DE102007048419B3

DE102007048419B3 - Accelerated, direct cooling of non-ferrous castings, injects gas coolant into gap left when molding shrinks away from contour-forming wall of mold

Info

Publication number: DE102007048419B3
Application number: DE200710048419
Authority: DE
Inventors: Jürgen Licht; Hubert Hagel; Franz Leicht
Original assignee: HANDTMANN METALLGUSS ALBERT; Albert Handtmann Metallgusswerk GmbH and Co KG
Current assignee: HANDTMANN METALLGUSS ALBERT; Albert Handtmann Metallgusswerk GmbH and Co KG
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2027-10-10

Abstract

The mold (1) is completely filled with molten metal. Following an initial short cooling interval, a gap arises through shrinkage, between mold and molding (4). This gap is exploited. Pressurized gaseous coolant is blown into it. The gas escapes through gaps or openings provided. The mold, in two halves, includes gas injection holes (5, 6) from the exterior to the inner, contour-forming wall. External line connections to the holes admit gaseous coolant. At the inner sides of the bores, on the contour-forming wall, a gas injection device is provided, e.g. nozzles, a grid or sintered metal gas distributor. In addition to, or instead of the cooling arrangements described, coolant gas connection is made through holes into cavities left when mold slides or molding ejectors are withdrawn. An independent claim IS INCLUDED FOR corresponding molding equipment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem die Abkühlzeiten zwischen Metalleinguß in die Gußform und Entnahme des Gußteiles aus der Gussform wesentlich verkürzt werden.The The invention relates to a method in which the cooling times between metal casting in the mold and Removal of the casting significantly shortened from the mold become.

Die Wärmeableitung aus Gussformen, gleichgültig ob aus Sandformen oder aus metallischen Formen, ist bisher hauptsächlich unter dem Aspekt der Gefügebeeinflussung des Gußteiles behandelt worden. So nennt das „Gießerei Lexikon", Hasse/Brunnhuber, Verlag Schiele&Schön, 18. Auflage, 2001 unter den Begriffen Kühleinsatz, Kühleisen, Kühlkern, Kühlkokille, Kühlnagel, Kühlrippe nur Vorrichtungen, deren Kühlung zur Verbesserung des Metallgefüges eingesetzt wird. Nur unter dem Begriff Kühlstrecke wird eine Vorrichtung beschrieben, die sich an eine Gießstrecke anschließt. Darauf werden die abgegossenen Formen als gesamtes so weit abgekühlt, dass sie ausgeleert werden können. Kühlzeiten werden dabei jedoch nicht erwähnt.The heat dissipation from molds, indifferent whether from sand molds or from metallic forms, is so far mainly under the aspect of structural influence of the casting been treated. This is what the "Foundry Lexicon", Hasse / Brunnhuber, calls Publisher Schiele & Schön, 18th edition, 2001 under the terms cooling use, Cool iron, Cooling core chill, Cool nail, cooling fin only devices whose cooling to improve the metal structure is used. Only under the term cooling line is a device described, which adjoins a casting line. Thereon As a whole, the poured molds are cooled so far that they can be evacuated. cooling times are not mentioned.

In der Patentschrift DE 699 23 214 aus 1999 wird eine Vorrichtung zur Kühlung einer Kokille mittels Kühlkreisen durch flüssiges Kühlmittel beschrieben. Ziel ist hierbei eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Gußteiles. Unter Abschnitt 0006 wird zusätzlich erwähnt, dass eine höhere Kühlgeschwindigkeit die Produktivität erhöht, d. h. es erhöht sich die Zahl der Gussstücke pro Zeit- und Produktionseinheit.In the patent DE 699 23 214 from 1999 a device for cooling a mold by means of cooling circuits is described by liquid coolant. The aim here is to improve the mechanical properties of the casting. In addition, in section 0006, it is mentioned that a higher cooling speed increases the productivity, ie the number of castings per unit of time and production increases.

Die beschriebenen Kühlmaßnahmen erbringen alle neben der Gefügebeeinflussung des Gußteiles keine nennenswerte Beschleunigung des eigentlichen Gießtaktes oder die Gußformen werden durch die darin vorgesehenen Kühlkreise für Kühlflüssigkeiten mit den erforderlichen Pumpen, Kühlmittelbehältern etc. kompliziert und teuer.The described cooling measures all perform next to the influence of the structure of the casting no appreciable acceleration of the actual casting cycle or the molds be provided with the necessary by the therein cooling circuits for cooling liquids Pumps, coolant tanks etc. complicated and expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Produktivität von Gußformen zu erhöhen bei verringertem technischen Aufwand im Vergleich zu Gußformen mit Kühlkanälen. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus Anspruch 1.Of the Invention is based on the object, the known productivity of molds to increase at reduced technical complexity compared to molds with cooling channels. The Solution of this Task arises from claim 1.

Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführung im Aluminium Kokillenguß eingesetzt. Die Erfindung ist jedoch gleichermaßen auf den Schwermetallguss mit Kupfer, Blei, Messing etc. anwendbar. Ausgangspunkt ist eine übliche, aus einem massiven Metallblock gefertigte, zweiteilige Gußkokille ohne integrierte Kühlkanäle oder ähnliches. Nach dem Schließen der zwei Formhälften einer Kokille erfolgt das Eingießen des flüssigen Aluminium. Je nach Kokillengröße und Volumen des Gußteiles benötigt die geschlossene Kokille nun eine Abkühlzeit bis das Gußteil ausreichend erstarrt ist, um die Kokille öffnen zu können und das Gußteil zu entnehmen. Die Abkühlung erfolgt hierbei hauptsächlich über die Umgebungsluft, es ist sicher auch möglich zur Erhöhung der Abkühlrate die geschlossene Kokille mit Pressluft, Wasser oder ähnlichem zu beaufschlagen. Bei einem Aluminium Kokillengußteil mit ungeführ 1 kg Gußteilgewicht erfordert die Abkühlung der Kokille durch die Umgebungsluft entsprechend den bekannten Berechnungsformeln Q = c × m × delta t ca. 2 Minuten bis zur Entnahme.The Invention is used in a preferred embodiment in aluminum chill casting. However, the invention is equally applicable to heavy metal casting with copper, lead, brass, etc. applicable. Starting point is a usual, made of a solid block of metal, two-piece casting mold without integrated cooling channels or similar. After closing the two mold halves a mold, the pouring of the liquid aluminum takes place. Depending on mold size and volume of the casting needed The closed mold now has a cooling time until the casting is sufficient is frozen to open the mold can and the casting refer to. The cooling takes place mainly via the Ambient air, it is certainly also possible to increase the cooling the closed mold with compressed air, water or similar to act on. In an aluminum chill casting with approximately 1 kg casting weight requires the cooling the mold by the ambient air according to the known calculation formulas Q = c × m × delta t about 2 minutes until removal.

Eine Beschleunigung der Abkühlung durch Öffnen der Kokille vor dem berechneten Entnahmezeitpunkt birgt die Gefahr eines Gußteilverzuges oder kann erst so spät erfolgen, dass sich dadurch kein nennenswerter Zeitgewinn beim Gießvorgang mehr einstellt.A Acceleration of cooling by opening The chill before the calculated withdrawal time carries the danger a casting delay or can not be that late done so that no appreciable time gain in the casting process more established.

Die Erfindung verlegt den Ort der Kühlung von den Kühlkanälen der Wandungen einer Kokille in den nach dem Abguss entstehenden Spalt zwischen formgebende Kokillenwand und Gußteil. Es wird keine Kühlflüssigkeit sondern ein gasförmiges Kühlmedium zur Kühlung verwendet, entweder im Zustand bei Raumtemperatur oder als gekühltes Gas. Dieses gasförmige Kühlmedium kann auch mit flüssigen Bestandteilen vermischt sein, zum Beispiel Wasser.The Invention relocates the place of cooling of the cooling channels of Walls of a mold in the resulting after casting gap between shaping mold wall and casting. There is no coolant but a gaseous one cooling medium for cooling used, either in the state at room temperature or as cooled gas. This gaseous cooling medium can also be liquid Components are mixed, for example, water.

Üblicherweise werden die formgebenden Konturen der Kokillenwände mit einer keramischen Schlichte geschlichtet, die Metallanhaftungen des Gussmetalls Aluminium an den Kokillenwänden vorbeugt. Nach dem Einfüllen des flüssigen Aluminium in die geschlossene Kokille erfolgt schon nach sehr kurzer Zeit durch die Abkühlung des Aluminium von Schmelztemperatur auf Kokillentemperatur eine Schrumpfung des Gußteiles. Unterstützt durch die Schlichte löst sich das Gußteil damit zu einem Großteil von den Kokillenwänden. Diese Schrumpfung ist Stand der Technik und wird zum Beispiel im Lehrbuch Prof. Dr. Ing. Philipp Schneider „Kokillen für Leichtmetallguss" Auflage 1 Seite 9 beschrieben. In diesen Spalt wird nun das gasförmige Kühlmedium eingeblasen, welches das Gußteil abkühlt. Dadurch vergrößert sich die Schrumpfung und erweitert den Spalt zwischen Gußteil und Kokillenwand immer mehr, damit beschleunigt sich die Kühlung des Gußteiles. Das eingeblasene gasförmige Kühlmedium entweicht unkontrolliert aus der Kokille durch die vorhandene Formteilung und am Einguß. Eine extra Vorrichtung zur Ableitung des gasförmigen Kühlmediums hat sich in den bisherigen Probeabgüssen nicht als notwendig erwiesen. Sie kann bei Bedarf vorgesehen werden.Usually become the shaping contours of the mold walls with a ceramic sizing Finished, the metal adhesions of cast metal aluminum the mold walls prevents. After filling of the liquid Aluminum in the closed mold takes place after a very short time Time by the cooling of aluminum from melting temperature to mold temperature a shrinkage of the casting. supports through the sizing triggers the casting to a large extent from the mold walls. This shrinkage is state of the art and is used, for example, in Textbook Prof. Dr. med. Ing. Philipp Schneider "Molds for light metal casting" Edition 1 page 9 described. In this gap, the gaseous cooling medium is now blown, which the casting cools. This increases the shrinkage and widen the gap between casting and Mold wall more and more, thus accelerating the cooling of the Casting. The injected gaseous cooling medium escapes uncontrolled from the mold through the existing mold division and at the gate. An extra device for the discharge of the gaseous cooling medium has in the past sample casts not proven necessary. It can be provided if required.

Erreicht wird die gasförmige Kühlmedieneinleitung mittels einer Bohrung in die formgebende Kokillenwand mit Leitungsanschluß für die gasförmige Kühlmedienzuführung auf der einen Seite und Verschluß dieser Bohrungen auf der anderen formgebenden Formseite der Kokille durch eine Einblasvorrichtung. Diese Einblasvorrichtung kann unterschiedlichst ausgestaltet werden, so zum Beispiel in Form einer Düse mit einer oder mehreren Öffnungen, eines Siebgitters, eines Einsatzes aus Sintermetall oder vergleichbar porösen Stoffen wie zum Beispiel Keramik.The gaseous cooling medium introduction is achieved by means of a hole in the forming mold wall with line connection for the gaseous cooling medium supply on one side and closure of these holes on the other formge benden molding side of the mold by a blowing device. This injection device can be configured in many different ways, for example in the form of a nozzle with one or more openings, a screen grid, a sintered metal insert or comparable porous materials such as ceramic.

Diese Einblasvorrichtung wird vor dem Eingießen des flüssigen Aluminium zusammen mit der gesamten Kokille mit Schlichte bedeckt. Dadurch wird ein Zukleben der Einblasvorrichtung mit Aluminiummetall verhindert. Nach dem Eingießen des flüssigen Aluminium und Beginn der Erstarrungszeit wird die Einblasvorrichtung mit gasförmigem Kühlmedium so beaufschlagt, dass die bedeckende Schlichte sich abhebt und den Gasstrom um das Gußteil herum freigibt. Bei Probeabgüssen hat sich ein Druck des gasförmigen Kühlmediums als ausreichend erwiesen, wie er durch im Gießereibereich üblicherweise vorhandene Kompressoren erreicht wird. Der Druckbedarf kann je nach teilespezifischen Gegebenheiten des Gußteils und der Kokille jedoch ± schwanken. Die Anzahl der erforderlichen Einblasvorrichtungen pro Kokille ist von der Kontur des Gußteiles abhängig. Hier bedarf es teilespezifischen Erfahrungswerten, eine allgemeine Regel lässt sich noch nicht ableiten. Die bisher ersparte Abkühlzeit mit der inneren Kühlung durch das gasförmige Kühlmedium lässt sich ungefähr mit 30% bis 70% beziffern, die das Gußteil früher aus der Kokille entnommen werden kann.These Injection device is used before pouring the liquid aluminum along with the entire mold covered with sizing. This will cause sticking the injection device with aluminum metal prevents. After this pour in of the liquid Aluminum and start of solidification time is the blowing device with gaseous Cooling medium like this impinged that the covering sizing stands out and the Gas flow around the casting around releases. For sample casts has a pressure of gaseous cooling medium as proven by the foundry sector existing compressors is achieved. The printing requirement can vary depending on However, part-specific conditions of the casting and the mold vary ±. The Number of required blowing devices per mold is from the contour of the casting dependent. Here it requires part-specific experience, a general Rule lets not yet derived. The previously saved cooling time with the internal cooling through the gaseous cooling medium let yourself approximately with 30% to 70%, who removed the casting earlier from the mold can be.

In einer weiteren Variante der Erfindung wird ein etwa an der Kokille vorhandener Kernzug genutzt. Hier wird das gasförmige Kühlmedium in den Hohlraum eingeblasen, der entsteht wenn der Kernzug zurückgezogen wird. Da dieser Raum nicht von flüssigem Metall beaufschlagt wird, kann die Zuführungsbohrung nur als offene Bohrung ohne Einblasvorrichtung ausgestaltet sein. Es hat den weiteren Vorteil, dass sich im Vergleich zur Einblasvorrichtung in der Formwand die anfängliche Angriffsfläche vergrößert, in der das gasförmiges Kühlmedium zwischen Gußteil und Kokillenwand eindringen kann. Der gleiche Effekt ist zu erreichen, wenn anstatt des Kernzuges die allgemein bekannte Vorrichtung von Auswerfern genutzt wird. Auch hier entsteht beim Zurückziehen der Auswerfer jeweils ein Hohlraum vor dem gegossenen Gußteil, welcher als Einblasraum des gasförmigen Kühlmediums genutzt werden kann. Entgegengesetzt, kann ein derartiger Hohlraum von Schiebern oder Auswerfern auch als Auslass für das eingeblasene gasförmige Kühlmedium eingerichtet werden.In Another variant of the invention is an approximately on the mold existing core pull used. Here, the gaseous cooling medium is blown into the cavity, which arises when the core pull is withdrawn. Because of this room not of liquid Metal is applied, the supply hole can only open Be configured bore without injector. It has the further advantage that in comparison to the injection device in the mold wall, the initial attack surface enlarged, in the gaseous cooling medium between casting and mold wall can penetrate. The same effect can be achieved if instead of the core pull the well-known device of ejectors is being used. Again, arises when retracting the ejector respectively a cavity in front of the cast casting, which serves as the injection space of the gaseous cooling medium can be used. Opposite, such a cavity can of sliders or ejectors also as an outlet for the injected gaseous cooling medium be set up.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausfübrungsbeispiel der Erfindung an einer Kokille.The Drawing illustrates an embodiment of the invention on a mold.

In 1 ist die geschlossene, zweiteilige Kokille 1 mit dem Eingußtrichter 2 und der Formteilung 3 sowie dem Gußteil 4 und dem geschlossenem Schieber 7schematisch dargestellt. Das gasförmige Kühlmedium wird nun kurze Zeit nach dem Einfüllen des Gießmetalls durch die Bohrungen 5 und 6 mit Leitungsanschluß und Einblasvorrichtung in die Kokille eingeblasen. Das Kühlmedium entweicht danach durch den Eingußtrichter 3 und die Formteilung 4 und bewirkt so den Wärmeabtransport.In 1 is the closed, two-part mold 1 with the pouring funnel 2 and the shape division 3 as well as the casting 4 and the closed slide 7 is shown schematically. The gaseous cooling medium is now a short time after filling the casting metal through the holes 5 and 6 injected with line connection and blowing in the mold. The cooling medium then escapes through the pouring funnel 3 and the shape division 4 and thus causes the heat dissipation.

In 2 ist der Schieber 7 zurückgezogen. Der dadurch entstehende Hohlraum zwischen Schieber 7 und Gußteil 4 wird durch die Bohrung 8 mit Leitungsanschluß für ein Einblasen des gasförmigen Kühlmediums oder für seinen Auslass nutzbar. Die technische Sachlage ist bei Nutzung von Hohlräumen von Auswerfern vergleichbar, deshalb wird auf eine zeichnerische Darstellung verzichtet.In 2 is the slider 7 withdrawn. The resulting cavity between slide 7 and casting 4 gets through the hole 8th usable with line connection for blowing in the gaseous cooling medium or for its outlet. The technical situation is comparable with the use of cavities of ejectors, is therefore omitted a graphic representation.

Claims

Process for the accelerated cooling of castings in chill casting and die casting processes for non-ferrous metals with direct loading of the casting by the cooling medium, characterized in that in the liquid filled with molten metal casting mold ( 1 ) after an initial short cooling time and the casting shrinkage commencing thereby, the resulting gap is used to provide a gaseous cooling medium of increased pressure between the contouring wall of the metal mold ( 1 ) and the shrunken casting ( 4 ) and then let the gaseous, heated cooling medium escape through existing gaps or openings again.

Apparatus for casting cooling on a two-part metal casting mold for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the casting mold has at least one bore ( 5 ) or ( 6 ), which passes from the outside to the inner forming wall of the mold and on the outside of the bore has a line connection for injecting a gaseous cooling medium, wherein on the Bohringsinnenseite on the contouring wall, a blowing device is present.

Device for casting cooling for carrying out the method according to claim 1, characterized in that in addition to or instead of introduced holes ( 5 ) or ( 6 ) with injection device and line connection for blowing in, the cavities of retracted slides ( 7 ) or ejecting the mold with a feed bore ( 8th ) are connected to the gaseous cooling medium between the wall of the mold and the shrunken casting ( 4 ) or derive.