DE3016325C2 - Niederdruck-Gießform - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Niederdruck-Gießform gemäß dem Oberbegriff von Patentanspnich 1.

Derartige Niederdruck-Gießformen finden Anwendung bei den sogenannten Niederdruckgießverfahren, bei denen die Gießformen von unterhalb her bei einem Druck höher als der atmosphärische Druck, jedoch wesentlich unterhalb 2 bar. gespeist werden. Das Niederdruckgießen zeichnet sich dadurch aus, daß auch kompliziertere Formhoh'räume leichter gefüllt werden können, die beim nur schwerkraftbedingten Gießen vergleichsweise schlecht gefüllt werden. Insbesondere eignet sich das Niederdruckgießen besonders gut für eine Automatisierung der Steuerung aufeinanderfolgender Gießvorgänge.

Dabei ist es für das Niederdruckgießen bekannt (FR-PS 22 95 808), Formen aus Sand zu verwenden, in welche das Metall eingegossen wird. Der Vorteil von Sandformen liegt darin, daß dadurch auch eine thermische Barriere gebildet wird, wodurch Härtungserscheinungen der Gußstücke vermieden werden. Ein Nachteil derartiger Sandformen liegt allerdings darin, daß dort der Fülldruck über längere Zeit aufrechterhalten werden ,muß. Deshalb . müssen die /or das Niecierdruckgießert !verwendeten Sandformen eine vergleichsweise' hohe mechanische Festigkeit aufweisen, $o daß ejitweder. der Sand- mit einem stärkeren , Anteil von Bindemi_Ue|.yerraisc,ht,pder aber dickere und massivere Formen als· im Falle des :schwerkraftbedingten Gießens verwendet werden müssen. Zv/angsweise erhöhen sich dadurch die Herstellungskosten der Gußstücke, weil einerseits die Formen, die verloren sind, teuer herzustellen sind und andererseits die Kühlung der Gußstücke eine relativ lange Zeit benötigt Um die für die Sandformen beim Niederdruckgießen erforderliche Sandmenge zu begrenzen, ist die Verwendung von metalfischen Kokillen bekannt (FR-PS 23 84568), wodurch man eine für das Niederdruckgießen geeignete Panzerung der Form erreicht wobei die Form innen mit einem Oberzug aus einem Gemisch aus Sand und Bindemittel überzogen ist Diese metallischen Kc kille'n besitzen allerdings den Nachteil, daß sie relativ aufwendig in der Herstellung sind und für jede Gußstückform eine eigene Kokille erforderlich ist

Einen Verzicht auf derart vergleichsweise massive Sandformen oder aufwendige Metallkokillen erreicht man dadurch, daß zum Gießen relativ dünnwandige Fornunasken eingesetzt werden (DE-OS 1806 277), welche auf einem Bett aus rieselfähigem Metallgranulat gelagert sind, das während der Abgießphase durch magnetische Kraftfelder verfestigt wird. Das Eingießen in diese relativ dünnwandigen Formmasken erfolgt dabei unter Schwerkraft Dieses Gießverfahren besitzt aber den Nachteil, daß insbesondere bei komplizierteren Formen die Form nicht vollständig gefüllt wird, so daß es zu Lunkerbildungen und zu Gußstücken mit vergleichsweise geringer Oberflächengüte kommen kann, die einer Nacharbeitung bedürfen.

Unter Berücksichtigung dessen, daß bislang offensichtlich eine Schwierigkeit darin bestand, relativ dünnwandige Formmasken auch für das Niederdruckgießen zu verwenden, weil beim Eingießen von flüssigem Metall unter Druck die Gefahr von Verformungen und Rißbildungen in der Formmaske aufgrund einer nicht gleichförmigen Verteilung und Verfestigung der die Maske tragenden Granulatmasse als kritisch beurteilt worden ist besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Vorteile des Niederdruckgießens auch bei Formmasken nach dem Croningsystem zu verwirklichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst wobei zweckmäßige Ausgestaltungen in den Unteransprüchen angegeben sind.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, das Niederdruckgießen auch bei relativ dünnwandigen Formmasken einzusetzen, weil die allseitige Einbettung der Formmaske in Verbindung mit der Auflagerung auf einem Trägervorsprung und einer von oben auf den Kasten aufgedrückten Platte eine geeignete Panzerung der Formmaske bewirkt, so daß Verformungen der Formmaske, Rißbildungen in der Formmaske sowie ein Aufstehen in der Teilungsebene der Formmaske beim Einführen von flüssigem Metall unter Druck weitgehend unterbunden sind. Zugleich kommen die Vorteile des Niederdruckgießens voll zum tragen, also vollständige Füllung auch komplizierterer Formhohlräume und Erzielung von Gußstücken von hochqualitativer Oberfläche.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert Darin zeigt

Fig. i einen schematischen-, vertikalen TeiiscbpHi durch eine Ausführungsform der Erfindung.sowje - .»', .jj

Fig.2 eine Teüdfaufsicht auf. die.Ausführungsform gemäßFig. 1. , - . f.f

Die dargestellte Niederdruck-Gieß'antage umfaßt eine Gießpfanne I, ein Gerüst 2 sowie eine Anzahl von völlig gleichen Niederdruck-Gießformen & von,· denen, eine einzige dargestellt ist. Die Abmessungen der Form

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3 sind bezuglich denen der Pfanne 1 aus Gründen der übersichtlicheren Darstellung übertrieben gezeigt.

Die Gießpfanne 1 umfaßt ein Gefäß 4 großer Abmessungen, das ein flüssiges Metall enthält und eine schräge durch einen Deckel 7 geschlossene FüIIschnauze 6. Ein vertikales Steigrohr S aus feuerfestem Material durchsetzt die obere Wandung dieses Gefäßes. Das Steigrohr 8 taucht fast bis zum Gefäßboden und steht oben über eine kurze Länge vor, wo es von einem konischen Bundring 9 umgeben ist.

Das obere Ende des Rohres 8 liegt in der gleichen horizontalen Ebene P wie die plane Oberseite des Bundrings 9. Eine mit dem Inneren des Gefäßes 4 verbundene Leitung 10 kann, gesteuert du-ch ein Ventil 11, entweder mit einer Druckgasquelle, beisp" ^Ms\veise Druckluft oder mit der Entlüftung verbvmdsn w«»-f en.

Das Gerüst 2 umfaßt vier Teleskopsiänder ¹^ die mit Schraubenfedern 13 versehen sind. Die Ständer 12 tragen einen horizontalen Tisch i4, ^:"- dauernd nach oben durch Federn 13 zurückge-jrü_^t v.ird. Unter dem Tisch 14 sind Vibrationseinriti..ungen 15 angeordnet, während ein U-förmiger Elektromagnet 16 mit zwei paraHeien Armen oder Schenkeln 17, die über eine Spule 17a verbunden sind, auf diesem Tisch positiniert ist

Der Tisch weist eine kegelstunipfförmige Öffnung 18, konjugiert zur Außenfläche des Bundrings S, auf. In unterer Stellung des Tisches drückt die Öffnung 18 auf diese Fläche und die Oberseite des Tisches befindet sich in der oben definierten Ebene P.

Das Gerüst umfaßt noch einen vertikal versenkbaren Stempel 19, der sich auf einem erheblich darüber liegenden Niveau oberhalb der Gießpfanne 1 befindet.

Die Form 3 besteht aus f^:nem Kasten 20, einer Formmaske 21 sowie einer Metallgranulatmasse 22. Kasten und Masse 22 sind sämtliche Formen, im Gegensatz zur Formmaske 21, gemeinsam.

Der Kasten 20 ist parallelepipedförmig ausgebildet und aus Metall hergestellt Die Länge des Kastens ist geringfügig kleiner als die die beiden Arme 17 des Elektromagnet 16 trennende Entfernung. Der Boden dieses Kastens weist eine kegelstumpfförmige nach unten konvergierende Öffnung 23 auf, während seine obere Wandung eine abnehmbare Platte 24 bildet. Die Öffnung 23 mündet nach außen in einen Falz 25 geringer Dicke.

Die dünnwandige Formmaske 21 ist aus einem gehärteten Gemisch aus Sand und in der Wärme härtbarem Harz, beispielsweise Isocyanatharz oder Phenolformaldehydharz hergestellt. Diese in zwei in Hälften entsprechend der horizontalen Trennebene Q unterteilte Formmaske bilde! mit einem Innenkern 26 einen Formhohlraum 27 von der Gestalt des zu formenden Werkstücks, bei dem es sich beispielsweise um einen Hahnschieberkörper handelt.

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Die untere Formmaskenhälfte weist einen vorstehenrnhr

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Gießöffnung 29 mit dem gleichen Durchmesser wie das Rohr 8 bildet. Außen ist dieser Trägtransatz kegelstumpfförmig und entsprechend der Öffnung 23 des Kastens ausgebildet. Wird er in diese Öffnung eingesteckt, so ist sein Endabschnitt gieren mit dem Boden des Falzes 25. Die Gießöffnung 29 steht mit dem Formhohlraum nur über eine kleine horizontale Leitung 30 in Verbindung.

Außen weist die Formmaske 21 ringförmige Trägervorsprünge 31 zur Versteifung auf, von denen einer unter Abstand zum Trägeransatz 28 vorgesehen ist. 1st die Fonnmaske im Kasten 20 vorgesehen, was ein erhebliches Spiel nach allen Seiten beläßt, so stützt sich der Trägervorsprung 31 gegen den Boden des Kastens, gegebenenfalls wie dargestellt, über einen Keil 32 ab. Die Formmaske ist so vollkommen stabil positioniert, ohne daß der Sand übermäßigen Beanspruchungen ausgesetzt wäre. Der im Kasten 20 freibleibende Raum wird von der Masse 22 gefüllt, die aus verdichtetem magnetisierbareni Eisenkies mh einer Granulometrie von beispielsweise 17/10 mm besteht Die Arbeitsweise ist wie folgt:

Zu Beginn wird die das flüssige Metall 5, beispielsweise Gußeisen, enthaltende Gießpfanne 1 unter einem geringen Luftdruck, beispielsweise in der Größenordnung von 1 bar durch die Leitung 10, gehalten; unter dem Einfluß dieses Druckes befindet sich das Gußeisen im Steigrohr 8 auf einem Niveau N, das wesentlich unter dem der Austrittsöffnung dieses Rohres liegt Der Tisch 14 befindet sich in oberer Stellung unter der Wirkung der Federn 13; der Stempel 19 ist eingefahren, geaau wie die Platte 24. Letztere kann im übrigen fest mit der Kolbenstange des Stempels 19 verbundsn sein.

Eine klebende Unterlegscheibe 33 kam; ;:i den Falz 25 des Kastens 20 gepreßt sein, der dann auf den Tisch 14 zwischen den Armen des Elektromagneten 16 gefjhrt und so positioniert wird, daß seine öffnung 23 auf der Öffnung 18 dieses Tisches zentriert wird. Ein geringes Spiel von beispielsweise 0,5 mm, das in der Zeichnung nicht sichtbar ist, besteht dann zwischen jedem Arm 17 und der benachbarten Fläche des Kastens 20. Eine einen Kern 26 enthaltende Formmaske 21 ist :n länglicher Lage auf den Boden des Kastens derart gelegt, daß sie durch den Trägervorsprung 31 abgestützt und positioniert und über den Trägeransatz 28 gehalten wird.

Trotz des Gewichts der Form und des Elektromagneten werden die Federn 13 üicht völlig zusammengedrückt und heben den Tisch 14 noch leicht, derart, daß die Unterlegscheibe 33 noch nicht zusammengequetscht ist

Magnetisierbarer Eisenkies wird dann in das Innere des Kastens 20 geschützt oder geblasen, derart, daß er seine" unteren Teil zwischen der Formmaske 21 und dem Boden des Kastens füllt sowie seinen oberen Teil, bis die Formmaske völlig bedeckt ist. Die äußere Form der Formmaske 21, die beispielsweise fast ausschließlich aus Abrundungen besteht, begünstigt das Finführen des Stahlkieses unter die Formmaske.

Dann werden die Vibratoren 15 derart betätigt, daß der Tisch 14 auf den Federn 13 vibriert und die Granulatmasse 22 zweckmäßig verdichtet

Während dieser Verdichtung sinkt das Niveau des Granulats im Kasten 20: man lädt also in den Kasten Granulat nach, beginnt die Verdichtung und die Nachladung von neuem, bis das Niveau des Granulats satt mil dem oberen Teil des Kastens 20 liegt. Nach zweckmäßiger Verdichtung weist die Masse 22 ein

Minimum an frpipn l-infilränmpn inchpcrmrlprp hpnaph-

bart der Formmaske, sowie ein Maximum an Dich:e auf.

Nach Vibrieren und Verdichten erregt man den Elektromagneten 16 der die Masse 22 einem starken magnetischen Feld aussetzt, das diese Masse 22 versteift; die Vibrationen werden unmittelbar nach dem Füllen mit Granulat und vor der Erregung durch den Elektromagneten unterbrochen.

Die so verdichtete und verhärtete Masse bildet für die Formmaske 21 eine ausgezeichnete steife Stützform. Das Ganze ist praktisch vom mechanischen Standpunkt äquivalent einer inneren mit Sand ausgekleideten

Melallkökille.

Die Platte 24 wird dann geführt und abgesenkt durch den Stempel bzw. den Zylinder 19 und druckt unter Kraftaufwand die Form 3 auf den vibrierenden Tisch i4; hierdurch werden die Federn 13 zusammengequetscht; die Öffnung 18 des Tisches auf den Bundring 9 gedrückt; die Unterlegscheibe 33 wird zwischen letzterer und dem Boden ihrer Lagerungzusammengequelscht

Aus Sicherheitsgründen kann wenigstens eine Klemmverbindung 34 um die Form 3 und den Tisch 14 hörümgeiegt wjerden, um das gegenseitige! Festlegen der beiden Teile der Anlage, die nunmehr bereit für den Gießvorgang ist. zu beenden Um dies zu erreichen, ist der Hahn U offen und Luft, beispielsweise unter Druck in der Größenordnung von 1.2 bar wird in das Gefäß oberhalb des flüssigen Gußeisens 5 eingeführt. Die Schnalze steigt über das Steigrohr 8. die Gießöffnung 29 und die Leitung 30 in den Formhohlraum 27. den sie völlig füllt. Der Schub, den das unter Druck eingeführte Metali auf die Wandungen der Formmaske 21 ausübt, wird durch den Widerstand augeglichen, der von der verdichteten und versteiften Masse 22 und von der Platte 24 gebogen wird, wodurch das Anheben der Form 3 über den Tisch 14 verhindert wird.

Während des Gießens bleibt die magnetische Masse 22 relativ kalt, insbesondere benachbart der Formmaske 21. wo ihre Temperatur 200°C. und zwar wegen des feuerfesten Charakters der Maske kaum überschreitet, wodurch die Warne der Schmelze nicht übertragen wird, fm oberen Teil der Form ist die Granulatmasse einfach kalt Diese Masse bleibt also magnetisch und steif, da sie weit vom Curiepunkt von 750⁰C. ab dem sich die magnetischen Eigenschaften des Eisens verlieren, entfernt ist

Dabei wird während des Gießens, was sehr günstig ι Ji. kein Gas außerhalb der Form 3 freigesetzt, obwohl die erzeugten Gase aus dem Formhohlraum 27 über die poröse Formmaske 21 und die permeable Granulatmasse 22 austreten können. Man nimmt an. daß. da die Form 3 völlig mit Granulat in ihrem oberen Teil gefüllt ist und die Masse 22 kalt bleibt die Gase sich in dieser Masse mit einer Tendenz zur Kondensation verteilen, wobei sie daran gehindert werden, bis zum oberen Ende der Form aufzusteigen.

Nach dem Füllen des Formhohlraums 27 mit Schmelze und nach einer gewissen relativ kurzen Druckhaltezeit entsprechend der Verfestigung in der Leitung 30 nach ausreichendem Speisen des Hohlraums, wird der Druck in der Gießpfanne 1 aufgehoben und liefert der Leitung 10 einen Druck, der niedriger als der Gießdruck ist jedoch ausreicht die Schmelze nur auf ein Niveau Ni zurückzuführen, das gestrichelt dargestellt ist und sieb nahe dem oberen Teil des Bundrings 9 befindet

Die Speisung des Elektromagneten 16 mit elektrischer-Strom wird dann unterbrochen. Die Platte 24 wird gehoben und mit dem Stempel oder Zylinder 19 eingezogen: die Form 3. die mit Gußeisen gerade gefülit ist wird wenigstens zum Teil von ihrer Masse 22 entleert Dieser Vorgang erfolgt unter einer nicht dargestellten Haube, da in diesem Moment wahrscheinlich durch Verdampfung die während des Gießens entwickelten und dann im oberen Teil der Granulatmasse 22 freigesetzten Dampfe aus der Formmaske 21 austreten. Wenn diese Formmaske ausreichend von der Granulatmasse freigegeben ist wird sie selbst mit dem Gußstück entfernt da dann verputzt wird.

Für den folgenden Gießvorgang genügt es. in die verbleibende Granulatmasse im gleichen Kasten 20, der von neuem auf dem Tisch J4 angeordnet ist, eine neue mit ihrem Kern 26 versehene Formmaske 21 einzuführen und dann den Füllvorgang zu vervollständigen, ; indem man Granulat verwendet, das gerade aus der vorhergehenden Form 3 entnommen würde und die Verdichtung und die anderen nachfolgenden Vorgänge, wie sie beschrieben wurden, vornimmt In Praxis ist es nicht notwendig, das gesamte Granulat nach jedem

ίο Gießvorgang herauszunehmen, da dieses in gewissem Maße seihe...konfiguration, wenn man hierauf die Formmaske 21 abgezogen hat. beibehält.

Als numerisches Beispiel sei /um Vergießen eines Schieberkörpers von 50 kg mi« einem !.eitungsdurch-

n messer von 200 mm ein Kasten 20 mit 850 χ 950 χ 500 mm genannt Man seivi dann die Masie 22 einem magnetischen Feld von 4000 Gauß aus; dieses Feld ist eine Funktion des Querschnitts des zu verfestigenden Granulats und damit der Entfernung

jn zwischen den Armen 1' des Elektromagneten. Die Granulometrie wird ziemlich fein gewählt, um ein Minimum an Zwischenräumen zu belassen, da die Zwischc Jme zu einer Erhöhung des notwendigen magnetischen Feldes führen, ohne die Form übermäßig zu beschweren. Das erhaltene Gußstück hat eine Haut, d. h. einen äußeren Oberflächenzustand, die sehr gut aussieht und sehr genaue Abmessungen aufweist

Da man ein Gießverfahren bei Niederdruck verwendet führt lan in den Formhohlraum 27 flüssiges Metall

so wiederum ein; das nr<s*^;"p Metall erscheint niemals außen, was die Bequemlichkeit und die Sicherheit für das Personal garantiert soweit ts benachbart der Anlage arbeitet; im übrigen erfolgt das Anheben und Absenken des flüssigen Metalls im Rohr 8 durch

J5 einfaches Betätigen des Halms 12 sowie Verbinden mit einer zweckmäßigen Druck- oder Entlüftungsquelle: dies ist für eine Auton.atisierung leicht geeignet So weist die Speisung der Form mit flüssigem Metall keinen schwierigen oder gefährlichen Charakter auf.

so Dank der Vibratoren 15 ist die Dichte der Masse 22 ausreichend, um sicherzustellen, daß örtliche Hohlräume in Kontakt mit der Formmaske nicht auftreten, was zu einer örtlichen fehlerhaften äußeren Abstützung hierfür und somit zu einer Gefahr der Verformung und zum Bruch unter dem Druck des flüssigen Metalls trotz der Verfestigung der Masse 22 durch das magnetische Feld führen würde.

Die Granulatmasse 22 ist auswechselbar und völlig wiederverwendbar, unabhängig von der Gestalt des Formhohlraums; das zusätzliche Werkzeug, bestehend aus den Vibratoren 15 und dem Elektromagneten 16.

arbeitet nur mit leicht verfügbaren Elementen, was die Wirtschaftlichkeit begünstigt

Das beschriebene Formverfahren eignet sich gut zur Herstellung von Werkstücken komplizierter Form. Begrenzungen hinsichtlich Volumen und Gewicht der so zu gießenden Gußstücke werden lediglich durch die Stärke des magnetischen Feldes, das mittels des Elektromagneten 16 erzeugt werden kann, begrenzt

Mit einem magnetischen Feld von 4000 Gauß kann man

Gu3stücke mit einem Gewicht bis zu 500 kg herstellen.

Nach einer anderen Ausführungsform kann die Form

3 mit Granulat gefüllt und unter Entfernung von der

Gießstelle auf einem anderen Vibriertisch gefüllt

t>5 werden. In diesem Fall wäre der Tisch t4, der nur dazu dient die Form an der Gießstation aufzunehmen und den Elektromagneten 16 zu tragen, nicht mehr mit Vibratoren 15 versehen.

In sämtlichen Fällen versucht mart, der Formmaske zweckmäßigerweise eine äußere Form zu geben, welche eine günstige Verteilung des Granulats erleichtert, selbst wenn der Formhohlraum nicht entsprechende Formen aufweist Es; kann sich um Abrundungen wie im dargestellten Beispiel öder um irgend eine andere ablenkende Form handeln, die die Füllung des Kastens mit Granulat begünstigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. 30 16 32^r

   Patentansprüche:

   " 1. Niederdruck-Gießform bestehend aus einer in einer Stütefonn geiagerten Innepforni aus porösem Formstoff, deren bodenseitiger Einguß mit einem Steigrohr einer Niederdnäck-Gießanlage verbindbar Ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenform durch eine Formmaske (21) gebildet ist. die einerseits auf dem Boden des Formkastens (20) "o über wenigstens einen Trägervorsprung (31) aufruht 'iind mit dem Boden einen mit einer Masse aus ' magnedsierbaren und verdichteten Partikeln (22) gefüllten Raum, unter Bildung eines dicken Stützbettes ffir die Formmaske (21 beläßt und andererseits ' -· völlig von einer dicken Schicht aus einer Masse (22) magnetisierbarer und verfestigbarer Partikel überlagert ist, wobei der Kasten (20) völlig in seinem oberen Teil durch eine Matte (24) verschlossen ist, . die unter Kraftaufwand in an sich bekannter Weise ™ angedrückt iff
2. 2. Form n&.h Anspruch 1, dadurch gekennze..
   net, daß ein Trägervorsprung für die Formmaske (21) durch den konischen Ansatz gebildet ist, der mit der Gießöffnung (23) des Bodens des Formkastens (20) und mit der Flüssigmetallsteigleitung (8) verbunden ist
3. 3. Form nach Anspruch t oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Formmaske (21) mit einen röhrenförmigen Trägeransatz (28) mit Gießöffnung (29) versehen ist die direkt mit dem oberen Ende des Steiggußroiires (8) über den Boden des Formkastens (20) verbanden ist