DE2714107A1

DE2714107A1 - Verfahren zur herstellung metallischer formstuecke

Info

Publication number: DE2714107A1
Application number: DE19772714107
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Le Bot; Claude Chevalier; Raymond Le Diouron; Daniel Le Floch; Christian Schoutteten
Original assignee: BRETONNE FONDERIE MEC; Air Liquide SA
Current assignee: BRETONNE FONDERIE MEC; Air Liquide SA
Priority date: 1976-04-02
Filing date: 1977-03-30
Publication date: 1977-10-13
Also published as: US4087899A; SE7703833L; IT1074688B; JPS52138023A; FR2346077B1; FR2346077A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung metallischer Formstücke in Sand, in welchem eine Traube oder Gruppe von Formstücken geformt werden, die Gießtrichter und Gießköpfe bzw. Angüsse aufweisen und dann einer Trennung durch mechanische Stöße unterworfen werden, die Trennbrüche an vorbestimmten Ansätzen bzw. Anfangsstücken hervorrufen, welche am Rand an jedem Formstück auf der Höhe dieser Angüsse, Gießtrichter und anderer Verbindungen zwischen diesen Stücken geformt sind.

Die Verfahren dieser Art gestatten im allgemeinen die Verwendung von Gußeisen, insbesondere Veißguß, der eine nahezu Zementitstruktur hat, die mit sehr großer Härte versehen ist. In zahlreichen Fällen unterzieht man diese Formstücke einer thermischen Behandlung, welche die Gußeisenstruktur in eine ferritische oder Ferrit-Perlit-Struktur verändert, die charakteristisch ist für ductile Gießlinge, wie z.B. Gießlinge oder Gußeisen mit Kugelgraphit.

Es ist deshalb zur Vermeidung dieser letztgenannten Wiederbehandlung versucht worden, die ductilen Rohfonu-Gießlinge direkt zu verarbeiten oder zu bearbeiten.

Um diesen Zweck zu erreichen, ist man dazu gekommen, den Betrieb sehr sorgfältig einmal vom metallurgischen Gesichtspunkt

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dadurch zu steuern, daß man die Zugabe vom Additiven vorsieht und andererseits sehr sorgfältig die Kühlgeschwindigkeit bestimmt.

Venn die zugabe von Additiven eine Tätigkeit ist, die man gut zu beherrschen mit dem Vorbehalt großer Sorgfalt und Erfahrung erreicht, muß die Kühlgeschwindigkeit im allgemeinen hinreichend langsam sein, um die Bildung von Zementitstruktur zu vermeiden und in den meisten Fällen eine höhere Ferritquote zu erreichen (Gußeisen bzw. Gießlinge haben einen mittleren Zugwiderstandswert in der Größenordnung von 38 kg/mm ) oder für die Forite, die einen erheblich höheren Zugwiderstand haben, eine minimale Ferlitquote zu erhalten. Zu diesem Zweck hat man vorgeschlagen, die metallische Formmasse dadurch zu vergrößern, daß man große Gießköpfe bzw. Ansätze vorsieht und die Formgießtrichter überdimensioniert, wodurch die Verfestigung der Anordnung sich infolge der Wirkung der thermischen Abschirmung verlangsamt, welche diese Gießköpfe im Hinblick auf den thermischen Fluß haben, der von dem Werkstück im Verlaufe der Abkühlung emittiert wird. Jedoch ist dies wenig wirtschaftlich, denn es folgt daraus ein großer Anteil an wieder-zugewinnendem Ausschuß oder Abfall, der also gehandhabt und umgeschmolzen werden muß. Dieser Nachteil ist übrigens umso bedeutender, als die Werkstücke im Vergleich zu den zwei anderen Stücken eine kleine Bemessung haben, denn der thermische Verlust bleibt insofern bedeutend, als die in geeigneter Weise auf die Bildunj

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einer thermischen Unbalanz ansprechende Masse sehr klein ist. Aus diesem Grunde und auch zur Erhöhung des Ausnutzungsgrades von Formgestellen ist die Anordnung der Formabdrücke dieser Werkstücke durch Paare vorgesehen worden, die auf beiden Seiten einer Formverbindungsebene angeordnet sind, wobei dazwischen mindestens ein Verstrebungskern angeordnet ist, und es ist vorgeschlagen worden, mehrfache Verbindungszonen zwischen zwei Werkstücken eines Werkstückpaares quer zu der Formverbindungsebene zu schaffen, ggf. unter Freiwerden oder Trennung von der Bildung von Angüssen. Damit wird eine gegenseitige thermische Abschirmung zwischen den zwei Formwerkstücken bezüglich einander sichergestellt und gleichzeitig eine mehr von der Volumenkapazität der Formgestelle unterstützte Ausnutzung. Diese Vorteile reichen aus, um dem letzten Formverfahren den Vorzug zu geben, trotz des Nachteils, daß zwischen den Werkstücken ein Verstrebungskern angeordnet werden muß, dessen Vorhandensein eng mit dieser Art der Formung verbunden ist.

Im Vergleich zu den klassischen Formen bietet diese Formungsart mit Werkstückpaaren auch eher Nachteile hinsichtlich der Trennung der Gruppe. In dem Falle, bei dem ein Werkstück einem starken Anguß oder Gießkopf zugeordnet ist, ist dieser Gießkopf zwischen dem Formgießtrichter und dem Werkstück derart angeordnet, daß das Werkstück praktisch nur ein Vorsprung am Ende des Formgießtrichters ist, wodurch das Abbrechen dieses Formgießtrichters in der Höhe des Formwerkstückes für die harten und spröden Gießlinge bzw. Gußeisen erleichtert wird und

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keine größeren Schwierigkeiten für die ductilen, rohen Formgießlinge bildet. Im Gegenteil, wenn eine Gruppe von Formwerkstücken paarweise mit zahlreichen Formgießtrichtern vorgesehen sind, die sich an der Stelle der mehrfachen Verbindungszonen zwischen den zwei Werkstücken ein und desselben Paares erstrecken, wird die ohnehin schon mit dem sehr spröden Weißguß schwierige Trennung bei den ductilen, rohen Formgießlingen der Gießerei fast unmöglich, und selbst, wenn man dies mit geeignetem Werkzeug erreicht, führt sie durch das Brechen von Werkstücken und durch andere Beschädigungen, welche dieses Verfahren für diese Gießlinge gänzlich verbieten, zu sehr erheblichem Ausschuß.

Darüberhinaus ist zu bemerken, daß man als letztes an das Schneiden mit einem Schneidbrenner hätte denken können, aber dieses Verfahren ist bei den ductilen, rohen Formgießlingen überhaupt nicht anwendbar, denn es zerstört die Struktur der Legierung oder des Gemenges in der Nachbarschaft des Schnittes. Es bleibt nur das Schneiden mit mechanischen Mitteln übrig , aber dieses Verfahren ist äußerst langsam und teuer, insbesondere im Falle von Werkstückpaaren mit Mehrfachverbindungen, deren Zugängigkeit für eine Säge schlecht ist.

Dies ist der Grund, warum man bis heute praktisch auf die Ausführung dieses Form- bzw. Gießverfahrens verzichtet, und zwar trotz des festgestellten Interesses, welches das Verfahren für zahlreiche Möglichkeiten bietet. Aufgabe der Erfindung

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ist die Beseitigung dieses Nachteils, und sie besteht bei einem Formverfahren der eingangs genannten Art, bei dem

(a) die Werkstücke bezüglich des Formgestelles eine relativ kleine Bemessung haben und die Formabdrücke dieser Werkstücke als Paar angeordnet werden, welches auf der einen und der anderen Seite der Formverbindungsebene angeordnet ist, wobei dazwischen mindestens ein Verstrebungskern angeordnet ist und Mehrfachverbindungszonen zwischen den Werkstücken eines Werkstückpaares quer zur Formverbindungsebene vorgesehen sind, die ggf. mit Trennungen der Gießkopfbildung verbunden sind; und

(b) das gegossene Metall ein Gußeisen bzw. Gießling ist und man unter Herstellung eines ductilen Formrohlinges oder rohen Gießlinges eine Verarbeitung vornimmt;

darin, daß:

(c) das Trennen durch mechanische Stöße nach einer allgemeinen Kühlung der Gruppe mindestens zweier Werkstücke eines Paares in einer Kühlzone erfolgt, die eine Tauchzone in einem Bad mit flüssigem Stickstoff nach einer Vorkühlzone durch Dämpfe des schon verdampften Stickstoffs aufweist, wobei diese allgemeine Kühlung während

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einer gewissen Zeit erfolgt, die gerade ausreicht, um die Sprödigkeitstemperatur des Gießlings oder Gußeisens an der Stelle der Brechansätze zu erreichen, wonach sofort diese Trennung durch mechanische Stöße stattfindet.

Man hat experimentell eine äußerste Wirksamkeit des Verfahrens festgestellt: Das an der Stelle der Brechansätze spröde gewordene Metall zerbricht leicht unter einfachen Erschütterungen oder Stoßen auf einem Metalltisch. Außerdem ist die relativ niedrige Temperatur, auf welche das Metall gebracht wird, nicht nachteilig für das Aufrechterhalten der Struktur des Gießlings, welche sich am Ende der Verfestigung ergibt.

Tatsächlich werden die Haupt eigenschaften des Gießlings oder Gußeisens beibehalten, nämlich die Ductilität oder Dehnbarkeit, und jede thermische Nachbehandlung ist unnötig bzw. eliminiert. Wegen der großen Zahl der Verbindungsbrechansätze zwischen den Werkstücken eines WerkstUckpaares einerseits und den Gießköpfen und den Werkstücken andererseits können diese Verbindungen recht verminderte Quermaße haben, in jedem Falle erheblich unter dem Durchmesser der Gießköpfe, so daß die Kühlung, selbst wenn sie allgemein angewendet wird und selbst auf Werkstücken ziemlich kleiner Abmaße, recht selektiv oder trennscharf bleibt, denn es interessieren im Grunde, auch aufgrund der Schnelligkeit der Temperaturabnahme und der recht

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schwachen thermischen Leitfähigkeit der Gießlinge, nur genau die Verbindungszonen am Brechansatz, was in zweierlei Hinsicht interessant ist, nämlich vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt und der Beibehaltung der körperlichen und physikalischen Eigenschaften des Metalls.

Die Zerbrechlichkeit bzw. Sprödigkeit der auf sehr niedrige Temperatur gebrachten Eisenmetalle ist bekannt, aber die Hauptanwendung, die man bis heute vorgenommen hat, ist so speziell und von dieser Erfindung unterschiedlich, daß jegliche Analogie entfallen mufi: Man hat eine Zerkleinerungsanlage für kompakte Pakete oder Bündel vorgeschlagen und realisiert, wie z.B. Autokarosserien, indem man die Gesamtheit der Massen an Eisen, welches vorherrscht, brüchig macht, bevor man diese Pakete der Tätigkeit eines Mahlwerkes unterwirft, dessen Leistung somit erheblich reduziert sein kann.

Es handelt sich hier um eine Anwendung der Versprödung von Metallen bei niedriger Temperatur, die sich von der Anmeldung aus mehreren Gründen unterscheidet, deren hauptsächlichen die folgenden sind:

Der Zweck ist sehr unterschiedlich: Im bekannten Falle handelt es sich um das Zerkleinern des Eisenwerkes und anderer Materialien in kleine Elemente, die dann mittels Magnet aussortiert bzw. klassiert werden können. Hier handelt es sich

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in einzigartiger" und hervorragender Weise um die Form- bzw. Gießtechnik von Werkstücken, die von der Wiedergewinnung diverser Metalle weit entfernt ist.

Wenn die verwendeten Mittel im wesentlichen analog sind, denn in den zwei Fällen wird ein Kühltunnel oder dergleichen mit flüssigem Stickstoff verwendet, sind ihre Funktionen doch unterschiedlich Im bekannten Falle handelt es sich um das Kühlen eines vorkompaktierten Eisenwrkpaketes bis auf den Kern, und die ganze Eisenmasse wird auf die Versprödungstemperatur gebracht. Im Gegenteil wird erfindungsgemäß die Gruppe von Werkstücken in differenzierter Weise gekühlt und nur die kleinsten Teile, insbesondere die Verbindungen mit Brechansätzen, werden bis auf den Kern gekühlt.

Trotz einer gewissen Ähnlichkeit in den verwendeten Kühlmitteln zwischen dem bekannten Falle und dem gemäß der Erfindung stellt sich seit vielen Jahren in der gesamten Gießereitechnik oder Formtechnik das Problem der Gießkopfentfernung von den Gruppen von paarweise geformten Werkstücken aus ductilen Roh-Gießereigußeisen, und es ist doch kein Fachmann auf die Idee gekommen, daß man in nützlicher Weise insbesondere in der Formtechnik eines speziellen Gießlings oder Gußeisens die Tiefsttempera turversprödung verwenden könnte. Es sind sicher keine einfachen wirtschaftlichen Überlegungen über den Kühlkreis, die ein Zurückweisen dieser Tiefsttemperaturversprödungstech-

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nik motiviert haben, denn einerseits ändert sich der Preis des Kühlmittels seit vielen Jahren nicht wesentlich, und andererseits hätte eine solche Deduktion oder ein solcher Abzug nur wirklich bei der Versuchsfolge dazwischen treten können, und keine Veröffentlichung wurde über solche Versuche gemacht. Und selbst wenn dies der Fall gewesen wäre, diese Versuche, die notwendigerweise unfruchtbar gewesen wären, denn es folgte ihnen keine Ausnutzung, im Gegensatz

zu Schlüssen, zu denen die Erfinder gelangt sin! , wären entgemacht weder auf den Formtechniken oder Formgießlingen/ die sich von denen unterscheiden, welche Gegenstand der Erfindung sind, also wahrscheinlich für die Tiefst temperaturbehandlung, wie beschrieben, ungeeignet sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkel ten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer noch in der Form angeordneten Gruppe von Formwerkstücken,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Paares von geformten Werkstücken, von oben gesehen,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht desselben Paares von geformten Werkstücken, von unten gesehen, und

Fig. 4 die Kühlanordnung.

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Nach den Figuren 1-3 ist eine Gruppe von Formwerkstücken 2 in einer Form 3 gegossen, die von einem Untergestell k und einem Obergestell 5 gebildet wird, wobei beide eine Sandmatrize 6 und 7 aufweisen, in welcher Abdrücke 8 und 9 gebldet sind, zwischen denen ein oder mehrere Verstrebungskerne 10 angeordnet sind, um einen Trennraum zwischen zwei Formwerkstücken 2a und 2b von je vier Werkstückpaaren 11, 12, 13 und 14 sicherzustellen. Die Abdrücke 8 und 9 gestatten also die Formung oder das Gießen in der Art, daß ein geformtes Werkstück 2a eines beliebigen Paares 11-14 auf einer Seite der Verbindungsebene 15 im Untergestell 4 sowie auch das andere Formwericstück 2b desselben Paares 11—14 hinsichtlich des Werkstückes 2a auf der anderen Seite bezüglich der Verbindungsebene 15 im Obergestell 5 angeordnet ist. Jedes Paar von Werkstücken 2a, 2b wird durch einen Zweigleitungskanal 16, der einen Ableitstrang 17 bildet, versorgt, wobei der Ableitstrang 17 von einem Hauptspeise- bzw. Versorgungskanal 18 ausgeht, welcher einen Hauptstrang oder Hauptgießtrichter 19 bildet, der durch eine vertikale Leitung 20 gespeist ist, die einen Speisegießtrichter 21 bildet, und zwar ganz derart, daß die Verbindung des Hauptgießtrichters 19 mit jedem Ableitstrang oder Ableitgießtrichter 17 durch einen Brechansatz 22 gebildet ist.

Angüsse oder Gießköpfe werden an verschiedenen Metallablaufstellen gebildet. Beispielsweise sieht man zwei Gießköpfe und 2k, von denen der eine an einer hohlen Stelle und der

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andere an einer niedrigen Stelle des Ableitgießtrichters geformt ist, sowie zwei Gießköpfe 25 und 25' mit kräftiger

vor
Form/ die am Rand mit den Werkstücken 2a und 2b durch eine obere Verbindung 26 (Verbindung mit dem Werkstück 2b) und eine untere Verbindung 26' (Verbindung mit dem Werkstück 2a) verbunden sind, wobei die zwei Verbindungen jeweils einen Brechansatz 27 längs des Randes der Werkstücke 2a und 2b aufweisen. In gleicher Weise sind Gießköpfe 28, 29, 30 und 31 kleinerer Form an diversen anderen Stellen am Rand an den Werkstücken 2a und 2b angeformt, jeder mit zwei Verbindungen mit Brechansätzen 32, 33 an den Werkstücken 2a und 2b.

Nachdem der Gießling mit Kugelgraphit verfestigt und hinreichend gekühlt ist, kann das Ausformen stattfinden. Das Brechen der Gruppe 1 längs der Brechansätze 22 in ebenso viel Paaren 11, 12, 13 und 14 kann ohne zu große Schwierigkeit derart erfolgen, daß die kompakten Elemente 50 gebildet werden,

denen

von/eines in Fig. 2 dargestellt ist, welches vom Hauptgießtrichter oder Hauptstrang 19 und vom Versa^ungsstrang 21 abgezweigt ist. Diese Elemente 50 werden in Gitterkörben kl angeordnet, die von einem Förderer 4o abgehängt sind und durch einen Kühltunnel k2 führbar sind, der einen unterstromigen oder abstromseitigen Teil k"} aufweist, der einen Behälter für den flüssigen Stickstoff bildet, und einen oberstromigen oder aufstromigen T_Qil kk aufweist, welcher eine Vorkühlzone mit Stickstoffdampf bildet, der von einem Ventilator oder Gebläse k$ durchrührt wird. Durch nicht beschrie-

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bene Mittel, die Höhenreguliermittel für die Körper h1 vom Förderer 4θ aus sind, laufen die Körbe nacheinander in der Vorkühlzone hh , dann eine gewisse Zeit lang in der- Tauchzone 43 um, wobei die Zeit wohlverstanden von den Maßen der Werkstücke und insbesondere den Maßen der Verbindungen zwischen den Werkstücken 2a und 2b und zwischen den Gießköpfen und Werkstücken 2a und 2b abhängt. Im allgemeinen beträgt die Aufenthaltsdauer in deiTVorkühlzone hk einige Minuten, und die Tauchdauer in dem flüssigen Stickstoff im Bereich k"} dauert 1 bis 3 Minuten. Danach werden die Körbe k\ auf einen Brechtisch k6 gebracht, auf welchem die diversen kompakten Elemente 50 mechanischen Stößen unterworfen werden, um die Verbindungen zwischen Ableitstrang 17 und Werkstücken 2a, 2b zwischen den Werkstücken 2a und 2b und zwischen den Gießköpfen und den Werkstücken 2a und 2b zu brechen. Wohlverstanden kann man zur Durchführung dieser Trennung durch Stöße die Handarbeit oder geeignete Erschütterungs- oder Schlagwerkzeuge verwenden.

Die Erfindung betrifft ausschließlich das Gießformen als Paar von gegossenen Werkstücken aus ductilem Rohgußeisen.

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IC

Leerseite

Claims

Dr. Hans-Heinrich Willrath t d-62wiesbaden 28. März 1977

Dr. Dieter Weber 2 7 H 1 O 7 ^{Posttadl 6145 s/pf}

T-V. ι l-\t 1S\ C -rf Gu»t«v-Freyi»n-Str·*» ti

Uipl.-Fhys. Klaus beittert * <^o6isi» ⁱ⁷ⁱ⁷*°

TfltKtamme.(r.-sse: WILLPATENT

PATENTANWÄLTE Telex: 4-186847

Serie 2.2^9

L¹AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE 75, Quai d'Orsay, 75007 Paris - Frankreich

und

SOCIETE BRETONNE DE FONDERIE ET DE MECANIQUE Zone Industrielle des Kerpont Caudan, Lanester,

Frankreich

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG METALLISCHER FORMSTÜCKE

Priorität vom 2. April 1976 in Frankreich aufgrund der französischen Anmeldung Nr. 76 09.701

Patentanspruch

Verfahren zur Herstellung von Gieflformwerkstucken in Sand unter Bildung einer Traube oder Gruppe von Gießformstücken, welche Gießtrichter oder Stränge und Gießköpfe aufweisen, welche dann einer Trennung durch mechanische Stöße unter zogen wird, die Trennbrüche an zuvor vorgesehenen Ansatz-

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Pos»*edr Fr«nkfurt/M.in 6761-60S Bank: Dresdner Bank AG. Wiesbaden. Konto-Nr. 876807

ORIGINAL INSPECTED

stellen schaffen, wobei die Ansätze am Rand an jedem Foriuwerkstück an diesen Gießköpfen geformt sind und wobei Gießtrichter oder Stränge und andere Verbindungen zwischen den Werkstücken vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden drei Maßnahmen:

(a) Die Werkstücke haben bezüglich den Gießgestellen recht kleine Bemessungen, man ordnet die Formabdrücke dieser Werkstücke paarweise so an, daß jedes Paar auf beiden Seiten einer Formverbindungsebene angeordnet ist und dazwischen mindestens ein Verstrebungskern angeordnet ist und Mehrfach-Verbindungszonen zwischen zwei Werkstücken eines Werkstückpaares quer zur Formverbindungsebene vorgesehen sind, ggf. unter Trennen oder Wegnehmen der Bildung von Gießköpfen;

(b) das gegossene Metall ist ein Gußeisen bzw. Gießling und man verfährt in an sich bekannter Weise mit einer Verarbeitung, welche einen ductilen Rohgießling erzeugt;

(c) vor der Trennung durch mechanische Stöße ist eine allgemeine Kühlung der Gruppe mit mindestens zwei Werkstücken eines Paares in einer Kühlzone vorgesehen, welche eine Tauchzone aufweist in einem Becken oder Bad mit flüssigem Stickstoff nach einer Vorkühlzone durch somit verdampfte Stickstoffdämpfe; diese allgemeine Kühlung erfolgt während gewisser Zeit, die gerade ausreicht, um die

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Versprödungstemperatur des Gießlings an der Stelle der Brechansätze zu erreichen, wonach sogleich die Trennung durch die mechanischen Stöße erfolgt.

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