DE4238753A1 - Verfahren zum Gießen von dünnwandigen Teilen aus Eisenwerkstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gießverfahren zum Herstellen von dünnwandigen Teilen aus Eisenwerkstoffen.

Gießen ist ein wesentliches Verfahren zur Herstellung von Bauteilen. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallschmelze unter dem Zwang der Gießform in eine definierte Gestalt gebracht wird und durch Wärmeent­ zug in einen festen, gestaltsbehaltenden Körper überführt wird.

Im allgemeinen bestehen Gießformen für den einmaligen Gebrauch aus geeignetem Feuerfestmaterial (Quarzsand-Bin­ der-Mischung) oder für den mehrmaligen Gebrauch (Dauerfor­ men) aus Metall. Die Verwendung von Siliziumkarbid und Graphit als Werkstoff zur Herstellung von Dauerformen ist bekannt [1].

Das Gießen von Bauteilen mit dünnen Wänden bereitet im allgemeinen Schwierigkeiten und bedarf eines erhöhten Auf­ wandes. Für Bauteile aus Eisenwerkstoffen ist die minimale Wanddicke aufgrund der mit zunehmender Abkühlgeschwindig­ keit auftretenden Gefahr der Erstarrung des Werkstoffs während der Formfüllung und für Gußeisen wegen der karbi­ dischen Erstarrung des Werkstoffs begrenzt. Für den Werk­ stoff Gußeisen mit Lamellengraphit beträgt die minimale Wanddicke gem. DIN 1691 zwischen 2,5 und 10 mm, für Stahl­ guß 8 mm. Extreme Anforderungen an Genauigkeit und Dünn­ wandigkeit werden durch das Feingußverfahren erfüllt. Der Aufwand für die Herstellung von Bauteilen nach diesem Ver­ fahren beträgt etwa das Zehnfache im Vergleich zu konven­ tionellen Gießverfahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, extrem dünnwan­ dige gegossene Bauteile aus Eisenwerkstoffen zu fertigen, ohne den Aufwand für die Fertigung gegenüber konventionel­ len Gießverfahren wesentlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Aufheizen der Gießformen bis kurz unter die Erstarrungstemperatur des Gießmetalls gelöst. Dazu wird es erforderlich, für die Formherstellung einen Werkstoff zu verwenden, der die er­ forderliche mechanische und thermische Stabilität besitzt. Dafür haben sich hitzebeständiger Stahl, Elektrographit und für höchste mechanische Beanspruchung ein kohlenstof­ faserverstärkter Kohlenstoff als besonders geeignet erwie­ sen. Die Gefahr der Oxidation der Dauerform wird durch die Verwendung unter Schutzgas oder durch Aufbringen eines schützenden Überzuges begegnet.

Die hohe Wärmeleitfähigkeit des Formwerkstoffs, die ver­ minderte Temperaturwechselbelastung durch hohe Arbeitstem­ peratur und die Porosität verschiedener Formwerkstoffe sowie zusätzliche Maßnahmen zur gesteuerten Temperaturfüh­ rung (z. B. partielle oder vollständige Wärmeisolation oder Kühlung) der Dauerform gewährleisten einen minimalen ther­ mischen Verschleiß der Form bei kurzen Taktzeiten für die Gußteilfertigung.

Im kontinuierlichen Betrieb der Gußteilfertigung ist eine zusätzliche Beheizung der Dauerform nicht erforderlich, durch den Fertigungsrhythmus und die Maßnahmen zur Tempe­ raturführung wird die erforderliche Formtemperatur einge­ stellt.

Neben dem Vorteil der Dünnwandigkeit weisen die nach die­ sem Verfahren hergestellten Gußteile folgende Vorzüge auf:

• 1. Die Gußoberfläche ist entsprechend der Oberfläche der Dauerform vollkommen eben und glatt sowie sand- und oxid­ frei.
• 2. Durch die Wahl der Arbeitstemperatur der Dauerform bzw. einzelner Formenbereiche läßt sich das Erstarrungsgefüge im Gußteil bedarfsgerecht einstellen. Die Wanddickenabhän­ gigkeit der mechanischen Eigenschaften, insbesondere bei Gußeisen mit Lamellengraphit, wird vermindert. Das Ver­ fahren bietet günstige Voraussetzungen für die Herstel­ lung von Verbundteilen.
• 3. Die hohen Arbeitstemperaturen der Dauerform machen eine intensive Wärmeabführung und dadurch kurze Taktzeiten bei der Teilefertigung möglich. Es werden die Vorteile des Sandgusses (kurze Taktzeiten) mit den Vorteilen des Kokil­ lengusses (Verzicht auf Formstoffaufbereitung und aufwen­ dige Formherstellung, höhere Maßgenauigkeit, bessere Guß­ teiloberfläche) kombiniert.
• 4. Bei vergleichbarer Haltbarkeit sind die Kosten für die Anfertigung einer Graphitform aufgrund der besseren Bear­ beitbarkeit des Werkstoffs gegenüber Stahl wesentlich niedriger.

Die Anwendung des Verfahrens wird am Beispiel der Ferti­ gung eines Rohrstutzens gem. Bild 1 in einer Graphitko­ kille gem. Bild 2 erläutert. Die Temperatur der Gießform betrug während der Fertigung 900°C. Diese Temperatur wurde durch die abgegebene Wärme aus dem Gießmetall sowie durch geeignete Maßnahmen zur Wärmeisolation gewährlei­ stet.

Durch die Anwendung des Verfahrens konnte die Wanddicke von 5 mm auf 2 mm reduziert werden. Diese führte zu einer Massereduzierung auf 42% sowie zur besseren Gewährlei­ stung der Gebrauchseigenschaften des Teils. Gleichzeitig wurde eine wesentliche Verbesserung der Oberflächenqualität sowie der Maßgenauigkeit erreicht.

Literatur

[1] Handbuch der Gießerei-Technik/hrsg. von Franz Roll - Berlin/Göttingen/Heidelberg, Springer-Verlag 1963.

Claims (4)

1. Verfahren zum Gießen von Formgußteilen aus Eisenwerk­ stoffen in Dauerformen, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Gießform zwischen 600°C und der Erstarrungstemperatur der Schmelze liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauerform ganz oder teil­ weise aus kohlenstoffaserverstärktem Kohlenstoff besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauerform durch Schutzgas gegen Oxidation geschützt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauerform durch eine Be­ schichtung, vorzugsweise aus einem silikatischen Werk­ stoff, gegen Oxidation geschützt wird.