DE2402893C3

DE2402893C3 - Process for casting metals with a high melting point in multi-part casting molds

Info

Publication number: DE2402893C3
Application number: DE19742402893
Authority: DE
Inventors: Jean Henri Chaville Lefebvre (Frankreich)
Original assignee: Regie Nationale des Usines Renault
Current assignee: Regie Nationale des Usines Renault
Priority date: 1973-02-13
Filing date: 1974-01-22
Publication date: 1977-03-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren /um Gießen von Metallen mit hohem Schmelzpunkt in mehrteiligen Gießformen, bei dem die Innenwand der Gießform mit einer die Schlichte enthaltenden Kartonauskleidung versehen wird.The invention relates to a method / to cast metals with a high melting point in multi-part Casting molds in which the inner wall of the casting mold is lined with cardboard containing the size is provided.

Die Auskleidung der Innenwand der Gießform dient dabei zum Schutz der im allgemeinen sehr teuren Gießform gegen einen raschen Verschleiß beim Einfüllen des heißen, geschmolzenen Gießmetalls. Die Auskleidung bewirkt einerseits einen mechanischen Schutz der Gießform, verhindert also eine rasche und übermäßige Erosion der Innenwände der Gießform, sie senkt andererseits aber auch die Tempcniturbelastung der Gießform auf ein erträgliches Maß.The lining of the inner wall of the casting mold serves to protect the generally very expensive Casting mold against rapid wear when pouring the hot, molten casting metal. the Lining causes on the one hand a mechanical protection of the casting mold, so prevents a rapid and excessive erosion of the inner walls of the casting mold, but on the other hand it also lowers the temperature load the mold to a tolerable level.

Nach dem Stand der Technik ist es hierzu beispielsweise aus der DT-AS 11 67 489 bekannt, zum Schutz von Gießformen, insbesondere Kokillen, eine Auskleidung vorzusehen, welche als Streifen gestaltet ist mit darin parallel zu den Längskanten des Streifens eingebetteten, elastischen Spreizelementen. Der Streifen ist zick-zack-artig gelegt und mit den Faltkanten etwa achsparallel verlaufend in die Gießform eingesetzt. Die einzelnen Lagen dieses Streifens bestehen vorzugsweise aus Papier, Pappe oder Wellpappe und sind beispielsweise mit Natriumsilikal als Schlichte getränkt. Durch die in diese Auskleidungs-Streifen eingelegten elastischer. Spreizplementc wird die Auskleidung jedoch sehr starr und kann sich z.B. einer gewölbten Innenfläche einer Gießform nicht oder nur sehr schlecht anpassen. Diese Auskleidung dient demgemäß auch nicht zum formgetreuen Auslegen einer Gießform, sondern hat vorzugsweise den Zweck, den Boden bzw. die Wände einer einfach geformten Kokille vor Jem auftreffenden Gießstrahl des geschmolzenen Metalls zu schützen. Keineswegs läßt sich diese Auskleidung dazu verwenden, die Innenwände einer komplizierten Gießform zu schützen, da eine unerträgliche Verformung des zu erzeugenden Gießlings zu befürchten wäre.
Ein weiteres Verfahren zur Auskleidung einer Gießform ist in der US-PS 29 73 563 beschrieben. Dabei wird als Auskleidung eine Schicht aus Glasfasermatten verwendet, die mit feuerfestem Material, wie z. B. einer Aufschlämmung von Zirkonpulver in Wasserglas oderAccording to the prior art, it is known, for example, from DT-AS 11 67 489 to provide a lining to protect casting molds, in particular chill molds, which is designed as a strip with elastic expansion elements embedded therein parallel to the longitudinal edges of the strip. The strip is laid in a zigzag fashion and inserted into the mold with the folded edges running approximately axially parallel. The individual layers of this strip are preferably made of paper, cardboard or corrugated cardboard and are impregnated, for example, with sodium silical as a size. Due to the elastic layers laid in these lining strips. Spreading additionc, however, the lining becomes very rigid and cannot, or only very poorly, adapt to a curved inner surface of a casting mold, for example. Accordingly, this lining is not used for the true-to-shape design of a casting mold, but preferably has the purpose of protecting the bottom or the walls of a simply shaped mold from the pouring stream of molten metal that hits it. In no way can this lining be used to protect the inner walls of a complicated casting mold, since an unbearable deformation of the casting to be produced would be to be feared.
Another method for lining a casting mold is described in US Pat. No. 2,973,563. A layer of glass fiber mats is used as a lining, which is covered with refractory material, such as. B. a slurry of zirconium powder in water glass or

ίο Phenolharz imprägniert sind. Auch diese Auskleidung ist nicht an die Innenwand der Gießform angepaßt.ίο are impregnated with phenolic resin. This lining too is not adapted to the inner wall of the mold.

Zwar kann prinzipiell in einigen Fällen eine Auskleidung mit verhältnismäßig starren, federverstärkten Kartonteilen oder getränkten Glasfasermatten auch dann erfolgen, wenn die Form kompliziert ist, indem mehrere kleine Teilstücke der Auskleidung passend geformt an die entsprechenden Wandteile der Gießform angebracht werden. Ein solches Verfahren ist jedoch, wie leicht einzusehen ist, außerordentlich zeitraubend und aufwendig. Gerade kompJizierfe Gießformen sind aber in der Herstellung sehr teuer und man ist bestrebt, sie in schnellem Wechsel nach Durchführung des Gießvorgangs 'ind nach dem Herausnehmen des Gießlings wieder verwenden zu können.In principle, in some cases, a lining with relatively rigid, spring-reinforced Cardboard parts or soaked fiberglass mats are made even if the shape is complicated by several small pieces of the liner molded to match the corresponding wall parts of the mold be attached. However, as can be readily seen, such a process is extraordinary time consuming and laborious. However, especially complex casting molds are very expensive to manufacture and the aim is to change them quickly after the casting process has been carried out To be able to use the casting again.

Demgemäß besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die eine Schlichte enthaltende Auskleidung einer Gießform mit komplizierter, nicht in einer Ebene abrollbarer Form schnell und wirtschaftlich ausgewechselt werden kann.Accordingly, the object on which the invention is based is to provide a method as described in the opening paragraph to create the type mentioned, in which the one plain containing lining of a casting mold with a complicated, not unrollable form quickly and can be exchanged economically.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Innenwand der Gießformteile mit einer Kartonauskleidung aus vorgcfcriifk-n, der Gestalt der Innenwand angepaßten Kartonformstücken so belegt wird, daß auch der Rand der Verbindungsflächcn, mit denen die Gießformteile aneinanderstoßen, bedeck 1 wird, daß dar.n die Gicßformteilc so zusammengesetzt werden, daß die zwischen den Verbindungsflächen gelegenen Ränder der Karionformstücke eingeklemmt werden und daß danach das Metall in die Gießform eingefüllt wird.According to the invention, this object is achieved in that the inner wall of the mold parts with a Cardboard lining made of pre-printed materials, the shape of the Cardboard fittings adapted to the inner wall are covered in such a way that the edge of the connecting surface is also covered with which the mold parts abut, cover 1 is that dar.n the Gicßformteilc assembled that the edges of the Karion moldings located between the connecting surfaces are clamped and that the metal is then poured into the mold.

Die passenden Karton-Formstücke können auf einfache Weise und mit äußerst geringen Kosten nach dem bekannten Verfahren der Papier- und Pappeherstellung in geeigneter Weise hergestellt und geformt werden. Es ist daher erfindungsgemaß vorgesehen, daß für jedes der Gießformteile ein besonderes Karton-Formstück so vorgefertigt vorliegt, daß die gesamte Innenfläche des betreffenden Gießformteils einschließlich des Randes der Verbindungsflächen, mit denen die Gießformteile aneinanderstoßen, von dem Kartonformteil formgetreu bedeckt wird.The matching cardboard fittings can be made in a simple manner and at extremely low cost the known process of paper and cardboard manufacture in a suitable manner and shaped will. It is therefore provided according to the invention that for each of the casting mold parts a special cardboard molding so prefabricated that the entire inner surface of the relevant mold part including the edge of the connecting surfaces with which the mold parts abut one another, from the cardboard molding is covered true to shape.

Durch Zusammenfügen der einzelnen Teile der Gießformen werden die einzelnen Karton-Formstücke an ihren Rändern zwischen den Stoßflächen der Gießformen eingeklemmt und bedürfen keiner weiteren Befestigung. Nach dem Zusammenfügen steht die Gießform unmittelbar für den Guß zur Verfügung.By joining the individual parts of the casting molds, the individual cardboard fittings are made wedged at their edges between the abutment surfaces of the casting molds and do not require any further Attachment. After assembly, the mold is immediately available for casting.

Nach dem Erkalten des eingegossenen Metalls wird die Gießform wieder in ihre Einzelteile zerlegt und die verbliebenen Reste der Kartonauskleidung werden aus den Gießformteilcn herausgenommen. Danach steht die Gießform sofort wieder einer weiteren Verwendung zurAfter the cast metal has cooled down the mold is dismantled again into its individual parts and the remnants of the cardboard lining are removed taken out the mold parts. The mold is then immediately available for further use

⁶S Verfügung. ⁶ S available.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also erreicht, daß die Gießformen wirksam geschützt werden, zugleich aber sehr schnell wieder verwendetThe method according to the invention thus ensures that the casting molds are effectively protected , but at the same time used again very quickly

werden können. Das Einbringen der vorgeformten Karton-Formstücke ist außerordentlich einfach und erfordert keinerlei Fachkenntnisse. Die anfallenden Lohnkosten bei der Auskleidung der Gießformen sind also denkbar gering und die Kosten der vorgefertigten Kartonfonnstücke können im Vergleich zu den durch die Zeitersparnis erzielten Kosteneinsparungen vernachlässigt werden.can be. The introduction of the preformed cardboard fittings is extremely simple and does not require any specialist knowledge. The labor costs incurred when lining the casting molds are So very low and the cost of the prefabricated Kartonfonnstück can compared to the by the time savings achieved cost savings are neglected.

Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß die Karton-Formstücke zur örtlichen Verstärkung der Kühlung r.iit Öffnungen ve~.^cehcn werden. Am Ort dieser Öffnungen gelangt das geschmolzene Metuli beim Guß in direktem Kontakt mit der Gießform und wird dabei rasch abgekühlt. Somit läßt sich auf einfache Weise eine lokal begrenzte Härtung :ines Bereiches des Gußstücks erzielen.A preferred further development of the method is characterized in that the cardboard fittings have openings for local reinforcement of the cooling. ^c ehcn be. At the location of these openings, the molten metuli comes into direct contact with the casting mold during casting and is rapidly cooled in the process. A locally limited hardening can thus be achieved in a simple manner in a region of the casting.

In gleicher Weise kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß die Karton-Formstücke zur örtlichen Verminderung der Kühlung Stellen mit größerer Wandstärke aufweisen, um so im Gießling an lokal begrenzten Stellen eine sehr langsame Abkühlung zu erzielen.Provision can advantageously be made in the same way be that the cardboard fittings to reduce the local cooling spots with larger Have wall thickness in order to achieve a very slow cooling in the casting at locally limited places achieve.

Da die Kartonstücke während des Gußvorgangs sich mit beträchtlicher Gasentwicklung zersetzen, kann vorteilhafterweise vorgesehen werden, daß die Gießformteile an den Stellen, an denen die Kanon-Formslücke eine erhöhte Wandstärke aufweisen mit Enllüftungsölfnungen und Filtern versehen werden, damit die an diesen Stellen verstärkt auftretende Gasentwicklung nicht zu Gußblasen im Gießling führt.Since the pieces of cardboard can decompose during the casting process with considerable evolution of gas advantageously be provided that the mold parts at the points where the canon mold gap have an increased wall thickness are provided with ventilation openings and filters so that the the gas development that occurs more intensely at these points does not lead to casting bubbles in the casting.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, unter Ikvugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigtThe invention is explained below using an exemplary embodiment, with reference to the drawing explained in more detail; it shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gießform für Nockenwellen, und1 shows a longitudinal section through a casting mold for camshafts, and

Fi g. 2 einen Schnitt entlang der Linie Uli in F i g. 1.Fi g. 2 shows a section along the line Uli in FIG. 1.

In der Zeichnung ist ein oberes metallisches Gießformteil 1 und ein unteres metallisches Gießformleil 2 einer Gießform für Nockenwellen aus Stahl oder Eisen dargestellt. Die beiden Gießformteile weiden an den Verbindungsflächen 3 zusammengefügt und sind so geformt, daß sie einen Hohlraum in Gestalt einer Nockenwelle umschließen.In the drawing is an upper metallic mold part 1 and a lower metallic mold part 2 a casting mold for camshafts made of steel or iron is shown. The two mold parts graze the connecting surfaces 3 joined together and are shaped so that they have a cavity in the form of a Enclose the camshaft.

Erfindungsgemäß wird nun die üblicherweise auf der Innenseite der Gießformteile aufgebrachte Schlichte durch vorfabrizierte Karton-Fomistückc 4 ersetzt, die genau alle Erhöhungen und Vertiefungen in den Gießformteilen 1,2 bedecken. Dafi'r eignet sich z. B. der bekannte graue Karton mit einer Dicke von 0,2 bis 0.5 mm. Der Karton kann insgesamt mit einem feuerfesten Material versehen sein, das z. B. durch Imprägnierung, Aufspritzen oder Tränken aufgebracht wird. Als feuerfestes Material eignet sich /.. B. dasjenige, aus dem üblicherweise die Schlichte hergestellt wird.According to the invention, the size usually applied to the inside of the casting mold parts is now replaced by prefabricated cardboard moldings 4 which exactly cover all of the elevations and depressions in the casting mold parts 1, 2. For this, z. B. the well-known gray cardboard with a thickness of 0.2 to 0.5 mm. The cardboard can be provided as a whole with a refractory material which, for. B. is applied by impregnation, spraying or soaking. A suitable refractory material is / .. B. that from which the size is usually made.

Der Karton kann durch die üblichen Verfahren der Papierindustrie in die richtige Form gebracht werden, so daß zwei Karton-Formstückc 4 entstehen, die genau den inneren Formen der Gießform nachgebildet sind und einen zusätzlichen Rand 5 aufweisen, der sich über die Verbindungsflächen 3 erstreckt.The cardboard can be brought into the correct shape by the usual procedures of the paper industry, like this that two cardboard-Formstückc 4 arise, which are exactly modeled on the inner shapes of the mold and have an additional edge 5 which extends over the connecting surfaces 3.

Das Einsetzen der Karton Formstücke 4 in die Gießformteile 1, 2 geht äußerst schnell, wodurch die Ruhezeiten der Gießform verringert weiden, ur.-l demzufolge die erforderliche Anzahl an Gießformen für eine bestimmte Produktionsmenge sehr klein ist. Durch das Schließen der Gießformen werden die beiden in die Gießformteile I, 2 eingelegten Karton-Formstückc 4 an ihren Rändern 5 zwischen den Verbindungsflächen 3The insertion of the cardboard fittings 4 in the mold parts 1, 2 is extremely fast, which means that the Downtime of the casting mold reduced willow, ur.-l consequently the required number of molds for a given production volume is very small. Through When the casting molds are closed, the two cardboard shaped pieces 4 inserted into the casting mold parts 1, 2 are connected their edges 5 between the connecting surfaces 3

festgehalten, wodurch ihre Lage fixiert und die Abdichtung der Gießform sichergestellt wird.held, whereby their position is fixed and the sealing of the mold is ensured.

Beim Eingießen des flüssigen Metalls, das einen hohen Schmelzpunkt aufweisen kann, und beispielsweise Stahl oder Roheisen sein kann, verbrennt der Karton, während das in ihm enthaltene feuerfeste Material durch die Hitze des flüssigen Metalls augenblicklich fritiert und dadurch die Reste des verbrannten Kartons zusammenhält, so daß sie nicht durch den Metallfluß mitgenommen werden können und den Gießling verunreinigen.When pouring the liquid metal that has a high Can have melting point, and can be steel or pig iron, for example, the cardboard burns, while the refractory material contained in it instantly due to the heat of the molten metal deep-fried, thereby holding the remains of the burned cardboard together so that they cannot get through the flow of metal can be taken and contaminate the casting.

Das Isolationsvermögen des Kartons verlangsamt in erheblichem Maße den Wärmeaustausch zwischen dem Gußteil und der Gießform, so daß aufgrund der verlangsamten Abkühlung die Qualität des Gußteils verbessert wird, während gleichzeitig die Lebensdauer der Gießform durch die verringerte Temperaturbelastung ihrer Oberfläche ansteigt. Auch Diffusionsvorgänge an der Oberfläche des Gußteils werden verhindert, da keine direkte Berührung auftritt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das abgekühlte Gußteil sich besonders leicht aus der Gießform herausnehmen läßt.The insulation properties of the cardboard considerably slow down the heat exchange between the Casting and the mold, so that due to the slowed cooling, the quality of the casting is improved, while at the same time the service life of the casting mold due to the reduced temperature load its surface increases. Diffusion processes on the surface of the casting are also prevented, since there is no direct contact. Another advantage is that the cooled casting is can be removed particularly easily from the mold.

Wenn erforderlich, kann an bestimmten Stellen die Isolationswirkung verringert oder ganz beseitigt werden, um so eine örtliche Aushärtung des Gußteils zu erzielen. Bei dem dargestellten Ausftihrungsbeispicl wird dieser Aushärtungseffekt z. B. an den Nocken 6 der Nockenwelle dadurch erzielt, daß der Karton an diesen Stellen mit einer Öffnung verschen ist, so daß das Metall in direktem Kontakt mit der Innenwand des Gießformteils steht. Um den Härtungseffekt zu beemflusren und die Lebensdauer der Gießform zu erhöhen, wird zugleich an geeigneter Stelle in der Nähe dieser Öfmung (.ine Kühlvorrichtung vorgesehen. Nach erfolgter Abkühlung weist das Gußteil an den Stellen der Nocken 6 eine erheblich größere Oberflächenhärtc auf. während der Rest, insbesondere der axiale Teil und die Bereiche 8 der Nockenwelle gleichmäßig getempert sind.If necessary, the insulation effect can be reduced or completely eliminated at certain points, in order to achieve a local hardening of the casting. In the illustrated embodiment this curing effect z. B. achieved on the cam 6 of the camshaft in that the box on this Places with an opening are given away so that the metal is in direct contact with the inner wall of the mold part stands. To influence the hardening effect and To increase the service life of the casting mold, is at the same time in a suitable place in the vicinity of this opening (. A cooling device is provided When cooling down, the cast part has a considerably greater surface hardness at the locations of the cams 6. while the rest, in particular the axial part and the areas 8 of the camshaft, are tempered uniformly.

Umgekehrt ist es auch möglich, das Gußteil mit besonders weichen Stellen zu versehen, wie /.. B. die Stelle 9, an der die Verzahnung des Antricbsritzcls der Nockenwelle angreift. Zu diesem Zweck wird die Wandstärke der Karton-Formteile durch eine zusätzliche Kartonschicht 10 bis auf einen Wert vor. 1 mm oder mehr verstärkt, so daß das Gußteil gegen die abgekühlten Zonen 7 stärker isoliert wird. Bei dieser Verstärkung der Isolierung tritt jedoch eine stärkere Gasentwicklung auf. wodurch Gußblasen entstehen können. Um dies zu verhindern, werden in den Gicßformteilen die Filter Il und die Entlüftungsöffnungen 12 auf bekannte Art und Weise angeordnet, um die Gasabfuhr zu ermöglichen.Conversely, it is also possible to provide the cast part with particularly soft points, such as / .. B. the point 9 at which the toothing of the drive pinion of the camshaft engages. For this purpose, the wall thickness of the cardboard moldings is provided by an additional cardboard layer 10 up to a value. Reinforced 1 mm or more, so that the casting against the cooled zones 7 is more insulated. With this reinforcement of the insulation, however, a greater evolution of gas occurs. which can cause blowholes. In order to prevent this, the filters II and the ventilation openings 12 are arranged in the mold parts in a known manner in order to enable the gas to be discharged.

Die örtliche Verstärkung der Wandstärke der Karton-Formlcile ist besonders interessant beim Gießen von Scheiben bzw. Rädern aus Roheisen, wobei die graue Struktur erhalten bleibt. So lassen sich besonders gut z. B. Riefenscheiben gießen, die aus einer massiven Nabe und einem massiven Scheibenkranz bestehen, welche durch schmale Speichen verbunden sind.The local reinforcement of the wall thickness of the cardboard mold is particularly interesting when pouring of disks or wheels made of pig iron, whereby the gray structure is retained. So can be special good z. B. casting grooved disks, which consist of a massive hub and a massive disk rim, which are connected by narrow spokes.

Die durchgeführten Versuche mit verschiedenen Gußarten, inier ihnen der Guß von Nockenwellen und anderen Teilen, haben gezeigt, daß mit einer Kartonstärke in der Größenordnung von 1 mm das Gießen von schmalen Erhöhungen einer Dicke von 5 mm möglich ist unter Beibehaltung der Struktur des Graugusses über die gesamte Ausdehnung der Erhöhung, ohne daß diese Werte eine Grenze darstellen. In der Tat ist eine weitere Verringerung der Dicke der Erhöhung durch eineThe experiments carried out with different types of cast, inier them the cast of camshafts and other parts have shown that with a cardboard thickness of the order of 1 mm the casting of narrow elevations of a thickness of 5 mm is possible while maintaining the structure of the gray cast iron the entire extent of the elevation without these values being a limit. In fact it is another Reducing the thickness of the elevation by one

Erhöhung der Kartonstärke und umgekehrt möglich.It is possible to increase the cardboard thickness and vice versa.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung von allen möglichen Gußstücken und ist insbesondere zur Herstellung von Gußstücken mit Bereichen unterschiedlicher Oberflächenhärte geeignet, wie es bei Nockenwellen erforderlich ist. Eine wirksame Kontrolle der zu härtenden Zonen ist hierdurch leichterThe inventive method is suitable for the production of all possible castings and is particularly suitable for the production of castings with areas of different surface hardness, as is required for camshafts. This makes effective control of the zones to be hardened easier

möglich als mit den klassischen Gießtechniken, mittels Sand und Abkühleinrichtungen. Des weiteren eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut zur Herstellung von Gußstücken mit schmalen Erhöhungen, wie z. B. Traghebel oder Lenkgehäuse für Kraftfahrzeuge. possible than with the classic casting techniques, using sand and cooling devices. Also suitable the method according to the invention is particularly good for Manufacture of castings with narrow elevations, such as. B. Carrying levers or steering boxes for motor vehicles.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

Palent claims:

1. Process for casting metals with a high melting point in multi-part casting molds, in which the inner wall of the casting mold is provided with a cardboard lining containing the size, characterized in that the inner wall the mold parts with a cardboard lining made of prefabricated, the shape of the inner wall Adapted cardboard fittings is occupied in such a way that the round of the connecting surfaces is also covered with which the cast molds butt against each other, covered is that then the mold parts are assembled so that the between the connecting surfaces located edges of the cardboard fittings are clamped and that then the metal in the mold is filled.

2. The method according to claim 1, characterized in that the cardboard fittings to the local Reinforcement of the cooling can be provided with openings.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the cardboard shaped pieces have places with greater wall thickness to reduce local cooling.

4. The method according to claim 3, characterized in that the mold parts at the points on which the cardboard fittings have an increased wall thickness with ventilation opening ^ and with Filters are provided.