DE3925373A1 - Casting metal shapes - involves metal drawn into mould by vacuum and then subjected to positive pressure - Google Patents

Casting metal shapes - involves metal drawn into mould by vacuum and then subjected to positive pressure

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Abstract

Molten metal is drawn upwards through one or more inlets into a mould in the process. A vacuum is applied so that the molten metal fills the mould and rises into at least one riser pipe. The metal in the inlets to the mould is caused to harden as soon as a required level in the riser has been reached, so that the molten metal is enclosed in the mould. The mould is then pressurised. The hardening of the metal in the inlet is produced by a redn. in the velocity, or a cessation, of the entry to the mould and is in the form of a slot whose width is less than that of the thinnest section of the shape being cast. The mould may be enclosed in a gas-tight cover for the application of the vacuum and pressurisation. USE/ADVANTAGE - Used in the casting of metal shapes for various uses. The molten metal is enclosed in the mould before it can harden, so that the application of an external pressure can be used to ensure that all of the mould is completely filled. No valves are used, thus making the process simple and economical, since it is difficult for valves to survive the temps. involved in the casting of molten metals.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Metall, bei welchem die Schmelze von unten her über einen oder meh­ rere Einlässe in eine Gußform eingeführt wird, indem der Formhohlraum derart unter Vakuum gesetzt wird, daß ihn die Schmelze unter Bildung eines Gußkörpers mit wenigstens einem darüberliegenden Steiger ausfüllt, das Metall im Einlaß zum Formhohlraum zum Erstarren gebracht wird, wenn eine vorbe­ stimmte Gießhöhe im Steiger erreicht ist, so daß das Metall in flüssigem Zustand im Formhohlraum eingeschlossen wird, und es danach im Steiger und dem damit verbundenen Formhohlraum unter Überdruck zum Erstarren gebracht wird.The invention relates to a method for casting metal, in which the melt from below over one or more More inlets are inserted into a mold by the Mold cavity is placed under vacuum so that the Melt to form a cast body with at least one fills the riser above, the metal in the inlet to the Mold cavity is solidified when one passes agreed casting height in the riser is reached, so that the metal is enclosed in the mold cavity in the liquid state, and afterwards in the riser and the associated mold cavity is solidified under pressure.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Gießen von Metall, bei welcher eine Gußform vorzugsweise vom Ein­ wegtyp, unter einer gasdichten Glocke angeordnet ist, deren Innenraum abwechselnd mit Vakuum und Überdruck beaufschlagbar ist, wobei der Formhohlraum der Gußform über einen oder meh­ rere Einlässe mit einem Einlaßrohr in Verbindung steht, das sich in die Metallschmelze in einem darunterliegenden Behäl­ ter erstreckt.The invention further relates to a device for casting of metal, in which a mold preferably from the one way, is arranged under a gastight bell, the Vacuum and overpressure can be applied alternately to the interior is, wherein the mold cavity of the mold over one or more is connected to an inlet pipe which into the molten metal in an underlying container ter extends.

Beim Gießen nach dem oben erwähnten Verfahren war bisher die Beaufschlagung mit Überdruck problematisch, wenn es darum ging, das geschmolzene Metall im gesamten Formhohlraum dem Überdruck auszusetzen. Wegen der Tendenz zu vorzeitigem Er­ starren in engen Bereichen des Hohlraums hat nämlich das dort bereits verfestigte Metall danach die Ausbreitung des Drucks auf das flüssige Metall hinter den erstarrten, engen Berei­ chen verhindert. Dies führt zu defekten Gußstücken und beein­ trächtigt normalerweise die Produktion oder macht sie über­ haupt unmöglich in solchen Fällen, wo Hohlräume mit stark va­ riierendem Querschnitt und/oder sehr engen Bereichen verlangt werden. Versuche mit rechtzeitiger Absperrung des Übergangs zwischen dem Einlaßrohr und dem Formhohlraum mit Hilfe von Ventilen waren wegen der hohen Arbeitstemperaturen nicht er­ folgreich.Up to now, this was the case when casting by the above-mentioned method Applying overpressure is problematic when it comes to that melted metal in the entire mold cavity Suspend overpressure. Because of the tendency to premature Er rigid in narrow areas of the cavity has that there metal already solidified afterwards the spread of pressure on the liquid metal behind the frozen, narrow area Chen prevented. This leads to defective castings and affects usually slows down or over-produces impossible at all in such cases where cavities with strong va riierend cross section and / or very narrow areas will. Attempts to block the transition in good time  between the inlet pipe and the mold cavity using Valves were not because of the high working temperatures consequent.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Durchfüh­ rung des oben angegebenen Verfahrens und beim Arbeiten mit einer Vorrichtung der genannten Art das flüssige Metall im Formhohlraum einzuschließen, ehe es in deren engen Bereichen erstarren kann, so daß danach der Überdruck wirksam dazu bei­ tragen kann, daß die feinsten Details des Gußstücks korrekt ausgegossen werden.The invention has for its object in the implementation tion of the above procedure and when working with a device of the type mentioned in the liquid metal Enclose mold cavity before it is in their narrow areas can solidify, so that the overpressure effectively contributes to it can wear that the finest details of the casting correctly be poured out.

Die Erfindung ist in den beigefügten Patentansprüchen defi­ niert. Sie stellt durch die in Bezug auf die Form schonende Gießmethoden einen besonderen Vorteil dar bei der Verwendung von Einwegformen, beispielsweise in Gießsand, zum Gießen dün­ nen Präzisionsgut bereits im Prototypstadium bei der Entwick­ lung neuer Produkte.The invention is defi in the appended claims kidney. It provides a gentle form Casting methods have a particular advantage in use of disposable forms, for example in pouring sand, for pouring thin Precision goods already in the prototype stage during development development of new products.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is described below the drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine be­ triebsbereite Gießvorrichtung; Figure 1 is a vertical section through a ready casting machine.

Fig. 2 einen Teilschnitt in größerem Maßstab ge­ mäß Schnittlinie 2-2 in Fig. Fig. 2 is a partial section on a larger scale accelerator as section line 2-2 in Fig.

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Detail nach Fig. 2. Fig. 3 is a plan view of the detail of FIG. 2.

In Fig. 1 ist ein Behälter 10 dargestellt, der eine Pfanne oder ein Schmelzofen sein kann und eine Schmelze 11 aus einer geeigneten Gußlegierung, beispielsweise einer Al-, Mg-, Cu- oder Zn-Legierung enthält. Ein Tisch 12, bestehend aus einer Stahlplatte, steht mit den Füßen 13 auf dem Behälter 10. Ein zur Schmelze 11 hin ausgerichteter Schirm 14 ist an der Un­ terseite des Tischs 12 angeschweißt und bildet einen Strah­ lungsschutz für die Umgebung. Ein offenes Einlaßrohr 15 aus Stahl ist mittig im Tisch 12 befestigt und erstreckt sich nach unten in die Schmelze 11 hinein. Das Rohr 15 hat oben einen Flansch mit Gewinde 16, der sich über eine keramische Faserstoffisolierung 17 auf einem das Rohr 15 umgebenen Boden 18 einer mittigen Aussparung 19 im Tisch 12 abstützt. Die Aussparung 19 und die Isolierung 17 werden von einer am Tisch festgeschraubten Platte 20 abgedeckt, in welcher sich ein mittleres Loch 21 koaxial zum Rohr 15 befindet.In Fig. 1, a container 10 is shown, which may be a ladle or a melting furnace, and a melt 11 containing from a suitable cast alloy, for example an Al, Mg, Cu or Zn alloy. A table 12 , consisting of a steel plate, stands with its feet 13 on the container 10 . An aligned towards the melt 11 screen 14 is welded to the underside of the table 12 and forms a radiation protection for the environment. An open inlet pipe 15 made of steel is fixed centrally in the table 12 and extends down into the melt 11 . The tube 15 has at the top a flange with a thread 16 , which is supported by a ceramic fiber insulation 17 on a floor 18 surrounding the tube 15 and a central recess 19 in the table 12 . The recess 19 and the insulation 17 are covered by a plate 20 screwed to the table, in which there is a central hole 21 coaxial with the pipe 15 .

Auf dem Tisch 12 steht eine Gußform 26, die aus Metall, Sand, Gips oder keramischem Material bestehen kann. Vorzugsweise verwendet man eine in Gießsand geformte Einwegform. Der Form­ hohlraum 27 hat oben einen oder mehrere Steiger 28. In Flucht mit dem mittleren Loch 21 des Tisches 12 hat die Gußform 26 einen Anschlußkanal 29, der zu einem oder mehreren der Form des Gußkörpers angepaßten Gießkanälen 30 führt. Von diesen führen in Fig. 2 und 3 in größerem Maßstab gezeigte Einlässe 31 in den Formhohlraum 27.On the table 12 is a mold 26 , which can consist of metal, sand, plaster or ceramic material. A disposable mold molded in casting sand is preferably used. The mold cavity 27 has one or more risers 28 at the top. In alignment with the central hole 21 of the table 12 , the mold 26 has a connecting channel 29 which leads to one or more casting channels 30 which are adapted to the shape of the casting. Of these, inlets 31 shown on a larger scale in FIGS. 2 and 3 lead into the mold cavity 27 .

Gemäß Fig. 2 und 3 hat der Einlaß 31 am Gießkanal 30 einen runden Querschnitt 32 und erstreckt sich von diesem konisch abgeplattet zu einer Engstelle 33 in Form eines Spalts, durch welchen er in den Formhohlraum 27 mündet. Die Querschnitts­ fläche des Einlasses 31 ist vorzugsweise von dem runden Quer­ schnitt 32 bis zum Spalt 33 im wesentlichen konstant. Dies bringt es mit sich, daß die in Fig. 1 gezeigten Seiten des Einlasses 31 kurvenförmig zum Spalt 33 hin divergieren (in Parabelform). Die Breite des Drosselspalts 33 wird normaler­ weise kleiner gewählt als die geringste Materialdicke des Gußwerkstücks, z.B. 0,4 mm bei einer Materialdicke von 1 mm. According to FIGS. 2 and 3, the inlet 31 on the pouring channel 30 has a round cross section 32 and extends from it flattened conically to a constriction 33 in the form of a gap through which it opens into the mold cavity 27 . The cross-sectional area of the inlet 31 is preferably from the round cross section 32 to the gap 33 substantially constant. This entails that the sides of the inlet 31 shown in FIG. 1 diverge in a curve towards the gap 33 (in parabolic form). The width of the throttle gap 33 is normally chosen to be smaller than the smallest material thickness of the cast workpiece, for example 0.4 mm with a material thickness of 1 mm.

Die Gußform 25 ist von einer Glocke 37 überdeckt, die mittels einer Dichtung 38 gasdicht an dem Tisch 12 anliegt. Die Glocke 37 hat ein Anschlußrohr 39, das über Zweigleitungen 40 bzw. 41 mit Ventilen V 0 bzw. V 1 alternativ an das Vakuum P 0 in einem geeigneten Druckbehälter oder an Überdruck P 1 eines aus einer geeigneten Druckquelle gespeisten anderen Druckbe­ hälters angeschlossen werden kann. Ein Druckmesser 43 ist an der Glocke 37 befestigt zum Messen des Druckes im Innern der Glocke.The casting mold 25 is covered by a bell 37 which bears against the table 12 in a gas-tight manner by means of a seal 38 . The bell 37 has a connecting pipe 39 which can be connected via branch lines 40 and 41 with valves V 0 and V 1 alternatively to the vacuum P 0 in a suitable pressure vessel or to overpressure P 1 of another pressure vessel fed from a suitable pressure source . A pressure gauge 43 is attached to the bell 37 for measuring the pressure inside the bell.

Die Glocke 37 kann manuell mittels Klammern 42 am Tisch 12 festgespannt werden. Alternativ kann, gemäß üblicher Technik, Hydraulik zu deren Betätigung angewendet werden, z. B. in Übereinstimmung mit der EP-A1-00 61 532.The bell 37 can be clamped manually on the table 12 by means of clips 42 . Alternatively, according to conventional technology, hydraulics can be used to actuate them, e.g. B. in accordance with EP-A1-00 61 532.

Beim Gießen in der in Fig. 1 dargestellten Lage wird das Ven­ til V 0 geöffnet, während V 1 geschlossen ist. Über das An­ schlußrohr 39 wird das Innere der Glocke 37 bis zu dem Unter­ druck evakuiert, der im Druckbehälter P 0 mittels einer Luft­ pumpe aufrechterhalten wird. Der Atmosphärendruck, der auf die Schmelze 11 einwirkt, bringt diese zum Ansteigen im Rohr 15, und drückt sie über den Anschlußkanal 29, die Gießkanäle 30 und den Einlaß 31 in den Formhohlraum 27. Der Grad des Va­ kuums in der Glocke 37 wird auf dem Druckmesser 43 abgelesen und so gewählt, daß mittels der auf die Schmelze 11 ein­ wirkenden Druckdifferenz die erforderliche Steighöhe des Me­ talls in der Gußform erreicht wird, wobei man am Ende die Fließgeschwindigkeit im Einlaß 31 bis auf Null bringt. Die Bedienungsperson kann durch ein nicht gezeigtes Quarzglasfen­ ster den Steiger 28 beobachten und, wenn die Schmelze diesen gefüllt hat, das Ventil V 0 absperren und dadurch kontrolliert die Geschwindigkeit Null im Einlaß erreichen. Danach wird das Ventil V 1 geöffnet, so daß die Glocke 37 mit Überdruck aus dem Druckbehälter P 1 beaufschlagt wird. When casting in the position shown in Fig. 1, the Ven til V 0 is opened while V 1 is closed. On the connecting tube 39 , the inside of the bell 37 is evacuated to the negative pressure, which is maintained in the pressure vessel P 0 by means of an air pump. The atmospheric pressure which acts on the melt 11 causes it to rise in the tube 15 and presses it via the connecting channel 29 , the pouring channels 30 and the inlet 31 into the mold cavity 27 . The degree of Va kuums in the bell 37 is read on the pressure meter 43 and selected so that the pressure difference acting on the melt 11, the required height of the metal in the casting mold is reached, at the end of the flow rate in the inlet 31st brings to zero. The operator can observe the riser 28 through a quartz glass window (not shown) and, when the melt has filled it, shut off the valve V 0 and thereby achieve a controlled speed of zero in the inlet. Thereafter, the valve V 1 is opened so that the bell 37 is pressurized from the pressure vessel P 1 .

Wenn die erforderliche Steighöhe des Metalls in der Gußform erreicht ist, d. h. der Steiger 28 oder die Steiger, wenn mehrere angebracht sind, mit Schmelze gefüllt sind, sinkt, wie erwähnt, die Fließgeschwindigkeit im Einlaß 31 auf Null. Da die Einlaßspalte 33 die kleinste Spaltbreite der Gußform darstellen, wird die Kühlwirkung in diesen eine örtliche Er­ starrung des Metalls auslösen, ehe die Erstarrung in den üb­ rigen Bereichen des Formhohlraumes 27 begonnen hat. Die Schmelze wird also in dem gesamten Formhohlraum 27 dem Über­ druck ausgesetzt (zweckmäßigerweise 2-3 bar), so daß die feinsten Teile des Gußkörpers auch bei schwierigen Werk­ stücken effektiv ausgefüllt werden.As mentioned, when the required height of rise of the metal in the mold is reached, ie the riser 28 or the risers, if several are installed, are filled with melt, the flow rate in the inlet 31 drops to zero. Since the inlet gaps 33 represent the smallest gap width of the mold, the cooling effect in this will trigger a local rigidification of the metal before the solidification in the usual areas of the mold cavity 27 has begun. The melt is thus exposed to excess pressure in the entire mold cavity 27 (expediently 2-3 bar), so that the finest parts of the cast body are filled effectively even with difficult work pieces.

Die kühlenden Einlaßbereiche der Gußform 26 sind vorstehend als direkt im Formsand oder Formmaterial ausgeformt darge­ stellt worden (manuell oder über ein Gießmodell). Alternativ können die Einlässe aus vorgefertigten Einsätzen, z.B. aus keramischem Material, geformt werden, die bei der Formher­ stellung in die Form eingesetzt werden.The cooling inlet areas of the mold 26 have been shown as being formed directly in the molding sand or molding material (manually or via a casting model). Alternatively, the inlets can be formed from prefabricated inserts, for example from ceramic material, which are used in the mold production in the mold.

Die vorab eingestellte oder manuelle Steuerung des Gießver­ laufs durch die Bedienungsperson kann automatisiert werden, indem ein Steuer- und Bedienungskreis 45 dem Druckmesser 43 und den Ventilen V 0 und V 1 zugeordnet und die Geschwindigkeit im Einlaß 31 geregelt wird, um dann den Überdruck herzustel­ len.The pre-set or manual control of the Gießver run by the operator can be automated by a control and operating circuit 45 associated with the pressure gauge 43 and the valves V 0 and V 1 and the speed in the inlet 31 is regulated in order to then produce the excess pressure .

Claims (7)

1. Verfahren zum Gießen von Metall, bei welchem die Schmelze von unten her über einen oder mehrere Einlässe (31) in eine Gußform (26) eingeführt wird, indem der Formhohlraum (27) derart unter Vakuum gesetzt wird, daß ihn die Schmelze unter Bildung eines Gußkörpers mit wenigstens ei­ nem darüberliegenden Steiger (28) ausfüllt, das Metall im Einlaß (31) zum Formhohlraum (27) zum Erstarren gebracht wird, wenn eine vorbestimmt Gießhöhe im Steiger (28) er­ reicht ist, so daß das Metall in flüssigem Zustand im Formhohlraum (27) eingeschlossen wird, und es danach im Steiger (28) und dem damit verbundenen Formhohlraum (27) unter Überdruck zum Erstarren gebracht wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Erstarren im Einlaß (31) durch eine Verringerung der Fließgeschwindigkeit der Schmelze in ei­ ner Engstelle (33) des Einlasses (31) herbeigeführt wird.1. A method for casting metal, in which the melt is introduced from below through one or more inlets ( 31 ) into a casting mold ( 26 ) by placing the mold cavity ( 27 ) under vacuum in such a way that the melt forms it fills a cast body with at least one overlying riser ( 28 ), the metal in the inlet ( 31 ) to the mold cavity ( 27 ) is solidified when a predetermined casting height in the riser ( 28 ) is sufficient so that the metal is in a liquid state is enclosed in the mold cavity ( 27 ), and it is then solidified in the riser ( 28 ) and the associated mold cavity ( 27 ) under excess pressure, characterized in that the solidification in the inlet ( 31 ) by reducing the flow rate of the melt in a constriction ( 33 ) of the inlet ( 31 ) is brought about. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad des Vakuums in der Gußform (26) so eingestellt wird, daß die Fließgeschwindigkeit der Schmelze auf Null sinkt, wenn die vorbestimmte Steighöhe des Metalls in der Gußform erreicht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the degree of vacuum in the mold ( 26 ) is set so that the flow rate of the melt drops to zero when the predetermined height of rise of the metal in the mold is reached. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Engstelle (33) am Eintritt des Einlasses (31) in den Formhohlraum (27) befindet und aus einem länglichen Spalt (33) mit einer Breite, die geringer ist als die dünnste Partie des Gußwerkstücks, besteht.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the constriction ( 33 ) at the entry of the inlet ( 31 ) in the mold cavity ( 27 ) and from an elongated gap ( 33 ) with a width which is less than that thinnest part of the cast workpiece. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3 zum Gießen von Metall, bei welcher eine Gußform (26), vorzugsweise vom Einwegtyp, unter einer gas­ dichten Glocke (37) angeordnet ist, deren Innenraum nach­ einander mit Vakuum und Überdruck beaufschlagbar ist, wo­ bei der Formhohlraum (27) der Gußform über wenigstens einen Einlaß (31) mit einem Einlaßrohr (15) in Verbindung steht, das sich in die Metallschmelze (11) in einem darun­ terliegenden Behälter (10) erstreckt, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einlaß (31) des Formhohlraums (27) mit einer so schmalen Engstelle (33) versehen ist, daß das Metall dort eher erstarrt als in der übrigen Gußform (26), wenn die Fließgeschwindigkeit auf Null absinkt.4. Device for performing the method according to one of claims 1-3 for casting metal, in which a mold ( 26 ), preferably of the disposable type, is arranged under a gas-tight bell ( 37 ), the interior of which is successively with vacuum and positive pressure can be acted upon, where in the mold cavity ( 27 ) of the casting mold is connected via at least one inlet ( 31 ) with an inlet tube ( 15 ) which extends into the molten metal ( 11 ) in a container ( 10 ) lying beneath it, characterized in that that the inlet ( 31 ) of the mold cavity ( 27 ) is provided with such a narrow constriction ( 33 ) that the metal solidifies there more than in the rest of the mold ( 26 ) when the flow rate drops to zero. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit der Schmelze im Einlaß (31) des Formhohlraums (27) durch vom Vakuum der Glocke (37) beein­ flußte Steuerorgane (43, 45, V 0) auf Null reduzierbar ist, sobald die Gußform (26) gefüllt ist.5. The device according to claim 4, characterized in that the flow rate of the melt in the inlet ( 31 ) of the mold cavity ( 27 ) by the vacuum of the bell ( 37 ) influenced control elements ( 43 , 45 , V 0 ) can be reduced to zero as soon as the mold ( 26 ) is filled. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (31) in Fließrichtung von einer runden Form (32), sich konisch verjüngend, übergeht in einen längli­ chen Spalt (33), wobei vorzugsweise die Querschnittsfläche in Strömungsrichtung durch den Einlaß (31) hindurch im we­ sentlichen konstant ist.6. The device according to claim 4, characterized in that the inlet ( 31 ) in the flow direction of a round shape ( 32 ), tapering conically, merges into an elongated gap ( 33 ), preferably the cross-sectional area in the flow direction through the inlet ( 31 ) is essentially constant throughout. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch 4 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einlaß (31) eine Eingstelle (33) hat, welche schmaler ist als die dünnste Wandpartie des Gußwerkstücks.7. The device according to claim 4 or 6, characterized in that the inlet ( 31 ) has an inlet ( 33 ) which is narrower than the thinnest part of the wall of the cast workpiece.
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