DE3002576C2 - Dauerform (Kokille) zur Herstellung von Gußstücken aus Leichtmetall - Google Patents

Description

Schalenteile mit den äußeren Schalenteilen, d. h. den die Wangen abstützenden Seitenteilen und der das Sohlenteil aufnehmenden Grundplatte, mittels Kontaktflächen Deschränkter Größe in Verbindung stehen, während die Flächen der Schalenteile zwischen den Kcnisktflächen für die Wärmeableitung von innen nach außen an den Stellen angeordnet sind, an denen das Verziehen der inneren Schalenteile infolge des Temperaturgefälles am geringsten ist. d. h. im allgemeinen im mittleren Bereich in bezug auf die Länge des Schalen teils.

Die erfindungsgemäße Gestaltung der aus einer inneren Schale und aus einer äußeren Schale zusammengesetzten Kokille geht von der Erkenntnis aus. daß /.wischen den Schalen möglichst kein Wärmeübergang stattfindet, d. h. daß nach Möglichkeit Isolierungen vorzusehen sind, und daß gezielt nur an vorbestimmten Stellen Wärmeübergangssteilen zwischen der Innenschale und der Außenschale angeordnet werden, wobei dies-* Übergangsstellen durch gemeinsame Kontaktflächen dort vorhanden sein sollen, wo in Anbetracht des Verziehens des Grades der inneren Schale Wärme an die äußere Schale abzugeben ist. Der Tcmpcrauirverlauf zwischen dem Abguß und der inneren Schale, d. h. dem Stahleinsatz, erstreckt sich von innen nach außen abnehmend, so daß der Stahleinsatz danach tendiert, mit den Enden seiner Länge sich nach außen zu wölben. Dieser Tendenz ist dadurch entgegenzuwirken, daß gezielt zwischen den Enden der inneren Schale durch Kontaktflächen Wärme von innen nach außen abgezogen wird. Dies ist im allgemeinen im mittleren Bereich zwischen den beiden Schalen. Wo die Auswölbung der inneren Schale, d. h. des Stahlcinsatzes, sich am größten auswirken will, wird ein Wärmeübergang durch Isolierung verhindert. Bei dieser Methode der Anordnung der Kontaktflächen wird im Endergebnis erreicht, daß die infolge der Wärmeausdehnüng sich ergebenden Kräfte an dem Graugußteil, d. h. der äußeren Schale, den durch die Wärme sich ergebenden Kräften an der inneren Schale, d. h. deir. Stahlgußteil, entgegenwirken. Das Krummwerden der Schalenteile muß sich gegenseitig aufheben, so daß die Kokille insgesamt, d. h. vor allem bei der inneren Schale, d. h. dem Stahleinsatz, während des Abgusses gerade bleibt.

Dadurch bleibt auch das Gußstück selbst gerade, d. h. äußerst maßhaltig, so daß die vorgeschriebene ToIcranzgrenze nicht überschritten wird. Zur Unterstützung dieser Vorgänge sollen die Schalen, die die Kokille bilden, äußerst leicht gehalten werden. Die Wanddicken der Schalen sollen verhältnismäßig dünn gehalten werden. Sie können etwa 15 bis 20 mm betragen. Das Ganze führt zu einer extrem leichten Bauweise der Kokille. Das Verhältnis der Gewichte, nämlich eines kp der Kokille zum kp des Abgusses wird auf 70 bis 90 : 1 herabgesetzt, d. h. bis zu einem Drittel bzw. fast einem Sechstel gegenüber den bisherigen Bauweisen. Die erhebliche Gewichtsreduzierung hat die weiteren Vorteile zur Folge, daß die Kokillenteile der geteilten Kokille leichter handhabbar sind. Es werden zum Verschieben geringere Energien benötigt. Darüber hinaus eignet sich die Kokille gemäß der Erfindung zum Einsatz im Umlaufsystem bei dem Gießverfahren. Es brauchen keine toten Gewichte mitgeschleppt zu werden, was wiederum zu einer erheblichen Einsparung der Betriebscnergic führt. Die Kosten für die Herstellung der Kokille und für den Betrieb dieser werden erheblich gesenkt.

Die sich gegenüberstehenden Flächen der .Schalenteile weisen außerhalb der gezielt angeordneten Kontaktflächen Isolierungen auf. Eine wirksame Isolierung kann darin bestehen, daß diese Flächen außerhalb der Kontaktflächen durch Aussparungen gegeneinander abgesetzt sind. Die Aussparungen haben zugle'ch den Vorteil einer wesentlichen Gewichtsverminderung. Sie bilden

■i gezielte Isolierräume. Zur Unterstützung einer solchen Isolierung, d. h. des Wärmeüberganges bzw. der Konvektion, können in den Aussparungen Wärmedämmkörper geeigneter Art, z. B. Wärmedämmplatten oder auch Abschirmbleche od. dgl. . angeordnet sein. Vorteilhaft

to können die Isolierungen aus Asbest sein, die in den Aussparungen angeordnet sind. Die in die Aussparungen eingesetzten Wiirmedämmkörpcr bzw. -platten können durch Abstandshalter aus Isoliermaterial in ihrer Lage ₍ gesichert werden. Bei notwendigen Abstützflächen zwisehen der Innenschale und der Außenschale ist die Abstützung mittels Isolicrteilen vorzusehen. Hierzu können insbesondere Keramikkörper verwendet werden. Die gezielte Anordnung von Kontaktflächen bzw. Isolierungen zwischen den beiden Schalen soll dazu führen, daß durch eine punktförmige Erwärmung der Außenschale an vorbestimmten Stellen eine Geradlinigkeit der inneren Schale gewährleistet ist. Dies gilt nicht nur für die Seitenwangen des StahSeinsatzes der inneren Schale, sondern auch für das Sohlenteil der Gußform.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß sich in den Aussparungen kein Wärmestau der Luft ergeben kann. Hierzu sollen die Aussparungen mit Belüftungs- und Entlüftungsöffnungen bzw. -bohrungen versehen sein. Durch die Entlüftung der Hohlräume, die durch die Aussparungen gebildet werden, kann die Wärme bzw. die Warmluft ungehindert abströmen. Die Belüftungsöffnungen sind so vorzusehen, daß stetig kältere Luft in die Hohlräume nachströmen kann, so daß sich durch die Aussparungen echte

J5 Käliebrücken ergeben.

Bei Kokillen, deren durch die Längsteilung sich ergebenden Kokillenteile in Querrichtung zur Längsachse zum öffnen und Schließen verschoben werden müssen, wird die erfindungsgemäße Maßnahme noch dadurch unterstützt, daß diese Kokillenteile frei von Betätigungsorganen für das öffnen und Schließen dieser sowie für das Ausstoßen des Gußstückes gehalten werden. Die Betätigungsorgane sind stationär anzuordnen. Dies trägt zu einem geringen Gewicht der Kokille bei. Im Gegensatz zu den bisherigen Ausführungen, bei denen die Betätigungsorgane für die genannten Elemente an der äußeren Schale angeordnet sind, gehen diese Betätigungsorgane nicht in den Wärmehaushalt der doppelschiiligcn Kokille ein, Dadurch kann man treffsicherer die Wärmebedingungen und das Wärme-Spannungs-Verhältnis der Schalenteile zueinander beherrschen. Ferner ist noch dafür zu sorgen, daß die weiteren Teile, die die Kokille tragen bzw. aufnehmen, ebenfalls auf Wärmeübergang isoliert sind. Hierzu gehört auch, daß die Grundplatte zu einem diese aufnehmenden Fahrgestell oder zu Fahrorganen durch wärmedämmende Zwischenlagcn isoliert ist. Auch der Gießtrichter ist so anzuordnen, daß keine Wärme von diesem zu d^r Kokille gelangen kann.

bo Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachstehend erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kokille gemäß oer [Erfindung im Querschnitt und im Schema.

b^rj Fig. 2 stellt die Kokille der F i g. 1 im Längsschnitt, schematisch dar.

Fig. 3 und 4 zeigen im Ausschnitt weitere Ausführtingsbeispicle für die Ausbildung der Elemente für die

Möglichkeit des Verfahrens der Kokille in Längsrichtung derselben.

Die Kokille 1 zur Herstellung von Gußstücken aus einer Leichtmetall-Legierung, insbesondere von langgestreckten Gußstücken, z. B. Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen u.dgl., weist eine innere Schale 2 aus Stahlgußteil und eine äußere Schale 3 aus Graugußkörper auf. Die inneren Schalenteile dienen zur Formgebung des Gußstückes und können aus den Scilenwangen 4 und dem Bodenstück 5 bestehen, während die äußeren Schalenteile als Graugußkörper die Seitenteile 6, die die Wangen 4 abgestützt halten, und die Grundplatte 7 sind. Im Innern der inneren Schalenteile 4 und des Bodenstückes 5 befinden sich die die Formgebung des Gußstückes bildenden Kerne, z. B. der Sohlenkern 8 und die Kerne 9 und 10, die mit Verlängerungen zur Bildung der Kanalzuführungen versehen sind. Der Dekkelkern 11 ist eine Druckmassel für das Gießen im Schwerkraftverfahren, wobei das durch die Schwindung des Abgusses zusätzlich benötigte Material aus dem Vorratsraum des Druckmasselkerns herausgeholt wird. Die Grundplatte 7 kann mittels Füßen la auf einer Platte 12 eines Fahrgestells 13 aufgesetzt und zentriert sein. Das Fahrgestell weist Laufräder 14 auf. die auf Schienen 15 entlangfahren, wobei die Schienen 15 durch ein Untergestell 16 abgestützt werden. Ein Hubbalken 17 weist Stößel 18 zum Ausstoßen des Gußstückes aus der Kokille auf. wobei der Hubbalken an Bolzen 19 gleitend gelagert ist. Mit dem Hubbalken 17 ist ein Schaft 20 verbunden, der mittels seines Flansches 20,7 beim Verfahren der Kokille in Längsrichtung in ortsfest angeordnete hakenförmige Greifer 21 einfahren und aus diesen wieder herausfahren kann, wobei der Greifer 21 durch einen ortsfest vorgesehenen Hubzylinder 22 betätigt werden kann. Durch die Teilung der Kokille in Richtung der Längsachse sind die Seitenwangen 4 zusammen mit den Seitenteilen 6 in Querrichtung zur Längsachse verschiebbar, wozu die Gleitführungen 23 und 24 dienen. Zur Betätigung der Verschiebung dienen Hubzylinder 25 und 26, an deren Kolben 25a und 26.7 Hakenteile 27 und 28 angeordnet sind, die mit Ansätzen 29 und 30 der äußeren Schalenteile 6 zum öffnen und Schließen der Kokillenteile 4 zusammengreifen. Die äußeren Schalenteile 6 gleiten zum Verschieben der Kokillenteile in Querrichtung zur Längsachse auf Leisten 30 und untergreifen weitere Führungsleisten 31. Der Gießtrichter ist mit 32 bezeichnet.

Zur Erzielung eines geradlinig gestreckten Abgusses innerhalb einer vorbestimmten engen Toleranzgrenze sind zwischen den Teilen 4 und 5 der inneren Schale und den Teilen 6 und 7 der äußeren Schale Isolierungen und nur beschränkt Kontaktflächen VOr⁰CSChCn. Die !solicrungen bestehen bevorzugt aus Aussparungen bzw. Hohlräumen 34, 35, 36, 37. die nach Möglichkeit rings um die Teile der inneren Schale geführt sind, so daß die sich gegenüberstehenden Flächen der Teile der inneren Schale und der Teile der äußeren Schale keine unmittelbare Berührung miteinander haben. Auch an den Längsseiten der Seitenwangen 4 der inneren Schalenteile sind Hohlräume 38 geschaffen, die mit den Hohlräumen 36 und 37 übereck in Verbindung stehen können. Zu diesen Hohlräumen bzw. Aussparungen führen Belüftungskanäle 39 und am oberen Ende der Hohlräume sind Entlüftungskanäle 40 vorgesehen, um einen Hitzestau innerhalb der Aussparungen bzw. Hohlräume zu vermeiden. Ferner können in den Hohlräumen, /.. B. 34 und 38. Wärmedämmkörper bzw. Wärmedämmplaiten 41, 42 angeordnet werden, die eine Wärmestrahlung zu den inneren Schalenteilen unterbinden und abfangen. Diese Wärme dämmkörper41 und 42 können durch Abstandshalter 4; in ihrer Lage gesichert werden. Vorteilhaft bestehen di< Wärmedämmkörper aus Keramik.

Das Bodenteil 5 der inneren Schale 2 wird von de Grundplatte 7 der äußeren Schale 3 abgestützt. Hierbe sind gezielt angeordnete Kontaktflächen für die War meableimng von innen nach außen vorgesehen. Eint solche Kontaklfläche 45 befindet sich im mittleren Be

κι reich über die Länge der Teile gesehen mittels des hoch gezogenen Ansatzes 46, während die anderen Abstütz teile zwischengelegte Isolierkörper 47 und 48 aufweisen Die Wärmeableitung von dem inneren Schalenteil 5 zi dem äußeren Schalenteil 7 befindet sich hierbei geziel in dem mittleren Bereich, wo die Verformung durch die Wärme am geringsten ist. An den F.nden der langge streckten Teile, an denen die Verformung am größter ist, sind keine unmittelbaren Berührungs- oder Kontakt flächen vorgesehen, sondern die Abstützung erfolg hierbei durch Wärmeisolierkörper. Auf diese Weise wird dem Trend der Wölbung des Stahlgußteils 5 mi der größten Krümmungsabweichung an den Ender durch den Graugußteil 7 der Grundplatte entgegenge wirkt, bei der der mittlere Bereich wärmer als die End

2^Γ> teile ist, so daß sich eine entgegengesetzt gerichtet« Wölbung ergibt. Die dadurch entstehenden Kräfte sol len sich ausgleichen, so daß der Abguß nicht in Mitlei denschaft gezogen werden kann. Es ist selbstverständ lieh, daß überall dort, wo Be- und Entlüftungskanäle zi den Aussparungen möglich sind, diese an den Schalen teilen angeordnet werden.

Wo sonst noch Berührungsflächen entstehen können sind diese ebenfalls isoliert. Dies gilt beispielsweise ar den Stellen, an denen das Bodenteil 5 der inneren Schalt

J5 mit der Grundplatte 7 durch Schraubbolzen 52 befestig ist; hier sind zur Abstützung Wärmedämmringe 53 zwi schengcschaltet. Das Entstehen von Wärmebrücken is bis auf die gezielte Anordnung von Wärmekontaktflä chen zwischen den Teilen der inneren und der äußerer Schale völlig zu vermeiden. Die Wärmeisolierung zwi sehen den Teilen der inneren und der äußeren Schale is ringsum konsequent durchzuführen, um die gezielt! Wirkung für die Gcradlinigkeit des Abgusses zu erhal ten und berechenbar zu machen.

Es ist weiterhin zweckmäßig, daß auch die Laufrädei 14 und 14,7 wärmeisoliert gelagert sind, was durch eins wärmedämmende Hülse 54 erreicht werden kanr (Fig. 3). Wenn die Grundplatte 7 unmittelbar auf ange tricbenen oder nicht angetriebenen Rollen 55 verfahr bar ist. kann die Zwischenleiste 56 ebenfalls aus wärme isolierendem Werkstoff bestehen.

Die beschriebene Ausbildung der zweischaligcn Ko kille ist infolge der geringen Wanddicken bei besserei Erzielung des erstrebten Vorteils einer Geradlinigkei des Abgusses auch kostenmäßig erheblich günstiger Für ein kp-Abguß (Verkaufsgewicht) braucht nur etw. ein Drittel bis nahezu ein Fünftel an Kokillenkostei aufgewendet zu werden bei sonst gleichen Teilen unc unter Verwendung von Einlaß-, Auslaß-, Wassermantel und Druckmasselkern in Quarzsand. Das Kostenver hältnis fällt noch günstiger bei Zylinderköpfen von meh als etwa 10 kpaus.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Dauerform (Kokille) zur Herstellung von Gußstücken aus einer Leichtmetall-Legierung, insbesondere von langgestreckten Gußstücken, z. B. Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen, wobei die Kokille doppelschalig ausgebildet ist und die innere Schale aus einem Stahleinsatz und die äußere Schale aus Graugußkörper besteht, die Kokille längsgctcill ist und die Kokillenteile in Querrichtung zur Längsachse verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwangen (4) und das Bodentei! (5) als die dem Gußstück Kontur gebenden inneren Schalenteile (2) mit den äußeren Schalenteilen (3), d. h. den die Wangen (4) abstützenden Seitenteilen (6), und der das Bodenteil (5) aufnehmenden Grundplatte (7) lediglich mittels Kontaktflächen (45) beschränkter Größe in Verbindung stehen, während die benachbarten Flächen der Schalenteile keine Berührung miteinander haben, und daß die Kontaktflächen (45) für die Wärmeableitung von innen nach außen an den Stellen angeordnet sind, an denen das Verziehen der inneren Schalenteilc infolge dem Temperaturgefälle am geringsten ist, d. h. im mittleren Bereich in bezug auf die Länge des Teils.

2. Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberstehenden Flächen der Schalenteile (2, 3) außerhalb der Kontaktflächen (45) Isolierungen aufweisen.

3. Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberstehenden Flächen der Schalenteile außerhalb der Kontaktflächen durch Aussparungen (34-38) gegeneinander abgesetzt sind.

4. Dauerform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Aussparungen (34—38) Wärmedämmkörper oder Wärmedämmplatten (41,42) oder ein eine Strahlung unterbindendes Abschirmblech angeordnet sind.

5. Dauerform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den notwendigen Abstützflächen zwischen den Teilen der Innenschale und der Außenschale Isolierteile (47, 48), /.. B. als Keramikkörper, vorgesehen sind.

6. Dauerform nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (34—38) bzw. die entsprechenden Hohlräume mit Belüftungs- und Entlüftungskanälen (39, 40) versehen sind.

7. Dauerform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (7) zu einem diese aufnehmenden Fahrgestell (13) oder zu Fahrorganen (14, \4;i) durch wärmedämmende Zwischenlagen (54) isoliert ist.

8. Dauerform nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillen (4) frei von Betätigungsorganen (25 —28) für das Öffnen und Schließen der Kokillenteilc sowie von solchen (21, 22) für das Ausstoßen des Gußstückes sind.

9. Dauerform nach einem der Ansprüche I bis dadurch gekennzeichnet, daß das Kokillengewicht (einschließlich Gießtrichicr) /u dem Gewicht des Gußstückes in dem Verhältnis von kleiner als 100 : 1, vorzugsweise von MO bis 70 : 1 stein.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dauerform (Kokille) zur Herstellung von Gußstücken aus einer Leichtmetall-Legierung, insbesondere von langgestreckten Gußstücken, /.. B. Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen, wobei die Kokille doppelschalig ausgebildet ist und die innere Schale aus einem Stahleinsatz und die äußere Schale aus einem Graugußkörper besteht.

Beim Kokillenguß von langgestreckten Gußstücken, die beispielsweise Längen von 0,3 m bis 1 m und darüber in aufweisen, besteht die große Gefahr, daß das Gußstück nicht gerade bleibt, sondern sich mehr oder weniger verzieht, d. h. daß das Gußstück selbst, über die Längsachse gesehen, gekrümmt verläuft. Ein solches Verziehen am Gußstück ist unerwünscht.

Man muß die Toleranzen an den Bearbeitungsflächen größer halten. Dies bedeutet einerseits einen höheren Materialaufwand und andererseits größere Bearbeitungskosten. Man hat schon auf verschiedene Weise versucht, ein Verziehen von langgestreckten Gußstükken beim Kokillenguß zu vermeiden. Der eine Weg hierfür besteht darin, daß die Kokille gekühlt wird. Dadurch ergibt sich ein zusätzlicher Aufwand in der Ausbildung und Gestaltung der Kokille. Die Kokillenteile sind so zu bemessen, daß innerhalb der Wanddicke der Kokille eine genügende Anzahl von Kühlkanälen untergebracht weiden kann. Dies führt zu einem betriebsmäßig zusätzlichen Aufwand. Ein anderer Wog, das Verziehen von langgestreckten Gußstücken im Kokillenguß zu vermeiden, wird darin gesehen, daß die Kokille selbst äußerst massiv ausgebildet wird. Die Kokille selbst wird mit übermäßig starken Wanddicken versehen. Man geht hierbei davon aus, daß die dicken Wände allein durch ihre Masse die von dem Gußstück abzuleitende Wärme so aufnehmen können, daß die Kokille gerade bleibt und sich nicht verzieht. Denn beim Kokillenguß verzieht sich nicht nur das Gußstück, sondern auch die Kokillenteile, d. h. der Stahleinsatz und der äußere Graugußkörper als äußere Schale. Diese können dem Verziehen des Gußstückes Vorschub leisten. Den beiden Fällen der bisheri-4(i gen Gestaltung und Ausbildung der Kokillen für das Herstellen von langgestreckten Gußstücken ist gemeinsam, daß sich Kokillen ergeben, die sehr materialintensiv sind. Es ergeben sich sehr hohe Gewichte für die Kokillen. Bei den bisherigen Bauweisen erreicht das ■Γ) Verhältnis der spezifischen Gewichte, d.h. eines kp für die Kokille zum kp für den Abguß bzw. das Gußstück, die Werte von 200 bis 500 zu 1 einschließlich Gießtrichter. Dies bedeutet, daß die Kokille mindestens zwei- bis dreihundertmal schwerer ist als das Gußstück. Solche so Gewichte sind im Betrieb sehr arbeits- und energieaufwendig, insbesondere bei Kokillen, die in ihrer Längsebene geteilt sind, wobei die Kokillenteile zum Schließen und öffnen verschiebbar gelagert sein müssen. Die bisherige Bauweise der Kokillen ist auch ungünstig, γ, wenn das Herstellen der Gußstücke im kontinuierlichen Betrieb in einem Umlaufsystem vorgenommen werden soll.

Aulgabe der Erfindung ist es. Kokillen für langgestreckte Gußstücke der anfangs genannten Art zu schafwi fen, vornehmlich für das Gießen im Schwerkraftverfahren, bei denen sich gerade bleibende Gußstücke über die Lunge derselben gesehen ergeben und das Verhältnis des Gewichtes der Kokille zu demjenigen des Gußstückes wesentlich herabgesetzt ist. wobei die Kokillen unter weniger Energieaufwand leicht und schnell gehandhabt werden können. Gemäß der Erfindung ist hierzu vorgesehen, daß die .Seitenwangen und das SoIilcnlcil als die dem Gußstück Kontur gebenden inneren