DE2255644B2

DE2255644B2 - Verfahren und Kokille zum Gießen von Kolbenrohlingen

Info

Publication number: DE2255644B2
Application number: DE2255644A
Authority: DE
Inventors: Adolf 7107 Bad Friedrichshall Diez
Original assignee: Karl Schmidt 7107 Neckarsulm GmbH
Current assignee: Karl Schmidt 7107 Neckarsulm GmbH
Priority date: 1972-11-14
Filing date: 1972-11-14
Publication date: 1975-01-09
Also published as: GB1455455A; US3913660A; JPS5039610B2; IT999313B; DE2255644A1; BR7308936D0; FR2206145A1; SU504463A3; JPS49135818A; ATA960173A; AT330383B; FR2206145B3; ZA738717B

Description

Boden mit der Kolbenlegierungssebmelze gefüllt, in die dann ein Spezialsandkem exakt zentrisch eingehängt wird. Auf dem Außenmantel des Stahlzylinders gerichtete Gasbrenner dienen zur Warmhaltung der Schmelze, um zu verhindern, daß die nach oben weisenden dünnwandigen Querschnitte des Kolbens schneller erstarren als der Kolbenkopf. Der Stahlzylinder wird nun zeitprogrammiert in ein Wasserbad abgesenkt, wodurch die Erstarrung streng von unten nach oben mit vergegebener Geschwindigkeit fortschreitet. Dadurch wird eine gerichtete feinkörnige Erstarrung des Gußmaterials erreicht, wodurch die guten technologischen Eigenschaften hervorgerufen werden.

Ausgezeichnete technologische Eigenschaften werden nicht nur bei Großkolben erwartet, sondern die Weiterentwicklung der Verbrennungskraftmaschinen zu immer höheren Leistungen führt zwangläufig auch zu steigenden Anforderungen an die Qualität von Kleinkolben.

Zur Herstellung von Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem grobkristallin erstarrten Kolbenboden und feinkristallin erstarrten Bolzenaugen und Schaft im Niederdruckgießverfahren ist es bekannt, daß das Steigrohr auf der der Gießform zugekehrten Seite derart trichterförmig ausgebildet ist, daß die Basisfläche des Trichters dem Querschnitt des Kolbens entspricht. Dabei wird das Steigrohr am Abrißquerschnitt mit Hilfe eines geschlossenen von einem Kühlmittel durchflossenen Kanals und die Gießform nur im Endbereich des Schaftes durch auf ihrem Außenmantel angeordnete vom Kühlmittel durchflossene Kühlrohre gekühlt. Eine gerichtete feinkörnige Erstarrung der gesamten Schmelze wird auf diese Weise aber nicht erreicht (DT-PS 801 162). Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Kokille zu entwickeln, mit der die konsequente \nwendung des gießtechnischen Prinzips der gerichteten feinkörnigen Erstarrung bei gleichzeitig hohem Ausbringen sowohl für Klein- als auch für Großkolben mit relativ geringem Aufwand möglich ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem die in eine Kokille eingefüllte Schmelze vom Bereich des Kolbenschaftendes her durch einen in seiner Länge begrenzbaren auf der Kokille erzeugten Wasserschleier gekühlt wird.

Die aus einem Stahlzyl'nder bestehende Kokille, in die der Innenkern eingehängt ist, ist von einem Kühlwasser führenden Spritzring, mit dessen Hilfe das Kühlwasser gegen den Außenmantel des Stahlzylinders gespritzt wird und der gegebenenfalls in Abhängigkeit vom gewünschten Erstarrungsverlauf in verschiedenen Höhen einstellbar angeordnet sein kann, umgeben. Das Kühlwasser fließt unter Bildung eines Wasserschleiers an dem Stahlzylinder herab und sammelt sich gegebenenfalls in einem das untere Ende des Stahlzylinders umgebenden Wassersammeikasten. Dadurch wird nicht nur die Erstarrung der Schmelze wesentlich beschleunigt, sondern auch eine Erstarrung in der natürlichen Erstarrungsrichtung erreicht.

Bei der Anwendung der Kokille auf Niederdruckgießanlagen» kann der durch den Spritzring erzeugte Wasserschleier in seiner Länge durch eine den Stahlzylinder umgebende ringförmige, vorzugsweise vertikal verschiebbare, Schürze in Richtung der Erstarrung in zeitlicher Abhängigkeit vom gewünschten Verlauf der Erstarrung von oben nach unten begrenzt sein, so daß reproduzierbare und optimale Kühlverhältnisse gewährleistet sind.

Das Ablösen des Wasserschleiers vom Außenmantel des Stahlzylinders erfolgt beispielsweise durch einen in dem zwischen dem Innenamfang der Schürze und des Stahlzylinders gebildeten Spalt erzeugten Luftschleier.

Lm die Erstarrung optimal steuern zu können, kann, für den Fall, daß der Stahlzylinder unter dem Einfluß der Schwerkraft gefüllt wird, der Spritzring insbesondere zeitprogrammiert vertikal verschiebbar angeordnet sein.

Beim Niederdruckgießverfahren ist der Innenkern in die obere öffnung und beim Gießen unter dem Einfluß der Schwerkraft in die untere öffnung des Stahlzylinders eingesetzt.

Für die Fälle, bei denen anstelle eines Sandkerns ein mehrteiliger metallischer über eine Führungsbüchse eingesetzter Kern verwendet wird, besteht die Möglichkeit, diesen zu kühlen, u>, den Erstamingsvorgang zusätzlich zu beschleunigen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.

Es ztigt

F i g. 1 den Querschnitt durch einen mit seiner unteren öffnung auf einen entsprechend ausgebildeten Aufsatz des Steigrohres eines Niederdruckgußofens gesetzten Siahlzylinder mit mehrteiligem gekühlten Stahlinnenkern,

F i g. 2 den Querschnitt durch einen mit seiner unteren öffnung auf den entsprechend ausgebildeten Aufsatz des Steigrohres eines Niederdruckgußofens gesetzten Stahlzylinder gemäß Fig. 1. jedoch mit Sandkern.

Der Stahlzylinder 1 ist mit seiner unteren öffnung auf einen mit dem Steigrohr 2 des Niederd.-yckgußofens verbundenen Aufsatz 3 gesetzt, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser des Stahlzylinders 1 entspricht. Der durch die Innenkonturen des mehrteiligen mit Hilfe einer Kernführungsbüidise 4 in die obere Öffnung des Stahlzylinders J zentrisch eingesetzte Stahlkern 5 bzw. Sandkern 14 gebildete Hohlraum 6 wird mit der flüssigen Kolbenlegierungsschmelze durch Druckbeaufschlagung der Schmelzbadoberfläche des Niederdruckgußofens gefüllt. Nach dem Füllen des Hohlraumes 6 wird über den im Bereich des oberen Endes des Stahlzylinders 1 befestigten Kühlwasser führenden Spritzring 7 Kühlwasser gegen den Außenmantel des Stahlzylinders ί gespritzt. Der sich um den Stahlzylinder 1 bildende und an diesem herabfließende Wasserschleier wird im Bereich der Oberkante des Aufsatzes 3 durch die den Stahlzylinder 1 umgebende ringförmige Schürze 8 dadurch abgelöst, daß in den zwischen dem Stahlzylinder 1 und dem lnnnenumfang der Schütze 8 bestehenden Spalt 9 Luft von unten nach oben eingeblasen wird. Das an dem Stahlzylinder 1 herabfließende Wasser sammelt sieh in einem diesen, umgebenden Wasserkasten 10, Im geeigneten Zeitpunkt kann der Aufsatz 3 über Jen Ringkanal 11 ebenfalls gekühlt werden, um die Erstarrung in minimaler Zeit zu beenden. Um die Erstarrung zu beschleunigen, kanu der mittlere Teil 12 des Stahlkerns S zusätzlich über die Leitung 13 gekühlt werden.

Die Speisung des noch nicht erstarrten Metalls geschieht durch weitere Druckbeaufschlagung der

22

Schmelzbadoberfläche in der Weise wie die Erstarrung der im Hohlraum befindlichen Schmelze von oben und von dem wassergekühlten Stahlzylinder 1 her fortschreitet. Wenn die Erstarrung des Kolbenrohlings abgeschlossen ist, wird dieser aus dem Stahlzylinderl entnommen und danach in bekannter Weise der Stahlkern S bzw. Sandkern 14 ausgebaut.

Gemäß F i g. 3 kann der Stahlzylinder 15, dessen untere öffnung mit einem in die Kernführungsbüchse 16 eingesetzten mehrteiligen Stahlkern 17 verschlossen ist, unter dem Einfluß der Schwerkraft in der Weise gefüllt werden, daß über die obere öffnung des Stahlzylinders 15 der Hohlraum 18 mit Hilfe des Oießlöffels 19 mit Kolbenlegierungsschmelze gefüllt wird. Der Gießlöffel 19 ist mit seiner Gießschnauze 20 auf die innere Oberkante des Stahlzylinders 1$ gesetzt, UfEi sicherzustellen, daß beim Einfließen der Schmelze in den Stahlzylinder IS an dessen Innenwand kein Schaum bzw. Oxid entsteht. Der Stahlzylinder 15 ist von dem vertikal verschiebbaren Spritzring 21 umgeben, durch den der Stahlzylinder 15 von unten nach oben mit einem Wasserschieier umgeben wird. Das Kühlwasser sammelt sich in dem das untere Ende des Stahlzylinders 15 umgebenden Wasserkasten 22. Über die im mittleren Teil 23 des Stahlkerns 17 angeordnete KUhlwaser führende Leitung 24 ist dieser kühlbar. Von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus wird zweckmäßigerweise der Stahlzylinder 15 um einen gewissen Betrag um seine Längsachse gedreht, damit eine gleichmäßige thermische Beanspruchung bzw. Abnutzung erreicht wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß unmittelbar nach dem Füllen des Stahlzylinders die Dauer der Erstarrung auf eine minimale

ίο Zeit begrenzt ist. Durch die vertikale Verschiebbar» keit der den Stahlzylinder beim Niederdruckgießverfahren umgebenden Schürze bzw. durch die vertikale Verschiebbarkeit des Spritzringes beim Gießen unter Einfluß der Schwerkraft ist es möglich, eine Optimale

is Güte des Kolbenrohlings ohne Poren oder Lunker zu erzielen. Das bedeutet, daß entsprechend den Beanspruchungen des Kolbens in den verschiedenen Zonen unterschiedliches Gefüge erzeugt werden kann. Die Erstarrung kann außerdem noch durch die Was-

ao serkühlung des Stahlkernes beschleunigt werden. Dadurch wird die Nachsaugvertiefung beim Schwerkraftguß, die durch das Schwinden des Metalls beim Erstarren erzeugt wird, nach außen gedrängt, ist weniger tief und entspricht einer Verringerung de:

as Speiseranteils.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

zylinder bestehenden von außen gekühlten Kokille, jn djß ejn rfje TnnenkOpturen des Kolbens wiederge-

1. Verfahren zum Gießen von Kolbenrohlin- bender Kern eingesetzt ist.

gen, insbesondere aus Aluminiumlegierungen, FUr die Fertigung von Kolben aus Aluminiumlevorzugsweise für Verbrennungskraftmaschinen, 5 gierungen nimmt das Kokillengußverfahren eine bein einer aus einem Stahlzylinder bestehenden von deutende Stellung ein. Bei diesem Verfahren wird außen gekühlten Kokille, in die ein die Innen- das Metall in metallische Dauerformen vergossen, konturen des Kolbens wiedergebender Kern ein- wobei der Formfüllvorgang im allgemeinen entweder gesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schwerkraft oder durch niedrigen Gasdie Schmelze vom Bereich des Kolbenschaftendes io druck bewirkt wird. Für Kolben aus Alumim'ümleher durch einen in seiner Länge begrenzbaren auf gierungen ist das Kokillengußverfahren deshalb gut der Kokille erzeugten Wasserschleier gekühlt geeignet, weil Aluminiumlegierungen eine gute Verwird, gießbarkeit besitzen und die Vergießtemperaturen

2. Kokille zur Durchführung des Verfahrens eire relativ lange Gebrauchsdauer der Kokille —etwa nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 15 30 UOO bis 50 000 Abgüsse — somit eine gute Winder Stahlzylinder (1, 15) von einem Kühlwasser Schädlichkeit gewährleisten. Geringe und mittlere führenden Spritzring (7,21) umgeben ist. Stückzahlen von Kolbenrohlingen werden im allge-

3. Kokille nach Anspruch 2, dadurch gekenn- meinen in von Hand betätigten mehrteiligen Scharzeichnet, daß der Spritzring (7, 21) höhenverstell- nierkokillen abgegossen, in die ein von Hand zusambar ist. 20 mengesetzter mehrteiliger Innenkern aus Metall, ins-

4. Kokille nach den Ansprüchen 2 und 3, da- besondere Stahl, eingesetzt ist. Üblicherweise liegt durch gekennzeichnet, daß der untere Bereich des bei dieser Kokillenbauart der Kolbenboden unten Stahlzylinders (1, 15) von einem Wassersammei- und in einem der beiden seitlich angebrachten Speikasten (10, 22) umgeben ist. ser mündet der Einguß.

5. Kokille nach den Ansprüchen 2 bis 4, da- 25 Für größere Stückzahlen von Kolbenrohlingen durch gekennzeichnet, daß der von einer ringför- lohnt sich der Einsatz halbautomatischer Gießmamigen Schürze (8) umgebene Stahlzylinder (1), in schinen, die, wie von Hand zusammengebaute Kodessen obere öffnung ein Innenkern (12, 14) ein- kille, mit dem Schöpflöffel mit Schmelze beschickt gesetzt ist, mit seiner unteren öffnung auf einen werden. Der Koblenboden kommt bei dieser Gießart entsprechend ausgebildeten mit dem Steigrohr (2) 30 wegen des nach unKrn auszufahrenden mehrteiligen eines Niederdruckgußofens verbundenen Aufsatz Kerns nach oben zu liegen. Derartige Gießmaschinen (3) gesetzt ist. verlangen außer dem Einfüllen der Schmelze nur

6. Kokille nach Anspruch 5, d durch gekenn- noch die Betätigung eines Steuerknopfes, wodurch zeichnet, daß die ringförmige Schürze (8) vertikal das pneumatische oder hydraulische Schließen der verschiebbar gestaltet ist. 35 mehrteiligen Kokille sowie auch das nach einer fest-

7. Kokille nach den Ansprüchen 5 und 6, da- gesetzten Zeit erfolgende Öffnen der Kokille und das durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Innen- Ausfahren der Kernteile sowie die Entnahme des umfang der ringförmigen Schürze (8) und dem Kolbenrohlings automatisch bewir¹·: werden. Wäh-Außenmantel des Stahlzylinders (1) ein Spalt (9) rend bei diesen genannten Kokillengußverfahren das zum Einblasen von Luft von unten her besteht. 40 Füllen der Kokille unter Schwerkraft und die Erstar-

8. Kokille nach den Ansprüchen 5 bis 7, da- rung unter Luftdruck erfolgt, wird beim Niederdurch gekennzeichnet, daß in dem Aufsatz (3) druckgußverfahren das Metall mittels Gasdruck von um das Steigrohr (2) herum ein Kühlwasser füh- etwa 0,2 bis 0,3 atü in die Kokille gedrückt und errender Ringkanal (11) angebracht ist. starrt dort unter diesem Druck. Bei diesem Verfah-

9. Kokille nach den Ansprüchen 2 bis4, da- 45 ren befindet sich die untere öffnung der Kokille auf durch gekennzeichnet, daß die untere öffnung einem Steigrohr eines gasdicht mit einem Deckel verdes von einem vertikal, vorzugsweise zeitpro- schlossenen Warmhalteofens für die Metallschmelze, grammiert, verschiebbaren Spritzring (21) umge- Durch das Steigrohr wird die Kokille, bei der der benen Stahlzylinders (15) mit einem Innenkern Kolbenboden nach unten zu liegen kommt, mit (17) verschlossen ist. 50 Schmelze gefüllt. Das Einfließen der Schmelze in die

10. Kokille nach einem oder mehreren der An- Kokille kann über den Gasdruck und den Einfließsprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der querschnitt gesteuert werden, so daß der Hohlraum Innenkern aus einem mehrteiligen Stahlkern (5, der Kokille turbulenzfrei gefüllt werden kann. Wäh-17) besteht. rend nach den vorgenannten Verfahren Kleinkolbeti

11. Kokille nach Anspruch 10, dadurch ge- 55 hergestellt werden, erfordert das Gießen von Großkennzeichnet, daß der Stahlkern (12, 23) kühlbar kolben besonders große Erfahrungen. Insbesondere gestaltet ist. verlangen die Schmelzbehandlung und das schaum

12. Kokille nach einem oder mehreren der An- freie Einbringen des Metalls in die Kokille besonders Sprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßnahmen. Die im Vergleich zu Kokillen füi Innenkern aus einem Sandkern (14) besteht. 60 Kleinkolbcn sehr schweren Großkolbenkokillen mi

mehrteiligen Stahlkernen werden in der Regel an dei

Gießofen mit Kränen herangefahren und aus den

kippbaren Ofen direkt gefüllt.

Gegenüber diesem Verfahren wird mit dem söge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Ko- 65 nannten Feinkorngußverfahren zur Herstellung voi kille zum Gießen von Kolbenrohlingen, insbesondere Großkolben eine wesentliche Verbesserung der tech aus Aluminiumlegierungen, vorzugsweise für Ver- nologischen Eigenschaften erzielt. Bei diesem Ver hrennuneskraftrnaschinen, in einer aus einem Stahl- fahren wird ein Stahlzylinder mit wassergekühlten