DD209987A5 - Verfahren und vorrichtung zum giessen metallischer gegenstaende - Google Patents

Abstract

Zum Giessen von Eisenlegierungen in Dauergiessformen werden duennwandige Dauergiessformen aus Kupfer verwendet, die einer beschleunigten Kuehlung ausgesetzt werden, so dass die Oberflaechenschicht der Gegenstaende abgeschreckt wird, um schnell eine verfestigte Schale zu bilden, die es gestattet, dass die Gegenstaende aus den Dauergiessformen herausgenommen werden koennen und nach einer ziemlich kurzen Verweilzeit in der Dauergiessform in einen Bereich mit regulierter Temperatur transportiert werden koennen. Dies erlaubt eine gute Verwendbarkeit der Dauergiessformen, und ihre duennen Waende und ihre gute Waermeleitfaehigkeit haben zur Folge, dass der Temperaturabfall durch diese Waende so klein ist, dass Brueche und Deformierungen vermieden werden und die Dauergiessformen deshalb eine lange Lebensdauer haben. Die Schmelze wird vorteilhaft durch Einspritzen von unten her zugefuehrt.

Description

9 1 7 / K Berlin, den 14*11.1933

Verfahren und Vorrichtung zum Gießen metallischer Gegenstände

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Gegenständen aus Eisenlegierungen in einer kontinuierlich arbeitenden Gießanlage.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Vergangenheit war es nur in begrenztem Umfang üblich, in kontinuierlichen Anlagen zu gießen, um Gegenstände herzustellen, die aus Eisen oder Eisenlegierungen bestehen, weil dieses Verfahren in bezug auf die Konkurrenzfähigkeit zu den nur einmal verwendeten Sandgießformen Schwierigkeiten aufwies. Sin Grund besteht darin, daß die Dauergießformen wegen Deformierungen und Brüchen eine kurze Lebensdauer aufweisen, mit der Folgeerscheinung, daß die Formenkosten hoch sind» Dazu muß "die geringe Produktionsrate hinzugerechnet werden und das Wiederaufheizen des Gusses, das eine Kühlung erfordert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Mangel zu überwinden.

Darlegung des V/es ens der Erfindung;

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, die eine

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erhöhte Produktionsrate ermöglichen und die Kosten für das kontinuierliche Gießen verringern und zwar in einem solchen Maße, daß sie in der Lage sind, mit einen konventionellen Gießverfahren in Sandformen zu konkurrieren.

Diese Aufgabe wird dadurch erreicht, daß die äußeren Lagen der gegossenen Gegenstände abgeschreckt werden, bis ihre Form in relativ dünnwandigen Dauerformen, die zumindest vorwiegend aus Kupfer bestehen, stabil ist und daß die Gegenstände unmittelbar entfernt werden und in einem Bereich mit geregelter Temperatur untergebracht werden« Das Abschrecken hat die schnelle 3ildung einer Schale eines verfestigten Materials zur Folge, die stark genug ist, daß die Gegenstände aus der Dauergießform entfernt werden und in den Bereich mit geregelter Temperatur überführt werden können» Die Yerweilzeit in der ^auergießform- ist deshalb sehr kurz und die Produktionsrate pro Dauergießform ist entsprechend groß* Die Verwendung von dünnwandigen Dauergießformen mit Kupfer als Hauptmaterial bewirkt, daß der Temperaturabfall über die Gießform gering ist, so daß Brüche und Deformierungen vermieden werden und die Gießformen deshalb eine lange Lebensdauer aufweisen. Die Dauergießformen können, wie als Stand der Technik bekannt ist, einen inneren Überzug, zum Beispiel aus Keramik aufweisen, so daß der Temperaturabfall über das Material der Gießform genau geregelt werden kann und darüber hinaus ein Schutz gegen mechanische und chemische Einflüsse erreicht wird.

Um das erforderliche Abschrecken zu erreichen, ist es allgemein erforderlich, daß die Dauergießformen einer forcierten Kühlung ausgesetzt werden, die auf verschiedene allgemein bekannte Arten durchgeführt werden kann.

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Wenn die Gegenstände in dem Bereich mit geregdter Temperatur thermisch isoliert sind, kann die erforderliche Wärmebehandlung ausschließlich unter der Wirkung der Hitze, die die Artikel selbst aufweisen, durchgeführt werden, so daß eine äußere Wärmezufuhr nicht erforderlich ist.

In der Praxis wird die Wärmeisolation zweckmäßig dadurch erreicht, daß die Gegenstände in einem wärmeisolierenden Granulat angeordnet und mit diesem bedeckt werden·

Die schnelle Abkühlung, die aus dem vorgesehenen Verfahren resultiert, macht es wünschenswert, daß auch die Zufuhr der Schmelze zu der Dauergießform sehr schnell stattfinden kann.

Die Erfindung betrifft deshalb auch eine Vorrichtung, die zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist und eine schnelle Zuführung einer Schmelze zu einer Dauergießform ermöglicht. Diese Vorrichtung beinhaltet einen Schmelztiegel, der unterhalb der Dauergießform angeordnet ist und der sowohl eine Schmelze enthält als auch Mittel, um diese Schmelze durch eine Steigeleitung, die mit einer Zuführungsöffnung am Boden der Dauergießform verbunden iet, aufwärts zu drücken und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steigleitung durch eine Kolbenstange gebildet wird, deren unteres Ende einen Kolben trägt, der in einem Zylinder gieitbar angeordnet ist und dessen Inneres .mit der Zuführungsöffnung über ein Ventil verbunden ist, sowie dadurch, daß die Kolbenstange und der Kolben mit einem Kanal ausgestattet sind, der sich von der Unterseite des Kolbens zum oberen Bnde der Kolbenstange erstreckt, Da der Kolben durch die Dauergießform mit Hilfe eines nach unten gerichteten Druckes gegen ihre obere Oberfläche aktiviert werden kann, wird durch

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den Aktivierungsdruck gleichzeitig sichergestellt, daß die Dauergießform fest mit dem Ende der Kolbenstange in Wirkbeziehung steht and wenn zwischen den Teilen der Dauergießforra eine horizontale Trennfuge vorgesehen ist, stellt der Aktivier ungs druck gleichzeitig sicher, daß die zwei Teile der Dauergießform dicht miteinander in Wirkbeziehung stehen» Die Verwendung eines Kolbens zum Ueraufdrücken der Schmelze in die J Dauergießform erleichtert es auch, die Zuführung der Schmelze zu regulieren und zu automatisieren, im Gegensatz zur herkömmlichen Verwendung von Druckluft.».

Der Zylinder ist zweckmäßig in einer Vertiefung im Boden des Schmelztiegels angeordnet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden» In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

-" Pig. 1» 2 und 3t die einzelnen Phasen einer Ausführungsform

des Verfahrens der erfindungsgemäßen lösung;

Pig» 4*. einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Pig» 5: eine modifizierte Ausführungsform eines Teils

der Vorrichtung,

In den J¹Ig. 1 bis 3 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Dauergießform aus Kupfer, die aus zwei Teilen besteht. In dem

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dargestellten Äu._sführungsbeispiel sind die beiden 'Teile symmetrisch und so angeordnet, daß zylindrische Gegenstände 11 hergestellt v/erden können. Die Dauergießform weist an einem Snde eine üingußöffnung 12 auf, um das geschmolzene üasen zuführen zu können» dieses wird in einer gewähnlichen Art aus einer Gießpfanne 13 zugeführt, die schwenkbar oberhalb der Dauergießforin angeordnet ist, wie dieses in der Fig. 1 dargestellt ist.

Die zwei Teile der Dauergießform bilden oder sind angeordnet an einer Seite ihrer entsprechenden kastenförmigen Gehäuse 14< Es wird angestrebt, die äußere Seite der Dauergießform durch nicht dargestellte Kühlmittel auf einem konstanten Temperaturpegel zu halten und wenn die Schmelze dann in die Dauergießform gegossen wird, tritt eine 'Temperaturdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite der Dauergießfora auf. 'Diese Differenz der Temperaturen ist ziemlich klein, wegen "d.er guten Wärmeleitfähigkeit des Materials der Dauergießform. Die Temperaturdifferenz kann aber noch kleiner.gemacht werden, wodurch gleichzeitig die Lebensdauer der Dauergießform erhöht wird, wenn an der Innenseite der Dauergießform ein Überzug vorgesehen wird, zum Beispiel eine angenähert 0,2 mm dicke Lage eines keramischen Materials, was gleichzeitig das Kupfer gegen Verschleiß schützt. Auf Grund der großen thermischen Leitfähigkeit der Dauergießform und der daraus resultierenden geringen Temperatürdifferenz wird in wenigen Sekunden nach dem Füllen der Dauergießform mit flüssigem -^isen eine verfestigte Schale gebildet und diese Schale ist stark genug, daß der Gegenstand aus der Dauergießform entfernt werden kann, was unmittelbar nach der Bildung der Schale getan wird»

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Wie in'der Pig. 2 dargestellt ist, kann der Gegenstand entfernt werden, indem die zwei kastenförmigen Gehäuse 14 in entgegengesetzte Richtungen bewegt werden, zum Beispiel durch Aktivierung eines (nicht dargestellten) Zylinders, dessen Kolbenstange eines" der kastenförmigen Gehäuse trägt, so daß der Gegenstand 11 mit einem Gußzapfen auf ein darunter befindliches Transportband 16 herabfallen kann, welche in der dargestellten Ausführungsform mit einer Lage eines granulatförmigen Materials 17 bedeckt ist, zum Beispiel mit Kieselgur, Vermiculit oder trockenem Sand, welche mit Hilfe einer Rohrleitung 18 eingeführt werden, Das Transportband bewegt sich in die Richtung, die durch die Pfeile 19 gekennzeichnet ist und transportiert die Gegenstände 11 unter eine zweite Rohrleitung 20, durch welche eine solche Menge des Materials 17 zugeführt wird, die ausreicht, um die Gegenstände vollkommen zu bedecken und die neben dem Schutz, thermisch isolierendes Material enthält. Ίίβηη das thermisch isolierende Material Kieselgur ist, ist nur die Rohrleitung 18 erforderlich, mit Hilfe welcher dann eine Lage aufgebracht werden kann, die so dick ist, daß die Gegenstände durch ihr Eigengewicht darin versinken und sich die Lage über ihnen schließt. In diesem Zustand bewegen sich die Gegenstände auf dem Transportband in einen Tunnel 21 mit Wärmeregulierung hinein, der durch thermisch isolierende Wände gebildet wird und in dem eine gesteuerte langsame Abkühlung stattfindet, 'während, der ersten Phase des Abkühlungs-Prozesses dringt die innewohnende Wärme der Gegenstände nach außen zur Oberfläche der Gußkörper durch und bewirkt, daß die Regionen, die durch das Abschrecken in der Dauergießform gehärtet wurden, wieder eine normale Härte annehmen.

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An einer geeigneten Stelle des Tunnels 21, wo die Temperatur der Gegenstände 11 auf einen solchen Wert abgesunken ist, das eine Steigerung der Abkühlungsgeschwindigkeit zugelassen werden kann, ist in seiner oberen «and eine Absaugleitung 23 angeschlossen. Diese Absaugleitung 23 saugt das gesamte Isolierungsmaterial von dem 'Transportband ab, wie es durch einen Pfeil 24 dargestellt ist, so daß die Gegenstände 11 unbedeckt auf dem Transportband verbleiben.

Unmittelbar hinter der Ansaugleitung 23 ist der Tunnel 21 mit einem Schacht 26 verbunden, der aus Isolierwänden 25 gebildet ist und wiederum mit einem ^bsaugkanal 27 verbunden ist. Im Inneren dieses Absaugkanals 27 ist ein Ventilator 28 vorgesehen, der Kühlluft in Gegenstromrichtung durch den letzten Teil des Tunnels 21 mit Wärmeregulierung und durch den Absaugkanal 27 saugt, wie es durch die Pfeile 29 dargestellt ist. In dem Schacht 26 ist ein Wärmeaustauscher 30 angeordnet, durch den "ein Wärme transportierendes Medium, wie Wasser, fließt, wie es durch die Pfeile 31 dargestellt ist. Bieses Medium absorbiert einen großen Teil der Wärme, die von der Kühlluft von den Gegenständen 11 auf dem Transportband aufgenommen wurde. Die Abfallwärme, die so gesammelt wird, kann zu jedem geeigneten Zweck wiederverwendet werden. Dieselbe Möglichkeit besteht in der Verwendung der Abfallwärme von den Dauergießformen. Die gegossenen Gegenstände 11 verlassen das Transportband 16 am Snde des Kühltunnel3 21 und die einzige Arbeit, die noch verbleibt, besteht darin, die Gußzapfen zu entfernen.

Verglichen mit dem konventionellen Gießen in Sandformen, die nur einmal verwendet werden können, offenbart das beschriebene Gießverfahren mit Dauergießformen eine Vielzahl von

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Vorteilen. So ist zum Beispiel keine Anlage zur Vorbereitung, Transport und Reinigung von Formsand erforderlich,'und dies schafft auch Abhilfe bezüglich der Umweltbelastung in fform von Dunst, Rauch, Lärm und Vibrationen. Darüber hinaus ist es einfacher, die Entfernung der Gußstücke zu automatisieren und sie zu reinigen. Die Investitionskosten sind beachtlich verringert, und der Preis für die Gußstücke kann gesenkt werden.

Die Vorrichtung, die in der Fig. 4 dargestellt wurde und zur schnellen Zuführung einer Schmelze zu einer dünnwandigen, aus zwei Teilen bestehenden Dauergießform, hier mit dem Bezugazeichen 40 versehen dient, enthält einen Schmelztiegel 41 und eine innere Wand oder Auskleidung 42 aus einem hitzebeständigen und elektrisch isolierenden Material, zum Beispiel. Stein oder gegossene oder gestampfte Masse, eine äußere Plattenwand 43 ans Stahl und eine dazwischen liegende Lage 44 aus einem isolierenden Material, zum Beispiel Kieselgur. Die Auskleidung 42 weist einen verhältnismäßig dicken Boden auf, dessen Zentrum mit einer zylindrischen Vertiefung 46 ausgebildet ist, die eine mit Gewinde versehene Wand aufweist, in die ein Ende eines vertikalen Zylinders 47 eingeschraubt ist. Dieser Zylinder 47 enthält einen in ihm gleitbar angeordneten Kolben 48, der an dem iinde einer Kolbenstange 4 9 befestigt ist, die sich nach oben durch den Schmelztiegel erstreckt und durch ein zentrales Loch in einer Abdeckung 50, die aus einem Plattenmaterial und Isoliermanterial besteht, aus dem Schmelztiegel heraustritt. Die Abdeckung ist mit einem Sinful11och 69 für eine Schmelze ausgebildet, In das obere Ende der Kolbenstange 49 ist eine Ausströmdüse 51 eingeschraubt und ein Kanal 52 erstreckt

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sich durch diese Ausströmdüse 51» die Kolbenstange 4 9 und den Kolben 43 und dadurch besteht eine Verbindung zwischen dem Inneren des Zylinders 4 7 und dem oberen Snde des Ventils 51. Der Kolben 48 ist kreisförmig mit einer Vielzahl axialer Durchgangsbohrungen 53 versehen und einer an der Unterseite des Kolbens in Flucht mit diesen Bohrungen ist eine ringförmige Ventilklappe 54 angeordnet.

Unter dem Boden 45 der Auskleidung 42 und im Zusammenhang mit diesem ist ein Induktionselement 55 angeordnet, das aus sowohl wärme isoliertem als elektrisch isolierendem Material, zum Beispiel einer Gießmasse, besteht· Durch den Boden 45 und das Induktionselement 55 erstreckt sich ein U-förmiger Kanal 56. Durch eine öffnung 57 in dem Induktionselement 55 erstreckt sich innerhalb des U-förmigen Kanals ein Induktor-Kern 58, und die genannte öffnung 57 ist im rechten Winkel zu dem Ü-förmigen Kanal 56 angeordnet. Der Induktor-Kern 58 trägt eine Primärwicklung 59, die außerhalb des Induktionselementes 55 angeordnet ist, und die Schmelze in dem Kanal und der Schmelztiegel bilden die Sekundärwicklung des Induktors, in der hohe elektrische Ströme erzeugt werden, die das Material erhitzen. Da das ü'isen in dem Abschnitt, der sich durch den Kern erstreckt, stärker erhitzt wird als das Eisen in den anderen Abschnitten, weil es einem stärkeren magnetischen i'eld ausgesetzt ist und infolgedessen stärkeren fifirbelströmen, zirkuliert die Schmelze ständig in der Richtung,, die durch die Pfeile angezeigt wird· Ss soll angenommen werden, daß der Zylinder 47 in der Stellung, in der er darstellt ist, mit Schmelze 60 gefüllt ist, i£"in abwärts gerichteter J-Tuck auf die Dauergießform 40 hat zur Folge, daß der Kolben 48 nach unten gedruckt wird, so dai3 die Schnei se durch den Kanal 52 und die Einfüllöffnung 61 der Dauergießform 40

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nach oben gepreßt wird und in den Gießhohlraum 62 der Dauergießform 40 hineinfließt, Die Dauergießform 40 ist hier entlang einer horizontalen "'i'eilungsf lache 63 in zwei Teile geteilt, so daß der Druck bewirkt, daß die zwei Teile der Dauergießform 40 fest gegeneinander gedrückt werden. Sowohl die Kolbenstange 49 und die Einfüllöffnung 61 77erden durch die Wärmeleitfähigkeit von der Schmelze 60 in dem J Schmelztiegel warmgehalten. Wenn die Dauergießfonn 40 wieder nach oben bewegt wird, hat. sich das Material in ihrer Sinfüllöffnung 61 verfestigt, während der Inhalt in der Ausströmdüse 51 noch so flüssig- ist, daß er nun in den Schmelztiegel 41 zurückfließt, Während, die Dauergießform entleert und fertiggemacht wird, bewegt sich der Kolben nach oben, und es dringt neue Schmelze in den Zylinder ein. Die Aufwärtsbewegung der Schmelze In Richtung auf den Kolben 43 und die Ventilklappe 54 bewirkt, daß diese bewegt werden, aber es können auch wahlweise zusätzliche Mittel zur Aktivierung des Kolbens vorgesehen werden.

In der modifizierten Ausführungsform des Kolbens, wie er in " der PIg, 5 dargestellt ist und hier mit dem Bezugsζeichen bezeichnet ist, iat die Ventilklappe durch die Kanäle 66 und 67 ersetzt worden, die in dem Kolben 65, beziehungsweise in dem Zylinder vorgesehen sind, der hier mit dem Bezugszeichen 63 gekennzeichnet 1st, Wenn sich der Kolben 65 in der oberen Position befindet, wird er durch (nicht dargestellte) Mittel um einen solchen Winkel gedreht, daß die Verbindung zwischen den Kanälen 66; 67 unterbrochen wird. In der unteren Position wird die Verbindung durch eine Drehung in der entgegengesetzten dichtung wieder hergestellt,

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Bei einer experimentellen Arbeit wurden Dauerenergieformen aus Kupfer mit einer Wandstärke von 6 mm"verwendet· Da Kupfer eine Wärmeleitfähigkeit von. ungefähr 400 Watt/ Cm aufweist, besitzt eine solche Dauergießform einen Wärmewiderstand pro Oberflächeneinheit von. ungefähr

_{= 15} . _1O-^{6 0}G . m² pro Watt.

400

In der Praxis können auch etwas höhere "iVerte zugelassen werden, das heißt, ea ist auch Kupfer geeignet, das nicht ganz rein ist, aber nur eine geringe Menge an Zusätzen enthält. Ein dünner keramischer überzug kann die Lebensdauer der Dauergießform in dem Maße erhöhen, in dem es gelingt, die Wärme durch die· #and der Dauergießform abzuleiten.

Die Einzelheiten der dargestellten und beschriebenen Anlage und Vorrichtung können auf viele Arten modifiziert werden. Zum Beispiel kann an Stelle eines horizontalen Kühltunnels ein vertikaler Kühlschacht verwendet werden; in dem die Gegenstände auf einem wendeiförmigen «eg geführt werden können» Die Dauergießformen können auch aus mehr als zwei Heilen bestehen und können wahlweise mit Kernen versehen sein. Die Erwärmung kann auf anderem v/eg als .durch Induktion bewirkt werden, zum Beispiel durch elektrische Lichtbogen. In speziellen Fällen, insbesondere beim Gießen von sehr dünnwandigen Gegenständen, kann es zweckmäßig sein, im Gießhohlraum der Dauergießform ein Vakuum zu erzeugen.

Claims (5)

-12- 14.11.1983 62 623/17 Erf indungsanspruch

1. Verfahren zum Gießen metallischer Gegenstände aus Eisenlegierungen in einer Dauer-Gießform, gekennzeichnet durch ein Abschrecken der äußeren Lagen der gegossenen Gegenstände bis ihre SOrm stabil ist, in relativ dünnwandigen Dauergießformen, die zumindest vorwiegend aus Kupfer bestehen und ein unmittelbar darauf folgendes Entfernen der Gegenstände und ihre Lagerung in einer Zone mit regulierter 'temperatur.

2. Verfahren entsprechend Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Gegenstände in der Zone mit regulierter 'Temperatur thermisch isoliert werden»

3. Verfahren entsprechend Punkt 2_} gekennzeichnet dadurch, daß die thermische Isolierung dadurch bewirkt wird, daß die Gegenstände in einem granulierten Material gelagert und damit bedeckt werden,

4» Vorrichtung zum Gießen metallischer Gegenstände entsprechend dem Verfahren nach Punkt 1 mit Mitteln aur schnellen Vesorgung der Bauergießform mit Schmelze, die einen Schmelztiegel beinhaltet, der unter der Dauergießfonn angeordnet ist und die Schmelze enthält, sowie Mittel, die Schmelze durch ein Steigrohr, das mit einer Einfüllöffnung im Boden der Dauergießform verbunden ist, in die Dauergießform zu drücken, gekennzeichnet dadurch, daß das Steigrohr durch eine Kolbenstange gebildet wird, deren unteres ^nde einen Kolben trägt, der in einem Zylinder gleitbar angeordnet ist, dessen Innenraum über ein Ventil mit dem Schmelztiegel verbunden ist und daß die

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Kolbenstange und der Kolben mit einem Kanal ausgestattet sind, der sich von der Unterseite des Kolbens atom oberen Ende der Kolbenstange erstreckt.

5. Vorrichtung entsprechend Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Zylinder in einer Vertiefung des Bodens des Schmelztiegels angeordnet ist.

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