DE4313836A1

DE4313836A1 - Casting process and casting mould

Info

Publication number: DE4313836A1
Application number: DE19934313836
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl Ing Kaeckenhoff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-04-29
Filing date: 1993-04-29
Publication date: 1994-11-03

Abstract

The invention relates to a process for the casting of metals or metal alloys into a casting mould, if appropriate under pressure, in the mould cavity of which the liquid casting material is filled and subsequently solidifies during cooling. So that the cooling rate can be varied more effectively, the casting mould and/or the outer already solidified jacket layer of the casting material is provided with a wall thickness which, under the selected process parameters, including the internal pressure in the casting mould and/or on the already solidified jacket layer, at the start of the solidifying operation is as thin as possible, but is still just fracture-resistant, the casting mould and/or the already solidified jacket layer being surrounded by a substance for a change in temperature of the liquid casting material. This substance preferably consists of a water bath or oil bath or of adjacent metal parts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Me tallen oder Metallegierungen in eine Gießform, in deren Formhohlraum der flüssige Gießwerkstoff gefüllt wird und anschließend bei Abkühlung erstarrt. Die Erfindung betrifft ferner eine Gießform zur Durchführung dieses Verfahrens. Mittels Gießen lassen sich flüssige Werkstoffe in geome trisch bestimmte Teile mit bestimmten Eigenschaften über führen. Die Gießform besitzt bis auf den zu berücksich tigenden Schwindungsgrad und häufig auch der Gießformwand bewegung entsprechende Konturen, wie das herzustellende Werkstück nach dessen Erstarren. Der Vorteil der Formgebung durch Gießen gegenüber anderen Formgebungsverfahren besteht darin, daß das Werkstück unmittelbar aus dem schmelzflüs sigen Zustand nahezu in seine endgültige feste Gestalt überführt werden kann. Ist die Gießform entsprechend dem Modell maßgenau ausgebildet, ist häufig nicht einmal mehr eine Nachbehandlung erforderlich. Aus den Unterlagen der DE 28 46 512 ist ein Gießverfahren bekannt, bei dem zur Ver schleißminderung der Gießformen und zur Verbesserung von deren Temperaturbeständigkeit wenigstens die Bereiche der Gießform, die in Kontakt mit der Metallschmelze stehen, aus einem hochhitzebeständigen nichtmetallischen Werkstoff, ins besondere Keramik- oder Kohlenstoffmaterial bestehen sollen. Der Vorteil der erwähnten Gießformwerkstoffe besteht darin, daß sie eine gute Oberflächenbeschaffenheit besitzen und praktisch von der Metallschmelze nicht angegriffen werden können. Die Gießform besteht nicht vollständig aus hoch hitzebeständigem nichtmetallischen Werkstoffe, sondern nur der dem flüssigen Gießmetall zugewandte Teil.The invention relates to a method for casting Me tallen or metal alloys in a mold, in the Mold cavity of the liquid casting material is filled and then solidified on cooling. The invention relates also a mold for performing this method. Pouring liquid materials into geome certain parts with certain properties to lead. The casting mold has to be taken into account current shrinkage level and often also the mold wall corresponding contours, such as the one to be produced Workpiece after it solidifies. The advantage of design by casting compared to other molding processes in that the workpiece is immediately out of the melt almost in its final solid form can be transferred. Is the mold according to that Model made to size is often not even more aftercare required. From the documents of the DE 28 46 512 a casting method is known in which for ver wear reduction of the molds and to improve whose temperature resistance at least the areas of Casting mold that are in contact with the molten metal a highly heat-resistant non-metallic material, ins special ceramic or carbon material should exist. The advantage of the mold materials mentioned is that that they have a good surface finish and practically not attacked by the molten metal can. The mold is not entirely high heat-resistant non-metallic materials, but only the part facing the liquid casting metal.

Ähnlich wie bei den übrigen, in Gießereien bisher bekannten Formverfahren besitzt die Gießform noch eine derartige Ge staltung, bei der die Abkühlbedingungen der Schmelze nicht sprunghaft veränderbar sind. Hieraus ergeben sich im Hin blick auf die Erzielung verbesserter mechanischer Eigen schaften der Gußwerkstücke aus hochschmelzenden Metallen und Legierungen ungünstige Voraussetzungen.Similar to the other foundries known to date in foundries Molding process, the mold still has such a Ge design in which the cooling conditions of the melt are not can be changed by leaps and bounds. This leads to the following look at the achievement of improved mechanical properties Casting workpieces made of high-melting metals and alloys unfavorable conditions.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Verfahren und die Gießform dahingehend zu ver bessern, daß in erheblich größerem Maße auf die Abkühl geschwindigkeit und Temperatureinstellung des Gieswerk stoffes während des Erstarrens Einfluß genommen werden kann.It is an object of the present invention to begin with Ver mentioned methods and the mold to ver improve that to a much greater extent on the cooling speed and temperature setting of the foundry be influenced during solidification can.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Gießform und/oder die äußere, bereits erstarr te Mantelschicht des Gießwerkstoffes eine Wandstärke besitzt, die unter den gewählten Verfahrensparametern einschließlich des Innendruckes in der Gießform und/oder auf die bereits erstarrte Mantelschicht, zu Beginn des Erstarrungsvorganges möglichst dünnwandig, aber gerade noch bruchbeständig ist und daß die Gießform und/oder die bereits erstarrte Mantel schicht von einem Stoff zur Temperaturänderung des flüssigen Gießwerkstoffes umgeben wird. Anstelle einer relativ dick wandigen Form werden somit eine dünnwandige Keramik und ein weiterer Stoff verwendet, der eine gezielte Temperatur änderung durch gerichtete Wärmeabfuhr ermöglicht. Die form haltende Keramik kann in den Fällen entfallen, in denen sich bereits eine entsprechend dünnwandige äußere Mantelschicht des Gießwerkstoffes gebildet hat. Die Wandung der Gießform oder des Werkstoffmantels ist dünnwandig und so auszuwählen, daß sie weder im Füllzustand (mit Flüssigmaterial) unter Schwerkrafteinwirkung, noch während des Gießvorganges - des Einfüllens - zerbricht. Die Dünnwandigkeit gewährleistet, daß die einfließende Schmelze nicht sogleich vollständig erstarrt, wodurch Gießfehler, wie Lunker, Gashohlräume und Schülpen weitgehend vermieden werden können. Die Gieß form kann teilweise oder ganz vorgewärmt oder während des Füllens (Gießens) beheizt sein.This object is achieved by the one described in claim 1 Process solved, characterized according to the invention is that the mold and / or the outer, already solidify th cladding layer of the casting material has a wall thickness, including those under the selected process parameters the internal pressure in the mold and / or on the already solidified cladding layer, at the beginning of the solidification process as thin-walled as possible, but just barely break-resistant and that the mold and / or the already solidified shell layer of a substance to change the temperature of the liquid Casting material is surrounded. Instead of a relatively thick one thus become a thin-walled ceramic and wall-like shape another substance used that has a targeted temperature Change made possible by directional heat dissipation. The form holding ceramics can be omitted in cases where already a correspondingly thin-walled outer cladding layer of the casting material. The wall of the mold or the material jacket is thin-walled and should be selected that they are neither under filled (with liquid material) Gravity, still during the casting process - the Filling - breaks. The thin walls ensure that the inflowing melt is not immediately complete solidifies, causing casting defects, such as blowholes, gas cavities and Schülpen can be largely avoided. The pour shape can be partially or fully preheated or during the Filling (pouring) to be heated.

Vorzugsweise wird als Stoff zur Temperaturänderung, der die Gießform oder die bereits erstarrte Gießwerkstoff mantelschicht umgibt, ein Wasser- oder Ölbad gewählt. Hier durch läßt sich eine sprunghafte Veränderung der Abkühl geschwindigkeit gut dosieren. Entsprechendes kann erreicht werden, wenn die dünnwandige Gießform von dort anliegenden Metallteilen ganz oder teilweise umgeben ist, die die Wärme abfuhr verändern. The preferred material for temperature change is the casting mold or the already solidified casting material jacket layer, a water or oil bath is selected. Here can be a sudden change in cooling meter the speed well. The same can be achieved when the thin-walled mold is in contact from there Metal parts are wholly or partly surrounded by the heat change removal.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch als Druckgießver fahren durchgeführt werden. Hierzu muß jedoch gegenüber dem ohne zusätzliche Druckaufbringung auf die Schmelze durchgeführten Verfahren eine zusätzliche Gießform oder Mantelschichtstabilisierung erfolgen, insbesondere durch äußeres Anlegen weiterer Teile, die die eigentliche Form oder die erstarrte Mantelschicht gegen Formänderung sichert. Die weiteren Teile können Metallteile sein, die nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ganz oder teilweise vorgewärmt oder vorgekühlt sind. Diese Teile verhindern ein Zerbrechen der Form bzw. das Entstehen eines fehlerhaften Gußkörpers. Darüber hinaus können die genannten Teile die Wärmeabfuhrbedingungen aus der Form heraus positiv verändern. Wie bereits oben angesprochen, wird die Gießform bevorzugt aus Keramik bestehen.The method according to the invention can also be used as a die casting driving. To do this, however, must without additional pressure being applied to the melt performed an additional mold or Coat layer stabilization take place, in particular by external application of other parts, which is the actual shape or secure the solidified cladding layer against change in shape. The other parts can be metal parts, according to a further embodiment of the invention in whole or in part are preheated or pre-cooled. These parts prevent one Breaking the shape or creating a faulty one Cast body. In addition, the parts mentioned can Change heat dissipation conditions positively from the mold. As mentioned above, the mold is preferred are made of ceramic.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Gies sen in mehreren Etappen, wobei ein Gußteil mit einer Kera mik ummantelt wird, anschließend das Gußteil wieder er schmolzen und wieder erstarrt wird. Dabei können in jeder Etappe die chemischen Zusammensetzungen der Schmelze, der Druck der Schmelze in der Form, die Hauptrichtung oder Hauptrichtungen der Wärmeabfuhr, die Form der umgebenden Medien und die Temperatur des die Form umgebenden Mediums variiert werden. Es wird somit in eine Keramik etappenweise eingefüllt.Another embodiment of the invention includes casting sen in several stages, one casting with a Kera mik is encased, then he the casting again melted and solidified again. It can be done in any Stage the chemical compositions of the melt, the Pressure of the melt in the mold, the main direction or Main directions of heat dissipation, the shape of the surrounding Media and the temperature of the medium surrounding the mold can be varied. It is thus being converted into a ceramic in stages filled.

Insbesondere bei komplizierten Gußteilgeometrien wird fol gendermaßen vorgegangen. Nach dem Gießen des Gußteils, z. B. mit einem herkömmlichen Gießverfahren, wird dieses Gußteil mit Keramik oder einem anderen geeigneten Stoff, vorzugs weise durch Eintauchen des Gußteils in eine entsprechende Suspension, Lösung oder Schmelze ummantelt. Der Mantelauf trag soll lediglich sicherstellen, daß das Gußstück bei erneutem Einschmelzen seine Geometrie nicht verliert. Die Ummantelung kann gegebenenfalls durch weitere Mantelstücke umhüllt oder stabilisiert werden, wobei die Mantelstücke gegebenenfalls mit Heiz- oder Kühlelementen ausgestattet sind, die hierin eingebettet sind. Hierdurch läßt sich eine vereinfachte äußere Geometrie erzeugen. Nach dem Trocknen, Verfestigen oder Erstarren der das Gußteil umgebenden Form oder des Mantels kann das eigentliche Gußteil in der Form abermals eingeschmolzen werden, bevor es, wie geschildert, wieder erstarrt wird.Especially with complicated casting geometries, fol proceeded accordingly. After casting the casting, e.g. B. with a conventional casting process, this casting with ceramics or another suitable material, preferably by immersing the casting in a corresponding one Coated suspension, solution or melt. The coat on is only intended to ensure that the casting at melting again does not lose its geometry. The Sheathing can, if necessary, by additional pieces of sheath are encased or stabilized, with the jacket pieces possibly equipped with heating or cooling elements are embedded therein. This allows one Create simplified outer geometry. After drying, Solidify or solidify the mold surrounding the casting or the jacket can be the actual casting in the form be melted down again before, as described, is frozen again.

Nach der einen Verfahrensweise erstarrt die Schmelze in der gefüllten Form ohne Erhöhung des Druckes der Schmelze in der Form. Dabei wird die Abkühlgeschwindigkeit durch Veränderung des die Form umgebenden Mediums verändert, d. h. die Temperatur des umgebenden Mediums ändert sich bzw. die Wärmeabfuhrbedingungen aus der Form heraus werden verändert. Die Form wird beispielsweise ganz oder teilweise in ein Öl- oder Wasserbad oder eine Salzschmelze eingetaucht oder von geeignet geformten Metallteilen ganz oder teilweise umgeben. Die andere Verfahrensweise dagegen sieht vor, daß die Schmelze in der gefüllten Form unter Erhöhung des Druckes der Schmelze in der Form erstarrt. Dazu muß die Form zusätzlich stabilisiert werden. Dies kann zweckmäßigerweise durch Umschließen der Form mit geeignet geformten Metall teilen erfolgen. Diese können ganz oder teilweise vorgewärmt oder vorgekühlt sein. Insgesamt stabilisieren sie jedoch die eigentliche Form soweit, daß diese unter dem erhöhten Druck nicht zerbricht bzw. nicht soweit zerbricht, daß ein fehler hafter Gußkörper entsteht. Zusätzlich können diese Teile die Wärmeabfuhrbedingungen aus der Form heraus verändern. Diesen beiden Verfahrensweisen ist gemein eine sprunghafte Verän derung der Abkühlgeschwindigkeit.According to one procedure, the melt solidifies the filled form without increasing the pressure of the melt in the shape. The cooling rate is determined by Change in the medium surrounding the shape, d. H. the temperature of the surrounding medium changes or Heat dissipation conditions from the mold are changed. For example, the shape is wholly or partly in an oil or water bath or a molten salt bath or all or part of suitably shaped metal parts surround. The other procedure, however, provides that the melt in the filled form while increasing the Pressure of the melt solidifies in the mold. To do this, the form can also be stabilized. This can be convenient by enclosing the mold with suitably shaped metal share. These can be preheated in whole or in part or be pre-chilled. Overall, however, they stabilize the actual shape so far that this under the increased pressure does not break or does not break so far that an error heavy cast body is created. In addition, these parts can Change heat dissipation conditions from the mold. This one Both procedures have in common an abrupt change change in cooling rate.

Die auf die Vorrichtung bezogene Aufgabe wird durch die Gießform nach Anspruch 13 gelöst, die in entsprechender Wei se, wie oben geschildert, dünnwandig ist und vorzugsweise aus einer Keramik besteht.The task related to the device is achieved by the Casting mold solved according to claim 13, the corresponding Wei se, as described above, is thin-walled and preferably consists of a ceramic.

Ausführungsformen der Gießform sind aus den beiliegenden Prinzipzeichnungen ersichtlich. Es zeigenEmbodiments of the mold are from the accompanying Principle drawings can be seen. Show it

Fig. 1 eine Gießform vor dem Einfüllen des Gießwerkstoffes, Fig. 1 is a casting mold before the filling of the casting material,

Fig. 2 dieselbe Gießform mit eingefülltem Flüssigmetall, eingetaucht in ein Öl- oder Wasserband, und Fig. 2 shows the same mold with filled liquid metal, immersed in an oil or water band, and

Fig. 3 eine Druckgießvorrichtung. Fig. 3 shows a die casting device.

Die in Fig. 1 dargestellte Gießform entspricht hinsichtlich der Innenmantelkontur mit Ausnahme des Schwindens bei Ab kühlung geometrisch dem herzustellenden Gußwerkstück. Die Dicke des Gießformmantels ist extrem dünn und soweit bruch beständig, daß das unter Schwerkraft eingefüllte Flüssigme tall keine Beschädigung der Gießform auslöst. Da die Gieß form aus Keramik besteht, einem auch bei extremen Tempe raturschwankungen bruch- und griffunempfindlichen Werkstoff, kann die Gießform 10 in ein Öl- oder Wasserbad 11 einge taucht werden. Die Temperatur dieses Bades ist entsprechend der gewünschten schnellen Abkühlung des Gießwerkstoffes gewählt. Das eingefüllte Metall ist mit 12 bezeichnet.The mold shown in Fig. 1 corresponds with respect to the inner jacket contour with the exception of the shrinkage from cooling geometrically from the cast workpiece to be produced. The thickness of the mold shell is extremely thin and resistant to breakage to the extent that the liquid filled with gravity does not cause any damage to the mold. Since the casting mold is made of ceramics, a material that is resistant to breakage and grip even with extreme temperature fluctuations, the casting mold 10 can be immersed in an oil or water bath 11 . The temperature of this bath is selected in accordance with the desired rapid cooling of the casting material. The filled metal is designated 12 .

Die Druckgießvorrichtung nach Fig. 3 besitzt eine entsprechen de Gießform 13 mit einer oberen Öffnung, auf die eine Kolben zylinderanordnung 14/15 gesetzt ist. Durch Herabsenken des Stempels 15 im Zylinder 14 kann das Metall 12 unter Druck gesetzt werden. Die gefüllte Gießform 13 ist weiterhin von einem Metallblock 16 umgeben, der eine gute Wärmeleitung gewährleistet. Dieser Metallblock 16 kann ebenso wie die Gießform 10 vorgeheizt oder zusätzlichen Heiz- oder Kühl elementen (nicht dargestellt) versehen sein.The die casting apparatus according to FIG. 3 has a corresponding de casting mold 13 with an upper opening, a piston cylinder arrangement on the 14/15 is set. By lowering the stamp 15 in the cylinder 14 , the metal 12 can be pressurized. The filled mold 13 is also surrounded by a metal block 16 , which ensures good heat conduction. This metal block 16 , like the mold 10, can be preheated or additional heating or cooling elements (not shown) can be provided.

Claims

1. A method for casting metals or metal alloys in a casting mold ( 10 , 13 ), in the mold cavity of which the liquid casting material ( 12 ) is filled and then solidifies on cooling, characterized in that the casting mold ( 10 , 13 ) and / or the outer, already solidified jacket layer of the casting material ( 11 ) has a wall thickness that is as thin as possible with the selected process parameters including the internal pressure in the casting mold ( 10 , 13 ) and / or on the already solidified jacket layer at the beginning of the solidification process , but is just still resistant to breakage and that the casting mold and / or the already solidified jacket layer is surrounded by a substance ( 11 , 16 ) for changing the temperature of the liquid casting material ( 12 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the casting mold ( 10 , 13 ) is preheated in whole or in part or is heated during filling (casting).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the substance for changing the temperature is a water or oil bath ( 11 ) or consists of adjacent metal parts ( 16 ).

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the liquid casting metal ( 12 ) is poured in under pressure and solidifies.

5. The method according to claim 4, characterized in that the casting mold ( 10 , 13 ) and / or the already solidified jacket layer is stabilized by external application of further parts ( 16 ) to the extent that the casting material ( 12 ) is secured against changes in shape.

6. The method according to claim 5, characterized in that the further parts are metal parts ( 16 ).

7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the further parts ( 16 ) are partially or completely pre-heated or pre-cooled.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the casting mold ( 10 , 13 ) is made of ceramic be.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized ge indicates that a casting is coated with ceramic, the The casting melted again and then again is staring.

10. The method according to claim 9, characterized in that the coating with ceramic by immersing the casting partly in a suspension, solution or melt and on the jacket then solidifies.

11. The method according to any one of claims 9 or 10, characterized characterized in that the sheathing in addition entirely or partially covered with several pieces of jacket or is stabilized.

12. The method according to claim 11, characterized in that in the further jacket pieces ( 16 ) heating or Kühlele elements are embedded.

13. Casting mold for carrying out the method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the casting mold ( 10 , 13 ) and / or the outer, already staring jacket layer of the casting material ( 11 ) has a wall thickness which, under the chosen method parameters including the internal pressure in the casting mold ( 10 , 13 ) and / or on the already solidified sheath layer at the beginning of the solidification process, as thin-walled as possible, but just barely resistant to breakage.

14. Casting mold according to claim 13, characterized in that the casting mold is a die casting mold ( 13 ) which is stabilized on its outer jacket by further parts ( 16 ).

15. Casting mold according to claim 13 or 14, characterized in that the casting mold ( 10 , 13 ) made of ceramic and / or the further parts ( 16 ) are made of metal.