DE2212177A1

DE2212177A1 - Verfahren zum Erzeugen eines Kanals in einem zu gießenden Metallblock, ins besondere in einem Gußeisenblock, und Kern fur dieses Verfahren

Info

Publication number: DE2212177A1
Application number: DE19722212177
Authority: DE
Inventors: Hans Sigvard Sodertalje Wahlqvist (Schweden)
Original assignee: Saab Scania AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1971-03-15
Filing date: 1972-03-14
Publication date: 1972-09-21
Also published as: FR2130291B1; GB1362138A; FR2130291A1; SE360813B; US3805874A; IT953387B

Description

Dipl.-Ing. H. Sauer-iand · Gr.-Ing. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen

Patentanwälte ■ 4ooo Düsseldorf · CeCilienallee 7b · Telefon 43373a

Unsere Akte; 27 294 ..,«.-, 13. März 1972

SAAB-SCANIA AKTIEBOLAG, S-151 87 Södertäl.je, Schweden

"Verfahren zum Erzeugen eines Kanals in einem zu gießenden Metallblock, insbesondere in einem Gußeisenblock, und Kern für dieses Verfahren"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Kanals in einem zu gießenden Metallblock, insbesondere in einem Gußeisenblock, mit Hilfe eines in die Gießform eingesetzten Kerns. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kern, der für das Verfahren geeignet ist.

Bekannte Verfahren zum Erzeugen von beispielsweise Ölkanälen in Motorblöcken od.dgl» haben die Hersteller vor beträchtliche Probleme gestellt, da die nach dem Gießen erforderliche maschinelle Bearbeitung oft die Auswahl geeigneter Legierungen beschränkt. Es besteht daher seit langem der Wunsch, eine geeignete Möglichkeit zu finden, zerspanende Bearbeitung von Längskanälen in Metallblöcken zu vermeiden. Bisher konnte jedoch für dieses Problem keine zufriedenstellende Lösung gefunden werden.

Herkömmliche Verfahren, die Kerne benutzen, sind zum Gießen von Längskanälen mit einem begrenzten Querschnitt nicht geeignet. Im Hinblick hierauf werden solche Kanäle durch Einbetten von Stahlrohren hergestellt» Ein solches Verfahren erfordert, daß in jedes Stahlrohr Quarzsand von

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Hand eingefüllt oder durch Vibrationswirkung eingebracht wird, um ein Schmelzen zu verhindern,, Dieses Verfahren ist kompliziert und kostenaufwendig, obgleich es solange geeignet ist, wie keine weiteren Kanäle zunin den Block eingebrachten Kanal geführt werden müssen. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die bekannte Methode nicht vorteilhaft ist,¹ wenn es sich etwa um die Schaffung eines Schmierkanalsystems in einem Motorblock od.dgl. handelt. Der Grund ist darin zu sehen, daß die verwendeten rohrförmigen Stahlrohre zum Vermeiden der Bildung von Blasen und Lunkerstellen in dem zu gießenden Metall normalerweise mit einem Überzugsmittel behandelt werden, bevor der Gießvorgang beginnt. Ein solches Zusatzmittel beschleunigt die Verfestigung des Metalls um den Kern, bringt jedoch auch eine Gefügeänderung im Kern mit sich, die zu einer merklichen Erhöhung der Härte führt, so daß es noch schwieriger wird, Anschlußkanäle mit dem Hauptkanal zu verbinden. Darüber hinaus besteht immer die Gefahr, daß^ sich beim Bohren des Rohres Grate bilden. Werden solche Grate nach dem Bohren nicht entfernt, so kann dies insbesondere wenn es sich um Kanäle oder Teile eines Schmiersystems eines Motors handelt, zu einer erheblichen Störung und zum vollständigen Ausfall der Maschine kommen.

Im Hinblick auf die vorgenannten Schwierigkeiten ist es allgemein üblich, in Metallblöcken alle Kanäle zu bohren. Handelt es sich um lange Kanäle, so werden diese in der Regel von beiden Enden aus gebohrt. Dieses Verfahren erfordert sehr gute Werkzeuge, darüber hinaus aber noch mehr ein homogenes Gefüge des zu bearbeitenden Materials. Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen ist die Industrie oft gezwungen, bei der Auswahl der Metallegierungen Vergleiche anzustellen. Vom Gesichtspunkt der Gießpraxis ist es oft

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erwünscht, einen hohen Anteil an Legierungselementen zu haben, beispielsweise Chrom. Dies führt jedoch bei der maschinellen Bearbeitung wieder zu Schwierigkeiten. Es hat sich gezeigt, daß Gußteile mit einem hohen Anteil an Legierungselementen ein nicht homogenes Gefüge haben. Sie weisen ferner lokale schleifend wirkende und harte Stellen auf, so daß unter Umständen der Bohrer in eine nicht gewünschte Richtung abgelenkt wird«, Sowohl hieraus als auch aus dem Umstand, daß das Material um die Kanäle oft sehr dünn ist, besteht bei beschädigten Kanälen die große Gefahr des Totalausfalls.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und einen Kern vorzuschlagen, die dazu geeignet sind, auf einfache und wirtschaftliche Weise enge Kanäle innerhalb von Metallblöcken zu schaffen.

Das Verfahren nach der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß für den Kern ein Rohr aus pulverförmigen oder körnigem feuerfestem Material verwendet wird, das durch ein organisches gasarmes Bindemittel zusammengehalten wird, dessen Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunktes des zu gießenden Metalls (oder der Metalllegierung) liegt, und daß in das Rohr eine Stange eingesetzt und vor dem Gießen auf den Kern ein Schwärzemittel aufgetragen wird, Welches gegenüber Temperaturen widerstandsfest ist, die mindestens gleich dem Schmelzpunkt des Metalls sind, worauf der Gießvorgang stattfindet, wobei gleichzeitig das Bindemittel verbrannt wird und Gase durch eine Ausnehmung oder einen Auslaß zwischen der Stange und der Innenseite des Rohres abgeleitet werden, wonach die Stange zum erleichterten Reinigen des beim Gießen erzeugten Kanals von den Resten des feuerfesten Materials entfernt wird.

Das Verfahren nach der Erfindung weist erhebliche Vorteile auf. Obgleich Kerne aus feuerfestem Material teuer sind und ihr Preis nicht zurückgenommen werden kann, gestattet das erfindungsgemäße Verfahren dennoch eine wesentliche Verringerung der Herstellungskosten, weil die obenerwähnte Gefahr des Totalausfalls vollständig vermieden wird. Obwohl es bekannt ist, beim Präzisionsguß zum Herstellen von Präzisionsgußteilen mit komplizierten Ausnehmungen Kerne aus feuerfestem Material zu verwenden, sind diese bekannten Verfahren nicht dazu geeignet, enge Kanäle in Metallblöcken zu bilden» Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren ist dagegen das erfindungsgemäße Verfahren durchaus für das Herstellen solcher Kanäle geeignet, insbesondere für eine Massenherstellung, da viele Verfahrensschritte, die mehr oder weniger manuell durchzuführen sind, fortfallen.

Ein insbesondere für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneter Kern wird von einem Rohr aus pulverförmigem oder granulatartigem und durch ein organisches und gasarmes Bindemittel mit einem unterhalb des Schmelzpunktes des zu gießenden Metalls liegenden Schmelzpunkt zusammengehaltenen feuerfesten Material und einer im Rohr im wesentlichen koaxial gelagerten Stange gebildet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und den Patentansprüchen. Die Beispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung des näheren erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Teil eines Längsschnitts durch einen gegossenen Motorblock, in dem sich noch der Kern befindet,

Fig. 2 einen vergrößerten Teil eines Ausschnitts der Fig<r1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Gießform vor dem Gießen,

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Fig. 4 einen Schnitt durch eine Ausführung des Kerns und

Fig. 5 und 6 Schnitte durch weitere Ausführungsformen des Kerns„

Der in Fig. 1 dargestellte Motorblock 1 wird durch Einbringen von geschmolzenem Metall oder Metallegierungen über ein Eingußsystem in eine nicht dargestellte Gießform hergestellt. Die Gestalt des Gießformhohlraums entspricht der Gestalt des Motorbloeks 1. Der Gießformhohlraum hat somit eine längliche enge Ausnehmung und eine Anzahl von querverlaufenden Ausnehmungen, die mit dieser engen Ausnehmung verbunden sind, um Abschnitte 2 und 3 für ein Ölkanalsystem zu bilden.

Gemäß der Erfindung wird ein einen Teil des Ölkanalsystems darstellender Hauptkanal 4 beim Gießen des Motorblocks 1 gebildet. Das Herstellen des Kanals erfolgt mit Hilfe eines Kerns 5, der als S.ange ausgebildet ist und eine Länge aufweist, die größer ist als die Länge des Motorblocks 1, so daß auf diese Weise Mittel für die Befestigung des Kerns in nicht dargestellten Kernmarken möglich ist, die in bekannter Weise in der Gießform vorgesehen sind, und zwar an jedem Ende des Abschnitts 2. Wenn das geschmolzene Metall in die Gießformausnehmung eintritt, ist der Kern 5 großer Hitze und großen seitlichen Kräften ausgesetzt. Der Kern steht ferner unter der Wirkung von Kräften, die beim Schrumpfen des gegossenen Körpers entstehen, wenn dieser sich verfestigt. Der Kern 5 hat _ein Rohr 5a, das durch eine in ihm gelagerte und geführte Stange 5b versteift ist (siehe auch Fig. 2). In der Zeichnung durch strichpunktierte Linien dargestellte Seitenkanäle 6 in den Abschnitten 3 werden nach dem Entfernen des Kerns 5 vorzugsweise gebohrt. Das Bohren dieser Kanäle bereitet keine Schwierigkeiten oder Gefahren. ' ■

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Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird der Kern 5 innerhalb der aus einem Oberkasten 8 und einem Unterkasten 9 bestehenden Gießform 7 mit seinen Enden in Kernmarken 10 der Gießform gehalten. Ferner wird der Kern durch Abstandelemente bzw. Kernstützen 11 lagegerecht gehalten, die über den Kern geschoben sind. Die Abstandsstücke 11 stützen sich an Anschlägen in den Kästen der Gießform ab und bestehen beispielsweise aus Scheiben od.dgl„. Diese Abstandsstücke sind dazu vorgesehen, einen gebogenen Kern zu strecken und den Kern während des Gießens zu unterstützen, so daß sich dieser nicht durchbiegen kann»

Während des Gießvorgangs wird das Material in dem Rohr 5a umgewandelt und gibt dabei Gase ab. Um ein Bersten zu vermeiden, ist es notwendig, die Gase abzuleiten. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß die Stange 5b eine entsprechende Formgebung erhält, in der Weise, daß zwischen der Innenseite des Rohrs 5a und der Stange 5b eine Ausnehmung oder ein Auslaß 5c (siehe Fig. 2) entsteht, über den dann die Gase entweichen können. In Fig. 4 bis 6 sind einige Ausführungen des Kerns dargestellt. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist der Außendurchmesser der Stange 5b kleiner als der Innendurchmesser des Rohrs 5a, so daß der Auslaß 5c eine ringförmige Gestalt hat. Da das Rohr und die Stange nicht immer genau gerade sind, liegen sie stellenweise aneinander. Doch wird dadurch das Gas am Entweichen nicht gehindert. Wie in Fig. 5 und 6 gezeigt, entspricht dort der Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser des Rohrs, so daß sich ein fester Sitz ergibt. In Fig. 5 wird der Auslaß 5c durch eine Anzahl von Nuten in der Oberfläche der Stange 5b gebildet, während in Fig. 6 der Auslaß durch eine Anzahl von Abflachungen auf der Stange 5b entsteht. Eine ganze Reihe weiterer Ausführungen ist möglich.

Das Rohr 5a besteht aus einem pulverförmigen oder körnigem feuerfesten Material, das durch ein Bindemittel zusammen-

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gehalten wird. Das Rohr wird vorzugsweise im Druckgußverfahren hergestellt. Für das Verfahren der Erfindung ist wesentlich, daß das Bindemittel für das feuerfeste Material einen ganz "bestimmten Schmelzpunkt hat und daß dieser Schmelzpunkt niedriger ist als der Schmelzpunkt des Metalls oder der Metallegierung. Auf diese Weise wird durch die Hitze des geschmolzenen Metalls erreicht, daß das Rohr aus feuerfestem Material während des Gießens zerfällt, bevor der Gießvorgang beendet ist. Wenn beispielsweise Gußeisen oder Gußeisenlegierungen gegossen werden, sollte der Schmelzpunkt des Bindemittels mindestens 100⁰C niedriger als der Schmelzpunkt des Gußeisens liegen. In Abhängigkeit von der Art der Gußeisenlegierung und des feuerfesten Materials kann die Schmelztemperatur des Bindemittels innerhalb eines weiten Temperaturbereiches gewählt werden.

Versuche haben gezeigt, daß für den feuerfesten Stoff keramisches Material benutzt werden kann, vorzugsweise zerkleinertes Glas. Ebenso können aber auch andere feuerfeste Stoffe, wie Siliziumsand benutzt werden. Das Bindemittel ist dazu bestimmt, sich während des Gießvorgangs aufzulösen, nämlich zu verbrennen, ohne daß zuviel Gas erzeugt wird. Als geeignet hat sich daher ein organisches Bindemittel erwiesen, das gasarm ist. Für das Gießen von Gußeisen oder Gußeisenlegierungen kann vorteilhaft ein Bindemittel benutzt werden, das Zellulose enthält, wobei das Bindemittel einen Schmelzpunkt unterhalb 600⁰C hat, das vorzugsweise im Temperaturbereich von 400 bis 500⁰C liegt. Für die vorliegenden Zwecke ist sehr gut ein Bindemittel geeignet, das unter dem Namen Modocoll bekannt und im Handel ist und normalerweise für Tapeten od.dgl. benutzt wird, sofern es in einer Menge von weniger als 6% zugesetzt wird, vorzugsweise ungefähr 3% des gesamten Gewichts des feuerfesten Materials und des Bindemittels.

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Um"zu verhindern, daß das geschmolzene Metall an dem Kern haftet land der Zerfall des Rohres die Formgebung der Kanäle während des Gießvorgangs nicht nachteilig "beeinflußt, ist das Äußere des Rohrs 5a vorzugsweise mit einem Gießereischwärzemittel 5d überzogen, das gegenüber Temperaturen widerstandsfest ist, die höher liegen als der Schmelzpunkt des Metalls. Wenn ein mit Chrom legiertes Gußeisen gegossen wird, wobei das Chrom als ein wirksames Mittel zur Stabilisierung des Karbids benutzt wird, um so ein hartes Material mit geringer Kantenkürze und beträchtlicher Haltbarkeit und Festigkeit zu erzeugen, sollte das Schwärzemittel 5d gegenüber Temperaturen von mindestens 1600 C widerstandsfest sein. Als Schwärzemittel kommt vorzugsweise Graphit in Frage, beispielsweise kann aber auch in Wasser aufgelöstes Kieselerdemehl benutzt werden.

Ein in der oben beschriebenen Weise behandeltes Rohr 5a behält während des Gießvorgangs seine Gestalt und fällt nicht auseinander, bis die Stange 5b nach dem Gießvorgang entfernt wird. Der auf diese Weise geformte Kanal 4 kann leicht von den Resten des Rohrs 5a befreit werden„

Das Verfahren und der Kern nach der Erfindung können im Rahmen der Patentansprüche geändert werden. Es ist beispielsweise möglich, den Kern 5 dadurch herzustellen, daß eine Stange 5b mit einer Schicht aus feuerfestem Material hergestellt wird, das durch ein Bindemittel zusammengehalten wird. Ein auf diese Weise erhaltener Kern kann leicht steifer gemacht werden als ein Kern, bei dem eine Stange in ein vorgefertigtes Rohr eingesetzt wird. Außerdem entstehen keine Probleme beim Zusammenbau des Rohrs und der Stange. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß die Kerhsteifigkeit vergrößert werden kann, so daß die Abstandelemente zum Stützen des Kerns während des Gießvorgangs nicht mehr erforderlich sind.

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Claims

SAAB-SCANIA AKTIEBOLAG, S-151 87 Södertäl.ie (Schweden)

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Erzeugen eines Kanals in einem zu gießenden Metairblock, insbesondere einem Gußersenblock, mit Hilfe eines in die Gießform eingesetzten Kerns, dadurch gekennzeichnet , daß für den Kern (5) ein Rohr ('5a) aus pulverförmigem oder kernigem feuerfesten Material verwendet wird, das durch ein organisches gasarmes j-

Bindemittel zusammengehalten wird, dessen Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunktes des zu schmelzenden Metalls (oder der Metallegierung) liegt, und daß in das Rohr (5a) eine Stange (5b) eingesetzt und vor dem Gießen auf den Kern ein Schwärzemittel (5d) aufgetragen wird, welches gegenüber Temperaturen widerstandsfest ist, die mindestens gleich dem Schmelzpunkt des Metalls sind, worauf der Gießvorgang stattfindet, wobei gleichzeitig das Bindemittel verbrannt wird und Gase durch eine Ausnehmung oder einen Auslaß zwischen der Stange (5b) und der Innenseite des Rohres (5a) abgeleitet werden, wonach die Stange zum erleichterten Reinigen des beim Gießen erzeugten Kanals von den Resten des feuerfesten Materials entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern (5) vor dem Einsetzen in die Gießform mit ihn während des Gießens in der Gießform lagegerecht haltenden Abstandsstücken oder Kernstützen (11) versehen wird.

3. Kern zur Verwendung in einem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er

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aus einem Rohr (5a) aus pulverförmiger! oder granulatartigem und durch ein organisches und gasarmes Bindemittel mit einem unterhalb des Schmelzpunktes des zu gießenden Metalls liegenden Schmelzpunkt zusammengehaltenen feuerfestem Material und einer im Rohr (5a) im wesentlichen koaxial gelagerten Stange (5b) besteht.

4. Kern nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste M teri<
zugsweise zerkleinertes Glas ist.

net, daß das feuerfeste M terial Keramikmaterial, vor-

β Kern nach Anspruch 4, zur Verwendung beim Gießen von Gußeisen oder einer Gußeisenlegierung, dadurch gekennzeichnet , daß die Schmelztemperatur des Bindemittels wenigstens 100⁰C niedriger ist als der Schmelzpunkt des Gußeisens und weniger als 600°C beträgt, sowie vorzugsweise im Bereich von 400 bis 500 C liegt, und daß das Bindemittel Zellulose enthält und der Bindemittelanteil weniger als 6%, vorzugsweise etwa 3% des Gesamtgewichts des feuerfesten Materials und des Bindemittels beträgt.

β Kern nach einem der Ansprüche- 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser der Stange (5b) kleiner als der Innendurchmesser des Rohres (:5a) ist und zwischen beiden ein im wesentlichen ringförmiger Auslaßkanal (5c) für Gase vorhanden ist.

7. Kern nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser der Stange (5b) im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Rohres (5a) ist und die Oberfläche der Stange (5b) mit Nuten oder Abflachungen zur Gasableitung versehen ist.

8. Kern nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche des Rohres (5a)

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mit einem Schwärzemittel (5d), vorzugsweise Graphit, überzogen ist-

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