DE1758060A1 - Metallguss und -verfestigung - Google Patents

Description

Metallguß und -verfestigung

Die Erfindung bezieht sich grundsätzlich auf die Benutzung einer feuerfestartigen Gießform, die vor dem Metallguß in einer kontrollierten Umgebung auf eine erhöhte Temperatur erhitzt wird, welche zu der Legierungsflüssigkeitstemperatur und der Legierungsgieß- oder -gußtemperatur in Beziehung gesetzt ist und die von den Überkühlungscharakteristiken der Metallkomposition abhängig ist. Nachdem die vorerhitzte form mit geschmolzenem Metall gefüllt ist, wird in einer neuartigen Weise eine gesteuerte Kühlung benutzt, um' die besonders gewünschte Riohtung und den Grad des Metallverfestigungsfrontfortsohrittes zu entwickeln, und um zu gestatten, daß geschmolzenes Metall von einem Eingußbereich durch dünne ?ormhohlraumabsohnitt· in einem flüssigen Zustand gehalten wird, und zwar bis zu irgendeiner Metallverfestigungsfront, die an verhältnismäßig tieferen und vergleichsweise diolceren Ouflabeohnitten angeordnet ist. um einen

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fehlerfreien GuB ohne dl· Notwendigkeit einer (fteßtrichter- und Steigeranordnung su erhalten.

Die vorliegend· Erfindung ist in Verbindung mit dom Gießen von geschmolzenen üblichen Alumlniumgnßleglerungen in einer Vakuumumgebung benutzt worden, um Bestandteile su bilden, dl· eine Geachoßnaeenabsohnittsform mit Wandstärken von annähernd 1,016 mm über wesentliche Oberflächenbereiche haben· Die Erfindung ist much In Verbindung mit dem Gießen von warmebehandelbaren hochfesten Aluminiumlegierungen Ln einer gesteuerten inerten und Niohtvakuumumgebung benutzt worden, um dünnwandige Beatandteile von Luf tfahrzeugqualität su bilden, dl· typische Größen- und Fomtoharakteristiken von Luf twerkkonatruktionsglledern haben« Der in dieaer Ameldung benutzte Ansdruek "dünnwandig¹¹ bezieht sieh auf Gußformen mit einem formt Aktor, wie er durch die American foundries £beiet7 wesentlich größer als annähernd 100 fMlgtrt ist» Ία den Zeiohnungen slndi

fig· 1 ein· schematische VorderaufrilAnslom«, teilweise im Schnitt, einer susasmengeaetzten ValmumgieBanTego mit einer ApparAteinriohtung rar Amsfehrumg d«r Irfindung,

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Fig· 2 »ine ähnliche Ansicht, jedoch im Seitenaufriß, der Vakuumgießanlage und der in der Anlage nach Fig. 1 enthaltenen Formbaugruppe,

Fig· 3 eine Draufsicht auf die in den Fig· 1 und 2 dargestellte Formbaugruppe ι

Fig. 4 eine Aufrißansicht der in der Vakuumgießanlage nach Fig. 1 enthaltenen Formbaugruppe, wobei die Apparatwirkung in Verbindung mit dem Ausstoß •ines vollendeten Vakuumgusses gezeigt ist»

Fig· 5 eine teilweise perspektivische Ansicht von !Feilen der in den Fig. 1-4 vorhandenen Formbaugruppe in auseinandergezogenem Zustand zu Teilen eines darin erzeugten Gusses,

Fig. 6 eine Schnitt ansicht der in Fig· 5 in Verbindung gezeigten Bestandteile,

Fig· 7 eine Draufsicht auf das Innere eines Teiles des vollendeten Gusses nach den Fig. 4-6,

Fig· 8 eine Schnitt ansicht nach Linie 8-8 in Fig· 7 t

Fig· 9 eine schematiache Aufrißansicht einer alternativen Formanlageausführung, die in der Praxis der Erfindung in Verbindung mit dem Gießen und Verfestigen von geschmolzenen, wärmebehandelbaren, hochfesten

Aluminiumlegierungen benutzt werden kann, 009852/0888

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Flg. 10 eine sohematische Darstellung einer Steueranordnung für die In dem Apparat nach Fig. 9 einverleibten HeizungsAülilungs einrichtung,

Flg. 11 eine perspektivische Ansicht eines dünnwandigen ' Gusses für Flugzeugkonstruktionsgliederverwendungen, welcher aus einer wäxmebehandelbaren, hochfesten Aluminiumlegierung gegossen und "verfestigt ist» wobei der Apparat nach Fig. 9 und 10 benutzt wurde»

Fig. 12 eine Querschnittsansicht einer noch weiteren Vorrichtungsausführung zur Ausführung der Erfindung» und

Fig. 13 eine schematische Darstellung einer Steueranordnung für die HfEi 7>nns^a /^^'*'^|i'ⁿs'^>ft ^^y"*^ chfr»^w gi wie sie sich in der Vorrichtung nach Fig· 12 befindet.

Sine zusammengesetzte Anlage zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit dem Vakuumgießen von geschmolzenem Metall ι solchem wie einer herkömmlichen Aluminiumgußlegierung ist in Fig· <j der Zeichnungen sohematlsch dargestellt und allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet· line solche Anlage besteht grundsätzlich aus einer Vakuumgießeinrichtung 11 und einer damit verbundenen Vakuumform-009852/0888

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einrichtung 12. Sine Ventilbaugruppe 13 ist vorgesehen, um die Einrichtungsbaugruppen 11 und 12 wahlweise funktionell voneinander zu trennen·

Die Vakuumgießeinrichtung 11 besteht grundsätzlich aus einem Gehäuse und einer innenangeordneten Schmelz-Gieß-Tiegelverbindung. Das Einrichtungsgehäuse besteht aus dem Körperteil 14 und dem Deckelteil 15* der vakuumdicht an diesem Körperteil befestigt ist. Der Deckel 15 ist mit einem Einlaß 16 und der Körperteil 14- mit einem Auslaß 17 für die Benutzung beim Beschicken und nachfolgendem Entladen von Metall in die und aus der innenangeordneten Tiegelverbindung versehen· Obwohl der Einlaß 16 in den Zeichnungen so dargestellt ist, daß er einen daran befestigten entfernbaren Deckel 18 aufweist, wirkt dieser Einlaß 16 in der normalen Praxis vorzugsweise durch eine Ventilverbindung hindurch mit einem Ofen, der Metall in geschmolzener Form an die Tiegelverbindung in der Gießanlage 11 liefert. Wenn das zu gießende Metall durch die Vakuumgießeinrichtung 11 in üblicher Weise in die Tiegelverbindung in fester Form eingebracht werden kann, kann da« Schmelzen durch die Verwendung der nachfolgend be-

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Betriebenen indirekten Lichtbogenelektroden ausgeführt werden. Das Gehäuse der Einricntungsverbindung 11 funktioniert grundsätzlich eo, um die innenangebrachte Tiegelverbindung in einer Vakuumumgebung zu halten· !Diese _t wenn sie in Verbindung mit der Behandlung von üblichen Aluminiumgußlegierungen oder anderen Metallegierungen benutzt WiTd₁ die nicht der Elementer-Schöpfung in dem geschmolzenen Zustand bei reduzierten Umgebungsdrücken unterworfen sind, wird im allgemeinen bei absoluten Druckhöhen von weniger als 800 Mikron Quecksilber aufrechterhalten.

Der Grundbestandteil der Schmelz/Gießtiegelverbindung der Anlage 11 ist ein feuerfester Tiegel 19 mit einem im wesentlichen Kegeligen Innenhohlraum« wobei dieser Tiegel vorzugsweise in dem Gehäuse enthalten ist ι das aus dem Körperteil 20 und dem befestigten Deokelteil 21 besteht. Eine obere Öffnung 22 geht durch den Deokelteil 21 und den Tiegel 19 zu dem kugeligen Hohlraum hindurch und dient zur Zulassung des Metalles an das Tiegelinnere und nooh wesentlicher zur Steuerung durch eine angemessene Größenbegrenzung des Sntladungsgrades von darin enthaltenem geschmolzenen Metall» wenn der

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Tiegel umgekehrt wird. Für die meisten bekannten Verwendungen muß das Verhältnis der Querschnittsfläche der öffnung 22 zu der maximalen Querschnittsfläche des kugeligen Hohlraumes des Tiegels 19 im Bereich von 1 »25 bis 1 13 liegen, um mit dieser Erfindung solche Strömungscharakteristiken entladenen geschmolzenen Metalles zu erhalten, die zur wiederholten Erzeugung fehlerfreier verhältnismäßig großer, dünnwandiger Güsse mindestens der in den Zeichnungen gezeigten Art als erwünscht angesehen werden.

Die Vorrichtung 11 enthält auch einen wassergekühlten hohlen Arm 23 t der mit dem Gehäusekörper 20 verbunden ist und der zum Tragen des Tiegels 19 und auch zur Ausführung der Drehung des Tiegels 19 in eine umgekehrte Stellung zum Gießen des geschmolzenen Metalles dient· Die Längsachse des Armes 23 verläuft vorzugsweise durch den oder sehr dicht zu dem Flächenschwerpunkt des sphärischen Inneren des Tiegels 19· (Sin solcher Flächenschwerpunkt fällt vorzugsweise sehr nahe mit der Schwerpunktemitte des Tiegels 19 und der Gehäusekombination 20, 21 zusammen)· Der Arm 23 wirkt mit einer üblichen Lagerbuchse 24 zusammen und diese Buchse wird ihrerseits durch

einen Lagerblock 25 gehalten· Die Lagerbestandteile 24-009852/0888

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und 25 werden durch Konsolen 26 getragen, die mit des Gehäusekörper 14 verbunden sind· Sin Kettenrad 27 ist drehbar mit dem Arm 23 verbunden oder darangekeilt und wird benutzt, um die Drehung des Tiegels 19 (und des Gehäuses 20, 21) in eine umgekehrte Stellung zum Metall* gießen zu bewirken· Einzelheiten mit Bezug auf eine bevorzugte Form des Antriebsmechanismus zur Drehung des Kettenrades 27 (und des Armes 25) sind in Fig· 2 gezeigt·

Die Einrichtung 11 ist mit einer Metallerhit zungs/Schmelzeinrlchtung versehen, welche die üblichen Graphit elektroden 28, 29 aufweist, die in den Tiegel-Öffnungen 30 und 51 hin- und herbewegbar sind· Die Achsen der Offnungen 30 und 31 eind mit der Lengs-(Dreh-) Achse des Tragarmes 23 ausgerichtet· Das geschmolzene Metall in dem Tiegel 19 iet mit 32 bezeichnet· Es wird bevorzugt, daß die Elektroden 28 und 29 nicht während der Aufrechterhaltung der Operation der Heiz/ Schmelzeinrichtung in dem Metall 32 untergetaucht sind· Auf diese Weise wird das eingebrachte Metall in einer

pfimST* durch Strahlung *v*a nicht durch

Leitung erhitzt und geschmolzen· So werden wichtige Arbeitsvorteile bezüglich der stabilisierten Metaller-

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hit'sungs / Sohmelsenergie und dtr Irafterforderniase sowie stabilisierte Blektrodenabstandserfordernisse erhalten» Zn einem Beispiel let eine Blektrodenvorrichtung, ähnlich der in den Zeichnungen gezeigten, in einer Vakuum-Umgebung für einen Zeitraum von annähernd einer Stunde betrieben worden» um eine geschmolzene übliche AluminiumguBleglerung su erhitsen» ohne erforderliche Blektrodenabstandsnaohatellung· Wassergekühlte BIe kt rodenhalt er 33 und 34 stütien die Blektrodenelemente 28 und 29 in einer herkömmlichen Weise ab und sind mit Leitern 35 bsw· 36 einer nichtgeseigten elektrischen Energiequelle verbunden. BIe kt rieche Zuführungen von 500 Ampere und 40 Volt (Wechselstrom) lapasität haben sich in Verbindung mit der Praxis dieser Srf indung in verschiedenen Verwendungen als befriedigund erwiesen.

Jeder Blektrodenhalter 331 54 wird durch ein Paar Ständer 37 gehalten» die an dem Gehäusekörper 14 befestigt sind und diese ihrerseits durch eine suaammenwirkende Tragplatte 38« line Betätigungsvorrichtung 39 ist vorgesehen, um ihren diesbeiügliohen Blektrodenhalter vorwärtssubewegen bsw· surücksusiehen» um die Lage der Spitze der zugeordneten Blektrode in dem Innern des Tiegels 19

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steuern· Ih fig· 1 sind ein üblicher pneumatischer , -Akkumulator 40 mit einem Stangenteil, der mit einem Elektrodenhalter verbunden ist, ein Strömungssteuerventil 41 und ein Steuerventil 42 sur Regulierung der llektrodenstellung vorgesehen· Sine solche Torrichtung 1st normalerweise mit einer Druckluft speiseleitung, wie bei 43ι verbunden·

Bs sind verschiedene funktionsvorrichtungen nut el icher Art für die Anlage 11 vorgesehen· Zuerst sind Kühlwasserliefer- und Rückführleitungen 44 und 45 in biegsamer form vorgesehen, die daiu dienen, Kühlwasser an das und aus dem hohlen Inneren des Tragarmes 23 su leiten· Ähnliche biegsame Kühlwaseersuführ- und Rückführleitungen 46 und 47 sind an der Außenseite des Gehäuses 14 und 15 sum Kühlen jedes Elektrodenhalters 33 und 34 vorgesehen· line biegsame Leitung 48 ist in dem Gehäuse vorgesehen, um ein inertes QaS₉ welches chemisch mit dem geschmolzenen metall 32 verträglich ist, von einer Quelle auf der Außenseite der Anlage 11 an das Innere des Tiegels 19 für Umrührungs- und Metallentgasungssweoke su leiten· Biegsame Thermoelementleitungen 49 sind mit einem üblichen telten Thermoelement 50 verbunden, welohee in dem ge-

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schmolzenen Metall 32 untergetaucht ist· Jede der in Fig. 1 gezeigten Funktionsvorrichtungen geht in vakuumabgedichteter Weise durch die Wand des Gehäuses 14 hindurch.

Das Innere der Gießanlage 11 steht mit der üblichen nichtgezeigten vakuumerzeugenden Anlage durch den mit 51 bezeichneten Einlaß mittels der Vakuumleitung 52 und dem wahlweise bedienbaren Ventilglied 53 in Verbindung« Sin ähnliches Ventil 54 dient dazu, die Vakuumleitung 52 mit der Einlaßöffnung 33 der Formanlage 12 wirksam zu verbinden.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, enthält die bevorzugte Ausführung der Vorrichtung 10 eine Kette 56, um das Antriebskettenrad 27 und den Arm 23 wirksam anzutreiben. Stangen 37 und 58 gehen durch Vakuumdichtungen 59 und an die Außenseite des Gehäuses 14, 15 und sind innen mit entgegengesetzten Enden der Kette 56 verbunden. Die Stangen 37 und 58 sind im wesentlichen die Stangenelemente von herkömmlichen An triebe vorrichtungen 61 und 62. In Abhängigkeit von der gewünschten Drehrichtung sind diese Antriebsvorrichtungen abwechselnd durch das Ventil 63 mit der !druckluftzuführungsleitung 64 verbunden.

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Durch Benutzung der dargestellten gegenseitigen Verbindung zv/ischen den Betätigungszylindern und dem Ventil können die Stangen 56 und 57 in entgegengesetzten Richtungen bewegt werden, um das Kettenrad 27 und den Tragarm 23 schnell zu drehen und dadurch den Tiegel 19 umzukehren, um das darin enthaltene geschmolzene Metall» wie vorher beschrieben, in die Vakuumformanlage 12 zu gießen· Ss ist im allgemeinen notwendig, daß die Tiegelverbindung in der Anlage 11 in Winkelgeraden über etwa 180° pro Sekunde gedreht wird, um ein befriedigendes Gießen für verhältnismäßig große, dünnwandige Aluminiumgüsse zu erhalten· In einer Ausführung dieser Erfindung let ein Durchschnittsdrehgrad von annähernd 600°pro Sekunde sowohl als wünschenswert als auch leicht erreichbar befunden worden·

Die Vakuumformeinrichtung 12 enthält ein Gehäuse, welches sowohl aus dem Körper 17 als auch aus dem entfernbaren Deckel 71 und auch aus einer Formbaugruppe besteht, die im Innern auf dem Block 72 angeordnet ist· Beinteile 73 tragen den Block 72 auf dem Anlageinnenboden· Sin· wassergekühlte Abkühlplatt· 74- »it einer Schlangenart igen Kühlepule 75t die daran an der Unterseite in wirme-

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übertragender Beziehung angebracht ist, ruht auf Abstandshaltern 76, die auf dem Block 72 angebracht Sind. Die Form 77 ihrerseits ruht auf dem' Isoliermittel 78, welches über der Abkühlplatte 74 liegt. Das Mittel 78 kann die besondere Form von Asbestmateriallagen haben, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Die Form 77 ist starr an dem Block 72 mittels einer Niederhalteplatte 79 und den damit zusammenwirkenden Verbindungsstangen 80 befestigt· Ein hohler Formkern 81 ist in der Form 77 angeordnet und wird durch den drehbaren Arm 82 in seine Stellung geklemmt und gehalten. Einzelheiten bezüglich geeigneter Zusammensetzungen und Herstellungsverfahren für Formen und für Formkerne, die vorteilhaft in der Praxis dieser Erfindung benutzt werden können, sind in der schwebenden Anmeldung Serial Nr. 498 046 vom 19· Oktober 1965 enthalten und an die Inhaber dieser Anmeldung übertragen· Der Arm 82 ist an der Drehachse 83 abgestützt und wird durch den Zylinder 84 und seine vorstehende Stange 85 betätigt· Ein elektrischer Widerstandsformerhitzer 86 steht mit der Außenseite der Form 77 in Eingriff und ist mit den Leitern 87 und 88 einer nicht gezeigten elektrischen Quelle verbunden· Die Formbaugruppe in der Vorrich-

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tung 12 ist weiter mit einem wassergekühlten äußeren Mantel 89 vorsehen, der die Auswärt se tr ahlung der Wärme während der Formerhitzung durch das Blenent; 66 auf daa geringste vermindert· Ea iat auch ein wassergekühlter Abkühlblock 90 (chill block) in der Formbaugruppe angeordnet t um den Boden des metallaufnehmenden Hohlraumes in Forminneren auszuschließen und er ist in Abstandsbeziehung sowohl zu der Fora 77 ale auch der Abkühlplatte 74 angeordnet, um die Wärmeübertragung durch Leitung dazwischen auszuschalten. Siehe Figur 6· Der Abkühlblock 90 1st mit der Betätigungsvorrichtung 9I verbunden und dadurch bewegt« und zwar durch das Stangenglied 92, um den Ausstoß des fertiggestellten Gutes aus der Form 77 auszuführen. Jedoch ist der Bestandteil 90 hauptsächlich sur Steuerung der Metallverfestigungsrichtung in der Formbaugruppe vorgesehen.

Verschiedene nützliche Funktionsvorrichtungen sind an den Bestandteilen vorhanden, die In dar Anlage angeordnet sind. Es sind eine Zuführleitung eines unter Druck stehenden hydraulischen Strömungsmittela 93 und eine Büokführleitung 94 sur Betätigung der Auaatoßbetätigungavorriohtung 91 vorgesehen· Ähnliche Zufuhr- und

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Kückführleitungen 95 und 96 wirken mit dem Klemmantrieb 84 zusammen. Kühlwasser speise- und Abgabeleitungen 97 und 98 wirken mit der Kühlspule 75 an der Unterseite der Abkühlplatte 74 zusammen. Die Kühlwasserzuführ- und Abgabeleitungen 99 und 100 sind vorzugsweise biegsam, gehen durch geeignete Durchlaßwege in dem Block 72 und dienen dazu, Kühlwasser an die inneren Durchgangswege des kolbenangetriebenen Abkühlblockes 90 zu liefern. Die Kühlwasser zuführ- und Abgabeleitungen 101 und 102 wirken so, um Kühlwasser an den Formmantel 89 zu liefern. Die elektrischen Zuführleitungen, an die Klemmen 87 und 88 sind mit 103 bzw. 104 bezeichnet· Wie in dem Falle der Anlage 11 gehen alle Nutzvorrichtungen an die Anlage 12 durch die Wand des Körpers 70 in Vakuumabdichtung hindurch. Auch wird die Vakuumumgebung in dem Innern der Formanlage 12 im allgemeinen mittels des vorher erwähnt en Vakuumerzeugungsapparates bei absoluten Druckhöhen von weniger als etwa 2000 Mikron Qneckselber während des Gießens von bestimmten geschmolzenen Aluminiumlegierungen, solcher wie der herkömmlichen Aluminiumgußlegierung 356 oder anderen geschmolzenen Legierungen aufrechterhalten, die nicht der Element er Schöpfung durch Verdampfung

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in einer Formbaugruppe ähnlich derjenigen ausgesetzt sind, die aus Bestandteilen 72 bis 90 besteht, wobei Takuumsustände von annähernd 800 Mikron tyecksilber («bsolnt) als vollständig befriedigend befunden «orden sind.

Die Ventilverbindung 13, welche die Vakuumgießeinrichtung 11 mit der yakuumformeinrichtung 12 funktionell verbindet, enthält eine pneumatische Betätigungsvorrichtung 105, die durch Leitungen 106 und 10? ait einem nichtgezeigten Richtungssteuerventil verbunden ist· Wie In dem Falle der Sinrichtungsbaugruppen 11 und 12 sind Einzelheiten mit Bezug auf die Steuerungsventilverbindungen, die Konstruktion und die Wirkung in den Zeichungen nicht gezeigt· Solche Einzelheit en werden als vollständig in Können von Fachleuten in den betreffenden Techniken liegend angesehen«

Das Ventilelement der Anlage 13 wird zum Metallgießen in die Anlage 10 zu einem offenen Zustand gebracht. Fig. 2 erläutert durch eine Darstellung in gebrochenen Linien die Außenform 109 einer, geschmolzenen lletallcharge, die durch die offene Ventilbaugruppe 13 in die damit fluchtende Form 77 gegossen wird· Die geschmolzene Charge 109 vird »us dem Hegel 19 in die Form 77

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gegossen, ohne daß sie irgendwelche erteilte Bewegungskomponenten aufweist ι die quer zu einer vertikalen GIeB-richtung wirken· Die Form 77 nimmt dementsprechend Metall aus einer vertikalen Richtung auf, die mit der Auslaßachse der Öffnung 22 zusammenfällt _y wenn der Tiegel sich in einem umgekehrten Zustand befindet· Die der Masse 109 erteilte Gießkraft und die darauf bezogene Gießzeit ist durch die Höhe ¹¹H" bestimmt* In dem Falle der nachfolgend beschriebenen dünnwandigen Aluminiumlegierungsgüsse ist eine Höhe "H" von annähernd 1,26 m als zufriedenstellend für die Entwicklung annehmbarer ausgeführter Güsse in einer Vakuumumgebung gefunden worden·

Fig. 4 der Zeichnungen erläutert einen vollständigen Guß 110, der von der Form 77 mittels des Zylinders 91 nach der Metallverfestigung ausgestoßen wird. Ein Gußteil 110 ist weggeschnitten, in die Innenlage des Kernes 81 zu zeigen· Einzelheiten mit Bezug auf die Gestalt des untersten Teiles des Gueees 110 und der damit zusammenwirkenden Formbaugruppen teile sind in weiterem Einzelheiten in den Fig· 5 - 71g· 8 gezeigt.

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Der vollendete GuB 110 In der Ausführung der Zeichnungen hat einen Abkühlungsunterteil 111, der mit dem Gußhauptwandabschnitt durch Zuläufe (runners) verbunden ist· Dieser Kühlunterteil und die Zuläufe, die nachfolgend von dem vollendeten GuB entfernt werden können, wenn sie keinen funktioneilen Zweck dienen, sind vorgesehen, um die Metallverfestigungsrichtung zu entwickeln· In dem Falle von Formen ähnlich denjenigen des Bestandteiles 110 ist mindestens eine solche Kühlungsdirektionalität vorgesehen, weil sie teilweise erfordert, daß das geschmolzene Metall durch einen vergleichsweise dünnen Abschnitt an Verfestigungsfront orte in dem vergleichsweise dicken unteren Gußabschnitt fließt, der in den Figuren gezeigt ist· Die Form 77 hat einen nach einwärts vorstehenden Kernträger 113* der intermittierend durch Offnungen 114 getrennt ist und der mit einer unterseitig zusammenpassenden Oberfläche des Kernes 81 zusammenwirkt· Die unterste Oberfläche des Kernes 81 ist im Abstand von dem Abkühlungeblock 90 angeordnet» und die vertikale Trennung bestimmt die oberen und unteren Grenzen des Abkühlungsunterteilee 111· Die Zuläufe, die mit 112 bezeichnet sind, sind durch Metallverfesti-

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gung in den Bereichen der Öffnungen 114 gebildet· In der Auaführungsanordnung der Fig· 1-4 sind keine Vorkehrungen für einen herkömmlichen Steiger oder Eingoß trichter getroffen« Indessen wird Metall im Überschuß in den ringförmigen Trichter des oberen Bereiches der Form 77 gegossen (4), so daß verfestigtes Metall in Bereichen über den obersten tatsächlichen Formgrenzen des gewünschten Gusses vorhanden sein wird« Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, wird es bevorzugt, daß eine Yakuumforaausrüstung 12 mit einer üblichen Umgebungsluft zu Yakuum-Sperrvorrichtung und Materialübertragungsvorrichtungen vorgesehen sind, um die Entfernung fertiggestellter Güsse 110 aus dem Anlageinneren zu erleichtern, ohne die darin entwickelte Vakuumumgebung vollständig beseitigen zu müssen· Solche Vorrichtungen werden in der Praxis auch benutzt, um nachfolgende neue Kerne in die Form 77 für die Benutzung bei der Erzeugung weiterer Güsse einzusetzen.

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Verschiedene Einzelheiten in Hinsicht auf besondere Merkmale der Anlage 12 sind der gesonderten Bemerkung wert· Zuerst kann die Form 77 *ür den Zweck zum Gießen von Aluminiumlegierungen und insbesondere, wenn eine begrenzte Anzahl von Güssen einer gegebenen Gestalt gefordert werden, vorteilhaft aus dichtem feinkornigem Graphit in einem vollgraphitisiertem Zustand gebildet sein· Bin besonderes Material, welches als nützlich befunden worden ist, ist von der Union Carbide Corporation unter der Bezeichnung "AiFJ" zu haben· Dieses Material hat ein spezifisches Gewicht von 1,85 mit Korngrößen, die 6-tausendstel nicht überschreiten· Obwohl nicht alle möglichen Materialien, die zur Konstruktion der Form 77 geeignet sind, erforscht sind, ist bestimmt worden, daß Graphite mit spezifischen Gewichten von annähernd 1,45 oder weniger im allgemeinen wegen übermäßiger Porosität ungenügend sind·

Die Formerhitzungsvorrichtung 86 wird dazu benutzt, die Form 77 (und den Kern 81) in der Vakuumumgebung der Einrichtung 12 vor dem Metallguß zu erhitzen. Die genaue Formtemperatur wird mit Bezug auf die überkühlungscharakterietiken (super-oooling) der Legierung bestimmt, die gegossen wird. Im Falle von üblichen Aluminiumgußlegierungen

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ζ· B. wird es im allgemeinen bevorzugt} daß die Form 77 auf eine Temperatur in dem Bereich von 427° O - 538° G (800° F bis 1000° F) vor dem Metallguß en erhitzt wird. Solche bevorzugte Formtemperatur befindet sich in dem allgemeinen Bereich von 0,8 bis 0,9 der Grießtemperatur des geschmolzenen Metalles· Wie in den schwebenden Anmeldungen für die USA-Patentserial-Hummern 614 837 und 614 rom 9. Februar 1967 offenbart ist, muß die bevorzugte Formtemperatur in manchen Fällen über der Legierungaflüssigkeitstemperatur liegen· In dem Falle von gußwärmebehandelbaren, hochfesten Aluminiumlegierungen und wegen eines reduzierten Überkühlungabereiches ist die bevorzugte Formtemperatur 649° 0 minimum (12CX)⁰ F₁ minimum) größer als der allgemeine 0,9 obere Grenzwert für herkömmliche AluminiumguBlegierungen in bezug ία der Minimallegierungsgießtemperatur von 677° 0 (1250° F)· Es ist vorweggenommen, daß die Formvorheiztemperatur, die für die Überkühlungscharakteristik von Legierungen in der allgemeinen Familie von Nickelkobaltlegierungen bevorzugt wird, so niedrig wie 0,6 bis 0,7 der normalen Legierungsgieß- oder Abgießtemperatur «ein kann·

Haohdem die geschmolzene Metallcharge 109 in

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die Formbaugruppe gegossen worden ist» wird die Heizvorrichtung 86 abgestellt und die Legierungsrichtungsverfestigung, die an dem Abkühlblock 90 beginnt, wird durch die fortdauernde Zirkulation von Kühlwasser durch die Betriebsleitungen 99 und 100 fortgesetzt· Die fortgesetzte Zirkulation von Wasser durch den Mantel 89 setzt sich teilweise fort, um die Wärmestrahlung zu verringern und ergänzt teilweise die Steuerung der Richtungsverfestigung für die dargestellte Gufigestalt· Auch wird normalerweise bevorzugt, dafi der GuB 110 unmittelbar nach der Metallverfestigung aus der Form 77 ausgestoßen und aus dem Innern der Einrichtung 12 entfernt wird· Auf diese Welse kann die Zykluszeit zwischen aufeinanderfolgenden Güssen auf einem Minimum gehalten werden. Die Spielräume zwischen dem Abkühlblock 90 und den angrenzenden Teilen der Form 77 und der Abkühlplatte 7* sind im allgemeinen minimal und betragen häufig etwa 0,127 mm (0,005 Zoll), um eine unerwünschte direkte Wärmeübertragung von der Form 77 durch Leitung zu verhindern·

Fig· 9 erläutert eine Formeinrichtung In einer Ausführung 200, die mit einer etwas abgewandelten GIeB-

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einrichtung 11 für die Gieß zwecke von wärmebehandelbaren, hochfesten Aluminiumlegierungen in die verhältnismäßig großen, fehlerfreien, dünnwandigen Gußformen benutzt werden kann. Die für das Gießelement 11 erforderliche Abwandlungen sind in den Zeichnungen nicht gezeigt, da sie im wesentlichen offensichtliche Änderungen betreffen, um zu gestatten, eine kohlenwasserstoffreie und feuchtigkeit sfreie inerte Umgebung, z. B. hochreines Argon in dem Binrichtungsgehäuse bevorzugt zu einer Vakuumumgebung vorzusehen. Wie vorher angegeben, werden wärmebehandelbare, oder vergütbare hochfeste Aluminiumlegierungen der Elementerschöpfung (element depletion) unterworfen, wenn sie unter niedrigen Druckbedingungen auf erhöhte !Temperaturen erhitzt und darauf gehalten werden. Dementsprechend ist die Anlage 11 vorzugsweise mit einer damit zusammenwirkenden Quelle einer inerten Atmosphäre versehen, die normalerweise in das Innere des Gehäuses nach Evakuierung durch die Leitung 52 auf einen Vakuumzustand aufgefüllt wird. Die Ausrüstung 200 nach Fig. 9 enthält eine Formbaugruppe zum Gießen von Bestandteilen von Luftfahrzeugqualität, die eine typische Luftwerkkonstruktionsteilgestalt mit im wesentlichen dünnwandigen Steg- und

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Flanschteilen haben·

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, enthält die Formanlage 200 ein Gehäuse mit einem Körper 201 und einem entfernbaren Deckel 202 sowie auch eine Formbaugruppe 203, die von der Innenoberfläche des Einrichtungsbodens 204 getragen wird. Eine Kühlwasserkammer 205 schließt den Boden des Behälterteiles 206 der Formbaugruppe 203 ab und trägt Gußformhälften 207 und 208· Die Formhälften und 206 in der Einrichtungsausführung der Fig. 9 sind zuerst in richtiger Beziehung zueinander» z. B. durch Glasfasergewebe 209 eingewickelt oder befestigt und sind dann in dem Behälter 206 in der geforderten verbundenen Beziehung durch ein körniges Medium 210, s. B. Zirkonaand abgestützt oder verpackt. Der innere Gießhohlraum der kombinierten Formhälften 207 und 208 in der Anordnung nach Fig. 9 hat eine dünnwandige Gestalt entsprechend der äußeren Form des Flugzeugkonstruktionsgliedes 211 nach Fig. 11, wobei eine solche Forminnengestalt in einer im wesentlichen vertikalen Richtung angeordnet und direkt mit einem obersten Formtriohterbereich 212 verbunden ist, ohne notwendigerweise einen Zwischen- oder zusammenwirkenden Formsteigerbereich zu enthalten.

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DIe 'Formbaugruppe 203 ist im Innern von elektrischen Widerstands tie irelement en 213 bis 215 angeordnet, welche ihrerseits in dem Wärmestrahlungsschild'angeordnet sind, der durch den Wassermantel 216 gebildet ist· In der Hinrichtung 200 sind Asbestschichten 217 und 218 für den Zweck vorgesehen, den Behälter 206 und den Wassermantel 216 von den Widerstandsheizelementen 213 bis 215 zu isolieren. Obwohl nicht gezeigt, kann der Behälter 216 mit geeigneten Befestigungsarmaturen versehen sein, um das Senken und Anheben der vollständigen Formbaugruppe 205 nach Entfernung des Deckels 202 in den bzw· aus dem Körperteil 201 zu erleichtern·

Wie in dem Falle der Vakuumformeinrichtung nach Fig. 1 sind verschiedene Betriebsvorrichtungen mit den funktioneilen BIe me η ten im Innern der Einrichtung 200 verbunden· Insbesondere wirken die Wasserzufuhrleitung 219 und die Wasserrückführleitung 220 mit der Formkühlkammer 205 und abgedichtet mit dem Gehäusekörper 201 zusammen« Elektrische Kraftleitungen 221 bis 226 wirken paarweise mit Widerstandshelzelementen 213 bis 215 zusammen. Diese elektrischen Kraftleitungen sind auch an dem Oehäusekör-

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perteil 201 abgedichtet· Da« Kühlwasser wird Im allgemeinen dauernd an den und aus dem Wassermantel 216 mittels der Zufuhr- und Rückführleitungen 227t 228 sum Umlauf gebracht· Zueätslich su der nachfolgend beschriebenen Steueranordnung unterscheidet eich die Einrichtung 200 von der Anlage 12 in einer weiteren Hineicht· Eine Gas zufuhr leitung 2291 die durch das Ventil 250 gesteuert wird» wirkt normalerweise so, um eine Inerte Atmosphäre t ·· B. hochreines Argon bei Brücken ton beispielsweise 63,5 am (25 Zoll) Hg en das Innere der Einrichtung 200 durch Auffüllung vorzusehen, nachdem ein Vakuum für Reinigungenrecke durch Wirkung der susammenarbeltenden Vakuumleitung 52 und des Ventiles 5* hergestellt worden 1st.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist» enthält die Binriohtungaanordnung 200 im Abstand angeordnete Thermoelemente 231 bis 233t wobei diese Elemente ein feil der susammenwirkenden Binrichtungssteueranordnung sind, die schemmtisoh in 71g· 10 dargestellt ist· Diese Elemente funktionieren SO₁ um die tatsächliche Form-Metalltemperatur su fühlen· die In den Forabereichen oder Zonen bzw. angrenzenden Wlderstandshelselementen 213 bis 215 Torhanden ist·

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Das Thermoelement 231 mißt die durch das Heizelement 213 gesteuerte !Temperatur, das !Thermoelement 232 ist der Formzone angrenzend an das Widerstandsheizelement 214 zugeordnet und das Thermoelement 233 mißt im wesentlichen die Temperatur des Forminnenhohlraumteiles und den damit verbundenen Steigerbereich 212, der an das Heizelement 215 angrenzt. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, wirken die Thermoelemente 231, 232 und 233 (welche Elemente die Form von chromel-alumel- Verbindungen und Leitern in rostfreien Stahlscheiden haben können) diesbezüglich mit herkömmlichen Heizvorrichtungstemperatursteuervorrichtungen 234 bis 236 zusammen. Jede der Steuervorrichtungen 234 bis 236 wirkt mit einer der üblichen Schalterverbindungen 237 bis 239 zusammen, um den Strom elektrischer Energie (Strom) an die diesbezüglichen damit verbundenen Widerstandsheiz-

elemente 213 bis 215 zu regulieren. Die Anordnung nach Fig. 10 schließt zusätzlich einen Programmierer 240 ein, der aufeinanderfolgend die verbundenen Steuervorrichtungen 234 bis 236 und auch Steuervorrichtung 241 für den Wasserventilschalter 242 programmiert, um die gewünschte Richtungsverfestigung (directional solidification) von geschmolzenem Metall in der Formbaugruppe 203 zu erzielen.

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Der Schalter 242 wirkt, wenn er betätigt wird, mi das normal geschlossene Wasserventil 243 zu öffnen, welches in der Wasserzuführungeleitung 219 angeordnet ist» die mit der Kammer 205 verbunden ist. Bas Thermoelement 244 (Fig· 10), obwohl es in der Anordnung nach Fig. 9 nicht gezeigt ist, kann in der Einrichtung 200 enthalten sein, um die Formtemperatur an der Kammer 205 zu entdecken, wobei es mit der Steuervorrichtung 241 verbunden ist, um den richtigen fyklus des Wasserventiles 243 während der Richtungsrerf estigung des geschmolzenen Metalles zu erzielen·

Einzelheiten des Programmausganges des Programmierers 240 für die Steuervorrichtungen 234 bis 256 und für die Steuervorrichtung 241, um die Richtungsmetallverfestigung in der Forabaugruppe 203 *u erhalten, können mit Bezug auf die spezifischen Erozelparameterwerte entwickelt werden, die in den vorerwähnten schwebenden Anmeldungen offenbart sind, welche das Gießen von wärmebehandelbaren oder vergütbaren hochfesten Aluminiumlegierungen betreffen· Während der Formerhitzungephase des Anlagebetriebes veranlaßt der Programmierer 240 die Steuervorrichtungen 234 bis 236, eine vorgewählte er-

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höhte Formtemperatur herzustellen und auf recht »!erhalten, wie z. B· eine Temperatur in dem Bereich von 64-9° 0 677° O (1200° F bis 1250° F),wie sie'durch die Thermoelemente 231 bis 233 vor dem Metallguß aus Anlage 11 abgefühlt wird· Während dieser Formerhitzungsphase veranlaßt der Programmierer 240 die Steuervorrichtung 241, den Schalter 242 in offenem Zustand und das Wasserventil 243 in geschlossenem Zustand zu halten· Wenn die Formbaugruppe 203 auf die vorgewählte minimal erhöhte Formtemperatur erhitzt worden ist (und nachdem der Formhohlraum, welcher den Trichterbereich 212 einschließt, mit geschmolzenem Metall gefüllt worden ist), wirkt der Programmierer 240 so_t um die Steuervorrichtung 241 zu veranlassen, das Wasserventil 243 zu öffnen, um die Eichtungsverfestigung einzuleiten, und um die Steuervorrichtungen 234 bis 236 zu veranlassen, in Kaskade zu wirken, um die gewünschte Richtungssteuerung der Metallverfestigung zu erhalten· Insbesondere steuern die Steuervorrichtungen 234 bis 236 die Metallverfestigungsrichtung auf Temperaturen ansprechend, die durch die Thermoelemente 231 bis 233 gefühlt werden, um einen Verfestlgungsfrontfortschritt von Metall-Formteilen ,die an die Kammer 205 angrenzen, tu. Metall-Font eilen, die sü den Trichterbereieh 212 angrenzen, *u erhalten,

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wobei dies teilweise ausgeführt wird, indem eine Minimaltemperatur (z. B. im Bereich von 260° C - 516° C (500° 7 bis 6CX)⁰ P) in aufeinanderfolgenden Formlagen während der Richtungeverfestigung aufrechterhalten wird· Anfangs öffnet die Steuervorrichtung 234 den Schalter 237 bis zu dem Zeitpunkt» wo die durch das Thermoelement 231 gefühlte Formtemperatur die roreingestellte Minimaltemperatur durch den Kühleinfluß von Kammer 205 erreicht ι danach beeinflußt die Steuervorrichtung 234 den Schalter 237, um die vorgewählte Minimal temperatur ansprechend auf Temperaturwechsel aufrechtzuerhalten, die durch das Thermoelement 231 abgefühlt oder entdeckt werden· Wenn die Steuervorrichtung 234 ihren fyklus der Heizvorrichtung 213 beginnt, wirkt die Steuervorrichtung 235 t um den Sehalter P zu öffnen· Wenn der an das Element 232 angrenzende Formbereich die vorgewählte Minimal temperatur erreicht, dann bringt die Steuervorrichtung 235 das Heizelement 214 ansprechend auf den Temperaturzustand in fyklus, der durch das Thermoelement 232 abgefühlt wird, um die gleich· vorgewählte Minimal temperatur aufrechtzuerhalten· Wenn dl· Steuervorrichtung 235 beginnt, das Heizvorrichtungselement 214 bei der Minimal temperatur in Zyklus su setzen, veren-

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lafit der Programmierer 240 die Steuervorrichtung 236, den Schalter 239 zu öffnen, wobei dem Formbereich, der den !!Trichterteil 212 einschlieBt, gestattet wird, sich mindestens auf die vorbeschriebene Minimal temperatur abzukühlen· Wenn die Mi nimal temperatur von 260° C - 316° C (500° F - 600° F) erreicht und durch das Thermoelement 233 gefühlt ist, ist normalerweise die Richtungsverfestigung der Legierung in der Formbaugruppe 203 vollendet· Der Programmierer 240 wirkt dann normal durch die Steuervorrichtung 241, um den Schalter 242 zu öffnen und dadurch das Ventil 243 zu schließen. Wenn die Abkühlung des Gusses in der Form nachfolgend auf die Richtungsverfestigung ausgeführt werden soll, kann der Programmierer 240 zusätzlich die Steuervorrichtungen 234 bis 236 zusätzlich so steuern, daß jede die erforderliche erhöht· Abkühltemperatur 260° 0-316° 0 (500 ⁰F- 600° F) für den nötigen zusätzlichen Zeitraum (5 Stunden) vor der Formherunterkühlung und der Gußentfernung aufrechterhält· Wenn der vollendete dünnwandige durch Richtungsverfestigung gebildete Guß aus der Formbaugruppe 203 mit der vorgewählten Minimaltemperatur und vor irgendwelcher Abkühlung entfernt werden soll, wirkt der Programmierer 240 normal so, um den

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Apparat nach Fig· 10 *Φ? eine Formerhitsung mid Bichtungsverfestigungßsteuerungewiederholungefolge su konditionieren.

Fig· 12 zeigt eine Foraeinrichtung in einer Aueführung 30O₉ die ohne eine getrennte Gießeinrichtung, z. B. wie die Anlage 11 nach Fig. 1, für den Glefizweck geschmolzenen Metallee in dünnwandige Gußgeetaltungen benutzt werden kann· Die Einrichtung 300 enthält Blemente, die zur Ausführung dee Metallschnelzena in der Umgebung in Innern des Gehäuses notwendig sind« welches ans den Körper 301 und dem entfernbaren Deekel 302 bestellt· Sine kombinierte form- und Schmelstiegelbangruppe 303 ist in der Einrichtung 300 enthalten und wird τοη des träger 304 getragen, der auf dem Einriohtungslmienboden angeordnet ist« Eine Kühlwaeserkammer 305 »chließt den Boden des Behälterteilee 506 der Baugruppe 305 ab und trägt die Gießf ormh&lf ten 507 und 508 sowohl wie die Tiegelauekleidungeglieder 509· Die Formhälften 507 und 508 in der Einrichtung nach Fig· 12 sind vorzugsweise in richtiger Besiehung zueinander ι s· B. durch Glasfasergewebe 310 umwickelt oder befestigt und sind dann in dem Behälter 306 in dem erforderlichen verbundenen Zustand durch ein körniges Mittel 311t solchem wie der vorerwähnte Zirkonsand abgestützt

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oder verpackt. Der innere Gufihohlraum der verbundenen Formhälften 307 und 306 hat eine dünnwandige Gießgestalt, d. h. eine solche, die sie beispielsweise der Aufienfora des Flugzeugkonstruktionsgliedes 211 nach Fig· 11 entspricht· Der Forminnenhohlraum ist auch im wesentlichen in einer vertikalen Richtung orientiert und ist direkt mit einem obersten Formtrichterbereich 312 ohne die Notwendigkeit eines Zwischen- oder zusammenwirkenden Formsteigerbereiches verbunden· Ein verhältnismäßig feingewebtes Graphitgewebe 313 1st am Eingang zu dem Trichterbereich 312 angeordnet und dient dazu, die Gußmetallcharge abzustützen, die in der Tiegelauskleidung enthalten ist, die für das Glied 309 angeordnet ist. Wie in dem Falle der Formhälften 307 und 308 kann ein körniges feuerfestes Medium, wie 311t dazu benutzt werden, die Tiegelelemente 309 i» richtig vereinigt in dem Behälter 306 zu verpacken· Die Formbaugruppe 303 ist im Innern von elektrischen Widerstandsheiselementen 314» 315 angeordnet, die durch die Tragkonstruktion 316 getragen werden· Das elektrische fiderstandsheizelement 314 1st dem Bereich der Jormhälften 307 und 308 zugeordnet· Das Heizelement 315 ist angrenzend an den Bereich des Schmelz tie gele 309 an-

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geordnet· Die Baugruppe 303 und die zugeordneten angrenzenden Heizelemente sind ihrerseits in dem Hitzeatrahlungsschild angeordnet, der durch den Wassermantel 317 gebildet ist. Befestigungsarmaturen 318 sind ein Teil de· Behält er teiles 306 und erleichtern das Senken und Heben der Baugruppe 303 in den und aus dem Körperteil 301 nach Entfernung des Deckels 302·

Die Einrichtung 300 enthält auch die von Hand betätigte Ablaßetange 319· die sich zu dem Bereich de· Graphitgewebes 313 erstreckt und mit dem Deckel 302 in abgedichteter Beziehung zu der Einrichtungsinnenuagebung zusammenwirkt· Ears gesagt, wird die Ablaßetange 319 nach unten bewegt, um das Gewebe 313 zu durchlochen und dem geschmolzenen Metall zu gestatten, in den Trichterbereich 312 zu fließen, nachdem die Legierungeeehmelsung -vollendet worden ist· Mindestens in dem Falle von bestimmten Aluminiumlegierungen ist die Benetzungsoharakterietik geschmolzener Legierung relativ su de« Graphitgewebe 313 ausreichend, geschmolzenes Metall in de« Tiegel 309 zurückzuhalten, bis eine richtige Gieß- oder Gußti peratur erreicht worden ist«

Wie la fall· der früheren Sinrichtungsanord-

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xrangen 12 und 200 sind verschiedene Betriebsvorrichtungen mit den Elementen verbunden, die im Innern der Anlage vorhanden sind· Insbesondere sind die Wasserspeiseleitung 320 und die Wasserrückführleitung 321 teila durch das Äußere des Behälters 306 abgestützt und wirken mit der TfrvptiriihiΊτη^ν^τητη«^ 305 zusammen· Diese Leitungen sind mit geeigneten Absperrarmaturen 322 versehen und wirken mit dem Gehäusekorper 301 in abgedichteter Beziehung zusammen· Elektrische Kraftleitungen 323 und 325 sind mit den Widerstandsheizelementen 314 verbunden und sind mit dem Einrichtungskörper teil 301 abgedichtet· Ähnliche Leitungen 325 und 326, die teilweise in Tig· 12 gezeigt sind, sind mit dem Widerstandsheizt Jient 315 verbunden« Kühlwasser wird im allgemeinen dauernd an den und aus dem Wassermantel 317 mittels der Zuführ- und Bückführlei tungen 327 und 328 während des Betriebes der Einrichtung zum Umlauf gebracht· Wie im Falle der Ausrüstung nach Pig. 9 wirkt eine Umgebungegaszufuhr leitung 329 t die durch das Ventil 330 gesteuert wird, normalerweise um eine inerte Atmosphäre an das Innere der Einrichtung 300 durch Auffüllung su schaffen, nachdem ein Vakuum für Reinigungszwecke durch Wirkung der Vakuumleitung 331 und des Venti-

les 332 hergestellt worden ist· 009852/0888

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Die Einrichtungeanordnung 3KK) enthält auch im Abstand angeordnete Thermoelemente 333 bis 335» welche Elemente ein Teil der zusammenwirkenden Einrichtungssteueranordnung sind, die schematisch in Fig. 13 dargestellt ist. Diese Elemente wirken, um tatsächliche Form-Metall-Temperaturen ab zufühlen, die an den angrenzenden Formbereichen oder Zonen vorhanden sind. Das Thermoelement 336 mißt die Temperatur in dem Metall in dem Schmelztiegel 309· Wie in Flg. 13 gezeigt ist, wirken die Thermoelemente 333 - 335 (welche Elemente den Verbindungs- und Leitungselementen des Schemas nach Fig. 10 ähnlich sein können) mit der üblichen Heizvorrichtungssteuervorriohtung 337 zusammen· Das Thermoelement 336 wirkt mit der üblichen HeizvorrichtungstemperatursteuerungSTorrlchtung zusammen· Die Steuervorrichtungen 337 und 338 wirken mit üblichen Schalterbaugruppen 339 und 340 zusammen, um die Lieferung elektrischer Energie an die diesbezüglichen verbundenen Widerstandsheizelemente 314 und 315 zu steuern· Ein nichtgezeigter Transformator kann an eine geeignete Kraftquelle geschaltet sein, um als elektrische Energiequelle für den Apparat 300 zu dienen.

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Die Anordnung nach Pig. 13 enthält außerdem einen herkömmlichen Programmierer 34-1 , der aufeinanderfolgend die Steuervorrichtungen 337 und 338 programmiert und auch eine herkömmliche Steuervorrichtung 342 fur den Wasserventilschalter 34-31 um die gewünschte Metallschmelzung in dem Tiegel 309 und die nachfolgende Richtungsverfestigung des Metalles in den Ponnhälf ten 307 und 308 zu erzielen· Der Schalter 343 wirkt, wenn er betätigt wird, um das normal geschlossene Wasserrentil 344 zu offnen, welches in der Wasserzuführleitung 320 außerhalb von dem Körperteil 304 und der inneren Kühlkammer 305 angeordnet ist.

Einzelheiten des Programmausganges des Programmierers 341 für die Steuervorrichtungen 337» 338 und 342,um die erforderliche Metallschmelzung und Richtungsverfestigung des geschmolzenen Metalles in der Baugruppe 303 «u erhalten, können auf besondere Verfahrensparameterwerten beruhen, wie es in den vorerwähnten schwebenden Anmeldungen offenbart ist, welche das Gießen von wärmebehandelbaren oder vergütbaren, hochfesten Aluminium! egierungen betreffen· Während der Legierungsechmelsung und formerhitzungsphaee der Binrichtungsoperation veranlaßt der Programmierer 341 die Steuervorrichtungen 337 und 338, vorgewählte Tempe-

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raturen relativ zu der Baugruppe 303 herzustellen und aufrechtzuerhalten. Die Steuervorrichtung 337 ζ· Β· betätigt den Schalter 3391 um eine Formtemperatur im Bereich von 649° 0 - 677° 0 (1200° F - 1250° F) durch Regulierung des Heizelementes 514 ansprechend auf die Mini mn! temperatur herzustellen und aufrechtzuerhalten, die durch irgendeines der Thermoelemente 333 bis 335 entdeckt ist. Die Steuervorrichtung 338 betätigt den Schalter 340_f um eine erforderliche minimale Temperatur, des geschmolzenen Metalles vor dem Gießen in dem Bereich von 677° 0 - 732° 0 (1250° W -1350° F) beispielsweise mittels des Widerstandheizeleaentes 315 und ansprechend auf Temperaturen herzustellen, und aufrechtzuerhalten, die durch das Thermoelement 336 gefühlt werden. Wenn die erforderlichen Temperaturen erreicht worden sind, wie durch eine nichtgezeigte herkömmliche zugeordnete Temperaturinstrumenteneinrichtung ersichtlich gemacht wird, kann die Ablaßstange 319 betätigt werden, um das Graphit gewebe 313 zu durchloohen und das geschmolzene Metall zu veranlassen, in die Formhälften 307 und 308 zu fließen, um die Innere dünnwandige Formhöhlung und auch den angrenzenden Trichter-

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bereich 312 zu füllen. Wenn die Formhälften 307 und einschließlich des Trichterbereiches 312 mit geschmolzenem Metall gefüllt sind, wirkt der Programmierer 341, um die Steuervorrichtung 342 zu veranlassen, das Wasserventil 344- zu öffnen, um die Richtungsverfestigung einzuleiten, und die Steuervorrichtung 337 zu veranlassen, den Schalter 339 zu öffnen. Danach wirkt die Steuervorrichtung 337t um den Schalter 339 ansprechend auf die Miηi»al temperatur in den Ziyklus zu bringen, die durch irgendeines der Thermoelemente 333 bis 335 entdeckt ist, um eine vorgewählte Minimal temperatur (z. B. eine Temperatur in dem Bereich von 260° 0-316° 0 (500° P - 600° P) während der RicL ^»verfestigung aufrechtzuerhalten. Die Steuervorrichtung 338 wirkt, um den Schalter 340 bei einer Steuertemperatur von annähernd der Metallgießtemperatur 677° 0 (1250° P) in den Zyklus zu bringen bis zu der Zelt, wenn die vorgewählte Metall-Porm-Minimaltemperatur durch jedes der Thermoelemente 333 bis 335 entdeckt ist· Wenn die Richtungsverfestigung vollendet ist, (wie durch Entdeckung der Minimalmetall-Form-Temperatur an jedem der Elemente 333 bis 335 offenbart wird) dann wirkt der Programmierer 341 normal durch die Steuervorrich

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tung 342 und den Schalter 343» um das Wasserventil su schließen. Wenn die Abkühlung des Gusses in den Formhälften 307 und 308 nachfolgend zu der Richtungeverfestigung ausgeführt werden SoIl₁ kann der Programmierer 341 zusätzlich die Steuervorrichtungen und 338 steuern, um die geforderte erhöhte Abkühlung«- temperatur z. B. 260° 0-316° 0 (500° F - 600° F) für den erforderlichen zusätzlichen Zeitraum (s· B. 5 Stunden) vor der Formabkühlung und der GuBentfernung aufrechtzuerhalten· Wenn der vollendete dünnwandige durch Richtungeverfestigung geformte GuB aus den Formhälf ten 307 und 308 bei der vorgewählten llinimal-lletall-Formtemperatur entfernt werden soll, sollte der Programmierer 341 so wirken» um die Vorrichtung 300 für eine wiederholte Steuerungsfolge des Ifotallsohmelzene» der Formerhitzung und der Riehtungsverf es t igung su steuern·

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Claims (1)

1. - 41 Patentansprüche

   1. Vorrichtung zur Richtungsverfestigung geschmolzenen Metalles in eine dünnwandige Gestalt, die einen Formfaktor im wesentlichen im Überschuß von 100 hat, gekennzeichnet durch die Kombination

   a) einer Formeinrichtung (12) mit einem Innenhohlraum mit einem dünnwandigen Gestaltteil eines Formfaktors im
   wesentlichen im Überschuß von 100, der in einer im
   wesentlichen vertikalen Richtung orientiert ist und mit einem Eingußformteil, der über und in Verbindung mit dem obersten Teil des dünnwandigen Gestaltteiles angeordnet ist,

   b) einer in der Nähe des untersten Teiles des dünnwandigen Gestaltteiles des Formeinrichtungsinnenhohlraumes angeordneten Kühleinrichtung (74,75)» die von dem Eingußgestaltteil durch den dünnwandigen Gestaltteil getrennt ist und selektiv wirksam gemacht wird, um die Temperatur des in der Formeinrichtung enthaltenen geschmolzenen
   Metalles auf einer beschleunigten Grundlage durch strömendes Kühlmittel zu verringern,

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   c) einer die Formeinrichtung an dem inneren Hohlraum in Wärmeübertragungsbeziehung umgebenden Heizeinrichtung (36), die selektiv wirksam gemacht wird, um die Temperatur von angrenzenden Teilen der Formeinrichtung zu erhöhen,

   d) einer abgeschlossenen Kammereinrichtung (70,71)» welche die Formeinrichtung, die Kühleinrichtung, die Heizeinrichtung und eine Umgebung enthält, die durch einen nichtreaktiven Druck und Zusammensetzungszustand in bezug zu dem geschmolzenen Metall gesteuert wird, welches in der Formeinrichtung enthalten ist und

   β) einer Steuereinrichtung, welche selektiv die Kühleinrichtung (74»75) und die Heizeinrichtung (86) wirksam macht, um die Richtungsverfestigung des geschmolzenen Metalles zu erzielen, welches in der dünnwandigen Gestalt des Formeinrichtungsinnenhohlraumes und in den Eingußgestaltteilen und in der Umgebung der geschlossenen Kammereinrichtung enthalten ist, wobei die Steuereinrichtung die Heizeinrichtung (86) und die Kühleinrichtung (74»75) wirksam macht, um die Formeinrichtung auf eine erhöhte Temperatur über annähernd 0,8 der Temperatur des geschmolzenen Metallee zu erhitzen, welohes in die Pormeinriohtung gegossen werden soll, zu der Zeit

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   des Gießens geschmolzenen Metalles in die dünnwandige Gestalt des Formeinrichtungsinnenhohlraumes sowie die Eingußgestaltteile und um danach richtungBmäßig den geschmolzenen Metallguß in der Formeinriehtung mit erhöhter Temperatur zuerst in dem Formeinrichtungsinnenhohlraum fortschreitend von dem untersten Teil des dünnwandigen Gestaltteiles zu dem obersten Teil des dünnwandigen Gestaltteiles und dann in den Eingußgestaltteil des Formeinrichtungsinnenhohlraumes zu verfestigen. ^w

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung aus einer Mehrzahl von getrennten Heizelementen (213-215) besteht, von denen jedes selektiv durch die Steuereinrichtung wirksam gemacht werden kann und jedes in einer verschiedenen Zone von aufeinanderfolgenden Zonen angeordnet ist, die das vertikale Ausmaß dea Formeinrichtungsinnenhohlraumes umfassen, wobei die Steuerein- Λ richtung zuerst gleichzeitig jedes der Heizelemente aktiviert, während die Kühleinrichtung (205,226) in einem unwirksamen Zustand gehalten ist, um die Formeinrichtung auf die erhöhte Formeinrichtungstemperatur zur Gießzeit geschmolzenen Metalles in den Formeinrichtungsinnenhohlraum aufzuheizen und wobei die Steuereinrichtung danach gleichzeitig die Kühleinrichtung

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   wirksam macht, während wahlweise die Heizelemente (213-215) fortschreitend von dem Heizelement (213) unwirksam gemacht werden, welches der nächstliegenden Zone des untersten Teiles des dünnwandigen Gestaltteiles des Formeinriohtungsinnenhohlraumes zugeordnet ist, zu dem Heizelement, welches der nächstliegenden Zone des Trichtergestaltteiles des Formeinrichtungsinnenhohlraumes zugeordnet ist, um aufeinanderfolgende Perioden zu bestimmen, um geschmolzenen Metallguß in der Formeinrichtung richtungsmäßig zu verfestigen·

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung Thermoelemente (231-233) enthält, von denen jedes die Formeinrichtungstemperatur an einer verschiedenen Zone der aufeinanderfolgenden Zonen abfühlt, wobei die Thermoelemente die Dauer jeder der bestimmten aufeinanderfolgenden Perioden der selektiven Unwirksammachung der Heizelemente als Abfühlungser.gebnis einer vorgewählten Minimaltemperatur bestimmen und die Steuereinrichtung veranlassen, zyklisch jedes der Heizelemente (213-215) wirksam zu machen und die zugeordneten Zonen der Formeinrichtung während der Hichtungsverfestigung dee geschmolzenen Metalles in der Formeinrichtung auf der vorgewählten Minimaltemperatur zu halten sowie nach individueller HelzelementbestimmUngs-

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   Periode die Unwirksammachung durch die Steuereinrichtung.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3$ dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung die Kühleinrichtung, nachdem der geschmolzene Metallguß in der Formeinrichtung richtungsmäßig verfestigt worden ist, unwirksam machen kann, wobei die Steuereinrichtung zyklisch jedes der Heizelemente (213-215) wirksam macht, um die lOrmeinrichtung auf der vorgewählten Minimaltemperatur zu halten, nachdem die Kühleinrichtung unwirksam gemacht worden ist.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Strahlungsschildeinrichtung (216) in der geschlossenen Kammer enthalten ist, welche Strahlungsschildeinrichtung die Pormeinrichtung und die Heizeinrichtung über das vertikale Ausmaß des i'ormeinrichtungsinnenhohlraumes umgibt.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß di-e Heizeinrichtung aus einem ersten Heizelement (3H) besteht, welches selektiv durch die Steuereinrichtung wirksam gemacht wird und in einer ersten Zone angeordnet ist, die sich im wesentlichen über das vertikale Ausmaß des lOrmeinriohtungsinnenhohlraumes erstreckt, und aus einem zweiten

   Heizelement (315)» welches selektiv durch die Steuereln-. richtung wirksam gemacht wird uniin einer zweiten angrenzend zu und über der ersten Zone angeordnet 1st, v/o bei die Steuereinrichtung zuerst wenigstens das erste Heizelement aktiviert, während die Kühleinrichtung in einem unwirksamen Zustand gehalten wird, um mindestens Wärme an die Fqrmeiririchtung auf die erhöhte Temperatur der Formeinrichtung zu dem Zeitpunkt des Gießens geschmolzenen Metalles in den Formeinrichtungsinnenhohlraum zu erteilen und wobei die Steuereinrichtung danach die Kühleinrichtung wirksam macht, während wahlweise das zweite Heizelement (315) aktiviert und das erste Heizelement (314) für eine bestimmte Zeitperiode unwirksam gemacht wird, um den geschmolzenen Metallguß in der Formeinrichtung richtungsmäßig zu verfestigen.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein Thermoelement (333) enthält, welches die durch das erste Heizelement (314) in der ersten Zone hergestellte Formeinrichtungstemperatur abfühlt, wobei dieses Thermoelement die Sauer der Bestimmungsperiode der selektiven Unwirksammaohung des ersten Heizelementes als eine Folge der Abfühlung einer vorgewählten Minimaltemperatur bestimmt und die Steuereinrichtung veranlaßt, das erste Heizelement

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   zyklisch zu aktivieren, um die Pormeinrichtung während der Hichtungsverfestigung des geschmolzenen l.ietalles in der Forineinrichtung auf der vorgewählten Minimaltemperatur zu halten, sov/ie nach der ersten Heizelementbestimmungsperiode die Unwirksammachung durch die Steuereinrichtung.

   Ö. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung aus einem ersten Heizelement (314) besteht, welches selektiv durch die Steuereinrichtung wirksam gemacht wird und in einer ersten Zone angeordnet ist, die sich im wesentlichen über das vertikale Ausmaß des Formeinrichtungsinneniiohlraumes erstreckt, sowie einem zweiten Heizelement (i15), welches selektiv durch die Steuereinrichtung wirksam gemacht wird und in einer zweiten an die erste Zone angrenzende und darüberliegende Zone angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung zuerst die ersten und zweiten Heizelemente aktiviert, während die Kühleinrichtung in einem unwirksamen Zustand gehalten wird, um mindestens teilweise die Formeinrichtung auf die genannte erhöhte Temperatur der Formeinrichtung zu dem Zeitpunkt des Gießens geschmolzenen Lletalles in den Form einri chtungsinnenhohlraum zu heizen und wobei die Steuereinrichtung nachfolgend die Kühleinrichtung

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   unwirksam macht, während selektiv die ersten und zweiten Heizelemente fortschreitend von dem ersten Heizelement (3H) zu dem zweiten Heizelement (315) unwirksam gemacht werden, um aufeinanderfolgende Perioden zur riohtungsmäßigen Verfestigung des geschmolzenen Metallgusses in der Formeinrichtung zu bestimmen. ..

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein Thermoelement (333) enthält, welches die Formeinrichtungstemperatur fühlt, die durch das erste Heizelement (3H) in der ersten Zone hergestellt ist, wobei das Thermoelement die Dauer der Bestimmungsperiode der selektiven Wirkeammaohung des ersten Heizelementes als Folge des Abfühlens einer vorgewählten Minimaltemperatur bestimmt und die Steuereinrichtung veranlaßt, zyklisch dieses erste Heizelement (3H) zu aktivieren, um die Formeinrichtung während der Riohtungsverfestigung des geschmolzenen Metalles in der Formeinrichtung auf der vorgewählten Minimaltemperatur zu halten·

   10. Vorrichtung nach Anspruch 91 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung selektiv das zweite Heiaelement (315) naoh einer Bestimmungeperiode unwirksam maoht, die als Ergebnis des Abfühlene der vorgewählten Minimaltemperatur bestimmt ist,

   wobei diese vorgewählte Minimaltemperatur Thermoelement abgefühlt wird.

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