DE3941538A1

DE3941538A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE PRODUCTION OF CASTING PIECES HAVING CAVITIES

Info

Publication number: DE3941538A1
Application number: DE19893941538
Authority: DE
Inventors: Todor Iliev Dipl Ing Nikiforov; Tencho Koychev Dipl Ing Kostov
Original assignee: SO PERIFERNA TECHNIKA
Current assignee: SO PERIFERNA TECHNIKA
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1991-06-20
Also published as: GB2239201A; GB8928647D0; FR2656245A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Hohlräume aufweisenden Gußstücken nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2.The invention relates to a method and a device for the production of castings having cavities the preamble of claim 1 or 2.

Aus BG-A-17 065 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Hohlräume aufweisenden Gußstücken aus einer Silikat schmelze bekannt, bei welchem die Silikatschmelze in eine vorbereitete wiederverwendbare Gußform bzw. Kokille mit beweglichen Teilen gegossen wird. Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt wird die Kokille umgedreht, so daß sich die Ausgußöffnung unten befindet, und der Rest der Schmelze ausfließen kann. Dadurch erhält man ein Gußstück aus er starrtem Material mit einem Hohlraum, wobei die Form des Gußstücks durch die Innenfläche der Kokille vorgegeben wird. Die Wanddicke des hergestellten Gußstückes hängt von der Verweilzeit der Schmelze in der Kokille ab.BG-A-17 065 is already a manufacturing process of hollow castings made of a silicate known melt, in which the silicate melt into a prepared reusable mold or mold with moving parts is cast. At a given At this point the mold is turned over so that the Pouring spout located below, and the rest of the melt can flow out. This gives you a casting from it rigid material with a cavity, the shape of the Casting predetermined by the inner surface of the mold becomes. The wall thickness of the casting produced depends on the residence time of the melt in the mold.

Das Drehen der Kokille ist im Hinblick auf den erforderli chen Mechanismus aufwendig und verlängert den Fertigungs prozeß, da einerseits das Drehen im Hinblick auf die hohen Trägheitskräfte langsam und gleichmäßig durchgeführt werden muß, und andererseits der Ausfluß der Schmelze das Einströ men von Luft behindert.The turning of the mold is necessary with regard to the Chen mechanism complex and extends the manufacturing process, because on the one hand the turning with regard to the high Inertial forces are carried out slowly and evenly must, and on the other hand the outflow of the melt the inflow of air.

Zur Herstellung von dünnwandigen Gußteilen mit Hohlräumen ist aus der FR-A-2 14 827 eine Vorrichtung bekannt, in welcher mit Hilfe eines schwachen Überdrucks Schmelze aus einem Behälter, der sich in einer hermetisch abgedichteten Kammer befindet, durch ein Gießrohr in eine Druckkammer mit zwei kegelförmigen Hohlräumen transportiert wird, die miteinander und mit dem Gießrohr verbunden sind. Einer der kegelförmigen Hohlräume ist an seinem oberen Ende mit einer Gußform verbunden, während der andere über eine Rohrleitung mit einem Hahn für wenigstens vier Leitungsmöglichkeiten in Verbindung steht. In der ersten Stellung des Hahns ist die Leitung mit einer Druckluftquelle, in seiner zweiten Stel lung mit dem Innenraum der hermetisch abgeschlossenen Kammer, in seiner dritten Stellung mit der Rohrleitung des zweiten kegelförmigen Hohlraums der Druckkammer und in seiner vierten Stellung mit der Atmosphäre verbunden. Die beiden kegelförmigen Hohlräume der Druckkammer haben ein nahezu gleiches Volumen. Die sie verbindende Durchgangsöff nung hat einen Querschnitt, der dem der Speiseleitung für die Schmelze entspricht. Das Volumen des kegelförmigen Hohlraums, welcher mit dem Hahn in Verbindung steht, ist so bemessen, daß bei gefüllter Gußform der Pegel der Schmelze in diesem Hohlraum unter einem bestimmten Sollwert liegt. Die Druckkammer ist in ihrem oberen Teil am Anfang der Leitung, die einen der kegelförmigen Hohlräume mit dem Hahn verbindet, mit einer Einrichtung zum Absperren des Gaszu flusses in diesen Hohlraum versehen, wenn die Schmelze darin einen bestimmten Pegelstand erreicht hat.For the production of thin-walled castings with cavities a device is known from FR-A-2 14 827, in which melt out with the help of a weak overpressure a container that is in a hermetically sealed Chamber is located through a pouring tube into a pressure chamber two conical cavities that are transported are connected to each other and to the pouring tube. One of conical cavities is at its upper end with a Mold connected while the other via a pipe with a tap for at least four pipe options in Connection is established. In the first position of the tap is the Line with a compressed air source, in its second position with the interior of the hermetically sealed Chamber, in its third position with the pipeline of the second conical cavity of the pressure chamber and in its fourth position connected to the atmosphere. The both conical cavities of the pressure chamber have one almost the same volume. The passage opening connecting them has a cross-section that matches that of the feed line for the melt corresponds. The volume of the conical The cavity that is connected to the tap is like this dimension that the level of the melt when the mold is filled in this cavity is below a certain setpoint. The upper part of the pressure chamber is at the beginning of the Pipe one of the conical cavities with the tap connects, with a device for shutting off the gas supply flow into this cavity when the melt has reached a certain level.

Diese bekannte Vorrichtung ermöglicht nur das Gießen von Gußstücken unter schwachem Druck, also von dünnwandigen Hohlteilen. Die Vorrichtung ist relativ aufwendig, da eine zusätzliche Zwischendruckkammer mit einem die einzelnen Gußphasen steuernden Hahn erforderlich ist. Da dem Ausströ men der Schmelze aus der Hohlraumzone des Gußstücks unter dem Einfluß der Schwerkraft die in das freiwerdende Volumen einströmende Luft entgegenwirkt, dauert das Entfernen der Schmelze relativ lang, so daß der Gußzyklus insgesamt lange dauert, und die Abmessungstoleranzen des gebildeten Hohl raums bzw. der Wandstärken groß sind. Durch die durch die Schmelze hindurchgehende Luft setzt in der Schmelze zudem eine Oxydation und Gasbildung ein. Da das Entfernen der Gießform nach dem Erstarren der Schmelze außerdem langwie rig ist, ist der Wirkungsgrad der Gießmaschine unzurei chend.This known device only allows the casting of Castings under weak pressure, i.e. thin-walled Hollow parts. The device is relatively complex, because a additional intermediate pressure chamber with a the individual The casting phase-controlling tap is required. Because the outflow men of the melt from the cavity zone of the casting under the influence of gravity into the released volume counteracts incoming air, the removal of the Melt relatively long so that the casting cycle is long overall lasts, and the dimensional tolerances of the hollow formed room or wall thicknesses are large. Through the through the Air passing through the melt also sets in the melt oxidation and gas formation. Since removing the Casting mold after solidification of the melt also long as rig, the efficiency of the casting machine is inadequate chatting.

Aus der BG-A-48 717 sind ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Rohlingen aus Metallen und Metallegierungen durch Gießen mit Gegendruck bekannt. Mit diesem Verfahren lassen sich jedoch Gußstücke mit Hohlräu men komplizierter Form nicht herstellen, da an der Oberflä che des oberen Bereichs der Kokille ein Erstarren der Schmelze nicht vorgesehen ist. Zum Entfernen der Schmelze aus der Kokille muß der Druck in der Kammer, in der sich die Kokille befindet, gesteigert werden, wofür große Gas mengen unter hohem Druck erforderlich sind, was den Prozeß insgesamt sehr träge macht. Ferner ist es nicht möglich, den Pegelstand der unter dem hohen Gasdruck aus der Kokille abströmenden Schmelze zwischen dem Kokillenboden und dem unteren Ende des Ausgießrohres festzustellen, so daß die Gefahr besteht, daß das Druckgas durch die Schmelze hin durch austritt, und Schmelze gegen Teile der Vorrichtung spritzt, die damit nicht in Berührung kommen sollen. Ferner läßt sich mit der bekannten Vorrichtung der Erstarrungspro zeß für die Ausbildung des Rohlings in der Kokille nicht steuern.From BG-A-48 717 are also a method and Device for the production of blanks from metals and Metal alloys known by casting with back pressure. With However, this process can be used for casting castings with cavities complex shape because the surface surface of the upper mold chill Melt is not provided. To remove the melt The pressure in the chamber in which the the mold is located, which is great gas quantities under high pressure are required, which is the process overall very sluggish. Furthermore, it is not possible the water level under the high gas pressure from the mold outflowing melt between the mold bottom and the determine the lower end of the pouring tube, so that the There is a risk that the compressed gas through the melt through exits, and melt against parts of the device splashes that should not come into contact with it. Further can with the known device of the solidification pro not for the formation of the blank in the mold Taxes.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, das Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß nach einem anfänglichen vollständigen Füllen des Hohlraums in der Gießform mit Schmelze die Schmelze in einfacher Weise nur aus dem Bereich der Hohlräume abgeführt wird.The object underlying the invention now exists therein the method and apparatus for performing it of the method of the generic type so that after an initial complete filling of the cavity in the mold with melt the melt in simple Is only removed from the area of the cavities.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Maßnahmen und vorrichtungs mäßig mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 aufge führten Merkmalen gelöst.This task is procedurally with the in the indicator of claim 1 given measures and device moderately with the in the characterizing part of claim 2 characteristics solved.

Durch die erfindungsgemäß vorgenommene Kompensation des Volumendefizits der flüssigen Phase, also der Schmelze, die die Hohlräume des Gußstücks ausfüllt, ergibt sich eine gesteuerte orientierte Erstarrung der Schmelze, was zu Gußstücken mit verbesserter Struktur führt. Das Verfahren kann auch sehr einfach durchgeführt werden, da eine Verwen dung von Kernen nicht nötig ist. Die Bedienung der Vorrich tung ist relativ einfach, die Bildung von Ausschuß gering und ein Entweichen von Druckgasen nicht möglich. Vorteil haft ist die Koppelung mit den zum Stand der Technik gehö renden, mit Gegendruck arbeitenden Gießmaschinen. Die Temperaturbedingungen in der Form, mit welcher die Erstar rung des Gußstücks und die Bildung der Hohlräume darin gesteuert wird, erfolgt mit Hilfe einer Steuereinrichtung in Form eines Mikrocomputers, wodurch die Regulierung äußerst exakt ist.Due to the compensation of the invention Volume deficits of the liquid phase, i.e. the melt fills the voids of the casting, one results controlled oriented solidification of the melt leading to Castings with improved structure leads. The procedure can also be carried out very easily, as a use core is not necessary. The operation of the device tion is relatively simple, the formation of committees low and escape of compressed gases is not possible. Advantage coupling with those belonging to the state of the art casting machines working with counter pressure. The Temperature conditions in the form with which the starter casting and the formation of voids therein is controlled using a control device in the form of a microcomputer, making regulation is extremely accurate.

Anhand einer Zeichnung, in der schematisch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Gußstücken mit Hohlräumen dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert.Using a drawing in which a device is shown schematically shown for the production of castings with cavities the invention is explained in more detail.

An der in der Zeichnung gezeigten Gießform 1 sitzt ein Ansatz 2, dessen Länge so bemessen ist, daß sein eines Ende in einen Hohlraum 3 eines sich bildenden Gußstücks durch die erstarrende Schmelze hindurchragt. Der Ansatz 2 ist mit seinem anderen Ende einerseits über ein zweites steuerbares Ventil 4 mit einer dicht abschließbaren Kammer 5, in wel cher sich ein Behälter 6 für Schmelze befindet, und ande rerseits über eine Leitung mit einem ersten steuerbaren Ventil 7 und einem Reduzierventil 8 mit einem Druckgasbe hälter 9 verbindbar, dem ein Manometer 10 zugeordnet ist. Eine in den Behälter 6 für die Schmelze ragende, ein Gieß rohr bildende Speiseleitung 11 weist einen Sensor 12 zur Ermittlung des Pegels der Schmelze auf, der mit einer Steuereinrichtung 13 in Form eines Mikrocomputers verbunden ist. Mit der Steuereinrichtung 12 sind ferner Steuerventile 14 verbunden, die in Leitungen angeordnet sind, in denen eine Kühlflüssigkeit zu beweglichen Metallkernen 15 und Kühlern 16 transportiert wird. Die Steuereinrichtung 13 steht ferner über einen Schalter 17 mit elektrischen Heiz elementen 18 in der Gießform 1 und mit einem Thermoelement 19 im Behälter 6 für die Schmelze und mit wenigstens einem Thermoelement 20 in der Gießform 1 in Verbindung. Der Druckgasbehälter 9 ist ferner über Ventile 21, 22 und 23 mit der dicht abgeschlossenen Kammer 5, die den Behälter 6 für die Schmelze enthält, und mit einer dicht abgeschlosse nen Kammer 24 mit der Gießform 1 verbunden. Die Kammer 24 ist mit der Kammer 5 durch eine Leitung mit einem Ventil 25 verbunden. An die Kammer 24 ist ferner eine Leitung mit einem Auslaßventil 26 angeschlossen.On the casting mold 1 shown in the drawing, there is an extension 2 , the length of which is dimensioned such that one end of it protrudes into a cavity 3 of a casting which is formed through the solidifying melt. The approach 2 is with its other end on the one hand via a second controllable valve 4 with a tightly lockable chamber 5 , in which there is a container 6 for melt, and on the other hand via a line with a first controllable valve 7 and a reducing valve 8 with a Druckgasbe container 9 connectable to which a manometer 10 is assigned. A in the container 6 for the melt projecting, forming a pouring pipe feed line 11 has a sensor 12 for determining the level of the melt, which is connected to a control device 13 in the form of a microcomputer. Control valves 14 are also connected to the control device 12 and are arranged in lines in which a cooling liquid is transported to movable metal cores 15 and coolers 16 . The control device 13 is also via a switch 17 with electrical heating elements 18 in the mold 1 and with a thermocouple 19 in the container 6 for the melt and with at least one thermocouple 20 in the mold 1 in connection. The compressed gas container 9 is also connected via valves 21 , 22 and 23 to the tightly closed chamber 5 , which contains the container 6 for the melt, and to a tightly closed chamber 24 with the casting mold 1 . The chamber 24 is connected to the chamber 5 by a line with a valve 25 . A line with an outlet valve 26 is also connected to the chamber 24 .

Wenn die Ventile 21, 22, 23 und 25 offen und das Ventil 7 geschlossen sind, werden die dicht abgeschlossenen Kammern 5 und 24 der Gießmaschine mit dem Druckgas aus dem Druck gasbehälter 9 gefüllt. Wenn ein vorgegebener Arbeitsdruck in den beiden Kammern 5 und 24 erreicht ist, werden die Ventile 22, 23 und 25 geschlossen, während das Ventil 26 geöffnet wird, wodurch Gas aus der Kammer 24 in die Atmo sphäre entweicht und der Druck in der Kammer 24 absinkt, bis ein vorgegebener Wert erreicht ist, wonach das Ventil 26 geschlossen wird. Dadurch, daß in der Kammer 5 nun ein höherer Druck als in der Kammer 24 herrscht, wird Schmelze aus dem Behälter 6 in der Kammer 5 durch die Speiseleitung 11 in die Gießform 1 gedrückt, bis diese vollständig ge füllt ist. Dabei mißt das Thermoelement 19 die Temperatur der Schmelze im Behälter 6. Thermoelemente 20, von denen nur eines gezeigt ist, messen die Temperatur in einzelnen Zonen der Gießform 1. Die Messungen werden der Steuerein richtung 13 zugeführt, ausgewertet und mit Hilfe eines vorgegebenen Programms zur Steuerung des Kühlflüssigkeits stroms durch die Kühler 16 in den beweglichen Metallkernen 15 und des Schalters 17 für die elektrischen Heizelemente 18 verwendet. Durch diese Art der Temperatursteuerung in der Gießform 1 wird das Erstarren der Schmelze reguliert, so daß während einer programmgesteuert ermittelten Zeitdau er Schmelze in der Gießform 1 zur Bildung des Gußstücks mit den gewünschten Abmessungen bei geringen Meßtoleranzen in der Wandstärke erstarrt. Die Steuereinrichtung 13 gibt dann ein Signal zum Öffnen des Ventils 7. Über das Ventil 7 gelangt dann Druckgas aus dem Druckgasbehälter 9 über den Ansatz 2 durch die erstarrte Wand des Gußstückes hindurch in den Hohlraum 3 des Gußstücks in der Gießform 1, wobei das Druckgas einen Druck hat, der höher ist als der in der Kammer 5 mit dem Behälter 6 für die Schmelze, wobei die Druckdifferenz über das Reduzierventil 8 einstellbar ist. Aufgrund des höheren Drucks des Druckgases in dem Hohlraum 3 wird nun die Schmelze aus dem Hohlraum 3 herausgedrückt. Wenn der Schmelzenpegel den Sensor 12 zur Ermittlung des Pegelstandes an der Speiseleitung 11 erreicht, übermittelt dieser ein Signal an die Steuereinrichtung 13, die nach dessen Verarbeitung einen Befehl zum Schließen des Ventils 7 gibt, wodurch der Zustrom von Druckgas aufhört. Gleich zeitig gibt die Steuereinheit einen Befehl zum Öffnen des zweiten steuerbaren Ventils 4, wodurch sich der Druck über dem freien Pegel der Schmelze in der Speiseleitung an den Druck in der Kammer 5 mit dem Schmelzebehälter 6 angleicht, wodurch die Schmelze unter dem Einfluß der Schwerkraft aus der Speiseleitung 11 in den Behälter 6 zurückfließt, ohne daß ein Verspritzen von Schmelze stattfindet.When the valves 21 , 22 , 23 and 25 are open and the valve 7 are closed, the tightly closed chambers 5 and 24 of the casting machine are filled with the compressed gas from the compressed gas container 9 . When a predetermined working pressure in the two chambers 5 and 24 is reached, the valves 22 , 23 and 25 are closed while the valve 26 is opened, whereby gas escapes from the chamber 24 into the atmosphere and the pressure in the chamber 24 drops until a predetermined value is reached, after which the valve 26 is closed. Characterized in that there is now a higher pressure in the chamber 5 than in the chamber 24 , melt is pressed from the container 6 in the chamber 5 through the feed line 11 into the mold 1 until it is completely filled GE. The thermocouple 19 measures the temperature of the melt in the container 6 . Thermocouples 20 , only one of which is shown, measure the temperature in individual zones of the mold 1 . The measurements are supplied to the control device 13 , evaluated and used with the aid of a predetermined program for controlling the coolant flow through the cooler 16 in the movable metal cores 15 and the switch 17 for the electrical heating elements 18 . This type of temperature control in the mold 1 regulates the solidification of the melt, so that during a program-controlled period of time he melts in the mold 1 to form the casting with the desired dimensions with small measurement tolerances in the wall thickness. The control device 13 then gives a signal to open the valve 7 . Via the valve 7 , pressurized gas then passes from the pressurized gas container 9 via the attachment 2 through the solidified wall of the casting into the cavity 3 of the casting in the casting mold 1 , the pressurized gas having a pressure which is higher than that in the chamber 5 the container 6 for the melt, the pressure difference being adjustable via the reducing valve 8 . Due to the higher pressure of the compressed gas in the cavity 3 , the melt is now pressed out of the cavity 3 . When the melt level reaches the sensor 12 for determining the level on the feed line 11 , the latter transmits a signal to the control device 13 which, after its processing, issues a command to close the valve 7 , as a result of which the inflow of compressed gas stops. At the same time, the control unit gives a command to open the second controllable valve 4 , whereby the pressure above the free level of the melt in the feed line adjusts to the pressure in the chamber 5 with the melt container 6 , whereby the melt under the influence of gravity the feed line 11 flows back into the container 6 without splashing of the melt.

Claims

1. A method for producing cavities ( 3 ) having castings, in which in a container ( 6 ) located melt under the effect of a pressure or a Druckun difference between a hermetically sealed chamber ( 5 ) with the container ( 6 ) for the melt and a chamber ( 24 ) with a casting mold ( 1 ) is fed via a feed line ( 11 ), fills the cavity of the casting mold ( 1 ) and begins to solidify, characterized in that after the shape of the casting has been formed into the areas of the cavities ( 3 ) a compressed gas is directly introduced at a pressure which is greater than the pressure above the melt in the container ( 6 ) or as high as this pressure, as a result of which the melt from the cavities ( 3 ) via the feed line ( 11 ) into the container ( 6 ) is returned.

2. Device for performing the method according to claim 1 in conjunction with a casting machine working with back pressure, characterized by an approach ( 2 ) in the casting mold ( 1 ), which has a first controllable valve ( 7 ) and a reducing valve ( 8 ) is connected to a pressurized gas container ( 9 ) and is connected via a second controllable valve ( 4 ) to the tightly closed chamber ( 5 ), which contains the container ( 6 ) for the melt, and by one to the feed line ( 11 ) Casting machine arranged sensor ( 12 ) for determining the passage of the free melt level.