EP0656819B1 - Procede et dispositifs permettant de couler des elements - Google Patents

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EP0656819B1
EP0656819B1 EP94918839A EP94918839A EP0656819B1 EP 0656819 B1 EP0656819 B1 EP 0656819B1 EP 94918839 A EP94918839 A EP 94918839A EP 94918839 A EP94918839 A EP 94918839A EP 0656819 B1 EP0656819 B1 EP 0656819B1
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EP
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casting
mould
melt
container
ingate
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EP94918839A
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German (de)
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EP0656819A1 (fr
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Friedhelm Kahn
Joachim Kahn
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Kahn Friedhelm Prof Dr-Ing
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Kahn Friedhelm Prof Dr-Ing
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/09—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure
    • B22D27/13—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure making use of gas pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • B22D23/006—Casting by filling the mould through rotation of the mould together with a molten metal holding recipient, about a common axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/003—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using inert gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for casting Components, made of metal alloys according to the tilting principle according to the respective Generic term of independent claims 1, 3 and 15.
  • the liquid material state is a variety of different processes and devices known that more or less resemble a high quality Workpiece requirements with regard to freedom of design, Surface quality and in particular optimal material properties to reach.
  • the main difficulties initially lie in the mold filling process, the initially compact melt volume divided and a large one Surface is exposed to the attack of the air atmosphere, which by appropriate Reactions lead to an impairment of the material quality.
  • Molten metal alloys, their Alloy components have a high reactivity with the oxygen, Have nitrogen and water vapor in the air. It became like this early on sensitive alloys, for example the Durville tipping process applied.
  • DE-PS 377 683 proposes a method in which an elongated Casting vessel numerous castings are made in succession.
  • the melt container is erected, which limits one higher metallostatic pressure can be achieved.
  • the Atmosphere free access to the melt, so that especially as it progresses easily drain oxide from the bath surface into the mold cavity can reach.
  • a direct remains during the solidification of the casting
  • DE-PS 505 224 describes a method in which on a similar one Swing arranged casting container two molds are mounted, which alternate be filled with melt. Here, too, the air has free access to the melt pool with a large surface, so that the impurities present here can easily get into the mold.
  • DE-PS 21 64 755 describes a high-performance casting process for large series, in which the disadvantages of the aforementioned proposals largely could be eliminated.
  • the solidification process in the casting mold usually occurs through volume contraction and gas excretion cavities and pores in the component structure must be combated with considerable effort.
  • the shrinking processes also locally lead to the formation of gaps between the cast wall and mold wall surfaces, which significantly affects the heat transfer, what also has negative repercussions on the structure quality and also Sink marks on the casting surface that make the component unusable do.
  • GB 2 080 714 A describes a method and an apparatus of the type described in the introduction.
  • the device comprises a Pouring canister, which during the implementation of the process of a mold cavity through a channel with an elongated constriction is separated, with at least the after tilting in oxide skin located in a feeder head is washed into the casting will be.
  • the mold filling controlled in the sense of throttling, whereby a layered mold filling is not possible.
  • the flow paths of the melt from the gate the channel with the constriction and the feeder head are in relation to the casting size very long and affect the Melt quality considerably due to reactions and temperature losses, which greatly reduces the mold filling and fluidity becomes.
  • the object of the present invention is, using novel methods and a new type of pouring device for high-quality component production to create necessary favorable conditions, both when filling the mold as well as during the solidification of the castings, at the same time a special one to enable rational manufacturing and thereby the disadvantages of the above Avoid procedures and devices. Turbulence and Distribution of the melt during mold filling can be avoided. After a Further tasks are the reactions of the alloy melt with the Gases of the atmosphere and the mold cavity are prevented. After a Another advanced task is preferably a sharp-contoured filling achieved and an optimally fine-grained and dense component structure during the Solidification process can be ensured.
  • the gate creates the direct connection between the casting container and the mold cavity and should be such that a throttling or Swirling of the melt when overflowing can be avoided. Its big Cross section based on the cross section of the cut mold cavity or the adjacent mold wall parts of the component can after a first Approach over 40%, especially over 50% of the latter cross-sectional areas be.
  • the large cross section related to the cross section of the cut mold cavity or the cross section of the adjacent mold wall parts extends according to the invention over essentially the entire length of the latter areas.
  • the gate communicates here each with the deepest parts of the mold cavity or the mold wall part before turning. Only their cross-sectional areas parallel to the gate cross-section are referred to as cut surfaces on which the relative dimensioning of the gate.
  • the process is peculiar to that for a casting process one corresponding to the gross volume of the melt quantity for a casting Quantity is poured into the casting tank during the casting process completely solidified, with only a small volume fraction of the melt, the the feeder volume forms, in the gate itself or, if necessary, in small quantities remains in the casting tank.
  • a quantity corresponding to the melting quantity becomes fixed metal volume introduced into the casting tank, first then the sealing connection between the casting container and the casting mold and the interior was purged with protective gas, whereupon the melt quantum is melted for a cast in the casting container. Otherwise runs the procedure unchanged. Here, too, the oxidation processes liquid phase effectively avoided.
  • an increase in pressure of the protective gas is carried out during made of the solidification process, whereby the feed volume and thus the Use of metal can be reduced because of the overpressure on the melt level the otherwise usual metallostatic pressure of high-reaching feeders replaced.
  • the risk of contamination and the inclusions in the casting excluded in that Comparison to the adjacent component surface or the cut part of the mold cavity, a large gate cross section is provided, or that a compared to the size of the casting or the mold cavity in the direction of Long gating axis of rotation is provided. This results in a calm overflow, preferably completely under the bath level from the casting container into the casting mold, so that a faultless casting is created.
  • the gate with a large cross-section is with the pouring channel or barrel identical and at the same time represents the volume of feeder. It forms the immediate one Connection between the interior of the casting container and the mold cavity.
  • the mold cavity for an elongated component is aligned in the direction of the axis of rotation. This enables a wide melt front to be represented.
  • Another design is that the cores lie towards the casting container are arranged. As a result, the cut mold wall parts themselves reduced to end wall parts of the component to improve the quality.
  • the solidification should be carried out in a known manner, if necessary by heating and / or Cooling can be controlled so that it is the most distant from the casting tank Position of the component progresses towards the gate.
  • a further overflow channel becomes parallel intended for gate, so that initially a gas or air volume compensation can take place to avoid foaming.
  • an increased, in particular variable, protective gas pressure during the solidification very special advantages.
  • a strong increase in gas pressure mainly due to the melt level at the end of the mold filling acts below which the feed volume of the casting is, can Appropriate increase of the feed pressure is achieved and thus a substantial Sealing feed of the cast structure can be forced.
  • a vigorously pressing the cast part surfaces against the mold walls and through Prevention of the harmful gap formation an increased heat transfer causes.
  • Improvements can also be made in the use of inert gas.
  • the application A protective gas pump not only allows the application of several bar pressure, it also allows for a subsequent pressure reduction Recovery of the protective gas. This way the losses stay up unavoidable leakage is limited.
  • the proposed methods offer ideal conditions for use in a casting cell sealed off from the outside world reliable prevention of foundry emissions.
  • a casting mold 31 (mold) is with a mold cavity 1 through a mold cover plate 2, side parts 3, Cores 4 and a mold base plate 5 are formed.
  • a casting container 30 with a housing 6 and one Refractory lining 7, which is a melt quantum 8 metered for a casting contains.
  • the melt quantum 8 is with the help of a not shown Dosing furnace in particular through the filling opening 9 with the closure 10 open filled under protective gas; then the shutter 10 is closed.
  • a protective gas connection 11 is shown on the closure 10.
  • the horizontal is in the direction of the longitudinal extent of Casting mold 31 and casting container 30 extending axis of rotation 12 of the casting device shown.
  • As an opening within the mold base plate 5 is a Bleed 13 formed with a large cross section.
  • An arrow above the mold cover plate 2 symbolizes the direction of movement the same for demolding the finished component.
  • the mold 31 with the mold cavity 1 can also be seen in FIG. 2, those from the mold cover plate 2, side parts 3, cores 4 and the mold base plate 5 exists.
  • the base plate 5 In the base plate 5 are the gate 13 and a parallel further overflow channel 14 can be seen.
  • the housing 6 On the casting container 30 is the housing 6, the refractory lining 7 and the contained therein for a casting metered melt quantum 8 recognizable.
  • FIG. 3 shows a rotatable casting device 19 with a rotary drive 27 and a casting container 30 and a casting mold 31 connecting them Bracing means 32 shown within a casting cell 21.
  • the axis of rotation 12 the pouring device is also shown.
  • the casting container 30 is over a line 26 with a pump and storage system shown only symbolically 18, 28 connected.
  • a metering furnace is located within the casting cell 21 15, which has an elastic gas-tight coupling 23 with the filling opening 9 of the casting container 30 is connected.
  • the metering oven 15 is a Lock 22 connected to an area outside the casting cell 21.
  • To the Lock 22 can alternatively be a charging device 16 for lumpy Feed material or a charging device 17 for liquid feed material connect.
  • the casting cell comprises a further lock 22. Above the mold 31, a manipulator 20 for cores can be seen.
  • FIG. 4 shows a casting device consisting of a casting container 30 and a mold 31 shown.
  • the casting container 30 differs from that shown in FIG. 1 in that that it has no fill opening. However, it points within the refractory layer 7 means for heating 24.
  • a solid metal quatum 25 is in the Casting container 30 used. Corresponds in cross section perpendicular to the axis of rotation 12 this pouring device shown in Figure 2.
  • the casting mold 31 essentially corresponds to that shown in FIG. 1. It comprises a mold cover plate 2, mold side parts 3 and one Mold base plate 5. However, means 29 for cooling are in the side parts shown. Cores 4 are used in the mold. The axis of rotation of the device is designated 12.

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Claims (20)

  1. Procédé de coulée de pièces en alliages de métaux selon le principe de coulée par basculement dans un moule (31) - en particulier un moule permanent (coquille) - qui dispose d'au moins d'une attaque (13) qui établit une liaison ouverte entre la cavité (1) du moule (31) et l'intérieur d'un récipient de coulée (30) pour la masse fondue susceptible d'être basculé, le récipient de coulée (30) étant rempli dans une position située au-dessous du moule (31) avec un quantum de masse fondue (8) pour un cycle de coulée, et le récipient de coulée étant ensuite tourné avec le moule (31) autour d'un axe de rotation (12) horizontal de sorte que la masse fondue est transportée via l'attaque dans le moule (31), caractérisé en ce que la cavité (1) est directement reliée au récipient de coulée (30) via l'attaque (13), en ce que la cavité (1) est orientée avec son axe longitudinal en direction de l'axe de rotation (12), et en ce que l'attaque (13) s'étend sensiblement sur toute la longueur de la cavité, l'écoulement se produisant via une grande section de l'attaque par rapport à la section attaquée de la cavité, en ce que le récipient de coulée (30) est fermé de manière étanche aux gaz avant la mise en rotation, et en ce qu'on procède à une augmentation de la pression à l'intérieur du récipient de coulée (30) au moins temporairement pendant la durée de l'opération de remplissage et du déroulement de la solidification.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour une opération de coulée, le récipient de coulée (30) est rempli d'une quantité de métal (25) quantifiée sous forme solide et fermé de manière étanche aux gaz, et en ce qu'ensuite, la quantité de métal (25) est fondue pour donner un quantum de masse fondue pour une opération de coulée.
  3. Procédé de coulée de pièces en alliages de métaux selon le principe de coulée par basculement dans un moule (31) - en particulier un moule permanent (coquille) - qui dispose d'au moins une attaque (13) qui établit une liaison ouverte entre la cavité (1) du moule (31) et l'intérieur d'un récipient de coulée (30) susceptible d'être basculé pour la masse fondue, le récipient de coulée (30) étant rempli dans une position située au-dessous du moule (31) avec un quantum de masse fondue (8) pour un cycle de coulée, et le récipient de coulée étant ensuite tourné avec le moule (31) autour d'un axe de rotation (12) horizontal de sorte que la masse fondue est transportée via l'attaque dans le moule (31), caractérisé en ce que la cavité (1) est directement reliée au récipient de coulée (30) via l'attaque (13), en ce que la cavité (1) est orientée avec son axe longitudinal en direction de l'axe de rotation (12) et en ce que l'attaque (13) s'étend sensiblement sur toute la longueur de la cavité, l'écoulement se produisant via une grande section de l'attaque par rapport à la section attaquée de la cavité, en ce que le récipient de coulée (30) est fermé de manière étanche avant la mise en rotation, et en ce que dans l'attaque (13), une partie de la masse fondue reste en tant que volume de masselotte.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le récipient de coulée (30) est rempli pour une opération de coulée avec une quantité de métal (25) quantifiée sous forme solide, et fermé de manière étanche, et en ce qu'ensuite, la quantité de métal (25) est fondue pour donner un quantum de masse fondue pour une opération de coulée.
  5. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'une partie de la masse fondue reste dans la section totale du récipient de coulée (30) en tant que volume de masselotte.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce qu'on procède à une augmentation de la pression à l'intérieur du récipient de coulée (30) au moins temporairement pendant la durée de l'opération de remplissage et du déroulement de la solidification.
  7. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le récipient de coulée (30) pour la masse fondue est tout d'abord rincé avec du gaz protecteur, en ce qu'il est ensuite rempli avec le quantum de masse fondue (8) liquide pour une opération de coulée sous gaz protecteur et fermé de manière étanche aux gaz, et en ce qu'ensuite, la masse fondue est transportée sous gaz protecteur dans le moule (31).
  8. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 2 et 4, caractérisé en ce que le récipient de coulée (30) pour la masse fondue, après avoir été fermé de manière étanche aux gaz, est rincé avec du gaz protecteur et en ce que la quantité de métal (25) est fondue pour donner le quantum de masse fondue pour une opération de coulée et en ce qu'ensuite, la masse fondue est transportée dans le moule (31) sous gaz protecteur.
  9. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'on procède à une augmentation de la pression à l'intérieur du récipient de coulée (30) au moins temporairement pendant la durée de l'opération de remplissage et du déroulement de la solidification.
  10. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le gaz protecteur mis en oeuvre après le remplissage du moule ou après la solidification est récupéré lors de la détente afin d'être réutilisé.
  11. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le récipient de coulée (30) est largement évacué de son air avant le rinçage au gaz protecteur.
  12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une cavité (1), équipée de noyaux (4) s'étendant jusqu'à la surface d'une pièce, est alignée avec ces noyaux tournés vers la surface de section de l'attaque.
  13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un échange de gaz se produit au début de la coulée entre le récipient de coulée (30) et la cavité (1) via au moins un autre canal de transfert en plus de l'attaque (13).
  14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'autre canal de transfert (14) s'étend sensiblement parallèlement à l'attaque (13), sur la longueur de la pièce.
  15. Dispositif de coulée de pièces en alliages de métaux selon le principe de coulée par basculement dans un moule (31) - en particulier un moule permanent (coquille) - qui dispose d'au moins une attaque (13) établissant une liaison ouverte entre la cavité (1) du moule (31) et l'intérieur d'un récipient de coulée (30) susceptible d'être basculé pour la masse fondue, le récipient de coulée (30) étant susceptible d'être mis dans une position située au-dessous du moule (31), et le récipient de coulée (30) étant susceptible d'être basculé avec le moule (31) adjacent, comportant des moyens de serrage (32) entre le moule (31) et le récipient de coulée (30) et comportant des moyens d'entraínement en rotation (27) destinés à faire tourner le récipient de coulée (30) avec le moule (31) autour d'un axe horizontal (12), l'intérieur du récipient de coulée (30) étant adapté au volume brut d'un quantum de masse fondue pour le moulage d'une seule pièce, caractérisé en ce que l'attaque (13) constitue une liaison directe entre le récipient de coulée (30) et la cavité (1), en ce que la cavité (1) est alignée avec son axe longitudinal en direction de l'axe de rotation (12), et en ce que l'attaque (13) s'étend sur sensiblement toute la longueur de la cavité/de la pièce, de sorte que le moule (31) dispose d'une attaque (13) à grande section par rapport à la section des parties de cavités ou parties de parois attaquées de la pièce, respectivement.
  16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens de fermeture (10) pour fermer de manière étanche aux gaz le récipient de coulée (30) et des moyens (18) d'augmentation de la pression pour augmenter la pression intérieure dans le récipient de coulée (30).
  17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 ou 16, caractérisé en ce que le récipient de coulée (30) est relié à la cavité (1) du moule via encore au moins un autre canal de transfert (14), en plus de l'attaque.
  18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'autre canal de transfert (14) s'étend sensiblement parallèlement à l'attaque (13), sur toute la longueur de la cavité/de la pièce.
  19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 ou 16, caractérisé en ce que l'attaque (13) est de largeur sensiblement constante et de largeur faible par rapport à la longueur.
  20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 ou 16, caractérisé en ce que le récipient de coulée (30) est rotatif avec un moule (31) autour d'un axe longitudinal situé dans un plan de section de l'attaque (13).
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