DE2139309A1

DE2139309A1 - Magnetic casting - esp of spheroidal graphite cast iron

Info

Publication number: DE2139309A1
Application number: DE19712139309
Authority: DE
Inventors: Itaru Nagoya Komatsu Yasuhiko Komiyama Yoshiro Hibino Yoshihiro Toyota Aichi Nnmi (Japan) P
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1970-08-11
Filing date: 1971-08-05
Publication date: 1972-02-17
Also published as: JPS4915698B1

Abstract

Precision high-quality casting, esp. of spheroidal graphite cast iron, is achieved by surrounding mould of non-magnetic refractory material with supporting particulate magnetic material which holds mould in position. The mould with supporting material is exposed to a magnetic field which is maintained during casting and during subsequent solidication, to magnetise supporting material. Castings have min. shrinkage or shrink holes. Support raises mould wall rigidity and resistance to bowing under load. Partic. magnetic material used is steel shot, but Ni or other shot, powder or granules can be used.

Description

Magnetisches Giessverfahren = ==== = = =c=== = = = Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisches GiessverRahrein. Magnetic casting process = ==== = = = c === = = = The present The invention relates to a magnetic casting process.

Es wurden verschiedene Versuche unternommen, um ganz präzise Giesslinge zu erhalten. Bei einer frtlhen Verfahrensweise wurden HochprSzisionsformtechniken für präzise Giesslinge entwickelt. Es wurde jedoch festgestellt, dass in solchen Systemen eine Verschiebung oder Durchbiegung der Formwandung zu lokalen Ausbauchungen der endgültigen Giesslinge führt, die die genaue Grösse oder Präzision der gegossenen Produkte nachteilig beeinflusst. Dlese Nachtelle sind durch den inneren Druck durch das in die Form gegossene geschmolzene Material und/oder eine lokale Ausdehnung in Eezug auf den Teil des geschmolzenen Metalls, das früher als der Rest des Materials zu härten oder sich zu verrestigen begonnen hat, bedingt-. Bei der Herstellung von Giesslingen aus Gusseisen mit Kugelgraphit ist es beispielsweise errorderlich, zusätzliches geschmolzenes Metall durch den Steiger oder die Giessöffnungen während der Verfestigungsstufe zuzugeben, um Giessfehler, wie beisplelsweise innere oder äussere Schrumpfungen bzw. Lunker infolge der nicht vollständigen Füllung des expandierten Formhohlraums auf ein Minimum herabzusetzen und somit die Präzision der endgültigen Giesslinge zu verbessern. Various attempts have been made to produce very precise castings to obtain. An early approach used high precision molding techniques developed for precise castings. However, it was found that in such Systems a displacement or deflection of the mold wall to local bulges of the final castings that determine the exact size or precision of the cast Adversely affects products. The night spots are through the internal pressure the molten material poured into the mold and / or a local expansion in relation to the part of the molten metal that is earlier than the rest of the material has begun to harden or to solidify, conditionally. In the production of Castings made of spheroidal graphite cast iron, for example, need additional molten metal through the riser or pouring holes during the solidification stage to admit casting defects such as internal or external shrinkage or voids as a result of the incomplete filling of the expanded mold cavity reduce to a minimum and thus the precision of the final castings to improve.

Zahlreiche Massnahmen wurden zur erhöhung der Selbsttragungsfählgkeit und Widerstandskraft der Form.wandung gegen Deformation oder Durchbiegung vorgeschlagen. Die am häufigsten verwendeten Massnahmen sind die folgenden: (a) Erhöhung der Eigenstarrheit der Form; (b) Erhöhung der Wanddicke der Form; (c) Verstärkung der Formwandungen durch Draht und dergl.; (d) Anbringung einer Stützschicht oder Beschichtung auf die Formwandungen; (e) Halterung der Form durch ein Stützmaterial, wie beispielsweise Stahlschrot, während der Giessstufe; (r) Anbringung eines Gewichts an der Form während der Giessstufe; und (g) Einspannen der Form mittels einer Einspannvorrichtung während der Giessstufe; und dergl.Numerous measures were taken to increase self-sufficiency and resistance of the Form.wandung against deformation or bending proposed. The most commonly used measures are as follows: (a) Increasing self-rigidity the form; (b) increasing the wall thickness of the mold; (c) Reinforcement of the mold walls by wire and the like; (d) Applying a backing or coating the mold walls; (e) Retaining the mold by a support material such as Steel shot, during the pouring stage; (r) Attaching a weight to the mold during the pouring stage; and (g) clamping the mold by means of a clamping device during the pouring stage; and the like

Diese Massnahmen haben sich jedoch als nicht zufriedenstellend erwiesen. So ergaben sich beispielsweise Schwierigkeiten bei der Herstellung einer Welle von 650 mm Länge und 8o mm Durchmesser aus Gusseisen mit Kugelgraphit unter Verwendung einer durch ein Schalengussverfahren erzeugten Form, die von einem Stützträger aus Stahlschrot umgeben war. Selbst mit dem Stützträger neigt die Form dazu, sich während der Giessatufe in eie solchen Ausmass durchzubiegen oder zu deformieren, dass die erhaltene zelle einen um 5 bis 4 mm breiteren Durchmesser als den vorbestimmten Durchmesser haben kann, wobei innere Giessfehler oder Linker in erheblichem Ausass auftreten.Eine Vergrösserung von zumindest 1 bis 2 mm im Durchmesser ist unverneidlich , selbst wenn der abstützende Stahlschrot sich ganz zufriedenstellend auswirkt. Auch sind verhältnismässig grosse Steiger erforderlich, um mit einer solchen Anordnung in wesentlichen fehlerlose und von Defekten freie Giesslinge zu erzeugen.However, these measures have not proven to be satisfactory. For example, difficulties arose in the manufacture of a shaft from 650 mm length and 80 mm diameter made of cast iron with spheroidal graphite using a mold produced by a shell molding process, supported by a support beam Steel shot was surrounded. Even with the support beam, the shape tends to move while to bend or deform the casting step to such an extent that the obtained cell has a diameter 5 to 4 mm wider than the predetermined one Can have diameter, with internal casting defects or linkers to a considerable extent An enlargement of at least 1 to 2 mm in diameter is unavoidable , even if the supporting steel shot works quite satisfactorily. Relatively large risers are also required in order to be able to use such an arrangement to produce essentially flawless and defect-free castings.

Ein anderer Versuch, der zur Erzeugung hochpräziser Giesslinge unternommen wurde, wird als Wachsausschmelzverfahren bezeichnet. Bei diesem Versuch sind jedoch viele Schichten von kostspieligem Formmaterial erforderlich, um die physikalische Festigkeit der Form zu erhöhen. Nach diesem Verfahren erzeugte Giesslinge sind sehr teuer.Another attempt made to produce high-precision castings became, is known as the lost wax process. However, there are many in this attempt Layers of costly molding material are required to maintain physical strength to increase the shape. Castings produced by this process are very expensive.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die oben genannten Nachteile auszuschalten und ein neues verbessertes Verfahren zur Produktion von verhältnismäss-g billigen Giesslingen hoher Präzision und Genauigkeit zu schaffen.The present invention aims to eliminate the above-mentioned disadvantages and a new improved process for producing relatively cheap To create castings of high precision and accuracy.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisches Giessverfahren, bei welchem eine Gussform verwendet wird, die hauptsächlich aus einem nichtmagnetischen feuerbeständigen Material hergestellt ist und in einem magnetischen Stützmaterial eingeschlossen ist.The present invention relates to a magnetic casting process, which uses a mold mainly composed of a non-magnetic one Fire-resistant material is made and in a magnetic support material is included.

Die nichtmagnetische Form mit dem magnetischen Stützmaterial-wird in ein Magnetfeld gebracht, das während des Giessvorgangs und der Verfestigung des Giesslings in der Form aufrechterhalten wird.The non-magnetic form with the magnetic support material-becomes brought into a magnetic field that occurs during the casting process and the solidification of the Giesslings is maintained in the form.

Im spezielleren betrifft die Erfindung ein neues magnetisches Giessverfahren zur Herstellung von verhältnismässig billigen und genauen Giesslingen, die im wesentlichen frei von Fehlern sind.More specifically, the invention relates to a new magnetic casting process for the production of relatively cheap and accurate castings, which essentially are free from defects.

Die Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erlGutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine Längsschnittansicht elnes kugeligen Giesslings mit Steiger und Eblgussstelle, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Form zur Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Giesslings mit Stahlschrot zur Abstützung, Fig. 7 eine Schnittansicht, genon:ren längs der Linie 3-3 der Fig.The invention is described below with reference to the figures of Drawing will be explained in more detail. They show: FIG. 1 a longitudinal sectional view spherical casting with riser and Eblgussstelle, Fig. 2 is a perspective View of a mold for producing the casting shown in FIG. 1 with steel shot for support, Fig. 7 is a sectional view, genon: ren along the line 3-3 of Fig.

2, die das Prinzip des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt, bei welchen die gesamte Form mit Stützmaterial in ein Wianetfeld gebracht ist, und Fig. 4 eine Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Giessverfahrens. 2, which shows the principle of the method according to the invention, in which the entire form with support material is placed in a Wianet field, and Fig. 4 an explanation of an embodiment of the casting method according to the invention.

Es ist ein übliches Erfordernis, Giesslinge aus Materialien hoher Qualität herzustellen. Es ist auch erforderlich, dass die Giesslinge genaue Endformen und -grössen haben. Dem entsprechend setzt ein Hochpräzisionsgiessverfahren den Bearbeitungsaufwand der Giesslinge herab, was eine wirtsehaftliche Massenproduktion der Enderzeugnisse ermöglicht.It is a common requirement to make castings from materials of high quality To produce quality. It is also necessary that the castings have exact final shapes and sizes. Accordingly, a high-precision casting process sets the Processing effort of the castings down what an economic mass production of the end products.

Erfindungsgemäss werden die Formwandungen durch ein äusseres Stützmaterial während des Giessens und der anschliessenden Verfestigungsstufe abgestützt und gleichförmig verstärkt. Die Abstützung erhöht die Starrheit der Formwandungen und deren Festigkeit gegen Durchbiegungen, so dass ganz präzise und fehlerlose Giesslinge erzeugt werden. Die bei dem erfindungsgemässen Verftahren.verwendete Form kann eine Rohsandform, eine gashärtende Form, eine selbsthärtende Form > eine Schalenform, eine Wachsausschmelzform oder irgendeine andere geeignete Form sein. Das bei dem erfindungsgemässen Verfahren verxsendete Stützmaterial kann Stahlschrot, Nickelschrot oder Schrot aus einem anderen Material oder aus diesen Materialien erhaltene Pulver oder granulierte Teilchen sein. In der Praxis ist jedoch Stahlschrot das als Stützmaterial bevorzugte Material.According to the invention, the mold walls are provided with an outer support material supported and uniform during casting and the subsequent solidification stage reinforced. The support increases the rigidity of the mold walls and their strength against deflection, so that very precise and flawless castings are produced. The form used in the process according to the invention can be a raw sand form, a gas-hardening mold, a self-hardening mold> a shell mold, a lost wax mold or any other suitable shape. That in the process according to the invention Contaminated support material can be steel shot, nickel shot, or shot from another Material or powder or granulated particles obtained from these materials be. In practice, however, steel shot is the preferred material as the support material.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine durch irgendeine der oben beschriebenen üblichen Formtechniken hergestellte Form in einen Behälter eingebracht, und der Zwischenraum zwischen der Form und dem Behälter wird mit dem Stützmaterial, wie beispielsweise Stahlschrot, ausgefüllt, um eine Abstützung für die Form zu erhalten. Während der Einbringung von Stahlschrot in den Zwischenraum kann der Behälter vorzugsweise zur i3rzielung einer gleichförmigen und dichten Packung und zur Erhöhung der Stützwirkung des Stahlschrots in Vibration gehalten werden.According to a preferred embodiment of the invention, a any of the conventional molding techniques described above into a mold Container introduced, and the space between the mold and the container is with the support material, such as steel shot, filled in to provide a support for getting the shape. During the introduction of steel shot into the gap The container can preferably be used to achieve a uniform and tight packing and kept vibrating to increase the supporting effect of the steel shot.

Dann wird die Forrn mit dem abstützenden Stahlschrot und dem Behälter in einem Magnetfeld angeordnet, und geschmolzenes Metall wird in die Form gegossen. Nach beendeter Verfestigung des Metalls wird der Giessling aus der Form in an sich bekannter Weise entfernt.Then the mold is made with the supporting steel shot and the container placed in a magnetic field, and molten metal becomes in poured the mold. After the metal has solidified, the casting is made removed from the mold in a manner known per se.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung spezieller Ausführungsformen der Erfindung, wobei die Stärke-des Magnetfelds von der Anzahl der Windungen der Spule und der Stromstärke, die durch diese fliesst, abhängt. Die bei diesen Ausführungen verwendete Spule wird mit Wechselstrom von 50 bis 100 A bei 200 V gespeist Gleichstrom ist zwar vom Standpunkt der Wirksamkeit aus zweckmässiger, doch wird ein Wechselmagnetfeld im allgemeinen in der Praxis wegen des Erfordernisses der Entmagnetisierung oder Nichtmagnetisierung des Stützmaterials verwendet.The following examples serve to further illustrate more specific ones Embodiments of the invention, the strength of the magnetic field on the number the turns of the coil and the strength of the current flowing through it. the The coil used in these designs has an alternating current of 50 to 100 A. Direct current fed at 200 V is more appropriate from the point of view of effectiveness, however, an alternating magnetic field is generally used in practice because of the requirement the demagnetization or non-magnetization of the support material is used.

Beispiel 1 Fig. 1 zeigt einen kugelförmigen Giessling mit einem Durchmssser von 75 mm in einer Schnittansicht, der zur Bewertung der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Der kugelförmige Giessling weist einen Steiger mit Eingussstelle 1 und einen kugeligen Teil 2, der mit diesen aus einem Stück besteht, auf.Example 1 Fig. 1 shows a spherical casting with a diameter of 75 mm in a sectional view useful for evaluating the present invention was produced. The spherical casting has a riser with a gate 1 and a spherical part 2, which consists of one piece with these on.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Schalenform ), die bei dieser speziellen Ausführungsform verwendet wird und in einem Behälter 4 angeordnet und durch ein Stützmaterial aus Stahlschrot 5 getragen und in ihrer Lage gehalten wird. Diese Form mit Stahlschrot und Behälter wird dann in ein Magnetfeld gebracht, das in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet ist.Fig. 2 is a perspective view of a shell mold shown in This particular embodiment is used and placed in a container 4 and supported by a support material of steel shot 5 and held in place will. This shape with steel shot and container is then placed in a magnetic field, which is designated by the reference number 6 in FIG. 3.

Fig. 4 ist eine Ansicht, die das Prinzip einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die einen Eisenkern 7 und eine Spule 8 aufweist. Wenn der Stahlschrot 5, der die Schalenform 3 umgibt, einem Magnetfeld ausgesetzt wird, erden die Teilchen des Stahlschrots magnetisiert und ziehen einander durch die Magnetkräfte an und bilden so eine gleichförmige und dicht gepackte Struktur, die die Starrheit und die Festigkeit der Form gegen Deformationen erheblich erhöht. Das geschmolzene Metall wird ln den For-r?nohlraum gegossen und dann innerhalb der Fol.n unter minimaler Deformation oder Durchbiegung der Formwandungen verfestigt.Fig. 4 is a view showing the principle of a specific embodiment of the present invention having an iron core 7 and a coil 8. When the steel shot 5 surrounding the shell mold 3 is exposed to a magnetic field the particles of the steel shot are magnetized and pull through each other the magnetic forces and thus form a uniform and densely packed structure, which significantly increases the rigidity and strength of the mold against deformation. The molten metal is poured into the mold cavity and then inside the Fol.n under minimal deformation or bending of the mold walls solidified.

Im nachfolgenden werden Vergleiche zwischen dem nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugten.kugelförmigen Giessling aus Gusseisen mit Kugelgraphit und einem kugelförmigen Giessling aus dem gleichen Material, der durch ein übliches Giessverfahren erhalten ist, angegeben.In the following, comparisons between the according to the invention Process produced. Spherical casting made of cast iron with spheroidal graphite and a spherical casting made of the same material that is produced by a conventional casting process is received, indicated.

Tabelle Giessling, erzeugt Giessling, erzeugt nach einer Ublichen nach dem erfin- Methode mit einer dungsgemässen Ver- Form, die keinem fahren mit einer Magnetfeld~ausge- einem Magnetfeld setzt ist ausgesetzten Form Durchmesser, gemessen senkrecht zu der Teil- linie des kugelförmi- gen Giesslings mit ei- nem Durchmesser von 75 mm Summe des Volumens der Hohlräume, die in dem Oberteil der kugelför- 4>5 cm migen Giesslinge auf- treten Die oben beschriebene spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde mit einer Schalenform mit einer Wanddicke von 5 bis 10 mm und Stahl schrotteilchen mit Durchmessern im Bereich von 1 bis 3 mm durchgeführt. Der Stahlschrot wurde einem Magnetfeld von 1700 Gauß ausgesetzt. Das bei dieser Ausführungsform verwendete geschmolzene Metall enthielt ),80 % C, ?,80 2>80 % Si, 0,30 % Mn, 0,02 % P, 0,015 ß S und 0,045 % Mg.Tabel Casting, produced Castling, produced according to a customary Method with a proper Form that no one will drive with a Magnetic field ~ from a magnetic field sets is exposed form Diameter, measured perpendicular to the partial line of spherical gen Giesslings with a a diameter of 75 mm Sum of the volume of the Cavities in the Upper part of the spherical 4> 5 cm moderate castings step The particular embodiment of the present invention described above was carried out with a shell mold with a wall thickness of 5 to 10 mm and steel shot particles with diameters in the range of 1 to 3 mm. The steel shot was exposed to a magnetic field of 1700 Gauss. The molten metal used in this embodiment contained), 80% C,?, 80 2> 80% Si, 0.30% Mn, 0.02% P, 0.015 ß S and 0.045% Mg.

Aus dem obligen ist klar ersichtlich, dass mit der hier beschrlebenen neuen Präzisionsgiessverfahren ganz präzise und genaue Giesslinge mit minimalen Schrumpfungen oder Lunkern ohne Erfordernis zusätzlicher Steiger erzeugt werden können.From the obligen it is clear that with the here described new Precision casting process very precise and precise castings with minimal shrinkage or blowholes can be generated without the need for additional risers.

Die genaue Stärke des Magnetfelds, dem die Formanordnung ausgesetzt wird, wird je nach der ursprUnglichen physikalischen Festigkeit der Form und der Qualität und der Teilchengrösse des Stützmaterials gewählt.The exact strength of the magnetic field to which the mold assembly is exposed will, depending on the original physical strength of the shape and the Quality and the particle size of the support material selected.

Beispiel 2 Bei der Herstellung von Ventilsitzen mit einer Länge von 10 mm, einem Aussendurchmesser von 40 mm und einem Innendurchmesser von 26 mm für Brennkraftmaschinen wurde gefunden, dass bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens nur 3 bis 4 Schichten aus feuerbeständigem Material auf die Formwandungen aufgebracht werden mussten, während bei dem bekannten Wachsausschmelzgiessverfahren normalerweise ein 5- bis 6-schichtiger Überzug aus feuerbeständigem Material auf den Formwandungen verwendet wird, um die erforderliche Starrheit der Form zu ergeben. Infolgedessen werden die Materialkosten des Überzugs um 40 % der für die bisherigen Verfahren erforderlichen Kosten herabgesetzt.Example 2 In the manufacture of valve seats with a length of 10 mm, an outer diameter of 40 mm and an inner diameter of 26 mm for Internal combustion engines have been found that when using the method according to the invention only 3 to 4 layers of fire-resistant material applied to the mold walls had to be, while with the known lost wax casting process normally a 5- to 6-layer coating of fire-resistant material on the mold walls is used to give the required rigidity of the form. Consequently the material cost of the coating will be 40% of that for the previous method required costs are reduced.

Das bei der zweiten Ausführungsform verwendete geschmolzene Metall aus Weissgusseisen enthielt 0,58 % Mn, 3,12 % C, 2,06 % Si und 2,90 % Cr, und das Stützmaterial bestand aus Stahlschrotteilchen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 2mm, das einem Magnetfeld von 1300 Gauß ausgesetzt wurde.The molten metal used in the second embodiment made of white cast iron contained 0.58% Mn, 3.12% C, 2.06% Si and 2.90% Cr, and that Support material consisted of steel shot particles with a diameter in the range of 0.5 to 2mm exposed to a magnetic field of 1300 Gauss.

Wie oben erwähnt, können dünnere Formwandungen bei dem erfingungsgemässen Verfahren verwendet werden, wobei die folgenden Vorteile erzielt werden. Nach Beendigung der Verfestigung des geschmolzenen Metalls kann das gegossene Produkt leicht aus der Form genommen werden. Da die Form nichtmagnetisch ist, haftet sie weniger, während bei den bekannten Giessmethoden das Produkt nur mit beträchtlichen Schwierigkeiten aus der Form herausgenommen werden kann, weil diese sehr starr ist.As mentioned above, thinner mold walls can be used in the case of the invention Methods can be used with the following advantages. After completion The solidification of the molten metal can make the cast product easily out the shape to be taken. Since the shape is non-magnetic, it is less sticky while with the known casting methods, the product only with considerable difficulty can be removed from the mold because it is very rigid.

Claims

Claim

================= Magnetic casting process, characterized in that around a mold made of non-magnetic fire-resistant material a support particulate magnetic material surrounding the mold and holds in place and the shape with the support material to magnetize the Support material is brought into a magnetic field during the casting process and the subsequent solidification is maintained.

L e r s e i t e