DE1583537A1

DE1583537A1 - Vorrichtung zum Praezisionsformgiessen

Info

Publication number: DE1583537A1
Application number: DE19671583537
Authority: DE
Inventors: Worthington Peter Livingston
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-10-27
Filing date: 1967-07-12
Publication date: 1970-09-17
Also published as: GB1172773A; US3478815A; BE700793A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prä-' zisionsformgießen, bestehend aus einem metallischen Behälter, einer in diesem angeordneten keramischen Hohlform und einem zwischen der Außenwandung der Hohlform und den Seitenwänden des Behälters befindlichen keramischen körnigen Füllgut.

Das Herstellungsverfahren für keramische Hohlformen für den Präzisionsformguß von Gegenständen ist hochentwickelt. Dasselbe gilt für die unter Verwendung derartiger Formen durchgeführten Gießverfahren. Diese Formen.werden vor allem zum Präzisionsformgießen von Gegenständen verwendet, die relativ

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klein sind oder von großen Gegenständen, die entweder voll oder relativ dickwandig sind«.

Die Verwendung der bekannten Vorrichtungen zum Präzisionsformgießen von relativ großen, dünnwandigen Gußstücken mit Hilfe von keramischen Hohlformen hat zur Verformung der Wände der Hohlform im Bereich des dünnwandigen Teils der Gußstücke geführt. Diese Verformung ist auf unterschiedliche Ausdehnung der Hohlform und des Metallbehälters zurückzuführen, in den die Hohlform vor dem Vorwärmen der Form und vor dem Gießen eingebracht wird. Das Präzisionsformgießen von dünnwandigen Gußstücken für Turbotriebwerke beispielsweise mit einem Durchmesser von etwa 38 cm oder mehr, hat daher zu unbrauchbaren Gußstücken geführt.

Beim normalen Präzisionsformgießen mit großen Hohlformen mit beispielsweise einen Durchmesser von 38 cm oder mehr wird die Hohlform im allgemeinen zentrisch in einem Metallbehälter angeordnet, deren Innaurchmesser größer als der Außendurchschnitt der Hohlform ist, so daß zwischen dem

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Behälter und der Hohlform ein ringförmiger Zwiechenraum bleibt. Dieser Raum wird dann mit einem losen Korngut gefüllt» das Im allgemeinen aus- einer keramischen Substanz, beispielsweise Aluminiumoxyd» Mullit oder Crießereisand besteht. Wenn der Sehälter mit der form in einen Vorwärmofen eingesetzt wird, dehnt sich der aus Metall bestehende Behälter schneller und im allgemeinen stärker aus als die keramische Hohlform. Das in dem Ringraum vorhandene Korngut setzt sich dann in dem größer gewordenen Volumen ab, weil dieses Gut und das Material der Form einen beträchtlich größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten haben als das Material des Behälters.

Wenn man den Behälter mit der Form und dem Korngut aus dem Vorwärmofen herausnimmt und in eine Gießkfimmer einbringt, gibt der metallische Außenbehälter sehr schnell Wärme ab, wobei seine Temperatur beispielsweise in weniger als einer Minute von 980° auf etwa 65Q⁰C sinkt. Dagegen geben die keramische Form und das Korngut nur sehr langsam Wärme ab. Infolge der Schrumpfung des Behälters wird das Korngut einem starken Druck

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ausgesetzt, den es an die.Außenwandung der Hohlform weitergibt. Bei kleinen Formen und Behältern ist dieser Druck nicht so stark, daß sie eine schädliche Verformung oder einen Bruch der Hohlform herbeiführen könnte· Bei größeren Formen und größeren Behältern, beispielsweise Ringformen mit einem Außendurchmesser von etwa 38 cm oder mehr, ist' die Belastung dagegen so groß, daß die Außenwände der Hohlform eingedrückt werden, so daß Verformungen und/oder Löcher im Gußstück auftreten.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Schaffung einer verbesserten Vorrichtung .- zum Präzisionsformgießen von dünnwandigen relativ großen Gegenständen ohne daß sich die unterschiedliche Wärmeausdehnung des metallischen Behälters und des darin befindlichen körnigen Füllguts und der keramischen Hohlform nachteilig auf die Guß-^ stücke auswirkt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, die Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dergestalt auszubilden, daß die Außenwandung der

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Hohlform von einem Polster aus einem hitzefähigen Material umgeben ist_f das auf der Außenwandung der Hohlform aufliegt oder in Abstand von dieser .angeordnet ist.

Das wichtigste Merkmal des Gegenstands der Erfindung besteht darin, daß die keramische Hohlform an jenen Stellen, auf die vor dem Gießen ein Druck ausgeübt wird, der zum Verformen, Eindrücken, - Bruch oder einer anderen Beschädigung der Außenwände der Hohlform führen kann, mit einem hitzebeständigen, elastischen Polster umgeben wird, das der Vorwärm- und der Gießtemperatur gewachsen ist und dessen Dicke je nach der Größe der Form gewählt wird, um den auftretenden Druck aufnehmen zu können, der.sonst auf die keramische Hohlform wirken würde.Als Materialien für das Polster kommen Gewebe oder Matten aus Fasern in Frage, beispielsweise auch aus nichtmetallischem Material » also Glasgewebe oder Glasmatten , ferner Matten aus dem als Fiberfrax bekannten Material, loser, gewebter oder verfilzter Asbest oder Asbestwatte, sowie Giaswatte.

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Wenn das zusammendrückbar oder elastische Material zur Bildung eines Polsters auf die Außenwandung der keramischen Hohlform aufgebracht oder im Abstand davon angeordnet worden ist, kann das Präzisionsformgießverfahrea, das aus dem Erhitzen in einem Vorwärmofen, dem anschließenden Einbringen in eine Gießkammer und schließlich dem Gießvorgang besteht, in der üblichen Weise durchgeführt werden.

In den Fig. 1 bis 6 der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt, welche nachstehend näher erläutert sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine perspektivisch dargestellte Vorrichtung zum Präzisionsformgießen;

Fig. 2 einen teilweise dargestellten Vertikalschnitt durch die Vorrichtung vor dem Einbringen in den Vorwärmofen nach dem Füllen des Behälters mit körnigem Füllgut;

Fig. 3 einen Schnitt entsprechend Fig. 2 nach dem Herausnehmen der Vorrichtung aus dem Vorwärmofen;

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Fig« 4,5 und 6 teilweise dargestellte Vertikalsehnitte durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in verschiedenen Ausführungsformenj

Fig. 1 zeigt eine ringförmige, keramische Hohlforin

10 in einem aus Metali bestehenden Formbehälter,12, der beim Vorbehandeln und Gießen zum Transportieren der Hohlform dient. Es ist eine Teil eines Gießtrienters

11 gezeigt, durch den sehmelzflüssiges Metall den üblichen Eingußöffnungen, Steigern und Eingußkanälen der Form 10 zugeführt wird. Diese Teile der Form sind nicht gezeigt. Die Zeichnung stellt eine normale, keramische Hohlform zum Präzisionsformgießen dar, äie geringe Wandstärken hat.

Die Form 10 dient zum Gießen eines ringförmigen Gehäuses mit Flanschen, die in Forinkammern 14 . (Fig. 2) sowie mit öffnungen, die in den Formkammern 16 gebildet werden. In dem fertigen Gußstück sind die Flansche durch einen dünnwandigen Steg verbunden, der in der von den //änden 20 begrenzten Formkaminer 1o gebildet wird. Diese sind in den Fig. 2 deutlicher gezeigt. Ein derartiges

Gußgehäuse hat beispielsweise einen Außendurchmesser von etwa 66 - 76 cm und in dem dünnwam eine Wandstärke von etwa 1,3 - 2,0 mm.

von etwa 66 - 76 cm und in dem dünnwandigen Steg ^;'

Es ist zwar wichtig, die Beschädigung eines jeden Teils der Form zu verhindern, wobei einer Beschädigung der den dünnwandigen Steg des Gußstücks, begrenzenden Teile der Form besonders kritisch«ist. Wenn beispielsweise der Flanschbereieh nicht ganz einwandfrei ist, steht gewöhnlich ein solcher Materialüberschuß zur Verfügung, daß eine Korrektur durch Schleifen oder eine abhebende Bearbeitung erfolgen' . kann. Wenn die in Fig. 3 und 4 durch die Pfeile: 19 " angedeuteten, auf die seitlichen Außenwandungen der Form ausgeübten Druckbelastungen so groß sind, daß sie die leicht zerbrechlichen Wände 20 eindrücken, wird die Form gemäß Fig. 3 so stark beschädigt, daß sie nicht mehr ausgebessert werden kann» Wenn man mit der beschädigten Form ein Gußstück herstellt, hat dieses an-der Stelle ,die der eingedrückten Stelle der Form entspricht, ein Loch, da die Form nicht vollkommen ausgefüllt ist.

Zur Erzielung eines einwandfreien Gußstückes muß daher gemäß Fig. 4,5 oder 6. zwischen der Außenwandung 22

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am Außenumfang der Form 10 und dem keramischen Korngut 26 ein hitzebeständiges, zusammendrückbares, elastisches Polster 21 vorgesehen werden· ' In Fig. 4 besteht das Polster 21 aus Glasfaserlagen, die um die dünnwandigen !Peile 20 der Form herumgewickelt sind und ein membranartiges Polster bilden. In Fig. 5 besteht das Polster aus Glaswattelagen 21a, die durch Glasgewebelagen 21b in ihrer Stellung gehalten werden.

Bisher ist es üblich, die Form 10 gemäß Fig. 1 in den Behälter 12 einzusetzen., und zwar auf eine Lage aus demselben keramischem Korngut, das auch um die Form herum zum Füllen des Behälters verwendet wird. Dann werden die zwischen der Form und dem Behälter vorhandenen Zwischenräume mit dem losen, keramischen Korngut 26 gefüllt (Fig.2). Dieses Füllen des Behälters dient vor allem dazu, die Wärme in der Form nach dem Vorwärmen in dem Vorwärmofen und vor dem Gießen halten und eines schnellen Abkühlens der Form und des Gußstücks nach dem Gießvorgang zu verhindern.

Wenn die Form in dieser Weise in dem Behälter 12 angeordnet ist, wird dieser mit der Form in einen ' Vorwärmofen eingesetzt. In diesem wird die leere Form auf eine Temperatur von beispielsweise etwa

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980° G erhitzt, so daß beim späteren Gieflen des schmelzflüssigen Metalls die Form keinem zur Hißbildung in der Form führenden Wärmeschock ausgesetzt wird. Der Behälter mit der Form wird dann aus dem Vofwärmofen herausgenommen und in eine Gießkammer eingebracht, in welcher der Sehmelz- und Gießofen angeordnet ist.

Der metallische Behälter 12 hat einen wesentlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material der Form 10 und das keramische Korngut 26« Daher dehnt sich beim Vorwärmen der Behälter stärker aus als die anderen Materialien, so daß das Volumen des Zwischenraums zwischen der Außenwandung 22 der Form 10 und der Seitenwandung des Behälters 12 größer wird als beim Einbringen des Korngutes 26. Dieses setzt sich daher in dem größer gewordenen Zwischenraum ab. In Fig. 3 ist mit 25 das abgesetzte Korngut bezeichnet und durch die strichpunktierte Linie 27 das ursprüngliche Niveau des keramischen Korngutes (Fig.2) angedeutet«,

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Nach aem Herausnehmen des Behälters mit der Form aus jjfem Vorwärmofen gibt der Behälter sehr schnell Warn« ab, weil er relativ dünne, metallische-Wände hat« die eine große Oberfläche und einen höheren Wärae&UBdehmmgskoeffizienten haben als die kera- wt&Qhen Materialien. Beispielsweise sinkt die !Temperatur des Behälters von etwa 980° C auf etwa 6550° ti- in einem Zeitraum von weniger als einer Minute. Dagegen gibt das keramische Korngut nur sehr langsam Wärme ab, weil es eine größere ;

Masse und eine kleinere Wärmeleitzahl hat. Sie Seitenwände des Behälters 12 üben daher auf das Korügut einen Druck aus, der über das-Korngut auf die keramische Form übertragen wird» wie dies in den Figuren 3 und 4 durch die Pfeile 19 angedeutet ist. Da der Druck nach Fig. 3 direkt auf die Außenwandung 22 übertragen wird, tritt ohne die erfindungsgemäße Anordnung eines Polsters eine Verformung oder Beschädigung der Außenwan-

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dünf/ein.(Fig.3).

Gemäß Fig. 4 verformt der durch die Pfeile 19 angedeutete Druck das aus Glasgewebe bestehende

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Polster 21, so daß dieser die durch strichpunktierte ^ , Linien angedeutete Form annimmt,Dabei nimmtdas Polster den Druck auf und verhindert eine übertragung des Drucks auf die Form 10 selbst. Bisher wirkte der Druck direkt auf die Form, weil kein Polster 21 vorhanden war, das mit der Außenwandung 22 der Form, Zusammenwirkte. Bei großen Gußstücken treten so große Druckbelastungen auf, daß die Form eingedrückt werden kann und dadurch eine gleichmäßige Verteilung des schmelzflüssigen Metalls in der Form verhindert wird. Beim Gießen von schmelzflüssigem Metall in eine derart beschädigte Form erhält man daher Gußstücke, deren Wandung von großen Löchern durchsetzt ist.

Die in Fig. 4 dargestellte jKo hl form für den Präzisionsformguß besitzt die üblichen Eingußöffnungen, Eingußkanälen und Steiger und ist mittels des bekannten Wachsausschmelzverfahren hergestellt. Zum Überziehen des Wachsmodells wurde ein kera- · misches Material auf Siliciumgrundlage verwendet, das unter der Bezeichnung Halcast oder Teco bekannt ist.

Die fertige Form wurde in einem oben offenen, kreisförmigen Metallbehälter auf eine Lage aus körnigem,

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keramischem Material und Vermiculit aufgesetzt. Der Behälter bestand aus der unter der Bezeichnung inconelleggierung bekannten Nickel-Chrom-Legierung. Er hatte eine Wandstärke von 3,2 m Bewehrungsringe und Knotenbleche von 6,4 mm Stärke, und einen Außendurchmesser von etwa 76 cm. Die Außenwandung wurde mit Glasfasergewebe in einer solchen Dicke umwickelt, daß das Glasfa-. sergewebe die auftretenden Belastungen aufnehmen konnte, die auf die unterschiedliche Wärmeausdehnung zurückzuführen sind. In dem vorliegenden Fall genügte eine Dicke von etwa 1,5 mm. Es wurde ein G-ewebe verwendet , das etwa dieselbe Bindung und dieselbe Dicke hat wie normales, grobes Juteleinen. Infolgedessen war gemäß Pig. 4 zwischen dem Gtlasgewebe 21 und der Wandung 22 der dünnwandigen Form ein Zwischenraum vorhanden.

lach dem Umwickeln der Form wurden die Zwischenräume zwischen der umwickelten Form und dem Behälter mit einem Korngut gefüllt. Dieses bestand aus Vermiculit und körnigem Aluminiumsilikat, das unter dem Hamen MuIlit im Handel ist. Die Füllung erfolgte

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annähernd Ms zu den in Fig. 2 bei 27 angedeuteten Niveau. Der die Form enthaltende Behälter wurde dann in einen Vorwärmofen eingebracht, der luft enthielt und in dem eine Temperatur von etwa 930 - 980° C aufrechterhalten wurde. Nach dem Herausnehmen aus dem Vorwärmofen wurde der Behälter in eine "Vakuumgießkammer eingebracht, die einen Schmelzofen enthielt_β aus dem heraus das schmelzflüssige Metall gegossen wurde. Nach dem Evakuieren der Kammer auf ein Vakuum von etwa 10 - 20 Mikron wurde schmelzflüssiges Metall von etwa 1540° C in die Form gegossen. In dem vorliegenden Beispiel wurde eine Nickellegierung vergossen, die im wesentlichen aus in Gewichtsanteilen ausgedrückt 20 $ Cr, 3 ^c/o Mo, 6 ^ Cb und Ta, 0.6 Al, o,7 fo Ti max. ο,Ί fo Kohlenstoff, 53 i° Ni, Rest Fe bestand. ·

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Polsters wurde ein einwandfreies Gußstück erhalten, ^enn dagegen das aus Glasfasergewebe bestehende Polster zur Druckaufnahme nicht verwendet wurde, erhielt man Gußstücke, die in ihren dünnen Seitenwandteilen große Bruchstellen hatten und deshalb unbrauchbar waren.

anderen
Bei einem/Ausführungsbeispiel wurde gemäß Fig. 5

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zusätzlich ein Polster 21a aus Glaswatte zwischen dem "-"Glasfasergewebe 21b und der Außenwandung 22 der Form angeordnet» so daß eine noch bessere Polsterung der Seitenwand© und der anderen Seitenteile der Form erzielt wui?de_e Gegebenenfalls .kann gemäß Fig« 6 ein einziger Polsterüberzug 21 gebildet werden, beispielsweise durch Aufsprühen eines geeigneten flockenartigen Materials und eines Bindemittels auf die Außenlandung der Form.

Zur BrJTindung gehört alles dasjenige, was in dejr Beschreibung enthalten und bzw. oder in der -Zeich-' nung dargsstelli; ist, einschliesslieii dessen was in Abweichung von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.

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Claims

Patentansprüche J

1. Vorrichtung zum Präzisionsformgießen von dünnwandigen, relativ großen Gegenständen, bestehend . aus einem metallischen Behälter, einer in diesem angeordneten, keramischen Hohlform und einem zwischen der Außenwandung der Hohlform und den Seitenwänden des Behälters befindlichen kör- ; nigen Füllgut, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung (22) der Hohlform (10) von einem Polster .(21) aus einem hitzefähigen Material umgeben ist, das auf der Außenwandung (22) der Hohlformen (10) aufliegt oder, in Abstand von dieser angeordnet ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polster (21) Fasern aus ei-

* nem nichtmetallischen Material enthält.

3. "Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Polster (21) aus einem Gewebe "besteht« -

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet , daß das Polster (21) aus Glasgewebe besteht.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Polster (21) aus hitzefestem Material wenigstens an einem Teil der Außenwandung (22) der Hohlform (10) befestigt ist.

6. Vorrichtung zum Präzisionsformgießen nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 5 ansonst wie beschrieben und bzw, oder dargestellt.

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