DE2041588B2 - Schmelz- und niederdruckgiess-verfahren und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Schmelz- und Niederdruckgießverfahren, bei dem die an das Steigrohr des druckdichten Schmelzgefäßes anzuschließende. Gießform durch Verdrängen einer dem Formhohlraum entsprechenden Menge des Gießgutes aus dem Schmelzgefäß mittels eines Chargierkörpers gefüllt wird sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist eine Einrichtung bekannt (CH-PS 3 59 844), die nach dem Warmkammer-Druckgießverfahren arbeitet L,nd bei der der Schmelze im Eisentiegel ein Chargierkörper unter Schutzgas zugeführt wird. Der Gießvorgang wird durch eine Warmkammergießpumpe bewirkt, die in der Zeichnung unrichtig als Ventil dargestellt ist. Die Gießeinrichtung wird durch Kippen von der gefüllten Form gelrennt. Diese Einrichtung ist im Hinblick auf turbulenzfreie Formfüllung und Dichtspeisung während der Gußerstarrung für das Niederdruckgieß-Verfahren nicht geeignet.

Die Warmkammer-Druckgießeinrichtungen nach US-PS 14 03 955 und 12 19 358 verwenden Chargierkörner als Kolben, die abdichtend in direktem Reibungskontakt in metallischen Röhren als Druckzylinder aufgeschmolzen werden und die Schmelze zur Formfüllung verdrängen. Theoretisdi können hier nur einige wenige Legierungen mit entsprechend geringer Löslichkeit für das Zylindermaterial und mit besonders niedrigem Schmelzpunkt verarbeitet werden. Praktisch sind derartige Versuche für die Gußproduktion bedeutungslos geblieben, da es unter den vorliegenden Bedingungen rasch zu Anfreßerscheinungen und damit zur Zerstörung der Zylinderwand kommt.

Das bekannte Niederdruckgieß-Verfahren 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 werden kann, angesehen werden. Dabei kann eine Schaumbildung infolge der Oxydation der frei fallenden Schmelze nicht verhindert werden. Ein Aufschmelzen von festem Einsatzmaterial ist aus den gleichen Gründen praktisch nicht möglich. Eine ähnliche Gefahr tritt auch im Steigrohr unterhalb der Gießform durch die bei jedem Arbeitstakt aufsteigende und zurückfallende Schmelzsäule auf. sie muß bei hochwertigen Gußteilen durch zwischen Gießform und Steigrohrmünii g eingesetzte Schaumfangsiebe bekämpft werden. Die Lösung, den Schmelzepegel in Höhe der Steigrohrmündung nach beendetem Arbeitstakt durch Gasdrucksteuerung zu halten, stößt auf Grund des sich ständig im Ofen ändernden Metallstands auf erhebliche Schwierigkeiten und hat sich in der Betriebspraxis nicht einführen können. Als wenig vorteilhaft muß auch die Tatsache angesehen werden, daß für jeden einzelnen Guß eine beträchtliche Menge Druckgas aufzuwenden ist. Aus Kostengründen kommt daher nur Preßluft in Frage, die bei nicht sorgfältiger Trocknung das Wasserstoffproblem aufwirft und ferner einen Ausbrand wichtiger Schmelzekomponenten, z. B. Magnesium und Natrium, begünstigt. Das Luftvolumen muß entsprechend dem bei fortschreitender Produktion abnehmenden Schmelzevorrat laufend vergrößert werden, was in Verbindung mit der zwangsläufigen Wärmeausdehnung zu Ungleichmäßigkeiten bei der Formfüllung führt. Ein weiteres Problem liegt beim gußeisernen Steigrohr, dessen Lebensdauer bei verschiedenen Metallschmelzen sehr begrenzt ist (Ztschr. »Gießerei« 56. [1969], S. 83-90). Der für die Dichtspeisung des erstarrenden Gußkörpers wichtige Druck der Schmelze muß mit Rücksicht auf die notwendige Druckbeaufschlagung des gesamten Ofenraums niedrig gehalten werden.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum gleichzeitigen Schmelzen und Vergießen aller technisch bedeutsamen Gußwerkstoffe für die Produktionspraxis zu realisieren, bei dem Abbrand und Verunreinigung der Schmelze vermieden werden und bei dem während der Erstarrung in der Gießform ein maßgenaues Werkstück mit dichtem, feinkörnigem Gefüge entsteht. Schließlich soll der Herstellungsprozeß auf rationelle Weise mit mögliclist hohem Mechanisierungsgrad und auf engstem Raum ablaufen können.

Die Aufgabe wird beim erfindungsgemäßen Schmelz- und Niederdruckgießverfahren, bei dem die an das Steigrohr des druckdichten Schmelzgefäßes anzuschlie-

ßende Gießform durch Verdrängen einer dem Formhohlraum entsprechenden Menge des Gießgutes aus dem Schmelzgefäß mittels eines Chargierkorpers gefüllt wird, dadurch gelöst, daß der in der Schmelzphase mit der Steigrohrmündung fluchtende Schmelzespiegel im Schmelzgefäß mittels einer druckgeregelten Schutzgasfüllung während der Schmelz- und Gießphase auf gleichbleibender Höhe gehalten wird.

An Stelle der induktiven Beheizung kann bei geeigneten Legierungen, z. B. Magnesiumlegieningen, und bei entsprechendem Tiegelmaterial auch eine sonstige in der Schmelxereipraxis bekannte Beheizungsart verwendet werden.

Der Begriff Schutzgas steht hier auch für Gase, denen eine sonstige metallurgische Bedeutung zukommt. Die Scbutzgasfüllung bleibt über zahlreiche Gießzyklen erhalten, es werden nur Leckverluste ergänzt.

Um auch den Chargiervorgang kontinuierlich durchführen zu können, werden die Chargierkörper außerhalb des Schmelzgefäßes fest miteinander verbunden.

Zur Ausübung des Verfahrens wird an den Schmelzofen einerseits, in bekannter Weise, seitlich ein Steigrohr und andererseits oberhalb desselben eine gasdichte Chargierkammer angeordnet, an die ein Druckzylinder angeschlossen ist. An der Einführstelle der Chargierkammer wird eine dem Chargierkörper angepaßte Dichtung und im Bereich der Eintauchstelle des Chargierkörper in die Schmelze im Ofen ein gasdichter feuerfester Einsatz angeordnet, der auch aus einer dichten Ausstampfung bestehen kann. Hiermit wird eine besonders dauerhafte und wirkungsvolle Abdichtung für das unter Druck gesetzte Schutzgas erreicht.

Zwecks Entfernung des erstarrten Werkstücks wird die Schmelzesäule im Steigrohr durch entsprechende Regelung des Scliutzgasdruckes in Höhe der Steigrohrmündung gehalten. Hierbei kann das Werkstück sowohl einer Dauerform entnommen als auch mit seiner verlorenen Form entfernt werden.

Um mehrere nacheinander in die Chargierkammer einzuführende Chargierkörper dicht aufeinander folgen lassen zu können, wird man jeden Chargierkörper an seinen Enden mit einander entsprechenden Verbindungsmitteln versehen. Zweckmäßig wird man solche Verbindungsmittel, die den Wärmefluß behindern, zwischen aufeinanderfolgenden Chargierkörpern anordnen.

Um zu verhindern, daß zwischen aufeinanderfolgenden Chargierkörpern vorhandene Luft- oder Verunreinigungen in die Chargierkammer gelangen, wird an der Einführungsstelle der Chargierkammer eine Spüldusche vor der Dichtung angeordnet, die über eine ein Ventil enthaltende Zuleitung mit der Gasquelle für das Schutzgas verbunden ist. Damit die Spülduschc jeweils nur beim Eintritt einer Verbindungsstelle zweier Chargierkörper in Tätigkeit tritt, wird man eine Steuervorrichtung, beispielsweise einen Endschalter, zum Ein- und Ausschalten des Ventils anordnen.

Zusätzlich kann man an der Chargierkammer oberhalb der Eintauchstelle des Chargierkörpers in die Schmelze eine abgedichtete Zuführvorrichtung für Schmelzebehandlungsmittel, z. B. Kornfeinungsmittel, vorsehen. Durch ähnliche Vorrichtungen können auch Temperaturmessungen vorgenommen werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile erstrecken sich zunächst auf die Gewinnung einer von unerwünschten Verunreinigungen freien Schmelze unter Schutzgas, die mit Hilfe desselben Aggregats gleichzeitig zu dichten, maßgenauen Werkstücken vergossen wird. Dabei tritt die Schmelze in 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 günstiger 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 der Gasfüllung auf die Chargierkammer 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. Ein Behandeln der Schmelze mit geeigreten Präparaten ist ohne Störung des vollkontinuierlichen Produktionsablaufs möglich. Dieses Gießverfahren ist für fast alle Gußwerkstoffe anwendbar, ein Steigrohrproblem tritt nicht auf. Eine universelle Anwendbarkeit ergibt sich auch im Hinblick auf die Größe der zu produzierenden Werkstücke. Das Verfahren ist ebenso geeignet für die Massenproduktion von Kleinteilen wie für die Herstellung besonders großer Sandgußteile und eignet sich auch als genau arbeitende Dosiereinrichtung z. B. für das Kokillengießverfahren und die Druckgießmaschine. Zusammen mit dem hohen Mechanisierungsgrad sind Einsparungen an Material und Energie hervorzuheben. Das Aufschmelzen kompakter Chargierkörper, wie z. B. Stranggußformate, ist rationeller als das von Masseln, wobei in der Gießerei die Gattierungs- und Legierungsarbeit entfällt und wenigen großen Schmelzhütten überlassen bleibt. Die Gießereiatmosphäre wird durch das Schmelzen im abgeschlossenen System nicht beeinträchtigt 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 Atmosphäre mit Hilfe einer geeigneten Dichtung 9, gegen den Ofen 1 durch den Einsatz tO aus gasdichtem feuerfesten Material und die im Bereich dieses Einsatzes befindliche Oberfläche der Schmelze 11 abgedichtet. Über der Dichtung 9 befindet sich eine Spüldusche 18, 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 Gasquelle 12 über ein Abspeirventil 13 eingefüllt und mit Hilfe des Druckzylinder 14 auf die verschiedenen während des Gießtaktes erforderlichen Drücke in Abstimmung mit dem Vorschub der Chargierkörper 5 geugelt 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 Schmelzebad 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 Stillstand. Eine weitere Druckerhöhung mit Hilfe des Zylinders 14 verbessert die Dichtspeisung des erstarrenden Gußkörpers in der Form 4. Sobald die Erstarrung bis in Nähe der Steigrohrmündung 16 forgeschritten 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 Kopplungsstelle der Chargierkörper 5 mit Schutzgas beaufschlagt. Innerhalb der Chargierkajgimer 3 werden die Körper durch einen Gleitring 20 geführt. Die abgedichtete Zuführvorrichtung 21 gestattet das Einbringen von Schmelzebehandlungsmitteln in Drahtform ohne Störung des Produktionsablaufs.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche: ^^

1. Schmelz- und Niederdruckgießverfahren, bei dem die an das Steigrohr des druckdichten Schmelzgefäßes anzuschließende Gießform durch Verdrängen einer dem Formhohlraum entsprechenden Menge des Gießgutes aus dem Schmelzgefäß mittels eines Chargierkörpers gefüllt wird, d a durch gekennzeichnet, daß der in der Schmelzphase mit der Steigrohrmündung fluchtende Schmelzespiegel im Schmelzgefäß mittels einer druckgeregelten Schutzgasfüllung während der Schmelz- und Gießphase auf gleichbleibender Höhe gehalten wird. J5

2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß am Schmelzofen (1) eine gasdichte Chargierkammer (3) mit einem Druckzylinder (14) angeordnet ist, so daß lediglich Schutzgasleckverluste zu kompensieren sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einführslelle der Chargierkammer (3) eine dem Chargierkörper (5) angepaßte Dichtung (9) und im Bereich der Eintauchstelle der Chargierkörper in die Schmelze im Ofen ein gasdichter feuerfester Einsatz (10) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Chargierkörper mit den Wärmefluß behindernden Verbindungsmitteln versehen sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einführstelle der Chargierkammer (3) vor der Dichtung (9) eine Spüldusche (18) angeordnet ist, die über ein Ventil (19) mit der Schutzgaszuleilung (12) verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (19) zur Spüldusche (18) durch die Bewegung der Chargierkörper (5) mittels eines Endschalters zu steuern ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Chargierkammer (3) eine abgedichtete Zuführvorrichtung (21) für Schmelzebehandlungs- und/oder Kontrollmittel angeordnet ist.