DE102016118703B4

DE102016118703B4 - Verfahren zur Verbesserung der Steigrohr-Zuführbarkeit beim Semi-Kokillenguss von Zylinderköpfen

Info

Publication number: DE102016118703B4
Application number: DE102016118703.8A
Authority: DE
Inventors: Qigui Wang; Christopher D. Cogan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2016-10-03
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2036-10-04
Also published as: US20170106434A1; DE102016118703A1; CN106583653A; US9808858B2

Abstract

Verfahren zur Verbesserung der Steigrohr-Zuführbarkeit beim Semi-Kokillenguss, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
das Bereitstellen eines mit einem Formhohlraum (40) strömungstechnisch verbundenen ersten Aufnahmebehälters (10);
das Bereitstellen eines mit einem Steigrohr (30) strömungstechnisch verbunden zweiten Aufnahmebehälters (20);
das Befördern der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter (10);
das Befördern der dem ersten Aufnahmebehälter (10) zugeführten Metallschmelze über einen Gießtrichter (50) in den Formhohlraum (40);
das Stoppen der Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter (10); und
das Befördern der Metallschmelze zum zweiten Aufnahmebehälter (20), nachdem die Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter (10) gestoppt wird; dadurch gekennzeichnet , dass
die Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter (10) gestopppt wird, sobald der Formhohlraum (40) einen vorgegebenen Füllstand erreicht, wobei dem mit dem zweiten Aufnahmebehälter (20) strömungstechnisch verbundenem Steigrohr (30) ausschließlich Metallschmelze aus dem zweiten Aufnahmebehälter (20) zugeführt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine verbesserte Möglichkeit zum Gießen der in einem Semi-Kokillengussvorgang verwendeten Metallschmelze, und insbesondere auf ein Verfahren zur Verbesserung der Steigrohr-Zuführbarkeit beim Semi-Kokillenguss gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie beispielsweise aus der WO 2015 / 055 654 A1 bekannt. Ferner ist es aus der JP H10 - 328 812 A bekannt, eine Metallschmelze einem Formhohlraum gleichzeitig durch den Anschnitt als auch über ein Steigrohr zuzuführen.
Das Gießen ist ein Vorgang der Metallformung, der sich dadurch kennzeichnet, dass eine Metallschmelze in eine Form gegossen wird, um eine formgebende Erstarrung zu ermöglichen. Einer der Vorteile des Metallgusses besteht darin, dass das resultierende Produkt nahezu jede beliebige Ausgestaltung haben kann. Obwohl das Gießen viele Vorteile bietet, gibt es jedoch aufgrund von Lunkerbildungen (Heißstellen), Kaltläufen oder Auslauffehlern Probleme bei der Qualität der gefertigten Gussgegenstände. Die meisten Metalle sind in flüssiger Form weniger dicht als in Form eines Feststoffes, weshalb Gussteile beim Abkühlen von Natur aus schrumpfen. Die natürliche Schrumpfung von flüssigem Metall während der Erstarrung kann am letzten zu erstarrenden Punkt einen Hohlraum, auch Lunker genannt, hinterlassen.
Um das Auftreten von Lunkerbildungen zu reduzieren, enthalten Gießsysteme häufig ein oder mehrere Steigrohre. Ein Steigrohr, auch als Zuführung bekannt, ist ein in einer Metallgussform eingebauter Staubehälter, der dazu dient, durch Schrumpfung entstehende Hohlräume zu verhindern. Überschüssige Metallschmelze fließt während Formfüllung in das Steigrohr. Die zusätzliche Metallschmelze wird zur Kompensation von Kontraktionen bzw. Schrumpfungen der Metallschmelze benötigt, die während des Gießvorgangs auftreten. Metall aus dem Steigrohr füllt jene Hohlräume, die im Gussteil entstehen, wenn sich das Metall aus dem Guss zusammenzieht. Zum Füllen der aus der Metallkontraktion zurückbleibenden Hohlräume muss das Metall aus dem Steigrohr für einen längeren Zeitraum in flüssigem Zustand bleiben als das Kaltmassiv. Eine optimale Ausbildung des Steigrohrs trägt dazu bei, die Lunkerbildung zu reduzieren, da sichergestellt wird, dass die Metallschmelze bei Bedarf leicht in den Guss fließen kann.
Die Steigrohre sind jedoch nur wirksam, wenn drei Bedingungen erfüllt sind: das Steigrohr kühlt sich nach dem Gießvorgang ab, das Steigrohr verfügt über genügend Material zur Kompensation der Schrumpfung, und das Gussteil erstarrt mit Ausrichtung auf das Steigrohr. Damit sich das Steigrohr nach dem Gießen abkühlt, muss sich das Steigrohr langsamer abkühlen als der Guss. Bei der aktuellen Erstellung des Semi-Kokillengusses von Zylinderköpfen wird beispielsweise eine Angusskonstruktion mit Boden- oder seitlicher Füllung, sowie ein in der Regel massives offenes Steigrohr verwendet. Während der Formfüllung fließt die Metallschmelze durch den Formhohlraum, wobei das Steigrohr den letzten auszufüllenden Abschnitt bildet. Infolgedessen ist die Temperatur der Metallschmelze im Steigrohr im Allgemeinen niedrig und die Steigrohr-Zuführbarkeit deutlich reduziert, da die Metallschmelze beim Durchqueren des Formhohlraums an Wärme verliert.
Es besteht ein kontinuierlicher Bedarf nach einem Verfahren zur Verbesserung der Steigrohr-Zuführbarkeit, um eine verbesserte Füllung des Formhohlraums mit der Metallschmelze zu ermöglichen und Lunkerbildungen während der Erstarrung und der damit verbundenen Schrumpfung das Kaltmassivs im Formhohlraum zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesem Bedarf gerecht zu werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zur Verbesserung der Steigrohr-Zuführbarkeit beim Semi-Kokillenguss gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zur Verbesserung der Steigrohr-Zuführbarkeit bei einem Semi-Kokillenguss die Bereitstellung eines strömungstechnisch mit einem Formhohlraum verbundenen ersten Behälters, sowie die Bereitstellung eines strömungstechnisch mit einem Steigrohr verbundenen zweiten Behälters. Das Verfahren umfasst des Weiteren die Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter. Zudem umfasst das Verfahren die Beförderung der dem ersten Aufnahmebehälter zugeführten Metallschmelze über einen Gießtrichter in den Formhohlraum. Anschließend umfasst das Verfahren das Stoppen der Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter, sobald der Formhohlraum einen vorgegebenen Füllstand erreicht. Abschließend umfasst das Verfahren die Beförderung der Metallschmelze zum zweiten Aufnahmebehälter nach dem stoppen der Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zur Verbesserung der Steigrohr-Zuführbarkeit bei einem Semi-Kokillenguss die Bereitstellung eines Behälters, der über einen Gießtrichter und einen unteren Angusskanal mit einem Formhohlraum strömungstechnisch verbunden ist. Des Weiteren umfasst das Verfahren die Bereitstellung eines oberen Angusskanals zur Bildung einer strömungstechnischen Verbindung zwischen dem Gießtrichter und einem Steigrohr. Das Verfahren umfasst zudem die Zuführung der Metallschmelze in den Aufnahmebehälter und die Beförderung der dem Aufnahmebehälter zugeführten Metallschmelze über den Gießtrichter und den unteren Angusskanal in den Formhohlraum. Abschließend umfasst das Verfahren die Beförderung der Metallschmelze in das Steigrohr über den oberen Angusskanal.
Figurenliste
Die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann am besten verstanden werden, wenn sie zusammen mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird, wobei gleiche Strukturen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, und wobei:

1 ist eine schematische Ansicht des Inneren einer Gussform nach den Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Gussform nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Gussform nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
4 ist eine schematische Ansicht des Inneren einer Gussform nach Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine schematische Ansicht des Inneren einer Gussform nach Aspekten der vorliegenden Offenbarung; und
6 eine schematische Ansicht des Inneren einer Gussform nach Aspekten der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Verfahren zur Verbesserung der Steigrohr-Zuführbarkeit bei einem Semi-Kokillenguss hilft dabei, mit Lunkerbildung verbundene Probleme im fertiggestellten Gussteil zu beseitigen bzw. zu verringern. Insbesondere hilft das Verfahren dabei, sicherzustellen, dass sich die das Steigrohr bildende Metallschmelze nach dem Gießen des Kaltmassivs abkühlt, um der Metallschmelze im Steigrohr zu ermöglichen, die Schrumpfung des Gussteils während der Abkühlung und Erstarrung zu kompensieren.
Steigrohre sind nicht erforderlich für Gießvorgänge, die Druck verwenden, um den Formhohlraum auszufüllen. Zu den besagten druckbeaufschlagten Gießvorgängen gehören mitunter das Druckgussverfahren, das Pressgießverfahren, sowie das Niederdruckgussverfahren. Daher sind druckbeaufschlagte Gießvorgänge andersartig und erfordern keine Verfahren zur Verbesserung der Steigrohr-Zuführbarkeit bei dem in dieser Offenbarung beschriebenen Semi-Kokillenguss. Der in dieser Offenbarung beschriebene Semi-Kokillenguss ist bei der Zuführung und Füllung der Gussform, sowie bei der Formung des endgültigen Gussteils auf die Schwerkraft angewiesen.
Verfahren gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst die Bereitstellung eines strömungstechnisch mit einem Formhohlraum 40 in einer Gussform 45 verbundenen ersten Behälters 10, sowie eines strömungstechnisch mit einem Steigrohr 30 verbundenen zweiten Behälters 20. Die Metallschmelze wird zunächst dem ersten Aufnahmebehälter 10 zugeführt. Die dem ersten Aufnahmebehälter 10 zugeführte Metallschmelze wird über einen Gießtrichter 50 in den Formhohlraum 40 befördert. Die über den Gießtrichter 50 dem Formhohlraum 40 zugeführte Metallschmelze füllt den Formhohlraum 40. Sobald der Formhohlraum 40 bis zu einem vorgegebenen Füllstand ausgefüllt wurde, wird der Fluss der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter 10 gestoppt und die Zuführung der Metallschmelze in den zweiten Aufnahmebehälter 20 eingeleitet. Die im zweiten Aufnahmebehälter 20 zugeführte Metallschmelze füllt das Steigrohr 30 und dient dazu, die Schrumpfung des Gussteils während der Kühlung und Erstarrung zu kompensieren.
Bei einer Betrachtung von 1 ist festzustellen, dass der erste Aufnahmebehälter 10 strömungstechnisch mit dem Formhohlraum 40 verbunden ist. In mindestens einer Ausführungsform ist der erste Aufnahmebehälter 10 über einen Gießtrichter 50 mit dem Formhohlraum 40 verbunden. In weiteren Ausführungsformen ist der Gießtrichter 50 über einen Gießkanal 60 mit dem Formhohlraum 40 verbunden. Gemäß den Standarddefinitionen und dem Verständnis innerhalb der Gießerei-Industrie, handelt es sich bei einem Gießtrichter im Allgemeinen um einen vertikalen Durchlass handelt, durch den flüssiges Material in eine Form eingeleitet wird, während es sich bei einem Gießkanal im Allgemeinen um einen horizontalen Durchlass handelt, der den Gießtrichter mit Angüssen verbindet, die wiederum zu einzelnen Formhohlräumen, wie z. B. einem Oberkasten oder einem Unterkasten, führen.
Bei dem ersten Aufnahmebehälter 10 kann es sich um ein Staubecken handeln, das dazu dient, die Metallschmelze für die Zuführung in den Formhohlraum 40 aufzunehmen. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Aufnahmebehälter um ein Gießbecken oder eine Gießpfanne handeln,
Der zweite Aufnahmebehälter 20 ist strömungstechnisch mit dem Steigrohr 30 verbunden. Mit Bezug auf 2 handelt es sich in mindestens einer Ausführungsform bei dem zweiten Aufnahmebehälter 20 um eine offene Oberseite des Steigrohrs. In den besagten Ausführungsformen erstreckt sich das Steigrohr 30 durch die Gussform 45, um eine Öffnung in der Außenwand der Gussform 45 zu verursachen, die direkt mit dem Steigrohr 30 verbunden ist. Die Metallschmelze kann über die offene Oberseite des Steigrohrs direkt in das Steigrohr 30 befördert werden. Die direkte Zuführung der Metallschmelze in die offene Oberseite des Steigrohrs (zweiter Aufnahmebehälter 20) bietet den Vorteil, dass die Metallschmelze im Steigrohr 30 ihre Höchsttemperatur aufweist und damit zur Füllung von Lunkerbildungen, während sich die Gussform verfestigt und zusammenzieht, in flüssiger Form bleibt.
In mindestens einer Ausführungsform grenzen der erste Aufnahmebehälter 10 und der zweite Aufnahmebehälter 20 unmittelbar aneinander. Dabei bedeutet unmittelbar angrenzend, dass der erste Aufnahmebehälter 10 und der zweite Aufnahmebehälter 20 bei einem Abstand von weniger als 50 mm, der den ersten Aufnahmebehälter 10 vom zweiten Aufnahmebehälter 20 trennt, nebeneinander angeordnet sind. Unmittelbar angrenzend umfasst auch jenen Fall, bei dem ein einzelnes Gießbecken oder ein anderer unter Sachverständigen bekannter Aufnahmebehälter zur Bildung des ersten Behälters 10 und des zweiten Behälters 20 unterteilt wird. Die Platzierung des ersten Behälters 10 und des zweiten Behälters 20 in unmittelbarer Nähe ermöglicht einen schnellen Übergang zwischen der Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter 10 und der Beförderung der Metallschmelze zum zweiten Aufnahmebehälter 20. In verschiedenen Ausführungsformen erfolgt der Übergang von der Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter 10 und der Beförderung der Metallschmelze zum zweiten Aufnahmebehälter 20 binnen 10 Sekunden, binnen 5 Sekunden und binnen 3 Sekunden.
In verschiedenen Ausführungsformen wird die zum zweiten Aufnahmebehälter 20 beförderte Metallschmelze dem Steigrohr 30 zugeführt. Mit Bezug auf 3 wird die Metallschmelze in mindestens einer Ausführungsform aus dem zweiten Aufnahmebehälter 20 über einen Abflusskanal 70 dem Steigrohr 30 zugeführt. Beispielsweise kann die Metallschmelze im zweiten Aufnahmebehälter 20 einen Kanal oder eine Wasserrinne durchqueren, der bzw. die den zweiten Aufnahmebehälter 20 mit dem Steigrohr 30 verbindet. In einer oder mehrerer Ausführungsformen ist der Abflusskanal 70 ggf. geschlossen, um eine Oxidation der Metallschmelze während der Füllung zu verhindern. Zudem kann der Abflusskanal 70 aus exothermen Materialien bestehen, die dabei helfen, die Temperatur der Metallschmelze aufrechtzuerhalten bzw. zu erhöhen.
Mit Bezug auf 4 wird die Metallschmelze in mindestens einer Ausführungsform aus dem zweiten Aufnahmebehälter 20 über einen zweiten Gießtrichter 52 und einen zweiten Angusskanal 62 dem Steigrohr 30 zugeführt. Beispielsweise wird die Metallschmelze dem zweiten Aufnahmebehälter 20 zugeführt, welcher mit dem Steigrohr 30 über einen zweiten Gießtrichter 52 und einen zweiten Angusskanal 62, der die Metallschmelze in das Steigrohr 30 befördert, strömungstechnisch verbunden ist. In verschiedenen Ausführungsformen ist der zweite Gießtrichter 52 über den zweiten Angusskanal 62, welcher in der Nähe der offenen Oberseite des Steigrohrs, in der Nähe des Formhohlraums 40 oder einer dazwischenliegenden Stelle angeordnet ist, mit dem Steigrohr 30 verbunden. Das Auffinden der Verbindung des zweiten Gießtrichters 52 und zweiten Angusskanals 62 in der Nähe des Formhohlraums 40 ermöglicht dem Steigrohr, 30 von der Unterseite her gefüllt zu werden, wogegen das Auffinden der Verbindung des zweiten Gießtrichters 52 und zweiten Angusskanals 62 in der Nähe der offenen Oberseite des Steigrohrs der frischen Metallschmelze ermöglicht, ständig an der Oberseite des Steigrohrs 30 hinzugegeben zu werden, während sich dasselbe Steigrohr 30 füllt.
Bei einer konventionellen Gießanlage füllt die Metallschmelze den Formhohlraum 40 von unten auf. Die vordere Kante bzw. Fläche der Metallschmelze rückt, während sich der Formhohlraum 40 füllt und die frische Metallschmelze dem Formhohlraum 40 zugeführt wird, vor. Bei der Füllung des Formhohlraums 40 ist das Steigrohr 30 der letzte auszufüllende Abschnitt und wird daher im Allgemeinen mit der Metallschmelze gefüllt, die nahe zu Beginn des Gießprozesses in die Gussform 45 eingeleitet wurde. Infolgedessen ist die Temperatur der Metallschmelze im Steigrohr 30 im Allgemeinen niedrig und die Steigrohr-Zuführbarkeit deutlich reduziert, da die Metallschmelze beim Durchqueren des Formhohlraums 40 an Wärme verliert. Während der tatsächliche Temperaturabfall der Metallschmelze von dem Gussgewicht und der Geometrie abhängt, ist ein Temperaturabfall von 10 bis 50 °C die Regel. Die Anwendung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ermöglicht dem Steigrohr 30 mit frischer Metallschmelze gefüllt zu werden, die den Formhohlraum 40 noch nicht durchquert und noch keine Wärme verloren hat. Die Metallschmelze im Steigrohr 30 bleibt somit nach der Füllung der Gussform 45 länger geschmolzen und kann länger in den Formhohlraum 40 fließen, um die Lunkerbildung während der Erstarrung des Gussteils auszufüllen.
Die Beförderung der Metallschmelze in das Steigrohr 30, ohne dass die Metallschmelze den Formhohlraum 40 durchquert, verbessert die Steigrohr-Zuführbarkeit und die Qualität der resultierenden Gussteile. Beispielsweise verbessert der Semi-Kokillenguss eines Zylinderkopfes für einen Motor die Steigrohr-Zuführbarkeit und Porosität des jeweils resultierenden gegossenen Zylinderkopfes. Insbesondere mit Bezug auf 2 kann sich die Metalltemperatur beim Gie-ßen eines Zylinderkopfes, wenn die Metallschmelze einer offenen Oberseite des Steigrohrs direkt zugeführt wird, im Steigrohr 30 um mindestens 20 °C erhöhen. Durch die erhöhte Temperatur der dem Steigrohr 30 zugeführten Metallschmelze wird die Steigrohr-Zuführbarkeit für dieselbe Steigrohr 30-Konfiguration in Kombination mit demselben Formhohlraum 40 um 10 % verbessert. Die 10%ige Verbesserung der Steigrohr-Zuführbarkeit stellt zusätzliche 50 Sekunden bereit, bis die Metallschmelze im Steigrohr 30 vollständig erstarrt, wodurch zusätzliche Zeit für die Metallschmelze im Steigrohr bereitstellt, das Gussteil während der Erstarrung aufzufüllen. Die verbesserte Steigrohr-Zuführbarkeit ermöglicht zudem die Reduzierung der Porosität des Gussteils um mindestens 10 %. In gleicher Weise mit Bezug auf 3 und 4 kann sich die Metalltemperatur im Steigrohr 30 beim Gießen eines Zylinderkopfes, wenn die Metallschmelze in einen zweiten Aufnahmebehälter befördert 20 und dem Steigrohr 30 direkt zugeführt wird, um mindestens 10 °C erhöhen. Durch die erhöhte Temperatur der dem Steigrohr 30 zugeführten Metallschmelze wird die Steigrohr-Zuführbarkeit für dieselbe Steigrohr-Konfiguration in Kombination mit demselben Formhohlraum 40 um 5 bis 10 % verbessert. Die 5 bis 10%ige Verbesserung der Steigrohr-Zuführbarkeit stellt mindestens zusätzliche 25 Sekunden bereit, bis die Metallschmelze im Steigrohr 30 vollständig erstarrt. Dadurch steht zusätzliche Zeit für die Metallschmelze im Steigrohr 30 bereit, das Gussteil während der Erstarrung aufzufüllen. Die verbesserte Steigrohr-Zuführbarkeit ermöglicht zudem die Reduzierung der Porosität des Gussteils um mindestens 5 %.
Ein integrierter Rückflussverhinderungsmechanismus kann ebenfalls in der Gießanlage enthalten sein. Der integrierte Rückflussverhinderungsmechanismus kann aktiviert werden, nachdem die Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter 10 gestoppt wird, wenn der Formhohlraum 40 einen vorgegebenen Füllstand erreicht. Der integrierte Rückflussverhinderungsmechanismus dient dazu, einen Rückfluss der Füllfront zu verhindern, nachdem die Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter 10 gestoppt wurde. Zudem verhindert der integrierte Rückflussverhinderungsmechanismus, dass die Füllfront nach dem Einleiten der Beförderung der Metallschmelze zum zweiten Aufnahmebehälter 20 und das Steigrohr 30 zurückfließt. Während die Metallschmelze das Steigrohr 30 füllt, steigt der durch die Metallschmelze im Steigrohr 30 entstehende Staudruck, was zur Folge hat, dass die Metallschmelze im Gießtrichter 50 versucht, abzufließen, um das Gleichgewicht wiederherzustellen. Die Rückflussverhinderung der geschmolzenen Füllfront trägt dazu bei, die Metallausbeute zu verbessern, dadurch, dass der Metallschmelze im Gießtrichter 50 ermöglicht wird, unterhalb des Niveaus der Metallschmelze im Steigrohr 30 zu sinken. Ohne einen Rückflussverhinderungsmechanismus würde das Niveau der Metallschmelze im Gießtrichter 50 und dem Steigrohr 30 so koordiniert werden, bis ein Gravitationsgleichgewicht erreicht wäre.
In verschiedenen Ausführungsformen, mit Bezug auf 1, ist der Rückflussverhinderungsmechanismus ein Trennschieber 82, der die Öffnung zwischen dem Angusskanal 60 und dem Formhohlraum 40 schließt. In weiteren Ausführungsformen kann der Trennschieber 82 zum Schließen der Öffnungen zwischen dem Gießtrichter 50 und dem ersten Aufnahmebehälter 10, der Öffnung zwischen dem Gießtrichter 50 und dem Angusskanal 60, einer Position entlang des Gießtrichters 50, oder einer Position an der Längsseite des Angusskanals 60 positioniert werden. Der Trennschieber 82 kann überall entlang des Weges positioniert werden, der die Metallschmelze in den Formhohlraum 40 befördert, um den Rückfluss der Metallschmelze zu verhindern.
Mit Bezug auf 5 ist der integrierte Rückflussverhinderungsmechanismus in weiteren Ausführungsformen ein Hydraulikzylinder 84, der so positioniert ist, dass er die Metallschmelze entlang dem Gießtrichter 50 vorantreibt. Nachdem die Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter 10 gestoppt wird, sobald der Formhohlraum 40 einen vorgegebenen Füllstand erreicht, treibt der Hydraulikzylinder 84 die geschmolzene Füllfront weiter voran, während dem zweiten Aufnahmebehälter 20 und dem Steigrohr 30 zusätzliche Metallschmelze zugeführt wird. Außerdem dient der Hydraulikzylinder 84 dazu, den Rückfluss der Metallschmelze in den Gießtrichter 50 zu verhindern, während die Metallschmelze dem Steigrohr 30 zugeführt wird.
In mindestens einer Ausführungsform ist der Gießtrichter 50 während der Füllung an mindestens einer Stelle mit einer Gravitationsunterseite des Formhohlraums 40 strömungstechnisch verbunden. Zum Zwecke der vorliegenden Offenbarung entspricht eine Gravitationsunterseite der niedrigsten Seite in Bezug auf die Schwerkraft. Daher würde die dem Formhohlraum 40 zugeführte Metallschmelze an der tiefsten Stelle des Formhohlraums 40 eintreten und den Formhohlraum 40 von unten her schrittweise auffüllen.
In mindestens einer Ausführungsform ist der Gießtrichter 50 während der Füllung an mindestens einer Stelle mit einer Gravitationsseite des Formhohlraums 40 strömungstechnisch verbunden. Zum Zwecke der vorliegenden Offenbarung entspricht eine Gravitationsseite der Seite des Formhohlraums 40, wenn die niedrigste Seite in Bezug auf die Schwerkraft als Unterseite definiert wird. Daher würde die dem Formhohlraum 40 zugeführte Metallschmelze an Seite des Formhohlraums 40 eintreten.
Das Verfahren gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst die Bereitstellung eines einzelnen Behälters 100, der strömungstechnisch mit dem Formhohlraum 40 und dem Steigrohr 30 verbunden ist. Der einzelne Aufnahmebehälter 100 ist über den Gießtrichter 50 und einen unteren Angusskanal 160 mit dem Formhohlraum 40 verbunden. In gleicher Weise ist der einzelne Aufnahmebehälter 100 über den Gießtrichter 50 und einen oberen Angusskanal 162 auch mit dem Steigrohr 30 verbunden. Das Verfahren umfasst des Weiteren die Beförderung der Metallschmelze in den Einzelaufnahmebehälter 100, sowie die Beförderung jener Metallschmelze, die dem Einzelaufnahmebehälter 100 im Formhohlraum 40 über den Gießtrichter 50 und den unteren Angusskanal 160 zugeführt wurde. Anschließend wird, während dem Einzelaufnahmebehälter 100 zusätzliche Metallschmelze zugeführt wird, die Metallschmelze über den oberen Angusskanal 162 in das Steigrohr 30 befördert.
Mit Bezug auf 6 ist der einzelne Aufnahmebehälter 100 sowohl mit dem Formhohlraum 40 als auch dem Steigrohr 30 strömungstechnisch verbunden. Der Gießtrichter 50 ist durch den unteren Angusskanal 160 mit dem Formhohlraum 40 und durch den oberen Angusskanal 162 mit dem Steigrohr 30 verbunden. Der obere Angusskanal 162 ist in der Nähe des Einzelaufnahmebehälters 100 relativ zum unteren Angusskanal 160 an der Längsseite des Gießtrichters 50 positioniert. Während die Metallschmelze dem Einzelaufnahmebehälter 100 zugeführt und durch die Schwerkraft entlang dem Gießtrichter 50 befördert wird, durchquert die Metallschmelze somit zunächst den unteren Angusskanal 160 in den Formhohlraum 40. Die Metallschmelze wird weiter durch den unteren Angusskanal 160 befördert, bis der Formhohlraum 40 voll ist oder einen gewünschten Füllstand erreicht, wonach die Metallschmelze aus dem Gießtrichter 50 durch den oberen Angusskanal 162 direkt in das Steigrohr 30 befördert wird. Während sich der Formhohlraum 40 zunächst mit der Metallschmelze auffüllt, steigt auch der Verstand der Metallschmelze im Gießtrichter 50 an. Nach der Füllung des Formhohlraums 40 auf einen Füllstand, der dafür ausreicht, dass die Metallschmelze im Gießtrichter 50 auf den Füllstand des oberen Angusskanals 162 ansteigt, fließt die Metallschmelze durch den oberen Angusskanal 162 und in das Steigrohr 30.
In mindestens einer Ausführungsform wird die Metallschmelze mit einem Gießlöffel in den ersten Aufnahmebehälter 10, den zweiten Aufnahmebehälter 20, und/oder den Einzelaufnahmebehälter 100 übertragen. Ein Gießlöffel funktioniert herkömmlicherweise durch Eintauchen desselben in einen Tiegel, eine Tauchwanne oder eine ähnliche die Metallschmelze enthaltende Vorrichtung, um eine ausreichende Menge der Metallschmelze in einem hohlen Innenraum des Gießlöffels zu erfassen und zur Gussform 45 zu transportieren. Die Metallschmelze wird anschließend der Gussform 45 zugeführt, indem der Gießlöffel entleert wird. Es existieren viele verschiedene Ausführungsformen für Tauch- / Gießlöffel, die in der Gießerei-Industrie verwendet werden. Die Entwürfe werden in der Regel basierend auf der Art der verwendeten Metallschmelze und Gussform 45 ausgewählt. Allgemein übliche Gießlöffel verwenden einen Schlitz, eine Lippe und ein Leitblech oder einen Damm an der Oberseite des Gießlöffels, um die Aufnahme von Ofenmetalloxiden während der Metallfüllung zu reduzieren, oder der Gießlöffel beinhaltet einen Anschlagstab, um den Metallfluss in den und aus dem Gießlöffel zu regulieren. Sachkundige auf dem Gebiet sind auch mit weiteren Variationen, insbesondere von Gießlöffeln, vertraut.
Sachkundige auf dem Gebiet werden erkennen, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien für den Semi-Kokillenguss verwendet werden kann. Zu diesen Gussmaterialien gehören mitunter Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen, Titanlegierungen, Gussstahllegierungen, Kupferlegierungen, hochwertige Legierungen (Ni-Legierung) oder Eisen, sowie elementares Aluminium, Magnesium, Titan oder Eisen. Alle gussfähigen Metalle können in Betracht gezogen werden. In mindestens einer Ausführungsform wird Aluminium als Legierung oder auch in dessen elementar reiner Form im Semi-Kokillenguss verwendet.
Der Semi-Kokillenguss ist ein vielseitiges Verfahren, das eine Vielzahl unterschiedlicher Gussstücke ermöglicht. Beispielsweise können damit Getriebepumpengehäuse, Rotorgehäuse, Steuerarme und Wassereinlässe gegossen werden. In mindestens einer Ausführungsform werden die Verfahren dieser Offenbarung dazu genutzt, einen Motorzylinderkopf zu gießen.

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Steigrohr-Zuführbarkeit beim Semi-Kokillenguss, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Bereitstellen eines mit einem Formhohlraum (40) strömungstechnisch verbundenen ersten Aufnahmebehälters (10); das Bereitstellen eines mit einem Steigrohr (30) strömungstechnisch verbunden zweiten Aufnahmebehälters (20); das Befördern der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter (10); das Befördern der dem ersten Aufnahmebehälter (10) zugeführten Metallschmelze über einen Gießtrichter (50) in den Formhohlraum (40); das Stoppen der Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter (10); und das Befördern der Metallschmelze zum zweiten Aufnahmebehälter (20), nachdem die Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter (10) gestoppt wird; dadurch gekennzeichnet , dass die Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter (10) gestopppt wird, sobald der Formhohlraum (40) einen vorgegebenen Füllstand erreicht, wobei dem mit dem zweiten Aufnahmebehälter (20) strömungstechnisch verbundenem Steigrohr (30) ausschließlich Metallschmelze aus dem zweiten Aufnahmebehälter (20) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Aufnahmebehälter (20) einer offenen Oberseite des Steigrohrs (30) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Aufnahmebehälter (10) und der zweite Aufnahmebehälter (20) unmittelbar aneinander grenzen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Verfahren ferner die Beförderung der dem zweiten Aufnahmebehälter (20) zugeführten Metallschmelze in das Steigrohr (30) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die dem zweiten Aufnahmebehälter (20) zugeführte Metallschmelze über einen zweiten Gießtrichter (52) zum Steigrohr (30) befördert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die dem zweiten Aufnahmebehälter (20) zugeführte Metallschmelze über einen Abflusskanal (70) zum Steigrohr (30) befördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Formhohlraum (40) dazu dient, einen Motorzylinderkopf zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gießtrichter (50) einen integrierten Rückflussverhinderungsmechanismus umfasst, der beim Stoppen der Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter (10) aktiviert wird, sobald der Formhohlraum (40) einen vorgegebenen Füllstand erreicht, und wobei der integrierte Rückflussverhinderungsmechanismus einem Trennschieber (82) entspricht, und wobei der Trennschieber (82) zum Schließen der Öffnung zwischen dem Gießtrichter (50) und dem ersten Aufnahmebehälter (10) positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der integrierte Rückflussverhinderungsmechanismus (84) einem entspricht, der so positioniert ist, dass er die Metallschmelze entlang dem Gießtrichter (50) vorantreibt und zwischendurch die Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter (10) stoppt, sobald der Formhohlraum (40) einen vorgegebenen Füllstand erreicht, und die Metallschmelze dem zweiten Aufnahmebehälter (20) zuführt, nachdem die Beförderung der Metallschmelze zum ersten Aufnahmebehälter (10) gestoppt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gießtrichter (50) während der Füllung an mindestens einer Stelle mit einer Gravitationsunterseite des Formhohlraums (40) strömungstechnisch verbunden ist.