DE2428263C3 - Gießvorrichtung und Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents

Description

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

Der Präzisionsguß auf Massenprodtiktionsbasis von Metallen, die in einer Unterdruck- oder Inertgasatmo Sphäre gegossen werden müssen, isl seit langem ein Problem. Teilweise isl 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 öielikammer betrofferi 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 Formhohlräumen nötig macht.

Es ist eine im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzte Gießvorrichtung bekannt (CHPS 5 03 533), hei der der Formbehälter als Becherelement ein Gehäuse mit auf diesem aufschraubbarer Deckelplatte aufweist.

Der Formbehälter kann mit der Gießform kippbar oder außerhalb des Bereichs der Schmelzpfanne bringbar sein. Weiter ist eine Gießvorrichtung bekannt (CH-PS 1 10 779), bei der der Fornibehälter als Becherelement 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 Formbchälter 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 (I IS-PS 22 48 868). bei der die Gießform beb- und kippbar isi.

Weiter isl eine Gießvorrichtung bekannt (DE-PS 2 98 111). die ohne einen besonderen I ormbeh.iller eine

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

Es ist ferner eine Gießvorrichtung bekannt (Dl-AS

r> 12 9b 7)1). bei der eine zum Gießen rohrförmiger Korper dienende Gießform mit einem rauchrohr zum Eintauchen in eine Schmelze einen rohrförmigen Halter aufweist

Andererseils ist es grundsätzlich bekannt (DIOS

■to 21 22 453). bei der Herstellung eines .Vtctallgußstuckcs überflussige Metallschmelze .ms ilcin Einflußbereich herausfließen zu lassen.

Schließlich ist es fur sich bekannt (Allendorf »Präzisionsgießverfahren nut Ausschmelzmodell«.*!!«

4". (1958). Seite 197) gleichzeitig eine Mehrzahl von traubenartig um ilen Steigerkanal einer Gießvorrichtung verteilten I ormhohlräumen zu füllen, um eine Mehrzahl von Metallgußieilen herzustellen.

Der Erfindung l'igt die Niifgabe zugrunde, eine

ίο Gießvorrichtung der eingangs genannten Art in dem Sinn zu verbessern, daß ein Betrieb mn weit reduzierien Zykluszeiten ermöglicht, cmc von Krätze und Verunrei nigungen freie Metallschmelzcnoberfläche zum Einführen in die form gewährleistet und cmc automatische

j) Trennung mehrerer gegossener Teile voneinander bei erheblich gesteigerter Gußstückpackdichle in der Form ermöglicht werden, und ein hierzu geeignetes Verfahren zum Beirieb der Gießvorrichtung anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei der Gießvorrichtung durch

μ die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen dieser Gießvorrichtung sind in den Patentansprüchen 5 bis 5 gekennzeichnet.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren z.uni Betrieb einer Gießvorrichtung der nach den Ansprüchen 4 und 5 ausgestalteten Art, mit dem Kennzeichen, daß mart die Metallschmelze in den Formhohlräumen erstarren läßt, während man die

Metallschmelze im Steigerkunal flüssig h;ih, und die Metallschmelze aus dem .Steigerkanal nach dem Erstarren der Meutllschmel/e in den Formhuhlräumen zur Erzeugung einer Mehrzahl iinverbundener Gußteile heraiisriießenlälll.

Die Ausbildung des Formbehähers aus einem oberen und einem unteren Beeherelement, die durch die vertikal wirkenden Antriebsmittel, insbesondere Kolben- und Zylimlen_*inhciien in eine gegenseitig abgedichtete [.agc und zum .Schmelzspiegel bzw. umgekehrt bewegbar sind, ermöglicht ein rasches Laden und Entladen der Form in den bzw. aus dem Formbehalter in angehobener -Stellung durch Relativbewegung der Beeherelemcnie und daniu eine reduzierte Zyklus/eil und gleichzeitig die krätzefreie F.inführung der Metall- Ii schmelze in die Form.

Bei der besonderen Ausgestaltung der Gießform nach den Patentansprüchen 4 und 5 ermöglicht das Bclricbsverfahrcn nach dem Palentanspruch 6 eine einfache automatische Trennung mehrerer gleichzeitig gegossener, traubenförmig um den Sieigerkanal der Gießvorrichtung verteilter Gußstücke um¹ damit ebenfalls eine zusätzliche Reduktion der Zykluszeit.

Die Frfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausfuhrungsbeispiele naher erlau- 2^r> lcri: darin zeigt

I ig. 1 eine teilweise weggcbrnchene und geschnittene Seitenansicht zur Vcrunschaiiliihiing einer Gießvorrichtung gemäß der Frfindung:

F1 g. 2 und 3 eine Teilseilen bzw Qucrschniusansicht Ji) einer in der Gießvorrichtung nach F i g. I montierten gasdurchlässigen Hohlforin;

I ig. 4 bis b SeilenschnittansKhlcn der Antriebselemente der Gießvorrichtung nach I 1 g. 1 zur Voran schauliehung der aufeinanderfolgenden Schritte bei i> Ablauf des erfindungsgenialien Verfahrens;

Fig. 7 und H eine Teilsciten bzw Qucrschnitlansicht einer anderen gasdurchlässigen I Iohlform. wie sie in der Gießvorrichtung nach I 1 g. I montiert worden kann, und -tu

Ii g. 9 eine Perspeklivansicht eines Gußstücks aus der Form nach F i g. 7 und K.

Insbesondere gemäß F ig I ist eine abdichtbare Schmel/- und Gießkammer 12 mit einem darüber montierten abdichlbaren Beschickungsabteil 14 mit -ti einer Tür 15 vorgesehen. Fine I.eitu.g 16 mit einem tileilventil 18 liefert eine wahlweise Verbindung dazwischen.

In der Kammer 12 ist ein Schmelztiegel 20 mit diesen umgebenden Induktionssp.-'cn 24 vorgesehen, die Teiie in eines Indukiionsschmelzofcns 22 bilden. Der Ofen 22 ist auf einer vertikal beweglichen Plattform 26 mittels /wischengefügter I.astmeßdosen 30 zur Frmöglichung des Messens des Gewichts des Ofens 22! und damit des Gewichts der Metallschmelze im Tiegel i!0 montiert. Die Plattform 26 läßt sich vertikal durch eine hydraulische Zylinder- und Kolbeneinheit 32 bewegen, die auf einer Stiit/plalte 34 montiert ist. Die Kammer 12 kann mit einem Bodcnverschluß 36 versehen sein, der auf der Stützplatte 34 montiert ist. und die letztere kann auf wi einem Gestell 38 mittels der Schercnschenkel 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 h> 14 ein abdichtbarei 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 mn 48 bezeichneten Form herum aufweist, die darin getragen wird und nach unten über den Behälter hinaus hervorragt (Fig.2). Die Form 48 ist vom priizisionsfeuerfesten. gasdurchlässigen Hohltyp .nii 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 Nickelchroiiilegierungen, verbreitet.

Wie Fig. 2 und J zeigt, umfaßt die Gießform in Verbindung mil 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 cm' betragt und dabei vorzugsweise wenigstens fünfmal so groß wie der Querschnitt eines Einlaufkanals ist. wit- ■ 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 Abmess:ingsverhältmssen der Form 48 ähnlich. Sie umfaßt t.nen zentralen Steigerkanal 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 zurr. Steigerkanal 51 überlappen In F i g. 7 und 8 sind die Formholilräume uN gelrennte besondere Gußstücke 90 mit kurzen Einlautstummeln 92 (Fig. 9) entsprechend den Verfahrensweisen gemäß der Frfindung dargestellt, die noch im ein/einen erläutert werden.

Der Iormbehalter 40. wie er am besten in den F 1 g. 4 bis 6 dargestellt ist, umfaßt ein unteres Beeherelement 56 mn der Bodenöffnung 42 und der Abdichtung 44 (F" ig. 2) und ein oberes Becherelement 58 mit einem Gasverbindungsrohr 60. |edes dieser Elemente wird unabhängig von oben her zu einer gegenseitigen Abdichtung und zu einer gesamten Vertikalbewegung zwischen einer oberen Stellung innerhalb des Beschik kungsabteils 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 mterhalb des mittleren Bereichs der Oberfläche 62 der Metallschmelze im Tiegel 20 befindet. Hierzu wird das obere Beeherelement 58 durch eine Kolbenstange 64 des zentralen hydraulischen Zylinders 66 gehalten, der zentral am oberen Ende des Abteils 14 montiert ist, und das untere Becherelc^nent 56 wird durch zwei seitliche Kolbenstangen 68, 70 der hydraulischen Zylinder 72, 74 gehalten, die am oberen Ende des Abteils 14 an den beiJcn Seiten des zentralen hydraulischen Zylinders 66 montiert sind. Die hydraulischen Zylinder 66 72 und 74 werden in üblicher Weise betätigt, um nach Bedarf eine Antriebskraft zur Bewegung der Kolbenstangen 64, 68 und 70 zu liefern.

Fun Paar von ^Trogelementen 76, 78, die eine bewegliche Tropfschutzabdeckung bilden, sind innerhalb des Beiicliickungsabteils 14 über der Leitung 16 montiert und zwischen ihren oberen und geichiossenen Stellungen, wie tn den Fi g. 1,4,5 und 6 gezeigt ist, durch (nicht dargestellte) geeignete Luftzylinder beweglich.

Geeignete (nicht d irgestellte) 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

/.ufiilir vofi Inertgas, wie /. 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 ßcschickungsablcil 14 durch das Ventil 89 niich Bedarf vorgesehen. Im Betrieb kann, wenn die Tür 15 des Bcsehickungsabteils 14 und das Glcitventil 18 offen sind und das untere Behällerbeeherelement 56 angehoben ist, der Tiegel 20 durch direktes Einführen von Blöcken durch die geöffneten Tropfabdcckungsele· mcntc 76, 78 chargiert werden. Alternativ kann man auch das Bcchcrelcmeni 56 entfernen und geeignete Zangen od. dgl. /um Tragen von Blöcken zum Tiegel 20 durch Abwärtsbewegung der Kolbenstangen 68, 70 verwenden. Das Glcilventil 18 wird dann geschlossen und die Kammer 12 durch das Rohr 82 bis zu einem geeigneten Hochvakuum (etwa ΙΟμηι) evakuiert, /ti welcher Zeit die Blöcke durch Zufuhr von Strom zu den Induktionsspulen 24 geschmolzen werden können.

Nach Abschluß des Schmclzens bewirken die den die Metallschmelze enthaltenden Tiegel umgebenden In dtiktionsspulen 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 Fig. 1 begonnen werden. Dabei sind also die Bchälterbecherelemente 56, 58 getrennt: eine Form 48 wird in die Bodenöffnung 42 des unteren Bcchcrclemenls 56 so eingesetzt, daß ihr offenes F.nde 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 Bcchcrelement 56 bewegt (F i g. 5). Dann werden die Behälter 40 und das Abteil 14 durch die Rohre 60 und 80 auf ein Hochvakuum von etwa 10 um evakuiert. Danach werden der Behälter 40. das Abteil 14 und die Kammer 12 bis zu einem geeigneten niedrigen Vakuum (etwa 635 mmHg) mit Argon gefüllt.

Nachdem alle drei Behälter auf dem gleichen unterdruck sind, wird wie in F ι g. 6 veruiisuhaunun. du* Gleitventil 18 geöffnet und der abgediehtete 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.

Miiii läßt, nachdem das Metall in den Foriiihohlräu· men 52 und in wenigstens einem Teil ihrer lünlaüfkanäle 54 erstarrt ist, das noch geschmolzene Metall im Stcigerkanal 50 vorzugsweise bei noch unler der j Mciallschmcl/obcrflächc 62 gehaltenem offenem Formende 46 durch Schwerkraflsirömung in die Metallschmelze im Tiegel 20 herauslaufen, indem man den Druck im Behälter 40 durch Finlassen von Argon durch das Rohr 60 steigert. So besieht, bevor man das offene

in Formende 46 wieder über die Oberfläche 62 anhebt, das einzige in der Form (I'ig. 7) mil Ausnahme deren offenen Indes 46 verbleibende Meiall aus den gewünschten erstarrten (nißieilen 90 mn kurzen Finlaufstummeln 92 (I ig. 9). die. wie man fesisielli.

nicht über die ganze Länge der Finiaufkanale 55 reichen Nach Abschluß des Formens wird der Behälter 40 in

das Abteil 14 angehoben, man schließt die Tropfabdek kungselemenle oder türen 76, 78 und schließt auch da*.

Glcilventil 18. Danach wird das Abteil 14 aut

2D Atmosphaiendrui:k gebracht, man öffnet seine Tür Ii. trennt die Behältcrbechcrclemcntc 56, 58 und cnlfcrni die Form 48 bzw. 49 /um Abschluß des Formguß/yklu¹. Die Form 48 oder 49 wird dann von den dann enthaltenen erstarrten (iußleilcii nach üblicher ArI und Weise getrennt, wobei sich eine Mehrzahl gesonderter, unverbundencr Teile (F i g. 9) ergibt.

Dies ist vielleicht am besten im Zusammenhang mn F i g. 7 up'l 8 versländlich, worin die Gußstücke (I ι g. 9) als in der form in Gestalt einer Mehrzahl von einzelnen.

jo unvcrbundcncn Teilen 90 mit kurzen Einlaufslummcln 92 vorhanden gezeigt sind, wie es durch die Abmes sungsverhältnisse des zentralen Sicigerkanals und der Einlaufkanälc nach den obigen Angaben ermöglicht wird. Die Ausschaltung oder Vermeidung des am Schluß des Gießvorgangs festen Mctallstcigers. der bei der bisher üblichen Praxis alle erstarrten Gußteile miteinan der verband, ermöglicht in äußerst vorteilhafter Weise eine hohe Packungsdichte der Formhohlräume in einem Ausmaß, das praktisch unmöglich wäre, wenn man die hoch sämtlich mit einem festen zentralen Metallsteiger verbundenen Teile nachher trennen müßte. Diese hohe Packungsdichte liegt bei der Form nach F i g. 7 und 8 vui. NYuimi uic tiiisdiimihc Ausführung uci Erfindung beim Gießen von Golfschlägerköpfen veranschaulicht

■υ wird.

Wenn man die Wiederauffüllung 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 an die Stelle des unteren Behälterbecherelementes 56 bringt, das Abteil 14 evakuiert und mit Argon b^i<: 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 (5)

Patentanspruch!.·:

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 Formbehälter (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_r 70,72,74) für die Becherelemente (58, 56) aufweist.

2. Gießvorrichtung nach Anspruch !, 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 I, 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 I bis 3. dadurc. gekennzeichnet, daß die Gießform (48) eine Vielzahl von Forirhohlrä; nen (52) hat. die über Einlaufkanäle (54, 55) ap einen zentralen vertikalen Steigerkanal (50, 51) von wenig -jns der fünffachen Querschnittsfläche eines Einlaufkanals (54, 55) angeschnitten sind.

5. Gießvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehende ι Ansprüche, dadurch gekenn/eich net. daß'ier Schmelztiegel (20) von Induktionsspulen (24) umgeben ist

b. Verfahren /um Betrieb der Gießvorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß man die Metallschmelze in den Formhohlräumen (52) erstarren läßt, wahrend man die Metallschmelze im Steigerkanal (50, 51) flüssig halt, und die Metallschmelze aus dem Steigerkanal (50, 51) nach dem Erstarren der Metallschmelze in den [Ormhohlräumen (52) zur Erzeugung einer Mehrzahl unverbundencr Gußtcilc (90) hcrausfließenläßt.