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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gießereiausrüstungen und betrifft insbesondere in Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen und eine Kokillengießmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Die Erfindung kann mit großem Erfolg zum Gießen hochbeanspruchter weicher Gußteile vom Typ Laufbuchsen verwendet werden, an die Sonderanforderungen wie z. B. ein feinkörniges dichtes Gefüge, eine gute Bearbeitbarkeit, eine erhöhte Verschleißfestigkeit gestellt werden.
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Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen bekannt (SU-Urheberschein Nr. 4 95 147, Int.Cl. B 22 D 15/00) welches Eingießen von Metall in eine Kokille, Halten des Metalls bis zur Ausbildung einer die Erhaltung der Konfiguration des Gußstücks gewährleistenden festen Gußhaut auf der Gußstücksoberfläche, Öffnen der Kokillenteile zur Schaffung eines einstellbaren Spalts zwischen dem Gußstück und der Kokille und das Abkühlen des Gußstückes bis zur Erstarrung beinhaltet. Der Spalt wirkt als Wärmedurchgangswiderstand, der die Abkühlungsgeschwindigkeit des Gußstückes regelt, durch die die Gußstücke ohne Weißerstarrung hergestellt werden können. Das Vorhandensein eines Spaltes wirkt sich auch positiv auf die Haltbarkeit der Kokille aus, weil die Dauer der direkten Berührung mit dem heißen Gußstück verkürzt wird.
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Die Abkühlung des Gußstückes in einem künstlichen, durch die Kokillenteile gebildeten Luftspalt bis zur vollständigen Erstarrung verlängert jedoch den technologischen Zyklus und setzt somit die Produktivität des Prozesses im ganzen herab und führt zu Ungleichmäßigkeit der Eigenschaften über den Gußstückumfang.
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Aus dem SU-Urheberschein Nr. 11 07 957, 1984, Int. Cl. B 22 D 05/04 ist ein Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen bekannt, welches Eingießen von Metall in eine Kokille, Halten des eingegossenen Metalls bis zur Ausbildung einer Oberflächenhaut am Gußstück, Herausziehen des Gußstücks aus der Kokille und dessen Abkühlen in einer auseinanderrückbaren Kammer mit die vom Gußstück ausgestrahlte Wärme abschirmenden Oberflächen umfaßt. In der Kühlkammer entsteht um das Gußstück herum ein gleichmäßiger Luftspalt, der gemeinsam mit den Wänden der Kühlkammer als Wärmedurchgangswiderstand wirkt, der einer zu schnellen Abkühlung des Gußstückes entgegenwirkt. Nach dem Halten des Gußstücks bis zur vollständigen Kristallisation und dem Glühen wird das Gußstück aus der Kühlkammer entfernt.
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Eine willkürliche Änderung der Temperatur der auseinanderrückbaren Kühlkammer je nach der Eingießgeschwindigkeit führt jedoch zur Änderung der Wärmeaustauschverhältnisse zwischen dem Gußstück und der Kühlkammer. Mit zunehmender Eingießgeschwindigkeit erhöht sich die Temperatur der Kammer, wodurch die Intensität des Wärmeaustausches sich abschwächt und das Gußstück langsam erstarrt. Die Qualität eines solchen Gußstückes ist der Qualität eines in Sandform hergestellten Gußstückes gleichwertig, da es ein grobkörniges Gefüge mit niedrigen Festigkeitswerten aufweist. Mit abnehmender Eingießgeschwindigkeit vermindert sich die Temperatur der Kammer und die Intensität des Wärmeaustausches zwischen der Kühlkammer und dem Gußstück verstärkt sich. Das Gußstück erstarrt schneller, seine Oberfläche wird härter und die mechanische Bearbeitung wird wegen des unvollständigen Zerfalls des Zementits in seiner Außenschicht erschwert.
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Eine Kokillengießmaschine, mit der das bekannte Verfahren durchgeführt wird, enthält Kokillenplatten mit Kokillenteilen und deren Verschiebevorrichtungen, Gespannplatten für die Aufstellung von Kernen, eine Gespannplattenvorschubeinrichtung und eine Kühlkammer für Gußstücke mit Oberflächen, die die vom Gußstück ausgestrahlte Wärme abschirmen. Die Maschine kann mehrere Kühlkammern für Gußstücke haben, von denen jede mehrteilig ausgebildet und auf der Gespannplattenvorschubeinrichtung aufgestellt ist, wobei die letztgenannte in Form eines in horizontaler Ebene geschlossenen Förderers oder eines in horizontaler Ebene drehbaren Tisches ausgebildet ist. Nachdem sich am Gußstück eine Oberflächenhaut gebildet hat, die stark genug ist, um die Konfiguration des Gußstückes zu erhalten, führt man die Formbildungsteile der Kokille auseinander, während man das auf der Gespannplatte des Tisches stehende Gußstück mit den Teilen der Kühlkammer umschließt und es gemeinsam mit der Gespannplatte aus dem Gießbereich herausführt. Nach dem Halten des Gußstücks in der Kühlkammer bis zur vollständigen Kristallisation und dem Selbstglühen der Haut führt man die Teile der Kühlkammer auseinander und entfernt das Gußstück.
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Die auseinanderrückbaren Teile der Kühlkammer sind jedoch nicht in der Lage, eine gleichbleibende Temperatur in der Kühlkammer vorherrschen zu lassen. Mit zunehmender Eingießgeschwindigkeit erhitzen sich die Kammerwände über die Temperatur hinaus, die erforderlich ist, um optimale Wärmetauschverhältnisse zwischen ihnen und dem Gußstück zu schaffen, bei denen die Herstellung eines hochwertigen Gefüges gewährleistet werden kann, während bei abnehmender Eingießgeschwindigkeit sich die Kammerwände unter dieser Temperatur abkühlen. Darüber hinaus sind der Aufbau des Drehtisches oder des horizontalen Förderers und ihre Bedienung durch das Vorhandensein von mehreren auseinanderrückbaren Kammern mit deren Verschiebevorrichtungen und Mitteln zur Entfernung der Gußstücke von den Gespannplatten sehr erschwert. Dazu kommt noch, daß die Fläche, die der Drehtisch bzw. der horizontale Förderer in Anspruch nimmt, groß ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen und eine Kokillengießmaschine zu dessen Durchführung zu schaffen, bei denen das Abkühlen der Gußstücke derart vor sich geht, daß Gußeisen mit einem vorgegebenen Gefüge bei gleichzeitiger Vereinfachung der Kokillengießmaschine und Erhöhung ihrer Betriebssicherheit hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man bei einem Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen, bei dem Eingießen von Metall in eine Kokille, Halten des eingegossenen Metalls bis zur Ausbildung einer Oberflächenhaut am Gußstück, Herausziehen des Gußstücks aus der Kokille und dessen Abkühlen in einer Kühlkammer mit die vom Gußstück ausgestrahlte Wärme abschirmenden Oberflächen erfolgen, erfindungsgemäß die Temperatur der Abschirmoberflächen der Kühlkammer um 500 bis 600°C unter der Temperatur der Gußstücksoberfläche hält. Dadurch wird eine beständige Wärmeübergangszahl beim Wärmeaustausch zwischen dem Gußstück und der Kühlkammer sichergestellt, d. h., eine optimale Erstarrungsgeschwindigkeit des Gußstückes gewährleistet und die Herstellung des Gußstückes mit dem erforderlichen Gefüge und der erforderlichen Härte ermöglicht.
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In einer Kokillengießmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens, enthaltend Kokillenplatten mit Kokillenteilen und deren Verschiebevorrichtungen, Gespannplatten für die Aufstellung von Kernen, eine Gespannplattenvorschubeinrichtung und eine Kühlkammer für Gußstücke mit die vom Gußstück ausgestrahlte Wärme abschirmenden Oberflächen, ist in Weiterbildung der Erfindung die Kühlkammer als Durchgangskammer ausgebildet, mit bekannten Mitteln zur Aufheizung und zur selbsttätigen Aufrechterhaltung der Temperatur in vorgegebenen Grenzen ausgestattet und ortsfest relativ zu den Kokillenplatten über der Gespannplattenvorschubeinrichtung angeordnet, die in Form eines vertikal geschlossenen Schrittförderers ausgebildet ist, der starr befestigte Zargen mit den in diesen radialverschiebbar untergebrachten Gespannplatten trägt, wobei die Kokillenplatten mit den Kokillenteilen gelenkig verbunden sind.
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Durch Verwendung einer ortsfesten, über der Gespannplattenvorschubeinrichtung montierten Kühlkammer kann ein vertikal geschlossener Förderer eingesetzt werden und eine Vorrichtung für die Entfernung der Gußstücke entfällt.
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Die Ausstattung der Kühlkammer mit Mitteln zur Aufheizung und zur Temperaturkonstanthaltung gestattet es, in der Kühlkammer eine erforderliche Temperatur um 500 bis 600°C unter der Temperatur der Gußstückoberfläche aufrechtzuerhalten. Dadurch werden verfahrenstechnisch erforderliche Wärmeaustauschverhältnisse zwischen der Kühlkammer und dem Gußstück gewährleistet. Dank der Möglichkeit einer Bewegung der Gespannplatten in den Zargen in horizontaler Ebene können die Kokillenteile und die Gespannplatten präzise zusammengebaut werden, wodurch die Erhaltung einer richtigen Geometrie des Gußstücks gewährleistet und ein Austritt der Schmelze in den Stoßstellen zwischen den Kokillenteilen und der Gespannplatte verhindert wird.
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Durch die Gelenkverbindung der Kokillenteile mit den Kokillenplatten wird ein präziser Zusammenbau der Kokille gesichert, was die Genauigkeit der Gußstückgeometrie erhöht und die benötigte Bearbeitungszugabe vermindert.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Kokillengießmaschine zwei Paar Kokillenplatten besitzt, die die Kokillenteile auf der Gespannplatte im Gießbereich abwechselnd zusammenführen und die zu beiden Seiten des vertikalgeschlossenen Schrittförderers unter einem Winkel von 45° zu seiner Achse angeordnet sind. Dies gestattet es, die Leistungsfähigkeit der Kokillengießmaschine zu erhöhen und die Qualität der hergestellten Gußstücke zu verbessern, denn die Kokillenteile überhitzen sich nur im Falle eines ständig im Betrieb stehenden Paares der Kokillenteile mit zunehmender Eingießgeschwindigkeit, wobei die Wärmeaustauschverhältnisse zwischen dem Gußstück und der Kokille gestört werden und das Gußstück in die Kühlkammer mit einer höheren Temperatur gelangt, was seinerseits zur Störung der Wärmeaustauschverhältnisse zwischen dem Gußstück und den Kühlkammeroberflächen führt und eine Qualitätsverschlechterung beim Gußstück durch ein schlechteres Gefüge des Gußstückmetalls zur Folge hat. Durch Einsatz von zwei Paaren Kokillenteile mit den sich abwechselnd am Eingießen beteiligenden Kokillenteilen werden optimale Wärmeaustauschverhältnisse zwischen dem Gußstück und der Kokille geschaffen. Das Gußstück gelangt mit einer vorgegebenen Temperatur in die Kühlkammer und hat nach erfolgtem Wärmeaustausch mit den Oberflächen der Kühlkammer ein vorgegebenes Gefüge und eine vorgegebene Härte. Die Haltbarkeit der Kokillenteile wächst dabei ebenfalls, weil sie aufgrund der abwechselnden Beteiligung am Eingießen keiner Überhitzung ausgesetzt sind.
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Durch die Anordnung der Kokillenplatten unter einem Winkel von 45° kann man das Gußstück mit dem Förderer zwischen die seitlichen Kokillenteile, die sich in neutraler Stellung befinden, transportieren.
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Zweckmäßig enthält die Verschiebevorrichtung für die Kokillenplatten Parallelkurbeln, von denen jede mit der Kokillenplatte und dem Bett verbunden ist, einen senkrecht und ortsfest aufgestellten doppelwirkenden Arbeitszylinder mit hin- und hergehender Bewegung und zwei Hebelpaare aufweist, welche symmetrisch an der Kolbenstange des Arbeitszylinders längs der Öffnungsachsen der Kokillenteile jedes Paares befestigt und mittels in ihrer Länge veränderbarer Zugstangen mit den Parallelkurbeln gelenkig verbunden sind, wobei jedes Hebelpaar in vertikaler Ebene in die entgegengesetzte Richtung orientiert ist.
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Die erfindungsgemäße Verschiebevorrichtung für die Kokillenplatten ist einfach in der Fertigung und im Betrieb. Der Antrieb von einem einzigen Arbeitszylinder sorgt dafür, daß die beiden Paare der Kokillenplatten synchron verschoben und genau in der neutralen Stellung angeordnet werden, bei der das Gußstück mit dem Förderer aus der Gießstellung in die Kühlkammer transportiert wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die Kokillengießmaschine gewährleisten also die Herstellung von Gußstücken mit der gewünschten Geometrie der Außenoberfläche und ermöglichen somit eine Verringerung der Bearbeitungszugaben. Die Festigkeit der Gußstücke ist um 15 bis 20% höher und die Dichte um 0,3 bis 3,0% höher als bei den in Sandform gegossenen Gußstücken.
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Nachstehend wird die Erfindung durch Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
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Fig. 1 schematisch in Draufsicht eine Kokillengießmaschine mit einem Paar Kokillenplatten;
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Fig. 2 eine Maschine wie in Fig. 1, jedoch mit zwei Paar Kokillenplatten, von denen das eine Paar auf der Gespannplatte zusammengeführt ist;
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Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1;
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Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1;
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Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 2;
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Fig. 6 die neutrale Stellung der zwei Paar Kokillenplatten;
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Fig. 7 die Stellung wie in Fig. 6, in Draufsicht;
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Fig. 8 die Stellung, bei der ein Paar Kokillenplatten auf der Gespannplatte zusammengeführt und das andere Paar auseinandergeführt ist.
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Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 8.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen wird wie folgt durchgeführt.
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Man gießt eine Schmelze in eine Kokille ein, hält sie bis zur Ausbildung einer die Konfiguration des Gußstückes erhaltenden Haut und führt die Kokillenteile auseinander, wobei gleichzeitig mit der Ausbildung der Gußhaut in dieser Zementit gebildet wird.
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Dann bringt man das Gußstück in eine Kühlkammer unter Beibehalten eines Spaltes zwischen dem Gußstück und den Wänden der Kammer, wodurch ein Abschirmen der vom Gußstück ausgestrahlten Wärme sichergestellt wird.
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Die Temperatur der Gußstückoberfläche beträgt zum Zeitpunkt der Öffnung der Kokille 960 bis 980°C. Die Temperatur der Abschirmoberflächen der Kühlkammer wird um 500 bis 600°C unter der Temperatur der Gußstückoberfläche gehalten, wodurch Wärmeaustauschverhältnisse sichergestellt werden, die dazu beitragen, daß ein Perlitgefüge ohne Weißerstarrung erhalten wird.
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Bei einem Temperaturunterschied von unter 500°C erhitzt sich die Gußstückhaut auf Kosten der inneren Wärme des Gußstückes bis auf 1130°C. Dies verlangsamt die Erstarrung der inneren Gußstückschichten wesentlich und führt somit zu einem erhöhten Ferritgehalt und der Ausbildung eines grobkörnigen Gefüges mit groben Graphiteinschlüssen. Es entsteht außerdem bei einer solchen Erhitzung die Gefahr einer Verformung der Gußhaut unter Einwirkung des statischen Drucks des nicht erstarrten Metalls im inneren Teil des Gußstückes.
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Bei einem Temperaturunterschied von über 600°C verlangsamt sich der Zerfall des Zementits und der Vorrat an der inneren Wärme reicht nicht für dessen vollständigen Zerfall aus. Die Gußhaut erhitzt sich nur bis auf 1010°C. In solchen Gußstücken bleiben 6 bis 7% Zementit erhalten.
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Nach dem Halten des Gußstückes bis zur vollständigen Kristallisation und dem Glühen wird das Gußstück aus der Kühlkammer entfernt.
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Die Kokillengießmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält ein Bett 1 (Fig. 1 und 2), eine Eingießeinheit 2, Kokillenplatten 3 mit deren Verschiebevorrichtung und Kokillenteilen 4, Gespannplatten 5 (Fig. 3) für die Aufstellung von Kernen 6, eine in Form eines vertikalgeschlossenen Schrittförderers 7 einer bekannter Bauart ausgebildete Gespannplattenvorschubeinrichtung und eine Kühlkammer 8 (Fig. 1 und 2), die über dem Förderer 7 ortsfest relativ zu den Kokillenplatten 3 angeordnet ist.
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Die Eingießeinheit 2 kann ein Paar Kokillenplatten 3, die wie aus Fig. 1 ersichtlich, zu beiden Seiten des Förderers 7 angeordnet sind, oder zwei Paare 9 und 10 (Fig. 2) Kokillenplatten 3 enthalten, die die Kokillenteile 4 auf der Gespannplatte 5 im Gießbereich abwechselnd zusammenführen und zu beiden Seiten des Förderers 7 unter einem Winkel α = 45° zu seiner Achse angeordnet sind.
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Die Kühlkammer 8 (Fig. 1 und 2) ist als Durchgangskammer ausgebildet und stellt einen -förmigen Tunnel dar, der ortsfest auf dem Bett 1 hinter der Eingießeinheit 2 über dem oberen Trum des Förderers 7 befestigt ist. Die Kühlkammer besitzt an den Stirnseiten zweiflügelige Türen 11, die sich in Bewegungsrichtung des Förderers 7 öffnen und unter Wirkung von Federn 12 in die Ausgangsstellung zurückkehren. Die Türen 11 verringern konvektive Strömungen innerhalb der Kammer.
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Die Kühlkammer 8 ist von innen mit feuerfesten Ziegeln ausgekleidet, die Oberflächen 13 bilden, mit denen die vom Gußstück ausgestrahlte Wärme abgeschirmt wird. Die Kammer 8 ist mit bekannten Mitteln 14 und 15 zur Aufheizung und zur selbsttätigen Aufrechterhaltung der Temperatur der Abschirmoberflächen 13 in vorgegebenen Grenzen ausgerüstet, d. h. einer Temperatur der Oberflächen 13, die um 500 bis 600°C unter der Temperatur der Gußstückoberfläche liegt, wodurch optimale Wärmeaustauschverhältnisse erzielt werden.
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Der vertikal geschlossene Schrittförderer 7 enthält Wagen 16 (Fig. 3, 4), auf denen Zargen 17 starr befestigt sind. In den Zargen 17 sind die Gespannplatten 5 radialverschiebbar untergebracht, dafür ist der Durchmesser des Hohlraumes 18 der Zarge 17 (Fig. 3), in dem sich die Gespannplatte 5 befindet, größer, als der Durchmesser der Gespannplatte, wobei das Vorhandensein eines inneren Ringvorsprunges 19 an der Zarge 17 es verhindert, daß die Gespannplatte beim Übergang der Zargen auf den unteren Trum des Förderers aus dem Hohlraume 18 herausfällt.
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Über dem unteren Trum des Förderers 7 ist auf einer mit dem Bett 1 gelenkig verbundenen Platte 20 (Fig. 4) ein Arbeitszylinder 21 mit hin- und hergehender Bewegung für den Betrieb des Förderers 7 montiert. An der Kolbenstange 22 des Arbeitszylinders 21 ist eine Sperrklinke 23 angebracht, die mit den Wagen 16 des Förderers 7 zum Eingriff gebracht wird. Beim Einziehen der Kolbenstange 22 bewegt sich der Förderer 7 um einen Schritt fort, dann fährt die Kolbenstange 22 aus und die Sperrklinke greift in den nächsten Wagen 16 ein. Zur Verfachung der Überholung kann sich der Arbeitszylinder 21 zusammen mit der Platte 20 um die senkrechte Achse der Gelenkverbindung drehen.
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Die Kokillenplatten 3 eines Paares (Fig. 1) oder zweier Paare 9 und 10 (Fig. 2) sind gelenkig mit den Kokillenteilen 4 verbunden. Dafür ist jede Kokillenplatte 4 mit einer senkrechten Achse 24 (Fig. 3, 5 bis 9) versehen, während der jeweilige Kokillenteil 4 eine obere und eine untere koaxiale Öffnung aufweist, in denen diese Achse geführt ist. Dies ermöglicht ein Drehen des Kokillenteils auf dieser Achse relativ zu der Kokillenplatte in horizontaler Ebene.
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Bei der Ausführung der Kokillengießmaschine mit einem Paar Kokillenplatten 3, wie dies aus der Fig. 1 ersichtlich ist, kann als deren Verschiebevorrichtung eine beliebige bekannte Vorrichtung, beispielsweise eine solche vom Gelenktyp zur Anwendung kommen, die es gestattet, daß die Kokillenteile auf der Gespannplatte im Gießbereich synchron zusammen- und auseinandergeführt werden können.
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Bei der Ausführung der Kokillengießmaschine mit zwei Paaren 9 und 10 Kokillenplatten 3 wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, enthält deren Verschiebevorrichtung Parallelkurbeln und ein Hebelwerk. Eine Parallelkurbel besteht aus zwei parallelgeführten Zugstangen 25 (Fig. 5, 6), die mit ihren einen Enden gelenkig mit dem Bett 1 und mit ihren anderen Enden gelenkig mit den jeweiligen Kokillenplatten 3 verbunden sind.
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Das Hebelwerk besteht aus einem auf dem Bett 1 starr befestigten, senkrechten doppelwirkenden Arbeitszylinder 26 mit hin- und hergehender Bewegung, an dessen Kolbenstange 27 eine Buchse 28 mit zwei Hebelpaaren 29, 30, die symmetrisch und längs der Öffnungsachsen der Kokillenteile jedes Paares angeordnet sind, sitzt. Die Achsen jedes Hebelpaares 29, 30 sind zueinander senkrecht. Jedes Hebelpaar ist in vertikaler Ebene in die entgegengesetzte Richtung orientiert, d. h. das eine Hebelpaar ist nach oben von der Buchse 28 weg, das andere nach unten gerichtet. Die Enden der Hebel sind gelenkig mit in ihrer Länge veränderbarer Zugstangen 31 verbunden. Diese Zugstangen 31 sind durch die anderen Enden mit einer der Zugstangen 25 der Parallelkurbeln jeder Kokillenplatte 3 gelenkig verbunden. Die entgegengesetzte Orientierung der Hebelpaare in vertikaler Ebene ermöglicht die entgegengerichtete Verschiebung der mit ihnen verbundenen Paare der Kokillenplatten bei der Bewegung der Kolbenstange des Arbeitszylinders in beliebiger Richtung. Wenn ein Paar der Kokillenplatten auseinandergeführt wird, so wird das zweite Paar zwangläufig zusammengeführt. Wenn ein Paar sich in der zusammengeführten Endstellung befindet, so befindet sich das zweite Paar in der auseinandergeführten Endstellung, und umgekehrt. Bei zur halben Hublänge ausgezogenen Kolbenstange 27 befinden sich alle Kokillenplatten 3 in der neutralen Stellung, d. h. im gleichen Abstand zur Achse der Gespannplatte, wobei ein Paar sich der neutralen Stellung aus der zusammengeführten Endstellung und das zweite Paar sich aus der auseinandergeführten Endstellung genähert hat. In dieser Stellung wird das Gußstück durch den Förderer 7 aus der Gießstellung in die Kühlkammer 8 entfernt.
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Die Kokillengießmaschine arbeitet wie folgt. Vor dem Eingießen befinden sich die Kokillenteile 4 (Fig. 2), die auf dem ersten Paar 9 der Kokillenplatten 3 befestigt sind, in dem zusammengeführten Zustand auf der Gespannplatte 5, die in der auf dem Wagen 16 des Förderers 7 befestigten Zarge 17 untergebracht ist. Das zweite Paar 10 der Kokillenplatten 3 mit den auf ihnen befestigten Kokillenteilen 4 befindet sich in der auseinandergeführten Endstellung. Die Kolbenstange 27 (Fig. 5) des senkrechten doppelwirkenden Arbeitszylinders 26 befindet sich in der unteren Endstellung.
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Das Eingießen der Schmelze in die Kokille erfolgt in bekannter Weise über einen hohlen Kern 6. Dann wird abgewartet, bis sich von der Seite der Kokille her eine äußere Gußhaut am Gußstück ausbildet, die stark genug ist, um die Konfiguration des Gußstückes zu erhalten. Daraufhin fährt die Kolbenstange 27 (Fig. 6) des Arbeitszylinders 26 in ihrer ersten Aufwärtsbewegung auf die Hälfte ihrer möglichen Hublänge aus. Dabei wird das Paar 9 der Kokillenplatten 3 mit den daran gelenkig befestigten Kokillenteilen durch Betätigung der Hebel 29, 30 und der Zugstangen 31, 25 vom Gußstück in die neutrale Stellung weggeführt, während das Paar 10 aus der auseinandergeführten Stellung bis zur neutralen Stellung (Fig. 7) zusammengeführt wird.
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Während dieser Zeit wird die Kolbenstange 22 (Fig. 4) des waagerechten Arbeitszylinders 21 eingezogen, indem sie die Fortbewegung der Wagen 16 des Förderers 7 um einen Schritt durch den Eingriff der Sperrklinke 23 mit dem Wagen 16 auf dem unteren Trum des Förderers 7 bewirkt. Dann wird die Kolbenstange 22 ausgezogen und die Sperrklinke 23 wird mit dem nächsten Wagen zum Eingriff gebracht. Dabei tritt der Wagen 16 mit dem Gußstück in die Kühlkammer 8 ein, indem er die Flügel der Tür 11 der Kühlkammer 8 auseinanderführt, welche unter Einwirkung der Federn 12 in die Ausgangsstellung zurückkehren, und in die Gießstellung kommt der nächste Wagen 16 mit dem auf seiner Gespannplatte 5 aufgestellten Kern 6.
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Daraufhin geht die Kolbenstange 27 (Fig. 8) des senkrechten Arbeitszylinders 26 aufwärts in die obere Endstellung. Dabei wird das Paar 9 der Kokillenplatten aus der neutralen Stellung in die Endstellung auseinandergeführt und das Paar 10 zusammengeführt (Fig. 8, 9), es wird also das zweite Paar 10 der Kokillenplatten 3 in Betrieb gesetzt, während das erste Paar 9 gekühlt wird. Dadurch wird eine Überhitzung der Kokillenteile ausgeschlossen und die Leistungsfähigkeit der Kokillengießmaschine erhöht.
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Daraufhin wird die Schmelze in die Kokille eingegossen und in ihr gehalten, bis sich eine Oberflächenhaut ausbildet, die die Konfiguration des Gußstückes aufrechterhalten kann. Danach geht die Kolbenstange 27 des Arbeitszylinders 26 auf die halbe Hublänge nieder. Das Paar 10 der Kokillenplatten wird bis zur neutralen Stellung auseinandergeführt, das Paar 9 bis zur neutralen Stellung (wie in der Fig. 7 wiedergegeben) zusammengeführt.
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Die Kolbenstange 22 des waagerechten Arbeitszylinders 21 zieht sich ein und bewegt dabei den Förderer 7 um einen Schritt weiter. Der nächste Wagen mit dem Gußstück kommt in die Kühlkammer 8, wo er nach den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gekühlt wird. Nach dem Verlassen der Kühlkammer 8 fällt das Gußstück im Übergangsbereich zwischen dem oberen und dem unteren Trum des Förderers in einen Trog und wird entfernt.
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Während der Zusammenführung der Kokillenteile 4 haben die Gespannplatten 5 die Möglichkeit, sich unter Einwirkung der Kokillenteile in der Zarge 17 des Wagens 16 von selbst einzustellen, wodurch ein präziser Zusammenbau der Kokille gewährleistet wird.
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Bei der Ausführung der Kokillengießmaschine mit einem Paar der Kokillenplatten, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, arbeitet sie genau so, wie dies oben für eines der Paare beschrieben ist.
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Nachstehend sind Durchführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren angeführt.
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Ein Gußteil für die Laufbuchse eines Traktorenmotors wurde in einer unangestrichenen wassergekühlten Gußeisenkokille mit einer Anfangstemperatur von 50 bis 60°C abgegossen.
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Die Temperatur der Schmelze wurde in einem Bereich von 1300 bis 1310°C gehalten. Das Halten der Schmelze in der Kokille dauerte, bis sich eine 2,5 mm starke Gußhaut ausbildete. Dann wurde dieses Gußstück zusammen mit der Gespannplatte in die Kühlkammer der erfindungsgemäßen Ausführung eingebracht.
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Die Temperatur der Oberflächenschicht des Gußstückes betrug zum Zeitpunkt der Kokillenöffnung 970°C. Die Temperatur der flüssigen Phase des Gußstückes lag bei 1190°C.
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Unter Konstanthaltung der übrigen Betriebskennwerte des Verfahrens wurde nur die Temperatur der Kammerwände geändert.
Beipiel 1
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Der Temperaturunterschied zwischen der Gußstück- und der Kammeroberfläche wurde bei 450°C gehalten, d. h. die Temperatur der Kammeroberflächen lag bei 520°C. Am Kühlkammerausgang betrug die Temperatur der Gußstückoberfläche 1130°C.
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In der Außenschicht des Gußstückes sind 10% Ferrit enthalten, was gemäß den an solche Gußstücke gestellten Forderungen zu Ausschuß stempelt.
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Höhere Temperaturen der Abschirmoberflächen der Kammer führen zu Verformungen der Gußstücke.
Beispiel 2
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Der Temperaturunterschied betrug 500°C, d. h. die Temperatur der Kühlkammerwände lag bei 470°C. Am Kühlkammerausgang betrug die Temperatur der Gußstückoberfläche 1070°C. Im Ergebnis wurde in der Außenschicht des Gußstückes kein strukturell freier Zementit festgestellt, d. h. es gab keine Weißerstarrung. Die Härte eines solchen Gußstückes betrug 210 bis 215 HB.
Beispiel 3
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Der Temperaturunterschied betrug 600°C, d. h. die Temperatur der Kühlkammerwände lag bei 370°C. Am Kühlkammerausgang war die Temperatur der Gußstückoberfläche 1050°C. In der Außenschicht des Gußstückes wurde kein Zementit festgestellt. Die Härte betrug 227 bis 229 HB.
Beispiel 4
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Der Temperaturunterschied betrug 650°C, d. h. die Temperatur der Kühlkammer lag bei 320°C. Die Temperatur der Gußstückoberfläche am Kühlkammerausgang betrug 1010°C. In der Außenschicht des Gußstückes waren 6 bis 7% strukturell freien Zementits enthalten. Die Härte der Innenoberfläche des Gußstückes lag bei 220 bis 223 HB, die der Außenoberfläche bei 255 bis 260 HB, was die mechanische Bearbeitung des Gußstückes erschwerte.
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Es kommt also im ersten Beispiel oft zur Verformung der Gußstückoberfläche, was zu einer Störung an der Kokillengießmaschine führt (die Maschine wird mit flüssigem Metall übergossen), im vierten Fall ist die mechanische Bearbeitung des Werkstückes wegen erhöhter Härte erschwert.
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Die Härte der Oberflächenschicht der auf der erfindungsgemäßen Kokillengießmaschine hergestellten Gußstücke befindet sich ständig in einem Bereich von 210 bis 240 HB, also in dem Bereich der Werte, die die Laufbuchsenrohlinge für die Verbrennungsmotoren aufweisen sollen, und bei denen eine befriedigende mechanische Bearbeitbarkeit gesichert ist.
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Die Gußstücke haben keine inneren Spannungen, denn sie erstarren bei unbehinderter Schwindung. Das Gefüge der Gußstücke besteht zu 95 bis 97% aus Perlit. Strukturell freier Zementit ist nicht vorhanden. Die Außenoberfläche der Laufbuchsen ist praktisch kavitationsunanfällig, denn die Außenschicht des Gußstückes hat das Gefüge des Glühens mit feinverteiltem Graphit.
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Die Bruchfläche der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gußstücke hat eine hellgraue Farbe im Hauptteil des Gußstückkörpers und eine dunkle Oberflächenkante der geglühten Oberflächenschicht.