DE2939974C2 - - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
- B22D18/06—Vacuum casting, i.e. making use of vacuum to fill the mould
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gießen
von Metall in eine selbsttragende, gasdurchlässige Sandform
und eine Sandform sowie eine Gießvorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1
bzw. 9 bzw. 17.
Obwohl die in den US-PS 38 63 706 und 39 00 064 offenbarten
Techniken mehrere Jahre erfolgreich industriell angewandt
wurden, ergab sich die Existenz gewisser Probleme bei
ihrer Anwendung mit gasdurchlässigen Formen der bei nie
driger Temperatur abgebundenen Sandkörnerart im Gegensatz
zu der hochtemperaturbeständigen Keramikart, mit der
sie ursprünglich angewendet werden sollten.
Diese Probleme treten auf, da die bei niedriger Tempe
ratur abgebundenen Sandkörner-Schalenformen, wie etwa die
des Croning-Typs, in denen Sandkörner oder gleichartige
Teilchen untereinander mit einem geringen Anteil eines
anorganischen Materials oder eines organischen, thermisch
oder chemisch härtenden Kunstharzes oder eines gleich
wertigen Materials verbunden werden, obwohl sie mit viel
weniger Aufwand als keramische Formen herzustellen sind,
zwei Hauptnachteile im Vergleich mit keramischen Formen
aufweisen, indem sie verhältnismäßig weiche innere
Formhohlraumoberflächen aufweisen und auch bei hohen
Temperaturen schnell versagen, da sich ihre Niedrigtempe
ratur-Abbindematerialien bei niedrigen Temperaturen zer
setzen, so daß die Form bei Temperaturen unter der
der Gießmetallschmelze, insbesondere im Fall von Ferro
metallen, schnell zerfällt.
Soweit der erste Nachteil betroffen ist, durchdringt
unter dem hohen Vakuum, das bei den Techniken nach den
genannten Patentschriften benötigt wird, um die Metall
schmelze den einzelnen langen, vertikalen, zentralen Steiger
hinaus anzuheben, aus dem sie in die vielfachen Form
hohlräume durch unter Vertikalabständen angeordnete An
schnittkanäle fließt, die Metallschmelze häufig die
weiche Formoberfläche einer bei niedriger Temperatur abge
bundenen Sandkörnerform in einem Ausmaß, daß die Guß
qualität unannehmbar verringert ist.
Soweit der zweite Nachteil betroffen ist, so ist,
da die effektive Lebensdauer vor dem Ausfall einer bei
niedriger Temperatur abgebundenen Sandkörnerform in Gegen
wart von Eisenmetallschmelzen nach Sekunden gemessen wird,
die zur Erstarrung der Gußstücke in den Formen nach diesen
Patentschriften erforderliche Zeit häufig von solcher Dauer,
daß die bei niedriger Temperatur abgebundene Sandkörner
form zerfällt, bevor die Metallschmelze in den Formhohl
räumen ausreichend erstarrt ist.
Wegen dieser Probleme können unter vielen Umständen,
insbesondere beim Gießen von Teilen aus Eisenmetallen,
bei niedriger Temperatur abgebundene Sandkörnerformen
bei Anwendung der Techniken nach den genannten Patent
schriften nicht verwendet werden, so daß stattdessen die
weitaus aufwendigeren keramischen Schalenformen eingesetzt
werden müssen, um annehmbare Gußstücke zu erhalten.
Aus der AT-PS 3 01 063 sind ein Verfahren, eine Form
und eine Gießvorrichtung der eingangs vorausgesetzten
Art bekannt, bei deren Anwendung beim Eintauchen des
unteren offenen Steigerkanalendes die übrige Unterseite
der Form deshalb der Metallschmelzoberfläche bleibt und
ein entsprechend hohes Vakuum zum Einsaugen des Metalls
erforderlich ist.
Auch die Vakuumgießvorrichtungen bzw. -verfahren nach
der DE-PS 4 66 835, der DE-PS 4 12 498 und der DD-PS 1 19 726
sehen vor, daß bei Formguß nur ein Mundstück einer die
Form umschließenden Glocke, ein Ausflußkanalstück unter der
Form bzw. ein Steigrohr unter die Metallschmelzenoberfläche
eingetaucht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren,
eine Form und eine Gießvorrichtung der eingangs voraus
gesetzten Art zu entwickeln, die mit relativ kurzen
Zeitzyklen und bei relativ geringem Vakuum einsatzfähig
sind, um das Gießen von Metall in solche Formen zu er
möglichen, wobei gleichzeitig angestrebt wird, daß die ge
gossenen Metallteile oder Gruppen von Teilen voneinander
automatisch trennbar sind, daß die Formen verhältnismäßig
einfach und unaufwendig sind und wirtschaftliche Gieß
verfahren und -vorrichtungen im Zusammenhang damit ermög
lichen und daß auch die Halterung der Formen zwecks
Vereinfachung ihrer Verwendung zum Metallgießen ver
einfacht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 9 bzw. 17 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es wurde nämlich gefunden, daß bei Verwendung einer
starren, selbsttragenden, bei niedriger Temperatur abgebundenen
Sandkörnerform mit einem oder mehreren Formhohlräumen
mit unüblich engen Steigerkanälen oder deren Teilen, d. h.
mit einer Maximalweite oder einem Maximaldurchmesser von
weniger als 19,1 mm und vorzugsweise weniger als 12,7 mm,
nachdem die Formhohlräume durch Einwirkung von Unterdruck
auf die Form mit Metallschmelze gefüllt sind, die dünnen
Bereiche von Metallschmelze in den realtiv engen Steiger
kanalteilen, da die Formen unerhitzt und auf der umgebenden
Raumtemperatur sind, schnell erstarren, dies jedoch nur
für eine kurze Zeitdauer, bevor sie aufgrund der von der
darunter befindlichen Metallschmelze im Behälter erneut
schmelzen.
Es wurde gefunden, daß es diese kurze Dauer der Steiger
kanalerstarrung ermöglicht, die Form schnell vertikal nach
oben aus der Berührung mit der darunterliegenden Metall
schmelzenoberfläche zu bewegen, auch wenn die Metallschmelze
in den Formhohlräumen noch nicht völlig erstarrt ist,
bevor das erstarrte Metall in den engen Steigerkanalteilen
wieder schmilzt und ein Ablaufen der Metallschmelze von
den Formhohlräumen in den Behälter ermöglicht. Insbesondere
im Fall von Metallen mit hohem Schmelzpunkt, wie z. B.
bei Temperaturen von 1093°C oder höher gegossenen Eisen
metallen, wurde gefunden, daß durch schnelles Lösen der
Form aus der Berührung mit der darunterliegenden Metall
schmelzenoberfläche nach dem anfänglichen Auftreten der
Erstarrung des Metalls in den engen Steigerkanalteilen
ein weiterer Wärmeübergang in die Form verhindert wird und
die Formzerfallszeit ausreichend verlängert wird, damit
die Gußteile in den Formhohlräumen erstarren. Diese
Arbeitsweise ermöglicht auch eine ungewöhnlich kurze
Gießzykluszeit, wodurch die Produktionskosten gesenkt
werden.
Bei Formen mit verhältnismäßig kleinen Hohlräumen, wie
etwa solchen mit inneren Dicken von weniger als 12,7 mm,
wurde gefunden, daß die Füllung und Erstarrung der Metall
schmelze sowohl im Formhohlraum als auch in dem angrenzenden
engen Steigerkanal oder Teil desselben rasch genug
erfolgen, daß sich die Form vor ihrem Zerfall vom Metall
schmelzenbehälter abheben läßt. Bei größeren Formhohlräumen
können, wenigstens im Fall von Metallen, die bei der
Erstarrung nicht wesentlich schrumpfen, mehr als ein einzelner
enger Steigerkanal zur schnelleren Füllung des Form
hohlraums verwendet werden, so daß die Form ebenfalls vor
ihrem Zerfall angehoben werden kann.
Beim Gießen von Metallen, die bei der Erstarrung merklich
schrumpfen, und bei großen Formhohlräumen, wie z. B.
solchen, die Innendicken und mehr als 12,7 mm aufweisen,
die sich nicht durch die engen Steigerkanalteile gemäß
der Erfindung füllen lassen, bevor der Formzerfall auf
tritt, kann ein verlorener Kopf zwischen einem oder mehreren
vertikalen Steigerkanälen und einem Formhohlraum verwendet
werden, so daß wenigstens ein Teil des Metalls im ver
lorenen Kopf und im Formhohlraum im geschmolzenen Zustand
zum Fließen in den Formhohlraum bleibt, nachdem die
Form aus der Berührung mit der darunterliegenden Metall
schmelzenoberfläche gelöst ist.
Bei der Verwendung von Formen mit mehrfachen Formhohlräumen im Rahmen der
Erfindung wird, da die unteren offenen Enden der Steiger
kanäle gegenseitige Abstände aufweisen, automatisch eine
Mehrzahl von unverbundenen Metallgußteilen oder Gruppen
von Teilen erhalten.
Bei der üblichen, starren, selbsttragenden, bei niedriger
Temperatur abgebundenen Sandkörnerform aus Materialien,
wie sie bei den erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden,
wurde festgestellt, daß die maximal zulässigen Eintauch
zeiten, d. h. die maximale Zeitdauer, während der die
Form in Berührung mit der darunterliegenden Metall
schmelzenoberfläche sein kann, bevor das in den engen
Teilen der Steigerkanäle erstarrte Metall wieder auf
schmilzt oder die Form zu zerfallen beginnt, weitgehend
durch die Temperatur bestimmt werden, auf der die
darunterliegende Metallschmelze gehalten werden muß.
Im Fall von Eisenmetallen, wie z. B. Gußeisen und
Stahl, die bei Temperaturen oberhalb von 1093°C gegossen
werden, ist die Zeit verhältnismäßig kurz, und das
Maximum beträgt etwa 30 s, so daß Eintauchzeiten von
nicht mehr als etwa 5 bis 15 s als zweckmäßig gefunden wurden.
Auch sollten, um eine Formhohlraum-Oberflächendurchdringung
zu verhindern, Unterdrücke von nur etwa -70 bis -211 hPa
(963 bis 823 hPa abs.) verwendet werden, um die Eisenmetall
schmelze in die Formhohlräume auf ein Niveau von nicht
mehr als etwa 152,4 bis 203,2 mm über der Metallschmelzen
oberfläche im Schmelzenbehälter zu heben.
Im Fall von Metallen mit niedrigeren Schmelzpunkten, wie
z. B. Kupfer und Aluminium sowie deren Legierungen, können
längere Zeiten und größere Formhohlraumhöhen verwendet
werden.
Die neue starre, selbsttragende, gasdurchlässige,
bei niedrigerer Temperatur abgebundene Sandkörnerform
gemäß der Erfindung hat sich zwischen vertikal beabstandeten
oberen und unteren Flächen erstreckende Seitenflächen. Ein
oder mehrere Formhohlräume, von denen jeder zum Formguß
eines oder mehrerer Teile bestimmt ist, können sich bis zur
oder durch die Formteilungsebene erstrecken und sind unter
Abstand zwischen den Ober- und Unterseiten der Form, wobei
diese Formhohlräume in einer allgemein horizontalen Ebene
angeordnet und vorzugsweise sowohl längen- als auch breiten
mäßig dazu verteilt sind. Jeder Formhohlraum hat wenigstens
einen zugehörigen Steigerkanal oder Steigerkanalteil mit
einer Maximalweite bzw. einen Maximaldurchmesser von weniger
als 19,1 mm und vorzugsweise höchstens 12,7 mm, wobei
das untere offene Ende jedes Steigerkanals einen vertikalen
Teil aufweist, der an der Unterseite der Form endet. Bei
Formen mit vielfachen Formhohlräumen sind die vertikalen
Teile der Steigerkanäle allgemein senkrecht zur Teilungs
ebene, und ihre offenen Enden weisen gegenseitige Abstände
auf und sind in einer horizontalen Ebene verteilt.
Für Güsse mit einer Wanddicke von unter etwa 12,7 mm
können die engen Steigerekanalteile an den Formhohlraum an
grenzend sein, wobei ein erweiterter zentraler vertikaler
Steigerkanal vorgesehen ist. Für dickere Güsse mit größeren
Wanddicken können mehr als je ein enger Steigerkanalteil
verwendet werden, wenn die Schrumpfung kein Problem ist;
sonst kann ein verlorener Kopf zwischen einem oder mehreren
Steigerkanälen mit einem engen vertikalen Teil und einem
oder mehreren Teilhohlräumen vorgesehen werden.
Zur Verwendung der starren, selbsttragenden, gasdurch
lässigen Form gemäß der Erfindung ist für die diese enthaltende
Gießvorrichtung und das diese verwendende Gießverfahren zu
sätzlich zu einem Behälter zur Aufnahme von Metallschmelze
eine Kammer vorgesehen, die eine Bodenöffnung mit
einer Umfangsaußenwand zum Abdichten gegen eine hori
zontale obere Umfangsfläche der Form bei weiter nach unten
erstreckten Seiten- und Bodenflächen der Form aufweist.
Außerdem sind Antriebsmittel zum Halten der Kammer zwecks
Relativbewegung zum und vom Behälter zur Senkung der
unteren offenen Enden der Steigerkanäle unter die Schmelzenoberfläche
im Behälter vorgesehen. Schließlich sind Vakuumanlegeorgane
zum Anlegen eines Unterdrucks an die Oberseite der Form
innerhalb der Kammer vorgesehen, vorzugsweise um so
wohl die einzige Halterung für die Form gegen die Kammer
zu sichern und gleichzeitig die Formhohlräume nach dem
Absenken der Kammer unter Eintauchen der unteren offenen
Enden der Steigerkanäle unter die darunterliegende Metall
schmelzenoberfläche zu füllen. In dieser Hinsicht ist die
Erfindung auch auf andere Arten von gasdurchlässigen Formen
einschließlich keramischer Formen anwendbar.
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Gußteilen
hoher Qualität, insbesondere aus Eisenmetallen, unter
Anwendung erheblich vereinfachter und hochgradig wirt
schaftlicher Techniken, so daß eine wesentliche Senkung der
Produktionskosten erhältlich ist.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veran
schaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin
zeigt
Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Seiten
ansicht einer Form und einer Vorrichtung gemäß
der Erfindung zur Durchführung der erfindungsge
mäßen Verfahren;
Fig. 2 eine Einzelheit-Seitenschnittansicht des Kammer
teils der Vorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Aufsicht der Form nach Fig. 1;
Fig. 4 eine Einzelheit-Seitenteilschnittansicht der
Form nach Fig. 3;
Fig. 5 eine Einzelheit-Seitenteilschnittansicht der
an der Kammer der Vorrichtung montierten Form nach
den Fig. 3 und 4, wobei die Unterseite der Form
unter die darunterliegende Metallschmelzenoberfläche
im Behälter eingetaucht ist;
Fig. 6 eine Seitenschnittansicht eines erfindungsgemäß
gegossenen Metallteils;
Fig. 7 eine Einzelheit-Seitenteilschnittansicht einer
gegenüber Fig. 1 abgeänderten Form;
Fig. 8 eine Einzelheit-Teilschnittaufsicht der Form
nach Fig. 7 nach der Linie 8-8 in Fig. 7;
Fig. 9 eine Einzelheit-Seitenteilschnittansicht einer
anderen Abwandlung der Form nach Fig. 1 und
Fig. 10 eine Einzelheit-Seitenteilschnittansicht noch einer
anderen Abwandlung der Form nach Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung gemäß der Erfindung
allgemein eine Basis 12 mit einem darauf montierten
Pfosten 14, an dem zur vertikalen Gleitbewegung mittels
einer Antriebs-Kolben- und -Zylindereinheit 16 ein
horizontal gerichteter Arm 18 montiert ist. Eine im folgenden
noch näher beschriebene Kammer 20 ist an einem Tragorgan 19,
daß sich vom freien Ende des Arms 18 nach unten erstreckt,
über einem Behälter 22 zur Aufnahme von Metallschmelze
montiert.
Gemäß Fig. 3 und 4 ist die starre, selbsttragende,
gasdurchlässige, bei niedriger Temperatur abgebundene Sand
körnerform 30 gemäß der Erfindung, die gewöhnlich als
Croning-Schalenform bezeichnet wird, mittels auf dem Fach
gebiet bekannter Techniken und Einrichtungen aus Sand
körnern oder gleichwertigen Teilchen und einem anorganischen
oder organischen, thermisch oder chemisch abbindenden
Kunststoff- oder gleichwertigem Niedrigtemperatur-Abbinde
material bei einem geringeren Prozentsatz, üblicherweise
etwa 5%, des Niedrigtemperatur-Abbindematerials durch
Verteilen der Mischung aus dem losen Sand und dem Binde
material über erhitzten Metallhalbmodellen auf einer
Metallbasisplatte, die die Teilungs- oder Trennebene bildet,
hergestellt, worauf sie zu einer starren, selbsttragenden
Formhalbschale erhärtet, die dann von den Metallhalbmodellen
und der Basisplatte zur Verwendung abgenommen wird.
Wie Fig. 4 zeigt, ist die Form 30 aus zwei solchen Halb
schalen, der oberen und der unteren, aufgebaut, die
dann klebend aneinander längs einer horizontalen Formteilungs
ebene 29 befestigt werden, um eine zusammenhängende, ver
brauchbare, starre, selbsttragende Form 30 zu erhalten.
Die Form 30 weist peripher erstreckte Seitenflächen 32
vertikal zwischen vertikal beabstandeter Oberseite 31
und Unterseite 33 auf, die allgemein parallel zur Form
teilungsebene 29 sind. Die Ober- und Unterseiten 31
und 33 sind unregelmäßig und haben eine rauhe Außenfläche,
da sie mit allgemein gleichmäßiger Dicke auf der unregel
mäßigen Kontur des erhitzten Modells gebildet wurden.
Um für die Halterung der Form 30 und für die Einwirkung
eines verringerten Drucks auf ihre Oberseite 31 zu sorgen,
ist die Oberseite 31 an ihrem Außenrand, etwa durch
Pressen in noch plastischem Zustand, zur Bildung eines
zusammenhängenden peripheren horizontalen flachen Abdicht
oberflächenteils 38 ausgebildet, der sich zum Abdichten
gegen die Kammer 20 eignet, wie noch näher erläutert wird.
Eine Mehrzahl von einteiligen Formhohlräumen 34 ist im
Abstand zwischen den Ober- und Unterseiten und sich durch
die Formteilungsebene 29 erstreckend, wie die Fig. 3 und 4
zeigen, vorgesehen, von denen zwei in Fig. 4 gezeigt sind.
Es können so auch Mehrfachteil-Hohlräume vorgesehen werden,
wie im folgenden noch näher erläutert wird. In der
industriellen Praxis würde die Zahl solcher Formhohlräume
allgemein zwischen 6 und 20 fallen, während in Fig. 3
17 gezeigt sind. Solche einteiligen oder mehrteiligen Form
hohlräume sind in dem horizontalen Bereich innerhalb des
Umfangs der Form 30 verteilt, wobei sich eine Mehrzahl
davon über die Länge und Breite der Form 30 zwischen deren
Ober- und Unterseite 31 bzw. 33 erstreckt. Die Formhohl
räume 34 weisen gegenseitig horizontale Abstände allgemein
in einer horizontalen Ebene auf und erstrecken sich durch
die Teilungsebene 29. Jeder Formhohlraum, wie in Verbindung
mit Formhohlräumen 34 gezeigt ist, hat einen eigenen
vertikalen Steigerkanal 35, der allgemein senkrecht zur
Teilungsebene 29 von deren Unterseite ausgeht, wobei die
unteren offenen Enden dieser vertikalen Steigerkanäle 35
sowohl in Breiten- als auch in Längsrichtung gegenseitige
Abstände aufweisen und in einer allgemein horizontalen,
zur Teilungsebene 29 parallelen Ebene an der Unterseite 33
der Form 30 enden.
Wie oben erläutert, muß wenigstens ein Teil jedes der
Steigerkanäle 35 relativ eng in wengistens einer Dimension,
und zwar höchstens 19,1 mm und vorzugsweise höchstens
12,7 mm sein, um erfindungsgemäß zu wirken. Zweckmäßig
sind diese engen Steigerkanäle oder Steigerkanalteile
vertikal und von kreisförmigem Querschnitt, obwohl auch andere
Formen verwendet werden können.
Gemäß Fig. 1, 2 und 5 liefert die Kammer 20 die
einzige Halterung zum Halten der Form 30 gegen die Kammer 20
und zum Anlegen von Unterdruck mittels einer Vakuumpumpe 24
durch ein geeignetes Ventil 26 und eine Leitung 28 an die
Formoberseite 31. Wie Fig. 2 zeigt, ist die Oberwand 44 der Kammer
mit dem unteren Ende des Tragorgans 19 verbunden und mit
einer Einlaßöffnung 58 versehen, mit der die Vakuumleitung 28
zum Anlegen eines Unterdrucks an das Innere der Kammer 20
und die Oberseite 31 der Form 30 bei Bedarf verbunden ist.
Außerdem hat die Kammer 20 eine Bodenöffnung, die durch
ihre nach unten gerichtete Umfangsaußenwand 40 definiert
ist, die sich vom Außenumfang ihrer Oberwand 44 nach unten
erstreckt, um das Innere der Kammer 20 zu begrenzen. Wie
am besten in den Fig. 2, 4 und 5 zu sehen ist, kann die
Außenwand 40 um ihr unteres Ende mit einer horizontalen
Abdichtfläche 42 zum Abdichten gegen die horizontale obere
Abdichtfläche 38 der Form 30 um deren Umfang herum und
allgemein in gleicher Erstreckung mit der horizontalen,
die Formhohlräume enthaltenden Zone der Form 30 versehen
sein, wobei ein Teil der Umfangsseitenfläche 32 und
die Bodenfläche 33 der Form 30 jenseits der Kammer 20 nach
unten vorragen.
Im Betrieb wird bei gemäß der Darstellung in Fig. 1
angehobener Kammer 20 die Form 30 von Hand oder automatisch
in eine Lage gebracht, in der ihre Umfangsabdichtfläche 38
an der Abdichtfläche 42 der Kammer 20 anliegt. Dann wird
das Ventil 26 betätigt, um so die einzige Kraft zum Halten
der Form 30 in der Arbeitsstellung gegen die Kammer 20
zu liefern und über die ganze Oberseite 31 der Form 30
einen Unterdruck, vorzugsweise nur von etwa -70 bis -211 hPa
(963 bis 823 hPa abs.), durch die Kammereinlaßöffnung 58
zum Inneren der Kammer 20 und zur Oberseite 31 der
Form 30 innerhalb des Umfangs der Abdichtfläche 38 und
in gleicher Erstreckung mit der die Formhohlräume enthaltenden
Formzone einwirken zu lassen.
Die Kolben- und Zylinderantriebseinheit 16 wird dann
betätigt, um die unter sich die Form 30 tragende Kammer 20
nach unten in Richtung zum Behälter 22 zu bewegen und die
Unterseite 33 der Form 30 bis in eine Lage abzusenken,
in der die unteren offenen Enden sämtlicher vertikaler
Steigerkanäle 35 unterhalb der Oberfläche 60 der
Metallschmelze im Behälter 22 sind.
Der an die Oberseite 31 der Form 30 angelegte Unterdruck
bewirkt ein Ansteigen der Metallschmelze in die Steiger
kanäle und die gleichzeitige Füllung aller Formhohlräume.
Gemäß den Verfahren nach der Erfindung, wie oben näher
erläutert, wird die Kolben- und Zylinderantriebseinheit 16
kurz nach dem Eintauchen betätigt, sobald die Formhohlräume
gefüllt sind und sich über wenigstens einen Teil jedes
der Steigerkanäle erstreckende Metallschmelze erstarrt
ist, um die Kammer 20 und die Form 30 wieder anzuheben,
woraufhin ein in den Steigerkanälen nahe ihren unteren Enden
unter dem erstarrten Teil verbleibender Metallschmelzenanteil
in den Behälter 22 zurückläuft, so daß unverbundene
Metallteile, wie eines in Fig. 6 gezeigt ist, in der Form 30
verbleiben.
Nachdem die Kammer 20 in ihre Nichtarbeitsstellung angehoben
wurde, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, kann das Ventil 26
betätigt werden, um die Vakuumpumpe 24 abzuschalten und
die Form 30 von der Kammer 20 zu lösen, so daß eine neue
Form an ihre Stelle treten kann.
Die unverbundenen Metallteile 62 mit einem kurzen Teil aus
Steigerkanalmetall 64, der, wie in Fig. 6 gezeigt ist,
mit diesem verbunden ist, können dann aus der zerlegten Form 30
in der üblichen Weise getrennt werden.
In Fig. 7 bis 10 sind Formen mit Mehrfachteilhohlräumen
und mehrfachen vertikalen Steigerkanälen gezeigt.
So ist in Fig. 7 und 8 ein Teil einer Vielfachhohlraumform 65
dargestellt, die, wie oben erläutert, aufgebaut ist und
in Abständen zwischen ihrer Oberseite 67 und ihrer
Unterseite 69 und innerhalb ihrer Umfangsseitenfläche 71
eine Mehrzahl von vielteiligen Formhohlräumen aufweist, von
denen einer in Fig. 7 und 8 dargestellt ist.
Jeder vielteilige Formhohlraum enthält zwei Teilhohlräume 73
und 75 mit horizontalen Steigeranschnittkanälen 77 bzw. 79,
die beide mit einem zentralen verlorenen Kopf 78 verbunden
sind, der seinerseits mit einem engen vertikalen Steigerkanal 80
verbunden ist. Die Form, die Menge und die Abmessung der
Steigeranschnittkanäle 77 und 79 und des verlorenen Kopfes 78
können variiert werden, um zur jeweiligen Gußteilform
und -abmessung zu passen. Die Querbemessung des vertikalen
Steigerkanals 80 ist etwa 6,4 bis 12,7 mm im Durchmesser
entsprechend der Lehre nach den erfindungsgemäßen Verfahren.
Unter gewissen Umständen können auch mehr als ein solcher
vertikaler Steigerkanal benötigt werden.
Formen der in Fig. 7 und 8 veranschaulichten Art
sind besonders nützlich, wenn große Teile mit Formhohlraum
abmessungen von beispielsweise über 12,7 mm zu gießen sind,
da sonst nicht genügend Zeit verfügbar sein kann, um die
Schmelze in den Formteilhohlräumen völlig erstarren zu lassen,
bevor die Form zerfällt, was besonders im Fall der
Eisenmetalle zu berücksichtigen ist. Auch wirkt, wenn
Metalle zu gießen sind, die bei der Erstarrung wesentlich
schrumpfen, der verlorene Kopf als Nachschubquelle von
Metallschmelze während der Erstarrung des Metalls in
den Teilhohlräumen.
Im Betrieb wird die Form 65, wie oben beschrieben, gefüllt
und aus der Berührung mit der Metallschmelze im Behälter
gelöst, sobald Metallschmelze die Formteilhohlräume 73
und 75 und den verlorenen Kopf 78 gefüllt hat und im
vertikalen Steigerkanal 80 erstarrt ist. Jedoch bleibt das
Metall im verlorenen Kopf 78 für eine ausreichende Zeitdauer
nach der Lösung der Form 65 aus der Berührung mit der
Metallschmelze im Behälter flüssig, um die Speisung der
Formteilhohlräume 73 und 75 durch ihre Steigeranschnitt
kanäle 77 und 79 fortzusetzen und so das Schrumpfen während
der Erstarrung des Metalls in den Formteilhohlräumen 73
und 75 zu kompensieren. Diese Anordnung ermöglicht eine
solche Verkürzung der Formzykluszeit daß ein vorzeitiger
Zerfall der Form vermieden wird. Nachdem die Erstarrung
abgeschlossen ist, bleiben unverbundene Gruppen von Metall
teilen einschließlich ihrer Verbindungssteigeranschnitte
und Teile des verlorenen Kopfes und des vertikalen Steiger
kanals in der zerlegten Form 65.
In Fig. 9 ist eine Vielfachhohlraumform 81 mit einer
zwischen ihrer Oberseite 82 und ihrer Unterseite 83 angeordneten
Mehrzahl von Formhohlräumen 84 dargestellte, von denen
zwei in Fig. 9 gezeigt sind, die traubenartig um einen
zentralen vertikalen Steigerkanal 85 mit engen horizontalen
Anschnittkanalteilen 86 gemäß der Erfindung angebracht sind,
die die Formhohlräume 84 mit dem vertikalen Steigerkanal 85
verbinden. Diese Anordnung ist für Gußteile mit Dicken von
höchstens 12,7 mm befriedigend, da die Erstarrung unver
züglich sowohl in den Formhohlräumen 84 als auch in den
engen Anschnittkanalteilen 86 erfolgt, wobei die Metall
schmelze vom vertikalen Steigerkanal 85 bei Lösung der
Form 81 aus der Berührung mit der darunterliegenden Metall
schmelzenoberfläche herausläuft, so daß unverbundene
Gußteile verbleiben.
In Fig. 10 ist ein Vielfachhohlraumform 90 gezeigt,
die zwischen ihrer Oberseite 92 und ihrer Unterseite 94
eine Mehrzahl von Formhohlräumen 95 aufweist, deren jeder
zwei vertikale Steigerkanäle 97 und 98 zur rascheren Füllung
der verhältnismäßig großen Formhohlräume 95 durch enge
vertikale Steigerkanäle gemäß der Erfindung aufweist, um
die Formhohlräume zu füllen und die Form von der Metall
schmelzenoberfläche zu lösen, sobald das Metall in den
vertikalen Steigerkanälen erstarrt und bevor ein Zerfall
der Form auftritt. Diese Formart ist besonders brauchbar,
wenn man Metalle, bei denen eine Schrumpfungskompensation
nicht erforderlich ist, in Formen mit großen Teilhohl
räumen vergießt, die durch einen einzelnen engen vertikalen
Steigerkanal nicht gefüllt werden können, bevor ein Zerfall
der Form auftritt.
Weitere Ausführungsbeispiele der Verfahren, Formen und
Vorrichtungen gemäß der Erfindung im Rahmen der in den
Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung ergeben sich ohne
weiteres für Fachleute auf dem Gebiet der Metallgießerei.
Claims (17)
1. Verfahren zum Gießen von Metall in eine starre, selbst
tragende, gasdurchlässige, bei niedriger Temperatur
abgebundene Sandkörnerform mit sich zwischen vertikal
beabstandeten Ober- und Unterseiten erstreckenden Seiten
flächen und wenigstens einem unter Abständen dazu ge
bildeten Formhohlraum mit einem von diesem ausgehenden
Steigerkanal, dessen unteres offenes Ende an der Unter
seite der Form endet, bei dem man
auf die Oberseite der Form einen Unterdruck einwirken
läßt,
das untere offene Ende des Steigerkanals unterhalb einer darunterliegenden Metallschmelzenoberfläche ein taucht, während man die Oberseite und wenigstens einen Teil der Seitenflächen der Form darüber hält, und so den Formhohlraum mit Metallschmelze füllt, und das untere offene Ende des Steigerkanals aus der Metall schmelze herauszieht, bevor die Form infolge der Hitze der Metallschmelze zerfällt,
dadurch gekennzeichnet,
daß man beim Eintauchen des unteren offenen Endes des Steiger kanals unterhalb der Metallschmelzenoberfläche die ganze Unterseite der Form unterhalb der Metallschmelzen oberfläche eintaucht und
die Form aus der Berührung mit der darunterliegenden Metallschmelzenoberfläche löst, bevor die Form infolge der Hitze der Metallschmelze zerfällt.
das untere offene Ende des Steigerkanals unterhalb einer darunterliegenden Metallschmelzenoberfläche ein taucht, während man die Oberseite und wenigstens einen Teil der Seitenflächen der Form darüber hält, und so den Formhohlraum mit Metallschmelze füllt, und das untere offene Ende des Steigerkanals aus der Metall schmelze herauszieht, bevor die Form infolge der Hitze der Metallschmelze zerfällt,
dadurch gekennzeichnet,
daß man beim Eintauchen des unteren offenen Endes des Steiger kanals unterhalb der Metallschmelzenoberfläche die ganze Unterseite der Form unterhalb der Metallschmelzen oberfläche eintaucht und
die Form aus der Berührung mit der darunterliegenden Metallschmelzenoberfläche löst, bevor die Form infolge der Hitze der Metallschmelze zerfällt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Form aus der Berührung mit der darunterlie
genden Metallschmelzenoberfläche löst, bevor das er
starrte Metall im Steigerkanalteil durch Berührung mit
der darunterliegenden Metallschmelzenoberfläche wieder
schmilzt.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß man vor dem Lösen der Form aus der Berührung die
Metallschmelze durch die Querabmessung wenigstens eines
Teils des Steigerkanals hindurch erstarren läßt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß man als Metallschmelze ein auf wenigstens 1093°C
erhitztes Eisenmetall verwendet und die Form mit der
darunterliegenden Metallschmelzenoberfläche weniger als
30 s in Berührung bleibt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß man eine Form mit einem verlorenen
Kopf zwischen dem Steigerkanal und dem Formhohlraum ver
wendet und das Metall in wenigstens einem Teil des ver
lorenen Kopfes und des Formhohlraums zum Fließen in den
Formhohlraum nach Lösung der Form aus der Berührung mit
der darunterliegenden Metallschmelzenoberfläche im
geschmolzenen Zustand hält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß man eine Form mit einer Mehrzahl von
Formhohlräumen verwendet, die in einer allgemein horizontalen
Ebene untereinander beabstandet sind und Steigerkanäle
aufweisen, die von den Hohlräumen ausgehen und deren
untere offene Enden unter gegenseitigen Abständen an der
Unterseite der Form enden, und
daß man die unteren offenen Enden aller Steigerkanäle
gleichzeitig unter die darunterliegende Metallschmelzenober
fläche eintaucht, während man die Oberseite und wenigstens
einen Teil der Seitenflächen der Form darunter hält, und
so gleichzeitig die Formhohlräume mit Metallschmelze füllt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß man Metallschmelze aus dem unteren Teil
der Steigerkanäle abfließen läßt und eine Mehrzahl von un
verbundenen Metallteilen in den Formhohlräumen erzeugt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einwirkung des Unterdrucks auf die
Oberseite der Form die einzige Halterung der Form bildet.
9. Starre, selbsttragende, gasdurchlässige, bei niedriger
Temperatur abgebundene Sandkörnerform zur Durchführung
des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit sich
zwischen vertikal beabstandeten Ober- und Unterseiten
erstreckenden Seitenflächen und wenigstens einem dazwischen
in einer im wesentlichen horizontalen Ebene unter Abstand
befindlichen und gegenseitige Abstände aufweisenden
Formhohlraum,
dadurch gekennzeichnet,
daß der bzw. die Formhohlräume (34) Steigerkanäle (35)
mit Teilen einer Maximalweite von weniger als 19,1 mm
aufweisen, die von den Hohlräumen (34) ausgehen und deren
untere offene Enden unter gegenseitigen Abständen in einer
allgemein horizontalen Ebene an der Unterseite (33) der
Form (30) enden.
10. Form nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine horizontale Teilungsebene (29) zwischen der
Oberseite (31) und der Unterseite (33) aufweist und daß
sich die Steigerkanäle (35) allgemein senkrecht zur
Teilungsebene (29) erstrecken.
11. Form nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der bzw. die Formhohlräume (34) durch die Teilungs
ebene (29) hindurchreichen und längen- und breitenmäßig dazu
verteilt sind.
12. Form nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der bzw. die Formhohlräume einen verlorenen Kopf zwischen
einem Steigerkanal und einem Teilhohlraum aufweisen.
13. Form nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Formhohlraum (73, 75) eine Innenabmessung
von über 12,7 mm aufweist.
14. Form nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Formhohlräume wenigstens zwei Teilhohlräume (73, 75)
und einen zwischen den Teilhohlräumen (73, 75) und
dem Steigerkanal (80) angeschlossenen verlorenen
Kopf (78) aufweisen.
15. Form nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Teilhohlraum (73, 75) eine Innenabmessung von
über 12,7 mm aufweist.
16. Form nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine horizontale Umfangsdichtfläche (38) auf
weist, die sich um die Oberseite (31) der Form (30)
herum erstreckt.
17. Gießvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit
einer starren, selbsttragenden, gasdurchlässigen Form (30) mit sich zwischen vertikal beabstandeten Ober- und Unter seiten (31, 33) erstreckenden Seitenflächen (32) und wenigstens einem unter Abständen dazu gebildeten Formhohlraum (34) mit einem von diesem ausgehenden Steigerkanal (35), dessen unteres offenes Ende an der Unterseite (33) der Form (30) endet,
einem Behälter (22) zur Aufnahme von Metallschmelze (60),
einer Kammer (20) mit einer Bodenöffnung (42) mit einer Umfangsaußenwand (40) zum Abdichten lediglich gegen die Oberseite (31) der Form (30), wobei sich die Seiten- und Bodenflächen (32, 33) bis jenseits des Abdichtungsbereichs nach unten erstrecken,
Antriebsmitteln (16) zum Halten der Kammer (20) und des Behälters (22) zwecks Relativbewegung zum Bewegen des offenen Endes des Steigerkanals (35) unterhalb der Metallschmelzenoberfläche (60) im Behälter (22) und
Vakuumanlegeorganen (24, 26) zur Relativänderung des Drucks in der Kammer (20) zwecks Füllens der Form (30) nach Absenken der Kammer (20) mit dem unteren offenen Ende des Steigerkanals (35) unterhalb der Metallschmelzen oberfläche (60) im Behälter (22),
dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumanlegeorgane (24, 26) zur Relativänderung des Drucks die einzige Halterung für die Form (30) durch die Kammer (20) bilden.
einer starren, selbsttragenden, gasdurchlässigen Form (30) mit sich zwischen vertikal beabstandeten Ober- und Unter seiten (31, 33) erstreckenden Seitenflächen (32) und wenigstens einem unter Abständen dazu gebildeten Formhohlraum (34) mit einem von diesem ausgehenden Steigerkanal (35), dessen unteres offenes Ende an der Unterseite (33) der Form (30) endet,
einem Behälter (22) zur Aufnahme von Metallschmelze (60),
einer Kammer (20) mit einer Bodenöffnung (42) mit einer Umfangsaußenwand (40) zum Abdichten lediglich gegen die Oberseite (31) der Form (30), wobei sich die Seiten- und Bodenflächen (32, 33) bis jenseits des Abdichtungsbereichs nach unten erstrecken,
Antriebsmitteln (16) zum Halten der Kammer (20) und des Behälters (22) zwecks Relativbewegung zum Bewegen des offenen Endes des Steigerkanals (35) unterhalb der Metallschmelzenoberfläche (60) im Behälter (22) und
Vakuumanlegeorganen (24, 26) zur Relativänderung des Drucks in der Kammer (20) zwecks Füllens der Form (30) nach Absenken der Kammer (20) mit dem unteren offenen Ende des Steigerkanals (35) unterhalb der Metallschmelzen oberfläche (60) im Behälter (22),
dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumanlegeorgane (24, 26) zur Relativänderung des Drucks die einzige Halterung für die Form (30) durch die Kammer (20) bilden.
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