DE2400250B2

DE2400250B2 - Verfahren und vorrichtung zum giessen von metallen und metall-legierungen

Info

Publication number: DE2400250B2
Application number: DE19742400250
Authority: DE
Inventors: Jordan Ivanov; Jordanov Boris Petkov Dipl.-Ing.; Michovski Kaltscho Nfinkov Dipl.-Ing.; Drakaliski Boris Jordanov Dipl.-Ing.; Sofia Vitanov
Original assignee: Dso Metalurgia I Rudodobiv, Sofia
Priority date: 1973-12-12
Filing date: 1974-01-04
Publication date: 1976-07-15
Also published as: DE2400250A1; GB1450065A; FR2254387B1; US3987844A; GB1450066A; FR2254387A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gießen von Metallen und Metaü-Legierungen beim vorherigen Evakuieren eines die Gießpfanne aufnehmenden, hermetisch abgeschlossenen Raumes und eines die Gießform aufnehmenden Raumes und Erhöhung des Druckes während der Erstarrung, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit die Gießform und die Gießpfanne mit der Schmelze aufnehmenden, hermetisch abdichtbarem Behälter.

Das Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung desselben werden insbesondere dann angewendet, wenn Gußstücke eine hohe Dichte und eine Kristallstruktur ohne Mikroporen aufweisen sollen.

Es sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Druckgießen bekannt, bei denen in der Gießform ein Gegendruck wirkt. Diese weisen den Nachteil auf, daß der normale Arbeitsablauf vorhergehender Prozesse gestört werden kann, was nur durch Verlangerung ihrer Dauer vermeidbar ist; dieses führt jedoch zu einer Herabsetzung der Produktivität des Gießens. Dieser Nachteil ist ein Ergebnis der diesen bekannten Arbeitsvorgang kennzeichnenden, stark veränderlichen Druckbedingungen im Gießvolumen, das vom Gießrohr und der Gießform gebildet wird, die anfänglich mit Gas mit Atmosphärendruck beaufschlagt sind.

Dann wird der Druck bis zum Arbeitsdruck erhöht.

das Volumen wird mit Schmelze ausgefüllt, während das darin enthaltene Gas durch die Ventilationsöffnungen der Gießform entweicht. Am Ende des Arbeitsvorganges wird der Druck abgebaut. Das Volumen ist zwischen Wänden eingeschlossen, die während des Gießvorganges aufeinanderfolgend sowohl mit Gas als auch mit dem beweglichen Spiegel der Schmelze in Berührung kommen; dieser Spiegel liegt am Anfang im Gießrohr und dann an den Ventilationskanälen der Gießform, die infolge ihrer kleinen Abmessungen keine Schmelze durchlassen, sondern nur Gas bei starker Drosselung.

Die bauliche Gestaltung dieser bekannten Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß, falls Gas sogar mit gleichem Druck sowohl in der Kammer mit der Gießform als auch in der Kammer mit dem Gießbehälter eingefiihrt wird, infolge der Drosselung in den Ventilationskanälen die Druckerhöhung im Gießvoiumen verzögert wird, so daß vorzeitige Schmelze in diese einfließt. Falls der Druck in der Kammer mit dem Gießbehälter zurückgehalten wird, um willkürliche Bewegungen der Schmelze zu vermeiden, besteht die Gefahr, daß in diesem Behälter Gas aus der Gießform durch das Gießrohr einfließen kann, und zwar unabhängig von der damit verbundenen Verzögerung des Arbeitsvorganges.

Es ist auch eine verbesserte Einrichtung zum Gießen unter Gasdruck bei Einwirkung von Gafgegendruck bekannt, bei der diese Nachteile mittels einer steuerbaren Verbindung zwischen dem Gießvolumen beseitigt werden, das aus der Gießform mit dem Gießrohr und der Kammer besteht, in der sich der Gießbehälter mit der Schmelze befindet. Diese Verbindung erfolgt durch eine abschließbare Öffnung in den Wänden des Gießvolumens. Ein Nachteil dieses Systems liegt darin, daß bei der Arbeit mit hochschmelzenden Metallen über 1000⁰C der Durchfluß des Metalls durch den Siphonspeicher des Rohres sowie sein Verschließen zwischen beiden Kammern mit der Schmelze und mit der Gießform unmöglich ist. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß beim Gießen, infolge des im voraus erzeugten Druckes, die Gase nur schlecht aus der Schmelze beseitigt werden können.

Sowohl dieses bekannte als auch andere bekannte Verfahren und Vorrichtungen zum Gießen unter Druck und mit Gegendruck werden zum Gießen von Aluminium und Aluminium-Legierungen verwendet; sie sind jedoch schwer anwendbar für hochschmelzende Metalle mit einer Schmelztemperatur von mehr als 1000⁰C.

Es ist auch ein Verfahren zum Spritzgießen bekannt, bei dem die Schmelze ebenfalls unter Druck der Gießform zugeführt wird. Ein Nachteil dieses Gießverfahrens besteht darin, daß es erfolgreich lediglich insbesondere bei Nichteisenmetallen und für Gußstücke mit kleinem Gewicht und einfacher Gestaltung angewendet werden kann.

Es ist eine Vorrichtung zum Gießen von Aluminium-Legierungen in mehrteilige Kokillen bekannt (s. DT-AS 21 3i 421), bei der das Gießen unter Gasdruck, ohne vorheriger Anwendung eines Vakuums erfolgt. Eine derartige Vorrichtung vermag jedoch die erfindungsgemäße Aufgabe nicht zu lösen.

Es ist auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb von unter Vakuum arbeitenden Schmelz- und Gießöfen bekannt (s. OE-PS 1 81 024), daß das Gießen von Metallen und Metall-Legierungen unter

Vakuum betrifft, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist /ur Ermöglichung einer regulierbaren Zuführung von Portionen von Beschukungsmaterialien in das Schmelzaggregat während des Meiallschmelzvorganges unter Vakuum. Ein derartiges bekanntes Verfahren, > bei dem das Erstarren des Metalls in der Gießform unter Vakuum erfolgt, vermag jedoch die anmeldungsgemäße Aufgabenlösung nicht zu verwirklichen.

Es ist auch ein Verfahren uiiü eine Einrichtung zur Herstellung von Gußkörpern aus Metall vorge' schlagen worden, bei dem ein die Gießform aufnehmender, hermetisch abgeschlossener Raum vorgesehen ist und ein die Gießpfanne aufnehmender Raum bei Erhöhung des Druckes wahrend der Erstarrung, wobei dieses vorgeschlagene Verfahren so is durchgeführt wird, daß das Metall unter Unterdruck geschmolzen und im entspannten Zustand in das unter Unterdruck gehaltene Innere der Gießform gegossen wird und daß die Außenseite der Gießform zumindest mit dem Beginn des Füll Vorganges einem größeren Unterdruck ausgesetzt werden, so daß die Druckdifferenz das in die Innenfläche der Gießform eineefüllte Material an die innenfläche der Gießform eng anliegend hält, wobei gemäß diesem Verfahren das Metall erst in der Vakuumkammer in der gleichzeitig j₅ als Schmelztiegel wirkenden Pfanne niedergeschmolzen und durch die in ein weiteres abdichtendes Gehäuse eingesetzte Gießform mit porösen Außenwandungen über eine Pumpe eine Druckdifferenz zwischen Einguß und Unterseite der Gießform erzeugt ^₀ wird.

Ein derartiges vorgeschlagenes Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß sich bei einem für die Herstellung von Gußstücken mit höheren mechanischen Kennwerten und höherer Dichte, ohne Auftreten von Mikroporen erforderlich werdenden höheren Gasdruck, Risse in der Überfläche des Gußwerkstückes bilden, wodurch ein Erstarren des Materials in der Gießform unter einem hohen, die Erzielung einer hohen Dichte und hoher mechanischer Kennwerte des Gußstückes, gewährleistenden Druck nicht zulässig ist, wobei es auch nachteilig ist, daß eine Beaufschlagung der gegossenen und langsam erstarrenden Schmelze lediglich in einer Richtung, und zwar von oben von der EingießölTnung her in Richtung nach unten zur unterhalb des Bodens der Gießform gebildeten, durch ein Gehäuse begrenzten Kammer hin möglich ist, wodurch die Bildung von Rissen möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die sich ergebenden Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen zum Gießen unter Gasdruck zu vermeiden, um den Vorgang des Gießens hochschmelzender Metalle zu beschleunigen und Gußstücke mit verbesserten Festigkeitseigenschaften, mit hoher Dichte und verbessertem Kristallgefüge ohne Mikroporen und ohne Risse herstellen zu können.

Die Aufgabe wird durch Schaffung eines Verfahrens gelöst, das derart gestaltet ist, daß die Gießpfanne mit der vorbereiteten Schmelze und die Gießform zusammen in einem gemeinsamen, die Schmelze und die Gießform mit dem gleichen Druck beaufschlagenden Raum einer Kammer eingebracht werden, die danach hermetisch geschlossen und während 5-20 Sekunden evakuiert wird, dann das Metall in die Gießform gegossen wird, wonach die gleiche Kammer bei Beginn des Erstarrens der Schmelze mit einem Druck von 20 - 250 kp/cnr, vorzugsweise 50 - 120 kp/ cm\ in Abhängigkeit vun der Gußstückari beaufschlagt wird.

Die Vorrichtung /ur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Kammer und einen in diese einbringbaren, sowohl die Gießform als auch die drehbar um ihre horizontale Achse befestigte Gießpfanne mit der Schmelze enthaltenden gemeinsamen Behälter, wobei die untere Seite der Kammer durch eine Schließeinrichtung und diese sichernde Bügel verschließbar ist, und durch eine Vakuumpumpe und einen Kompressor, die durch Rohrleitungen und ein Umkehrventil mit der Kammer verbunden sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt.

Die Figur zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung.

Die im voraus mit Schmelze gefüllte Gießpfanne wird so aufgestellt und befestigt, daß sie mit der Ausflußmündung nach unten gekippt werden kann, um die Schmelze in die unter ihr angeordnete Gießform zu gieben. Die Kammer wird gut abgedichtet, wonach sie unter Vakuum gesetzt wird.

Die Gießpfanne wird gekippt, und die Schmelze fließt senkrecht nach unten in die Gießform. Nach dem Ausfüllen derselben wird damit begonnen, die erstarrende Schmelze mit einem hohen Gasdruck zu beaufschlagen. Während der Einwirkung des hohen Drucke«;, der in Abhängigkeit von der Art der Gießlinge, 20 - 150 kp/cnr beträgt, ist die Kammer durch die hydraulische Schließeinrichtung geschlossen. Nach Ablauf der erforderlichen Zeit für die Einwirkung des hohen Druckes wird dieser abgebaut, womit der Gießvorgang abschließt. Der Behälter wird mit der Gießform aus der Kammer entnommen.

Die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus 2 Grundteilen einer Kammer 7 und einem Behälter 6. Die Kammer 7, in die der Behälter 6 und die Gießpfanne 3 mit der Schmelze eingelegt werden, ist von unten mit einer beweglich angeordneten hydraulischen Schließeinrichtung ausgerüstet, die bei Beginn des Auspumpens der Kammer 7 und bei Beaufschlagung des hohen Druckes geschlossen ist. Der Behälter 6 mit der Gießform 1+2 und der Gießpfanne 3 mit der Schmelze werden in die Kammer 7 eingeführt, und zwar bei geöffneter hydraulischer Schließeinrichtung 9 und Bügel 8, welche im unteren Teil der Kammer 7 angeordnet sind. Durch Festziehen der Bügel Sauf Flansche im unteren Teil derKammer7 und Flansche der hydraulischen Schließeinrichtung werden diese dicht abgeschlossen. Eine Vakuumpumpe 12 und ein Kompressor 11 sind durch Rohrleitungen mit der Kammer 7 durch deren Deckel hindurch verbunden und dienen zur Entleerung der Kammer 7 und zur Beaufschlagung mit hohtm Druck in ihrem Inneren. Das Sicherheitsventil 4 im Deckel der Kammer 7 dient zur Sicherung der Kammer 7 bei Überschreiten des Luft- bzw. Gasdruckes bei der Erstarrung des Gußstückes. In den Rohrleitungen, die die Vakuumpumpe 12 und den Kompressor 11 miteinander verbinden, sind ein Auslaßventil 5 und ein Umkehrventil 10 vorgesehen.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende:

Die Gießform 1 + 2 (es können auch mehrere Gießformen vorhanden sein) wird in dem Behälter 6 eingelegt, und daraufhin wird die Gießpfanne 3 mit der vorbereiteten Schmelze befestigt. Dieser Satz wird von der unteren geöffneten Seite in die Kammer 7 eingeführt. Dann wird die Kammer mittels der hydraulischen

Schließeinrichtung hermetisch abgeschlossen, wonach die Entleerung mittels der Vakuumpumpe 12 beginnt. Dann wird die Gießpfanne 3 mit der Schmelze gekippt und letztere in die Gießform 1 + 2 gegossen. Es wird dann weitere 5-20 Sekunden, je nach der Wanddicke des Gußstückes, ausgepumpt. Sofort danach wirkt der hohe Druck vom Kompressor 11. Er beträgt 20 - 150 kp/cm², ebenfalls in Abhängigkeit von der Art des Gußstückes. Dabei erstarrt die vergossene Schmelze. Mittels des Ventils 5 wird der hohe Druck abgelassen. Damit endet der Gießvorgang, und der Behälter 6 wird aus der Kammer 7 entnommen.

Ein Vorteil besteht darin, daß die derart hergestellten Gußstücke auch bei komplizierten Formteilen eine hohe Güte aufweisen, ohne Verformungen und ohne Änderungen des üefüges und der chemischer Zusammensetzung der Schmelze.

Die derart hergestellten Gußstücke weisen um etw; 20 - 30% bessere mechanische Eigenschaften auf, um zwar bezüglich ihrer Festigkeit, der Verschleißfestig keit, der Härte über den ganzen Querschnitt, und zwa bei Verwendung jeglicher Legierungen, auch ohne Zu satz teurer Metalle.

Wenn die Speiseköpfe entfallen, wird das Hüssigi Metall b:sser. und zwar bis zu 95% ausgenutzt. Er findungsgemäß werden die Voraussetzungen für eim Fließbandfertigung gegeben, wobei auch eine Ver schmutzung der Atmosphäre durch schädliche Gas< ur.d hohe Temperaturen in den Arbeitsräumen ver mieden werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zumGießen von Metallenund Metall-Legierungen bei vorherigem Evakuieren eines die S Gießpfanne aufnehmenden, hermetisch abgeschlossenen Raumes und eines die Gießform aufnehmenden Raumes und Erhöhung des Druckes während der Erstarrung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießpfanne mit der vorbereiteten Schmelze und die Gießform zusammen in einen gemeinsamen, die Schmelze und die Gießform mit dem gleichen Druck beaufschlagenden Raum einer Kammer eingebracht werden, die danach hermetisch geschlossen und während 5 - 2(J Sekunden evakuiert wird, dann das Metall in die Gießform gegossen wird, wonach die gleiche Kammer bei Beginn des Erstarrens der Schmelze mit einem Druck von 20 - 250 kp/cnr, vorzugsweise 50 - 120 kp/cm², in Abhängigkeit von der Gußstückart beaufschlagt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit die Gießform und die Gießpfanne mit der Schmelze aufnehmenden, hermetisch abdichtbaren Behältern, gekennzeichnet durch eine Kammer (7) und einen in diese einbringbaren, sowohl die Gießform als auch die drehbar um ihre horizontale Achse befestigte Gießpfanne (3) mit der Schmelze enthaltenden gemeinsamen Behälter (6), wobei die untere Seite der Kammer (7) durch eine Schließeinrichtung (9) und diese sichernde Bügel (8) verschließbar ist, und durch eine Vakuumpumpe (12) und einen Kompressor (11), die durch Rohrleitungen und ein Umkehrventil (10) mit der Kammer (7) verbunden sind.