DE1758774A1 - Schleudergussvorrichtung - Google Patents

Description

ALEXANDER R. HERZFELD 6 Frankfurt a.m. w

RECHTSANWALT so phienstrasse53

BEI DEM LANDGERICHT FRANKFURT AM MAIN

Abmelder: United States Atomic Energy Commission Washington D. C, USA

Schleudergussvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine an einen Schmelztiegel angeschlossene Schleudergussvorrichtung.

Bei der Erstarrung sich zusammenziehende» Schmelzmassen, wie z. B. geschmolzenes Beryl, sind schwer zu giessen, da bei der Erstarrung des Gusstücks Risse, Hohlräume und andere Fehler entstehen. Beim stationären Guss kann hier durch Isolierung der Seitenwände der Gussform und eine das Erstarren gleichmassig von unten nach oben bewirkende Bodenkühlung Abhilfe geschaffen werden« Ferner kann hier zusätzliches Schmelzmaterial I oberhalb des Gusstücks bereitgehalten und im Zuge der Erstarrungsschrumpfung in die Form nachgefüllt werden.

Beim Schleuderguss sind diese Massnahmen dagegen nicht möglich, da die Schmelzmasse zuerst auf den Formboden auftrifft und dann an die Seitenwände der Form geschleudert wird. Zusätzliches Schmelzmaterial würde hier in das normalerweise leere Zentrum des Gusstücke fallen. Eine Kühlung nur der Seitenwände führt aber zur Rissebildung oder zum sogenannten Heiss-

109810/0729 - 2 -

GIROKONTO 480/6«S3 DIUT(CHI IANK A.C. I¹KANKI¹UHT A, M. · rOITICHtCK FRANKFURT A.M. «4IOI

ORIGINAL INSPECTED

reissen infolge des zwischen der Formwand und der Innenfläche des Gusstücks auftretenden Temperaturgefalles.

Hinzu kommt, dass die gegenseitige Beaufschlagung der Innenflächen des Gusstücks mit Strahl ungswäxme den Erstarrungsvorgang verlangsamt, was zur Vergrösserung des Kornbildung und damit einer Beeinträchtigung der Festigkeit führt. Ferner wird durch die verlangsamte Abkühlung das bereits erwähnte Heissreissen und Ausbildung bei der Metallbearbeitung begünstigt. Viele Metalle, wie z. B. Aluminium werden auch bei fehlender Erstarrungsechrumpfung durch die Gpösse des gebildeten K₀rn8 und Heissreissen ungünstig beeinflusst.

Dies ist besonders bedauerlich, da der Schleuderguss an sich zur Erzeugung von Hohlstücken mit offenen Enden wie Zylindern, Kegeln, K_egelstumpfförmigen Stücken und dergleichen, oder bei Wandstärken, die für andere Giessverfahren zu klein sind, oder schliesslich zum Giessen von NE-Metallen, wie z. B. Beryl, " Präzisionsstücken oder nahtlosen Teilen besonders vorteilhaft ist. Die Erfindung hat eine Schleudergussvorrichtung zur Aufgabe , mit der Gusstücke mit kleineren K_orngrössen und geringeren Risse- und Fehlerbildungen unter Vermeidung ungleichmässiger oder zu schneller Abkühlung erzeugt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Schleudergussvorrichtung mit einem Tiegel zur Aufnahme des Schmelzgutes, einer diesen umgebenden Heizvorrichtung und einer in der Nähe des Tiegels angeordneten Schleuderform.bei der erfindungsgemäss ein Wäm·-

109810/0729

abzug kpnzentrisch zu und im Abstand von dem in der Schleuderform gebildeten Gusstück und Abkühlungsrege !mittel zur Einstellung des Wärmedurchsatzes durch die Schleuderformwandungenum die Schleuderform herum angeordnet sind»

Damit wird eine gleichmässige Abkühlung und Erstarrung des Gusstücks von innen und aussen gewährleistet. Durch Regelung der Oberflächenerstarrung des Gusstücks und Ausschaltung der gegenseitigen Beaufschlagung der Innenflächen des Gusstücks mit Strahlungswärme wird ein Gusstück mit kleiner K_orngrösse und grosser Festigkeit erzielt. Ferner wird beim Guss ein Heissreissen oder Aufbrechen vermieden und dadurch die weitere Bearbeitung erleichtert. Die Vorrichtung ist infolge dieser Tortur
teile nicht'zum Giessen von Beryl geeignet, sondern stellt auch für den Guss weiterer Metalle, wie z. B. Aluminium, oder sonstige Metalle mit kritischer Wärmeübertragung bei der E_rstarrung einen technischen Fortschritt dar.

Die Zeichnung zeigt die erfindungsgemässe Schleudergussvorrichtung im Längsschnitt.

Die Schleudergussvorrichtung entsprechend der Z_eichnung enthält einen zur Aufnahme des S_chmelzguts bestimmten Tiegel 11 mit einer z. B. aus einer feuerfesten Schicht 14 und einer Graphitschicht 13 bestehenden Abdeckung 12_β Der Schmelzfluss durch die am Tiegelboden angebrachte Auslauföffnung 16 lässt sich durch den mittig angeordneten, stabförmigen Verschluss regeln* Der Tiegel kann von einem seitlich durch den feuer-

109810/0729

festen Zylinder 18 abgestützten M_antel 17 aus feuerfestem Stein bzw. Schamott umgeben sein und ist z. B. mit der einen Teil #ines Vakuuminduktionsofens bildenden elektrischen Heizvorrichtung versehen.

Bin ζ» B. aus Metall bestehendes Gehäuse 20, das die Wände eines Vakuuminduktionsofens bilden kann, trägt mit seinen seitlichen Vorsprüngen 21 den Tiegel 11 und die übrigen, fest angeordneten Teile der Vorrichung. Zwischen dem unteren Teil des ^ Tiegels und den Vorsprüngen sitzt der starre Passring 22 und der dazwischenliegende feuerfeste Isolierring 23*

In einem am Tiegelboden befestigten, durch die feuerfeste Schicht 26 isolierten Ring 25 aus M_etall oder anderem M_ateried. ist der Wärmeabzug 24 hängend abgestützt. N_ach weiterer gün·*- stiger Ausgestaltung der Erfindung weist der Wärmeabzug die einen Kühlkanal 29 bildenden doppelten Zylinderwände 27 und auf. Über die öffnungen 30 und 31 kann sodann ein geeignetes . Kühlmittel, z„ B. Wasser, durch den K_anal 29 gepumpt werden, und durch entsprechende Einstellung der Pumpleistung, z. B. Auslegung der Leitungen und ein Ventil 41, lässt sich der Wärmedurchsatz durch die Wärmeabzugsvorrichtung regeln. Durch nicht gezeigte, im Kanal 29 angeordnete Leitblech© _:i kann der Umlauf des Kühlmittels verbessert werden.

Die Schleuderform 32 weist eine mit einem zur Durchführung zumindest eines Teils des Wärmeabzugs 24 geeigneten, mittigen Ausschnitt 34 versehene Abdeckung 33 auf und wird durch den

109810/0729 ₅

_₅ _ · 175877A

Motor 35 über die Welle 36 und die Grundplatte 37 angetrieben, so dass sich das mit 40 bezeichnete Gusstück auf den senkrechten Wandteilen der Form 32 bildet. Die Form 32 und der Wärmeabzug 24 sind vorzugsweise mit zusammenfallenden Längsachsen angeordnet, so dass jeder Punkt auf der Innuenflache des Gussstücks den gleichen Abstand von dem eine gleichmässige Abkühlung und eine Verminderung unerwünschter gegenseitiger Wärmebeaufschlagung der Gusstückinnenflächen gewährleistenden Wärmeabzug w 24 besitzt·

Eine fest angeordnete, im Temperaturbereich von Zimmertemperatur bis ca. 1000° über eine einstellbare Energiequelle 42 regel bare Heizvorrichtung 38 kann um den Umfang der Schleuderform angeordnet und von einem nicht gezeigten Stütz- und Tragschild 39 umgeben sein. Eine nichtelektrische Heizvorrichtung kann ebenfalls verwendet werden, wobei jedoch die Temperaturregelung schwieriger wird. Der Wärmefluss von den Wänden der Form 32 lässt sich durch einen auf den Innenflächen des nicht gezeigten Schutzschilds angebrachten, schwarzen Wärmestrahlungskörper regeln.

Die Auswahl des Baumaterials ist an sich nicht kritisch und liegt im Bereich des fachmännischen Könnens. Tiegel, Schleuderform und Abdeckung können z. B. aus Graphit bestehen. Soll Beryl gegossen werden, so muss zur Vermeidung einer Umsetzung mit dem Graphit auf dieses eine Schicht von BeO - BeSO^ aufgespritzt und eingebrannt werden. Der stabförmige Verschluss 15

109810/0729 - 6 -

kann afls Al₂Oz oder einem anderen harten, gussfähigen, feuerfesten Material, wie z. B. TiO₂» S_chamott, SiO bestehen, das die erforderliche Temperaturfestigkeit ("bei Bereylguss ca. 1500°) besitzt.

Der Wärmeabzug kann aus Graphit oder anderem Material, vorzugsweise aber aus dem infolge seiner guten Wärmeleitfähigkeit und leichten Verarbeitbarkeit günstigen K₁₁Pfer bestehen. Er ist günstigerweise von kreisförmigem, der Schleuderform entsprechenden Querschnitt; in diesem Fall liegen die Innenflächen des Wärmeabzugs so dicht wie möglich an den Innenflächen des Gussstücks, so dass die gegenseitige Strahlungsbeaufschlagung auf ein Mindestmass beschränkt bleibt. Anstelle verschiedener geometrischer Ausbildung des Wärmeabzugs kann eine Fertigung nur von Zylindern verschiedener Abmessungen günstig sein, obwohl nichtzylindrische Wärmeabzüge bei etwas vermindertem Wirkungsgrad an sich möglich sind. Günstig ist es auch, wenn sowohl Abzug wie Schleuderform die gleiche geometrische Form aufwei-" sen.

Ein mit der erfindungsgemässen Vorrichtung durchgeführter Schleuderguss verläuft beispielsweise folgendermassen: rohes Berylmetall oder B_erylschrott wird in de» ei» Vakuuminduktionsofen befindlichen, mit dem Stab 16 verschlossenen Tiegel gegeben und dieser mit dem Deckel 12 verschlossen und mit dem feuerfesten Material 17 umgeben. Zur Vermeidung der Oxydation der Berylschmelze befindet sich die gesamte Anord-

109810/0729 " ⁷ "

nung günstigerweise im V_akuum. Nunmehr wird die Heizvorrichtung eingeschaltet und das Metall über seinen Schmelzpunkt zur Erschmelzung der gesamten Beschickung auf ca. 1450° erhitzte Kurz vor dem Guss kann zur Vermeidung der Gussuberhitzung die Temperatur auf ca. 1350° gesenkt werden. Vor Beschickung der Schleuderform 32 mit der Schmelze wird der Motor angelassen und auf eine Drehzahl von z. B. 1000 Umdrehungen pro Minute gebracht. Hierauf wird der Verschlusstab langsam angehoben und die Schmelzmasse zur Vermeidung des Aufspritzens auf den Wärmeabzug 24 vorsichtig in die umlaufende Form gelassen, worauf der Guss 40 entsteht. Nach Abkühlung auf etwa 1000° wird ein träges Gas, z.B. Helium in das V_akuum eingeführt und damit die weitere Abkühlung beschleunigt.

Die Messung der angegebenen Temperaturen erfolgt z.B. mit einem über geeignete, nicht dargestellte öffnungen in den Ofen eingeführten Pyrometer, -

Die Abkühlung des Gusstücks wird durch Einstellung der Energie- I quelle 42 und damit der Heizvorrichtung, und dadurch bewirkte Regelung des Wärmedurchsatzes durch die S_chleuderformwandüngen möglichst gleichmässig gestaltet. Darüberhinaus kann auch die Abkühlung der Innenflächen des Gusstücks 40 durch geregelten Kühlmitteldurchlauf durch den Kühlkanal bei eingestellter Temperatur geregelt werden.

- 8 109810/0729

Abwandlungen sind möglich. So kann z. B. anstelle der doppelwandigen Ausbildung des Wärmeabzugs dessen Wand durchgehend " sein, wobei jedoch infolge stärkerer Erhitzung des Abzugs die gleichmässige Kühlung erschwert wird. Weiter kann die Abkühlung der Aussenwand der Schleuderform durch Lageänderung der Form selbst gegenüber der Heizvorrichtung 19, z. B. durch Längsverschiebung des Antriebs 35 für einen bestimmten Gussvorgang eingestellt werden; eine Regelung während des Gusses ist dann allerdings nicht möglich. Eine genauere Temperaturregelung und damit die sicherere V_ermeidung von Rissen wird also durch Verwendung der Heizvorrichtung gewährleistet. Die Schleuderform kann entweder in der dargestellten W_eise um eine Senkrechte, oder auch um eine waagerechte Achse umlaufen* Bei waagerechter Anordnung kann der Tiegel seitlich der Schleuderform aufgestellt werden und die Schmelze auf die zylindrischen Innenwände der Form gelangen. Anstelle der dargestellten festen Anordnung auf einem Tragglied kann der Wärmeabzug auch mit dem S_chleudergussantrieb umlaufen und mit diesem verbunden sein.

Mit der beschriebenen Vorrichtung wurden z.B. Berylgusstücke in Hohl zylinderform mit einer Wandstärke bis zu 38 um gegossen. Demgegenüber wurden mit bekannten Vorrichtungen lediglich Wandstärken von 6 mm erzielt, während bei grösserer Wandstärke die auftretenden Rissebildungen zum Ausschuss führten. Erfindungsgemäss wurden als B_eispiel Gusstücke mit Längen von 33 ca und Durchmessern von 28 cn gefertigt. Grossere Stücke sind möglich.

109810/0729 ^: '⁴

Claims (3)

Patentansprüche

1. Schleudergussvorrichtung mit einem Tiegel zur Aufnahme des Schmelzgutes, einer diesen umgebenden Heizvorrichtung und einer in der Nähe des Tiegels angeordneten Schleuderform, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeabzug (24) konzentrisch zu und im Abstand von dem in der Schleuderform (32) gebildeten Guasstück und Abkühlungsregelaittel(38, 42) zur Einstellung des Wärmedurchsatzes durch die Schleuderformwandungen um die Schleuderform herum angeordnet pind,

2. Schleudergusevorrichtung g#mäes Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabzug »it Regelaitteln (29) asur Bin.··* stellung eines diesen durchfliegenden Kühliiittele versehen

3. Schleudergussvorrichtung gemäss Anspruch 2, dadurch gekenn~ zeichnet, dass der Wärmeabzug einen mit doppelten, einen Kühlkanal bildenden Wandungeteilen (27, 28) sowie Ein- und Auslass öffnungen (30, 31) versehen ist.

4· Schleudergussvorrichtung gemäss Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlungsregelmittel aus einer mit einam Kegler versehenen, die Schleuderform umgebenden, elektrischen Heilvorrichtung beeteh*en.

1Ö0Ö10/0729

iff

Leerseite

■·■*>■?&■··''