DE1946745C3 - Verfahren und Vorrichtung für den Schleuderguß von Metallteilen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung von vorzugsweise aus besonders leicht oxydierenden Legierungen bestehenden Metallkörpern im Schleudergußverfahren.

Es ist bekannt, daß beim Einführen einer oxydierbare Elemente enthaltenden flüssigen Legierung in eine Form, die sich mit hoher Geschwindigkeit um ihre Achse dreht, Wirbel, Turbulenzen und Zerstäubungen entstehen, die sich besonders nachteilig auswirken, wenn ein einwandfreies Stück ohne Makro- oder Mikroeinschlüsse von unlöslichen Oxyden hergestellt werden soll. Bei dem statischen Guß werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß die flüssigen Metalle aus einer Quelle in die Gußformen eingeführt werden.

Beim Schleuderguß wird dagegen im allgemeinen unterstellt, daß er für bestimmte sehr leicht oxydierende Legierungsarten nicht verwendet werden kann.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden, indem ein neues Verfahren angewendet wird, mit dem sogar sehr leicht oxydierende flüssige Metallegierungen im Schleuderguß verarbeitet werden können. Auf diese Weise lassen sich alle Vorteile des Schleudergusses (verbesserte mechanische und metallographische Eigenschaften der fertigen Stücke) ausnutzen, ohne daß die Gefahr einer Oxydation besteht. Das erfindungsgemäße Verfahren für den Schleuderguß von Metallteilen in einer um eine vertikale Achse drehbaren horizontalen Drehkokille, in deren mittleren Teil das flüssige Metall eintritt, besteht darin, daß eine mittlere Aushöhlung aufgeheizt wird, die das flüssige Metall aufnimmt, welches ohne Turbulenzbildung durch die Wirkung der Zentrifugalkraft in den eigentlichen Formungsbereich der Drehkokille geleitet wird.

Gemäß einem ersten möglichen Ausführungsbeispiel bleibt die Kokille während des Gießvorgangs und im Anschluß daran so lunge unbewegt, bis die Oberfläche des Bades glatt und ruhig ist. Dann werden die oben schwimmenden Oxyde abgeschöpft, wonach die Kokil- <\s Ie in Drehung versetzt wird.

Nach dem Abschöpfen ist also bis zu dem Augenblick, wo die Drehung der Kokille einsetzt, genügend Zeit vorhanden, um das flüssige Metall einer beliebigen bekannten Vorbehandlung zu unterziehen, während die mittlere Aushöhlung ständig beheizt wird. Folglich kann diese Behandlung, wie beispielsweise eine chemische Raffination, das Durchleiten eines neutralen Gases oder eine Entgasung im Vakuum, unter den günstigsten Bedingungen vorgenommen werden.

Gemäß einem anderen abgewandelten Ausführungsbeispiel wird die Kokille während der Zuführung von flüssigem Metall gedreht, und zwar erfolgt die Zuführung aus einer Quelle durch den mittleren Teil der aufgeheizten Aushöhlung. Hierbei kann das Metall durch ein bewegliches vertikales Rohr herangeführt werden, dessen unteres Ende in die mittlere Aushöhlung hineinragt, während der Boden der Form mit strahlenförmig vom Mittelpunkt zum äußeren Formungsbereich verlaufenden Kanälen oder Rippen versehen ist. Das Metall kann auch aus einer Quelle ansteigend in einem mittleren, sich nach oben erweiternden Rohr zugeführt werden, wobei sich über der Mitte der Formkokille ein Metallaufsatz mit feuerfesten Innenwänden erhebt. Dieser bildet einen Gießkopf, in dem sich die Oxyde nach Beendigung der Zentrifugierung sammeln. Durch Zentrifugierung kann also eine kompakte Metallplatte gegossen werden, wobei Kanäle oder Rippen strahlenförmig von der Mitte des Formbodens zum äußeren Formungsbereich verlaufen.

Auf alle Fälle ist es vorteilhaft, den oberen Bereich der Form wählend des Gießvorganges über ein Drehgelenk bzw. ein drehbares Kupplungsstück mit einer Ansaug- und Entgasungsleitung zu verbinden.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die mittlere Aushöhlung während des Gießvorganges ständig derart beheizt, daß die Temperatur derjenigen des in diese Aushöhlung einfließenden Metalls entspricht oder darüber liegt, so daß bei einer Mindesttemperatur aus einer Quelle gegossen und das Metall in der Aushöhlung aufgeheizt werden kann, wodurch erreicht wird, daß die Zuführung bei einer für den äußeren Rand des sich drehenden Formungsbereiches geeigneten Temperatur und bei einer für die Ausnehmung des herzustellenden Teils höheren Temperatur erfolgt. Um die Geschwindigkeit, mit der das Metall aus der Aushöhlung in den äußeren Formungsbereich geleitet wird, jederzeit bestimmen zu können, wird außerdem die Drehgeschwindigkeit des Formungsbereichs über eine Einstellvorrichtung geregelt, während die Form der mittleren Aushöhlung von steilen Wänden bestimmt wird. Insbesondere läßt sich so das Metall schnell und in einem Schub in die mittlere Aushöhlung gießen, woraufhin die Füllvorrichtung entfernt und die Drehgeschwindigkeit der schon gefüllten Form gemäß einem bestimmten Programm entsprechend abgeändert wird.

In einem ersten Fall wird die Form in einem möglichst weitgehenden Vakuum aus einer Quelle über einen ansteigenden Kanal versorgt, wobei das Metall dem Einfluß des Vakuums ausgesetzt wird, um es vor und während der beginnenden Drehbewegung der Form vollständig zu entgasen. Anschließend wird die Zuführungsleitung für das Metall geschlossen und die Form unter Aufrechicrhaltung des Vakuums in Drehung versetzt.

In einem /weilen Fall wird das geschmolzene Metall aus einer Quelle über einen ansteigenden Kanal zugeführt, indem es durch das absolute Vakuum hochgcpreßi wird, wobei während des Ansteigens eine Entgasung des Metalls stattfindet. Dann wird das Vakuum

abgesperrt, wodurch eine zuvor in der Mitte der Aushöhlung angeordnete Blindklappe nach unten fällt, und die Form beginnt sich zu drehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Füllraums mit Rippen oder Kanälen versehen ist, die strahlenförmig von der mittleren Achse zum äußeren Formungsbereich führen und sich dort allmählich verlaufen.

Zur Erläuterung der Erfindung dient die nachfolgende Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt

F i g. 1 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kokille, die nach dem Einfüllen des flüssigen Metalls noch nicht in Bewegung ist,

F i g. 2 eine entsprechende Ansicht im Zustand der Bewegung,

F i g. 3 eine abgewandelte Form, bei der der mittlere Füllraum vollständig in das flüssige Metall eingetauchte Rippen aufweist,

Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie iV-IV aus F i g. 3.

F i g. 5 eine andere abgewandelte Form mit hcrausragenden Rippen,

F i g. 6 eine zusätzliche abgewandelt» Form, bei der der Füllraum ringförmig ist, damit Teile mit großem Durchmesser gegossen werden können,

F i g. 7 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der für die Herstellung einer Metallplatte im Schleudergußverfahren die Zuführung aus einer Quelle durch den unteren Teil der Kokille erfolgt.

F i g. 8 den abgewandelten Querschnitt eines der radialen Kanäle,

F i g. 9 eine Draufsicht auf diese Kanäle,

F i g. 10 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Anordnungsform der Kanäle im Boden der Kokille,

F i g. 11 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Querschnitts durch die radialen Kanäle.

Fi g. 12 ein anderes abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem der Kanal in einen auswechselbaren Lehmeinsatz eingelassen ist,

Fig. 13 die Art und Weise, in der das für den Guß einer Platte bestimmte Metall eingefüllt wird,

F i g. 14 eine Zuführungsanordnung aus einer Quelle, wobei im oberen Teil durch Vakuum angesaugt wird.

Fig. 15 und 16 zwei aufeinanderfolgende Phasen, wenn die Zuführung aus einer Quelle durch den oberen Teil der sich drehenden Kokille erfolgt,

Fig. 17 detaillierter die Schleudergußherstellung eines hohlen Teils im Vakuum mit einer Quellenzuführung von unten,

Fi g. 18 eine Vorrichtung, die dazu dient, die Form im Vakuum von unten aus einer Quelle zu füllen,

Fig. 19 eine perspektivische Ansicht einer im Fall von F i g. 18 verwendbaren Blindklappe.

F i g. 20 eine andere abgewandelte Form für die Quellenzuführung von unten,

F i g. 21 das erfindungsgemäße Vorgehen bei der Herstellung eines Rings im Schleudergußverfahren mit einer Quellenzuführung von oben,

F i g. 22 das Prinzip, demzufolge es erfindungsgemäß möglich ist. die Augenblicksgeschwindigkeit beim Gie ßen zu steuern, indem die Drehgeschwindigkeit des Formungsbereichs variiert wird.

Fig. 23 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß gegossenen Ringes, wie beispielsweise im Fall von Fig. 21. und

F i g. 24 zum Vergleich einen massiven Ring, der im Schleuderguß mit Schnellbeförderung des Metalls in den Formungsbereich hergestellt wird.

In dem in den F i g. 1 und 2 abgebildeten Beispiel •^s wird eine auf einer unteren Welle 2 ruhende Metallkokille 1 verwendet, wobei der ganze Komplex um seine vertikale Achse 3 drehbar ist.

Der innere Boden der Kokille 1 begrenzt eine mittlere Drehaushöhlung 4. deren Wandung mit einer Schicht 5 aus feuerfestem Isoliermaterial bedeckt ist.

Der Boden dieser Aushöhlung 4 verbreitert sich nach oben und geht kontinuierlich in einen sich darüber erhebenden Formungsbereich 6 über. Dieser Fo-mungsbereich trägt eine horizontale Abdeckung 7. in deren ■5 Mitte eine große öffnung 8 eingelassen ist.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren besteht darin, daß das flüssige Metall 9 in die sich nicht bewegende Kokille 1 (F i g. 1) gegossen wird. Das Metall 9 sammelt sich auf dem vorzugsweise beheizten Boden 5 der mittleren Aushöhlung 4. Eingefüllt wird die für die Herstellung des gewünschten Stücks 10 (F i g. 2) erforderliche Metallmenge 9. Beim Gießen des flüssigen Metalls 9 (F i g. 1) werden die beim Umfüllen von leicht oxydierenden Legierungen üblicherweise ergriffenen Vor-Sichtsmaßnahmen getroffen. Wenn trotz allem irgendwelche Oxyd erzeugenden Turbulenzen entstanden sind, werden diese oben schwimmenden Oxyde abgeschöpft, bis die Oberfläche des Bades 9 sauber ist.

Dann wird die Kokille in Drehung (F i g. 2) versetzt. und die bei dieser Drehung mitbewegte flüssige Legierung ist der Fliehkraft ausgesetzt und verlagert sich nach außen ohne Entstehung von Turbulenzen beim Füllen des Formungsbereichs 6. Nach der Erstarrung erhält man das geformte Stück 10.

Wie schon erwähnt, geht die Drehoberfläche des Bodens 5 des ursprünglichen Füllraums 4 kontinuierlich in den Formungsbereich 6 der Kokille I über, deren mittlerer Bereich gekrümmt ist, so daß sich der Formungsbereich 6 ohne Entstehung von Turbulenzen füllt.
Um zu vermeiden, daß bei der einsetzenden Drehbewegung der flüssigen Legierung 9 auf Grund deren Trägheit Wirbel gebildet werden, die dadurch entstehen, daß der Boden 5 der Aushöhlung unter der Legierung gleitet, kann diese Aushöhlung 4 mit Rippen 11.?, Hb versehen werden, die auf dem Umfang verteilt sind und nach Belieben durch die Drehachse verlaufen oder nicht, zur Horizontalen geneigt sind oder nicht und geradlinig ausgerichtet sind oder nicht (F i g. 3 bis 6).

Insbesondere können die Rippen 11 so angeordnet sein, daß sie nicht die Drehachse 3 berühren und folg lich einen mittleren Raum frei lassen, wodurch das flüssige Metall 9 ohne weiteres in allen Kammern den gleichen Pegel erreichen kann, die im ursprünglichen Füllzeitpunkt durch die Rippen begrenzt werden. Die Rip- ^5S pen können so angeordnet sein, daß sie nach Einfüllung nicht über den Flüssigkeitsspiegel hinausragen (Bezugszeichen 11a, Fig.3 und 4), wodurch ein leichtes Ab schöpfen der oben schwimmenden Oxyde ermöglichi wird. Dagegen können sie auch so angeordnet sein, daC sie über den Flüssigkeitsspiegel hinausragen (Bezugs zeichen Uh, F i g. 5), wenn befürchtet wird, daß bei be ginnender Drehbewegung Wirbel in der Flüssigkeit ξ erzeugt werden.

Ein weiterer Vorteil dieses Gießverfahrens bestehi darin, daß die Legierung schnell und gleichmäßig aul den gesamten Umfang verteilt und in einem Schub ir den Formungsbereich 6 gelangt. Es treffen also nichi einzelne aufeinanderfolgende Schichten ein.

denen bisweilen Oxyd-Mikroabsonderungen vorhanden sind und die ein äußeres Abblättern zur Folge haben können.

Wenn die zu formenden Teile einen größeren Durchmesser haben sollen, kann der ursprüngliche l-'üllraum 12 (Fig. 6) ringförmig ausgeformt werden, so daß der freie Spiegel der Legierung 9 verkleinert und damit die oberflächliche Oxydierung und Abkühlung vor Einsetzen der Drehbewegung begrenzt wird.

Diese ringförmige Aushöhlung 12 kann ebenfalls herausragende bzw. nicht herausragendc Führungsrippcn 11 6 bzw. 11 a aufweisen.

In dem in F i g. 7 abgebildeten Beispiel wird ein Stützteller 101 verwendet, dessen vertikale Drehachse 102 auf Absätzen 103 und 104 ruht. Auf dem Stützteller 101 ist eine Metallkokille gelagert, bestehend aus einem Boden 105. einer äußeren Einfassung 106 und einer Abdeckung 107. Die Mitte dieser Abdeckung ist mit einer öffnung versehen, über der sich ein Zylinder 108 erhebt, dessen innere seitliche und obere Wandung 109 isolierfähig und feuerbeständig ist. Oben ist in den Zylinder eine Öffnung 110 eingelassen.

Durch den Boden 105 erstreckt sich, koaxial zu der Welle 102 verlaufend, eine vertikale mittlere Leitung 111. Der Übergang dieser Leitung in den flachen Boden der Kokille erfolgt über eine Ausweitung 112 der Leitung 111, wobei mehrere Zuführungskanäle 113 in die Ausweitung führen. Die Kanäle sind in den Boden 105 der Kokille eingelassene Vertiefungen, die sich, auf dem Umfang regelmäßig verteilt, von der mittleren Ausweitung 112 zum äußeren Rand 106 erstrecken.

Außerdem ist die vertikale Leitung 111 vorzugsweise mit einer röhrenförmigen Verkleidung 114 aus feuerfestem Isoliermaterial beschichtet. Diese Verkleidung ist sowohl außen wie innen konisch ausgebildet, so daß die Verkleidung 114 leicht zusammen mit dem in der Leitung erstarrten Metall gelöst und für die Herstellung des nächsten Teils erneuert werden kann, wodurch ein Ablösen des geformten Stücks von der mittleren Leitung 111 stets gewährleistet ist. Diese Verkleidung setzt sich nach unten hin in einem feuerfesten Metallrohr 115 fort, das zur Entnahme und zum Zuführen des flüssigen Metalls dient.

Auf diese Weise ergibt sich eine Schleudergußvorrichtung (F i g. 7). bei der das flüssige Metall durch das Rohr 115 aus einer Quelle zum Ansteigen in Pfeilrichtung 116 gebracht wird.

Nachdem die Vorrichtung und damit die Kokille 105, 106.107 in Bewegung versetzt worden ist und mit einer geeigneten Geschwindigkeit dreht, wird mit einem weiter unten näher beschriebenen Verfahren der Anstieg aus einer Quelle mit der schmelzflüssigen Legierung in dem mittleren Rohr 111 (Pfeil 116) bewirkt. Die Flüssigkeit steigt in die obere Ausweitung 112 und wird durch das gleichzeitige Einwirken von Schwer- und Fliehkraft in die radialen Kanäle 113 gepreßt, in denen sie sich verteilt. Der von der Innenfläche gebildete Formungsbereich füllt sich allmählich von außen zur Mitte hin. während die Legierung ständig der Fliehkraft ausgesetzt ist und die Luft aus der Form durch das obere Loch 110 in dem Zylinder 108 in Pfeilrichtung 117 entweicht.

Mit der fortschreitenden Füllung nimmt der freie Hohlraum von außen nach innen ab. und das Metall steigt in dem sieh über der mittleren öffnung in der Abdeckung 107 erhebenden Zylinder 108. 109. Infolge Jes Zusammenwirkens von Schwerkraft u.'d Fliehkraft durchläuft die Oberfläche des flüssigen Metalls nacheinander die Profile 118, 119. 120. 121. 122. 123. 124. 125. 126 und 127, die schemalisch in F i g. 13 dargestellt sind. Solange das Profil 124 noch nicht erreicht ist, wird das Profil 1186 des Metalls eingehalten. Der Fließvorgang wird bei Erreichen des Profils 127 gestoppt, also kurz vordem Überlaufen des Metalls durch die obere mittlere öffnung 110 im Zylinder 108.

Dann wird die koaxiale Leitung 111 in ihrem unteren Teil gesperrt, um zu verhindern, daß das flüssige Metall

ίο zurückfließt. Anschließend wird die Erstarrung des gegossenen Stückes 128 (Fig. 7) abgewartet, die relativ schnell erfolgt, weil im allgemeinen die Kokille 105. 106. 107 aus einem leitfähigen Material besteht. Da der mittlere Teil 129 zuletzt mit Metall gefüllt wird, während

is der äußere Rand praktisch schon erstarrt ist, dient der Isolierzylinder 108. 109 als Gießkopf bzw. -wanne für die Versorgung bei der Schrumpfung des Teils in der Mitte. Im übrigen werden eventuelle trotz des turbulcnzfreien Gießens des Stücks entstandene Oxyde ständig zur Oberfläche geführt, die die Form eines Bohrungsparaboloids (mit Profilen wie beispielsweise 125 und 126) hat. so daß sich diese Oxyde schließlich nach Abschluß des Gießvorgangs in etwa an der oberen Zone des Isolierzylinders 108. 109. der den Gießkopf

2s bildet, angesammelt haben.

Während des Schlußstadiutns kann die Rotation ausgesetzt werden, damit die freie Oberfläche des noch flüssigen Gießkopfes in der Schrumpfungsphase eben bleibt, was bei einzeln ausgebildeten Gießköpfen üblicherweise der Fall ist.

Nach Abkühlung wird das Stück 128 aus der Form gehoben. Da die Abdeckung 107 und der Isolierzylinder 109 abnehmbar sind, ergreift man die Platte 128 an dem mittleren Gießkopf 129 und zieht sie vertikal nach oben.

Eines der wesentlichen Merkmale des vorstehend beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß sich die Kokille ohne jegliche Wirbelbildung und Turbulenzerscheinungen füllt, obwohl flüssiges Metall bei Drehung der Kokille 105. 106. 107 zugeführt wird. Um dieses Ergebnis zu erzielen, müssen die Drehgeschwindigkeit sowie die Form und Verteilung der Kanäle 113 in geeigneter Weise gewählt werden. Jeder dieser Kanäle wird von einer in den Boden 105 eingelassenen Vertiefung gebildet, die von der mittleren Ausweitung 112 zum äußeren Bereich 106 hin flacher wird. Dies wird besonders deutlich in den F i g. 7 und 8, in denen drei verschiedene Bereiche 113a, 1136 und 113<r für ein und denselben Kanal dargestellt sind. In diesem Fall verkür zen sich die vertikalen Wände 130 nach oben.

Die Kanäle 113 können radial von der zentralen Ausweitung 112 ausgehen und außen senkrecht auf den Umfang der Zone 106 (wie im Fall der F i g. 9) auftreffen. Es könnten auch tangential von der zentralen Aus- weitung 112 (wie im Fall der F i g. 10) ausgehende Kanäle 113 verwendet werden, die bogenförmig verlaufen und schließlich auch senkrecht auf den äußeren Rand stoßen.

Unter keinen Umständen dürfen während des Gie-

Bens die nicht abgedeckten Kanäle 113 überlaufen. Andernfalls würden die Turbulenzen und Zerstäubungen auftreten, die gerade vermieden werden sollen. Infolgedessen muß die zentrale Versorgung der Form durch die Leitung 111 gesteuert werden. Die Drehgeschwin-

<>5 digkeit der Vorrichtung 101. 102. 105. 106. 107 muß ebenfalls entsprechend eingestellt werden. Diese Geschwindigkeit muß in dem Maße erhöht werden, wie sich der Formungsbereich (Profile 118. 119. 120 usw..

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Fig. 13) ausfüllt, damit stets eine merkliche Zcnlrifugalbcschlcunigung gegeben ist.

Es ist deutlich geworden (F i g. 8, 9 und 10), daß der Querschnitt der Kanäle 113 zur Peripherie hin abnehmen kann. Dies ist normal, da die Fließgeschwindigkeit des Metalls mit der Fliehkraft zunimmt, wenn die Entfernung zur Drehachse während des Fließens wächst. Dieser Bereich, der an seinem Ausgangspunkt in der Ausweitung 112 des zentralen Kanals 111 (Bereich 113;/) tief und eng ist. muß zum äußeren Rand (Bereich 113c) hin breiter und flacher werden, um das Entstehen von Turbulenzen an der äußeren Kokillenwand 106 zu verhindern. Außerdem wird infolge der Ausführung der Rippen, die von diesen Kanälen unter dem abgehobenen Stück 128 gebildet werden, die Nachbearbeitung '5 des Werkstücks wirtschaftlicher.

Um sicherzugehen, daß die Kanäle 113 nicht überlaufen, können sie so ausgebildet werden, daß sie einen um einen Winkel λ zur Horizontalen geneigten U-förmigen Querschnitt (Fig. 11 und 12) aufweisen. In diesem Fall wird die Drehrichtung so gewählt, daß die Tangentialgeschwindigkeit in Pfeilrichtung 131 des Bodens !05 (F i g. 11) dem Fließen des flüssigen Metalls infolge dessen Trägheit außerhalb des Kanalbercichs 1136 entgegensteht. Diese geneigten Kanäle sind direkt in den Bo- -5 den 105 der Kokille eingelassen, und die erstarrte Plat te 128 muß durch eine schraubenförmige Bewegung abgehoben werden, so daß das außerhalb der Kanäle erstarrte Metall abgelöst werden kann.

Wenn diese Ausgestaltung verwendet wird (F i g. 11). muß die Mittellinie der Kanäle 113. 113c/ durch die Drehachse 132 der Maschine verlaufen, weil andernfalls ein Abheben unmöglich wäre. Um diesen Nachteil zu vermeiden, können die Kanäle 113. 113iJin Verkleidungen 133 aus feuerfestem Lehm eingelassen werden, welche ihrerseits wieder in größere Rinnen 134 im Boden 105 der Kokille eingefügt sind, die symmetrisch und sich nach oben verjüngend verlaufen. In diesem Fall werden die Verkleidungen 133 bei jedem Abheben zerstört. 4"

Unabhängig davon, ob es sich um gerade Kanäle 113 aus F i g. 8 oder um Kanäle mit geneigtem Querschnitt 113c/nach F i g. 11 und 12 handelt, wird ein ungehindertes und turbulenzfrcies Fließen des flüssigen Metalls von der zentralen Ausweitung 112 durch eine Kanalan-Ordnung, wie sie in Fig. 10 gezeigt wird, erleichtert, wobei die Ausrichtung ihres tangentialen Ausgangspunktes von der Ausweitung 112 dem Drehsinn in Pfeillichtung 135 der Vorrichtung entspricht. Die flüssi ge Legierung gelangt so in den Formungsbereich 106 mit einer Geschwindigkeit, deren tangentiale Projektion der der Kokille entspricht. Da die Zuführung in den Formungsbereich an mehreren Punkten gleichzeitig geschieht, wird die Tendenz des Metalls, infolge der Trägheit an die Wandung des Formungsbereichs zu gleiten, ausgeschaltet. Damit ist sichergestellt, daß die Zuführung am ganzen Umfang der Zone 106 verteilt ist. was sich wiederum auf die Herstellung einer fehlerfreien Form günstig auswirkt.

Es ist auch ersichtlich, daß die beschriebene Gieß- ** weise, die dem sogenannten »Quellentyp« ähnlich ist. gleichzeitig die Vorteile des sogenannten »Fall-Guß« bietet, da das Einfüllen des Metalls in die Form von außen in Richtung des Gießkopfes 129 durchgeführt wird.

Flussiges Metal! kann aus einer Quelle auf verschiedene Art dem zentralen Kanal 111, 115 zugeführt werden

Gemäß dem Ausführungsbeispiel in F i g. 14 wird die Kokille 105, 106 relativ eng ausgelegt. Ober der mittleren Öffnung in dem Zylinder 108 ist ein Rohr 149 angebracht, das über ein Dichgclenk 150 mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden ist. Das zuvor eingeführte Metall wird in eine Pfanne oder in einen Aufbewahrungsofen gesaugt.

So entsteht neben den Vorteilen, die auf die Nichticilung des Metalls zurückzuführen sind, ein Schleuderguß im Vakuum ohne Oxydierung. Der Unterdruck in dem Rohr 149 wird aufgehoben, wenn der als Gießpfanne dienende Isolierzylinder 108, 109 genügend gefüllt ist. wodurch infolge der Schwerkraft die Zuführung des Metalls zum Gußstück erleichtert wird.

l-ür eine Legierung mit einer spezifischen Dichte von beispielsweise 2.7 g/cm³ liegt die mögliche Ansaughöhe im totalen Vakuum ungefähr bei 3.7 m. Diese Höhe ist jedoch nicht erforderlich, so daß nur ein teilweises Vakuum unter Berücksichtigung der normalerweise üblichen Höhe der Welle und der Apparatur benötigt wird.

In den F i g. 15 und Ib wird ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem eine verfälschte Quellenzuführung der Schleuderkokille 105. 106, 107 verwendet wird. Die koaxial zur Drchwelle 102 der Vorrichtung verlaufende Leitung wurde fortgelassen. Ein Eingußbehälter 136 ist über dem zentralen Isolierzylinder 108 109 angebracht, und eine Fall-Leitung oder ein Gießrohr 151 ragt in die Öffnung 108 hinein und führt in eine zentrale Vertiefung 152. die in den Boden der Kokille 105 in den Bereich eingelassen ist. von dem aus die Kanäle 113 strahlcnförrmig ausgehen. Der Behälter 13fi ist mit dem Metall 137 gefüllt, da* gegossen werden soll. Die Menge des in die Kokille gelangenden Metalls wird durch Betätigung eines Zapfens 138 geregelt, der sich so genau einstellen läßt, daß die Abfüllmenge e\akt abgemessen werden kann.

Diese Einstellung erfolgt so. daß bei sich drehender Kokille und geöffnetem Zapfen 138 der Spiegel 111 der zentralen Vertiefung 152 ständig dem richtigen FIuIi des Metalls in den strahlenförmig angeordneten Kanälen 113 angepaßt bleibt. Hierbei befindet sich das untere Ende des Versorgungsrohres 151 fortwährend unterhalb der freien Oberfläche in der zentralen Vertiefung und sogar unterhalb des Bodens der Versoreungskanä-Ie.

So wird die gesamte Metallmence für das Gußteil zugegeben. Das Rohr 151 wird durch Abheben des Behälters 136 entfernt, bevor die Erstarrung des Metalls in dem mittleren Teil der Platte 128 (Flg. 16) eingesetzt hat. Diese Anordnung ist sehr wirtschaftlich, und der einzige gefährliche Augenblick für die Turbulenzentstehung von Oxyden ist dann gegeben, wenn das Metall auf den Boden der zentralen Vertiefung 152 trifft.

In der F 1 g. 18 wird eine horizontale Kokille 201 dargestellt, die durch bekannte Mittel um die vertikale Achse 202 gedreht wird. Der äußere Kranz 203 dieser Kokille bestimmt einen Formungsbereich 204, in dem das flüssige Metall geschleudert werden soll. Auf diesem Komplex ist eine über eine Dichtungsverbindung 206 angebrachte Abdeckung 205 vorgesehen. Der Boden der Aushöhlung 211 verbreitert sich allmählich zum äußeren Formungsbereich 204 hin. während radiale Rippen 212 verhindern, daß sich während des Einfüllensdes flüssigen Metalls Wirbel bilden.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung besteht der Boden der Aushöhlung 211 aus einem Blech 213 aus feuerfestem Stahl, unter dorn sich eine Schicht aus

feuerfestem Lehm 214 befindet. In diesem Lehm sind elektrische Heizwidersiändc 215 eingebettet, die jederzeit beim Stillstand und bei der Drehbewegung über Schleifringe 207 elektrisch versorgt werden können, welche kraftschlüssig mit der Achse 208 der Vorrichlung verbunden sind und dadurch mitdrehen, wobei auf ihnen entsprechende Kontakte 209 schleifen.

Die Drehwände der Aushöhlung 211 sind sehr steil. Die Verkleidung 214 und die Heizwiderständc 215 erstrecken sich auch entlang eines axialen Kanals 219, der für die Quellenvcrsorgung der Aushöhlung 211 bestimmt ist. Er mündet in der Mitte dieser Aushöhlung mit einem Ventilsitz 220 und erstreckt sich nach unten bis zu einem Ansatzstück 221. Ein herausnehmbarer Propfcn 224 dichtet gegebenenfalls das untere Ende des Ansatzstückes 221 ab. Dieser Pfropfen 224 ist frei drehbar auf einer Steuerstange 222 befestigt, die zum Öffnen gesenkt oder zum Schließen angehoben werden kann. Die Anordnung 221, 224, 222 wird in das geschmolzene Metall 223 getaucht.

Um das Abheben zu erleichtern, wird ein sich verjüngendes Rohr 219 aus feuerfestem Stahl gewählt. Jas sich nach oben hin erweitert. Außerdem wird eine Blindklappe 225 aus einer feuerfesten Legierung verwendet, die durch ihr Eigengewicht auf dem Sitz 220 ruht. Diese Klappe, die in F i g. 19 im Detail dargestellt ist, besteht aus einem Abschlußteil 226, das mit einem aus radialen Wänden 227 gebildeten Pühningsteil verschen ist. Dieses 1 ührungstcil dient zur Führung im oberen Rohneil 219 und ermöglich! gleichzeitig, daß das flüssige Metall zwischen den Wänden 227 zirkulieren kann.

Über der Mitte der Abdeckung 205 erhebt sich ein Schacht 228, den ein drehbares Kupplungsstück 229 ständig mil der Leitung 230 einer bekannten Vakuum-Saug Vorrichtung verbindet.

Diese Anordnung kann im Zusammenhang mit zwei verschiedenen nachstehend beschriebenen Verfahren benutzt werden, wobei jedoch in sämtlichen Fällen ein einheitliches Schlcudcrprin/.ip angewendet wird.

Wenn sich bei diesem Prinzip flüssiges Metall in der Heizaushöhlung 211 befindet, die sich zusammen mil der gesamten Formeinheit 201, 205 dreht, wölbt sich die freie Oberfläche des Metallbaues gemäß einem paraboloidähnlichen Drehprofil nach innen. Dieser Paraboloid wölbt sich um so siärkcr, je größer die Drehgeschwindigkeit wird.

In F i g. 22 ist ein erstes Profil 231 dargestellt, das der Oberfläche des Metallbadcs bei einer geringen Drehgeschwindigkeit der Form entspricht. Die Heizaushöhlung 211 ist zu diesem Zeitpunkt praktisch bis oben mit geschmolzenem Metall gefüllt. Wird die Drehgeschwin digkeit beschleunigt, so wölbt sich der Paraboloid nach innen, und die Oberfläche des Bades nimmt ein neues Profil, wie beispielsweise Profil 232. ein. Der Übergang von Profil 231 zu Profil 232 vollzieht sich, indem eine bestimmte Metallmenge aus der Aushöhlung 211 heraustritt und /um Formungsbereich 204 geschleudert wird, wo sie als Material für das entstehende Gußteil 233 dient. Solange die Drehgeschwindigkeit konstant auf diesem neuen Wert verharrt, bleibt das Profil 232 des Bades erhalten. Wird die Drehgeschwindigkeit von neuem erhöht, so wölbt sich das Profil weiter nach innen, bis sich beispielsweise der Paraboloid 234 ergibt. was mit einem erneuten Metallmfluß durch Zentrifu gierung aus der Aushöhlung 211 /um Stück 233 verbunden ist Bei einer weiteren Beschleunigung wird schließlich der Moment erreicht, wo die Aushöhlung 211. de

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ren Wände einem Paraboloid 235 angepaßt sind, vollständig leer ist.

Es zeigt sich also, daß die Füllvorrichtungen nach Einfüllen des flüssigen Metalls in die zentrale Aushöhlung 211, was in einem Schub und auf schnelle Weise bei relativ niedriger Temperatur erfolgt, alsbald wieder für das Füllen einer anderen Form zur Verfugung stehen. In der schon gefüllten Form kann jedoch durch die Heizwiderstände 215 eine zusätzliche Beheizung des flüssigen Metalls vorgenommen werden. Weiterhin kann durch Programmierung und Variierung der Drehgeschwindigkeit der Form weitgehend beliebig festgelegt werden, wie die Fließgeschwindigkeit des flüssigen Metalls sich während der Umfüllung aus der Aushöhlung 211 in den Formungsbereich 204 verändern soll. Beispielsweise kann anfangs eine schnelle Fließgeschwindigkeit zum Formungsbereich 204 und zum Schluß, d. h. wenn das Gußtcil 233 im Begriff ist zu erstarren, eine langsame Fließgeschwindigkeit eingestellt werden.

Mit Hilfe dieses Verfahrens lassen sich besonders fehlerfreie Stücke herstellen, wie in den F i g. 23 und 24 deutlich gezeigt wird. F i g. 24 zeigt einen durch Zcntrifugierung entstandenen Metallring 236, wobei der Mctallfluß in einem einzigen Füllvorgang erfolgt ist. Es ist bekannt, daß sich an der Innenfläche dieses Ringes cw liefer Lunker 237. der bisweilen von darunter liegen' Un Lunkern 238 begleitet ist, bildet. Außerdem werden m\ Grund der während der Zcntrifigicrung beobachteten starken Turbulenzen die Oxyde und Unreinheiten 239 auf eine relativ dicke Zone 240 an der Innenseite des Ringes 236 verteilt. Diese Zone 240 muß vermieden werden, wenn ein fehlerfreies Stück hergestellt werden soll.

Mil dem erfindungsgemä'ßen Verfahren läßt sich dagegen ein Gußteil 233 (F i g. 23) herstellen, an dessen Innenfläche sich zwar auch eine unerwünschte Zone 241 bildet, die jedoch sehr viel dünner ist. Die Entstehung der Zone ist darauf zurückzuführen, daß sich die wenigen, auch bei Vermeidung von Turbulenzen und trotz der getroffenen Vorsichtsmaßnahmen entstehenden Oxyde 239 im letzten Moment zu einer Ablagerungsschicht sammeln. Mit Hilfe der Geschwindigkeitsregulierung, mit der das Metall in den Formungsbereich gelangt, ist es jedoch möglich, eine im Entstehen begriffene Lunkerstelle aufzufüllen, so daß das erstarrte Stück schließlich nur einen ganz flachen Lunker 242 aufweist. Solange sich das flüssige Metall in der Aushöhlung 211 befindet, bildet es selbst eine Art innere Gießwanne, aus der der Lunker stets wieder aufgefüllt wird.

Es ist bereits vorstehend angedeutet worden, daß die in den Fig. 18 und 19 gezeigte Vorrichtung im Hinblick auf zwei verschiedene Verfahren mit dem Prinzip der programmierten Einstellung der Drehgeschwindig keil angewendet werden kann.

Beim ersten Verfahren steht die Form 201. 205 fest, in der über die Leitung 230 ein Vakuum geschaffen wird. Es handelt sich dabei nicht um einen einmalig erzeugten Unterdruck, der ein fur alle Mal geschaffen ist. Über die Leitung 230 wi'd ständig dafür gesorgt, daß ein mögliehst vollständiges Vakuum vorhanden ist und daß das im Innern de.- Form befindliche Metall ständig entgast wird Für die Gußdurchführung wird der Pfropfen 224 geoff-iet. und das Vakuurr bewirkt, daß das Metall in dem Rohr 219 steigt und die Klappe 225 angehoben wird Die beheizte Aushöhlung 211 füllt sich mit flüssigem Metall. Unter dem F-.influß des Vakuums wird

dieses Metall vollständig emgast. Dann wird die Form 201,205 in Drehung versetzt und der Versorgungskanal 221 mit dem Pfropfen 224 abgedichtet. Wie vorstehend wird die Drehgeschwindigkeit nach Wunsch eingestellt, wobei das Vakuum bis zur vollständigen Ersiarrung des Gußteils über die Leitung 230 aufrechterhalten wird.

Beim zweiten Verfahren wird das Metall wie oben durch Einwirken des Vakuums zum Aufsteigen in die Aushöhlung 211 veranlaßt, während die Form 201, 205 still steht. Das Metall wird während des Ansteigens entgast, und während dieser Zeit wird die Klappe 225 angehoben. Das Vakuum wird in Höhe der Leitung 230 abgesperrt, und die Klappe 225 fällt auf ihren Sitz 220 zurück. Dann setzt die Drehung mit einer vorher eingestellten Geschwindigkeit ein, bis das Stück erstarrt ist. <5 Bei diesem Verfahren wird also die Aushöhlung 211 im Vakuum gefüllt, daraufhin erfolgen die Zenirtfugierung und der Metallfluß zum Formungsbereich 204, wobei das Vakuum in der Form eingeschlossen bleibt.

Für die Herstellung großer Schleudergußteile kann eine aufgeheizte zentrale Aushöhlung 211 verwendet werden deren Volumen kleiner ist als das de-, zu formenden Stückes. In dem Fall muß ständig Metall im Vakuum oder unter normalem Luftdruck in die Aushöhlung 211 gefüllt werden, solange der Formungsbereich 204 beschickt wird.

F i g 20 zeigt ein abgewandeltes Ausfuhrungsbeispiel bei dem die Quellenversorgung von unten durch das Rohr 219 über ein Drehgelenk 250 von einer festen Leitung 251 und einem Eingußbehälter 252 aus erfolgt Dieser Behälter enthält das flüssige Metall 243. wöbe die abgegebene Menge durch ein stärkeres oder leichteres Anheben eines Zapfens 253 gesteueri wird. Aucr in diesem Fall kann die Abdeckung 205 mn einer Em gasungsleitung 230 verbunden sein.

F i g 21 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel. be dem es dank der Quellenversorgung von oben über cir Rohr 210 möglich ist, einen besonders fehlerfreien Rm* 233 herzustellen, wie er schon im Zusammenhang mi F i g 23 beschrieben worden ist. Da der Lunker 242 mn ganz flach ist, ist die Zone 241, die beseitigt werder muß, nur dünn und unerheblich.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Verfahren für den Schleuderguß von Metallteilen in einer um eine vertikale Achse drehbaren horizontalen Kokille, in deren mittleren Teil das flüssig? Metall eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Aushöhlung aufgeheizt wird, die das flüssige Metall aufnimmt, welches ohne Turbulenzbildung durch die Wirkung der Zentrifugalkraft in den eigentlichen Formungsbereich der Drehkokille geleitet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille während und auch nach dem Gießen so lange still steht, bis die Oberfläche des Metallbades glatt und ruhig ist, wonach zunächst die oben schwimmenden Oxyde abgeschöpft werden und dann die Kokille in Drehung versetzt wird.

3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zeit zwischen der Beendigung des Abschöpfvorganges und der einsetzenden Drehung der Kokille das flüssige Metall beliebige bekannte Vorbehandlungen (wie beispielsweise eine chemische Raffination, das Durchleiten eines neutralen Gases oder eine Entgasung im Vakuum) durchläuft, während die Aushöhlung (152,

211) ständig beheizt bleibt.

4. Verfahren für den Schleuderguß von Metallteilen in einer um eine vertikale Achse drehbaren horizontalen Kokille, in deren mittleren Teil das flüssige Metall eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kokille während der Zuführung des flüssigen Metalls dreht, wobei diese Zuführung aus einer Quelle durch die Mitte der beheizten Aushöhlung erfolgt.

5. Verfahren für den Schleuderguß von Metallteilen in einer um eine vertikale Achse drehbaren horizontalen Kokille, in deren mittleren Teil das flüssige Metall eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zuführung über ein vertikal verschiebbares Rohr (151) erfolgt, dessen unteres Ende in die mittlere Aushöhlung (152, 211) hineinragt, während der Boden der Form mit strahlenförmig vom Mittelpunkt zum äußeren Formungsbereich (6, 106, 204) verlaufenden Kanälen (113, 130) oder Rippen (11, 212) versehen ist.

6. Verfahren für den Schleuderguß von Metallteilen in einer um eine vertikale Achse drehbaren horizontalen Kokille, in deren mittleren Teil das flüssige Metall eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus einer Quelle ansteigend in einem mittleren, sich nach oben erweiternden Rohr (111, 219) zugeführt wird, wobei sich über der Mitte der FormkokiHe ein Metallaufsatz (108) mit feuerfesten Innenwänden (109) zur Bildung eines Gießkopfes erhebt, in dem sich die Oxyde nach Beendigung der Zentrifugierung sammeln, wodurch es möglich wird, durch Zentrifugierung eine kompakte Metallplatte zu gießen, wobei Kanäle (113, 130) oder Rippen (11.

212) strahlenförmig von der Mitte des Formbodens zum äußeren Formungsbcreich (6, 106. 204) verlaufen.

7. Verfahren gemäß Anspruch I und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis b, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich der Form während der gesamten Dauer des Gießvorganges durch ein drehbares Kupplungsstück (150. 229) mit einer Emgasungs-Saugleitung (230) verbunden isi.

8 Verfahren gemäß Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7 für den Schleuderguß von sehr ieicht oxydierenden Metallen das darin besteht, daß eine um eine vertikale Achse drehbare Kokille verwendet wird, die während der Drehung mittig aus einer Quelle versorgt wird während das flüssige Metall dank der strahlenförmig um eine mittlere Aushöhlung angeordneten Flügel oder Rippen ohne Turbulenzbildung zum äußeren Rand der. Drehkokille gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß diese mittlere Aushöhlung (211) während des Gießvorganges ständig derart beheizt wird, daß die Temperatur derjenigen des in diese Aushöhlung einfließenden Metalls entspricht oder darüber liegt, so daß bei einer Mindesttemperatur aus einer Quelle gegossen werden kann, während das Metall in der Aushöhlung (211) aufgeheizt wird, wodurch erreicht wird, daß die Zuführung bei einer für den äußeren Rand des sich drehenden Formungsbereiches (204) geeigneten Temperatur und bei einer für die Ausnehmung des herzustellenden Teils (233) höheren Temperatur erfolgt.

9. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit des Formungsbereichs (201) über eine Einstellvorrichtung reguliert wird, während die Form der mittleren Aushöhlung (211) von steilen Wänden bestimmt

10. Verfahi en gemäß den Ansprüchen 1, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall schnell und in einem Schub in die mittlere Aushöhlung (211) gegossen wird, wonach die Füllvorrichtung entfernt und die Drehgeschwindigkeit der schon beschickten Form (201) gemäß einem bestimmten Programm in der einen oder anderen Richtung abgeändert wird.

11. Verfahren gemäß Ansprüchen 1, 8, 9 und 10. dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit des Formungsbereiches (204 so variiert wird. daß der Lunker, der sich leicht in dem erstarrenden Stück (233) bilden kann, nach und nach aufgefüllt wird.

12. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Form in einem möglichst weitgehenden Vakuum aus einer Quelle über einen ansteigenden Kanal (219) versorgt wird, wobei das Metall diesem Vakuum ausgesetzt wird, um es vor und während der Drehung vollständig zu entgasen und wobei schließlich die Zuführungsleitung (221, 250) für das Metall geschlossen und die Form unter Aufrechterhahung des Vakuums (230) in Drehung versetzt wird.

13. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 und 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Form aus einer Quelle über einen ansteigenden Kanal (219) versorgt wird, indem das geschmolzene Metall durch das absolute Vakuum aufwärts bewegt wird, wobei während dieses Ansteigens eine Entgasung des Metalls stattfindet, wobei dann das Vakuum abgesperrt wird, wodurch eine zuvor in der Mitte der Aushöhlung (211) angeordnete Blindklappe (225) nach unten fällt und wobei schließlich die Drehbewegung der Form (201) einsetzt.

14. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, bestehend aus einer Kokille, die um eine vertikale Achse drehbar ist und deren mittlerer Füllraum von einer Drehoberfläche bestimmt wird, die kontinuierlich in einen sich darüber erhebenden au-

ßeren Formungsbereich übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß radiale Wände oder Rippen (11, 212) auf dem Boden des Füllraums angeordnet sind.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen nach Auffüllung der Kokille über die Oberfläche des flüssigen Metalls hinausragen.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel vollständig eingetaucht sind, wobei sie also nach dem Einfüllen des flüssigen Metalls beim Stillstand nicht über dit Oberfläche des Bades hinausragen.

17. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens gemäß Ansprüchen 1 bis 13, bestehend aus einer Kokille, die um eine vertikale Achse drehbar ist und deren mittlerer Füllraum von einer Drehoberfläche bestimmt wird, die kontinuierlich in pinen sich darüber erhebenden äußeren Formungsbereich übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Formungsbereiches (6,204) und der Aushöhlung (4,152, 211) von Kanälen (113) durchzogen ist, die einen U-förmigen Querschnitt aufweisen und zur Horizontalen geneigt sind.