DE4318252A1

DE4318252A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Giessen von Bauteilen

Info

Publication number: DE4318252A1
Application number: DE4318252A
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Prof Dr Ing Kahn; Joachim Kahn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-06-02
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 1994-12-08
Also published as: JP2952523B2; WO1994029050A3; DE59407918D1; ATE177354T1; CZ290291B6; US5626180A; WO1994029050A2; CZ24695A3; EP0656819B1; EP0656819A1; HU217381B; ES2131199T3; JPH07509664A; HUT68972A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zum Gießen von Bauteilen wobei flüssiges Material in einen Formhohlraum eingebracht und dort verfestigt wird.

Bei der Formgebung von Bauteilen aus dem flüssigen Werk stoffzustand sind eine Vielzahl unterschiedlichster Ver fahren und Vorrichtungen bekannt die mehr oder weniger die an ein hochwertiges Werkstück zu stellenden Anforderungen im Hinblick auf Gestaltungsfreizügigkeit, Oberflächengüte und insbesondere optimale Werkstoffeigenschaften erreichen. Die Hauptschwierigkeiten liegen zunächst beim Formfüll vorgang, wobei das anfangs kompakte Schmelzevolumen auf geteilt und eine große Oberfläche dem Angriff der Gasat mosphäre ausgesetzt wird, was durch entsprechende Reak tionen zu einer Beeinträchtigung der Werkstoffqualität führt. Besonders betroffen sind hiervon geschmolzene Metallegierungen, deren Legierungsbestandteile ein hohes Reaktionsvermögen mit dem Sauerstoff, Stickstoff und Was serdampf der Luft besitzen. So wurde schon früh für derart empfindliche Legierungen das Kippgießverfahren beispiels weise nach Durville angewendet.

Die DT-PS-3 77 683 schlägt ein Verfahren vor, bei dem aus einem länglichen Gießgefäß nacheinander zahlreiche Guß stücke hergestellt werden. Beim Gießvorgang wird der Schmelzebehälter aufgerichtet, wodurch ein beschränkt höherer metallostatischer Druck erzielt werden kann. Hier bei hat jedoch die Atmosphäre freien Zutritt zur Schmelze, so daß insbesondere bei fortschreitender Entleerung leicht Oxid von der Badoberfläche in den Formhohlraum gelangen kann. Während der Erstarrung des Gußteils bleibt eine di rekte Verbindung mit dem großen Schmelzevorrat im Gieß behälter bestehen, so daß der Erstarrungsablauf verlangsamt wird.

Die DT-PS-5 05 224 beschreibt ein Verfahren, bei dem auf einem ähnlich einer Schaukel angeordneten Gießbehälter zwei Gießformen montiert sind, die abwechselnd mit Schmelze gefüllt werden. Auch hier hat die Luft freien Zutritt zum Schmelzebad mit großer Oberfläche, so daß die hier vor handenen Verunreinigungen besonders leicht in die Gießform gelangen können.

Die DT-PS-21 65 4755 beschreibt ein Hochleistungsgießver fahren für Großserien, bei dem zwar die Nachteile der vorge nannten Vorschläge weitgehend beseitigt werden konnten. Da gegen wird jedoch ein hoher technischer Aufwand erforderlich, der insbesondere bei Störungen an einer einzelnen Gießform alle anderen mit beeinträchtigt.

Beim Erstarrungsablauf in der Gießform treten in der Regel durch Volumenkontraktion und Gasausscheidungen Lunker und Poren im Bauteilgefüge auf, die mit erheblichem Aufwand be kämpft werden müssen. Die Schrumpfungsvorgänge führen auch örtlich zu Spaltbildungen zwischen den Gußwand- und Form wandoberflächen, wodurch der Wärmeübergang erheblich be einträchtigt wird, was ebenfalls negative Rückwirkungen auf die Gefügequalität hat und auch zu Einfallstellen an der Gußoberfläche führt, die das Bauteil unbrauchbar machen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, mit Hilfe eines neu artigen Verfahrens und einer neuartigen Gießeinrichtung die für eine hochwertige Bauteilproduktion erforderlichen güns tigen Bedingungen sowohl bei der Formfüllung als auch während der Erstarrung der Gußteile zu gewährleisten, gleichzeitig eine besonders rationelle Fertigung zu ermög lichen und dabei die Nachteile der oben genannten Verfahren und Vorrichtungen zu vermeiden. Insbesondere sollen die Re aktionen der Legierungsschmelze mit den Gasen der Atmosphäre und des Formhohlraums unterbunden, Turbulenzen und Auftei lung der Schmelze während der Formfüllung vermieden, eine konturenscharfe Füllung erzielt sowie ein optimal feinkör niges und dichtes Bauteilgefüge während des Erstarrungs ablaufs sichergestellt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren und dazu ge eignete Vorrichtungen vorgeschlagen, wobei ein verschließ barer Behälter für die Schmelze, der über einen großen Anschnittquerschnitt mit dem Hohlraum einer anfangs über dem Behälter liegenden Gießform verbunden ist, zunächst mit Schutzgas gespült, dann mit einem dosierten Schmelzequantum unter Schutzgas gefüllt und gasdicht verschlossen, danach der Behälter mit der Gießform so um eine horizontale Achse gedreht, daß die Schmelze ohne vorlaufende Zungen oder Spritzer in die Form befördert wird, wobei eine Erhöhung des Schutzgas drucks während des Formfüllvorgangs und/oder des Erstar rungsablaufs vorgenommen und das Schutzgas bei der an schließenden Entspannung zurückgewonnen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.

Bei der Überführung einer dosierten Schmelzemenge vom Do sierofen in den Gießbehälter der Einrichtung unter Schutz gasatmosphäre wird eine Oxidation der Schmelze wirkungsvoll unterbunden. Dies ist umso bedeutsamer, da bei diesem Vor gang der Gießstrahl im freien Fall in den Gießbehälter ge langt, wobei hier nicht wie bei konventioneller Arbeitsweise eine besonders intensive Oxidhautbildung unter ständigem Abreißen, Einspülen und Verwirbeln in der Schmelze erfolgt. Die dann durch die Drehbewegung der Einrichtung einsetzende Formfüllung kann aufgrund der vorgegebenen großen Anschnitt querschnitte besonders ruhig und mit geringer Strömungsge schwindigkeit der Schmelze steigend nach dem Prinzip kommu nizierender Röhren ablaufen, was wiederum in Verbindung mit der auch im Formhohlraum vorhandenen Schutzgasatmosphäre das Risiko einer Schaumbildung, die bekanntlich zu Einschlüssen im Gußgefüge führt, wirkungsvoll eliminiert. Dabei bleibt auch die Schmelzefront geschlossen, d. h. es kommt nicht zur Bildung vorlaufender Metallzungen oder gar Spritzern, so daß auch der beim Gießen als häufige Ausschußursache gefürchtete Kaltlauf vermieden wird.

Durch die enge Ankopplung des Gießbehälters an den Formhohl raum werden extrem kurze Fließwege realisiert. Die Schmelze erreicht auf kürzestem Weg ihre endgültige Position, kühlt rasch ab und erstarrt. Damit ist der "Kanalisierungseffekt", der bei herkömmlichen Formfüllvorgängen durch lang andauern des Nach- oder Durchfließen in bestimmten Bereichen der Form auftritt, ausgeschaltet.

Weitere Auswirkungen haben diese Vorteile auch beim an schließenden Erstarrungsablauf. Zunächst wird der Wärmehaus halt der Gießform durch den Wegfall stark ausgeprägter Kana lisierungseffekte, die entsprechende örtliche Überhitzungen sowohl im Gußteil, als auch in den angrenzenden Formwandbe reichen verursachen, weit weniger gestört, so daß eine ge zielte Lenkung der Erstarrung begünstigt wird.

Weiterhin bietet der variable Schutzgasdruck während der Er starrung ganz besondere Vorteile. Durch eine starke Gas druckerhöhung, die hauptsächlich auf den am Ende der Form füllung oben liegenden Schmelzepegel in den Speisern des Gußteils wirkt, kann eine entsprechende Verstärkung des Speiserdrucks erzielt und damit eine weitgehende Dichtspei sung des Gußgefüges erzwungen werden. Gleichzeitig wird ein kräftiges Anpressen der Gußteiloberflächen an die Formwände und durch Verhinderung der schädlichen Spaltbildung ein ver stärkter Wärmeübergang bewirkt. Dies wiederum verkürzt die Erstarrungszeit und erhöht sowohl die Konturenschärfe als auch die Maßgenauigkeit der Gußteile. Darüber hinaus wird ebenfalls die Bildung der besonders bei Legierungen mit breitem Erstarrungsintervall gefürchteten Einfallstellen an der Gußoberfläche ausgeschaltet. Hierbei kann nach der vor liegenden Erfindung die Erhöhung des Gasdrucks weit über die bei herkömmlichen Verfahren, z. B. Niederdruck-Gießverfahren, möglichen Drücke auf Grund der Beschränkung auf das vergleichs weise geringe Volumen eines einzelnen Abgusses hinausgehen. Durch den zusätzlichen Einsatz der bekannten Schwell-Sequenz kühlung (DE-PS 26 46 060) werden die angesprochenen Verbesser ungen zum Stand der Technik in optimaler Weise erweitert. Auch beim Schutzgasverbrauch ist das neue Verfahren über legen. Die Anwendung einer Schutzgaspumpe gestattet nämlich nicht nur die Aufbringung mehrerer Bar Druck, sie erlaubt auch bei der anschließenden Druckerniedrigung eine Rückge winnung des Schutzgases. Auf diese Weise bleiben die Ver luste auf unvermeidbare Leckagen beschränkt.

Beim Einsatz von Legierungen, die im geschmolzenen Zu stand weniger stark mit den Gasen der Atmosphäre rea gieren, kann auch auf das in der Regel teurere Schutzgas verzichtet werden, wobei alle übrigen Vorteile der Erfin dung voll erhalten bleiben.

Schließlich bietet das vorgeschlagene vollautomatisierte Verfahren ideale Voraussetzungen für den Einsatz in einer gegen die Außenwelt abgeschlossenen Gießzelle zur zuver lässigen Unterbindung von Gießerei-Emissionen.

Dazu ist der Einsatz eines kombinierten Schmelz- und Dosier ofens nach DE-PS 20 41 588, der gleichzeitig das Problem des Einschleusens von Chargiermaterial löst, von besonderem Vorteil.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs beispiels in Verbindung mit der Zeichnung, beschrieben, in dieser zeigen.

Fig. 1 einen Vertikalschnitt gemäß A-B der Fig. 2,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt senkrecht zur Drehachse der Fig. 1.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 wird ein Form hohlraum 1 durch eine Kokillendeckplatte 2, Seitenteile 3, Kerne 4 und eine Kokillengrundplatte 5 gebildet. Unter der Grundplatte 5 befindet sich der Gießbehälter 6 mit Feuer festauskleidung 7 und dosiertem Schmelzequantum 8. Das Schmelzequantum 8 wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Dosierofens in die Einfüllöffnung 9 bei geöffnetem Verschluß 10 unter Schutzgas eingefüllt und anschließend der Verschluß 10 geschlossen. Zuvor wurde über ein zwischen der Gießdüse des Dosierofens und der Einfüllöffnung 9 befindliches Schutzgaszuführsystem (nicht dargestellt) sowohl der Gieß behälter 6 als auch der Formhohlraum 1 mit Schutzgas ge füllt.

Durch Drehen der gesamten Gießeinrichtung um die Drehachse 12 gegen den Uhrzeigersinn fließt die Schmelze 8 durch den großen Anschnittquerschnitt 13 in ruhigem turbulenzfreiem Fluß in den Formhohlraum 1 und füllt diesen in wenigen Se kunden aus. Am Ende der Drehbewegung befindet sich der Gieß behälter 6 über der Kokillengrundplatte 5. Jetzt wird der Schutzgasdruck über der im Formhohlraum 1 erstarrenden Schmelze, deren Gesamtvolumen auch das erforderliche Spei servolumen enthält, mit Hilfe des Schutzgasanschlusses 11 erhöht und damit die Dichtspeisung des Gußstücks verbessert. Nach Abschluß der Erstarrung reduziert eine nicht darge stellte Pumpe den Schutzgasüberdruck auf Normaldruck und gewinnt dabei das überschüssige Schutzgas zurück. Nun kann die Form geöffnet und das ausreichend abgekühlte Gußteil entnommen werden. Danach beginnt ein neuer Gießzyklus.

Bezugszeichenliste

1 - Formhohlraum
2 - Kokillendeckplatte
3 - Kokillenseitenteile
4 - Kerne
5 - Kokillengrundplatte
6 - Gießbehälter
7 - Feuerfestauskleidung
8 - Schmelzequantum
9 - Einfüllöffnung
10 - Abdeckplatte
11 - Schutzgasanschluß
12 - Drehachse
13 - Anschnittquerschnitt.

Claims

1. Verfahren zum Gießen von Bauteilen nach dem Kippgieß prinzip, dadurch gekennzeichnet, daß ein verschließbarer Behälter für die Schmelze (6), der über einen großen An schnittquerschnitt (13) mit dem Hohlraum (1) einer an fangs über dem Behälter liegenden Gießform verbunden ist, zunächst mit Schutzgas gespült, darin mit einem do sierten Schmelzequantum (8) unter Schutzgas gefüllt und gasdicht verschlossen, danach der Behälter mit der Gieß form so um eine horizontale Achse (12) gedreht, daß die Schmelze ohne vorlaufende Zungen oder Spritzer in die Form befördert wird, wobei eine Erhöhung des Schutzgas druckes während des Formfüllvorgangs und/oder des Erstar rungsablaufs vorgenommen und das Schutzgas bei der an schließenden Entspannung zurückgewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dosierte Schmelzequantum mit Hilfe eines Dosierofens in den Gießbehälter (6) eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dosierte Schmelzequantum mit Hilfe eines kombinier ten Schmelz- und Dosierofens in den Gießbehälter (5) ein gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine quantifizierte Metallmenge in fester Form in den Gießbehälter (6) eingebracht und dort geschmolzen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck auf 0.5 bis 100 Bar erhöht werden kann.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückgewinnung des Schutzgases ein Pump- und Speicher system zum Einsatz kommt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmehaushalt der Kokille nach dem Prinzip der Schwell-Sequenz-Kühlung geregelt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgaszuführung zwischen dem Dosierofen und dem Schmelzebehälter 6 durch einen elastischen Faltenbalg gebildet wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der gasdichte Verschluß (10) am Schmelzebehälter (6) als Schieber gestaltet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der Gießbehälter außer über den großen Anschnittquerschnitt (13) noch über mindestens einen wei teren Kanal mit dem Formhohlraum verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießbehälter mit einer Heizung ausgerüstet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Schmelz- und Gießein richtung, bestehend aus Schmelz- und Dosierofen, dreh barer Gießvorrichtung, Manipulatoren für Kerneinlegen und Gußteilentnahme, in einer geschlossenen Gießzelle angeordnet ist.