DE2418966C3 - Vorrichtung zur Herstellung von Gußstücken mit Kugelgraphit - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Gußstücken mit Kugelgraphit, in einer Gießform, die einen Formhohlraum und eine Behandlungskammer aufweist, die sich in der Gießrinne der Gießform befindet und den zum Gießen des Gußstückes erforderlichen Impfstoff enthält.

Eine derartige Vorrichtung und das mit ihr durchzuführende Verfahren sind aus der DT-OS 19 36153 bekannt. Die dort beschriebene und dargestellte Einrichtung besteht aus einer Gießform, in die das geschmolzene Eisen über einen Eingußtrichter, ein nach unten führendes Eingußrohr, eine Zwischenkammer, eine Steigkammer und eine Eingußöffnung gelangt. In die als Behandlungskammer dienende Zwischenkammer wird ein die Kugelbildung des im Gußeisen befindlichen Graphits bewirkender Zuschlagstoff in einer nach bestimmten Parametern berechneten Menge eingegeben. Die Zwischenkammer ist mit einer sog. »Schikane« versehen, die den Durchfluß des flüssigen Metalls reguliert und eine genügende Verweilzeit gewährleistet. — Die den Durchfluß des flüssigen Metalls regulierende »Schikane« bringt weder den Schmelzfluß ganz zum Stillstand, noch ist sie mit einem Behandlungsmittel versehen oder durch die gemeinsame Wirkung von Temperatur und Druck der Schmelze zerstörbar.

Dagegen sollen die vor dem Gießhohlraum angeordneten dünnen, schnellschmelzenden Metallplatten der in der US-PS 16 64 452 dargestellten und beschriebenen Gießform den Schmelzfluß kurze Zeit aufhalten, bis sich Verunreinigungen der Schmelze in den Steigern abgesetzt haben. — Die bekannte Form dient nicht der Herstellung von Gußstücken mit Kugelgraphit.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung zur Herstellung von Gußstücken mit Kugelgraphit gemä US-PS 36 58 115 ist zwischen Einguß und Formhohl raum ein Einsatz angeordnet, der aus zwei mi Bohrungen versehenen Deckplatten besteht, zwischei denen sich ein Impfmittel befindet Das Material de Deckplatten soll einerseits einen so hohen Schmelz punkt haben, daß es sich nicht zu schnell auflösl Andererseits soll die Zusammensetzung der Platten se sein, daß bei allmählich durch den Schmelzfluß größei werdenden Löchern in den Platten und im Impfmitte eine übermäßige Veränderung der chemischen Zusam mensetzung des Gusses vermieden wird. — Die bekannte Vorrichtung hat keine Behandlungskammer die sich in der Gießrinne der Gießform befindet und den zum Gießen erforderlichen Impfstoff enthält

Es ist auch bekannt, daß die Impfwirkung mit der Zeit rasch abklingt, und daß es zum Erzielen von Gußstücken mit homogenem Gefüge wünschenswert ist, diese Impfung so kurz wie möglich vor der Erstarrung des behandelten Metalls vorzunehmen.

Zu diesem Zweck wurden aufeinanderfolgend mehrere Impfverfahren angewendet. Zuerst hat man vor dem Gießen den Impfstoff in feinen Teilchen durch Rühren der Schmelze einverleibt, die sich in der Gießpfanne befand. Dann hat man versucht, eine doppelte Impfung vorzunehmen, wobei die Schmelzmasse zuerst in der Pfanne vor dem Beginn des Gießvorgangs geimpft wurde, worauf die Impfung unmittelbar vor diesem Gießvorgang wiederholt wurde, entweder beispielsweise beim Umgießen in kleine Handpfannen, beim Durchtritt durch ein Filter in Form eines Trichters, der eine geeignete Menge Impfstoff enthielt. Desgleichen hat man versucht, die Schmelzmasse durch direkte kontinuierliche oder diskontinuierliche Dispersion des Impfstoffes in den Einguß oder durch Einbringen eines Impfstoffstaubes in die Form, zu behandeln. Diese Verfahren haben sich jedoch nicht ausreichend zuverlässig hinsichtlich der Homogenität des Gefüges der Gußstücke erwiesen, so daß vorgeschlagen wurde, die Schmelze mit dem Impfstoff im Augenblick seines Abflusses in das System von Kanälen oder des aufgesetzten Eingusses der Form in Kontakt zu bringen, wobei der Impfstoff, der einen Körper in eingeschlossener Form in der Gießform umhüllt oder bildet, vorzugsweise in Form eines perforierten Gießkerns, der sich fortschreitend unter der Wirkung der Strömung der Schmelze auflöst.

Schließlich wird bei einer komplizierteren Form des vorhergehend beschriebenen Verfahrens der Impfstoff in Form von Stücken in das System von Gießköpfen der Gießform gebracht, und zwar unmittelbar einer Vorrichtung vorgeschaltet, die beispielsweise durch einen Gitterrost aus feuerfestem Material oder aus einem perforierten Kern besteht, der den Durchtritt der Schmelze ermöglicht, jedoch die Mitnahme des nicht gelösten Impfstoffes durch die flüssige Schmelze verhindert.

Bei diesem Verfahren zur fortschreitenden Lösung von Impfstoffstücken durch das Gießmetall ist es jedoch erforderlich, daß die Abmessung der Impfstoffstücke am Ende des Gießvorgangs noch größer als diejenige der öffnungen der Durchtrittsvorrichtung für die Schmelze ist. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, größere IfripfstoffiTicngcn zu verwenden als notwendig sind, sowie einen Verlust der restlichen Impfstoffstücke hinzunehmen, die nach der Erstarrung im Gießkopf bleiben.

Übrigens ändert sich zwischen Besinn und FnHe He«

Gießvorgangs die Austauschfläche zwischen Schmelze und Impfstoff erheblich, was vor allem eine Minderung des Impfgrades herbeiführt. Zwar macht sich dieser Nachteil beim Gießen kleiner Stücke wenig störend bemerkbar, während bei ziemlich großen Stücken, beispielsweise bei Kurbelwellen für Brennkraftmaschinen, die eine ziemlich lange Gießzeit erfordern, die Gefahr besteht, daß die Homogenität des Gefüges nicht genügt.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Gießform zur Herstellung von Gußstücken mit Kugelgraphit, die einen Formhohlraum und eine den zum Gießen erforderlichen Impfstoff enthaltende Behandlungskammer aufweist, so auszubilden, daß bei Schwerkraftguß eine zuverlässige und gleichmäßige Verteilung des Behandlungsmittels im flüssigen Eisen sichergestellt ist

Die zuvor angegebene Aufgabe ist erfindurgsgemäß dadurch gelöst, daß das Volumen der in den Formhohlraum mündenden Behandlungskammer gleich der Summe der Volumina des herzustellenden Gußstükkes und des Speisekopfes dieses Gußstückes ist, daß die Behandlungskammer eingußseitig mit einem Siphon und gußstückseitig mit einem temporären und durch die gemeinsame Wirkung von Temperatur und Druck der Schmelze zerstörbaren Verschlußorgan abgeschlossen ist, das aus einer Blechplatte besteht, deren Dicke und Zusammensetzung die Dauer des Widerstandes gegen Temperatur und Druck der Schmelze bestimmt, und das bewirkt, daß die Impfung in der Behandlungskammer während der Zeit erfolgt, die zur Zerstörung des Verschlußorganes notwendig ist, und daß eine Trennplatte aus neutralem feuerfesten Material unmittelbar stromabwärts hinter dem temporären und zerstörbaren Verschlußorgan im Einlaß zum Formhohlraum angeordnet ist, die einen ein desoxydierendes und nachimpfendes Behandlungsmittel enthaltenden Hohlraum aufweist.

Die Zwischenschaltung eines Siphons zwischen Einguß und dem aufgesetzten Einguß der Behandlungskammer bietet den Vorteil, daß selbst im Falle einer unbeabsichtigten und kurzzeitigen Unterbrechung des Gießvorgangs die in der Kammer enthaltene Schmelze sich nicht in Kontakt mit der umgebenden Luft befindet, so daß sich in dieser Kammer keine Oxidhäute oder -schichten bilden, die für die Qualität des Gußstückes schädlich sind.

Das Behandlungsmittel kann beispielsweise ein Desoxydations- und Nachimpfungsmittel sein, das dazu dient, die Wirkung des in der Behandlungskammer enthaltenen Impfstoffes zu vollenden und die Oxide zu vermindern, die durch das Schmelzen des temporären und zerstörbaren Verschlußorgans, wenn dieses aus einem Metall ist, entstehen. Was die Trennplatte betrifft, so hat diese nicht nur die Aufgabe der Begrenzung zwischen dem herzustellenden Gußstück und dessen Gießkopf, sondern auch die gleichmäßige Verteilung des Behandlungsmittels in der Schmelze, wenn es durch diese mitgeführt wird, zu erleichtern.

Die Gleichzeitigkeit der Auflösung des Impfstoffes in der ganzen Masse der Schmelze im Innern der Behandlungskammer bietet bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmte Vorteile gegenüber dem bekannten Verfahren der progressiven Auflösung durch Schlämmen der iittpfslüffstUcke durch das Gießmetall. Diese Vorrichtung ermöglicht das Erzielen einer vollkommenen Homogenität des Gefüees beim Gießen ziemlich massiver Stücke sowie eine wirtschaftliche Verwendung des Impfstoffes infolge des Umstandes, daß in die Behandlungskammer nur die Impfstoffmenge eingeführt zu werden braucht, die für den Vorgang notwendig ist. Sie ermöglicht ferner eine große Schnelligkeit des Gießvorgangs und macht diesen von dem menschlichen Faktor unabhängig, wobei es nicht mehr notwendig ist, die Masse der Schmelze über den Impfstoff zu leiten. Sie gestattet ferner eine sehr einfache Regelung der Impfdauer durch die Einwirkung auf die Dicke und die Zusammensetzung des temporären Verschlußorgans in Abhängigkeit von dem verwendeten Impfstoff. Der Impfstoff kann sowohl in Form von Pulver oder von Stücken verwendet werden, obwohl es vorzuziehen ist, ihn in pulverförmigem Zustand zu verwenden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Teilquerschnitt im Aufriß einer Gießform gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Schnittansicht eines temporären zerstörbaren Verschlußorgans,

Fig.3 die Wiedergabe eines Gefügebildes einer Probe zur Prüfung der Graphitierung, die bei einem Anfangsversuch zur Regelung der Gießbedingungen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt worden ist,

F i g. 4 die Wiedergabe eines Gefügebildes einer Probe zur Prüfung der Graphitierung, die nach der Regelung der Gießbedingungen erzielt worden ist.

Die in F i g. 1 dargestellte Gießform ist eine herkömmliche Sandkasten-Gießform. Im Innern dieser Gießform sind ein Formhohlraum 1 für das herzustellende Gußstück sowie eine Behandlungskammer 2 vorgesehen, die zur leichteren Bestimmung des Volumens aus einem vertikalen zylindrischen Teil zusammengesetzt ist, der an jedem seiner Enden durch eine Halbkugel abgeschlossen ist. Die Behandlungskammer 2 ist hier in bezug auf den Formhohlraum 1 des herzustellenden Gußstücks ausladend angeordnet, so daß sie eine Drucksäule bildet, ihr Volumen ist gleich der Summe der Volumina des herzustellenden Gußstücks und des Gießkopfes. Sie wird durch einen aufgesetzten Einguß 3 gespeist, der am unteren Ende seiner oberen Halbkugel angeordnet ist, und durch einen zweckmäßig in einer der Stoßebenen der Form angeordneten Siphon 4, dessen Aufgabe vorhergehend erläutert wurde, und der zwischen dem aufgesetzten Einguß 3 und dem Einguß 5 vorgesehen ist.

Der Impfstoff 6 ist in die untere Halbkugel der Behandlungskammer 2 eingelegt und ein temporäres Verschluß- und Trennorgan 7, das in F i g. 2 näher dargestellt ist, ist in der Verbindungsrinne zwischen der Behandlungskammer 2 und dem Formhohlraum 1 des Gußstücks vorgesehen, es bildet gleichzeitig einen Ansatz des Gießkopfes und befindet sich in der Stoßebene des herzustellenden Gußstücks unmittelbar oberhalb der unteren Halbkugel der Behandlungskammer 2.

Das temporäre Verschluß- und Trennorgan 7 setzt sich aus einer kreisförmigen Blechplatte 8, die anschließend an die Behandlungskammer 2 angeordnet ist, und aus einer ebenfalls kreisförmigen Trennplatte 9 zusammen, welche aus neutralen feuerfesten Materialien hergestelli und dem Forrnhonlraum 1 des Gußstückes benachbart ist. Die Blechplatte 8 ist mit der Trennplatte 9 verklebt und das Ganze sitzt an seinem Umfang im Sand der Gießform.

Die Dicke und die Zusammensetzung der Blechplatte 8, weiche, wie erwähnt, dazu bestimmt ist, durch die kombinierte Wirkung der Temperatur und des Druckes der in der Behandlungskammer 2 enthaltenen Masse der Schmelze zerstört zu werden, bestimmt die Dauer des Widerstandes dieser Platte und damit die Impfdauer der Masse der Schmelze vor der Füllung des Formhohlraumes 1 des Gußstückes.

Die Trennplatte 9 weist einen zylindrischen Hohlraum 10 auf, dessen öffnung zur Behandlungskammer 2 gerichtet ist, sowie einen halbkugelförmigen Hohlraum 11, dessen öffnung zum Formhohlraum 1 des Gußstücks gerichtet ist, von dem er das eingußseitige Ende bildet, ferner eine Mittelöffnung 12, die einen angesetzten Einguß bildet, zur Verbindung zwischen den Hohlräumen 10 und 11, und eine Reihe von Kanälen 13, die in regelmäßigen Abständen in kreisförmiger Anordnung in der Nähe des Umfangs der Trennplatte 9 angeordnet sind und ebenfalls die Hohlräume 10 und 11 miteinander verbinden. Ein Nachimpfungs- und Desoxydationsmittel in pulverförmigem Zustand, das dazu dient, die Wirkung des sich in der Behandlungskammer 2 befindenden Impfstoffes 6 zu vollenden und damit die Oxide zu verringern, die durch das Schmelzen der Blechplatte 8 entstehen, ist in dem Hohlraum 10 durch die Blechplatte 8 einerseits und durch eine Kartonscheibe 14, die mit dem Grund des Hohlraums 10 verklebt ist, andererseits eingeschlossen. Der Neigungswinkel der Kanäle 13, die für den Abfluß des im Hohlraum 10 enthaltenen Produkts dienen, wird zweckmäßig so bestimmt, daß eine wirksame Nachimpfung der Masse der Schmelze, die durch die Mittelöffnung 12 ausfließt, sichergestellt ist.

Der Verlauf des Gießvorgangs ergibt sich aus der vorhergehenden Beschreibung. Die notwendige Menge Impfstoff 6 der Behandlungskammer 2 sowie das temporäre und trennende Verschlußorgan 7 werden bei der Herstellung der Gießform eingesetzt. Wenn die Schmelze in die Gießform gegossen wird, füllt sie, durch die Blechplatte 8 gehalten, die Behandlungskammer 2, wobei sie den Impfstoff 6 auflöst und infolge der Wirkung des Siphons 4 ohne Kontakt mit der umgebenden Luft bleibt. Während dieser Zeit bewirkt die kombinierte Wirkung der Temperatur und des Druckes der Masse des in der Behandlungskammer 2 enthaltenen Schmelzgutes das Schmelzen der Blechplatte 8. Die Masse des in geeigneter Weise geimpften Metalls dringt sodann durch Gefällewirkung und Abziehen in den Formhohlraum 1 des Gußstückes ein und reagiert beim Durchtritt mit dem Nachimpfungsmittel, das im Hohlraum 10 der Trennplatte 9 enthalten iat.

Nach der Erstarrung bildet die in der Behandlungskammer 2 vorhandene Metallmenge den Gießkopf. Er enthält alle Schlacken, die bei der Reaktion entstehen und wegen des Dichteunterschiedes an der Oberfläche aufschwimmen, so daß keine Gefahr besteht, daß Einschlüsse entstehen, die für die mechanischen Eigenschaften des Gußstückes nachteilig sind. Nach dem Entformen braucht das Gußstück lediglich vom Gießkopf in der Höhe der öffnung 12 der Trennplatte 9 getrennt zu werden, deren Vorhandensein das Lösen durch Schlag erleichtert.

Nachfolgend werden beispielsweise die Werte und die Ergebnisse von zwei Versuchen angegeben, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Gießen von Kurbelwellen für Brennkraftmaschinen mit einem Bruttogewicht von 13,5 kg durchgeführt wurden, wobei sich aus dem Vergleich die Leichtigkeit der Regelung erkennen läßt.

Beispiel 1

S Das verwendete Metall ist eine Ausgangsschmelze für Kurbelwellen, die bei der Analyse 3,75% C, 138% Si, 0,35% Mn und 20 Teile pro Million Pb zeigte. Der in der Behandlungskammer 2 der Gießform befindliche Impfstoff bildet prozentual bei einem Bruttogewicht des

ίο gegossenen Metalls von 28 kg 0,5% Impfstofflegierung als grobkörniges Pulver mit etwa 0,075% Mg und 0,1 % SiCa in Pulverform. Diese beiden Elemente wurden, bevor sie auf den Grund der Behandlungskammer gebracht wurden, gemischt und eingesackt. Das sich im Hohlraum 10 der Trennplatte 9 befindende Produkt ist ein Impfstoff mit 5% Ba, 2,8% Ca und 1,4% Al und entspricht 0,15% des Gewichts der Kurbelwelle. Die Temperatur der Schmelze in der Gießpfanne beträgt 1470⁰C.

Während des Gießvorgangs konnte außerhalb der Form kein Zeichen der inneren Reaktion, abgesehen von einer geringen Ausscheidung von MgO, festgestellt werden. Die Füllungsdauer der Kammer 2 betrug ¹⁸/ioo min und die Durchtrittszeit durch die Blechplatte 8,

2j deren Dicke ⁶/io mm war, betrug ²⁸/ioo min nach Beginn des Gießvorgangs.

Beim Gußputzen wurde festgestellt, daß der Gießkopf von 14,5 kg mit starker Lunkerbildung alle Schlacken enthielt. Die Trennung des Gußstückes und des Gießkopfes ließ sich leicht mit einem einzigen Schlag durchführen.

Die mikroskopische Prüfung der Proben zum Nachweis der Graphitierung wurde auf verschiedene Gegengewichte der Kurbelwelle verteilt und zeigte einen Anteil von 90—100% Kugelgraphit über Vi der Länge des Gußstückes und einen Anteil, der in F i g. 3 dargestellt ist, welche eines der erhaltenen Gefügebilder wiedergibt, von 10 bis 90% Kugelgraphit über das letzte Viertel des Gußstückes auf der Eingußseite. Aus diesem

Versuch geht daher hervor, daß die Gehalte von Impfstoff unter der unteren Grenze liegen.

Beispiel 2

Das Metall ist eine Ausgangsschmelze für Kurbelwel-

len mit einer Analyse von 3,79% C, 1,45% Si, 0,35% Mn und 20 Teilen pro Million Pb. Der Impfstoff, der sich in der Behandlungskammer 2 befindet, stellt bei einem Gewicht des Gießmetalls von 29 kg einen Prozentsatz von 0,69% Impfstofflegierung als grobkörniges Pulver

dar mit 0,105% einverleibtem Mg und 0,1% SiCa in Pulverform. Diese beiden Elemente wurden vor dem Verbringen auf den Boden der Behandlungskammer gemischt und eingesackt. Das im Hohlraum 10 der Trennplatte 9 befindliche Produkt ist ein Impfstoffpro-

dukt mit 5% Ba, 2,8% Ca und 1,4% AI, entsprechend 0.15% des Gewichts der Kurbelwelle. Die Temperatur der Metallschmelze betrug in der Gießpfanne 1450⁰C.

Beim Gießvorgang konnte außerhalb der Gießform kein Zeichen einer inneren Reaktion festgestellt werden. Die Füllungszeit der Behandlungskammer 2 betrug ¹ViOo min und die Durchtrittsdauer durch die Blechplatte 8 mit einer Dicke von ⁸Ao mm betrug ⁶⁶/too min nach Beginn des Gießvorgangs.

Beim Gußputzen wurde festgestellt, daß der Gieß

kopf von 15,5kg mit starker Lunkerbildung alle Schlacken enthielt. Die Trennung des Gußstückes unc des Gießkopfes konnte leicht mit einem einzigen Schlaf geschehen.

Die mikroskopische Prüfung der Proben zum Nachweis der Graphitierung verteilt auf die verschiedenen Gegengewichte der Kurbelwelle zeigte einen Anteil der in Fig.4 dargestellt ist, welche eine Reproduktion der erhaltenen Gefügebilder darstellt, von 100% Kugelgraphit über die volle Länge des Gußstückes mit einer großen Menge kleiner und mittlerer Kugeln.

Mit diesen einfachen Maßnahmen kann die Vorrichtung zur zuverlässigen Produktion verwendet werden, wobei die Gießbedingungen von dem menschlichen Faktor unabhängig sind, insbesondere von der Schnelligkeit des Gießvorgangs und der Füllung der Gießform. Sie eignet sich aus diesem Grunde zur Automatisierung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

709 650/234

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Herstellung von Gußstücken mit Kugelgraphit in einer Gießform, die einen Formhohlraum und eine Behandlungskammer aufweist, die sich in der Gießrinne der Gießform befindet und den zum Gießen des Gußstückes erforderlichen Impfstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der in den Formhohlraum (1) mündenden Behandlungskammer (2) gleich der Summe der Volumina des herzustellenden Gußstükkes und des Speisekopfes dieses Gußstückes ist, daß die Bchandlungskammer (2) eingußseitig mit einem Siphon (4) und gußstückseitig mit einem temporären und durch die gemeinsame Wirkung von Tsmperatur und Druck der Schmelze zerstörbaren Verschlußorgan (7) abgeschlossen ist, das aus einer Blechplatte (8) besteht, deren Dicke und Zusammensetzung die Dauer des Widerstandes gegen Temperatur und Druck der Schmelze bestimmt, und das bewirkt, daß die Impfung in der Behandlungskammer (2) während der Zeit erfolgt, die zur Zerstörung des Verschlußorgans (7) notwendig ist, und daß eine Trennplatte (9) aus neutralem feuerfesten Material unmittelbar stromabwärts hinter dem temporären und zerstörbaren Verschlußorgan (7) im Einlaß zum Formhohlraum (t) angeordnet ist, die einen ein desoxydierendes und nachimpfendes Behandlungsmittel enthaltenden Hohlraum aufweist.