DE2532402A1

DE2532402A1 - Verfahren zum herstellen kleiner formteile durch vergiessen von metallen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2532402A1
Application number: DE19752532402
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr Gross
Original assignee: Piel and Adey
Current assignee: Piel and Adey
Priority date: 1975-07-19
Filing date: 1975-07-19
Publication date: 1977-02-03
Also published as: DE2532402C2; US4093019A

Description

Firma P ie I & Adey

565 Solingen, Lehner Straße 1'J

Verfahren zum Herstellen kleiner Formteile durch Vergießein von Metallen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen kleiner Formteile durch Vergießen von in einem Tiegel erschmolzenen Metallen, insbesondere von Edelstahl, in Kokillen. Desgleichen bezieht sicn die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Beim Kokillenguß der genannten Art müßten dem Gießwerkstoff nach dem Gießen in sehr kurzer Zeit sehr große Wärmemengen entzogen werden, so daß die Anwendbarkeit dieses Verfahrens durch die Wärmeeigenschaften des Kokillenwerkstoffes eine Begrenzung erfährt. Mit Ausnahme von großen Blöcken oder Strängen werden aber zum Gießen von Edelstahlen und ähnlichen Metallen andere Gießverfahren gewählt_r weil bei diesen Werkstoffen die Schmelztemperatur verhältnismäßig hoch ist, und weil die arbeitsphysiologische Hitzebelastung des Kokillengießers bereits beim Gießen von mit wesentlich geringerer Temperatur schmelzenden Buntmetallen ihren Grenzwert erreicht.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der einleitend beschriebenen Art zu schaffen, bei welchem die Anwendbarkeit des Kokillengusses durch die genannten Schwierigkeiten weniger als bisher eingeschränkt w i rd.

Überraschenderweise wurde nämlich gefunden, daß der Kokillenguß der genannten Metalle, insbesondere von Edelstahl, dann möglich ist, wenn die im Tiegel zu erschmelzende Metallmenge auf das für jeweils einen Abguß in einer einzelnen Kokille erforderliche Schmelzengewicht begrenzt wird, wobei die Schmelzwärme e 1 ekt r i sch aufgebracht und die Schmelze auf die Gießtemperatur et— hitzt und die Beheizung beim Gießen unterbrochen wird, während im Tiegel immer eine Metallmenge vorgehalten wird, deren Wärmeinhalt einen hinreichenden Teil des Wärmeverlustes beim Ausschalten der Beheizung während des Gießens auszugleichen vermag, um die Gießfähigkeit zu erhalten.

Somit ist die Wärmebelastung für den Gießer auch bei mit höherer Temperatur schmelzenden Metallen auf das arbeitsphysiologisch zu 1 äss i ge Maß begrenzbar.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren führt zur Anwendungsmöglichkeit des Kok?11engußes auf Edelstahle und auf ähnliche Metalle., wobei die Metalle im Hinblick auf ihre Schmelztemperatur und ihre Schmelzwärme den Edelstahlen ähnlich ·- i nd. Die im Vergleich zu Baustählen verringerte Schmelztemperatur gestattet an und für sich gleichfalls ein Vergießen bei entsprechend niedriger Temperatur. Jedoch muß bei den herkömmlichen Gießverfahren die Schmelze im Tiegel überhitzt werden, um «ine genügend große Wärmereserve für die einzelnen Abgüsse zur Verfugung zu haben. Dies bedeutet be! einer Vielzahl von einzelnen Kokillen, in denen die Formteile hergestellt werden sollen, daß im günstigsten Falle die letzte Kokille mit dem Metall mit der niedrigsten, zulässigen Gießtemperatur gefüllt wird. Für alle übrigen Kokillen ist die Gießtemperatur zu hoch, was nicht nur zu Schwierigkeiten

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bei der Abführung der zu entziehenden Wärme führt, sondern darüberhinaus auch noch erhebliche Qualitätsunterschiede innerhalb einer einzigen Charge zur Folge hat.

Vor allem gestattet es das neue Verfahren, die Gießtemperatur durch entsprechende Dimensionierung der zugeführten Schmelzwärme genau einzuregeln, was bei dem herkömmlichen Gießverfahren daran scheitert, daß, ausgehend von einem Höchstwert, mit einer fallenden Temperatur gegossen werden muß, die aber in der Regel auch bei der letzten Kokille aus Sicherheitsgründen noch erheblich über der technisch möglichen, niedrigsten Gießtemperatur liegt.

Selbstverständlich kann die in den Tiegel jeweils in festem Zustand einzubringende Metallmenge im Interesse einer wirtschaftlichen Betriebsweise einer Vorerwärmung unterzogen werden. Diese Vorerwärmung ist aber nicht vergleichbar mit der Überhitzung, die die Schmelze bei anderen Verfahren im Tiegel erfährt, sondern sie führt in jedem Falle zu einer Temperatur, die noch unter der Schmelztemperatur liegt.

Da jeweils nur vergleichsweise kleine Mengen flüssigen Metalls erzeugt werden, sind auch die Voraussetzungen für deren homogene Durchmischung im Falle der Bildung einer Legierung aus mehreren in festem Zustand eingesetzten Metallen günstig. Zum Schutz vor unerwünschten Gasreaktionen läßt sich bei der Kleinheit des Tiegels mit vertretbarem Aufwand unter einem Schutzgasschleier arbeI ten.

Die notwendige Schmelzwärme kann induktiv dadurch erzeugt werden, daß der Tiegel mit einer Induktionsspule umgeben wird, bei deren Stromdurchgang sich der Einsatz des Tiegels entsprechend erhitzt. Noch schneller Ist eine Einschmelzung mittels eines elektrischen Lichtbogens möglich, der entweder durch Koh beiektroden oder aber, falls man eine nachteilige Koh1enstoffaufnähme der Schmelze verhindern muß, durch Meta 11e1ektroden erzeugt werden kann. Vor allem eignen sich auch Schweizelektroden, die aus einem Metall bestehen, welches zur Bildung der Schmelze fm Tiegel abgeschmolzen wird. Die Zufuhr des^ZLschmel zenden Metalls kann ergänzend oder ausschließlich auch in Form eines Drahteserfο 1 gen, von welchem dann eine derart große Menge abgeschmolzen wird, wie sie für einen Abguß benötigt wird. Zweckmäßig unter— liegt der Schmelztfegel hierbei einer Gewichtsmessung, die sehr genau die Metallzufuhr zu steuern gestattet. Sofern der Tiegel an einem Haltearm befestigt Ist, kann für die Gewichtsbestimmung ein beträchtliches Moment erzeugt werden, so daß sich auch präzise Ergebnisse erhalten lassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren schließt die Erzeugung der Schmelze unter einer Schlackenschicht ein. Eine derartige SchlackeschIcht kann beispielsweise durch Abschmelzen einer entsprechend beschaffenen Umhüllung einer Elektrode erzeugt werden. Beim Abgießen läßt sie sich In an sich bekannter Weise zurückhalten.

Das Im Tiegel verflüssigte Metall wird zweckmäßig durch Kippen über die Schnauze entleert. Diese Entleerungswelse Ist beim erfindungegemaßen Verfahren deshalb besonders

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vorteilhaft, weil sich der ohnehin nur sehr kleine Tiegel mit sehr geringem Aufwand, ggfls. von Hand, kippen läßt.

In an sich bekannter Weise können während des Gießens die Kokille und der Tiegel relativ zueinander bewegt werden. Die Kokillen haben dabei an den Stellen, wo Luft eingeschlossen werden konnte, Luftauslässe und erfahren während des Gießens eine derartige Neigung, daß ein heftiges Auftreffen des flüssigen Metalls an Irgendwelchen Innenwandungen der Kokille vermieden wird. Die Einzelheiten dieses Verfahrens sind nach der DT-PS 480 900 bekannt.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß eine Fahreinrichtung für die Zuführung aufeinanderfolgender Kokillen vorgesehen ist, oberhalb welcher der Tiegel an einem verdrehbaren und den Tiegel über die Schnauze abkippenden Arm angeordnet Ist. Diese Vorrichtung ermöglicht eine dichte Aufeinanderfolge der einzelnen Abgüsse.

Die Fahreinrichtung für die Kokillen läßt sich in besonders einfacher Weise mit einer Kippvorrichtung desselben, die im Bereich der Gießstellung angeordnet Ist, verbinden. So läßt sich jede einzelne Kokille In Förderrichtung verschieblich auf einem Wagen anordnen, auf dem sie mittels eines Halteanschlages festgehalten werden kann. Dieser Halteanschlag kann außerdem noch mit einer Kurvensteuerung verbunden sein, so daß die entsprechend verschwenkbar gelagerte Kokille während des Gießens auch eine Kippbewegung erfahren kann.

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Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf
die Zeichnungen Bezug genommen, in- denen eine Ausführung schematisch dargestellt ist. Darin zeigen:

Flg. 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
während

Fig. 2 eine seitliche Darstellung dor Kokillenanordnung in vergrößertem Maßstab wiedergibt.

Beide Zeichnungen zeigen eine aus den Schienen 1 und 2 einerseits sowie aus dem mit Rädern 3 versehenen Wagen 4- bestehende Fahreinrichtung. Auf dem Wagen 4 befindet sich eine nur in Fig. 1 dargestellte Gleitführung

5 für beidseitig des Kokillenrandes 6 befindliche
Schwenklager 7. Diese Gleitführung gestattet eine Verschiebung des die Kokille enthaltenden Kokillenrahmens

6 in Richtung des Pfeiles 8. Zu diesem Zweck ist der
Kokillenrahmen, wie Fig. 2 erkennen läßt, mit einer
aus einem Zylinder 9 und einem Kolben 10 bestehenden
Einrichtung versehen, die einerseiLs eine Verschiebung in Richtung des Pfeiles 8 zuläßt, und die andererseits durch Beaufschlagung mit einem Fluid die Rückkehrbewegung des Kokillenrahmens 6 in seine ursprüngliche
Stellung ermöglicht.

Die beschriebene Verschiebllenkeit des Kokillenrahmens auf dem Wagen 4 gestattet es, daß der Kokillenrahmen 6 bei sich in Richtung des Pfeiles 11 bewegenden Wagen 4 vorübergehend angehalten werden kann. Die Geschwindigkeit wird dabei so bemessen, daß die Haltezeit für das

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Füllen der Kokille mit flüssigem Metall ausreicht. Darüberhinaus Ist der Koki11enrahmen 6 noch während des Gießens schwenkbar. Zu diesem Zweck ist ein mit einer Kurvenführung versehener Anschlag 12 vorgesehen, der In Richtung des Doppelpfeiles 13 verschieblich ist. In FIg. 1 ist er in seiner Funktionsstellung dargestellt, aus der er ggfls. auch nach rechts verschoben werden kann. Der Anschlag steht im Eingriff mit einem seitlich am Kokillenrahmen G vorstehenden Stift I¹+. Bei Bewegung des Wagens 4 und auch des Kokillenrahmens 6 In Richtung de:. Pfeiles 11 gelangt der Stift 14 vor den Anschlag 12. Wenn der Wagen 4 dann noch weiter vorgefahren wird, wird vom Anschlag 12 der Stift 14 nach unten gedruckt, so daß der Kokillenrahmen 6 eine Verschwenkung in Richtung des Pfeiles 15 erfährt. Nach Überschreiten eines Höchstwertes kann der Kokillenrahmen wieder entsprechend der Krümmung der Führung in seine Ausgangsstellung zurückkehren. Der Kokillenrahmen ist dabei relativ zum Wagen 4 vorübergehend angehalten. Das Verhältnis der Verschwenkbewegung zur Relativbewegung zwischen dem Kokillenrahmen 6 und Wagen 4 läßt sich durch entsprechende Gestaltung des Anschlages 12 einerseits sowie durch die Betriebswelse des Zylinders 9 andererseits den Gießerfordernissen entsprechend steuern.

Oberhalb des Kokillenrahmens 6 befindet sich der in Fig. 1 veranschaulichte Tiegel 16. In den Tiegel ragt eine Elektrode 17 hinein, die im Tiegel einen Lichtbogen erzeugt. Außerdem wird dem Tiegel ein Draht 18, der von einer Spule abgezogen wird, mittels der Förderund Richtrollen 19 bzw. 20 zugeführt. Der Tiegel Ist

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von einem Arm 21 gehalten, um den er in Richtung des Pfeiles 22 verschwenkt werden kann. In nicht dargestellter Weise greift am Arm 21 noch eine Biegevorrichtung an, so daß der Inhalt des Tiegels 16 fortlaufend gemessen werden kann.

Wenn auf diese Weise Im Tiegel 16 genügend zusätzliches flüssiges Metall niedergeschmolzen ist, wird die Stromzufuhr zur Elektrode 17 vorübergehend unterbrochen und ein Kokillenwagen 4 unter den Tiegel 16 derart gefahren, daß es beim Kippen des Tiegels 16 zu der Relativbewegung zwischen der Tiegelschnauze und dem Kokillenrahmen kommt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders einfach In einem Tiegel ausführen, In den mittels eines von Elektroden erzeugten Lichtbogens die für jeweils einen Abguß erforderliche Metallmenge eingeschmolzen wird, und der als ein unmittelbar mit der Einfüllöffnung der Kokille verbundenes Gefäß ausgeführt Ist. Bei einer beispielsweise starren Verbindung des genannten Gefässes mit der Kokille braucht die Anordnung nach dem Herstellen der Schmelze lediglich gekippt zu werden, um die Kokille zu füllen. Auch kann die Im Tiegel vorzuhaltende Metallmenge extrem niedrig gehalten werden. Schließlich läßt sich bei Ausgestaltung eines Tiegels mit einer unteren Ausflußöffnung das flüssige, abzuschmelzende Metall unmittelbar in die Koki1Ie einleiten.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Herstellen von kleinen Formteilen durch Vergießen von in einem Tiegel erschmolzenem Metal 1, insbesondere von Edelstahl, in Kokillen, dadurch gekennzeichnet, daß die im Tiegel zu erschmelzende Metallmenge für das für jeweils einen Abguß in einer einzelnen Kokille erforderliche Schmelzengewicht begrenzt wird, wobei die Schmelzwärme elektrisch aufgebracht und die Schmelze auf die Gießtemperatur erhitzt und die Beheizung beim Gießen unterbrochen wird, während im Tiegel immer eine Metallmenge vorgehalten wird, deren Wärmeinhalt einen hinreichenden Teil des Wärmeverlustes beim Ausschalten der Beheizung während des Gießens auszugleichen vermag, um die Gießfähigkeit zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Tiegel jeweils in festem Zustand einzubringende Metallmenge einer Vorerwärmung unterzogen wi rd ,

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einzuschmelzende Metallmenge im Tiegel induktiv erschmolzen wird.

k. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Tiegel einzuschmelzende Metallmenge zumindest teilweise mittels eines elektrischen Lichtbogens erschmolzen wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzj?jk:Jh_r^pt , daß das im Tiegel einzuschmelzende Metall von einem fortlaufenden Draht so lange abgeschmolzen wird, bis daß der Messung unterllegende Gewicht für einen Kok i 1 1 enabcjuß erreicht ist.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall im Tiegel unter Schutzgas

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erschmolzen und aus dem Tiegel unter einem Schutzgasschleier abgegossen wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall im Tiegel durch Kippen über die Schnauze entnommen wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennze ichnet, daß die Kokille unter dem Tiegel sowie bei der Einbringung des geschmolzenen Metalls bewegt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fahreinrichtung C1/2, 3,¹O für die Zuführung aufeinanderfolgender Kokillen vorgesehen ist, oberhalb welcher der Tiegel (16) an einem verdrehbaren und den Tiegel (16) über die Schnauze abkippenden Arm (21) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille nach Ihrer Zuführung in die Gießstellung kippbar sowie begrenzt verfahrbar ausgeführt Ist.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel, In den durch einen mittels Elektroden erzeugten Lichtbogens die für jeweils einen Abguß erforder— liehe Metallmenge eingeschmolzen wird, als ein elektrisch nicht leitendes, unmittelbar mit der Einfüllöffnung der Kokille verbundenes Gefäß ausgebildet Ist.

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