DE2532402C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von kleinen Formteilen durch Vergießen von Metallen - Google Patents

Description

koni'iit es /u einer beträchtlichen arbeitsphysiologischen Hiizebelaslung des Kokillengicßers, wodurch die Anwendbarkeit de?· Kokillengusses eingeschränkt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde dieses manuelle Gießverfahren derart /u gestalten, daß die arbeitsphysiologische Beiasiung erheblich herabgesetzt iv.

Diesem Zweck dient der Vorschlag gemäß <Jem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1. für welchen die Vorschläge nach den Unteransprüchen 2 bis 8 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorstehen. Die hierfür vorgesehene Vorrichtung bildet den Gegenstand des Vorschlages dei Patentanspruchs 9, wobei vom vorgeschriebenen Stand der Technik mit einer Fahreinrichiung für die Zuführung aufeinanderfolgender Kokillen ausgegangen wird.

Der erfindungsgemäße Vorschlag des Verfahrens stellt somit nicht nur auf die Gießtemperatur ab, sondern zugleich auf die Menge des Metallrestes, der im Tiegel verbleibt, sowie auf den hierzu proportionalen Wdrmeinhalt. Auf diese Weise steigt die arbettsphysio-Jogisch zu beachtende Wärmeabgabe einfach proportional z.ur Wärmemenge an, nicht aber proportional zur vierten Potenz derselben, was dann der Fall wäre, wenn dei gleiche Wärmeinhalt bei einer kleineren Metallmenge proportional mit der Temperatur erzeugt werden mußte. Daher wird für die Erfindung nicht nur die Gleitfähigkeit der bekannten Metallmenge, sondern darüber hinaus deren arbeitsphysiologische Zuträglichkeit eingehallen.

Somit ist die Wärmebelastung für den Gießer auch bei mit höherer Temperatur schmelzenden Metalle, begrenzbar. Das erfindungsgemäße Verfahren führt damit zur Anwendungsmöglichkeit des Kokillengusses auch auf Edelstahle und auf ähnliche Metalle, wobei die Metalle im Hinblick auf ihre Schmelztemperatur und ihre Schmelzwärme Edelstahlen ähnlich sind.

Im Interesse einer wirtschaftlichen Betriebsweise \\ ird die jeweils in den Tiegel in festem Zustand einzubringende Metallmenge einer Vorerwärmung unterzogen, die indes nicht mit der Überhitzung zu vergleichen ist. welche bei anderen Verfahren im Tiegel vorgenommen wird. Die Vorerwärmung führt in jedem Falle zu einer Temperatur, die noch unter der 'Schmelztemperatur liegt.

Da jeweils nur vergleichsweise kleine Mengen flüssigen Metalls erzeugt wird, 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 auch unter einem Schutzgasschleier arbeiten.

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 Kohleelektroden oder aber, falls man eine nachteilige Kohlenstoffaufnahme der Schmelze verhindern muß, durch MelalleJektroden erzeugt werden kann. Vor allem eignen sich auch Schweißelektroden, die aus einem Metall bestehen, welches zur Bildung der Schmelze im Tiegel abgeschmolzen wird. Die Zufuhr des zu schmelzenden Metalls kann ergänzend oder ausschließlich auch in Form eines Drahtes erfolgen, von welchem dann eine derart große Menge geschmolzen wird, wie sie für einen Abguß benotigt wird. Zweckmäßig unterliegt der Schmelztiegel hierbei einer Gewichtsmessung, die sehr genau die Metallz.ufuhr w steuern gestattet. Wahrend der Tiegel an einem Ualtearni befesligi ist. kann für die Gewichtsbcstimmung ein beträchtliches Moment erzeugt werden, so daß sich auch präzise Ergebnisse erhallen lassen.

Das erfindur,-.,gemäße Verfahren schließt die Erzeugung der Schmelze unter einer Schlackenschicht ein. Eine derartige Schlackenschicht kann b~ispielsweise durch Abschmelzen einer entsprechend beschaffenen Umhüllung einer Elektrode erzeugt werden. Beim Abgießen läßt sie sich in bekannter Weise zurückhalten.

Das im Tiegel verflüssigte Metr'l wird zweckmäßig durch Kippen über die Schnauze entleert. Diese Entleerungsweise ist heim erfindungsgemäßen Verfahren deshalb besonders vorteilhaft, weil sich der ohnehin nur sehr kleine Tiegel mit sehr geringem Aufwand, gegebenenfalls also auch von Hand, kippen Iä8t.

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 kann, Luftaus-Jässe und erfahren während des Gießens eine derartige Neigung, daß ein heftiges Auftreffen des flüssigen Metalls an irgendwelchen Innen wandungen <ler Kokille vermieden wird. Einzelheiten dieses Verfahrens sind nach der schon genannten DE-PS 4 80 900 bekannt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 bis 8 geht aus von einer Fahreinrichtung für die Zuführung aufeinanderfolgender Kokillen, wie bereits erwähnt. Erfindungsgemäß wird dabei die Anordnung so getroffen, daß oberhalb der Fahreinrichtung der Tiegel an einem verdrehbaren und den Tiegel über die Schnauze abkippenden Arm befestigt ist. Diese Vorrichtung ermöglicht eine dichte Aufeinanderfolge der einzelnen Abgüsse.

Der Tiegel, in welchem die erforderliche Metallmenge durch Abschmelzen von Elektroden eingeschmolzen wird, ist vorteilhaft ein elektrisch nicht leitendes, unmittelbar mit der Einfüllöffnung der Kokille verbundenes Gefäß. Bei einer starren Verbindung des genannten Gefäßes mit dei Kokille braucht die Anordnung nach dem Herstellen der Schmelze lediglich noch 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 Abflußöffnung das flüssige, abzuschmelzende Metall unmittelbar in die Kokille einleiten.

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

I- i g. 1 eine Draufsicht auf die erfindiingsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, während

Fig.2 eine seitliche Darstellung der 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 Kokillenrahmens 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 einerseits eine

Verschiebung ίη 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 Verschieblichkeit des Kokillenrahmens . 6 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 Füllen der Kokille mit flüssigem Metall ausreicht. Darüber hinaus ist der Kokillenrahmen 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 F i g. 1 ist er in seiner Funktionsstellung dargestellt, aus der er gegebenenfalls auch nach rechts verschoben werden kann. Der Anschlag steht im Eingriff mit einem seitlich am Kokillenrahmen 6 vorstehenden Stift 14. Bei Bewegung des Wagens 4 und auch des Kokillenrahmens 6 in Richtung des Pfeiles 11 gelangt der Stift 14 vor den Anschlag 12. Wenn der Wagen 4 dann noch weiter vorgefahren wird, wird vom Anschlag i2 der Stift 14 nach unten gedrückt, so daß der Kokiüenrahmen 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 Kokillcnrahmen ist dabei relativ zum Wagen 4 vorübergehend angehalten. Das Verhältnis der Verschwenkbewcgung zur Relativbewegung zwischen dem Kokillcnrahmen 6 und Wagen 4 läßt sich durch entsprechende Gestallung des Anschlages 1.2 einerseits sowie durch die Betriebsweise des Zylinders 9 andererseits den Gießcrforderiiissen 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 Förder- und

(5 Richtrollen 19 bzw. 20 zugeführt. Der Tiegel ist von einem Arm 21 gehalten, um den er in Richtung des ■ Pfeiles 22 verschwenkt v/erden kann. In nicht dargestellter Weise greift am Arm 21 noch eine Wiegevorrichtung 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 z«r 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von kleinen Formlei lcn durch Vergießen von :n einem Tiegel, dessen Ausmaß auf von Hand kippbare Größen begrenzt ist, erschmolzenem Metall, insbesondere von Edelstahl, in Kokillen, wobei die Schmelzwärme elektrisch aufgebracht, die z.u erschmelzende Metallmenge für das jeweils einem Abguß in einer einzelnen Kokille erforderliche Gewicht begrenzt und die Beheizung beim Gießen unterbrochen wird, wobei ein gießfähiger Metallrest im Tiegel verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeitsphysiologische Hitzebelastung beim Gießen dadurch verringert wird, daß die Überhitzungstemperatur des im Tiegel verbleibenden Metallrestes herabgesetzt und seine Menge derart erhöht wird, daß sein Wärmeinhalt einen hinreichenden Teil des W.irme-.yerljstes nach dem Ausschalten der Beheizung während des durch Kippen erfolgenden Vergießens '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 wird.

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

4. 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 H •gekennzeichnet, daß das im Tiegel einzuschmelzende Metall von einem fortlaufenden Draht so lange abgeschmolzen wird, bis das der Messung unterliegende Gewicht für einen Kokillenabguß erreicht ist.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ⁴" gekennzeichnet, daß das Metall im Tiegel unter Schutzgas 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 gekennzeichnet, 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, wobei eine Fahreinrichtung für die Zuführung aufeinanderfolgender Kokillen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Fahreinrichtung (1, 2, 3, 4) der Tiegel (16) an einem verdrehbaren und den Tiegel (i6) über die Schnauze abkippenden Arm (21) angeordnet ist.

10. 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 erforderliche Metallmenge eingeschmolzen wird, als ein elektrisch nicht leitendes, unmittelbar mit der Einfüllöffnung der Kokille verbundenes Gefäß ausgebildet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren /um Herstellen von kleinen Formieilen durch Vergießen von Metall gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I bezeichnenden Art. Weiterhin sieht die Hrlindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vor gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 9.

hin Verfahren und eine Einrichtung der einleitend beschriebenen Art ist nach der DE-AS Π 93 205 bekannt. Danach soll eine aus Graphit bestehende Elektrode, in deren Hohlraum sich eine aus Graphit befindliche Kokille befindet, in welche seitliche öffnungen einführen, mit ihrem Unterabschnitt beim Gießen bis auf den Boden eines Tiegels abgesenkt werden. Durch Ansaugen wird die Kokille alsdann gel·' ¹Ii. Bei dieser Art des Gießens werden die Temperalurverhältnisse gut beherrscht, weil die Füllung der Kokille durch Saugwirkung im Vergleich zum nur auf der Schwerkraftwirkung beruhender. Gießen durch Kippen in sehr kurzer Zeit erfolgt, in welcher keine starke Abkühlung Eintritt, und weil der Wärmeentzug durch die eingesetzte Kokille oder Elektrode schon deshalb sehr gering ist, weil die Kokille bzw. Elektrode aus Graphit besteht und damit eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und auch ein niedriges Wärmeaufnahmevermögen aufweist. Der nach Füllung der Kokille im Tiegel verbleibende Metallrest muß eine zum Gießen ausreichende Temperatur aufweisen und demgemäß überhitzt sein, so daß mit Rücksicht auf die der vierten Potenz aus der absoluten "lemperatur proportionale Wärmeabstrahlung ein Kokillengießer einer beträchtlichen Arbeitsphysiologischen Belastung infolge Wärmeabstrahlung ausgesetzt wäre. Ein durch Kippen erfolgendes Gießen ist allgemein bekannt, so z. B. nach der DE-PS 4 80 900. wobei die Kokille mit einer oberen Eingußöffnung versehen ist.

Ein nach der US-PS 21 04 406 bekannt gewesenes Verfahren sieht eine Gießeinrichtung vor, bei welcher eine Fahreinrichtung für die Zuführung aufeinanderfolgender Kokillen besteht. Dabei werden mindestens 15 t geschmolzenen Metalls im Ofen vorgehalten, so daß eine Übertragung der hierdurch bekanntgewesenen Erkenntnisse auf ein Verfahren, wie es gattungsgemäß nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzt ist, welches sich auf von Hand kippbare Größen beschränkt, nicht mehr ohne weiteres möglich ist. Im übrigen werden nach'dieser Druckschrift die beim Gießen auftretenden Temperaturverluste durch Beheizung des Schmelzgefäßes ausgeglichen. Mittels der Fahreinrichtung werden aufeinanderfolgende Kokillen unter einen Zwischenbehälter gefahren, der mit einem Paar Zapfen in einem Wagen gelagert ist und gekippt werden kann. Vom eigentlichen Schmelzgefäß, einem Lichtbogenofen, wird dabei die doppelte Kapazität des Zwischenbehälters vorausgesetzt, wobei in letzterem geschmolzene Metall auf seinem Weg zur Kokille beheizt werden muß. Der Lichtbogenofen wird im übrigen mit Vorhaltung jeweils einer Charge flüssigen Metalls betrieben, um mit der nachfolgend eingesetzten Charge auf Gießtemperatur gebracht zu v/erden. Die Gießverhältnisse lassen sich insbesondere deshalb nicht auf diejenigen der Erfindung übertragen, weil die Temperaturverluste anteilmäßig beim erfindungsgemäßen Verfahren 25fach höher als bei dem genannten Verfahren liegen, da die für Temperaturverluste maßgebliche spezifische Oberfläche, bezogen auf das Gewicht, um ein entsprechend mehrfaches größer ist.

Wenn das einleitend beschriebene Gießverfahren durch Kippen eines Tiegels von Hand ausgeführt wird,