DE60310404T2

DE60310404T2 - Giessverfahren und -vorrichtung mit formwerkzeugentfernung

Info

Publication number: DE60310404T2
Application number: DE60310404T
Authority: DE
Inventors: R. John Kennesaw GRASSI; John Campbell; W. George Coral Springs KUHLMAN
Original assignee: Alotech Ltd LLC
Current assignee: Alotech Ltd LLC
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: EP1752239A3; AU2003251817A1; JP4403072B2; HK1106175A1; ATE347954T1; WO2004004948A2; CA2491452C; CA2491452A1; MXPA05000410A; PT1752239E; ATE460245T1; AU2003251817B2; EP1752239A2; DE60310404D1; EP1752239B1; EP1519803A2; DK1752239T3; DE60331696D1; ES2342483T3; SI1752239T1

Description

CROSS-REFERENZ ZUR VERWANDTEN ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht den Vorrang von US-Provisional Application Serial No. 60/394,713, eingereicht am 9. Juli 2002.
ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gießen von Metallen. Im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum formentfernenden Gießen von Metallen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Beim traditionellen Gießprozeß wird geschmolzenes Metall in eine Form gegossen und verfestigt sich, oder erstarrt durch einen Verlust an Wärme an die Form. Wenn ausreichend Wärme vom Metall verlorengegangen ist, so daß dieses erstarrt, kann das erhaltene Produkt, d. h. ein Guß, deren eigenes Gewicht tragen. Der Guß wird anschließend aus der Form entfernt.
Unterschiedliche Typen an Formen des Standes der Technik präferieren bestimmte Vorteile. Beispielsweise bestehen Grünsandformen aus einem Aggregat, Sand, zusammengehalten mit einem Binder, beispielsweise einer Mischung aus Ton und Wasser. Diese Formen können hergestellt sein, beispielsweise in zehn (10) Sekunden für einfache Formen in einer automatisierten Formherstellungsanlage. Darüber hinaus kann der Sand für eine wei tere Verwendung relativ leicht recycelt werden.
Andere Sandformen verwenden häufig harzbasierte chemische Binder, die eine hohe Dimensionsgenauigkeit und eine große Härte aufweisen. Solche harzverbundenen Sandformen nehmen etwas länger Zeit in Anspruch, hergestellt zu werden als Grünsandformen, da eine Härtungsreaktion durchgeführt werden muß für den Binder, um effektiv zu werden und die Bildung der Form zu erlauben. Wie in tongebundenen Formen kann häufig der Sand recycelt werden, obwohl etwas Behandlung zum Entfernen des Harzes notwendig ist.
Zusätzlich zur relativ schnellen und ökonomischen Herstellung weisen Sandformen ebenso eine hohe Produktivität auf. Eine Sandform kann bei Seite gestellt werden, nachdem das geschmolzene Metall eingegossen worden ist, um eine Abkühlung und Verfestigung zu erlauben, dies erlaubend, daß andere Formen zu gießen sind.
Der Sand, der als ein Aggregat beim Sandguß verwendet wird, ist am üblichsten Silica. Jedoch sind andere Mineralien verwendet worden, um den unerwünschten Übergang vom Alphaquarz zum Betaquarz bei ungefähr 570 Grad Celsius zu vermeiden, oder 1.058 Grad Fahrenheit, welches einschließt Olivin, Chromit und Zirkon. Diese Mineralien besitzen bestimmte Nachteile, da Olivin häufig variabel in seiner Chemie ist, dies zu Problemen einer gleichmäßigen Steuerung mit chemischen Bindern führend. Chromit ist typischerweise gekörnt, erzeugt kantige Körner, die zu einem armen Oberflächen-Finish am Guß und zu einer schnellen Abnutzung der Werkzeugbestückung führt. Zirkon ist hart, erhöhend die Anforderungen am Equipment, das verwendet wird, um eine Form zu bilden und zu händeln und verursachend eine schnelle Abnutzung der Werkzeugbestückung.
Zusätzlich zu den durch die einzigartigen Aspekte von Silika und alternativen Mineralien erzeugten Nachteilen erlauben Sandformen mit Ton und chemischen Bindern typischerweise nicht ein schnelles Abkühlen des geschmolzenen Metalls aufgrund deren relativ geringer thermischen Leitfähigkeit. Das schnelle Abkühlen des geschmolzenen Metalls ist häufig wünschenswert, da es zum Stand der Technik bekannt ist, daß mit solchen Kühlungen die mechanischen Eigenschaften des Gusses verbessert werden. Darüber hinaus erlaubt das schnelle Abkühlen die Retention von mehreren der legierenden Elemente in Lösung, dadurch einführend die Möglichkeit der Eliminierung der nachfolgenden Lösungsbehandlung, was Zeit und Kosten spart. Die Eliminierung der Lösungsbehandlung verhindert das Quenchen, das typischerweise folgt, entfernend die Probleme an Verspannung und restlicher Spannung im Guß, die durch das Quenchen verursacht werden.
Als eine Alternative zu Sandformen werden manchmal Formen verwendet, die hergestellt sind aus Metall der semi-permanenten Formen oder Formen mit Kokillen. Diese Metallformen sind besonders vorteilhaft, da deren relativ hohe thermische Leitfähigkeit es dem geschmolzenen Gußmetall erlaubt abzukühlen und sich schnell zu verfestigen, führend zu vorteilhaften mechanischen Eigenschaften im Guß. Beispielsweise verwendet ein besonderes Gußverfahren, das bekannt ist als Druckstempelguß, Metallformen und ist bekannt, eine hohe Verfestigungsrate aufzuweisen. Solch eine hohe Verfestigungsrate ist angezeigt durch die Anwesenheit von feinem Dendrite-Arm-Spacing (DAS) im Guß. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist die Verfestigungsrate um so schneller, je kleiner das DAS ist. Jedoch erlaubt häufig das Druckstempelgießen die Bildung von Defekten in einem Gußteil, da extreme Oberflächenturbulenzen auftreten im geschmolzenen Metall während des Füllens der Form. Darüber hinaus weisen sämtliche Formen, die hergestellt sind aus Metall, einen signifikant ökonomischen Nachteil auf. Da der Guß erstarrt sein muß, bevor dieser entfernt wird von der Form, müssen mehrere Metallformen verwendet werden, um eine hohe Produktivität zu erreichen. Die Notwendigkeit für mehrere Formen beim Permanentformgießen erhöht die Werkzeugkosten und führt typischerweise zu Kosten für die Werkzeugbestückung, die wenigstens fünfmal größer sind als solche, die mit Sandformen verbunden sind.
Als Ergebnis hiervon ist es wünschenswert, ein Gußverfahren zu entwickeln und eine verwandte Vorrichtung, die den Vorteil der schnellen Verfestigung von Metallformen aufweist, und ebenso geringe Kosten, eine hohe Produktivität und mit Sandformen verbundene Wiedergewinnungsmöglichkeit aufweist.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein Verfahren zur Reduzierung der Kühlzeit eines Metalls, das gegossen worden ist. Der Prozeß beinhaltet die Schritte des Bereitstellens einer Form, des Beförderns eines geschmolzenen Metalls in die Form und das Unterwerfen der Form der Wirkung eines Lösungsmittels, der Zerlegung wenigstens eines Abschnittes der Form mit dem Lösungsmittel und des Abkühlens des geschmolzenen Metalls mit dem Lösungsmittel.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung kann physisch in bestimmten Abschnitten und Anordnungen von Abschnitten oder bestimmten Verarbeitungsschritten Form annehmen, wobei eine bevorzugte Ausführungsform, die im Detail in dieser Beschreibung beschrieben und in den angehängten Zeich nungen dargestellt werden wird, die einen Teil hiervon bildet, wobei:
1 ein Flußdiagramm an Schritten ist, die verbunden sind mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Seitenansicht eines Layouts einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine schematische Seitenansicht eines Layouts einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine Seitenansicht einer Testprobe ist, die behandelt ist entsprechend einer Methode des Standes der Technik;
5 eine graphische Darstellung einer Abkühlkurve der Testprobe von 4 ist, darstellend eine Abkühlkurve des Standes der Technik;
6 eine Seitenansicht einer Testprobe ist, die behandelt ist in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 eine graphische Darstellung einer Abkühlkurve der Testprobe von 6 ist, darstellend eine Abkühlkurve der vorliegenden Erfindung; und
8 eine schematische Darstellung des Layouts einer weiteren anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nunmehr bezugnehmend auf die Zeichnungen, wobei die Aufzeichnungen den Zwecken der Illustrierung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dienen und nicht zu Zwecken der Beschränkung derselben, zeigt 1 die Schritte des Prozesses der Erfindung. Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung geeignet ist für das Gießen jedes Metalls, einschließlich nicht eisenhaltiger Legierungen, basierend auf Magnesium, Aluminium und Kupfer, sowie eisenhaltige Legierungen und Hochtemperaturlegierungen wie bespielsweise nickelbasierende und ähnliche Legierungen. Als erstes wird eine Form gebildet, Schritt 10.
Die Form besteht aus einem Aggregat 12 und einem Binder 14. Das Aggregat 12 beinhaltet ein Material mit einer minimalen thermischen Kapazität und/oder minimalen thermischen Leitfähigkeit, um die Wärme zu reduzieren, die vom gegossenen geschmolzenen Metall extrahiert wird. Durch Reduzieren der Wärme, die extrahiert wird, verfestigt sich das geschmolzene Metall nicht vorzeitig und fließt daher glatt in alle Bereiche großer Formen und dünner Bereiche. Das Aggregat 12 kann ebenso einen geringen thermischen Expansionskoeffizienten aufweisen und keine Phasenänderung, erlaubend die Verwendung der Form bei hohen Temperaturen bei Beibehaltung einer hohen Dimensionsgenauigkeit.
Das Aggregat 12 kann zusammengesetzt sein aus annähernd sphärischen Partikeln, welche ein gutes Oberflächen-Finish dem Guß verleihen und die Werkzeugabnutzung minimieren. Die Größe der Partikel sollte ausreichend fein sein, um die Bildung eines guten Oberflächen-Finishes am Guß zu erlauben, wobei jedoch die Größe erhöht werden kann, wenn die Form permeabel hinsichtlich Entlüftungsgasen zu sein hat.
Ein exemplarisches Material, das verwendet werden kann für das Aggregat 12, ist Silikasand/Quarzsand. Wie vorherig beschrieben, kann Silikasand einige Nachteile aufweisen, weist jedoch viele wünschenswerte Eigenschaften als ein Aggregat 12 auf, einschließend eine glatte Partikelform, eine kleine Partikelgröße, niedrige Kosten und gute thermische Eigenschaften bis zu des sen Alpha/Beta-Quarzumwandlungstemperatur.
Das Aggregat 12 ist gebunden mit einem Binder 14, der löslich ist. Der Binder 14 kann ein anorganisches Material sein, das wenig oder keinen Wasserstoff aufnimmt, verhindernd das abträgliche Aussetzen des geschmolzenen Metalls dem Wasserstoff. Als Ergebnis hiervon kann der Binder kein Wasser oder Kohlenwasserstoffe enthalten. Solch ein Mangel an Wasser oder Kohlenwasserstoffen erlaubt es ebenso der Form getrocknet zu werden bei hohen Temperaturen oder erwärmt zu werden bis zur Höchsttemperatur des Metalls, gut oberhalb des Siedepunktes von Wasser. Der Binder 14 kann ebenso eine geringe Gasentwicklung aufweisen, wenn das geschmolzene Metall gegossen wird, verringernd das Bedürfnis für eine Form oder Formkerne, die permeabel sind. Das Vermeiden einer permeablen Form erlaubt die Verwendung von feineren Partikeln für das Aggregat 12, welches vorteilhaft ist, wie oben beschrieben.
Ein exemplarischer Binder 14, der die beschriebenen Eigenschaften aufweist, basiert auf Phosphatglas, einem Binder, der aus dem Stand der Technik bekannt ist. Phosphatglas ist ein amorphes, wasserlösliches Material, das Phosphoroxid, P₂O₅, beinhaltet als die Hauptkomponente mit anderen Komponenten wie beispielsweise Alumina/Aluminiumoxid und Magnesia/Magnesiumoxid oder Natriumoxid und Kalziumoxid. Andere exemplarische Binder 14 beinhalten anorganische Silikate, wie beispielsweise Natriumsilikat, Magnesiumsulfate und andere Salze und Borate. Weitere exemplarische Binder 14 beinhalten Systeme, bei denen ein organischer Binder, wie beispielsweise Urethan, dazugegeben wird zu einem bekannten anorganischen Binder, wobei der organische Binder im Bereich von ungefähr 1 Gewichtsprozent (wt.%) bis ungefähr 51 wt.% des Bindersystems liegt.
Sobald die Form gebildet ist, im Schritt 10, wird diese platziert, so daß diese gefüllt werden kann mit einem geschmolzenen Metall, im Schritt 16. Beispielsweise kann die Form gehalten werden oberhalb des Bodens einer Gießerei, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Das geschmolzene Metall wird in die Form gegossen, im Schritt 18. Die Form kann designt sein, um es dem geschmolzenen Metall zu erlauben, gemäß der Gravitationskraft zu fließen, welches bekannt ist im Stand der Technik als Gravitationsgießen.
Nach dem Gießen des Metalls in die Form, im Schritt 18, wird die Form der Wirkung eines Lösungsmittels unterworfen, wie beispielsweise mittels Sprühen, im Schritt 20. Wie erwähnt, ist der Binder 14 löslich. Daher löst das Lösungsmittel den Binder und verursacht dadurch, daß die Form sich zersetzt/zerlegt 22. Da sich die Form zersetzt 22, ist der Guß dem Lösungsmittel ausgesetzt, welches verursacht, daß der Guß schnell abgekühlt wird und sich verfestigt 24. Der Guß wird daher an der Form separiert und gleichzeitig auf eine schnelle Art und Weise gekühlt, resultierend in einem Guß, der hergestellt worden ist mit einer nicht teuren Form und der sich schnell verfestigt hat, dadurch vorteilhafte mechanische Eigenschaften aufweisend. Darüber hinaus kann das Speisen eines Lösungsmittels in einer Art, beispielsweise als Besprühen, einen starken zonalen Kühleffekt am Gußmetall aufweisen, den gesamten Guß unterstützend, sich progressiv zu verfestigen, dadurch erleichternd das Speisen und Sichern der Stabilität des Gusses.
Ein beispielhaftes Lösungsmittel ist Wasser. Wasser ist in Bezug auf Umweltfragen akzeptabel und weist eine hohe Wärmekapazität und eine latente Verdampfungswärme auf, dies erlaubend, einen signifikanten Wärme betrag vorverdampfend zu absorbieren. Es kann daher ein optimaler Kühleffekt bereitgestellt werden, der eine schnelle Verfestigung des Gußmetalls ermöglicht.
Andere Lösungsmittel können Liquide oder Gase beinhalten, die den Binder 22 zersetzen und das Gußmetall 24 kühlen. Beispielsweise können bekannte Quenching-Mittel verwendet werden mit passend löslichen Bindern. Darüber hinaus kann ein Staub im Kühlfluid (Liquid oder Gas) eingetreten sein und verwendet werden, um die Form 22 durch Abrasion zu zersetzen, zur selben Zeit wenn die Form durch das Fluid weggewaschen worden ist/wird. Der Staub kann ebenso einem zweiten Zweck dienen, nämlich es dem Gußmetall zu erlauben gehämmert zu werden durch den Staub, wenn dieses gekühlt wird 24, zusätzlich vorteilhaft bezüglich Oberflächeneigenschaften erreichend.
Wenn die Form sich zersetzt 22, wenn diese mit dem Lösungsmittel 20 besprüht wird, kann wenigstens etwas von den Formbestandteilen wiedergewonnen werden, Schritt 26. Das Aggregat kann aufgenommen werden 28 zum Trocknen und zur Wiederverwendung. Darüber hinaus kann das Lösungsmittel gesammelt 30, gefiltert und rezirkuliert für eine weitere Verwendung werden. In einigen Systemen ist es ebenso möglich, den Binder wiederzugewinnen durch ein Wiedergewinnungssystem bekannter Art.
Nun zur 2 kommend, wird eine schematische Darstellung der mit dem Schritt 20 (Bezugnahme auf 1) des Unterwerfens der Form einem Lösungsmittel involvierte Vorrichtung dargestellt. Ein Schmelztiegel oder eine Pfanne 32 ist verwendet worden, um geschmolzenes Metall 32 in eine Formkavität 34 zu gießen, die definiert ist durch eine Form 36 des oben beschriebenen Aggregats und Binderzusammensetzung. Ein Steiger 38 ist der letzte zu gießende Bereich. Eine Sprühdüse 40 führt einen Strahl eines Lösungsmittels A, wie beispielsweise Wasser, an die Form 36. Der Strahl A muß bereitgestellt werden in jeder passenden Konfiguration von einem engen Strahl bis zu einem weiten Fächer und kann ein stehender Strahl oder ein pulsierender Strahl sein, wie von der speziellen Applikation vorgeschrieben.
Die Zuführung von Lösungsmittel, d. h. das Spray, kann beginnen an der Basis der Form 36. Die Form 36 wird herabgesenkt, um es der Düse 40 zu erlauben, das Lösungsmittel in einer fortschreitenden Art und Weise zu liefern an intakte Bereiche der Form 36, so daß die Form 36 gänzlich sich zersetzt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Form 36 stationär verweilen und die Düse 40 kann angeregt werden, sich zu bewegen, um progressiv die Zuführung eines Lösungsmittelstrahls A zu liefern, um wenigstens einen Teil der Form 36 zu zersetzen. Um es dem gesamten Umfang der Form 36 zu erlauben, durch den Strahl A für eine schnelle Zersetzung kontaktiert zu werden, kann die Form 36 gedreht werden oder die Sprühdüse 40 kann über die Form 36 geführt werden.
Die Rate und der Druck der Zuführung des Strahls A sind derart eingestellt, daß diese groß genug sind, um die Form 36 zu zersetzen, doch ebenso ausreichend gering, um es dem Lösungsmittel zu erlauben, durch die Form 36 durchzuseihen/zu perkulieren, so daß das perkulierte Lösungsmittel am Gußmetall 33 vor der gesamten Kraft des Strahls A ankommt. Beispielsweise können ein hohes Volumen, eine niedrige Druckzuführung in einem Bereich von ungefähr 0,5 bis 50 Liter je Sekunde, lps (10 bis 100 Gallonen je Minute, gpm) bei einem Druckbereich von 0,03 bis 70 Bar (0,5 bis ungefähr 1.000 Pounds per Square Inch, psi) vorteilhaft sein. Auf diese Art und Weise verursacht das perkulierte Lösungs mittel die Bildung einer relativ festen Haut am Gußmetall 33, bevor das Metall 33 kontaktiert wird durch die Kraft des Strahls A, dadurch verhindernd die Verspannung des Metalls 33 oder die Explosion von überschüssigem, direkt kontaktierenden Lösungsmittels mit dem geschmolzenen Metall 33. Die Zugabe eines oberflächenaktiven Agenzes, wie aus dem Stand der Technik bekannt, zum Lösungsmittel im Strahl A oder zur Binderformulierung kann die Perkulation des Lösungsmittels durch die Form 36 erhöhen. Darüber hinaus wird wenigstens etwas von der Wärme absorbiert vom geschmolzenen Metall 33 durch die Form 36 und kann die Temperatur des Lösungsmittels erhöhen, wenn das Lösungsmittel durch die Form 36 perkuliert, dadurch die Energie des Lösungsmittels erhöhend und verursachend, daß dieses schneller aus der Form 36 entfernt wird.
Eine zusätzliche Berücksichtigung hinsichtlich der Rate und des Druckes der Zuführung des Strahls A ist der Kontakt mit dem Gußmetall 33, wenn die Form 36 sich zersetzt. Die Rate und der Druck des Strahls A müssen gering genug sein, um einen Schaden am Guß 33 zu verhindern, jedoch hoch genug sein, um die Bildung einer Dampfdecke zu überwinden. Eine Dampfdecke wird gebildet durch das Verdampfen des Lösungsmittels, das durch die Form 36 perkuliert ist, um das Metall 33 zu kontaktieren zum Bilden der Haut nach dem Guß 33. Die Dampfdecke 33 reduziert den Übergang der Wärme weg vom Gußmetall 33 und ist abträglich hinsichtlich des schnellen Abkühlens, das notwendig ist, um die wünschenswerten Eigenschaften und Effekte, die oben beschrieben worden sind, zu erhalten. Daher ist es vorteilhaft, den Strahl A einzustellen, um die Dampfdecke zu überwinden.
Die Steuerung des Strahls A kann auf wenigstens zwei Wegen durchgeführt werden. Die Rate und der Druck der Zuführung kann eingestellt werden, um sämtliche obigen Parameter zu erreichen, oder zwei separate Einstellungen können verwendet werden. Wenn zwei separate Einstellungen verwendet werden, kann eine Einstellung etabliert werden für die Zersetzung der Form 36 und eine separate, reduzierte Einstellung kann zeitlich so eingesetzt werden, um die Zersetzungseinstellung zu ersetzen, wenn der Strahl A gegeben ist, um das Gußmetall 33 zu berühen. Selbstverständlich wird wahrscheinlich die Art und Weise, in der der Strahl A zugeführt wird, d. h., als enger Strahl, weiter Fächer, stehender Fluß, intermittierender Puls etc., die Raten- bzw. Druckeinstellungen des Srahls A entscheidend beeinflussen.
Die Verfestigung des Gusses 33, beginnend an dessen Basis und fortschreitend zu seiner Spitze, erlaubt es dem Steiger 38 in einem geschmolzenen Zustand für die maximale Zeitdauer zu verweilen, so daß es fortgesetzt werden kann, den Guß 33 zu speisen. Durch Speisung des Gusses 33 über eine längere Zeitdauer werden Fehlstellen, die gebildet werden durch das Schrumpfen des Metalls 33 beim Kühlen, minimiert. Die Verfestigung von der Basis des Gusses 33 zur Spitze erlaubt ebenso Längen- oder longitudinale Änderungen Platz zu nehmen, bevor die Verfestigung vervollständigt ist, dadurch eliminierend jeder signifikante Aufbau von internen Spannungen, die häufig beim Quenchen auftreten.
Es ist wichtig zu bemerken, daß eine einzelne Düse 40 nicht auf eine Basis-Spitze-Richtung des Sprays wie oben beschrieben beschränkt ist. In Abhängigkeit von der Applikation kann es wünschenswert sein, den Strahl A vom oberen Ende/der Spitze der Form 36 zum Boden zu sprühen, von einem Mittelpunkt zu einem Ende oder in einem ähnlichen Muster.
Unter Bezugnahme auf 3 ist die Applikation des Lösungsmittels nicht beschränkt auf eine einzelne Richtung oder Düse. Beispielsweise können zwei oder mehrere Düsen 42, 44, 46, 48 und 50 anwesend sein, entfernend die Form 36 aus mehreren Richtungen. Jede Düse 42, 44, 46, 48 und 50 kann einen entsprechenden Strahl B, C, D, E und F an die Form 36 sprühen. Auf diese Art und Weise kann die Form 36 sich schneller und gleichmäßiger zersetzen, falls in einer speziellen Applikation gewünscht. Jede Anzahl an Düsen kann gegeben sein, da eine große Anzahl an Düsen vorteilhaft sein kann für große oder komplexe Formen 36 oder einige wenige Düsen eine optimale Abdeckung für andere Modelle 36 bereitstellen. Wie in 2, kann die Form 36 gedreht und bewegt werden, vertikal, um eine vollständige Verteilung der Strahlen B, C, D, E und F zu erlauben, oder die Düsen 42, 44, 46, 48 und 50 können bewegt werden, während die Form 36 und der Guß 33 stationär verweilen.
Darüber hinaus, wenn mehrere Düsen 42, 44, 46, 48 und 50 verwendet werden, kann es vorteilhaft sein, die Funktion der Düsen 42, 44, 46, 48 und 50 seitlich derart auszuwählen, um eine andere zu komplementieren. Beispielsweise kann die Bodendüse 50 eingesetzt werden, dadurch sprühend den Strahl F am Boden der Form 36. Die Bodendüse 50 kann ausgeschaltet werden und untere Seitendüsen 44 und 48 können eingesetzt werden, um Strahle C und E an die Form 36 zu sprühen, und so weiter. Ein solches koordiniertes Timing mehrerer Düsen kann die Zersetzung der Form 36 optimieren und/oder die Kühlrichtung des Gußmetalls 33, um die erwünschten Eigenschaften des Gusses 33 bereitzustellen.
Wiederum unter Bezugnahme auf 2, kann die Düse 40 angebracht sein am Gehäuse 80, welches eine relative Bewegung zwischen der Düse und der Form 36 erlaubt. Ebenso kann eine Steuerung 82 betrieblich verknüpft sein mit der Düse 40, um das Spray des Lösungsmittels durch die Düse zu regulieren. Eine Pumpe 84 kann verwendet werden, um das Lösungsmittel von einem Reservoir 86 zur Düse über einen Kanal 88 zu speisen. Der Kanal 88 kann flexibel ausgestaltet sein, um die Bewegung des Gehäuses 80 in Relation zum Reservoir 86 zu erlauben. Unter Bezugnahme wiederum auf 3 kann ein Regulator 100 verwendet werden, um selektiv die verschiedenen Düsen 42–50 in einer gewünschten Sequenz oder Reihenfolge zu aktuieren.
Um das Design und den Zweck des Prozesses und der Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung darzustellen, wird Bezug genommen auf die folgenden Beispiele. Das ganze ist dahingehend zu verstehen, daß die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist auf die Beispiele, wobei verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb der Erfindung durchgeführt werden können ohne Verlassen der Offenbarung und des Schutzbereichs. Obwohl die folgenden Beispiele unter Bezugnahme auf Aluminiumlegierungen, wie oben erwähnt, beschrieben werden, ist die Erfindung geeignet für das Gießen eines großen Bereiches von Metallen und Legierungen.
BEISPIELE
Beispiel 1 – Kühlung nach dem STand der Technik
4 ist eine Seitenansicht eines ersten Gußexemplars 52. Das erste Exemplar 52 bestand aus 6061-Aluminium und beinhaltete einen Steiger, in dem ein Thermoelement zu Punkt G platziert wurde. Das erste Exemplar 52 wurde gebildet durch Erhitzen des Aluminiums auf eine Temperatur von ungefähr 720°C (1.328°F) in einem elektrisch beheizten Schmelztiegel. Das Aluminium wurde in eine gravitationsgespeiste Form gegossen, die vorerhitzt war auf ungefähr 188°C (350°F) und zusammengesetzt war aus einem Aggregat eines Silicasandes/Quarzsandes mit einer durchschnittlichen Korngröße von ungefähr 150 Mikrometern (μm) und einem Binder, basierend auf einem Phosphatglas.
Der Sand war Wedron 505-Sand und der Binder wurde erhalten von MA International of Chicago, Illinois, welche den Binder unter dem Markennamen Cordis #4615 verkaufen. Der Binder betrug annähernd 1 Gewichtsprozent der Form. Ungefähr 2,99 Kilogramm, kg (6,6 Pfund, lbs) von Wedron 505-Sand wurden gemischt mit 29,9 Gramm, g (0,066 lbs) vom Cordis #4615-Binder. Das Mischen wurde durchgeführt mittels eines elektrisch betriebenen Handmischers, wobei die Form für 30 Minuten bei ungefähr 149°C (300°F) gebacken wurde.
Das Exemplar 52 wurde innerhalb von 10 Sekunden gegossen bei Entfernen des Schmelztiegels von der Hitze. Der Durchmesser des mittleren Schnittes des ersten Exemplars 52 betrug annähernd 20 Millimeter (mm) und die Länge des Exemplars 52 betrug ungefähr 120 mm. Während der Entleerung wurde die Form bei einer Temperatur von 65°C (150°F) gehalten.
Beim Gießen wurde das erste Exemplar 52 belassen, um auf Umgebungstemperatur abzukühlen gemäß dem Stand der Technik, wobei die in 5 gezeigte Abkühlkurve erzeugt wurde durch das Thermoelement am Punkt G (unter Bezug auf 4). Die Abkühlkurve G_cc beinhaltet eine Gießtemperatur H von ungefähr 720°C (1.328°F) und eine Verfestigungs- oder Erstattungstemperatur I von ungefähr 650°C (1.200°F). An der Verfestigungstemperatur I wurde ein thermisches Festhalteplateau J erreicht. Endete das thermische Festhalteplateau J, wurde das erste Gußexemplar 52 ausreichend gekühlt, um es diesem zu erlauben, aus seiner Form entfernt zu werden. Das Verbleibende der Kurve K repräsentiert das finale Abkühlen des Exemplars 52. Die Zeit bis zur Verfestigung L betrug über drei Minuten. Eine Abkühlkurve M_cc der vorliegenden Erfindung, die im Beispiel 2 unten zu beschreiben sein wird, wird lediglich zur Referenz gezeigt.
Beispiel 2 – Beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
6 ist eine Seitenansicht eines zweiten Gußexemplars 56. Das zweite Exemplar 52 bestand aus 6061-Aluminium und beinhaltete einen Steiger 58, in dem ein Thermoelement am Punkt M platziert wurde. Das zweite Exemplar beinhaltete ebenso einen oberen mittleren Bereich 60, einen unteren mittleren Bereich 62 und einen Boden 64. Thermoelemente wurden an den Punkten N, O und P, in der oberen Mitte 60, der unteren Mitte 62 bzw. dem Boden 64 des zweiten Exemplars 56 platziert.
Das zweite Exemplar 56 wurde gebildet mittels Erhitzen des Aluminiums auf eine Temperatur von ungefähr 720°C (1.328°F) in einem elektrisch beheizten Schmelztiegel. Das Aluminium wurde gegossen in einer gravitationsgespeisten Form, die vorerhitzt wurde auf ungefähr 177°C (350°F) und setzte sich zusammen aus einem Aggregat aus Silicasand/Quarzsand mit einer durchschnittlichen Korngröße von ungefähr 150 μm und einem Binder aus Phosphatglas, wie im ersten Beispiel. Das Exemplar 56 wurde innerhalb von 10 Sekunden des Entfernens des Schmelztiegels von der Hitze gegossen. Die Füllzeit der Form betrug ungefähr 3 Sekunden. Der Durchmesse des mittleren Abschnitts des zweiten Exem plars 56 betrug ungefähr 20 mm und die Länge des Exemplars 56 betrug ungefähr 120 mm. Die Form, während des Gießens, wurde gehalten bei einer Temperatur von ungefähr 65°C (150°F).
Unmittelbar nachdem das geschmolzene Metall gegosen wurde, das heißt innerhalb von 10 Sekunden nachdem die Form gefüllt war, wurden 0,5 Liter je Sekunde an Wasser direkt an die Basis der Form durch einen einzelnen horizontalen Fächerstrahl gerichtet. Hochvolumen-Niedrigdruckwasser wurde verwendet, um die Form zu entfernen. Spezifischer wurde Wasser geliefert bei einem Druck von ungefähr 70 bar (1.000 psi) durch beispielswiese einem 5 Kilowatt (kW) oder 5 Pferdestärken (hp) Wassersprüher. Das Wasser war Leitungs- oder Hahnwasser bei Umgebungstemperatur und wurde gesprüht in einem flachen Fächersprühmuster, das breit genug war, um die Breite der Form zu umfassen. Die Dimensionen des Wasserstrahls an dem Punkt, an welchem dieses in die Form schlägt, betrugen 4 mm bis 35 mm. Der Strahl wurde über einen Zeitraum von ungefähr 45 Sekunden zum oberen Ende/der Spitze der Form progressiv nach oben geführt, so daß die Form weggewaschen wurde.
Das Wasser, oder ein anderes Fluid, kann bei variierenden Drücken und Raten gesprüht werden. Im Bereich, der befriedigend geprüft worden ist für den Guß des Beispieles 2, reicht von einem Minimum von ungefähr 4 Litern (1 Gallone) bei ungefähr 3 bar (40 psi) bis ungefähr 11 Liter (3 Gallonen) bei ungefähr 100 bar (1.500 psi).
Es sollte ebenso verstanden werden, daß der Guß darüber hinaus gekühlt werden kann, nachdem die Form entfernt worden ist durch Fortsetzen des Sprühens des Gusses mit einer Kühlflüssigkeit. Die Feuchtigkeit der Umgebung erscheint nicht als signifikant in Bezug auf die Entfernung der Form. Jedoch kann die Aufrechterhaltung einer hohen Feuchtigkeit oder das Voranfeuchten der Form die Geschwindigkeit des Entfernungsprozesses zu beschleunigen.
7 zeigt die Abkühlkurven, die erzeugt werden durch die Thermoelemente, die platziert sind an den Punkten M, N, O und P im zweiten Exemplar 56 (bezugnahmend auf 6). Die Abkühlkurve am Punkt M im Steiger 58 ist bezeichnet als M_cc, wobei die Kurve am Punkt N im oberen mittleren Bereich 60 gekennzeichnet ist als N_cc, die Kurve am Punkt O im unteren mittleren Bereich 62 bezeichnet ist als O_cc und die Kurve am Punkt P am Boden 64 des Exemplars 56 bezeichnet wird als P_cc. All diese Abkühlkurven im M_cc, N_cc, O_cc und P_cc weisen eine Gießtemperatur zwischen ungefähr 650°C (1.200°F) und gerade über 700°C (1.300°F) auf. Wie im vorherigen Beispiel liegt die Gießtemperatur Q am Steiger 58 oberhalb von 700°C (1.300°F). Die thermischen Verweilplateaus R für die Abkühlkurven M_cc, N_cc, O_cc und P_cc betrugen um oder leicht unter 650°C (1.200°F), wie im vorherigen Beispiel. Jedoch endeten die thermischen Verweilplateaus R relativ schnell mit der finalen Kühlung S, die schnell durch die Solidustemperatur T von 582°C (1.080°F) läuft und zur Raumtemperatur in einem extrem kurzen Zeitbetrag U, einer Zeit von ungefähr einer Minute.
Es ist wichtig, die Zeit zur Verfestigung zu notieren, d. h. die Zeit, bei der jedes thermische Verweilplateau R endet, variierend entlang des Exemplars 56 gemäß der Reihenfolge des Kühlens. Das thermische Verweilplateau R für die Abkühlkurve am Punkt P, der erste zu kühlende Bereich, endet ungefähr nach 30 Sekunden. Das thermische Verweilplateau R für die Abkühlkurve am Punkt O, der zweite zu kühlende Bereich, endet nach ungefähr 40 Sekunden. Das thermische Verweilpla teau R für die Abkühlkurve am Punkt N, der dritte zu kühlende Bereich, endet ungefähr nach 45 Sekunden. Schließlich endet bei V das thermische Verweilplateau R für die Abkühlkurve am Punkt M, der letzte zu kühlende Bereich, eine Zeit von ungefähr 53 Sekunden.
Wie auf dem Weg der obigen Beispiele gezeigt, beträgt die Zeit zur Verfestigung L (bezugnehmend auf 5) ungefähr drei Minuten, wobei die zu vergleichende Zeit zur Verfestigung der vorliegenden Erfindung V (bezugnehmend auf 7) unter einer Minute liegt. Ebenso wird die Zeit, die benötigt wird, um den Guß vollständig zu kühlen, drastisch reduziert, von über einer Stunde für den vorherigen Stand der Technik von 5 auf ungefähr eine Minute für die vorliegende Erfindung, wie in 7 bei U gezeigt. Die Kühlrate wird abgeschätzt, in der Größenordnung von 30 bis 50°C je Sekunde (60 bis 100°F je Sekunde) im festen Teil des Gusses zu liegen.
Darüber hinaus wurde das DAS des ersten Exemplars 52 gemessen und dieses auf ungefähr 70 μm befunden, während das DAS des zweiten Exemplars 56 umgefähr 20 μm betrug. Wie oben bereits erwähnt, wurde das DAS kleiner je schneller die Verfestigungsrate war. Das zweite Exemplar 56 der vorliegenden Erfindung weist ein DAS auf, das signifikant kleiner ist als das des Exemplars 52 aus dem Stand der Technik und ist gleich oder kleiner als das, das gefunden wird in schnell kühlenden Gußverfahren des Standes der Technik, beispielsweise Druckstempelgießen. Weil jedoch die Form schwerkraftgespeist sein kann, werden die Probleme, die verbunden sind mit den Turbulenzen, die induziert werden im geschmolzenen Metall beim Druckstempelgießen, vermieden. Die Korngröße des 6061-Aluminiumgusses gemäß der vorliegenden Erfindung wurde ermittelt auf ungefähr 45 μm mit nicht zusätzlichem Kornverfeinerer. Dies wird angesehen, eine feine Korngröße zu sein, erlaubend dem Guß, einer Ermüdung besser als Güsse zum Stand der Technik zu widerstehen.
Während die gehämmerte/geschmiedete Aluminiumlegierung 6061 wie in den Beispielen diskutiert worden ist, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung ebenso geeignet sein für andere gehämmerte/geschmiedete Legierungen, insbesondere die 7000 Serie Aluminiumlegierungen, die normalerweise sehr lange Erstarrungsraten aufweisen. Die sehr schnellen Verfestigungsraten gemäß der vorliegenden Erfindung würden das Gießen dieser langen Erstarrungsratenlegierungen ermöglichen. Aufgrund der schnellen Quenching-Raten, in einer Größenordnung von 30 bis 50°C je Sekunde (60 bis 100°F je Sekunde), kann die vorliegende Erfindung Lösungs- oder Alterungsbehandlungszeiten reduzieren oder eliminieren, dadurch bereitstellend Kostenersparnisse. Der Prozeß kann ebenso nützlich sein in geschmiedeten/gehämmerten Serien von Aluminiumlegierungen, sowie bei nicht teuren Aluminiumgußlegierungen, wie beispielsweise 319- und 33-Serie.
Beispiel 3 – Eine andere exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
Nunmehr unter Bezugnahme auf 8, enthält eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Form 120, die geschmolzenes Metall 122 enthält. Die Form kann erhalten sein in einem Rahmen 130, der hergestellt ist beispielsweise aus einer Mehrzahl an Stangen, so daß das Lösungsmittel den Rahmen penetrieren kann und das Material der Form 120 abträgt oder löst, und so daß die abgetragenen Partikel der Form vom Rahmen wegfallen können. In dieser Ausführungsform kann die Form 120 gefüllt sein/werden in den Ausführungs formen der 2 und 3 über Schwerkraft/Gravitationsfüllen, wie von einem Schmelztiegel oder einer Pfanne oder auf eine andere konventionelle Art und Weise. In dieser Ausführungsform wird die Figur nach unten bewegt gegen eine erste Anordnung an Spraystangen, wie durch einen Pfeil 134 dargestellt. Alternativ dazu kann die Anordnung der Spraystangen nach oben verschoben werden, wie durch einen Pfeil 136 angezeigt. Darüber hinaus, jedoch nicht gezeigt, kann die Form ebenso gedreht und verfahren werden, wenn dies erforderlich ist, über konventionelle Mittel.
Der Spraymechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf eine erste Spraystange 140, an der angebracht worden sein kann eine Mehrzahl an Spraydüsen 142, gehalten in einem gemeinsamen Gehäuse 144. In 8 sind sechs Spraydüsen 142 dargestellt. Selbstverständlich kann jede andere geeignete Anzahl an Düsen verwendet werden. Diese können jeweils voneinander beabstandet sein in Zwischenräumen von jedem Wert von einem 1/4 Inch bis 1 Inch (0,64 is 2,54 cm). Beabstandet von der ersten Spraystange 140 ist eine zweite Spraystange 150, die ebenso aufweisen kann eine Mehrzahl an Spraydüsen 152, die gehalten werden in einem gemeinsamen zweiten Gehäuse 154. Das zweite Gehäuse kann beabstandet sein vom ersten Gehäuse durch irgend einen Wert von einem 1/4 Inch bis 6 Inch (0,64 bis 15,2 cm) durch geeignete konventionelle Beabstandungselemente 156. Beabstandet von der zweiten Spraystange 150 ist eine dritte Spraystange 160, die ebenso eine Mehrzahl an Spraydüsen 162 aufweisen kann, in einem gemeinsamen Gehäuse 164. Die Düsenbeabstandung der Spraydüsen in den zweiten und dritten Spraystangen kann annähernd die gleiche Distanz sein wie aufgestellt im Zusammenhang mit der ersten Spraystange, oder unterschiedliche Di stanzen.
Das Speisefluid zur ersten Spraystange 140 ist eine erste Zuführleitung 170, die gespeist wird mittels einer ersten Quelle 172. Das Fluid kann beispielsweise sein heißes Wasser bei ungefähr 150°F (65,6°C) bei einer Rate von ungefähr 8–10 Gallonen je Minute (30,3 bis 37,9 Liter je Minute). Selbstverständlich sollte realisiert werden, daß andere Typen an Fluiden bei anderen Raten und Temperaturen ebenso verwendet werden können. In der dargestellten Ausführungsform versprüht die zweite Spraystange Umgebungstemperaturwasser bei einer Rate von jedem Wert von 20 bis 30 Gallonen je Minute (75,8 bis 113,6 Liter je Minute), wie gespeist mittels einer zweiten Zuführungsleitung 174 von einer zweiten Fluidzuführung 176. Die dritte Spraystange sprüht Umgebungstemperaturwasser bei einer Rate von jedem Wert zwischen 10 bis 15 Gallonen je Minute (37,9 bis 56,8 Liter je Minute), wie zugeführt durch eine dritte Zuführungsleitung 180 von einer dritten Speisequelle 182. Während das Fluid für alle drei Sprühstangen angezeigt ist, Wasser zu sein, ist es offensichtlich, daß unterschiedliche Typen an Fluiden verwendet werden können für die verschiedenen Sprühstangen, falls erwünscht. Darüber hinaus können die Fluide bei unterschiedlichen Temperaturen ebenso versprüht werden.
Um die unterschiedlichen Raten an Spray zu erhalten, d. h. irgend einen Wert von 8 Gallonen bis 30 Gallonen (30 bis 113,6 Liter je Minute), die gesprüht werden durch die verschiedenen Spraystangen, kann entweder der Betrag an Spraydüsen erniedrigt oder erhöht werden, wie benötigt, oder das Volumen des Flusses durch die Spraydüsen selbst kann geeignet eingestellt werden, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Alternativ dazu können konventionelle Pumpen (nicht gezeigt), die mit den verschiedenen Fluidzuführungslinien kommunizieren, geeignet reguliert werden, um die gewünschten Flußraten zu erreichen. Die Sprühraten würden geändert werden für verschiedene Flußdicken, verschiedene verwendete Binder und würden unabhängig sein von den Gußmodi und dem Verfestigen der Legierungszusammensetzung.
Die Zuführrate/Speiserate der Form, wenn diese nach unten bewegt wird gegen die erste Anordnung von Spraystangen, kann in der Größenordnung liegen von 0,01 bis 1 Inch je Sekunde (0,025 bis 2,54 cm je Sekunde), wie benötigt für die Dicke des Gusses sowie hinsichtlich des speziell zu gießenden Metalltyps und der spezifischen Zusammensetzung der Form.
Mit weiterer Bezugnahme auf 8 können ebenso weitere Spraystangen verwendet werden, die unterhalb der ersten Anordnung der Spraystangen lokalisiert sind. Dargestellt ist eine vierte Spraystange 190, die aufweist eine Mehrzahl an Spraydüsen 192, die angebracht sind an einem gemeinsamen Gehäuse 194. Beabstandet von der vierten Spraystange kann eine fünfte Spraystange 200 vorhanden sein, die ähnlich bereitgestellt wird mit einer oder mehreren Spraydüsen 202, die gehalten werden in einem gemeinsamen Gehäuse 204. Während in der Zeichnung die gleichen Beträge an Spraydüsen (6) dargestellt sind, ist es offensichtlich, daß jede geeignete und gewünschte Anzahl an Spraydüsen verwendet werden kann für jede der verschiedenen Spraystangen 140, 150, 160, 290 und der hier diskutierten 200. Diese Spraydüsen werden gespeist durch eine vierte Speiseleitung 210, die verbunden ist mit einer vierten Quelle 212. Die Quelle kann Umgebungstemperaturwasser sein.
Die Spraydüsen für all die verschiedenen Spraystangen, die hier erwähnt wurden, kann jede eine Kapazität von ungefähr 1/2 Gallone je Minute (1,9 Liter je Minute) und ein Fächerspraymuster aufweisen, das das zu versprühende Fluid bei einem ungefähr 30°-Muster ausbreitet.
Das gegossene Metall im Testmuster der in 8 dargestellten Vorrichtung war A356-Aluminium. Das dritte Muster wurde gebildet, zweifach, durch Erhitzen des Aluminiums auf eine Temperatur von ungefähr 1.350°F. Dieses wurde einmal gebildet in einem gasbefeuerten Schmelztiegel und ein andermal in einem elektrisch beheizten Schmelztiegel. Das erstemal wurde das Aluminium in eine Raumtemperaturform gegossen, die zusammengesetzt war aus einem Aggregat Silicasand/Quarzsand mit einer Durchschnittskorngröße von ungefähr 150 μm unter Verwendung eines Phosphatbinders. Das zweitemal wurde Aluminium in einen Silicasand/Quarzsand gegossen mit der gleichen Durchschnittskorngröße unter Verwendung eines Binders aus Magnesiumsulfat. Jede Form wurde bei Umgebungstemperatur während des Gießens gehalten. Augenblicklich nachdem das geschmolzene Metall gegossen wurde, innerhalb von 10 Sekunden nachdem die Form gefüllt wurde, begann der Sprühprozeß mit dem Lösungsmittel, das, wie erwähnt, Wasser war.
Durch Unterwerfen einer Form, die einen löslichen Binder aufweist, einem Lösungsmittel, wird die Form aufgelöst, simultan verursachend, daß der Guß sich verfestigt und abkühlt. Auf diese Art und Weise wird ein substantiell gekühlter Guß schnell erreicht, der aus seiner Form separiert worden ist. Die vorliegende Erfindung erlaubt es der Form, lediglich die Form des Gußproduktes zu definieren und beschränkt die Extraktion der Wärme oder im wesentlichen keine Wärme am Guß zu extrahieren. Die Extraktion von Wärme wird ausgeführt durch den gesteuerten Prozeß des Erstarrens des Gusses mit einem Lösungsmittel in einer gerichteten Art und Weise, um die maximalen Eigenschaften und Entspannung des Gusses zu fördern. Durch die Ausführung der Wärmeextraktion in einem separaten Schritt fördert das Füllen der Form, ob durch Graviationsgießen, Kippgießen oder durch Zellgravitationsfüllen, das Fließen des geschmolzenen Metalls bei Minimierung von vorreifer Verfestigung, erlaubend Güsse von zu erreichender komplexer Geometrie oder dünner Abschnitte.
Die Applikation eines Lösungsmittels muß nicht über eine Düse stattfinden. Man könnte beispielsweise direkt das Lösungsmittel zur Form leiten über ein Flügelrad, über einen Wasserfall oder andere Mittel. Darüber hinaus ist es denkbar, daß eine Binder- und Lösungsmittelkombination entwickelt werden könnte von solch einer Effektivität, daß die Form entfernt werden könnte ohne schnelle Bewegung des Lösungsmittels, beispielsweise durch Eintauchen der Form in ein Lösungsmittelbad. Daher sind ebenso andere Mittel denkbar, während ein Mittel zum Applizieren des Lösungsmittels eine Düse ist.
Ebenso können der Düsendruck, das versprühte Lösungsvolumen, die Bewegungsrichtung der Lösung in Relation zur Form (beispielsweise: 1. die Düse bewegt sich und die Form verharrt stationär; 2. die Form bewergt sich und die Düse verharrt stationär; oder 3. sowohl die Form als auch die Düse bewegen sich, entweder simultan oder innerhalb diskreter Zeitintervalle) sowie andere Parameter können unabhängig sein in Bezug auf entweder die Größe oder Art des erzeugten Abschnitts, oder von beiden. Beispielsweise werden unterschiedliche Einstellungen benötigt beim Herstellen von Fahrzeugrädern als bei der Herstellung von kleineren Fahrzeugaufhängungskomponenten.
Wie in den obigen Beispieln beinhalten Metallgüsse typischerweise Steiger, die dem geschmolzenen Metall erlauben, zu den Güssen befördert zu werden, wenn diese abkühlen und schrumpfen, dadurch reduzierend jegliche Fehlstellen, die verursacht werden durch das Schrumpfen. Wenn ein Guß abgekühlt ist, muß der Steiger herausgeschnitten werden. Mit der vorliegenden Erfindung kann wenigstens ein Lösungsmittelstrahl designt werden, um Lösungsmittel mit einer Rate, einem Volumen und einem Bereich bereitzustellen, die ausreichend sind, um die Steiger herauszuschneiden, dadurch eliminierend einen zusätzlichen Prozeßschritt des Standes der Technik.
Darüber hinaus sind der Prozeß, die Formen und das Equipment/die Ausstattung involviert mit geringen Kosten und sind umweltfreundlich. Güsse können hergestellt werden mit einem guten Oberflächen-Finish und wünschenswerten mechanischen Eigenschaften in einer schnellen und ökonomischen Art und Weise, während die Bestandteile der Form für eine weitere Verwendung wiedergewonnen werden können.
Während in den 2 und 3 ein Gravitationsspeisesystem dargestellt ist unter Anwendung eines Schmelztiegels oder einer Pfanne 32, sollte das ganze dahingehend verstanden werden, daß ein Druckassistenzspeisesystem ebenso verwendet werden kann zum Speisen von geschmolzenem Metall in die Form. Eine Reihe an konventionellen druckexistierenden Speisesystemen sind im Stand der Technik bekannt.
In den vorhergehenden Paragraphen wurde Erwähnung gefunden hinsichtlich der Zersetzung der Form. Das ganze sollte dahingehend verstanden werden, daß die gesamte Form nicht zersetzt oder entfernt werden muß im Prozeß der vorliegenden Erfindung. All das, was notwendig ist, ist die Entfernung wenigstens eines Teils der Form, wobei der Schritt des Entfernens der Form beginnt bevor der Schritt der Verfestigung des geschmolzenen Metalls beendet worden ist. Der Abschnitt der entfernten Form kann eine Seite der Form oder beispielsweise ein Bodenabschnitt der Form von all diesen Seiten sein. Beispielsweise können sämtliche vier Seiten einer rechteckigen Form entfernt oder zersetzt werden.
In der obigen Beschreibung wurde erwähnt, daß die Lösungsmittelzuführrate im Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 50 LIter je Sekunde liegt. Das ganze sollte dahingehend verstanden werden, daß die Rate an Lösungsmittelzuführung entweder konstant oder variieren kann, wie gewünscht. Beispielsweise, für bestimmte Metalle und bestimmte Formen, kann es vorteilhaft sein, die Rate der Lösungsmittelzufuhr zu variieren, wobei für andere Typen an Metallen oder Formen eine konstante Rate der Zuführung vorteilhaft sein wird. In ähnlicher Weise wurde in der Beschreibung aufgeführt, daß der Lösungsmittelzuführdruck liegen kann von ungefähr 0,03 bar bis ungefähr 70 bar. Es sollte dahingehend verstanden werden, daß der Druck der Lösungsmittelzufuhr variieren kann oder konstant gehalten werden kann. Es ist ersichtlich für den Fachmann auf diesem Gebiet, daß konventionelle Pumpen verwendet werden können, die geeignet reguliert werden können, um die gewüschten Fluidzuführungsraten und Drücke zu erreichen, ob diese variierend oder konstant sind.
Die Erfindung ist beschrieben worden unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen. Es ist offensichtlich, daß Modifikationen und Abweichungen auftreten werden beim Lesen und beim Verständnis der vorherigen detaillierten Beschreibung. Es ist gewünscht, daß die Erfindung dahingehend aufgefaßt wird, daß diese all solche Modifikationen und Abweichungen insofern bein haltet, als diese im Schutzbereich der angehängten Ansprüche oder deren Äquivalente liegen.

Claims

Verfahren zum Gießen von Metallen, aufweisend die Schritte: Bereitstellen einer Form (36, 120); Befördern eines geschmolzenen Metalls (122) in die Form; Verfestigen des geschmolzenen Metalls; und Entfernen wenigstens eines Abschnitts der Form, wobei der Schritt des Entfernens der Form beginnt bevor der Schritt der Verfestigung des geschmolzenen Metalls abgeschlossen ist, und wobei der Schritt des Entfernens wenigstens eines Abschnittes der Form den Schritt des Unterwerfens der Form der Wirkung eines Lösungsmittels beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Unterwerfens der Form der Wirkung eines Lösungsmittels beinhaltet den Schritt des Besprühens der Form mit dem Lösungsmittel.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Besprühens beginnt, kurz nachdem das geschmolzene Metall in die Form gegossen worden ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Schritt des Besprühens der Form mit einem Lösungsmittel beinhaltet den Schritt des Einstellens wenigstens einer Lösungsmittelbesprühungsrate und eines Lösungsmittelbesprühungsmusters.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schritt des Besprühens der Form mit einem Lösungsmittel beinhaltet den Schritt des Lenkens wenigstens von zwei Lösungsmittelstrahlen auf die Form.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein erster Lösungsmittelstrahl auf die Form gerichtet ist zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt oder einem unterschiedlichen Ort im Vergleich zu einem zweiten Lösungsmittelstrahl.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zwei Strahlen voneinander beabstandet sind, um so separate Bereiche der Form zu berühren.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei mehrere Lösungsmittelstrahlen auf die Form gerichtet sind, über wenigstens eine Sprühschiene.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Lösungsmittel mit einer Rate von ungefähr 0,5 bis ungefähr 50,0 Litern pro Sekunde zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Lösungsmittel mit einem Druck von ungefähr 0,03 bis ungefähr 70,0 bar zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Unterwerfens der Form der Wirkung des Lösungsmittels beinhaltet den Schritt des Eintauchens der Form in ein Bad des Lösungsmittels.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Lösungsmittel beinhaltet wenigstens eines aus einem flüssigen, einem gasförmigen und einem körnigen Material.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Form beinhaltet wenigstens einen Bestandteil, und der Prozeß beinhaltet weiterhin den zusätzlichen Schritt der Wiedergewinnung des wenigstens einen Bestandteils und des Lösungsmittels.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Schritt der Verfestigung des geschmolzenen Metalls beinhaltet das Verursachen einer progressiven Verfestigung des geschmolzenen Metalls.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Schritte der Entfernung wenigstens eines Abschnittes der Form und der Verfestigung des geschmolzenen Metalls annähernd gleichzeitig durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Schritt des Entfernens von wenigstens einem Abschnitt der Form den Schritt der Zerlegung der Form beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Schritt des Zuführens des geschmolzenen Metalls in die Form durch eine Schwerkraftzuführung (32) des geschmolzenen Metalls verwirklicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Schritt der Zuführung des geschmolzenen Metalls in die Form verwirklicht wird mittels Druckassistenzzuführungssystems.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Unterwerfung der Form der Wirkung des Lösungsmittels beinhaltet das Bereitstellen einer Sprühdüse zum Besprühen der Form mit dem Lösungsmittel.
Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin aufweisend den Schritt der Bewegung der Form oder der Sprühdüse in Relation zueinander.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, weiterhin aufweisend den Schritt der Zuführung zusätzlichen geschmolzenen Metalls zur Form während des Schrittes der Unterwerfung der Form der Wirkung des Lösungsmittels.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Form aufweist ein Aggregat und einen Binder, wobei der Binder durch das Lösungsmittel löslich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Form beinhaltet einen Binder und ein Aggregat, und weiterhin aufweisend den zusätzlichen Schritt der Wiedergewinnung von wenigstens dem Binder, Aggregat oder Lösungsmittel.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei eine Rate, bei der die Form der Wirkung des Lösungsmittels unterworfen wird, gering genug ist, um einen Schaden an einem Gußteil, das aus dem geschmolzenen Metall gebildet ist, zu vermeiden.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Rate, mit der die Form der Wirkung des Lösungsmittels unterworfen wird, hoch genug ist, um die Bildung eines Dampfnebels zu überwinden.