DE3618059A1 - Niederdruck-giessverfahren und vorrichtung zu dessen herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Niederdruck- Giessverfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und von einer Vorrichtung zu dessen Ausübung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

In einem Vortrag von W. Büchen, Verein Deutscher Giesserei­ fachleute, Düsseldorf (BRD) mit dem Titel: Das Aluminium- Kokillengiessverfahren - ein Beitrag zum Stand, veröffent­ licht auf den Seiten 272 bis 275 im Tagungsband der 7. Internationalen Leichtmetall-Tagung in Leoben, 1981, ist ein Niederdruck-Giessverfahren zur Herstellung von Metallgussteilen beschrieben. Bei diesem Niederdruck- Giessverfahren wird eine Metallschmelze aufsteigend in eine aufgeheizte Kokille gedrückt. In der Kokille entstehende Gase, vorwiegend von einem in die Kokille eingelegten Sandkern herrührend, werden während des Giessvorganges ständig abgeführt.

Bei diesem Niederdruck-Giessverfahren kann eine Verwir­ belung der Metallschmelze beim Einströmen in die Kokille nicht ausgeschlossen werden. Durch diese Verwirbelung gelangen Teile einer auf der Oberfläche der Metallschmelze vorhandenen Oxidhaut ins Innere der Metallschmelze und verursachen im Gefüge des Metallgussteiles schädliche Einschlüsse.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Niederdruck-Giessverfahren und eine Vorrich­ tung zu dessen Ausübung anzugeben, bei welchem ein homo­ genes Gefüge des Metallgussteiles erzielt wird.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass das Metallgussteil auch an den Oberflächen frei von Porosität ist und ein homogenes Gefüge aufweist. Ferner erweist es sich als vorteilhaft, dass die Metallschmelze während des gesamten Giessvorganges besonders wirkungsvoll entgast wird.

Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stände der abhängigen Ansprüche.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von einer, lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung näher erläu­ tert.

Die einzige Figur zeigt eine Ausführungsform der erfin­ dungsgemässen Vorrichtung. Diese Vorrichtung weist eine mehrteilig ausgebildete Kokille 1 auf, deren äussere Hülle aus einem Kokillenoberteil 2 und einem Kokillen­ unterteil 3 sowie seitlichen Verschlussdeckeln 5, 6, 7 und 8 aufgebaut ist. Die äussere Hülle wird in der Regel aus Gusseisenteilen zusammengesetzt, die durch eine nicht dargestellte Halterung so zusammengehalten werden, dass ihre Berührungsflächen 9 aufeinandergepresst werden. In die Kokille 1 ist ein Sandkern 10 eingelegt. Ein druckdicht in die Kokille 1 eingeführtes Steigrohr 11 ist angedeutet, durch welches von einem nicht dargestellten Schmelztiegel her eine Metallschmelze in die Kokille 1 aufsteigen kann. Diese Metallschmelze füllt entsprechende Hohlräume der Kokille 1 auf und bildet nach dem Erstarren ein Metallgussteil 13. In dem Kokillenoberteil sind Entlüftungsstutzen 14, 15, 16 vorgesehen. Die Entlüftungs­ stutzen 14 und 15 sind mit Entlüftungsspalten nach oben hin verschlossen. Diese Entlüftungsspalten weisen einen etwas kleineren Querschnitt auf als die dem Stand der Technik entsprechenden, so dass weder durch Kapillar­ wirkung noch durch das Einwirken von Unterdruck die Metallschmelze durch sie hindurchtreten kann. Die Ent­ lüftungsstutzen 14 und 15 sind druckdicht mit einem Rohrleitungssystem 18 verbunden, welches zu einer Vakuum­ pumpe 19 führt.

Der Entlüftungsstutzen 16 ist an der höchsten Stelle des Kokillenoberteils 2 vorgesehen und weist eine Ent­ lüftungsbohrung 20 mit einem grösseren Querschnitt auf als die Entlüftungsstutzen 14 und 15. Diese Entlüftungs­ bohrung 20 ist ebenfalls druckdicht über ein Verbindungs­ rohr 21 mit dem Rohrleitungssystem 18 verbunden. Mittels eines Ventils, welches aus einem von einem Antrieb 23 betätigten Schieber 24 besteht, kann die Entlüftungs­ bohrung 20 druckdicht verschlossen werden. Ein in das Kokillenoberteil 2 eingebauter temperaturempfindlicher Sensor 25 gibt über eine Messleitung 26 ein Signal an eine Auswerteeinheit 27, wenn die Metallschmelze ihr oberstes Füllniveau erreicht hat. Die Auswerteeinheit 27 wirkt dann auf den Antrieb 23 ein, welcher den Schieber 24 betätigt, welcher die Entlüftungsbohrung 20 verschliesst und ein Austreten der Metallschmelze aus der Kokille 1 verhindert.

Zur weiteren Erläuterung der Wirkungsweise sei die einzige Figur näher betrachtet. Die Vakuumpumpe 19 erzeugt über das Rohrleitungssystem 18 einen Unterdruck in der in der Regel vorgeheizten Kokille 1, welcher im Bereich von 30 bis 90 kPa liegen kann. Vom mit Druck beaufschlagten Schmelztiegel her steigt die Metallschmelze im Steigrohr 11 in die Kokille 1. Der Unterdruck in der Kokille unter­ stützt das Aufsteigen der Metallschmelze. Die Nachström­ geschwindigkeit der Metallschmelze wird so gewählt, dass eine für das jeweilige geschmolzene Metall opti­ male Geschwindigkeit erreicht wird. Bei dieser optimalen Geschwindigkeit strömt die Metallschmelze wirbelfrei in die Kokille ein und steigt in dieser gleichmässig auf. Besonders bei Aluminiumschmelzen ist dies vorteilhaft, da so keine Teile der auf der Oberfläche der Metall­ schmelze sich ausbildenden Oxidhaut ins Innere der Metall­ schmelze gelangen können und nach dem Erstarren derselben das Gefüge des Metallgussteiles 13 schwächen können.

Die Berührungsflächen 9 zwischen den einzelnen Teilen der Hülle der Kokille 1 müssen in der Regel keine zusätzli­ chen Dichtungselemente aufweisen, da auch ohne diese zusätzlichen Dichtungselemente ein hinreichender Unter­ druck aufrechterhalten werden kann. Dieser Unterdruck sorgt zudem für eine wirksame Entgasung der Metallschmelze und für die rasche Abfuhr der aus dem Sandkern 10 aus­ tretenden Gase, so dass keine Gaseinschlüsse in der Metallschmelze auftreten können. Sobald die Metallschmelze höher steigt als das Niveau der Berührungsflächen 9, wirkt diese Metallschmelze als zusätzliche Dichtung. Es ist daher von Vorteil, wenn die Berührungsflächen 9 in möglichst geringer Höhe über dem oberen Ende des Steigrohres vorgesehen werden, damit dieser zusätzliche Dichtungseffekt möglichst früh auftritt und eine besonders gute Entgasung der Kokillenhohlräume stattfinden kann.

Nach dem Füllen der Kokille 1 mit der Metallschmelze wird der Entlüftungsstutzen 16 verschlossen, wie bereits beschrieben. Über die beiden anderen Entlüftungsstutzen 14 und 15 wirkt der Unterdruck jedoch weiter auf die Metallschmelze ein bis zu deren völliger Erstarrung. Auf diese Art ist sichergestellt, dass das Metallguss­ teil 13 auch im oberen Teil ein dichtes Gefüge aufweist. Nach dem Erstarren der Metallschmelze wird die Beauf­ schlagung der Kokille 1 mit Unterdruck beendet, die überschüssige Metallschmelze aus dem Steigrohr 11 strömt in den Schmelztiegel zurück, die Kokille 1 kann abgehoben und das Metallgussteil 13 kann nach einer Abkühlungsphase entnommen werden.

Claims (7)

1. Niederdruck-Giessverfahren zur Herstellung von Metall­ gussteilen (13) unter Verwendung einer Kokille (1), wobei in dieser Kokille (1) entstehende Gase während des Füllens mit einer Metallschmelze über mindestens zwei Entlüftungsstutzen (14, 15, 16) ständig abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet,

• - dass die Kokille (1) vor und während des Giessvor­ ganges durch die mindestens zwei Entlüftungsstutzen (14, 15, 16) mit Unterdruck beaufschlagt wird, und
• - dass ein erster (16) der mindestens zwei Entlüftungs­ stutzen (14, 15, 16), welcher am höchsten Punkt der Kokille (1) vorgesehen ist, nach dem Füllen der Kokille (1) verschlossen wird.

2. Niederdruck-Giessverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - dass der erste Entlüftungsstutzen (16) von einem temperaturgesteuerten Ventil verschlossen wird, sobald ein temperaturempfindlicher Sensor (25) anzeigt, dass die Metallschmelze ein oberstes Füll­ niveau erreicht hat.

3. Niederdruck-Giessverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - dass der Unterdruck in der Kokille (1) so geregelt wird, dass die Metallschmelze mit einer für das jeweilige geschmolzene Metall optimalen Geschwindig­ keit wirbelfrei nachströmt.

4. Niederdruck-Giessverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• - dass die Kokille (1) erst nach dem Erstarren der Metallschmelze mit Normaldruck beaufschlagt wird.

5. Vorrichtung zur Ausübung des Niederdruck-Giessver­ fahrens nach einem der vorherstehenden Ansprüche, mit einem Schmelztiegel, welcher über ein Steigrohr (11) druckdicht mit der aufsetzbaren Kokille (1) in Verbindung steht, wobei die Kokille (1) mindestens zweiteilig ausgebildet ist und ein von den mindestens zwei Entlüftungsstutzen (14, 15, 16) durchdrungenes Kokillenoberteil (2) und mindestens ein Kokillenunter­ teil (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet,

• - dass die Vorrichtung eine Vakuumpumpe (19) enthält, die mit den mindestens zwei Entlüftungsstutzen (14, 15, 16) gasdicht verbunden ist,
• - dass der erste Entlüftungsstutzen (16) mit einem Ventil verschliessbar ausgebildet ist, und
• - dass ein zweiter (14, 15) der mindestens zwei Ent­ lüftungsstutzen (14, 15, 16) mit Entlüftungsspalten versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

• - dass zwischen dem Kokillenoberteil (2) und deren mindestens einem Kokillenunterteil (3) Berührungs­ flächen (9) vorgesehen sind, welche in möglichst geringer Höhe über dem oberen Ende des Steigrohres (11) liegen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

• - dass die Entlüftungsspalten so ausgebildet sind, dass weder durch Kapillarwirkung noch durch das Einwirken des Unterdrucks die Metallschmelze durch sie hindurchtreten kann.