DE2729598A1

DE2729598A1 - Verfahren zur behandlung von geschmolzenem metall beim schleuderguss

Info

Publication number: DE2729598A1
Application number: DE19772729598
Authority: DE
Inventors: John Rudolph Nieman
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1976-09-08
Filing date: 1977-06-30
Publication date: 1978-03-09
Also published as: IT1084755B; FR2364080A1; US4036279A; GB1526908A

Description

CATERPILLAR TRACTOR CO., Peoria, Illinois, V.St.A.

Verfahren zur Behandlung von geschmolzenem Metall beim Schleuderguß

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Metallgusses and zwar insbesondere auf den Schleuderguß, wo geschmolzenes Material radial nach außen gegen eine Formoberfläche durch )rehung der Oberfläche geschleudert wird.

Viele zylindrische Teile, wie beispielsweise Gußeisenrohre, --ohrförmige Gußstücke, Lager und dgl., werden nach dem Schleudergußverfahren hergestellt. Obwohl dieses grundsätzliche Verfahren zur Massenproduktion von zylindrischen Teilen sich als außerordentlich wirkungsvoll herausgestellt hat, so besteht doch eine der Schwierigkeiten darin, bei diesem Verfahren die MikroStruktur des Gußstückes zu steuern, und zwar insbesondere dann, wenn das Gußstück aus Gußeisen besteht. Die physikalischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von Gußeisen werden durch die Hinzufügung verschiedener Behandlungsmaterialien zum geschmolzenen Grundmetall gesteuert.

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TLEFO. : (089) »MZ7

TELEX: S-Z 3· (MtWd

Ein Verfahren zum Hinzufügen von Behandlungsinaterialien zum geschmolzenen Eisen im Rahmen des Chargenverfahrens best-jht darin, daß eine abgemessene Menge eines Behundlungsagens in das geschmolzene Eisen in der Gießpfanne hineingegeben wird, und zwar vor dem Ausgießen des geschmolzenen Eisens in die Form hinein. Der Effekt der Behandlungsagenzien hängt jedoch von der Zeit ab und hat die Tendenz, unmittelbar nach der Vermischung mit dem geschmolzenen Eisen zu verschwinden (fading-Effekt). Das heißt also, daß selbst eine geringe Verzögerung beim Gießverfahren einen Verlust an Behandlungsagenzien bedeutet, so daß das sich ergebende Gußstück nicht die richtige MikroStruktur aufweisen wird.

Ein anderes Verfahren zum Hinzufügen des Behandlungsagens zum geschmolzenen Eisen besteht darin, daß man das Behaivllungsagens in Pulverform von einem Trichter aus in einen Strom aus geschmolzenem Eisen gibt, der durch den Gießkanal un 1 in eine Form fließt. Eines der dabei auftretenden Probleme ist jedoch darin zu sehen, daß de als Masse oder in Pul/erform vorhandenen Behandlungsagenzien die Tendenz zeigen, Feuchtigkeit aufzunehmen, und zwar sowohl bei der Aufbewahrung .-ils auch im Gebrauch. Wenn jedoch das Behandlungsag ins nicht trocken gehalten wird, so hat die Feuchtigkeit das Bestreben, Nadellöcher in dem sich ergebenden Hohlraum her/orzuiufen. Ferner ist die Umgebung, in der das gepulverte Jehandlungsagens aufbewahrt wird, bestrebt, e;.n Verbacken Jes ! ehandlungsagens im Trichter hervorzurufen, was eine geniue Zumeßung des Behandlungsagens voi» Trichter aus schwer steuerbar macht. Die ungleichmäßige Verteilung ruft auch eine .eilweise oder unvollständige Auflösung hervor, so daß Einscilüsse verbleiben, welche für die Qualität des erzeugten Produktes nachteilig sind.

Die Erfindung hat sich zum Ziel cesetzt, ein Verfahren ζ ir zentrifugalen Ausbildung von Eisengußstücken vorzusehen, wobei die MikroStruktur des Gußstückes durch die Hinzufügung von Handlungsagenzien zum geschmolzenen Eisen gesteuert wird, und zwar zu dem geschmolzenen Eisen, welches in eine sich

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drehende Gußforni eingegossen wird. Die Erfindung hat sich ferner zum Zii-L gesetzt, ein soiches Verfaliren zur zentrifugalen Ausbildung von duktilen Gußeisenstücken derart vorzusehen, daß ein Drahtzuführungs-Verfahren verwendet wird, um ein Nodulisierungsagens (Kornbildungsagens) in Drahtform dem geschmolzenen Eisen hinzuzufügen, welches in die sich drehende Gießform gegossen wird.

Weitere V< t teile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine er)/Lnilungsqemäße Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Metall bei Schleudergußstücken.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und umfaßt eine Drahtzuführungsvorrichtung zur Zuführung oder Eingabe eines Buhandlungsagens in Drahtform über ein erfindungsgemäßes Führungsrohr angeordnet benachbart zu einer Gießrinne, die in das Innere einer hohlen, sich drehenden Gießform ragt, wobei der Drc-.ht beim Austreten aus dem Führungsrohr in einen Strom aus geschmolzenem Grundmetall eingegeben wird und sich mit diesem schmelzbar vermischt, und zwar dort, wo das Metall vom Abgabeende der Gießrinne aus in die Gießform läuft.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist das geschmolzene Grundmetall geschmolzenes Gußeisen und das Behandlungsagens ist Magnesium oder eine Magnesiumlegierung, wobei die Hinzufügung mit einer vorbestimmten Rate bezüglich der Gießrate des geschmolzenen Gußeisens derart erfolgt, daß ein duktiles Eisengußstück erzeugt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Langgestreckte, hohle, zylindrische Gießform 10, die drehbar auf einer Vielzahl von Rollen 11 getragen wird, und zwar einer horizontalen Zentrifugalgußmaschine 12 der Zapfen-Bauart. Die in der Zeichnung

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gezeigte Gußform besitzt eine äußere Metalldrehform 13 und eine innere Sandkernauskleidung 14. Alternativ kann die Gießform eine «lurch Flüssigkeit gekühlte Gießform sein, die innere und äußere zylindrische Hülsen aufweist, welche durch einen Ringraum getrennt sind, durch welchen eine Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser zirkuliert wird, um die Innenhülse zu kühlen.

Die Zentrifugalgießmaschine 12 besitzt eine Basis 16 mit einer Vielzahl von sich nach oben erstreckenden Lagerblöcken 17,um die Rollen 11 drehbar zu lagern. Eine Antriebswelle 18 itt antriebsmäßig mit den Rollen verbunden und wird durch einer Elektromotor 19 über eine Riemenscheiben- und Antriebsriemenanordnung 21 angetrieben. Ein Paar von oberen Rollen 22 ist in geeigne tar Weise an der Basis derart befestigt, daß sie mit der Form 13 in Rolleingriff stehen, um die Gießform an den Stützrollen zu halten. Auf diese Weise ruft die Einschaltung des Elektromotors die Verdrehung der Gießform mit eim^%l vorbestimmten Geschwindigkeit hervor, die ausreicht, um durch die Zentrifugalxraft das eingegossene geschmolzene l·'- i all mit konstantem Druck gegen die Innenober fläche der Gießform zu :. rücken. Die Basis ist an einer Vielzahl von Rädern 23 befestigt, um die Gießmaschine in Richtung der Längsachse der Gießform bewegen zu können.

Eine langgestreckte Gießrinne 26 ist vorgesehen und wird an dem geschmolzenes Eisen aufnehmenden Endteil 27 durch einen stationären Rahmen 28 getragen, während sich ein Abgabeende 29 in die hohle Gießform hineinerstreckt. Vorzugsweise verläuft di& Gießrinne geneigt, so daß das Abgabeende niedriger angeordnet ist als das Aufnahmeende, um die zum Abgabeende hindurchgehende Strömung von geschmolzenem Eisen zu erleichtern. Das Auf: ahmeende ist in geeigneter Weise ausgeformt, um eine Strömung geschmolzenen Basiseisens 31 aufzunehmen, welches aus einer Gießpfanne mit einer gesteuerten vorbestimmten Gießrate eingegossen vird-

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Erfindungsgeniäß ist ein Führungsglied oder ein Rohr 33 benachbart zur Gießrinne 26 angeordnet und ist am Oberteil der Gießrinne befestigt, wobei das nach innen angeordnete Ende nach unten zum Strom aus geschmolzenem Eisen 31 hin abgewinkelt ist, ein Eisenstrom, der vom Abgabeende der Gießrinne wegfließt. Das entgegengesetzte Ende des Führungsrohrs ist derart angeordnet, daß es einen Draht 34 aus Behandlungsagens aufnimmt, wobei dieser Draht selektiv durch eine Drahteingabevoi richtung 36 eingegeben wird. Ein Drahtvorrat wird von einer Spule oder einem Wickel 37 getragen, welch letztere drehbar am Rahmen 28 angeordnet ist. Die Drahteingabevorrichtung umfaßt eine Vielzahl von Rollen 38, von denen mindestens eine durch einen Elektromotor 39 in irgendeiner geeigneten Weise angetrieben wird, und zwar beispielsweise durch einen direkten Antrieb oder über ein Untersetzungsgetriebe. Eine Geschwindigkeits-Steuervorrichtunc 41 ist am Motor befestigt und mit diesem betriebsmäßig verbunden, urn selektiv manuell die Drehzahl zu verändern und somit euch die Eingaberate des Drahtes durcli das Rohr. Der Draht kar η von irgendeiner geeigneten Art sein, welche die Fähigkeit besitzt, sich schmelzend mit dem geschmolzenen Metall zu vermischen, wobei oin derartiger Draht in U.S. PS-3 921 7OO (DT-OS 25 ΙΊ 573.5) beschrieben ist. Ein solcher Draht besitzt einen Kern aus Behandlungsagens in granulärer Form eingekapselt innerhalb eines Isoliermantels. Die Menge an Behandlungsagens pro Zoll Draht wird genau gesteuert und die Dicke des Isoliermantels ist derart ausgewählt,daß dieser ohne weiteres kurz nach dem Eindringen in den Strom aus geschmolzenem Eisen geschmolzen wird. Der Mantel schützt das Behandlungsagens gegenüber Feuchtigkeit in der Luft sowohl bei der Aufbewahrung als auch im Gebrauch.

Eine elektronische Abfühlvorrichtung 42, wie beispielsweise ein elektrisches Auge oder ein Infrarotfühler, ist oberhalb der Gießrinne angeordnet und mit einer elektronischen Zeitsteuervorrichtung 43 verbunden und wird durch das Vorhandensein geschmolzenen Eisens in der Gießrinne aktiviert. Die Zeitsteuervorrichtung 43 ist ihrerseits mit der am Elektromotor 39 befestigten Drehzahlsteuervorrichtung 41 verbunden und dient zum

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automatischen Starten und Stoppen des Elektromotors. Die elektronische Fühlvorrichtung, die elektronische Zeitsteuervorrichtung und der Elektromotor 39 sind in geeigneter Weise mit einer elektrischen Spannungsquelle in dor üblichen Weise verbunden.

Erfindungsgemäß wird unmittelbar vor Beginn des Gießvorgangs die Temperatur des geschmolzenen Eisens in der Gießpfanne 32 durch irgendeine bekannte Temperaturmeßvorrichtung gemessen; nachdem die Temperatur des Eisens bekannt ist und da das Eisen aus der Gießpfanne mit einer vorbestimmten GLeßrate ausgegossen wird, wird die Geschwindigkeitssteuerung 41 manuell eingestellt, um eine Drahtzuführungsrate zur Hinzufügung einer vorbestimmten gesteuerten Menge an Behandlungsagens zum geschmolzenen Eisen für diese Temperatur und Gießrate vorzusehen. Die Drahteingaberaten wurden natürlich für die verschiedenen Kombinationen von Gießraten und Temperaturen zuvor entweder experimentell oder durch Berechnungen bestimmt.

honn sich die Gießvorrichtung 12 anfangs in der dargestellten Stellung befindet, so wird der Elektromotor 19 eingeschaltet, um die Gießform 10 mit der vorbestimmten Drehzahl zu verdrehen. Sodann wird die Gießpfanne 32 gekippt, um geschmolzenes Basiseisen in das Aufnahmeende 27 der Gießrinne 26 mit der gesteuerten Gießrate zu gießen. Wenn das geschmolzene Eisen durch die Gießrinne fließt, so wird die elektronische Fiihlvorrichtung 42 dann aktiviert, wenn die Vorderkante des Stromes aus geschmolzenem Eisen an einem vorbestimmten Punkt darunter vorbeiläuft, wodurch die elektronische Zeitsteuervorrichtung 43 betätigt wird. Erfindungsgemäß ist in der Zeitsteuervorrichtung eine Verzögerung voreingestellt, um den Elektromotor 39 der Drahtzuführungsvorrichtung 36 eine vorbestimmte Zeit nach dem Starten der Zeitsteuervorrichtung zu starten. Die vorbestimmte Zeit ist ungefähr diejenige Zeit, die erforderlich ist, damit die Vorderkante zwischen dem vorbestimmten Punkt und dem Abgabeende der Gießrinne laufen kann, wobei diese vorbestimmte Zeit durch Zeitnahme des Flusses aus geschmolzenem Metall zwischen diesen

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Punkten bestimmt wird. Der Draht ist in das Führungsrohr bereits vorher eingegeben, so daß das Ende des Drahtes etwas über das Innenende des Rohres hinausragt. Hin derartiger Zustand tritt normalerweise automatisch auf, wenn die Drahteingabevorrichtung am Ende jedes Gießvorgangs angehalten wird. Nachdem die eingestellte Zeitverzögerung in der Zeitsteu^rvorrichtung vorbei ist, aktiviert die Zeitsteuervorrichtung automatisch den Elektromotor durch die Geschwindigkeitssteuerung 41, wodurch der Draht 34 durch das Führungsrohr 33 jingegeben wird, so daß das Ende des Drahtes in den Strom aus geschmolzenem Eisen eingegeben wird, wenn dies vom Abgabeende der Gießrinne abgegeben wird. Der Draht wird erfindungsg-jinäß kontinuierlich an einem vorbestimmten Abstand unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Eisens geschmolzen, wo die bestandteile des Drahtes schmelzend mit dem geschmolzenen ^isen vermischt werden, wenn dieses in die Gießform fließt. Der Draht wird kontinuierlich in den Strom mit einer festen ¹Ungaberate eingegeben, und zwar bestimmt durch die Geschwindigkeitssteuerung solange wie geschmolzenes Eisen durch die Gießrinnt ließt, um so in gleichförmiger Weise das ganze geschmolzene Eisen zu behandeln.

Nachdem eine Anfangsmenge der Mischung aus geschmolzenem Eisen und Behandlungsagens in die Gießform 11 eingegossen ist, wird die Gießvorrichtung 12 in der üblichen Weise nach links bewegt, so daß die Gießform entlang ihrer Längsachse bewegt wird und das geschmolzene Eisen wird schraubenlinienförmig innerhalb der Gießform abgegeben. Nachdem die gewünschte Eisenmenge in die Gießform eingegossen ist und die Eisenströmung durch die Gießrinne sowie die Drahtzuführungsvorrichtung abgestoppt sind, setzt sich die Drehung der Gießform fort, bis sich das Eisen in einem hinreichenden Ausmaß verfestigt hat, um in einer dauerhaften Form zu verbleiben.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur zentrifugalen Behandlung von geschmolzenem Metall in Gußstücken, wobei eine langgestreckte hohle Gußform auf einer Vielzahl von Rollen getragen wird, und zwar mit der Längsachse im wesentlichen horizontal verlaufend, und wobei ferner eine Gießrinne mit ihrem Abgabeende innerhalb der hohlen Gießform angeordnet ist, während das Aufnahmeende der Gießrinne außerhalb der hohlen Gießform sich befindet und das Abgabeende niedriger angeordnet ist als das Aufnahmeende, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Anordnung eines Führungsgliedes (3 3) benachbart zur Gießform, wobei eines der Enden benachbart zum Abgabeende der Gießrinne angeordnet ist,

Verdrehung der Gießform durch Kraftantrieb von mindestens einer der Rollen,

Eingießen eines geschmolzenen Basismetalls (31) aus einer Gießpfanne (32) in das Aufnahmeende der Gießrinne (26) , so daß das geschmolzene Basismetall in einem Strom durcli die Gießrinne und von dem Abgabeende in die sich drehende Gießform fließt, Zuführen eines Behandlungsagens in Drahtform (34) von einer Drahtzuführungsvorrichtung (36) aus längs des Führungsgliedes (33) und in den Strom des geschmolzenen Basismetalls hinein, und zwar benachbart zum Abgabeende der Gießrinne zum schmelzenden Mischen damit,

und Steuerung der Drahtzuführungsvorrichtung und somit der Zuführungsrate des Drahtes direkt proportional zur Strömungsrate des ei schmolzenen Basismetalls durch die Gießrinne.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform entlang ihrer Längsachse gleichzeitig mit dem Gießen des geschmolzenen Metalls in die sich drehende Gießform bewegt wird.

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J. Verfuhren nach Anspruch 1 und/oder 2, <jekennzeichnet durch die Voreinstellung einer Verzögerung in der Zeitsteuervor richtung (4J) zum Starten der Drahtzuführungsvorrichtung zu einer vorbestimmten Zeit nach Betätigung der Zeitsteuervorrichtung und zur Betätigung der Zeitsteuervorrichtung dann, wenn die Vorderkante des geschmolzenen Metalls an einem vorbestimmten Punkt in der Gießrinne nach dem anfanglichen Eingießen des geschmolzenen Metalls in diese hinein betätigt wird .

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Betätigens der Zei ta teuervorric'itung die folgenden Anfangsschritte umfaßt:

Bestimmung der vorbestimmten Zeit durch zeitliche Bestimmung der Strömung des geschmolzenen Metalls von dem vorbestinu iten Punkt zum Abgabeende der Gießrinne, und Anordnung der elektronischen Fühlvorrichtung (42) zum Starten der Zeitsteuervorrichtung dann, wenn die Vorderkante des geschmolzenen Metalls an dem vorbestimmten Punkt vorbeiläuft.

5. Verfahren zum zentrifugalen Ausbilden eines dukti cn Eisengußstückes unter Verwendung folgender Schritte: Halterung einer langgestreckten hohlen Gießform (10) sowohl für eine Drehung um eine Längsachse als auch für eine Trans-Ια tionsbewegung längs dieser Achse, Anordnung der Gießfc m derart, daß eine Gießrinne (26) sich mit ihrem Abgabeendt in die Gießform hineinerstreckt, während das Aufnahmeende ausserhalb der Gießform angeordnet ist und auf einem höheren Niveau liegt als das Abgabeende, gekennzeichnet durch Anordnen eines Führungsgliedes (33) benachbart zur Gießrinne mit einem der Enden benachbart zum Abgabeende der Gießrinne, Verdrehung der Gießform, Eingießen eines geschmolzenen Besiseisens (31) aus der Gießpfannne (32) in das Aufnahmeende der Gießrinne derart, dass das geschmolzene Basisuisen in ei rein Strom durch die Gießrinne fließt und vom Abgabeende aus in die sich drehende Gießform,

Zuführung eines Drahtes (34), der mindestens einen Teil an

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Magnesium enthält, wobei die Zuführung von einer Drahtzuführungsvorrichtung (36) aus längs des Führungsgliedes und in den Strom des geschmolzenen Basiseisens hinein erfolgt, und zwar benachbart zum Abgabeende der Gießrinne zum schmelzbaren Vermischen mit dem Eisen,

Translationsbewegung der Gießform entlang der Längsachse gleichzeitig mit dem Gießen des geschmolzenen Eisens in die sich drehende Gießform hinein,

und Steuerung der Drahtzuführungsvorrichtung und somit der Zuführungsrate des Drahtes in direkter Proportion zur Strömungsrate des geschmolzenen Basiseisens durch die Gießrinne.

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