DE2041588A1 - Schmelz- und Giessverfahren mit Druckanwendung und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Schmelz- und Gießverfahren mit Druckanwendung und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Gegenstand der Erfindung ist ein Schmelz- und Gießverfahren zur Herstellung von Werkstücken aus der Schmelze unter Druckeinwirkung sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Bei derartigen Verfahren wird gefordert, daß beim Aufschmelzen und Vergießen des Werkstoffs keinerlei die Schmelze verunreinigende Produkte sich bilden, die die Eigenschaften des erstarrten Gußgefüges beeinträchtigen können und daß bei der Erstarrung in der Gießform ein maßgenaues Werkstück mit dichtem, feinkörnigem Gefüge entsteht.
• Schließlich muß der Herstellungsprozeß auf rationelle Weise mit möglichst hohem Mechanisierungsgrad ablaufen.
• Bei den bekannten technischen Gießverfahren fiir Formgußteile erfolgtdas Schmelzen und Gießen zumeist in räumlich oder zeitlich getrennten Arbeitsgängen. Zum Transport der Schmelze vom Schmelzaggregat zur Gießform wir der Einfluß der Schwerkraft ausgenutzt, was infolge des ungehinderten Zutritts der Atmosphäre zu einer Verunreinigung hauptsächlich mit Oxi-den, hitriden und Wasserstoff und damit zu einer entsprechenden Beeinträchtigung der Werkstückqualität führt. Zur turbulenzarmen Füllung der Gießform und Dicht speisung des erstarrtenden Gußteils ist in der Regel ein erheblicher Materialaufwand in Form von Einguß- und Speisersystem erforderlich, der häufig das angestrebte Ergebnis nicht erreicht. Die Beseitigung dieser Nachteile hat eine Vielzahl bekanntgewordener Verfahren und Einrichtungen zum Ziel, wobei in einigen Fällen gleichzeitig ein hoher Mechanisierungsgrad ecreicht wird. Bekannt ist, daß für besondere Anforderungen das Schmelzgut in opezialöfen unter Vakuum oder Schutzgas geschmolzen wird. Zum Nachchargieren und Uberführen der Schmelze in die Gießform ist jedoch unter Betriebsbedingungen ein Luftzutritt nicht zu vermeiden. Das bekannte Niederdruckgießverfahren erzielt bei turbulenzarmer Formfüllung eine gute Dichtspeisung der Gußteile bei sehr geringem Materialaufwand. Als Nachteil muß die Unterbrechung des Fertigungsablaufs beim Nachfüllen von Schmelze in den Gießofen, der höchstens bis zu einem Drittel der ursprünglichen Füllmenge geleert werdenkann, angesehen werden. Dabei kann eine Schaumbildung infolge der Oxydation der frei fallenden Schmelze nicht verhindert werden. Ein Aufschmelzen von festem Einsatzmaterial ist aus gleichen Rinden praktisch nicht mö,-lich. Eine ähnliche Gefahr tritt auch im steigrohr unterhalb der Gießform durch die mit dem Arbeitstakt aufsteigende und zuriickfallende Schmelzesäule auf, sie muß bei hochwertigen Nußteilen lurch zwischen Gießform und Steigrohrmiindung eingesetzte Schaumfangsiebe bekämpft werden. binde andere Lösung, die Einhaltung eines Schmelzepegels in Höhe aer Steigrohrmündung nach beendetem Arbeitstakt ist bereits versucht worden, stößt jedoch auf Grund des sich ständig im Ofen ändernden Metallstands auf erhebliche Schwierigkeiten und hat sich in der Betriebspraxis nicht einfiihren können. Als wenig vorteilhaft muß auch die Tatsache angesehen werden, daß für jeden einzelnen Guß eine beträchtliche Menge Druckgas aufzuwenden ist. Aus Kostengriinden kommt daher nur Preßluft infrage, die bei nicht sorgfältiger Trocknung das Wasserstoffproblem aufwirft und ferner einen Ausbrand wic}itiger ;chmelzekomponenten z,H. Magnesium und Natrium begünstigt. Das Luftvolumen muß entsprechend dem bei fortschreitender Produktion abnehmenden Schmelze vorrat laufend vergrößert werden, was in Verbindung mit der zvangsläufigen Wärmeausdehnung zu Ungleichmäßigkeiten bei der FormSiillung führt.
• Ein weiteres Problem liegt beim gußeisernen Steigrohr, dessen Lebensdauer bei verschiedenen Metallschmelzen sehr begrenzt ist. (s. Zeitschrift Gießerei Jahrgang 56 (1969) lieft 4, S. 83 - 90). Derfür die Dicht speisung des erstarrenden Gußkörpers wichtige Druck der schmelze muß mit Rücksicht auf die notwendige Druckbeaufschlagung des gesamten Ofenraums niedrig gehalten werden.
• Bekannt sind ferner eine Reihe von Verfahren zur mechanisierten Metalldosierung für Gießformen oder Druckgußmaschinen, die mit den verschiedensten Ventil- und Pumpensystemen arbeiten. Allen gemeinsam ist die Unvermeidbarkeit eines Luftzutritts bei freiem Fall der Schmelze mit allen daraus resultierenden Nachteilen (s. Zeitschr. Gießerei Jahrg. 49 (1962) Heft 8, S. 180/89 und Heft 14, 3. 91/95 sowie 3. 400/02 ).
• Speziell zu erwähnen sind in dionem Zusammenhang noch Dosierverfahren, die mit festem Beschickungsgut wie Maseeln oder Stranggußblöcken Schmelze aus dem Ofen verdrängen, dabei. jedoch ebenfalls Luftzutritt und freien Fall nicht verhindern können bezw. nur fir bestimmte Metalle geeignet sind. (DBP 1263995 vom 12.9.1968; s.a. Zeitschr. Gießerei Jahrg. 55 (1968) Nr. 25, S. 765/68 und Nr. 18, 3. 557).
• Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, durch eine neuartige Ofenkonstruktion die für eine hochwertige Werstückproduktion erforderlichen Bedingungen zu gewährleisten, auf engstem Raum das Schmelzen und Gießen auf rationelle Weise zu kombinieren und dabei die Nachteile bekannter Verfahren zu vermeiden.
• Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß aus einem vorzugsweise elektrisch induktiv beheizten Ofen mit einem gasdichten Chargierteil und einem seitlich von unten nach oben führenden heizbaren Steigrohr für das Vergießen der Schmelze. Der Chargierteil wird durch eine gasdichte Druckkammer gebildet, in die das zu erschmelzende und zu vergießende Einsatzmaterial in Form von Körpern, die fiir eine Abdichtung geeignet sind, mit Hilfe einer entsprechenden Fördereinrichtung eingeschoben werden kann. Die Abdichtung der Kammer wird im oberen Teil durch eine geeignete Dichtung im unteren Teil durch die Schmelze jeweils zwischen Kammerwand und Einsatzkör-Per erreicht. Die Kammer ist mit Schutzgas oder einem Gas, dem eine sonstige metallurgische Bedeutung zukommt, gefüllt. Das Gaswird durch ein besonderes Druckregelsystem in Abstimmung mit dem eingeschobenen Chargiermaterial auf den erforderlichen Gieß- bezw. Speiserdruck bracht. Die Gasfüllung bleibt dabei über längere Zeiträume, also zahlreiche ießzyklen erhalten, es werden nur Leckverluste ergänzt.
• Zur Vermeidung größerer Wärmeverluste aus der Schmelzzone des Ofens durch das feste Einsatzmaterial nach außen ist letzteres innerhalb der Chargierkammer unterbrochen und nur durch Verbindungen geringen Querschnitts über andere Chargierkörper mit der Schub- und Haltevorrichtung im Eingriff. Das Einschleppen von Luft in die Druckkammer durch diese Unterbrechungen wird mit Hilfe einer mit dem gleichen Schutzgas arbeitenden Spiildüse unmittelbar vor der Dichtung unterbunden. Die Abdichtung des Chargierteils gegen die Schmelzzone des Ofens besorgt ein gasdichter Einsatz, der auch aus einer dichten Ausstampfung-bestehen kann, in dessen Bereich sich der Schmelzepegel im Ofen hält. 6 eiterhin ist der Chargierteil mit einer nach außen abgedichteten Zuführvorrichtung für Schmelzezusätze wie z.B. Kornfeinungsmittel ausgerüstet. Durch ähnliche Vorrichtungen können auch Temperaturmessungen vorgenommen werden.
• Zum erfindungsgemäßen Verfahrensablauf bei der Werkstückproduktion schiebt die Fördereinrichtung den Chargierkörper um einen dem Werkstückvolumen oder -gewicht entsprechenden Betrag in die im Ofen auf ormalpegelstand mit der Steigrohrmündung kommunizierende Schmelze.
• Infolge Druckanstiegs im Chargierteil, der mit-Hilfe des Regelsystems zusätzlich gesteuert wird, tritt die Schmelze aus dem Steigrohr von unten in die Gießform ein und füllt diese aus. Nach beendeter Formfüllung wird der Druck durch das Regel system für die Dichtspeisung während der Erstarrung weiter erhöht und bis zur Näherung der Erstarrungsfront an die Steigrohrmiindung aufrechterhalten. Danach reduziert das Regel system den Druck auf den Ausgangswert, sodaß die Gießform zur Gußteilentnahme geöffnet bezw. durch eine leere ersetzt werden kann. Während dieses Arbeitszyklus schmilzt im Ofen der in die Schmelze eingeschobene Teil des Chargierkörpers auf.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile erstrecken sich zunachst auf die Gewinnung einer schmelze frei von unerwünschten Verunreinigungen unter Schutzgas, die mit Hilfe desselben Aggregats gleichzeitig zu dichten, maßgenauen ,Yerkstiicken vergossen wird. Dabei tritt die schmelze in regelbarem turbulenzfreiem Zufluß von unten in die Gießform ein und erstarrt dort vorwiegend von oben nach unten gerichtet, was zu besonders dichten, fehlerfreien Teilen bei sehr gtinstiger Brutto-Netto-Ausbringung führt.
• Infolge des praktisch konstanten Schmelzepegels im Ofen durch die mit dem Gießen gekoppelte Nachchargierung ist ein hoher Gleichmäßigkeitsgrad bei der Formfüllung über zahlreiche Arbeitszyklen hin gewährleistet. Die Beschränkung des Gasdrucks auf den Chargierteil verbilligt die Ofenkonstruktion und läßt im Vergleich zu anderen Verfahren höhere Drücke zu, was für eine dichte Erstarrung des Werkstücks von Vorteil ist. Da im Gegensatz zu sonstigen Verfahren ein Gaswechsel bei jedem Arbeitstakt vermieden wird, ist ein wirtschaftlicher Einsatz von Schutzgasen wie z.B.
• Argon möglich, der neben der Vermeidung einer Verunreinigung der Schmelze auch Metallverluste durch Abbrand ausschließt. Hin Behandeln der Schmelze mit geeigneten Präparaten ist ohne Störung des vollkontinuierlichen Produktionsablaufs möglich. Das neue Gießverfahren ist für fast alle Gußwerkstoffe anwendbar, ein Steigrohrproblem wie beim Niederdruck-Verfahren tritt nicht auf. Eine universelle Anwendbarkeit ergibt sich auch im Hinblick auf die Größe der zu produzierenden Werkstiicke, das Verfahren ist ebenso geeignet für die Massenproduktion von Kleinteilen wie für die Ilerstellung besonders großer Sandgußteile und eignet sich auch als genau arbeitende Dosiereinrichtung z.B. für das Kokillengießverfahren - und die Druckgußmaschine. Zusammen mit dem hohen Mechanisierungsgrad sind Einsparungen an Material und Energie hervorzuheben. Das Aufschmelzen kompakter Chargierkörper wie z.B. Stranggußformate ist rationeller als in der Gießere d das von Masseln, wobei Gattierungs- und Legierungsarbeit entfällt und uenigengroßa:SchmelzhüttenUberlassen bleibt. Die Giessereiatmosphäre wird durch das Schmelzen im abgeschlossenen System verbessert und damit ein Beitrag zur Reinhaltung der Luft geleistet.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus dem Induktionsofen 1 mit seitlich abführendem Steigrohr 2, der druckdichten Chargierkammer 3 und einer Gießform 4. Die Chargierkammer 3 ist gegen die AtmosIrhäre mit Hilfe einer geeigneten Dichtung 9, gegen den Ofen 1 durch den Einsatz 10 aus gasdichtem feuerfesten Material und die im Bereich dieses Einsatzes befindliche Oberfläche der Schmelze 11 abgedichtet. Über der Dichtung 9 befindet sich eine.Spülduschel8, die über ein Steuerventil 19 an eine bei 12 befindliche Gasquelle angeschlossen ist. Die Chargierkammer 3 ist mit dem Druckzylinder 14 verbunden und enthält ein Schutzgas z.B. Argon, das gleichfalls durch die asquelle 12 über ein Absperrventil 13 eingefüllt und mit Hilfe des Druckzylinders 14 auf die verschiedenen während des Gießtaktes erforderlichen Drücke in Abstimmung mit dem Vorschub der Chargierkörper 5 geregelt wird. Die Chargierkörper 5 bestehen z.B. aus Stranggußbolzen, die auf geringe Distanz durch den Gewindebolzen 6 gleichen Materials verbunden sind und durch steuerbare motorgetriebene Förderrollen 7 durch die Chargierkammer 3 zum Schmelzen in den Bereich der Induktionsspule 8 im Ofen 1 geschoben werden.
• Das Gießen kann beginnen, sobald die Schmelze 15 im Ofen ihren Normalpegelstand, die Kommunikation mit der Steigrohrmündung 16, erreicht.
• Durch Einschieben der Chargierkörper 5 in das Schmelzbad 15 steigt die Schmelze über den Normalpegelstand nur im Steigrohr 2, da in der Chargierkammer 3 mit Unterstützung des Druckzylinders 14 gleichzeitig ein Gegendruck aufgebaut wird, der hier den Schmelzestand im Bereich des Normalpegels und damit des Einsatzes 10 hält. Die Schmelze tritt durch die Steigrohrmündung 16 in den Formhohlraum 17 der Gießform 4 und füllt diesen aus. Mit beendeter Formfüllung kommen auch die Chargierkörper 5 zum otillstand. Eine weitere Druckerhöhung mit Hilfe des Zylinders 14 verbessert die Dicht speisung des erstarrenden Gußkörpers in der Form 4.
• Sobald die Erstarrung bis in Nähe der Steigrohrmündung 16 fortgeschritten ist, kann der Druck in der Chargierkammer 3 auf Normalbedingungen reduziert und die Gießform 4 zur Gußteilentnahme geöffnet oder durch eine leere Form für einen neuen Arbeitstakt ersetzt werden.
• Zur Unterbindung einer Lufteinschleppung in die Chargierkammer wird die Spüldusche 18 durch das Steuerventil 19 beim Passieren der Kopplungs steile der Chargierkörper 5 mit Schutzgas beaufschlagt. Innerhalb der Chargierkammer 3 werden die Körper durch einen Gleitring 20 geführt.
• Die a-bgedichtete Zuführvorrichtung 21 gestattet das bringen von Schmelz ze,behandlungsmitteln in Drahtform ohne Störung des Produktionsablaufs.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Schmelz- und Gießverüahren zur lerstellung von verkstücken aus der Schmelze unter Druckanwendung dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze in einem druckdichten system fortlaufend aufzuscilmelzende Chargierkörper unter Schutzgas zugeführt werden und daß jer hierbei entstehende Uberdruck die Schmelze aus dem Jystem verdrängt.

2. Einrichtung z.B. nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß an der.

Schmelzofen(1) einerseits seitlich ein oteigrohr(2) unten anderer.eits oberhalb eine gasdichte Chargierkammer(3) anbeordnet ist urld daki ar die Kammer ein Druckzylinder(14) angeschlossen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeicEInet, dnl; an der Einführstelle der Chargierkammer()) eine dem querschnittsumfang des Chargierkörpers(5) angepasste Dichtung(9) und daß im Bereich der Eintauchstelle des Chargierkörpers in die Schmelze im Ofen ein dichter feuerfester Einsatz(10) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine einmalige Schutzgasfüllung in der Chargierkammer(3) ueber zahlreiche Arbeitszyklen erhalten bleibt u:id lediglich Leckverluste kompensiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der erforderliche Gieß- tid Speiserdruck mit Hilfe einer Druckregelung des Schutzgases in Abhängigkeit vom Chargierkörpervorschub unter Beibehaltung eines gleichbleibenden Pegelstands der Schmelze geregelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5 unter Anwendung der Einrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzesäule im Steigrohr(2) durch entsprechende Regelung des Schutzgasdruckes in Höhe der Steigrohrmündung(16) verbleibt, sobald ein Arbeitstakt abgeschlossen ist.

7. Chargierkörper zur Verwendung bei der Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 in einer einrichtung nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Chargierkörper(5) an seinen Enden mit einander entsprechenden Verbindungsmitteln versehen ist.

8. Chargierkörper nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel derart gestaltet sind, daß zwischen aufeinanderfolgenden Chargierkörpern der Närmefiuß behindert wird.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2,3,7,8 dadurch gekennzeichnet, daß eine Spüldusche(18) an der Einführstelle der Chargierkammer(,) vor der Dichtung(9) angeordnet ist und über eine ein Ventil(19) enthaltende Zuleitung mit einem Behälter für das Schutzgas/verbunden ist.

1 Einrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil(19) vor der Spüldusche(18) durch die Bewegung der Chargierkörper(5) beispielsweise über einen Endschalter gesteuert wird.

11. Einrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß an der Whargierkammer(3) oberhalb der Eintauchstelle des Chargierkörpers(5) in die ßchmelze eine abgedichtete Zuführvorrichtung(21) für Schmelzebehandlungsmittel angeordnet ist.

L e e r s e i t e