DE102008006172B3

DE102008006172B3 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Profilwalzen aus Gusseisen mit Kugelgrafit mit mehr als einer radialen Hinterschneidung der Gravur des Walzenballens und gleichzeitig der Fertigteilkontur des Walzenballens folgenden Randschichthärte in mehrteilige Kokillen aus Gusseisen

Info

Publication number: DE102008006172B3
Application number: DE200810006172
Authority: DE
Inventors: Frank Störzel-Schmitz
Original assignee: Walzengieserei und Hartguswerk Lobberich D Juelke Ekfm; WALZENGIESEREI und HARTGUSWERK; Walzengiesserei und Hartgusswerk Lobberich D Juelke Ekfm
Current assignee: Walzenwerk Nettetal De GmbH
Priority date: 2008-01-26
Filing date: 2008-01-26
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2028-01-27

Abstract

Kalibrierte Profilwalzen aus Gusseisen mit Kugelgrafit mit mehr als einem Kaliber werden bisher mit zylindrischem unprofiliertem Walzenballen in Kokillen gegossen und anschließend mechanisch bearbeitet oder in eine Sandform gegossen, mechanisch bearbeitet und anschließend wärmebehandelt. Versuche mit geteilten Kokillen sind bisher wegen der Bildung von Schwundrissen fehlgeschlagen. Zielsetzung der Lösung ist es, die bei den bekannten Herstellverfahren unbefriedigende Gefügeausbildung so zu beeinflussen, dass sich eine dem Gefüge und den Werkstoffeigenschaften nach einsatzfertige Walze herstellen lässt, die lediglich noch mechanisch fertig bearbeitet werden muss. Weiteres Ziel ist es, die Standzeit der Walzen zu erhöhen und den Einsatz von Gefüge beeinflussenden Legierungselementen zu verringern. In eine zylindrische Kokille werden geteilte Kaliberringe eingebaut. Die Kaliberringe haben neben der Formgebung der Walzkaliber die für die Erfindung wesentliche Aufgabe, durch Wärmeaufnahme und -ableitung von der gesamten Ballenschale der Walze das gewünschte Gefüge auch im Kalibergrund zu erzeugen. Weiterer wesentlicher Bestandteil der Lösung ist, dass die Kaliberringe der Längsschwindung des Gussstückes folgen. Herstellung von Kaliberwalzen.

Description

1. Stand der Technik
Stand der Technik sind zwei grundlegend verschiedene Gussverfahren, nämlich der Formguss in eine Sandform, um eine dem Fertigteil möglichst nahe kommende Gussstückkontur auch am Walzenballen zu erreichen und der Guß in eine zylindrische Kokille mit anschließender mechanischer Ausarbeitung der Formgebung des Walzenballens. Im Falle des Formgusses ist der mechanische Bearbeitungsaufwand zwar relativ gering, aber zur Erzielung der erforderlichen Oberflächenhärte und der entsprechenden Grundtextur des Walzenballens ist eine aufwendige und kostenintensive Wärmebehandlung notwendig. Im Falle des Gusses in eine zylindrische Kokille stellt sich zwar an der zylindrischen Außenfläche die gewünschte Gefügestruktur und Oberflächenhärte ein, nicht aber im so genannten Kalibergrund, weil dort die „harte Schicht" abgearbeitet worden ist. Üblicherweise wird das letztgenannte Verfahren aus Kostengründen angewandt. Die Standzeit der Oberflächen der Walze im Kalibergrund ist jedoch unbefriedigend. Bisherige Versuche mit senkrecht geteilten Kokillen mit fester Vorgabe der Hinterschneidungen sind aufgrund der Schwindungsvorgänge am Gussstück gescheitert, weil die Hinterschneidungen der Form zu Rissen im Gussstück geführt haben. Messungen haben ergeben, dass die scheinbare Schwindung beim Guß in eine Kokille um etwa 50% größer ist als es für Gusseisen im Allgemeinen beschrieben ist, mithin wird bei mehreren in Schwundrichtung liegenden Hinterschneidungen einer starren Form die Zugfestigkeit des warmen Gusswerkstoffes des Gusstückes deutlich überschritten und Schwundrisse im Gussstück sind die Folge. Die erhöhte scheinbare Schwindung erklärt sich dadurch, dass nach dem Guß sich die relativ kalte Kokille wegen der Wärmeaufnahme deutlich dehnt, wogegen das Gussstück mit fallender Temperatur schwindet. Diese Erscheinung tritt so lange auf, bis Gussstück und Kokille dieselbe Temperatur haben. Der Grund hierfür ist das unterschiedliche Oberflächen/Volumen-Verhältnis von Gussstück und Kokille und der schlechte Wärmeübergang zwischen Kokillenaußenwand und der Umgebungsluft. Das Gussstück enthält deutlich mehr Wärmeenergie, als die ungekühlte Kokille bei gleich bleibender oder nur unwesentlich ansteigender Kokillentemperatur aufzunehmen vermag. Der theoretische Idealfall einer sich nicht oder nur unwesentlich erwärmenden und damit größer werdenden Kokille tritt in der Praxis der Walzengießerei nicht auf, eine solche Kokille müsste eine unendlich hohe Masse haben, um die gesamte Wärmeenergie des Gussstückes aufzunehmen ohne sich selbst merklich zu erwärmen. Vielmehr ist im Hinblick auf die Gefügeeigenschaften des Gussstückes und die Gesamtwirtschaftlichkeit lediglich erforderlich, dass die Kokille bezogen auf Wärmeaufnahme und -abfuhr geeignet ist, die kritische Abkühlgeschwindigkeit des Gussstückes sicher zu überschreiten und dabei im weiteren Abkühlvorgang nicht wärmer zu werden, als es der isothermen Gefügeausbildung förderlich ist. Zweck der Erfindung ist es, eine Walze herzustellen, die schon im Gusszustand der Anforderung, nämlich eine an allen Stellen der fertigen Gebrauchsgravur möglichst homogene Randhärte zu besitzen, entsprechen kann.
2. Aufbau und Beschreibung der Neuerung
Die entscheidende Neuerung ist es, eine horizontal mehrfach geteilte gusseiserne Hauptkokille (1 Nr. 2) mit schwimmenden, wieder verwendbaren Formeinsätzen aus Gusseisen (1 Nr. 1) für die Formgebung der Hinterschneidungen zu verwenden und gleichzeitig die zur Ausbildung der Randhärteschicht auch in der Hinterschneidung des Walzenballens notwendige Überschreitung der kritischen Abkühlgeschwindigkeit durch die Abschreckwirkung der gusseisernen Formeinsätze zu erreichen. Die Formeinsätze sind senkrecht radial geteilt, um sie vom Gussstück wieder entfernen zu können. Um präzise Formgebung zu erreichen, werden die Formeinsätze mit einem Ring aus kunstharzgebundenem Sand (1 Nr. 6) mithilfe einer in einen Zwischenring (1 Nr. 3) und in die Formeinsätze korrespondierend eingedrehte Nut gehalten. (1, Nr. 7 und Nr. 8) Der Ring aus kunstharzgebundenem Sand ist vom Querschnitt und Festigkeit so berechnet, dass er die Formeinsätze beim Transport, Zurichten und Abgießen der Form sicher trägt. Nach dem Gießen erhitzt sich der Sandring mit der Kokille und die Bindung des Sandes zerfällt. Die so entstehende Sollbruchstelle zeigt 1, Nr. 4. Dadurch sind die Formeinsätze nicht mehr starr mit der Hauptkokille verbunden. Durch den geringen Dichteunterschied zwischen Formeinsatz und flüssigem Eisen und die sich nach dem Gießen bildende erste Erstarrungsschale des Gussstückes ist kein Absinken oder Auftreiben der Formeinsätze möglich.
3. Vorteile der Neuerung
Die einzelnen Formeinsätze können der Schwindung des Gussstückes in der Längsachse folgen und Schwundrisse treten nicht auf. Durch den Abschreckeffekt der Formeinsätze wird überdies die kritische Abkühlgeschwindigkeit sicher überschritten und es stellt sich auch im Kalibergrund und mithin an der gesamten Fertigteilkontur des Walzenballen die gewünscht hohe Oberflächenhärte mit feiner Stütztextur ein. Die Bearbeitungszeiten werden drastisch verkürzt gegenüber der üblichen Methode des „aus dem Vollen" Drehens, es kann überdies an Gefüge beeinflussenden Legierungselementen gespart werden. Eine Wärmebehandlung, wie beim Verfahren Sandguss ist nicht erforderlich. Das Verfahren an sich ist mit einfachen Mitteln preiswert durchführbar, die Hauptkokille für andere Gussstücke weiter nutzbar. Es wird weniger flüssiges Eisen benötigt und es fallen weniger Späne beim Bearbeiten an, außerdem ist weniger Energie zum Bearbeiten erforderlich. Als weiterer Aspekt ist die schwächere Anreicherung des Eisens mit Legierungselementen zu betrachten; global ist eine solche Anreicherung im Eisen mit ihren Nachteilen bereits bekannt. Lediglich die Herstellung der wieder verwendbaren Formeinsätze stellt einen gewissen Mehraufwand dar.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Walzen aus Gusseisen mit Kugelgrafit mit mehr als einer radialen Hinterschneidung der Gravur des Walzenballens und gleichzeitig der Fertigteilkontur des Walzenballens folgenden Randschichthärte in mehrteilige Kokillen aus Gusseisen, gekennzeichnet durch den Einsatz von schwimmenden wieder verwendbaren Formeinsätzen aus Gusseisen in einer zylindrischen Hauptkokille zur Ausformung der radialen Hinterschneidungen und gleichzeitigen, durch die Wärmekapazität der Formeinsätze bedingten Überschreitung der kritischen Abkühlgeschwindigkeit des Walzengusswerkstoffes, die eine der Fertigteilkontur folgende Randschichthärte des Walzenballens erzielt.
Vorrichtung zum Herstellen von Walzen aus Gusseisen mit Kugelgrafit mit mehr als einer radialen Hinterschneidung der Fertigteilkontur des Walzenballens in mehrteilige Kokillen aus Gusseisen, gekennzeichnet durch die Verwendung von in einer zylindrischen Hauptkokille eingebauten schwimmenden und wieder verwendbaren radial geteilten Formeinsätzen aus Gusseisen für die Hinterschneidungsgravur und Halterung dieser Formeinsätze vermittels eines Ringes aus kaltharzgebundenem Formsand, wobei die gesamte vom Gusswerkstoff des Gusstückes benetzte Formgravur zur Erzielung der, der Fertigteilkontur des Walzenballens folgenden Randschichthärte durch Überschreiten der für den Walzengusswerkstoff nötigen kritischen Abkühlgeschwindigkeit, aus Gusseisen besteht.