DE2923252A1

DE2923252A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von metallformteilen durch sauggiessen

Info

Publication number: DE2923252A1
Application number: DE19792923252
Authority: DE
Inventors: Sankar P Iyer
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1978-07-03
Filing date: 1979-06-08
Publication date: 1980-01-17
Also published as: GB2024677A; FR2430283A1; JPS5510397A; AU4805679A; GB2024677B; BR7904134A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallformteilen durch Sauggießen

Die Erfindung betrifft ein Gießverfahren, insbesondere ein Verfahren zum Saugguß von Formteilen, wie Schweißstäben oder -drähten, wobei gleichmäßigere Gußstücke mit gleichmäßigerer glatter Oberfläche, als dies bisher möglich war, insbesondere Bor enthaltende Stäbe, erhalten werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das Sauggießen von Metallen ist nicht neu. Beispielsweise beschreiben die US-PSen 1 488 545, 1 514 909, 1 763 710, 1 825 958, 2 379 401, 2 537 625 und 3 583 471 Formen und Verfahren zum Gießen auf diesem Wege. Die ÜS-PSen 2 537 625 und 3 583 471 beschreiben speziell Verfahren zum Gießen von Stäben unter Anwendung von Vakuum als Antriebskraft beim Gießvorgang. Leider haften diesen Gießverfahren zahlreiche Probleme an, die ihre allgemeine Anwendung verhinderten. Eine der erwünschteren Anwendungen eines solchen Verfahrens ist die Herstellung von Schweißstäben aus geschmolzenen Superlegierungen durch Ansaugen der Metallschmelze in hohle Glasrohre. Ein größeres Problem bei dieser Arbeitsweise ist die Entfernung der zerbrechlichen Form (Glas) und gleichzeitig die Aufrechterhaltung der erwünschtesten physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Metalls. Dies gilt besonders für borhaltige Legierungen, bei denen von der Anmelderin festgestellt wurde, daß eine ungünstige chemische Reaktion zwischen dem Glasrohr, insbesondere im Falle von Borsilicatglasrohren, und der borhaltigen Legierung stattfindet. Die ungünstige chemische Reaktion hat ein verschlechtertes Metallprodukt zur Folge. Beispielsweise haftet ein Teil des Glases am Metall. Der Mechanismus dieser Reaktion ist noch nicht völlig geklärt,

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- 5 jedoch sind ihre Wirkungen offensichtlich.

Diese Probleme werden durch das Verfahren und die Arbeitsweise gemäß der Erfindung gelöst. Hierzu wurden erfindungsgemäß Verfahren zur Regelung des Arbeitsschrittes des Sauggießens in einer solchen Weise entwickelt, daß gleichmäßige Entfernung der Form erzielt wird und unbeschädigte, gerade Stäbe mit glatten Oberflächen erhalten werden und hierdurch die gewünschten physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Metalls im wesentlichen ohne eine aggres- ^O sive chemische Reaktion erhalten bleiben.

Gegenstand der Erfindung ist ein Sauggußverfahren, bei dem man ein Ende einer hohlen zerbrechlichen Form, beispielsweise eines Rohres, mit einem Vakuumanschluß verbindet, wobei Vorrichtungen vorgesehen sind, mit denen das Vakuum

^5 so geregelt wird, daß beim Anlegen des Vakuums am unteren Ende der Form das Vakuum in geregelter Weise so zunimmt, daß die Turbulenz im Strom der Schmelze, die zu Oberflächenfehlern führt, weitgehend ausgeschaltet wird, das andere Ende der Form in eine zu vergießende Metallschmelze taucht, Vakuum in einer Höhe, die zur Temperatur des Metalls so in Beziehung steht, daß das Metall in der Form schnell steigt, an die Form legt und die Form aus der Metallschmelze entfernt, während man sie unter Vakuum hält, bis das Metall erstarrt ist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die zerbrechliche Form abschreckt und schnell kühlt und sie hierdurch von dem in ihr enthaltenen Metall losbricht und gleichzeitig das Metall in der Form abschreckt, um die gewünschten physikalischen und mechanischen Eigenschaften aufrecht zu erhalten, und die Form vom erstarrten Gußstück entfernt.

Vorzugsweise wird die Form mit Inhalt senkrecht aus dem Metallbad gezogen und dann zur Austragstation geführt, indem sie in der Art einer Sinuswelle langsam bis zu einem Maximum beschleunigt und dann allmählich bis zum

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Stillstand verlangsamt wird, wodurch verhindert wird, daß die Form und das darin enthaltene Metall während des Austragens gebogen oder gebrochen werden. Vorzugsweise werden für die Zwecke der Erfindung Glasrohre als Formen verwendet, wobei solche aus Borsilicatglas bevorzugt werden. Bei der bevorzugten Arbeitsweise gemäß der Erfindung wird ein Zwischenbehälter oder Zwischenspeicher in der Vakuumleitung verwendet, um zu dem Zeitpunkt, zu dem das Ansaugen beginnt, ein vorbestimmtes Vakuum einzustellen und hierdurch die sonst beim Beginn des Gießens auftretenden plötzlichen Änderungen des Vakuums zu vermeiden. Das andere oder untere Ende der Rohre, die in die Metallschmelze tauchen, kann kegelstumpfförmig ausgeweitet werden, um sein Verschließen unter der Einwirkung der hohen Temperatur zu verhindern oder zumindest zu verzögern.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch zur Herstellung von hohlen Metallrohren angewendet werden, wobei man das gefüllte zerbrechliche Rohr schnell herauszieht und das Vakuum aufhebt, damit das geschmolzene Metall aus der Mitte des Stabes unter Bildung eines Hohlkörpers herauslaufen kann. Ferner kann das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung anderer Formteile mit Hilfe einer entsprechend ausgebildeten Form angewendet werden.

Die Vorrichtung, die im Rahmen der Erfindung vorzugsweise verwendet wird, weist die folgenden Teile auf: Eine Formensammeistation, in der bei einer bevorzugten Ausführungsform mehrere Glasrohre eingesetzt und mit Abstand zueinander gehalten werden; einen Turm (mandrel) mit mehreren senkrecht bewegten, nebeneinander angeordneten Vakuumköpfen, die den gleichen Abstand zueinander wie die Rohre in der Formensammeistation aufweisen und so ausgebildet sind, daß sie an einem Ende die unter Vakuum zu füllenden, in die Formensammeistation einge-

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setzten Rohre umschließen; Bauteile zur Überführung der Glasrohre von der Formensammelstation zu den Vakuumköpfen; Bauteile zum Bewegen des Turms über ein Metallbad; Schaltvorrichtungen, die den Turm über dem Metallbad so zum Stillstand bringen, daß ein Kopf darüber allgemein zentriert ist; Bauteile, die den zentrierten Kopf absenken und anheben und hierdurch das andere Ende der Glasrohre in die Metallschmelze tauchen und aus der Schmelze herausziehen; Bauteile zum Anlegen von Vakuum an den zentrierten Kopf, wenn das andere Ende der Glasrohre in die Metallschmelze taucht, und zum Aufrechterhalten des Vakuums, bis das Metall in den Glasrohren erstarrt ist; Bauteile, die die gefüllten Rohre durch einen sinuskurvenförmigen Weg der Beschleunigung und Verlangsamung führen; Kühlorgane, die so ausgebildet sind, daß sie die Glasrohre schlagartig kühlen, so daß diese von dem in ihnen enthaltenen Metall abplatzen, und das in den Glasrohren enthaltene Metall bis zur Einstellung der gewünschten physikalischen Eigenschäften abschrecken; einen unter den Kühlorganen angeordneten Stabförderer, der die Metallstäbe und das Glas von den Kühlorganen aufnimmt und das abgetrennte zerbrochene Glas durchfallen läßt; einen unter dem Stabförderer quer zu diesem angeordneten Glasförderer, der das durch den Stabförderer fallende zerbrochene Glas aufnimmt, sowie Glasentfernungsorgane, die die Stäbe zur Entfernung des daran haften gebliebenen Glases aufnehmen.

f.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Sauggußvorrichtung zur Herstellung von Stäben.

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Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der Glasrohr-Sammelstation,

Fig. 4 zeigt als Stirnansicht die Glasrohr-Sammelstation und Bauteile zur Überführung der Rohre zum Turm.

Fig. 5 zeigt einen senkrechten Schnitt durch die in Fig. dargestellte Vorrichtung zum Gießen von Stäben.

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 3 dargestellte Glasrohr-Sammelstation.

Fig. 7 zeigt als Teilansicht einen Schnitt längs der Linie VII-VII von Fig. 6.

Fig. 8 zeigt als Seitenansicht teilweise im Schnitt ein im Rahmen der Erfindung verwendetes Glasrohr.

Fig. 9 zeigt als Seitenansicht teilweise im Schnitt die Bauteilgruppe zum Austragen des zerbrochenen Glases.

Die Abbildungen zeigen eine Rohrsammeistation 10, auf der die Glasrohre 11 auf ihren Seiten angeordnet und von einem gezahnten Rad 10a einer Mitnehmer aufweisenden Förderkette 10b und dann einem Hubhebel 12, der mit im Abstand zueinander angeordneten Fingern 13 versehen ist, die eine Schar von zwölf mit Abstand nebeneinander angeordneten Rohren halten, zugeführt werden. Ein Turm 20 mit zwölf Seiten, der in aufeinanderfolgenden Schritten durch einen Motorantrieb 20a von einer Rohrladestation 21 neben der Rohrsammeistation 10 zu einer Saugstation 22 und zu einer Entladestation 23 drehbar ist, ist an einem mehrstufigen ausziehbaren Fluidzylinder 14 in einem senkrechten Rahmen 15 vorgesehen. Der Turm 20 ist an senkrechten Führungen 16 beweglich. Der Turm 20 ist mit zwölf im Abstand zueinander angeordneten Köpfen 24, einem an jeder Seite des Turms, versehen. Jeder Kopf 24 ist seinerseits mit mehreren, vor-

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zugsweise zwölf Vakuumklemmen 25 versehen, die so ausgebildet sind, daß sie ein Ende eines Glasrohres 11 aufnehmen, das zur Herstellung eines Metallstabes dient. Die Glasrohre 11 werden an der Ladestation 21 an den Vakuumklemmen 25 eines Kopfes 2 4 befestigt. Dies wird durch Drehen des Hubhebels 12 aus der waagerechten Stellung auf der Rohrsammeistation 10 erreicht, wobei die Glasrohre auf die Vakuumklemmen 25 ausgerichtet v/erden. Die Rohre 11 werden durch einen Schieber 26 senkrecht nach oben in die Klemmen 25 bewegt. Der Turm 20 wird dann so bewegt, daß der Saugkopf 24 in die Saugstation 22 geführt wird. Der Kopf 24 ist auf im Abstand zueinander angeordneten Stäben 27, die sich auf dem Turm 20 senkrecht erstrecken, verschiebbar befestigt. Ein Druckluftzylinder 28 mit Kolben 28a ist über dem Turm 2t) an der Sauqstation befestigt. Der Kolben 28a ist mit einem geschlitzten Ende 28b versehen, das über den Flanschkopf 24a am Stift 24b, der am Kopf 24 befestigt ist, gleitet. Durch Einziehen des Kolbens 28a in den Zylindf'r und AusfahfcMi aus dem ZyLinder 28 wird dnr Kopf 24 angehoben und abgesenkt, um das freie Ende der Glasrohre 11 in die Metallschmelze 29 an der Saugstation 2 2 zu tauchen. Wenn die freien Enden der Glasrohre 11, die kegelstumpfförmig ausgeweitet sein können, in das Bad 29 eingeführt werden, wird durch die Klemmen 25 und durch einen (nicht dargestellten) Zwischenbehälter von einer Vakuumquelle aus das Innere der Rohre evakuiert. Die Temperatur der Metallschmelze und das Vakuum werden in Wechselbeziehung zueinander so geregelt, daß Metall in jedes Glasrohr im wesentlichen über seine volle Länge gesaugt wird, bevor infolge Erstarrens das Rohr verschlossen wird. Der Zylinder 28 wird dann betätigt, um den Kolben 27 und den Kopf 24 so anzuheben, daß der Kopf 24 und die daran befestigten Glasrohre mit dem Metall nach oben aus dem Metallbad herausbewegt werden. Der Turm wird dann in ümfangsrichtung aus seiner Lage über dem Metallbad zur Ent-

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ladestation mit allmählicher Beschleunigung und Verlangsamung bewegt. Ein sinuskurvenförmxger Weg wird bevorzugt, da sich diese Bewegungsform als wirksam zur Verhinderung von übermäßig starkem Biegen und Bruch der Glasrohre und der darin enthaltenen Metallstäbe erwies. Während der Kopf 24 angehoben wird, bleiben durch die Vakuumanschlüsse 25 die Rohre ständig unter Vakuum, um zu verhindern, daß Metall herausläuft.

Während der Zeit, in der ein Kopf mit Rohren bestückt und ein anderer an der Saugstation gefüllt wird, befindet sich ein weiterer Kopf 24 an der Entladestation 23, wo Wasserstrahlen 32 die Glasrohre schnell kühlen und abschrecken, wodurch sie von den gebildeten Metallstäben abplatzen, und die Metallstäbe bis zur Einstellung der gewünschten physikalischen Eigenschaften abschrecken, ohne daß eine wesentliche chemische Reaktion zwischen dem Glas und den Metallstäben stattfindet. Die Stäbe 33, die durch Führungsrippen 33a im Tank 33b in senkrechter Stellung gehalten werden, fallen zusammen mit dem abgeplatzten Teil des zerbrochenen Glases auf einen Förderer 34. Das zerbrochene Glas und die Stäbe werden vom Förderer 34 weitertransportiert. Am Auslaß des Förderers 34 fällt das Glas in den Behälter 37, während die Stäbe zu einer Glasentfernungsstation 35 wextertransportxert werden. An dieser Glasentfernungsstation 35 wirken auf das Glas eine Vielzahl von auf Rollen 36 dicht angeordneten Zähnen ein, die das an den Stäben haften gebliebene Glas in kleine Stücke zerbrechen und es von den Metallstäben entfernen. Das Glas wird im Behälter 37 zum Austragen und Beseitigen gesammelt, und die Stäbe werden auf einen Förderer 38 abgeworfen, der sie zu einer nicht dargestellten Prüf- und Kalibrierstation transportiert.

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Claims

VON KREISLER SCHONWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler t 1973 Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, Köln Dr. H.-K. Werner, Köln Ke/Ax DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF D-5000 KÖLN λ, 7- Juni 1979 CABOT CORPORATION, High Street, Boston, Massachusetts 02110 (U.S.A.) Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Metallformteilen durch Sauggießen, wobei man

a) das eine Ende einer zerbrechlichen Hohlform mit einem Vakuumanschluß verbindet,

b) das andere Ende der Form in eine zu gießende Metallschmelze taucht,

c) Vakuum und Temperatur der Metallschmelze so regelt, daß die Form mit minimaler Turbulenz vor dem Erstarren im wesentlichen gefüllt werden kann,

d) Vakuum an das eine Ende der Form legt und hierdurch geschmolzenes Metall in die Form saugt und

e) die Form aus der Metallschmelze zieht und bis zum Erstarren des Metalles in der Form zu einem gewünschten Formteil weiter evakuiert,

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dadurch gekennzeichnet, daß man

f) die zerbrechliche Form und das darin enthaltene Metall abschreckt, um die Form vom Formteil abzubrechen und abzulösen und die gewünschten physikalischen Eigenschaften des Metalls aufrecht zu erhalten und

g) die zerbrochene Form vom Metall entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine zerbrechliche Form aus einem wärmeschockempfindlichen Werkstoff verwendet, der beim Abkühlen wenigstens teilweise zerbricht, und die Form und das Metall durch Abschrecken in Wasser kühlt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine zerbrechliche Form aus Glas verwendet, das beim Abkühlen wenigstens teilweise zerbricht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Form aus Borsilicatglas verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Gußstück einen Stab herstellt und als Form ein Rohr verwendet.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch bis 5 mit einem Turm mit mehreren senkrecht beweglichen, nebeneinander angeordneten Saugköpfen, an jedem Saugkopf angeordneten Bauteilen zum Greifen der Formen, die so ausgebildet sind, daß sie sich unter Vakuum um das eine Ende einer Vielzahl von zerbrechlichen Formen legen, Bauteilen zum Fördern der Formen zum Saugkopf, Bauteilen zum stufenweisen Bewegen des Turms über ein Bad von geschmolzenem Metall, Schaltvorrichtungen zum Abstoppen des Turms derart, daß sich ein Saugkopf über der Metallschmelze befindet, am Turm angeordneten Bauteilen zum Absenken und Anheben des Saugkopfes und der daran hängenden Formen derart,

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daß das andere Ende der Formen in die Metallschmelze taucht, und mit dem Saugkopf verbundene Bauteilen zum Evakuieren der eingetauchten Formen, gekennzeichnet durch Kühlorgane (32) zum Abschrecken der Formen und des in diesen enthaltenen Metalls, um die Formen zu zerbrechen und das Metall zur Aufrechterhaltung der gewünschten physikalischen Eigenschaften abzuschrecken, und Bauteile (35) zum Austragen der Formen, zum Zerkleinern der Formen am Metall und zum Beseitigen der Formenbruchstücke.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Stabes die Form als Rohr (11) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (11) ein Glasrohr ist und aus Borsilicatglas besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlorgane (32) eine Wassersprühvorrichtung aufweisen.

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