DE69801690T2

DE69801690T2 - Filter für Metallschmelzen und Giesseinrichtung

Info

Publication number: DE69801690T2
Application number: DE1998601690
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Shigeno; Takanobu Suzuki
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2018-02-05
Also published as: EP0858852A1; JP3614598B2; EP0858852B1; JPH10216901A; DE69801690D1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Filter zum Entfernen von Fremdstoffen aus einem Strom von geschmolzenem Metall. Außerdem betrifft die Erfindung eine Gießvorrichtung, die solch einen Filter enthält.
Beim herkömmlichen Gießen ist bekannt geworden, daß die mechanische Festigkeit eines Erzeugnisses geringer wird als die theoretische Festigkeit des Materials selbst, wenn Fremdstoffe in dem geschmolzenen Metall in einem Formhohlraum zusammen mit dem geschmolzenen Metall bei dem Herstellungsverfahren eines Gießerzeugnisses vermischt werden und eine Idee wird vorgeschlagen, daß ein Filter in einem Kanal vorgesehen wird, um eine Mischung von Fremdstoffen in das Erzeugnis zu verhindern. Zum Beispiel schlägt die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Hei 2-241656 vor, daß in einem Kanal, der einen Durchflußkanal bildet, zwei Filter mit unterschiedlicher Dicke, Porendurchmesser und Porosität auf der oberen und unteren Seite vorgesehen sind.
Jedoch ist es beim Entfernen von Fremdstoffen durch Verwendung der vorerwähnten Filter notwendig, Filter mit feinen Maschen oder mit einem sehr kleinen Durchmesser einzusetzen, um sehr kleine Fremdstoffe zu entfernen, was zu einem leichten Verstopfen der Filter führt und eine Langzeitnutzung verhindert, was häufiges Filterersetzen mit dem Ergebnis einer verminderten Herstellungswirksamkeit verursacht.
Um diese Probleme zu lösen, wird in der Japanischen Ungeprüften Patentveröffentlichung Hei 7-28904 eine Idee vorgeschlagen, daß an der Einlage eines Kanales, der einen Durchflußkanal bildet, eine Filteranordnung mit groben Filtern geschaffen wird, eng an beide Seiten eines feinen Filters gesetzt, wobei der grobe Filter zunächst große Fremdstoffe abscheidet, um dadurch das Verstopfen des feinen Filters, verursacht durch große Fremdstoffe zu verhindern und um eine längere Funktionsfähigkeit der Filteranordnung zu bewirken.
Jedoch führt die Anordnung der Filteranordnung mit groben Filtern, eng an beide Seiten eines feinen Filters gesetzt, zu einem komplizierten Herstellungsverfahren der Filteranordnung selbst, sowie zu höheren Produktionskosten.
Selbst wenn die Filteranordnung derart angeordnet wird, so daß ein grober Filter zunächst große Fremdstoffe abscheidet, ist er in solch einer Weise angeordnet, so daß der Kanal versperrt wird, so daß der Filter selbst als ein Widerstand auf das geschmolzene Metall wirkt, das in dem Kanal fließt. Besonders wenn der mittlere Abschnitt der Filteranordnung mit Fremdstoffen verstopft ist, wird der Widerstand für das geschmolzene Metall sehr groß, so daß eine Notwendigkeit zum Ersetzen der Filteranordnung bestehen kann, sogar wenn der Filter nicht insgesamt verstopft ist.
Außerdem, wenn die Filteranordnung an dem Einlaß des Kanales, wie oben beschrieben, vorgesehen ist, muß der Kanal zu der Zeit des Filterersetzens von dem Ofen entfernt werden, was ein weiteres Problem des komplizierten Filterwechsels aufwirft.
Um die vorhergehenden Probleme zu lösen, ist es das Ziel der Erfindung, einen Filter zum Entfernen von Fremdstoffen aus einem Strom von geschmolzenen Metall zu schaffen und eine Gießvorrichtung, in der der Filter eingesetzt ist, in der Lage, den Einfluß des Filterverstopfens auf das geschmolzene Metall auf ein Minimum zu reduzieren und Fremdstoffe effizient für eine lange Zeit zu beseitigen.
Das vorhergehende Ziel wird durch einen Filter erreicht, der einen Mittelabschnitt und einen Umfangsabschnitt hat, wobei die Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalles in dem Mittelabschnitt größer ist, als in dem Umfangsabschnitt.
Außerdem wird das vorerwähnte Ziel durch eine Gießvorrichtung erreicht, die einen Ofen zum Halten des geschmolzenen Metalls aufweist, eine Gießform zum Aufnehmen des geschmolzenen Metalls, wobei die Gießform mit dem Ofen durch einen Kanal verbunden ist, das geschmolzene Metall in die Gießform durch den Kanal unter Verwendung eines Druckunterschiedes zwischen dem Inneren des Ofens und dem Inneren der Gießform eingegossen wird, und ein Filter, der in den Kanal zum Beseitigen von Verunreinigungen aus dem geschmolzenen Metall, die zu der Gießform fließt, wobei die Durchsatzrate an geschmolzenen Metall in dem Mittelabschnitt höher festgelegt wird, als in dem diesen umgebenden Umfangsabschnitt.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den jeweiligen Unteransprüchen enthalten.
Ein Ausführungsbeispiel eines Filters und einer Gießvorrichtung nach dieser Erfindung wird nachstehend durch ein Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
Fig. 1 ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung einer Niederdruckgießvorrichtung, die einen Filter für Gießvorrichtungen nach dieser Erfindung enthält;
Fig. 2 ist eine Ansicht der Niederdruckgießvorrichtung von Fig. 1, bei der die Gießform und den Kanal getrennt sind:
Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Montageabschnittes des Filters zu der Gießvorrichtung von Fig. 1;
Fig. 4(a) ist eine Draufsicht des Filters, und Fig. 4(b) ist eine Schnittdarstellung, entlang der Linie A-A von Fig. 4(a);
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Messungen der Abscheidung der Fremdstoffe (sogenannte Schlacke) zu der Menge des gefilterten geschmolzenen Metalls für den Filter 20 zeigt.
In Fig. 1 zeigt Bezugszeichen 1 eine Niederdruckgießvorrichtung. Die Niederdruckgießvorrichtung 1 ist derart angeordnet, daß sie zusammengesetzt ist aus einem Ofen 3, der einen Schmelztiegel 2 enthält, einer Gießform 10, gebildet mit einem Formhohlraum 4 für ein Gießprodukt, und einen Kanal 6, dessen unteres Ende nahe des Bodens des Schmelztiegels 2 eingetaucht ist und dessen oberes Ende mit Eingießöffnungen 10a der Gießform 10 verbunden ist, und daß das geschmolzene Metall in den Kanal 6 gegen seine Schwerkraft aufsteigt, um von den Eingießöffnungen 10a in den Formhohlraum 4 eingegossen zu werden, wenn Druckluft oder inertes Gas in den Ofen 3 eingeführt wird, um so Druck auf das geschmolzene Metall in dem Schmelztiegel 2 auszuüben. Die Gießform 10 ist zusammengesetzt aus einem Gießformkörper 11, versehen mit einem Formhohlraum 4 und bestehend aus vier geteilten Formen, teilbar durch Gleitbewegungen nach hinten und vorn und nach rechts und links, und einer oberen Gießform 12, und einer unteren Form 12, die das obere und das untere Ende des Formhohlraumes 4 bilden; und die bei einem gegebenen Druck durch obere und untere Formteilaufnahme 15, 14 gehalten werden. Betreffend die Eingießöffnung 10a, obwohl nur eine Öffnung in Fig. 1 gezeigt ist, ist die untere Gießform 13 mit einer Mehrzahl von Eingießöffnungen versehen, der Kanal 6 hat einen vergrößerten Durchmesser in der Form eines Trichters an seiner Oberseite 6a, um so alle der Eingießöffnungen 10a abzudecken.
Die Gießform 10, wie in Fig. 2 gezeigt, ist derart angeordnet, daß sie von dem Kanal 6, zusammen mit dem oberen und unteren Formteilaufnahmeteil 14, 15 getrennt werden kann.
Wie im einzelnen in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein Filter 20 zwischen dem unteren Ende der Gießform 10 gehalten, oder genauer, zwischen dem Boden der unteren Gießform 13 und dem oberen Ende des Kanales 6.
Die Fig. 4(a), (b) sind eine Draufsicht des Filters 20 und eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A.
Der Filter 20, wie in Fig. 4 gezeigt, besteht aus einem Drahtnetz in der Form eines flachen Hülsenbodens hergestellt, gebildet an seinem oberen Ende mit einem Flanschabschnitt 21, der sich radial nach außen erstreckt, wobei der Flanschabschnitt, der vier Einsatzzungen 22 hat, die sich jeweils vorn und hinten und an den Seiten nach außen erstrecken.
In dem mittleren Abschnitt des Bodens des Drahtnetzes, das eine Filteroberfläche des Filters 20 bildet, ist eine Öffnung 20a gebildet, deren Querschnittsfläche zumindest größer ist als das Gesamtquerschnittsfläche der Eingießöffnungen 10a der Gießform 10.
Der oben beschriebene Filter 20, wie in Fig. 3 gezeigt, ist auf dem Kanal 6 angeordnet, so daß er an seinem Flanschabschnitt mit dem oberen Ende des Kanales im Eingriff ist, befestigt an den Zungen 22 mit dem Kanal 6 mit geeigneten Befestigungsteilen, wie z. B. Schrauben, und dann gehalten zwischen der Gießform 10 und dem Kanal 6, wobei die Gießform 10 auf dem oberen Ende des Kanales 6 montiert ist.
Die Funktionen der Niederdruckgießvorrichtung mit einem oben geschilderten Filter wird nachstehend beschrieben.
Wenn ein Druck auf den Ofen 3 angelegt wird, nachdem die Gießform 10 auf den Kanal gesetzt ist, steigt das geschmolzene Metall in dem Schmelztiegel 2 in dem Kanal 6 entgegen ihrer Schwerkraft auf, wie in Fig. 1 gezeigt. Der Metallschmelzfluß steigt mit einer angemessenen eingestellten Geschwindigkeit durch Druck, angewandt auf den Ofen 3, auf, in Abhängigkeit von der Form des Formhohlraumes 4 der Gießform 10 oder dem Material des geschmolzenen Metalls. Da jedoch die Fließgeschwindigkeit an der Wandoberfläche 6b des Kanales 6 im wesentlichen Null ist, ist sie in der Kanalmitte am höchsten und nimmt ab, wenn der Fluß sich der Wandoberfläche 6b radial nach außen von der Kanalmitte her nähert. Daher fließt das geschmolzene Metall in dem Kanal, während es sich zugleich ausbreitet, radial nach außen, wie durch die Pfeile in Fig. 1 gezeigt, wird an dem vergrößerten Durchmesserabschnitt 6a, gebildet an der Oberseite des Kanales 6, freigesetzt, und verteilt sich weiter nach außen. Dieses geschmolzene Metall, das in dem Kanal 6 strömt, veranlaßt, daß Fremdstoffe in dem geschmolzenen Metall nach außen gedrückt werden, zur Seite in Richtung der Wandoberfläche 6b des Kanales 6, während sie nach oben in dem Kanal 6 aufsteigt, so daß die Fremdstoffe aus dem Mittelabschnitt der Metallschmelzeströmung abgeschieden werden.
Auf dieser Weise, da der Mittelabschnitt des geschmolzenen Metalles, der keine Fremdstoffe enthält, aus Eingießöffnungen 10a in den Formhohlraum 4 nach Passieren durch der Öffnung des Filters 20, eingegossen wird, passiert der äußere Abschnitt des geschmolzenen Metalls, der Fremdstoffe enthält, durch den Drahtnetzabschnitt des Filters 20, und wird in den Formhohlraum 4 eingegossen, nachdem die Fremdstoffe ausgefiltert sind.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Messung der Abscheidungen von Fremdstoffen (sogenannter Schlacke), zu der Menge des gefilterten geschmolzenen Metalls zeigt (Einheit Gewicht · Anzahl der Gießversuche). Das Diagramm zeigt, daß die Abscheidung der Fremdstoffe im Verhältnis zu der Menge des gefilterten geschmolzenen Metalls zunimmt, und demzufolge der Filter 20 geeignete Dauerhaftigkeit zum Sammeln der Fremdstoffe aufweist.
Wie oben beschrieben ist der Filter so angeordnet, daß eine Öffnung 20a in dem Mittelabschnitt vorgesehen ist und ein Drahtnetzabschnitt ist nur an dem äußeren Anschnitt angeordnet, wo Fremdstoffe sich ansammeln, so daß der Widerstand der verstopften Fremdstoffe auf den Metallschmelzfluß auf ein kleinst-mögliches Niveau reduziert werden kann, was einen mangelhaften Durchlauf des geschmolzenen Metalls infolge verminderter Fließgeschwindigkeit, verursacht durch Filterverstopfung, vermieden ist. Außerdem erlaubt dies, daß Veränderungen im Filterwiderstand über der Zeit auf das geschmolzene Metall auf ein Minimum begrenzt werden, so daß Schwierigkeiten, wie z. B. Entwicklung von Graten durch Veränderungen in der Fließgeschwindigkeit auf ein niedrigstes Niveau gesteuert werden können, sogar für eine Langzeitnutzung unter den gleichen Gießbedingungen, was Stabilität in der Qualität der Erzeugnisse bewirkt.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Filter 20 so angeordnet, daß er mit einem Flanschabschnitt 21 versehen ist, der zwischen dem Kanal 6 und der unteren Gießform 13 gehalten werden kann. Demzufolge, wie in Fig. 2 gezeigt, kann der Filter leicht entfernt werden, wenn die Gießform 10 einfach nach oben angehoben wird, wodurch ein leichtes Ersetzen des Filters bewirkt wird.
Außerdem ist der Filter 20 in der Form eines flachen Hülsenbodens gebildet, so daß der Bereich des Umfangsfilterabschnittes vergrößert werden kann.
Weiter ist eine Öffnung 20a in dem Mittelabschnitt gebildet, die keinen Einfluß auf die Filterwirkung des Filters 20 hat, so daß der Filter 20 seine Ursprungsform bei einer Langzeitnutzung wegen seines geringen Widerstandes auf den Metallschmelzfluß, nicht verändern wird.
Der Filter 20 kann aus verschiedenen Materialien gebildet werden, in Abhängigkeit von den Gießbedingungen, wie z. B. Material und Temperatur des geschmolzenen Metalls. Z. B. kann er aus einem SUS 304-plattierten Drahtnetz mit einer Oberfläche, oxidiert in einer Atmosphäre von 500ºC, vorzugsweise einem zink-plattierten-Drahtnetz, oxidiert in einer Atmosphäre von 500ºC, oder einem keramik-beschichteten Drahtnetz usw. gebildet werden, ist aber hierauf nicht begrenzt.
Der Filter 20 kann aus anderen Materialien als das Drahtnetz hergestellt werden, z. B., aber nicht begrenzt auf vernetzte Materialien, wie z. B. Streckmetall und Stanzmetall, oder aus keramischen Filtern.
Die Geschmolzene Metall- Durchgangsraten des Filters 20 an dem Umfangsabschnitt, d. h., die Maschenweite für das Drahtnetz, der Lochdurchmesser für das Stanzmetall, oder die Porosität für den keramischen Filter können auch wie gefordert bestimmt werden, abhängend von den Gießbedingungen, wie z. B. Material und Temperatur des geschmolzenen Metalls.
Weiter ist der Filter 20 von einer flachen Hülsenbodenform in diesem Ausführungsbeispiel, aber kann in irgendeiner geeigneten Form ausgebildet sein, solange er eine Öffnung in dem mittleren Abschnitt hat, z. B. die Form einer flachen Platte.
Die Größe der Öffnung des Filters 20 ist vorzugsweise über 35% der minimalen Querschnittfläche des Strömungskanales des Kanales, aber nicht darauf begrenzt, und kann frei bestimmt werden entsprechend eines Bereiches, über dem der Durchgang der Fremdstoffe verhindert wird.
Außerdem ist in diesem Ausführungsbeispiel der Filter 20 zwischen dem Kanal 6 und der Gießform 10 (untere Gießform 13) angeordnet, aber er kann an jeder beliebigen geeigneten Stelle angeordnet sein, wenn er innerhalb des Kanales 6, vorzugsweise über dem Ursprungsniveau des geschmolzenen Metalls in dem Schmelztiegel 2 angeordnet ist, wobei in dem Fall Fremdstoffe zuverlässig entfernt werden können, sogar wenn sie anfangs an der Innenwand der Kanales abgelagert werden.
Noch weiter ist eine Niederdruckgießvorrichtung beispielhaft in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben worden, aber der Typ der Gießvorrichtung ist nicht darauf begrenzt, und jede Art von Gießvorrichtung mit einem Kanal, durch den geschmolzenes Metall zu dem Formhohlraum zugeführt wird, kann verwendet werden, z. B., aber nicht hierauf begrenzt, Gießvorrichtungen, betrieben durch das Differenzdruckverfahren oder das Cosworth-Verfahren mit einem Kanal eines elektromagnetischen Pumpentyps.
Noch weiter, die Filter- und die Gießvorrichtung sind voneinander getrennt, aber die Anordnung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel begrenzt, und falls kein Filterersetzen notwendig ist oder die verstopften Materialien aus dem Filter durch Waschen entfernt werden können, kann der Filter in der Gießvorrichtung integriert sein, z. B. in dem Kanal oder in der Gießform.
Außerdem wird der Filter 20 mit einer Öffnung in seinem mittleren Abschnitt versehen, aber solange die Metallschmelze-Durchgangsrate des Filters 20 an dem Mittelabschnitt, der keinen Einfluß auf die Filterwirkung hat, höher festgelegt ist, als an dem umgebenden Umfangsabschnitt, kann der mittlere Abschnitt des Filters z. B. als ein grobes Netz gebildet werden, das keinen Einfluß auf die Filterwirkung hat, ohne darauf begrenzt zu werden. Diese vernetzte Anordnung wird höhere Steifigkeit des Filters selbst bewirken.
Weiter ist ein Kanal 6 mit einem vergrößerten oberen Enddurchmesser beispielhaft in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben worden, aber die Form des Kanales 6 ist nicht darauf begrenzt, und diese Erfindung kann auch auf ein gerades Leitungsrohr angewandt werden.
Wie oben beschrieben ist der Filter in einem Kanal zur Beseitigung von Verunreinigungen aus dem geschmolzenen Metall, das in einer Gießform strömt, eingesetzt, in einer Gießvorrichtung, die einen Ofen, der geschmolzenes Metall aufnimmt, aufweist und die Gießform, die durch die Kanal mit diesem verbunden ist, das geschmolzene Metall aufnimmt, und der Kanal einen Durchflußkanal für das geschmolzene Metall bildet, wobei das geschmolzene Metall in die Gießform eingegossen wird durch die Kanal, unter Nutzung des Druckunterschiedes zwischen dem Inneren des Ofens und der Gießform, wobei die Metall-Fließeschwindigkeit in dem Mittelabschnitt festgelegt gesetztistrals in dem umgebenden Umfangsabschnitt. Deshalb kann der Widerstand des Filters auf den Metallschmelzfluß in den Kanal auf ein kleinst-mögliches Niveau reduziert werden, und Veränderungen im Filterwiderstand über die Zeit auf den Metallschmelzfluß infolge des Zusetzens können auch auf ein Minimum begrenzt werden, so daß ein Filter für eine lange Zeit ohne verminderte Filterwirksamkeit benutzt werden kann.
Weiter hat die Gießvorrichtung einen Ofen, der geschmolzenes Metall enthält und eine Gießform, die das geschmolzene Metall aufnimmt, und mit diesem durch einen Kanal verbunden ist. Das geschmolzene Metall wird durch den Kanal in die Gießform unter Nutzung des Druckunterschiedes zwischen dem Inneren des Ofens und der Gießform eingegossen. Im Inneren des Kanales ist ein Filter vorgesehen, dessen Metallschmelze- Durchgangsrate in dem Mittelabschnitt höher ist, als in dem diesen umgebenden Umfangsbschnitt, und Verunreinigungen werden aus dem Strom geschmolzenen Metalles von dem Ofen in die Gießform durch den Filter beseitigt. Deshalb kann der Widerstand des Filters den Fluß des geschmolzenen Metallsin dem Kanal auf das kleinst-mögliche Niveau vermindert werden, und Veränderungen im Filterwiderstand auf den Metallschmelzfluß über die Zeit infolge des Zusetzens können auch auf ein Minimum begrenzt werden, so daß der Filter für eine lange Zeit ohne verminderte Filterwirksamkeit benutzt werden kann, was erlaubt die Häufigkeit des Filtereraustausches auf ein Minimum zu vermindern, hierdurch eine erhöhte Herstellungseffizienz bewirkend.

Claims

1. Filter (20) zum Entfernen von Fremdstoffen aus einem flußgeschmolzenen Metall, wobei der Filter (20) einen Mittelabschnitt und einen Umfangsabschnitt aufweist, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalles in dem Mittelabschnitt höher ist als in dem Umfangsabschnitt.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabschnitt eine Öffnung (20a) ist.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Filter einen Boden in der Form eines flachen Schalenbodens aufweist, daß eine Öffnung in der Mitte des Bodens ausgebildet ist.

4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (20) mit einem Flanschabschnitt (22) versehen ist, der vorgesehen ist, in Eingriff zu sein mit dem oberen Ende eines Kanales.

5. Gießvorrichtung mit:

einem Ofen (3) zur Aufnahme geschmolzenen Metalls,

einer Gießform (10) zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls, wobei die Gießform (10) mit dem Ofen (3) über einen Kanal (6) verbunden ist,

wobei das geschmolzene Metall in die Gießform (10) durch den Kanal (6) unter Verwendung einer Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Ofens (3) und dem Inneren der Gießform (10) eingegossen wird, und

einem Filter (20) eingesetzt in den Kanal zum Beseitigen von Verunreinigungen von dem geschmolzenen Metall, das in die Gießform fließt, wobei die Durchgangsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls in dem Mittelabschnitt höher festgelegt ist als in dem diesen umgebenden Umfangsabschnitt.

6. Gießvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Mittelabschnittes mit einer höheren Durchgangsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalles größer ist als die Gesamtquerschnitte der Eingießöffnungen (10a) der Gießform (10).

7. Gießvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabschnitt mit einer höheren Durchgangsgeschwindigkeit für das geschmolzene Metall eine Öffnung (20a) ist.

8. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (20) einen Boden in Form eines flachen Schalenbodens aufweist und mit einer Öffnung in der Mitte des Bodens versehen ist.

9. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (20) mit einem Flanschabschnitt (22) versehen ist, der mit dem oberen Ende des Kanales (6) in Eingriff bringbar ist, wobei der Filter mit dem Flanschabschnitt (22) gehalten ist zwischen dem oberen Ende des Kanales (6) und dem Boden der Gießform (10).