DE2428263B2

DE2428263B2 - Gießvorrichtung und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE2428263B2
Application number: DE19742428263
Authority: DE
Inventors: George Dixon Chandley; John Nicholas Lamb
Original assignee: Hitchiner Manufacturing Co Inc
Current assignee: Hitchiner Manufacturing Co Inc
Priority date: 1974-06-05
Filing date: 1974-06-12
Publication date: 1979-08-30
Also published as: DE2428263A1; GB1434516A; DE2428263C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gießvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art und auf ein Verfahren zu deren Betrieb.

Der Präzisionsguß auf Massenproduktionsbasis von Metallen, die in einer Unterdruck' oder Inertgasatmosphäre gegossen werden müssen, ist seit langem ein Problem. Teilweise ist dies auf die zur Schaffung der erforderlichen Abdichtungen und zum Evakuieren der Vorrichtung erforderliche Zeit vor allem insofern zurückzuführen, als die verhältnismäßig große Schmelz- und Gießkammer betroffen ist. Es gibt weiter Probleme, die sich durch den Einschluß von Krätze oder anderen Verunreinigungen auf der Oberfläche der Schmelze in den Gußteilen ergeben. Zusätzlich traten Probleme beim Trennen der Gußstücke vom festen, diese verbindenden Metallsteiger auf, was verhältnismäßig weite Abstände zwischen den einzelnen Formhohlräu- ·> men nötig macht

Es ist eine im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzte Gießvorrichtung bekannt (CH-PS 5 03 533), bei der der Formbehälter als Becherelement ein Gehäuse mit auf diesem aufschraubbarer Deckel platte aufweist

Der Formbehälter kann mit der Gießform kippbar oder außerhalb des Bereichs der Schmelzpfanne bringbar sein. Weiter ist eine Gießvorrichtung bekannt (CH-PS 110 779), bei der der Formbehälter als

is 3echerelement ein Gehäuse aufweist, das auf einer Platte dicht aufliegt und nicht absenkbar ist Stattdessen wird der Schmelztiegel mittels eines Stempels angehoben. Außerdem ist eine Gießvorrichtung bekannt (CH-PS 4 90 913), die eine becherförmige Gießform ohne einen besonderen Formbehälter aufweist, wobei die Gießform mittels eines Domes hydraulisch in den Schmelztiegel senkbar ist und sich die Gießform horizontal verschieben läßt

Ebenfalls ist auch eine andere Gießvorrichtung ohne besonderen Formbehälter bekannt (US-PS 22 48 868), bei der die Gießform heb- und kippbar ist.

Weiter ist eine Gießvorrichtung bekannt (DE-PS 2 98 111), die ohne einen besonderen Formbehälter eine

jo Gießform aufweist die in ein Metallbad senkbar ist In diese Gießform kann noch eine weitere Form eingesetzt werden, die jedoch nicht unten aus der erstgenannten Gießform hervorragt

Es ist ferner eine Gießvorrichtung bekannt (DE-AS Yi 12 96 751), bei der eine zum Gießen rohrförmiger Körper dienende Gießform mit einem Tauchrohr zum Eintauchen in eine Schmelze einen rohrförmigen Kalter

aufweist

Andererseits ist es grum-sätzlieii bekannt (DE-OS

21 22 453), bei der Herstellung eines Metallgußstückes überflüssige Metallschmelze aus dem Eingußbereich herausfließen zu lassen.

Schließlich ist es für sich bekannt (Allendorf »Präzisionsgießverfahren mit Ausschmelzmodellen« (1958), Seite 197), gleichzeitig eine Mehrzahl von traubenartig um den Steigerkanal einer Gießvorrichtung verteilten Formhohlräumen zu füllen, um eine Mehrzahl von Metallgußteilen herzustellen. Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine Gießvorrichtung der eingangs genannten Art in dem Sinn zu verbessern, daß ein Betrieb mit weit reduzierten Zykluszeiten ermöglicht, eine von Krätze und Verunreinigungen freie Metallschmelzenoberfläche zum Einführen in die Form gewährleistet und eine automatische

Trennung mehrerer gegossener Teile voneinander bei

erheblich gesteigerter Gußstückpackdichte in der Form ermöglicht werden, und ein hierzu geeignetes Verfahren zum Betrieb der Gießvorrichtung anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei der Gießvorrichtung durch

die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen dieser Gießvorrichtung sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet. Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfah-

bi ren zum Betrieb einer Gießvorrichtung der nach den Ansprüchen 4 und 5 ausgestalteten Art, mit dem Kennzeichen, daß man die Metallschmelze in den Formhohlräumen erstarren läßt, während man die

Metallschmelze im Steigerkanal Flüssig halt, und die Metallschmelze aus dem Steigerkanal nach dem Erstarren der Metallschmelze in den Formhohlräumen zur Erzeugung einer Mehrzahl unverbundener Gußteile herausfließen läßt.

Die Ausbildung des Formbehälters aus einem oberen und einem unteren Becherelement, die durch die vertikal wirkenden Antriebsmittel, insbesondere Kolben- und ZyliuJereinheiten in eine gegenseitig abgedichtete Lage und zum Schmelzspiegel bzw. umgekehrt bewegbar sind, ermöglicht ein rasches Laden und Entladen der Form in den bzw. aus dem Formbehälter in angehobener Stellung durch Relativbewegung der Becherelemente und damit eine reduzierte Zykluszeit und gleichzeitig die krätzefreie Einführung der Metall- ti schmelze in die Form.

Bei der besonderen Ausgestaltung der Gießform nach den Patentansprüchen 4 und 5 ermöglicht das Betriebsverfahren nach dem Patentanspruch 6 eine einfache automatische Trennung mehrerer gleichzeitig gegossener, traubenförmig um den Steigerkanai der Gießvorrichtung verteilter Gußstücke ut?d damit ebenfalls eine zusätzliche Reduktion der Zyklurzeit

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigt

F i g. 1 eine teilweise weggebrochene und geschnittene Seitenansicht zur Veranschaulichung einer Gießvorrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 2 und 3 eine Teilseiten- bzw. Querschnittsansicht einer in der Gießvorrichtung nach F i g. 1 montierten gasdurchlässigen Hohlform;

Fig.4 bis 6 Seitenschnitti.nsichten der Antriebselemente der Gießvorrichtung nach F i g. 1 zur Veranschaulichung der aufeinanderfolgenden Schritte bei 1; Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens;

F i g. 7 und 8 eine Teilseiten- bzw. Querschnittansicht einer anderen gasdurchlässigen Hohlform, wie sie in der Gießvorrichtung nach F i g. 1 montiert werden kann, und to

Fig.9 eine Perspektivansicht eines Gußstücks aus der Form nach F i g. 7 und 8.

Insbesondere gemäß Fig.! ist eine abdichtbare Schmelz- und Gießkammer 12 mit einem darüber montierten abdichtbaren Beschickungsabteil 14 mit einer Tür 15 vorgesehen. Eine Leitung 16 mit einem Gleitvcntil 18 liefert eine wahlweise Verbindung dazwischen.

In der Kammer 12 ist ein Schmelztiegel 20 mit diesen umgebenden Induktionsspulen 24 vorgesehen, die Teile eines Induktionsschmelzofens 22 bilden. Der Ofen 22 ist auf einer vertikal beweglichen Plattform 26 mittels zwischengefügter Lastmeßdosen 30 zur Ermöglichung des Messens des Gewichts des Ofens 22 und damit des Gewichts der Metallschmelze im Tiegel 20 montiert. Die Plattform 26 läßt sich vertikal durch eine hydraulische Zylinder- und Kolbeneinheit 32 bewegen, die auf einer Stützplatte 34 montiert ist. Die Kammer 12 kann mit einem Bodenverschluß 36 versehen sein, der auf der Stützplatte 34 montiert ist, und die letztere kann auf bo einem Gestell 38 mittels der Scherenschenkel 41 zwecks Entfernung des Ofens 22 aus der Kammer 12 versehen sein.

Gemäß der besonderen Ausbildung nach der Erfindung ist innerhalb der Kammer 12 und des Abteils 14 ein abdichtbarer Formbehälter montiert, der allgemein mit 40 bezeichnet ist und eine Bodenöffnung 42 mit einer ringförmigen Dichtung 44 zum Abdichten um das untere offene Ende 46 einer gasdurchlässigen, allgemein mit 48 bezeichneten Form herum aufweist, die darin getragen wird und nach unten über den Behälter hinaus hervorragt (F i g. 2). Die Form 48 ist vom präzisionsfeuerfesten, gasdurchlässigen Hohltyp mit Anwendung der »verlorenen Wachstechnik« und an sich bekannt sowie in der Gießtechnik für eine große Anzahl von Eisen- und Nichteisenmetallen und -legierungen, wie z. B. Stahl, Aluminium und Nickelchromlegierungen, verbreitet

Wie Fig.2 und 3 zeigt, umfaßt die Gießform in Verbindung mit ihrem offenen Ende 46 einen zentralen vertikalen Steigerkanal 50 mit einer Mehrzahl von Formhohlräumen 52, die um diesen Kanal büschel- oder traubenartig verteilt und mit dem Steigerkanal 50 durch Einlaufkanäle 54 verbunden sind, wobei der Querschnitt des Steigerkanals, der in F i g. 3 und 8 beispielsweise im Schnitt zu sehen ist, wenigstens etwa 6,45 cm² und vorzugsweise nicht mehr als 64,5 cm² beträgt und dabei vorzugsweise wenigstens fünfmal *o groß wie der Querschnitt eines Einlaufkanais ist, wie ζ B. F i g. 2 und 7 in etwa erkennen lassen. Die in F i g. 7 und 8 gezeigte Form 49 ist in ihrem Aufbau und in ihren Abmessungsverhältnissen der Form 48 ähnlich. Sie umfaßt einen zentralen Steigerkanai 51 und eine Mehrzahl von unter Längs- und Umfangsabständen verteilten Einlaufkanälen 55, die den Steigerkanal über dessen Umfang traubenartig verteilt angeordnet sind, wobei sie sich sowohl längs als auch quer radial zum Steigerkanai 51 überlappen. In F i g. 7 und 8 sind die Formhohlräume als getrennte besondere Gußstücke 90 mit kurzen Einlaufstummeln 92 (F i g. 9) entsprechend den Verfahrensweisen gemäß der Erfindung dargestellt, die noch im einzelnen erläutert werden.

Der Formbehälter 40, wie er am besten in den F i g. 4 bis 6 dargestellt ist, umfaßt ein unteres Becherelement 56 mit der Bodenöffnung 42 und der Abdichtung 44 (Fig.2) und ein oberes Becherelement 56 mit einem Gasverbindungsrohr 60. Jedes dieser Elemente wird unabhängig von oben her zu einer gegenseitigen Abdichtung und zu einer gesamten Vertikalbewegung zwischen einer oberen Stellung innerhalb des Beschikkungsabteils 14 durch die Leitung 16 in eine untere Stellung in der Kammer 12 beweglich gehalten, in der das untere Ende 46 der Form 48 sich unterhalb des mittleren Bereichs der Oberfläche 62 der Metallschmelze im Tiegel 20 befindet. Hierzu wird das obere Becherelement 58 durch eine Kolbenstange 64 des zentralen hydraulischen Zylinders 66 gehalten, der zentral am oberen Ende des Abteils 14 montiert ist, und das untere Becherelement 56 wird durch zwei seitliche Kolbenstangen 68,70 dpr hydraulischen Zylinder 72,74 gehaJ'tn, die am oberen Ende des Abteils 14 an den beiden Seiten des zentralen hydraulischen Zylinders 66 montiert sind. Die hydraulischen Zylinder 60., 72 und 74 werden in üblicher Weise betätigt, um nach Bedarf eine Antriebskraft zur Bewegung der Kolbenstangen 64,68 und 70 zu liefern.

Ein Paar von Trogelementen 76, 78, die eine bewegliche Tropfschutzabdeckung bilden, sind innerhalb des Beschickungsabteils 14 über der Leitung 16 montiert und zwischen ihren oberen und geschlossenen Stellungen, wie in den F i g. 1,4,5 und 6 gezeigt ist, durch (nicht dargestellte) geeignete Luftzylinder beweglich.

Geeignete (nicht dargestellte) Vakuumpumpen sind zum Evakuieren des Formbehälters 40 durch das Rohr 60, des Beschickungsabteils 14 durch das Rohr 80 und der Kammer 12 durch das Rohr 82 vorgesehen. Eine

Zufuhr von Inertgas, wie z. B. Argon, ist in Form der Flasche 86 zur Steuerung des Unterdrucks im Behälter 40 durch das Rohr 60, in der Kammer 12 durch das Ventil 88 und im Beschickungsabteil 14 durch das Ventil 89 nach Bedarf vorgesehen. Im Betrieb kann, wenn die Tür IS des Beschickungsabteils 14 und das Gleitventil 18 offen sind und das untere Behälterbecherelement 56 angehoben ist, der Tiegel 20 durch direktes Einführen von Blöcken durch die geöffneten Tropfabdeckungselemente 76, 78 chargiert werden. Alternativ kann man auch das Becherelement 56 entfernen und geeignete Zangen od. dgl. zum Tragen von Blöcken zum Tiegel 20 durch Abwärtsbewegung der Kolbenstangen 68, 70 verwenden. Das Gleitventil 18 wird dann geschlossen und die Kammer 12 durch das Rohr 82 bis zu einem geeigneten Hochvakuum (etwa ΙΟμπι) evakuiert, zu welcher Zeit die Blöcke durch Zufuhr von Strom zu den Induktionsspulen 24 geschmolzen werden können.

Man läßt, nachdem das Metall in den Formhohlräumen 52 und in wenigstens einem Teil ihrer Einlaufkanäle 54 erstarrt ist, das noch geschmolzene Metall im Steigerkanal 50 vorzugsweise bei noch unter der Metallschmelzoberfläche 62 gehaltenem offenem Formende 46 durch Schwerkraftströmung in die Metallschmelze im Tiegel 20 herauslaufen, indem man den Druck im Behälter 40 durch Einlassen von Argon durch das Rohr 60 steigert. So besteht, bevor man das offene

ίο Formende 46 wieder über die Oberfläche 62 anhebt, das einzige in der Form (F i g. 7) mit Ausnahme deren offenen Endes 46 verbleibende Metall aus den gewünschten erstarrten Gußteilen 90 mit kurzen Einlaufstummeln 92 (Fig.9), die, wie man feststellt,

ι ^r> nicht über die ganze Länge der Einlaufkanäle 55 reichen. Nach Abschluß des Formens wird der Behälter 40 in das Abteil 14 angehoben, man schließt die Tropfabdekkungselemente oder türen 76, 78 und schließt auch das

Narh AhcrhliiR H«"s Qrbmel»ni Ko.uirL«n Aio Aon A'io C'.\p,tvpniU IR Danach u/irH Aac Ahlo

Metallschmelze enthaltenden Tiegel umgebenden Induktionsspulen 24 ein Rühren der Schmelze durch deren Bewegung in Axialrichtung der Spulen 24 in der Mitte des Tiegels nach oben, um eine Oberflächenbewegung nach außen zu verursachen und so die Kratze und andere Verunreinigungen vom mittleren Bereich des Tiegels 20 zu entfernen.

Ein Formgußzyklus kann bei Einstellung der Vorrichtung gemäß F i g. I begonnen werden. Dabei sind also die Behälterbecherelemente 56,58 getrennt; eine Form 48 wird in die Bodenöffnung 42 des unteren Becherelements 56 so eingesetzt, daß ihr offenes Ende 46 unten herausragt (Fig. 2). Dann wird die Tür 15 des Beschickungsabteils 14 geschlossen, und das obere Becherelement 58 des Behälters 40 wird abwärts in Abdichtung mit dem unteren Becherelement 56 bewegt (Fig. 5). Dann werden die Behälter 40 und das Abteil 14 durch die Rohre 60 und 80 auf ein Hochvakuum von etwa 10 μπι evakuiert. Danach werden der Behälter 40, das Abteil 14 und die Kammer 12 bis zu einem geeigneten niedrigen Vakuum (etwa 6J5mmHg) mit Argon gefüllt.

Nachdem alle drei Behälter auf dem gleichen Unterdruck sind, wird wie in F i g. 6 veranschaulicht, das Gleitventil 18 geöffnet und der abgedichtete Behälter 40 durch die Kolbenstangen 64, 68 und 70 bis jenseits der geöffneten Tropfschutzelemente 76, 78 abgesenkt, bis das untere Formende 46 sich unterhalb der Oberfläche 62 des kratze- und verunreinigungsfreien geschmolzenen Metalls im mittleren Bereich des Tiegels 20 befindet. Das untere Becherelement 56 wird dabei oberhalb der Oberfläche 62 gehalten. Man läßt dann die Metallschmelze in die vertikal eingestellte Form 48 eintreten, indem man den Druck im Behälter 40 entsprechend senkt

Atmosphärendruck gebracht, man öffnet seine Tür 15, trennt die Behälterbccherelemente 56, 58 und entfernt die Form 48 bzw. 49 zum Abschluß des Formgußzyklus. Die Form 48 oder 49 wird dann von den darin enthaltenen erstarrten Gußteilen nach üblicher Art und Weise getrennt, wobei sich eine Mehrzahl gesonderter, unverbundener Teile (F i g. 9) ergibt.

Dies ist vielleicht am besten im Zusammenhang mit Fig. 7 ur;d 8 verständlich, worin die Gußstücke (Fig. 9) als in der Form in Gestalt einer Mehrzahl von einzelnen,

jo unverbundenen Teilen 90 mit kurzen Einlaufstummeln 92 vorhanden gezeigt sind, wie es durch die Abmessungsverhältnisse des zentralen Steigerkanals und der Einlaufkanäle nach den obigen Angaben ermöglicht wird. Die Ausschaltung oder Vermeidung des am Schluß

Γ) des Gießvorgangs festen Metallsteigers, der bei der bisher üblichen Praxis alle erstarrten Gußteile miteinander verband, ermöglicht in äußerst vorteilhafter Weise eine hohe Packungsdichte der Formhohlräume in einem Ausmaß, das praktisch unmöglich wäre, wenn man die

•to noch sämtlich mit einem festen zentralen Metallsteiger verbundenen Teile nachher trennen müßte. Diese hohe Packungsdichte liegt bei der Form nach Fig. 7 und 8 vor, womit die tatsächliche Ausführung der Erfindung beim Gießen von Golfschlägerköpfen veranschaulicht

4Ί wird.

Wenn man die WiederauffüHung der Metallschmelze im Tiegel 20 wünscht, so kann dies geschehen, während der Druck in der Kammer 12 beibehalten wird, indem man einen Block in einem geeigneten Paar von Zungen

>o an die Stelle des unteren Behälterbecherelementes 56 bringt, das Abteil 14 evakuiert und mit Argon b'.. zu einem bestimmten Druck füllt, das Gleitventil 18 öffnet und den Block mittels der Kolbenstange 68, 70 in den Tiegel 20 absenkt

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gießvorrichtung mit einem Schmelztiegel zur Aufnahme einer Metallschmelze, mit einem ein Becherelement aufweisenden abdichtbaren Formbehälter mit einer Bodenöffnung zur Abdichtung und das untere offene Ende einer darin gehaltenen und nach unten daraus hervorragenden gasdurchlässigen Form und mit einem Mittel zum relativen Variieren des Drucks im Formbehälter zum Füllen der Form nach Absenken des Formbehälters mit dem unteren offenen Ende der Form unterhalb des Metallschmelzspiegels im Schmelztiegel, dadurch gekennzeichnet, daß der Fonnbehälter (40) je ein zusätzliches oberes, unten offenes Becherelement (58) und unteres Becherelement (56) enthält, die in eine gegenseitig abgedichtete Lage bewegbar sind und die Gießform (48) aufnehmen, und daß der Formbehälter (40) vertikal wirkende Antriebsmittel (64,66,68, ΐθ, 72,74) für die Becherelemente (58,56) aufweist.

2. Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel die Becherelemente (56,58) unabhängig haltende Kolben- und Zylindereinheiten (64,66; 70,72; 68,74) sind

3. Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine bewegliche Tropfschutzabdeckung (76,78) zwischen dem Schmelztiegel (20) und dem Formbehälter (40) in angehobener Stellung montiert ist

4. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (48) eine Vielzahl von Fontrhohlräumen (52) hat, die über Einlaufkanäle (54,55) an einen zentralen vertikalen Steigerkanal (50,51) von wenigstens der fünffachen Querschnittsfläche eines Einlaufkanals (54, 55) angeschnitten sind.

5. Gießvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel (20) von Induktionsspulen (24) umgeben ist

6. Verfahren zum Betrieb der Gießvorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metallschmelze in den Formhohlräumen (52) erstarren läßt, während man die Metallschmelze im Steigerkanal (50, 51) flüssig hält, und die Metallschmelze aus dem Steigerkanal (50, 51) nach dem Erstarren der Metallschmelze in den Formhohlräumen (52) zur Erzeugung einer Mehrzahl unverbundener Gußteile (90) herausfließen läßt.