DE3237492A1

DE3237492A1 - Casting mould for metals and metal alloys

Info

Publication number: DE3237492A1
Application number: DE19823237492
Authority: DE
Inventors: Freud Dipl.-Ing. 5778 Meschede Babes
Original assignee: Individual
Current assignee: Babes Freud Dipl-Ing 6000 Frankfurt De
Priority date: 1982-07-07
Filing date: 1982-10-09
Publication date: 1984-01-12

Abstract

The invention relates to a casting mould for metals and metal alloys having a downgate/feeder and a plurality of cooling inserts (50-52) with recesses (53-55) merging into the cavity (3) or cavities of the casting mould. The object to be achieved is to provide a casting mould which is of simple construction and provides the possibility of varying the cooling effect easily and in a wide range. For this purpose, provision is made for the ratio of the mass of the cooling inserts to the size of the recesses (53-55) to decrease from the cooling insert (50) furthest away from the downgate/feeder (4) towards the cooling insert (52) closest to the downgate/feeder (4). <IMAGE>

Description

Gießform für Metalle und Metallegierungen.Casting mold for metals and metal alloys.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gießform für Metalle und Metallegierungen der im Oberbegriff des Hauptanspruches genannten Art.The invention relates to a casting mold for metals and metal alloys of the type mentioned in the preamble of the main claim.

Beim Gießen von Metallen und Metallegierungen in Gießformen ist man bestrebt, eine gleichmäßige Erstarrung der Metall- oder Legierungsschmelze an allen Teilen des Gußstückes zu erreichen, um Lunker und Warmrisse bei Querschnittsübergängen zu verhindern; ebenso sollte man durch eine hohe Abkühlgeschwindigkeit eine Gefügeverfeinerung, eine Erhöhung der Druckdichtigkeit sowie Festigkeit des Guß stückes erreichen und dies insbesondere an Stellen mit stark von dem Durchschnittsquerschnitt des Gußstückes abweichenden Querschnitten, z.B. bei thermischen Knoten oder Augen des Gußstückes.- Zwar ist es bekannt, als Behelfsmaßnahme zur Verhinderung von Lunkern Speiser einzusetzen, jedoch ist die Anwendung von Speisern an unzuganglichen Stellen nicht immer möglich oder aber ist die Anwendung von Speisern aus wirtschaftlichen Gründen nicht angebracht.When casting metals and metal alloys in casting molds, you are endeavors to uniform solidification of the metal or alloy melt at all Splitting of the casting to reach voids and hot cracks in cross-sectional transitions to prevent; a microstructure refinement should also be achieved through a high cooling rate, achieve an increase in the pressure tightness and strength of the casting and this is particularly so in places with a large difference from the average cross-section of the casting deviating cross-sections, e.g. in the case of thermal nodes or eyes of the casting. Although it is known to use feeders as a makeshift measure to prevent voids, however, the use of feeders in inaccessible places is not always possible or the use of feeders is not appropriate for economic reasons.

Für den Sandguß sind bereits Abschreckplatten bekannt, die als flache Platten oder als Fasson-Kühlkörper Anwendung finden (Aluminiumguß in Sand und Kokille, Aluminium-Verlag GmbH, 1959, S. 137 und etals Handbookn, Forging & Casting, ASM, 1970, S. 171).- Beim Kokillen- und Druckguß ist die Verwendung von aus Kupfer hergestellten Abschreckstiften und Kühlbolzen ohne oder mit Kühlrippen wie die Anwendung von Form- und Kühleinsätzen aus Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit als das Material der Gießform bekannt. ("Aluminiumguß in Sand und Kokille", S. 161,"Leichtmetall und Schwermetall-Kokillenguß", Verlag Schiele & Schön, Berlin, 1966, S. 81, Metalls Handbock", S. 275 und ttGießereilexikonw', 1980, S. 264).- Mit Wasser gekühlte Formeinsätze sind aus "Gießereilexikon", S. 271 bekannt.-Letztlich ist eine Gießform (DE-OS 26 46 060) nach dem Gattungsbegriff bekannt, bei der die Kühleinsätze mit in die Hohlräume der Gießform übergehende Ausnehmungen versehen sind, wobei die Kühleinsätze Heiz-/Kühlelemente aufweisen, die mit einem gemeinsamen Heiz- /Kühlaggregat verbunden sind und deren Beaufschlagungssteuerung mit dem Heiz- /Kühlmittel durch Ventile erfolgt.Quenching plates are already known for sand casting, as flat Plates or as Fasson heat sinks are used (Cast aluminum in Sand und Kokille, Aluminum-Verlag GmbH, 1959, p. 137 and etals Handbookn, Forging & Casting, ASM, 1970, p. 171) of copper quench pins and cooling bolts with or without cooling fins such as the use of mold and cooling inserts made of material with higher thermal conductivity known as the material of the mold. ("Aluminum casting in sand and mold", p. 161, "Leichtmetall and heavy metal chill casting ", Verlag Schiele & Schön, Berlin, 1966, p. 81, Metalls Handbock ", p. 275 and ttGießereilexikonw ', 1980, p. 264) .- Water-cooled Mold inserts are known from "Gießereilexikon", p. 271. Ultimately, there is a casting mold (DE-OS 26 46 060) known by the generic term in which the cooling inserts with recesses merging into the cavities of the casting mold are provided, the Cooling inserts have heating / cooling elements that share a common heating / cooling unit are connected and their application control with the heating / cooling medium Valves takes place.

Demgegenüber liegt der-Erfindung die; Aufgabe zugrunde, eine Gießform der genannten Gattung zu schaffen; die einen konstruktiv einfachen Aufbau mit der Möglichkeit zeigt, die Kühlwirkung leicht und in größerem Umfang variieren zu können.In contrast, the invention is the; Task based on a casting mold of the genre mentioned to create; which have a structurally simple structure with the Possibility shows that the cooling effect can be varied easily and to a greater extent.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Merkmale des kennzeichnenden Teils des rnuptanspruches bzw. Nebenanspruches vor Die Merkmale-der Unteransprüchedienen der Verbesserung und Weiterentwicklung;der Merkmale dieser Ansprüche.To solve this problem, the invention provides the features of the characterizing Part of the main claim or secondary claim before the features of the subclaims the improvement and further development; the characteristics of these claims.

In der einfachsten Form der Erfindung stellen sich die Kühleinsätze als Zapfen oder Bolzen oder stangenförmiges Prisma dar, so daß sich deren Herstellung wie auch die Herstellung der sie aufnehmenden Öffnungen in der Gießform einfach erweist.In the simplest form of the invention, the cooling inserts are as a pin or bolt or rod-shaped prism, so that their production as well as the production of the openings in the casting mold that receive them proves.

Somit ist auch die Berechnung des Massenverhältnisses der Kühleinsätze zu den Ausnehmungen der Kühleinsätze einfach vorzunehmen. Aber auch die Variationsmöglichkeit der Kühlleistung der einzelnen Kühleinsätze ist in einfacher Weise gegeben, wie auch die Austauschbarkeit der einzelnen Einsätze gegeiandere mit größerer oder kleinerer Kühlwirkung möglich ist.- Werden, wie die Ansprüche 8 und 9 vorschlagen, die Kühleinsätze zur Änderung des Verhältnisses von Kühleinsatzausnehmung zu Kühleinsatzmasse zusätzlich zu den in den Hohlraum der Gießform übergehenden Ausnehmungen mit Bohrungen versehen, so können diese Bohrungen zum Durchleiten von Kühlmittel dienen, so daß auch hierdurch eine weitere Möglichkeit der Variation der Kühlwirkung von dem dem Speiser am entferntesten Kühleinsatz zu dem dem Speiser am nächsten gelegenen Einsatz gegeben ist.Thus the calculation of the mass ratio of the cooling inserts is also possible easy to make to the recesses of the cooling inserts. But also the possibility of variation the cooling performance of the individual cooling inserts is given in a simple manner, such as also the interchangeability of the individual inserts with larger or smaller ones Cooling effect is possible.- As claims 8 and 9 suggest, the cooling inserts to change the ratio of cooling insert recess to cooling insert mass provided with bores for the recesses that merge into the cavity of the casting mold, so these bores can serve for the passage of coolant, so that this too another possibility of varying the cooling effect from that furthest away from the feeder Cooling insert is given to the insert closest to the feeder.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gießform dargestellt und zwar zeigt Fig. 1 Teilquerschnitte durch eine Gießform mit einem der und 2 Kühleinsätze, Fig. 3 einen Gesamtlängsschnitt durch eine erfindungsgemäße Gießform, Fig. 4 eine Draufsicht auf deh Unterteil der Grießform in Richtung der Pfeile IV - tV der Fig. 3, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform, bei der die mit dem Hohlraum der Gießform in Verbindung stehenden Ausnehmungen ungleicher Volumen aufweisen, hingegen die Einsätze gleichen Querschnitt zeigen teig. 6 einen Schnitt hach der Linie VI - VI der Fig. 5 und Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der gießform im Längsschnitt bei gleicher Ausbildung der mit dem Hohlraum der Gießform in Verbindung stehenden Ausnehmungen der Kühleinsätze und gleicher AuBenäbmessung der Kühleinsätze, jedoch unterschiedlicher Masse derselben.In the drawing are exemplary embodiments of the invention Casting mold shown, namely Fig. 1 shows partial cross-sections through a casting mold with one of the and 2 cooling inserts, FIG. 3 shows an overall longitudinal section through an inventive Casting mold, Fig. 4 is a plan view of the lower part of the semolina mold in the direction of the arrows IV - tV of Fig. 3, Fig. 5 a further embodiment, in which the recesses communicating with the cavity of the casting mold are more unequal Have volume, however, the inserts of the same cross-section show dough. 6 one Section along the line VI - VI of FIGS. 5 and 7 shows a further embodiment the casting mold in longitudinal section with the same design as with the cavity of the casting mold related recesses of the cooling inserts and the same external dimensions of the cooling inserts, but of different masses of the same.

Die in der Zeichnung dargestellten Gießformen bestehen im wesentlichen aus einem Oberteil 1 und einem Unterteil 2, wobei der das Guß stück bildende Hohlraum 3 in dem Oberteil 1 oder dem Unterteil 2 vorgesehen ist. Dieser Hohlraum 3 mündet an seinem einen Ende in den Einguß/Speiser 4.The casting molds shown in the drawing consist essentially from an upper part 1 and a lower part 2, wherein the casting piece forming cavity 3 is provided in the upper part 1 or the lower part 2. This cavity 3 opens at one end into the sprue / feeder 4.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 ist in den Unterteil 2 ein Kühleinsatz 5 eingesetzt, der aus einem Material besteht, dessen Wärtneleitfähigkeit hoher ist als das Material des Gießformteils 1 und 2, vorzugsweise z.B. aus Kupfer. Zur Aufnahme des Kühleinsatzes 5 weist der Unterteil 2 der Gießform eine entsprechende Bohrung oder Durchbrechung 6 auf, deren Größe dem Querschnitt des Kühleinsatzes 5 entspricht.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, a 2 is in the lower part Cooling insert 5 used, which consists of a material whose thermal conductivity is higher than the material of the mold part 1 and 2, preferably made of copper, for example. To accommodate the cooling insert 5, the lower part 2 of the casting mold has a corresponding one Hole or opening 6, their size the cross section of the Cooling insert 5 corresponds.

Der Hohlraum 3 besitzt auf Höhe der Bohrung oder Durchbrechung 6 eine Auswölbung oder Ansatz 7, die in eine Ausnehmung 8 des Kühleinsatzes 5 übergeht, so daß die-Auswölbung 7 und die Ausnehmung 8 einen, dem Hohlraum 7 gegenüber erweiterten Raum bilden, der bei dem Gußstück eine Massenanhäufung oder einen thermischen Knoten entstehen läßt, der durch den Kühleinsatz 5 einer gesteuerten Erstarrung ausgesetzt werden soll. Um die Lage des Kühleinsatzes gegenüber der Auswölbung oder dem Ansatz 7 zu fixieren, kann der Kühleinsatz und der Formunterteil 2 entsprechende, nicht dargestellte Arretierungsmittel aufweisen, die ein Verschieben des Kühleinsatzes 5 in der Bohrung oder Durchbrechung 6 um oder längs der Mittelachse M des Kühleinsatzes 5 verhindern.The cavity 3 has at the level of the bore or opening 6 a Bulge or projection 7, which merges into a recess 8 of the cooling insert 5, so that the bulge 7 and the recess 8 one, the cavity 7 widened opposite Form space in the casting, a mass accumulation or a thermal node can arise, which is exposed to a controlled solidification by the cooling insert 5 shall be. About the position of the cooling insert in relation to the bulge or the approach 7 to fix, the cooling insert and the lower mold part 2 corresponding, not Have locking means shown, a displacement of the cooling insert 5 in the bore or opening 6 around or along the central axis M of the cooling insert 5 prevent.

Bei der in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Gießform weist der Kühleinsatz 15 gegenüber dem Kühleinsatz 16 und dieser wiederum gegenüber dem Kühleinsatz 17 eine größere Masse im Bezug auf seine Ausnehmung 18 bzw. 19 bzw. 20 auf, wobei der Kühleinsatz 15 dem Einguß/Speiser am entferntesten, der Einsatz 17 dem Speiser 4 am nächsten liegt. Damit nimmt das Verhältnis Kühleinsatzmasse : Größe der Ausnehmungen von dem dem Einguß/ Speiser 4 entferntesten Kühleinsatz 15 zu dem dem Einguß/Speiser 4 am nächsten gelegenen Kühleinsatz 17 ab. Dies bedeutet, daß die Wärmeabfuhr aus dem in Fig. 3 oberhalb der Ausnehmung 18 gebildeten Schmelzeanhäufung bei etwa 21 shneller und nachhaltiger erfolgt als bei der T"Märmeabfuhr vom dem thermischen Knoten 21a auf Höhe des Kühleinsatzes 16 und bei diesem letztgenannten wiederum schneller erfolgt als an dem Knoten 21b.In the casting mold according to the invention shown in FIG. 3, the Cooling insert 15 opposite the cooling insert 16 and this in turn opposite the cooling insert 17 has a greater mass in relation to its recess 18 or 19 or 20, wherein the cooling insert 15 furthest away from the sprue / feeder, the insert 17 from the feeder 4 is closest. This increases the ratio of the coolant mass: the size of the recesses from the cooling insert 15 furthest away from the sprue / riser 4 to that of the sprue / riser 4 next cooling insert 17. This means that the heat dissipation from the accumulation of melt formed in FIG. 3 above the recess 18 at about 21 Faster and more sustainable than with the T "Märmeaeabuhr from the thermal Node 21a at the level of the cooling insert 16 and in this latter case again takes place faster than at the node 21b.

Bei der Ausführungsform nah Fig. 4 ist dargestellt, daß die Kühleinsätze 30, 31, 32 das eine Mal mit ihren Stirnkanten 33, 34, 35 auf gleicher Höhe enden oder aber mit ihren Stirnkanten 36, 37, 38 stufenweise enden, so daß die Masse der Kühleinsätze auch durch deren Länge variiert werden kann.In the embodiment near Fig. 4 it is shown that the cooling inserts 30, 31, 32 end once with their front edges 33, 34, 35 at the same height or end gradually with their front edges 36, 37, 38, so that the mass of the Cooling inserts can also be varied by their length.

In Fig. 5 ist zu erkennen, daß die Kühleinsätze 40, 41, 42 gleichen Außendurchmesser aufweisen, die Ausnehmungen, 43, 44, 45 in den Kühleinsätzen dagegen von dem dem Einguß/Speiser 4 am entferntesten Einsatz 40 zu dem dem Einguß/Speiser 4 am nächsten gelegenen Einsatz 42 zunimmt, so daß auch hier wiederum das Verhältnis der Masse der Kühleinsätze zu der Größe der Ausnehmungen in den Kühleinsätzen in Richtung des Einguß/Speisers 4 abnimmt. Bei dieser Ausführungsform ist es auch möglich, die Auswölbungen der ansätze 46, 47, 48 in dem Unterteil 2 der Gießform ebenfalls zunehmend größer zu gestalten, so daß auch hierdurch das Verhältnis der Masse der Kühleinsätze 40, 41, 42 zu dem Gießraum 43, 46 bzw. 44, 47 bzw. 45, 48 veränderbar ist.In Fig. 5 it can be seen that the cooling inserts 40, 41, 42 are the same Have outer diameter, the recesses 43, 44, 45 in the cooling inserts against it from the insert 40 furthest from the sprue / riser 4 to that of the sprue / riser 4 closest insert 42 increases, so that here again the ratio the mass of the cooling inserts to the size of the recesses in the cooling inserts in Direction of the sprue / feeder 4 decreases. In this embodiment it is also possible the bulges of the lugs 46, 47, 48 in the lower part 2 of the casting mold as well to make increasingly larger, so that also hereby the ratio of the mass of the Cooling inserts 40, 41, 42 can be changed to form the casting space 43, 46 or 44, 47 or 45, 48 is.

In Fig. 6 ist dies deutlich an dem-Durchmesser der Ausnehmungen 46, 47, 48 erkennbar, wobei die Kühleinsätze 40, 41, 42 in ihrer Länge gleichgehalten sind. L?-er kann, wie in Fig. 4 bei der Ausführungsform in strichpunktierter Ausführung die Länge der Kühleinsätze variiert werden.In Fig. 6 this is clear from the diameter of the recesses 46, 47, 48 can be seen, the cooling inserts 40, 41, 42 being kept the same in length are. L? -Er can, as in FIG. 4 in the embodiment in dash-dotted lines the length of the cooling inserts can be varied.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 sind in dem Unterteil 2 der Gießform die Kühleinsätze 50, 51, 52 mit gleicher Außenabmessung vorgesehen. Auch sind die Auswölbungen und Ansätze in dem Unterteil 2 und die Ausnehmungen 53, 54, 55 in den Kühleinsätzen von gleicher Größe. Jedoch ist hier auch wiederum die Masse der Kühleinsätze 50, 51, 52 von dem dem Einguß/Speiser 4 am entferntest liegenden Kühleinsatz 50 zu dem dem Einguß/ Speiser am nächsten gelegenen Einsatz 52 insofern unterschiedlich, als der Kühleinsatz 51 mit einer Bohrung 56 kleineren Durchmessers versehen ist als die Bohrung 57 des Kühleinsatzes 52, wobei auf eine Bohrung in dem Kühleinsatz 50 verzichtet ist.- Durch die Bohrungen 56 und 57 kann ein Kühlmittel in entsprechender Menge und mit entsprechender d ndigkeit durchgeleitet werden, so daß hierdurch der Wärmeübergang von dem Kühleinsatz auf das gasförmige oder flüssige Kühlmittel variiert werden kann. Auch hier kann die Länge der Kühleinsätze unterschiedlich gewählt werden.In the embodiment according to FIG. 7, the casting mold is in the lower part 2 the cooling inserts 50, 51, 52 are provided with the same external dimensions. They are too Bulges and lugs in the lower part 2 and the recesses 53, 54, 55 in the Cooling inserts of the same size. However, here again is the mass of the cooling inserts 50, 51, 52 from the cooling insert 50 which is furthest away from the sprue / feeder 4 different from the insert 52 closest to the sprue / feeder in that than the cooling insert 51 is provided with a bore 56 of smaller diameter than the bore 57 of the cooling insert 52, referring to a bore in the cooling insert 50 is omitted.- Through the bores 56 and 57, a coolant can be in a corresponding Amount and with the appropriate density are passed through, so that the Heat transfer from the cooling insert to the gaseous or liquid coolant varies can be. Here, too, the length of the cooling inserts can be selected differently.

Abweichend von den hier dargestellten Ausführungsformen können die Kühleinsätze auch mehrteilig ausgebildet sein, so daß ihre Herstellung sich vereinfacht. Bei dieser mehrteiligen Ausführung können, wie in Fig. 7 Hohlräume vorgesehen werden, durch die wieder gasförmiges oder flüssiges Kühlmedium gewünschtenfalls geleitet werden kann. Bei Ausbildung der Mehrteiligkeit der Kühleinsätze ist darauf zu achten, daß die Berührungsflächen der Kühleinsätze eine glatte und den Wärmeübergang von einem Teil zum anderen Teil gewährleistende Oberfläche besitzen.Notwithstanding the embodiments shown here, the Cooling inserts can also be constructed in several parts, so that their manufacture is simplified. In this multi-part design, cavities can be provided, as in Fig. 7, passed through the again gaseous or liquid cooling medium if desired can be. When designing the multi-part design of the cooling inserts, care must be taken that that the contact surfaces of the cooling inserts a smooth and the heat transfer from have one part to the other part guaranteeing surface.

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Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Casting mold for metals and metal alloys with a sprue / feeder and several cooling inserts with in the cavity or in recesses passing over the cavities of the casting mold, characterized in that in the direction of the cooling insert (15, 30, 40, 50) to the cooling insert (17, 32, 42, 52) the ratio of the mass of the cooling inserts to the size of the cutouts (18-20, 43-45, 53-55) decreases.

2) Casting mold for metals and metal alloys with a sprue / feeder and a cooling insert with a recess merging into the cavity of the casting mold, characterized in that to achieve a locally controlled solidification with decreasing distance of the cooling insert from the sprue / feeder the ratio of The mass of the cooling insert decreases with the size of the recess.

3) casting mold according to claim 1 and 2, characterized in that the Cooling inserts made of material with high thermal conductivity compared to the material of the Mold exist.

4) casting mold according to claim 1 and one of claims 2 and 3, through this characterized in that the outer dimensions of the cooling inserts (40-42) are the same, the size the recesses (43-45) is different (Fig. 5).

5) casting mold according to claim 1 and one or more of the claims 2 to 4, characterized in that the size of the recesses (18-20) is the same, the outer dimensions of the cooling inserts (15-17) are different (Fig. 3).

6) Casting mold according to claim 1 and one or more of the claims 2 to 5, characterized in that the recesses (53-55) and the outer dimension the cooling inserts (50-52) are the same and the cow inserts (50-52) are additional Have bores (56, 57) which reduce the mass of the cooling inserts (FIG. 7).

7) Casting mold according to claim 1 and one or more of the claims 2 to 6, characterized in that the cooling inserts (15-17) (40-42, 50-52) with any cross-sectional shape are formed.

8) Casting mold according to claim 1 and one or more of the claims 2 to 7, characterized in that the length of the cooling inserts (30-32, 40-42) is different is.

9) casting mold according to claim 1, 6 and 8, characterized in that the additional bores (56, 57) are connected to lines conveying coolant stand.

10) casting mold according to claim 1 and one or more of the claims 2 to 9, characterized in that the cooling inserts are constructed in several parts.

11) Casting mold according to claim 1 and one or more of the claims 2 to 10, characterized in that the cooling inserts with at least one of their Ends protrude from the mold.

12) casting mold according to claim 11, characterized in that the from The cooling insert end protruding from the casting mold is provided with cooling fins.