation again.
Instead of the construction described, with the casting mold being moved with respect to the melt, it is possible to design the system so that the casting mold remains stationary and the pan with the melt is moved in the direction of the casting mold. Furthermore, instead of the described linear arrangement of the pouring devices, an arrangement can be selected in which the pouring devices are arranged on a turntable on a circle.
In the following the application according to the invention of the method according to the invention for the production of hollow cylinder-like cast blanks for further processing into piston rings, for example, is explained.
The construction of modern internal combustion engines with increased pressures in the cylinder and increased speeds as well as the use of lighter constructions have increased the stress on the piston rings considerably. In addition, there is a desire to use piston rings with ever smaller material cross-sections, but above all piston rings with a low height. Accordingly, materials with high static and dynamic strength, high modulus of elasticity and high toughness, such as certain types of malleable cast iron and spheroidal graphite, are increasingly used for piston rings.
In addition, it appears today for the production of high-quality piston rings in most cases absolutely necessary to produce the piston rings from the finished ring shape largely corresponding, cast blanks by the mold turning process.
Both the use of the new materials mentioned and the often very low height of the piston rings lead to difficulties in casting and subsequent machining of the blanks. The known casting processes for the production of pistons, namely the single casting process, the centrifugal casting process and the liner casting process, no longer meet the requirements. The single casting process is not, because its metallurgical possibilities are contrary to the metallurgical requirements in terms of sliding and running behavior and wear resistance due to the small material cross-section of the piston rings to be cast.
The solidification conditions that prevail in this process also call into question its economic viability. A major disadvantage of the centrifugal casting process for the production of piston rings is that it does not allow light to cast non-round blanks, as is often required for the manufacture of piston rings. The necessary machining allowances are also large and not the same over the entire length of the outer circumference.
The solidification conditions are also unfavorable in the case of the can casting process, which involves casting in green or dry sand. In addition, this method requires relatively large machining allowances on the outer and inner circumference of the liner blank over the entire length of the liner, which makes the production of the piston rings more expensive, especially due to the high strength of modern piston ring materials.
When using the inventive method for the production of piston rings, these parts do not occur after. The piston rings are cut off from the hollow cylinder-like cast blanks produced according to the method. Since the sand is not poured, the casting material solidifies quickly. As a result, the material structure of the cast blanks is finer, which means that the piston rings are more rigid. The process is also economical due to the rapid solidification. Also in the sense that the necessary material additions are small, so that the subsequent machining work is low.
The piston rings manufactured using the process fully meet the requirements of modern engine construction and the economical manufacture of high-quality piston rings. The process is equally suitable for the manufacture of circular, as of non-circular, z. B. oval, piston rings. For the production of non-circular piston rings, the mold and the core are made with a corresponding radial cross-section.