DE2545178B2 - Einrichtung fuer den mechanisierten niederdruckguss - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für den mechanisierten Niederdruckguß, bei der ein ein flüssiges Metall enthaltender Schmelztiegel mit Druckgas beaufschlagt ist, welches das Metall durch Gießkanäle in den unteren Teil der Gießform drückt.

Es ist bekannt, beim Gießen von Teilen mit großer 5 Oberfläche im Niederdruckgußverfahren das Metall an einem oder mehreren benachbarten Metalleinspeisungspunkten in die Gießform eintreten zu lassen, wo dann die Möglichkeiten zum Nachspeisen des Schwunds örtlich festgelegt sind. Es ist daher nicht einfach, bei

ίο solchen Teilen eine ausreichende Güte des Gußteils an allen Stellen zu gewährleisten und ein hohes Ausbringen zu garantieren, da die an den genannten Punkten konzentrierte Wärme weggeführt werden muß. Außerdem läßt sich die Gießform wegen des begrenzten Querschnitts des Eintrittssystems häufig nur sehr langsam füllen, wodurch häufig Teile entstehen, die wegen vorzeitiger Erstarrung des Metalls unvollständig sind.

Es ist eine Einrichtung bekannt (DT-OS 22 27 773), mit der ringförmige Werkstücke hoher Maßgenauigkeit aus Leichtmetall in einer Kokille mit Vorspannung gegossen und in einem Glühofen langsam abgekühlt werden. Das Gießen erfolgt von der Unterseite der Kokille her, in der sich eingesetzte Heizmassen entzünden und die Temperatur des flüssigen Gießmetalls erhöhen, während der Abguß durch die Kokillenober- und -unterteile bis zu seiner vollkommenen Erstarrung von oben und unten gekühlt, radial von außen unter Druck warmgehalten und flüssiges Metall bei Bedarf nachgespeist wird. Das flüssige Metall wird unter Gasdruck auf dem Weg über ein zentrales Steigrohr, einen radialen Kanal, einen Aufstiegskanal und ein horizontales Rohr in den Formhohlraum eingespeist. Die bekannte Einrichtung eignet sich nicht zum Arbeiten mit hoher Füllgeschwindigkeit, da die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Metalls in der beschriebenen einzigen Zuführungsleitung ohnehin hoch ist und bei weiterer Erhöung Turbulenzen entstehen würden, die gerade vermieden werden sollen, damit die sich insbesondere bei NE-Metallen fortlaufend bildende Oxidschicht nicht zerstört und untergemischt wird.

Ferner ist eine Speicherform für den Niederdruckguß bekannt (DT-OS 23 61 943), bei der mindestens ein Formhohlraum aus mehreren auf einer Bodenplatte befestigten Bauteilen gebildet wird, und die einen an der Bodenplatte befestigten Speicher für flüssiges Metall aufweist, der eine Metallmenge aufnehmen kann, die etwas größer ist als das Volumen des Formhohlraumes.

Das Metall steigt unter der Wirkung von Gasdruck durch eintauchende Röhren auf und wird in den Formhohlraum eingespritzt. Diese Vorrichtung ist zwar auf hohe Füllgeschwindigkeit ausgelegt, hat aber den Nachteil, daß im Speicher und beim Gießen — auf dem Weg über die Steigröhren — Turbulenzen auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Niederdruckgießtechnik durch Vermeidung der genannten Nachteile zu verbessern, also die Möglichkeiten zur Nachspeisung des Schwunds an allen Stellen des Gußstücks zu verbessern, das Fassungsvermögen und die Taktzeit von Metallformen zu verbessern und die Füllgeschwindigkeit zu erzielen, die für die jeweilige Art von Gußteilen erforderlich sind.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

b5 das Unterteil der Gießform wärmeisoliert ist und eine Verteilerkammer einerseits durch eine Gießleitung mit dem Schmelztiegel und andrerseits durch eine Anzahl senkrechter, den unteren Abschnitt der Gießform

durchquerender Gießkanäle mit der Gießform verbunden ist.

Das von der Gießleitung kommende flüssige Metall wird also über die Verteilerkammer und mehrere kurze Gießkanäle in die Gießform eingespeist.

Durch Aufteilung des Metallstromes adf mehrere Gießkanäle wird die hohe Strömungsgeschwindigkeit, mit der er in die Verteilerkammer eintritt, herabgesetzt und damit ein turbulenzfreies Einströmen in die Gießform erreicht, zumal die Gießkanäle kurz sind, to Dabei kann wegen der Vielzahl der Gießkanäle mit hoher Füllgeschwindigkeit gearbeitet werden, und die Erstarrungszeit ist niedrig, weil keine Wärmekonzentration in einem einzigen Kanal auftritt. Durch die Wärmeisolierung des Unterteils gegen die Verteilerkammer wird die Erhitzung der unteren Formhälfte und des Formwerkzeugs vermieden.

Mit der in Anspruch 2 angegebenen Weiterbildung werden Turbulenzen beim Gießen von Gußstücken unterschiedlicher Form sicher vermieden.

Durch eine Weiterbildung der Erfindung wird das Innere der Verteilerkammer leicht zugänglich gemacht.

Gemäß einer anderen Weiterbildung sind an sich bekannte Auswerfer für das Gußstück vorgesehen.

Eine andere Weiterbildung betrifft die starre Verbindung des oberen Abschnitts der Verteilerkammer mit dem unteren Abschnitt der Gießform. Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht in einer Wärmeisolierung zwischen diesen beiden Abschnitten.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sorgt dafür, daß das Metall während der Nachspeisung des Schwunds flüssig bleibt und daß das thermische Gleichgewicht der Form nicht gestört wird, eine andere bestimmt die Erstarrungsgrenze.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise als Schnitt wiedergegebene Ansicht der allgemeinen Ausführung der Einrichtung zum Gießen eines beliebigen Gußteils;

Fig.2 eine teilweise als Schnitt wiedergegebene Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung mit Produktionswerkzeug in der Stellung zum Gießen von Kraftfahrzeugrädern aus Leichtmetall,

Fig.3 eine Teilweise als Schnitt wiedergegebene Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Einrichtung mit Produktionswerkzeug in der Stellung zum Gießen von Zylinderköpfen für Motore.

Fig. 1 gibt ganz allgemein die Anordnung eines erfindungsgemäßen Gießkanalsystems für ein beliebiges Gußteil wieder.

Die Gießform ist in einer Vertikalpresse angeordnet, die in Fig. 1 nicht gezeichnet ist. Die Form weist eine untere Halterung 1 und eine obere Halterung 2 auf.

Die untere Halterung 1 der Form ist fest und starr mit dem unteren Sockel der Presse verbunden.

Die obere Halterung ist beweglich und starr mit der oberen Platte der Presse verbunden.

Durch die Leitung 2 wird von der Seite oder von unten her schmelzflüssiges Metall in eine Metallverteilerkammer 3a eingeführt, die aus einem unteren bo Abschnitt 4 und einem oberen Abschnitt 5 besteht; die Leitung 3 und die Verteilerkammer 4 und 5 sind mit einem wärmeisolierenden feuerfesten Material 6 ausgekleidet, wodurch einerseits die Erhitzung dieser Kammer und außerdem der Wärmetransport zum μ Formwerkzeug hin vermieden wird, das anderenfalls äußerst stark erhitzt würde.

Der untere Abschnitt 4 der Verteilerkammer ist auf dem Sockel 1 befestigt; durch die öffnung 4a kann ein neutrales Gas eingeleitet werden.

Der obere Abschnitt 5 der Verteilerkammer ist an dem unteren Abschnitt 7 der Form befestigt.

Die beiden Teile !5 und 7 sind voneinander durch die Wärmeisolierung 8 thermisch getrennt.

Die Abdichtung der beiden Teile 4 und 5 gegeneinander gegenüber dem flüssigen Metall erfolgt durch nachgiebige feuerfeste Dichtungen 9, beispielsweise Graphitasbestschnur, wie sie für derartige Zwecke allgemein gebräuchlich ist.

Die Metalleintrittsöffnungen 7a befinden sich im unteren Abschnitt der Form 7. Sie bestehen aus Metallteilen 10, 11, 12 in Form von Stutzen geringer thermischer Trägheit, die eine Einschnürung zwischen den umgekehrten Verjüngungen an ihrer zentralen Durchlaßstelle an der Stelle bilden, die als Erstarrungsgrenze vorgesehen ist. Außerdem sind die Teile 10, 11, 12 gegenüber der Formhälfte 7 durch eine Wärmeisolierung 13,14,15 an sich bekannter Art isoliert.

In den Teilen 10, 11, 12 sind Filter 16, 17, 18 angeordnet, um zu verhindern, daß Schlacken und Oxide in die Gußstücke 19 eingeschleppt werden.

In der unteren Formhälfte sind Kühlleitungen 26, 27, 28,29 vorgesehen.

Ein oder mehrere Dorne 20 lassen sich in den Ansätzen 21 in dieser Kammer durch diese führen, damit das Gußteil beim Entformen leicht aus der unteren Formhäfte 7 der Formhälfte herausgenommen werden kann.

Andererseits kann die untere Formhälfte 7 auch in Einrichtungen, wie sie schematisch durch 22 angedeutet sind, durch Befestigungsmittel mit der oberen Formhälfte 23 verbunden werden.

Mit Gewindebolzen 24 werden die Formhälfte 7 und die obere Kammer 5 an dem unteren Kammerabschnitt 4 befestigt, um die Dichtheit der Dichtungsmittel während des Gießens aufrechtzuerhalten.

Eine andere Vorrichtung, die etwa durch 25 angedeutet ist, kann unter Fortlassung von 22 und 24 eingesetzt werden. Die Teile 22 und 24 werden durch Führungen und eine Verriegelung mittels Arbeitszylinder, etwa wie 25, ersetzt.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung soll nachstehend anhand der F i g. 1 erläutert werden.

Das flüssige Metall dringt in die wärmeisolierte Verteilerkammer 4 und 5 durch die wärmeisolierte Leitung 3 ein, die ihrerseits mit einem (nicht gezeichneten) Niederdruck-Schmelztiegel verbunden ist (vgl. dazu beispielsweise den Gegenstand der deutschen Patentanmeldung 20 37 162).

Das flüssige Metall füllt die Verteilerkammer 4 und 5 und dann die wärmeisolierten Gießkanäle 10, U, 12, deren Anzahl von dem herzustellenden Gußteil abhängt, und schließlich daß Gußteilvolumen 19, nachdem es zuvor Filter 16, 17 passiert hat, die das Eindringen von Schlacke und Oxiden in das Gußteil verhindern.

Anschließend bleibt das Metall während der für das Erstarren des Gußteils erforderlichen Zeit druckbeaufschlagt.

Wenn dann der . Schmelztiegel druckentlastet wird, fließt das in der Verteilerkammer 4 und 5 und in dem unter^Qn Abschnitt der Gießkanäle 10, 11, 12 enthaltene flüssige Metall in den Tiegel zurück.

Dieses System einer Verteilerkammer hat den Vorteil, daß die Erhitzung der Verteilerkammer und die Erwärmung der unteren Formhälfte 7 vermieden wird.

Die Vervielfachung der Gießkanäle 10, 11, 12, deren Anzahl von dem herzustellenden Gußtei! abhängt, hat zur Folge:

— eine Füllgeschwindigkeit, die dem herzustellenden Gußteil angepaßt ist,

— eine Verkürzung der Erstarrungszeit, weil keine Wärmekonzentration in einem einzigen Gießkanal auftritt, sondern stattdessen eine Verteilung der Wärme auf die genannten Kanäle mit herabgesetzter Erhitzung. Auf diese Weise entstehen Gußstücke von sehr hoher Qualität.

Mit dem in der unteren Formhälfte 7 angeordneten Kühlsystem 26, 27, 28, 29 läßt sich eine programmierte Abkühlung der genannten Zone herbeiführen, woraus eine kürzere Erstarrungszeit und eine schnellere Entformung der gegossenen Teile resultiert. Das ergibt je Formhälfte ein besseres Ausbringen gegenüber den bekannten Formen.

Eine weitere wesentliche Besonderheit der Erfindung ist in der Tatsache zu sehen, daß das Innere der Verteilerkammern 4 und 5 zur Vornahme von Wartungsarbeiten und Reparaturen, insbesondere zum Reinigen und Auskleiden, leicht zugänglich ist.

Dazu kann mit Hilfe der Vorrichtung 22 die Verteilerkammer 4 und 5 leicht geöffnet werden, nachdem zuvor der Bolzen geöffnet worden ist, um den unteren Abschnitt 6 der Formhälfte und den oberen Abschnitt 5 der Kammer von dem unteren Abschnitt der Kammer 4 trennen zu können.

Der obere Abschnitt 5 der Kammer und die untere Formhälfte 7 werden dann von der Einrichtung 22 mit dem oberen Abschnitt 23 der Form verbunden. Dadurch läßt sich die Verteilerkammer beim normalen öffnen der Maschine öffnen.

Die Verteilerkammer 4 und 5 läßt sich somit während des Gießprozesses leicht in richtigem Betriebszustand erhalten, wenn sich das als notwendig erweisen sollte.

Die genannte Kammer kann auch mit einer anderen, schematisch angedeuteten Vorrichtung geöffnet werden.

Die Teile 22 und 24 werden dazu entfernt, und Führungen nach Art der Führungen 25 ermöglichen das öffnen und Schließen der Verteilerkammer 4 und 5 nach jedem Metalleinlaß, oder wann es sich als nötig erweist.

Der Aufbau und die Arbeitsweise sind für eine Matrize dargestellt, aber diese Gießeinrichtung läßt sich besonders gut für 2,3 oder 4 Matrizen herrichten, indem die Fläche der Verteilerkammer angepaßt wird.

Als Ausführungsbeispiel einer derartigen Anpassung wird in F i g. 2 eine Vorrichtung für die Herstellung von Rädern aus Leichtmetall (während des Gießvorgangs) gezeigt.

Beschreibung und Arbeitsweise stimmen hinsichtlich der Verteilerkammer und der Gießkanäle mit der in F i g. 1 gezeichneten Vorrichtung überein, wobei nun fünf Gießkanäle vorgesehen sind; ein zentraler Gießka nai ii und fünf Gießkanäie nach Art der Gießkanäle ii und 12, paarweise diametral einander gegenüberliege™ auf dem Rand der Felge angeordnet. Auf diese Weisi läßt sich die Erhitzung der Matrizen und der Gießkanäli herabsetzen.

Die obere Formhälfte besteht aus zwei, drei oder viel Kernteilen nach Art der Kernteile 33 und 35 und einen Teil 34, das zur Formgebung des Innenraums des Rade:

ίο 19 dient.

In dem Teil 34 und in den Kernteilen 33 und 35 sind in Bereich nahe den Gießkanälen Kühleinrichtungen 30 31 und 32 vorgesehen, wodurch die Gießkanäle schnei erstarren können, wenn die Erstarrung des Gußteil!

abgeschlossen ist. Diese Einrichtungen setzen di< Erstarrungszeit der Angüsse herab, wodurch di< Arbeitstakte kürzer werden und bessere Gußteilf erzeugt werden; diese Vorteile kommen zu den durcl die Vermehrung der Gießkanäle (im vorliegenden FaI sind insgesamt fünf Gießkanäle vorgesehen) hervorge rufenen Wirkungen hinzu.

Die Zahl der gleichzeitig zu gießenden Gußteile je Form kann zwei oder vier betragen und hängt nur vor den Abmessungen der Platten der für derart große Teih (Kraftfahrzeugräder) verfügbaren Presse ab.

!n F i g. 3 ist eine weitere Anwendungsmöglichkeit be einem Werkzeug für die Herstellung von Leichtmetall Zylinderblöcken für Kraftfahrzeugmotoren in Gießstel lung des Werkzeugs dargestellt.

Verteilerkammer und Gießkanäle stimmen in ihren Aussehen und ihrer Arbeitsweise mit der Einrichtung nach F i g. 1 überein.

Die Gießkanäle befinden sich unterhalb der Befesti gungsansätze. Je nach der Art des Zylinderkopfs sind 4 8, 10, 12 oder 14 Gießkanäle vorgesehen (je nachdem ob es sich um einen Zylinderkopf mit 1 bis zu 6 Zylinderr handelt.

Die größere Zahl von Gießkanälen begrenzt die Erhitzung der Kokille, weswegen mit kürzeren Arbeits takten beim Gießen zu rechnen ist. Außerdem sind dit Gießkanäle unmittelbar unter den die Halterung für der Zylinderkopf bildenden Massen angeordnet, so daß sicr eine sehr gute metallurgische Qualität der Zylinderköpfe durch vollständigen Anschnitt dieser Massen ergibt.

Natürlich hängt die Zahl der Matrizen, die eir Formhohlraum aufnehmen kann, von der Größe de! Zylinderkopfes ab. Man kann zwischen zwei Matrizen j« Form bei großen Zylinderköpfen (4 bis 6 Zylinder) und f Matrizen je Form bei Einzylinder-Zylinderköpfen nacl· Maßgabe der Abmessungen der Pressenplatten rech nen.

Der niedrige Fülldruck, der mit Niederdruckgießver fahren eigentümlich ist, ist der Grund dafür, daß Press« und Werkzeug sich der Herstellung der großflächiger Teile gemäß der Erfindung gewachsen zeigen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Einrichtung für den mechanisierten Niederdruckguß, bei der ein ein flüssiges Metall enthaltender Schmelztiegel mit Druckgas beaufschlagt ist, welches das Metall durch Gießkanäle in den unteren Teil der Gießform drückt, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil der Gießform (1) wärmeisoliert ist und eine Verteilerkammer (3a) einerseits durch eine Gießleitung (3) mit dem Schmelztiegel und andrerseits durch eine Anzahl senkrechter, den unteren Abschnitt (7) der Gießform durchquerender Gießkanäle (7a) mit der Gießform verbunden ist.

2. Niederdruckgießeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verteilerkammer (3a) unter alle Bereiche des Unterteils der Gießform des Gußstückes erstreckt, das Gießkanäle (7a) mit einfacher Umrißform benötigt, durch die Turbulenzen beim Füllen mit flüssigem Metall vermieden werden.

3. Niederdruckgießeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerkammer (3a) aus einem unteren Abschnitt (4) und einem oberen Abschnitt (5) besteht, zwischen denen sich eine Abdichtungsebene befindet, längs welcher die Abschnitte voneinander getrennt werden können und der Zugang zu dem Inneren der Verteilerkammer (3a) möglich ist.

4. Niederdruckgießeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verteilerkammer (3a) hindurch Ansätze (21) führen, an denen die die Kammer (3a) bildenden Abschnitte (4, 5) zusammenstoßen und durch die hindurch Dorne (20) führen, die zum Entformen des Gußteils oder zum Aussparen von Löchern in dem Gußteil dienen.

5. Niederdruckgießeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt (5) der Verteilerkammer (3a) mit dem unteren Abschnitt (7) der Form starr verbunden ist und dadurch mit diesem zusammen angehoben werden kann, während der untere Abschnitt (4) der Verteilerkammer mit der unteren Halterung (1) der Form starr verbunden bleibt.

6. Niederdruckgießeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt (5) der Kammer (3a) durch eine Wärmeisolierung (8) gegenüber dem unteren Abschnitt (7) der Form thermisch isoliert ist.

7. Niederdruckgießeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießkanäle als Stutzen (10) mit geringem Wärmeleitwiderstand ausgeführt und gegenüber dem unteren Abschnitt (7) der Form durch eine Wärmeisolierung (13) thermisch isoliert sind.

8. Niederdruckgießeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießkanal (7a) eine Einschnürung aufweist, an der sich die Erstarrungsgrenze des Gußteils befindet.