DE3501581A1

DE3501581A1 - Form fuer ein grosses gussstueck aus metall

Info

Publication number: DE3501581A1
Application number: DE19853501581
Authority: DE
Inventors: Oded Haifa Dvir
Original assignee: WEKAH Ltd
Current assignee: WEKAH Ltd
Priority date: 1984-01-23
Filing date: 1985-01-18
Publication date: 1985-08-01
Also published as: IL70761A0; IT1221755B; GB2153272A; FR2558398A1; IT8519152A0; GB8500832D0

Description

Oded DVIR, 24 Antwerpen St., Haifa, Israel

WEKAH LTD., 2 Hashayish St., P.O. Box 10129, Haifa 26111, Israel.

Form für ein großes Gußstück aus Metall

Die Erfindung bezieht sich auf das Gießen großer Gußstücke aus Metall und Legierungen, insbesondere aus Aluminiumlegierungen· Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Gießen von großen und mehrteiligen bzw. komplizierten Körpern, für die bei der herkömmlichen Sandformerei komplizierte Modelle und Kerne sowie große Formkästen benötigt werden.

Zur Zeit werden zwei Arten von Formen zum Gießen won nicht eisenhaltigen Metallen verwendet, nämlich eine Sandform und Metall formen. Die Sandformerei macht ein Modell aus Holz oder Metall erforderlich, das die benötigte Form bzw. das benötigte Formstück beim Sandfüllen von einem oder mehreren Formkästen bildet, während die inneren Umrisse und Hohlräume durch in die Form eingefügte Kerne gebildet werden, wobei diese Kerne ebenfalls aus Sand hergestellt sind. Metallformen

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Patentanwalt Dr. Ing. Dipl.-Ing. A. SoIf (München) Patentanwalt Dipl.-Ing. Chr. Zapf (Wuppertal)

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werden allgemein für kleinere, in der Massenproduktion hergestellte Gegenstände verwendet und bestehen aus Metall- gewöhnlich gußeisernen Blöcken, die in der benötigten Negativ/form des Gußstücks gefräst oder auf andere Weise maschinell bearbeitet worden sind, wobei das Schrumpfen während der Verfestigung und des Abkühlens berücksichtigt wird, das für verschiedene Metalle unterschiedlich ist. Kerne sind auf ähnliche Weise aus Gußeisen oder Sand hergestellt und werden in der Form auf geeignete Weise gehalten, um die Hohlräume im Gußstück zu erzeugen.

Beide Verfahren sind im Fall kleiner oder mittelgroßer Gußkörper geeignet; die Formen werden jedoch äußerst schwer und kostspielig zum Gießen großer und schwerer Körper, was sich besonders in allen Fällen bemerkbar macht, in denen das Gußstück im Rahmen eines Einzelfertigungsauftrages hergestellt wird, oder in dem lediglich eine kleine Anzahl von Gußstücken benötigt wird.

Daher soll nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Form für große Gußstücke geschaffen werden, die vergleichsweise leicht sein soll und dementsprechend bei niedrigeren Kosten erhalten werden soll, als dies bei der Form der oben beschriebenen Arten der Fall ist.

Diese Formen sollten für den Fall von Einzelfertigungsauftragen aus einem Stück bestehen und zusammengesetzte, mehrteilige Formen sein, wenn sie zum Gießen einer kleinen Serie desselben Produkts verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Formen zum Formen der äußeren Umrisse und Kerne zum Formen der inneren Hohlräume durch dasselbe Herstellungsverfahren zu schaffen, wodurch die Kerne aufgrund ihres geringen Gewichtes im Gußstück zurückgelassen werden könnten, falls dies gewünscht ist.

Eine erfindungsgemäße Form umfaßt ein Gehäuse, das aus einer vergleichsweise dünnen Stahlplatte hergestellt ist, und die Form weist an ihrem oberen Ende Einlaufe bzw. Eingußkanäle und Steiger bzw. Steigkanäle auf, während ihre Innenseite mit einer Lage aus einem wärmeisolierenden Material, wie z.B. einer Asbestverkleidung oder einem Gemisch aus Asbest, Graphit und Bindemitteln verkleidet ist, die auf die Stahloberfläche aufgesprüht worden sind. Die Form und Gestalt der Form wird erhalten, indem eine Anzahl verschieden geformter Teile aus Stahlblech vorbereitet wird und diese Teile durch Verschweißen, Nieten oder dergleichen zusammengebaut werden. Ein Kern wird auf ähnliche Weise aus einer Anzahl von Stahlblechteilen hergestellt und auf seiner Außenseite mit einem wärmeisolierenden Material verkleidet. Die Form kann zusammengesetzt sein, wobei sie mehrere Teile umfaßt, die durch Flansche und Bolzen oder Schrauben für Nachbestellungen zusammengehalten sind, oder kann im Fall eines einzelnen Gußstücks ein vollständig verschlossenes Gehäuse sein, das nach dem Vergießen und der Verfestigung des Metalls vom Gußstück abgeschnitten wird. Die dünne Wand der Form, selbst bei sehr großen Formen, ist einerseits durch das geringe Gewicht des Metalls, insbesondere im Fall von Aluminiumlegierungen, und durch die Tatsache ermöglicht worden,

daß große Formstücke in verschiedenen Stufen aufgrund der begrenzten Kapazität des Ofens und/oder der Gießpfanne vergossen werden. Zwischen den Vergießstufen verfestigt sich die erste vergossene Metallschicht mit Ausnahme ihrer oberen Außenfläche, die in einem flüssigen oder breiartigen Zustand bleibt und sich dann mit dem geschmolzenen Metall der nächsten Portion bzw. des nächsten Teils verbindet. Der schon feste Teil des Gußstücks liefert keinen Beitrag zu dem hydraulischen Druck, der auf die Formwände wirkt, und die Form ist aus diesem Grunde lediglich dem hydraulischen Druck ausgesetzt, der durch die Höhe des geschmolzenen Materials verursacht wird, das noch oberhalb der Trennlinie zwischen der vorhergehenden und der neuen Schicht des vergossenen Metalls flüssig ist. Aufgrund dieser Tatsache ist lediglich ein kleiner Abschnitt der Form durch hydraulischen Druck bei jedem einzelnen Stadium des Vergießens beansprucht, und diese Tatsache gestattet die Herstellung einer Form aus Metallblech mit einer Dicke von weniger als 1 mm.

Die innere wärmeisolierende Lage dient einerseits dazu, ein rasches Abkühlen des Metalls durch die Stahlwände mit der nachteiligen Wirkung auf die Endqualität des Gehäuses zu vermeiden, und andererseits eine leichte Trennung der Form vom Gußstück zu gestatten, da Asbest oder die bekannten gesprühten Gemische nicht an Aluminiumlegierungen haften bleiben.

Es ist offensichtlich, daß für relativ kleine Gußstücke und große Serien das bekannte Gießverfahren in Sand mittels Modellen aus Holz oder Metall, insbesondere

in Formmaschinen vorzuziehen ist. Das erfindungsgemäße V/erfahren ist jedoch besser und weniger kostspielig beim Vergießen großer Körper, wie z.B. von Teilen von Brücken,Stützpfeilern für Gebäude, Unterwasserfundamenten für Seedeiche, Formen zum Pressen von Metallblech in der Luftfahrt- und Kraftfahrzeugindustrie und weiteren Anwendungsfällen. Es ist insbesondere zum Vergießen von Formen nützlich, die zur Herstellung von Prototyppreßarbeiten während der Entwicklung neuer Luftfahrzeuge und Kraftfahrzeuge verwendet werden.

Die Stahlblechform besitzt die richtigen Eigenschaften zur Formung und Ausbildung komplizierter Formen und Umrisse, da die bei Holzmodellen auftretenden Probleme nicht vorliegen, wenn das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird. Bei der Sandformerei wird als erstes ein Anzug, d.h. eine Luftströmung längs entgegengesetzter Oberflächen benötigt, um ein leichtes Entfernen des Modells aus der Sandform zu gestatten, während das erfindungsgemäße Verfahren das Gießen von Körpern mit parallelen Seiten gestattet.Beim Formen mit Modellen wird ein Formen und Ausbilden von einspringenden und vorspringenden Abschnitten mittels geteilter Modelle benötigt, wobei deren lose Teile getrennt aus der Form herausgezogen werden, während beim erfindungsgemäßen Verfahren die gesamte Form entweder im Fall einzelner Gußstücke zerstört werden kann oder die zusammengesetzte Form längs der mit Flanschen versehenen Abschnitte geöffnet wird, und die verschiedenen Formabschnitte werden vom Gußstück abgenommen. Diese Vorgehensweise des Entfernens einer Form ähnelt jener,

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die bei Dauerblockformen aus Metall verwendet wird mit der Ausnahme, daß letztere Art der Formen sehr schwer und äußerst kostspielig herzustellen wäre.

Ein bevorzugtes Material zu Herstellung der Formen ist ein Stahlblech mit einer Dicke von 0,5 mm oder größer, das leicht gefräst und verschweißt werden kann. Ein bevorzugtes Auskleidungsmaterial besteht aus einer 2 mm dicken Asbestfolie, einem gewebten Asbestgewebe oder -tuch, das dünner sein kann, aber bis zu einer Dicke von 2 mm erhältlich ist. Beide Materialien können in die Form und Umrisse der Form gebogen werden, insbesondere wenn sie feucht gemacht worden sind, und haften gut an der Metalloberfläche der Form, nachdem sie an dieser durch Nieten oder Verkleben befestigt worden sind. Ein anderes Isolierverfahren besteht darin, auf der Innenseite der Form ein Isoliermaterial von der Art aufzusprühen, wie sie zum Verkleiden von Dauerstahlformen zwecks der leichten Entfernung des Gußstücks aus der Form verwendet wird.

Die Kerne werden auf ähnliche Weise aus vorgeformten Stahlblechteilen hergestellt, die auf der Außenseite verkleidet oder ausgefüttert sein sollten, damit sie leicht vom Gußstück getrennt werden können. Da sie ein geringes Gewicht besitzen, können sie andererseits im Inneren des Gußstücks gelassen werden, wenn dies gewünscht wird, oder wenn sie für Hohlräume verwendet werden sollen, die nicht mit der Außenseite in Verbindung stehen.

Für ein besseres Verständnis der Erfindung werden nun zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei Bezug auf die Zeichnung genommen wird. In der Zeichnung zeigen:
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Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Form, die

zum Gießen einer hohlen Säule verwendet wird,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Details "A" in Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Form für eine andere Art von Gußstücken.

Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt eine Stahlblechform ein äußeres Gehäuse 1 und ein inneres Gehäuse 2, das den Kern bildet, wobei ihre jeweiligen Formen den äußeren und inneren Umrissen des in der Form zu gießenden Körpers entsprechen. Die Oberseite der Form enthält Eingußkanäle 3,die zum Gießen des Metalls in die Form dienen, während verschiedene Steigkanäle bzw. -leitungen 4 in der Oberseite und in den Seitenwänden vorgesehen sind und dazu dienen, Gase entweichen zu lassen.

Fig. 2 zeigt einen Abschnitt der äußeren und inneren Gehäusewände, die aus einem Stahlblech 10 und 20 ausgebildet sind und auf der Seite, die mit dem geschmolzenen' Material in Kontakt treten soll, mit einer wärme- bzw. hitzeisolierenden Schicht aus einer Asbestfolie 11 bzw. 21 verkleidet sind. Das Metallgußstück ist mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet.

Das Verfahren zur Herstellung einer Form dieser Art besteht darin, daß zuerst das äußere Gehäuse aus geschnittenen und vorgeformten Stahlblechabschnitten aufgebaut wird, die in der Endform durch Verschweißen oder Nieten zusammengebaut worden sind, und daß die Innenflächen mit einem wärmeisolierenden Material verkleidet werden. Es wird angenommen, daß das äußere Gehäuse eine Größe besitzt, die es einem Arbeiter gestattet, in sie einzutreten und die Isolierschicht durch Verkleben oder Nieten zu befestigen. Wenn der innere Raum jedoch für einen Arbeiter zu eng ist, um diese Aufgabe auszuführen, wird die Auskleidung vor der Endmontage auf die getrennten Teile aufgebracht was durch Verschweißen ausgeführt werden kann, da Asbest hitzebeständig ist. Im Fall einer zusammengesetzen Form wird jeder getrennte Teil von der Innenseite vor der Montage mittels Flanschen und Bolzen und Schrauben ausgekleidet.

Das innere Gehäuse oder der Kern 2 wird auf ähnliche Weise hergestellt, und es ist offensichtlich, daß es kein Problem bei der Auskleidung mit wärmeisolierendem Material gibt, da dies auf den Außenseiten nach dem vollständigen Aufbau des Gehäuses ausgeführt wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Form ist es unnötig, den Kern durch die untere Öffnung des äußeren Gehäuses einzuführen, da die Teile des Kerns mit großem Durchmesser nicht durch die inneren Teile des äußeren Gehäuses mit kleinem Durchmesser hindurchgelangen können. Die Einführung des Kerns wird in diesem Fall dadurch ausgeführt, daß das äußere Gehäuse in zumindest zwei Teilen ausgeführt wird und diese Teile

verbunden werden, nachdem sie um den Kern mit korrektem Abstand zwischen den Wänden angeordnet sind, und zwar durch eine permanente oder wieder lösbare Verbindung. Der Abstand zwischen den beiden Gehäusen wird durch Stehbolzen oder Nieten 6 eingehalten und gesichert, die vorzugsweise aus demselben Material wie das Gußstück hergestellt sind. Diese Stützelemente werden entweder während oder nach dem vollständigen Zusammenbau der Form eingefügt.

Die Form des in Fig. 1 gezeigten Kerns gestattet es nicht, ihn nach Fertigstellen des Gußstücks aus diesem herauszuziehen, und zwar aufgrund von dessen Umrissen und Form. Der Kern kann daher entweder im Gußstück gelassen werden, da er nicht sehr viel zum Gesamtgewicht beiträgt, oder er kann in verschiedene Teile zerschnitten und in den verschiedenen Teilen aus dem Gußstück herausgezogen werden.

Fig. 1 veranschaulicht das Gießen in verschiedenen Schritten. Die Figur zeigt, daß drei Metallportionen vergossen wurden, wobei sie jeweils die Pegel I, II bzw. III erreicht haben. Für ein leichtes Verständnis des Gießverfahrens wird angenommen, daß das Gußstück eine solche Größe besitzt, das das von einer Gießpfanne getragene Metall gerade ausreicht, um die Form sukzessive auf die verschiedenen Pegel aufzufüllen. Nach dem Vergießen der ersten Gießpfanne ist der Pegel I erreicht worden, und bis die nächste Gießpfanne vergossen wird, hat sich die Masse des Metalls unterhalb des Pegels I verfestigt, mit Ausnahme der obersten Schicht, die sich noch in geschmolzenem Zustand befindet. Wenn das

Metall auf den Pegel II vergossen wird, übt der feste Teil unterhalb des Pegels I keinen hydraulischen Druck auf die umgebenden Formwände aufgrund der Kontraktion des Gußstücks aus. Aus diesem Grund wird der maximale hydraulische Druck auf die Formwand bei der Höhe des Pegels I wirken, wobei dieser Druck ρ = γ' Η ist, wobei V* die spezifische Dichte des geschmolzenen

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Metalls (kg/cm ) und H der Abstand zwischen den Pegeln

I und II (cm) ist. Das frisch vergossene Metall wird sich leicht mit der geschmolzenen oder breiartigen Oberfläche der unteren Schicht verbinden. Derselbe Druckzustand wird während der folgenden GieGschritte bis zum oberen Pegel vorliegen und es wird klar, daß der maximale Druck auf jeden beliebigen Teil der Form am unteren Ende eines jeden flüssigen Metallabschnitts ausgeübt wird.

Die in Fig. 4 gezeigte Form umfaßt ein äußeres Gehäuse

I^I in der Form eines Kegelstumpfs und ein inneres

Gehäuse 2' in der Form eines Kegelstumpfs mit derselben Länge und einem kleineren Durchmesser als dem des äußeren Gehäuses. Eingußkanäle 3' und Steig- bzw. Auslaßkanäle 4' sind in den oberen und Seitenwänden des äußeren Gehäuses ähnlich wie in der in Fig. 1 gezeigten Form vorgesehen. Das innere und das äußere Formgehäuse sind an ihrem oberen und unteren Ende jeweils durch ringförmige Platten 7' und 8¹ verbunden, die die Form verschließen. Der gesamte Innenraum der Form ist mit einem isolierenden Material ausgekleidet.

Die Verbindungen zwischen den beiden Gehäusen sind vorzugsweise lösbar ausgebildet, um das Herausziehen bzw. -führen der Form zu gestatten, ohne daß diese zerstört werden muß.

Es ist leicht festzustellen, daß die Anordnung und auch das Herausziehen der Formteile aus dem verfestigten Formstück eine einfache Angelegenheit sind und daß diese auf der Form für das Gießen von langen hohlen Masten, hohlen Säulen, Pfeilern und dergleichen äußerst geeignet ist.

Claims

Ansprüche

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Form für ein großes Gußstück aus Metall, das insbesondere zum Gießen eines großen Körpers aus einer Aluminiumlegierung geeignet ist, g e k e η η zeichnet durch ein verschlossenes äußeres Gehäuse (1, I¹), das den äußeren Umrissen des Körpers entspricht und Wände besitzt, die aus einem vergleichsweise dünnen Stahlblech hergestellt sind, wobei das Gehäuse mit zumindest einem Einlaufkanal (3, 3') und zumindest einem Auslaßkanal (4, 4¹) versehen ist und auf der Innenseite mit einem wärmeisolierenden Material ausgekleidet ist, das gegen die Hitze des geschmolzenen Metalls beständig ist, das in die Form gegossen werden soll.
2. Form nach Anspruch 1 zum Gießen eines großen Körpers mit zumindest einem inneren Hohlraum, gekennzeichnet durch einen Kern in der Form eines inneren Gehäuses (2, 2'), das dem Umriß des Hohlraums entspricht und Wände besitzt, die aus einem vergleichsweise dünnen Stahlblech hergestellt sind, wobei der Kern mit dem äußeren Gehäuse (1, I¹) verbunden ist und am erforderlichen Abstand von den Wänden des äußeren Gehäuses festgehalten ist und wobei die Außenseite der Gehäusewände mit einem wärmeisolierenden Material ver-

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kleidet ist, das gegen die Hitze des geschmolzenen Materials beständig ist, das in die Form gegossen werden soll.
3. Form nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet , daß sie ein ungeteiltes äußeres Gehäuse (1, I¹) besitzt, das zum einzelnen Vergießen eines Körpers verwendet wird.
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4. Form nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein zusammengesetztes äußeres Gehäuse (1, 1') aufweist, das aus verschiedenen Wandteilen besteht, die lösbar durch Verbindungseinrichtungen wie

z.B. Flansche, Bolzen, Schrauben und Muttern / miteinander verbunden sind.
5. Form nach einem der Ansprüche 1 bid 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine wärmebeständige Auskleidung an der Gehäuseoberfläche mittels Vernieten befestigt ist.
6. Form nach einem der Ansprüche Ibis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine wärmebeständige Auskleidung an der Gehäuseoberfläche durch Verkleben befestigt ist.
7. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß eine

wärmebeständige Lage auf die Gehäuseoberfläche aufgesprüht ist.
8. Form nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Auskleidung aus einer Asbestlage besteht.
9. Form nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Auskleidung aus einem gewebten Asbesttuch besteht.
10. Form nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet , daß die wärmebeständige Lage aus einer Mischung von Asbest, Graphit und einem Bindemittel besteht, das auf die Oberfläche der Gehäusewände aufgesprüht ist.