EP0956916A1 - Verfahren zum steigenden Niederdruck-Giessen von Metall, insbesondere Leichtmetall - Google Patents

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EP0956916A1
EP0956916A1 EP99108387A EP99108387A EP0956916A1 EP 0956916 A1 EP0956916 A1 EP 0956916A1 EP 99108387 A EP99108387 A EP 99108387A EP 99108387 A EP99108387 A EP 99108387A EP 0956916 A1 EP0956916 A1 EP 0956916A1
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EP
European Patent Office
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casting
melt
mold
volume
speed
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EP99108387A
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French (fr)
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EP0956916B1 (de
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Norbert Damm
Herbert Zulauf
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Georg Fischer Disa AG
Original Assignee
Georg Fischer Disa AG
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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
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D33/00—Equipment for handling moulds
    • B22D33/005—Transporting flaskless moulds

Definitions

  • the invention relates to a method for increasing Low pressure casting of metal, especially light metal, by a mold provided with at least one feeder with her sprue on a riser pipe to one Melting container connected and the contained therein Melt under pressure through the riser pipe into the mold is ousted.
  • closure In low-pressure casting plants it is known (WO 95/20449) in the area of the transition from the riser to the shape Provide closure. This has primarily that Task, swirls in the melting vessel, especially in the gas cushion above the melting level to avoid.
  • the closure consists of one at the transition between the riser and the cast-in melting plate with a lower melting point than the aluminum melt. This closure plate is when the Melt liquefied. These liquid foreign components are introduced into the form and lead to the highest unwanted inclusions in the cast.
  • the closure has to each cast can be replaced so that the performance is correspondingly low.
  • the container has a bottom side Slider lock on after filling the mold closes.
  • the mold is made together with the Make-up unit uncoupled from the riser pipe and the pouring shrinkage by feeding the melt from the replenisher in the shape balanced.
  • the dynamic surge at the end of the pour depends on the given Part geometry primarily from the venting behavior the shape (gas permeability in sand molds, ventilation holes etc.), but in any case on the casting speed at the end of the casting shortly before the complete Filling the form.
  • Burr formation means elaborate cleaning work, which, depending on the type of part, accounts for over 30% of the production costs of the Can make cast part. Burr free or low burr Casting is therefore of great economic importance.
  • a third type of error is blistering due to Air and gas inclusions that occur during casting, predominantly, however, arise in the phase shortly before the end of casting.
  • the casting gases are preventive via exhaust air ducts, by blowing a whistle, by using open feeders or use of molded materials with high gas permeability dissipated.
  • Errors of the aforementioned kind already occur today's low casting rates of 1 to 2 kg / sec for aluminum alloys. Will the casting performance it is expected that the Gas bubble formation increases significantly. For the so far pouring various methods are known. So z. B. the use of a gas pressure cushion in Melting container or furnace, which the melt over the filled riser pipe.
  • the invention is based, with increasing the task Casting light metal has a higher casting speed and thus higher cycle times with high casting quality to reach.
  • This object is achieved in that the vast majority of that for filling the mold necessary melting volume with maximum casting speed displaced into the mold, then the melt column repelled in the riser and one between the shear point and the remaining volume with a negative velocity gradients in the mold is ousted.
  • the filling process divided into two sections the first section follows the usual process of increasing pouring, by the given free cross-section of the riser the melt column solely by driving on Melt container or furnace up to the maximum casting speed accelerated and this until shortly before the end of casting is maintained. Then the melt column sheared near the gate so that the maximum Maintain pouring speed for a short time until the melt column is completely sheared off is. The one remaining between the shear point and the gate The remaining volume will then decrease continuously Speed displaced into the mold, so that the Melt front rises and slows within the mold on the one hand, the remaining air in the mold is checked can escape, on the other hand a dynamic Avoid filling impact on the upper mold surfaces becomes. This also prevents that in Melt volume in the mold is too high a hydrostatic Pressure builds up.
  • the residual volume is discontinuous Displaced speed gradients into the mold, for example initially with the maximum casting speed, then with a flat and then steep negative velocity gradient.
  • the method according to the invention gives in particular the Possibility of depending on the size of the remaining volume on the volume and / or the geometry of the casting choose.
  • the speed gradient and / or its temporal course depending on the volume and / or the geometry of the casting can be selected.
  • an intricate geometry especially in upper area of the shape, faster degradation of the speed gradient considered than for large-volume and little intricate shapes.
  • the remaining volume should be about 10% of the volume of the casting make up, preferably it is 3 - 7 vol% of the casting.
  • the invention is based on the implementation of the method from a device with a transport track to cyclical Movement of the molds with at least one feeder and a gate, a pouring station on the conveyor, on which the molds can be positioned one after the other are a melt container that can be positioned at the casting station, especially melt furnace, one in the melt immersing riser pipe to which the Casting mold can be connected with its sprue, and one Pressure generator for displacing the melt from the melt container over the riser pipe and the pouring into the Mold.
  • Such a device is distinguished according to the invention characterized in that at the transition between the riser and Infeed into a tubular section forming the residual volume is arranged in which a controlled displacer between a the mouth of the riser in this section releasing pouring position over a die Intermediate position closing the mouth in a Sealing position is movable.
  • the melt column displaced in the riser pipe reaches with the maximum casting speed over the tubular Section and pouring into the mold.
  • the displacer is controlled and reduced the free cross section of the mouth in a given Time at the end of which the melt column is completely sheared off is so that the furnace side acting on them Driving forces no longer on that in the tubular section included residual volumes can act.
  • This residual volume is then removed using the displacer the given negative speed gradient in the shape displaces until the displacer reaches its end position reached in which he closes the gate.
  • the tubular section is preferably aligned with the Sprue so that the residual volume translationally without any deflection and thus squeezed into the form in a way that is easy to control becomes. This can be done with vertical pouring at the bottom of the mold done just as favorably as with a horizontal one side gate.
  • the speed of the displacer is preferably in Dependence on the geometry and / or the volume of the Cast part controllable, possibly also by means of a Program can be specified.
  • At least the tubular section can counter a section interchangeable with another volume or be extendable by another section to the remaining volume to the geometry or the volume of the Optimally adapt the casting.
  • tubular section and the displacer from a cylinder-piston unit formed and the riser pipe opens laterally into the cylinder close to the end position of the piston in the Cylinder.
  • the casting plant designed according to the invention is both suitable for sand mold casting as well as permanent mold casting.
  • the embodiments shown in the drawings concern only casting in sand molds (with or without molded box).
  • the shaped bales 1 are in the direction of Arrow 3 promoted to a casting station at the Melting vessel 4, optionally in the form of an oven, lifting and is arranged lowerable and movable.
  • the light metal melt 5 is located in the melt vessel 4, a gas cushion 6 stands over the melt surface thereof, which is acted upon by a controllable pressure generator.
  • a total of 7 is dipped into the melting vessel 4
  • the form bales 1 are clocked by means of the conveyor 2, that a bale of mold in the pouring position at every cycle is coming. Then the device with the short vertical section 9 of the riser is adjusted so that the latter in alignment with the sprue 11 of the bale reached.
  • a displacer arranged in the form of a piston 12 by means of a pressure medium cylinder 13 is actuated.
  • FIGS. 3 and 4 differs 1 essentially only in that Box molds 17 are poured.
  • the riser cross section then decreases by increasing overrun the mouth 18 through the piston 12 quickly like this curve section 31 shows until finally the piston 12 completely melted the melt column at the mouth 18 has, as indicated in the diagram at 32.
  • the casting speed remains on the curve section 24 initially still at the maximum value and falls then with a negative speed gradient, and initially over a short period with a flat Decrease in curve section 25 to then in Curve section 26 to drop steeply and finally turn out flat in the curve section 27 until at 28 the gate 11 is closed by the piston 12.
  • the course of the casting speed in the curve sections 24, 25, 26 and 27 is only shown as an example and otherwise dependent on the casting geometry these customizable.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

Beim steigenden Niederdruck-Gießen von Metallen, insbesondere Leichtmetall, wird eine Gießform (1) mit ihrem Einguß (11) über ein Steigrohr (7) an einen Schmelzebehälter (4) angeschlossen und die darin enthaltene Schmelze (5) unter Druck durch das Steigrohr in die Gießform verdrängt. Zur Erhöhung der Gießleistung bei Aufrechterhaltung einer hohen Gußqualität wird der überwiegende Teil des für das Füllen der Gießform notwendige Schmelzevolumens mit maximaler Gießgeschwindigkeit in die Gießform verdrängt, dann die Schmelzesäule im Steigrohr abgeschert und ein zwischen der Abscherstelle und dem Einguß verbleibendes Restvolumen mit einem negativen Geschwindigkeitsgradienten in die Gießform verdrängt. Ferner ist eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens beschrieben. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum steigenden Niederdruck-Gießen von Metall, insbesondere Leichtmetall, indem eine mit wenigstens einem Speiser versehene Gießform mit ihrem Einguß über ein Steigrohr an einen Schmelzbehälter angeschlossen und die darin enthaltene Schmelze unter Druck durch das Steigrohr in die Gießform verdrängt wird.
Leichtmetalle, insbesondere Aluminium, haben in der Vergangenheit als Konstruktionswerkstoff zunehmende Bedeutung gewonnen. Dies gilt auch für den Kraftfahrzeugbau, insbesondere den Motorenbau. So werden in neuerer Zeit Motorblöcke aus Aluminium hergestellt. Aufgrund der Großserienfertigung in der Automobilindustrie müssen auch Gießverfahren und Gießanlagen mit hoher Leistung zur Verfügung gestellt werden. Zugleich muß insbesondere bei hochbelasteten Bauteilen ein hoher Qualitätsstandard gewährleistet sein. Da Aluminium vor allem im Schmelzzustand mit Luftsauerstoff spontan oxidiert, bildet sich an offenen Schmelze-Oberflächen bei Anwesenheit von Sauerstoff sehr schnell eine Oxidhaut.
Um dies so weit als möglich zu verhindern, hat sich beispielsweise sowohl für den Formenguß, als auch den Kokillenguß das Niederdruckgießen, insbesondere in der Ausführung des steigenden Gusses, bewährt, da hierbei die Schmelze nicht verwirbelt, sondern die Form bzw. Kokille mit einer beruhigten Schmelzefront gefüllt wird. Dadurch können insbesondere Oxideinschlüsse im Guß weitgehend vermieden werden.
Mit diesen für das Niederdruckgießen typischen Maßnahmen ist jedoch der Nachteil verbunden, daß die Leistung relativ gering ist. Dies ist unter anderem auch darauf zurückzuführen, daß nach jedem Abguß der Druck im Schmelzegefäß abgesenkt werden muß, was wiederum mit dem Absinken der Schmelzesäule im Steigrohr verbunden ist. Dabei dringt Luftsauerstoff aus der Umgebung in das Steigrohr ein. Es bildet sich auf der wenn auch kleinen Oberfläche der Schmelzesäule eine Oxidhaut, die sich bei erneutem Ansteigen der Schmelzesäule beim nächsten Gießtakt an die Wandung des Steigrohre anlegt und sich auf der Schmelzefront stets nachbildet. Dadurch wächst das Steigrohr allmählich zu. Bei hoher Leistung erfordert dies einen regelmäßigen Austausch des Steigrohrs in relativ kurzen Zeitintervallen, was wiederum zu einer Leistungsminderung führt. Von entscheidendem Nachteil ist ferner, daß die sich an der Oberfläche der Schmelzesäule bildende Oxidhaut in die Form oder Kokille eingeschleppt wird und sich später im Gußgefüge wiederfindet.
Bei Niederdruck-Gießanlagen ist es bekannt (WO 95/20449), im Bereich des Übergangs vom Steigrohr zur Form einen Verschluß vorzusehen. Dieser hat in erster Linie die Aufgabe, Verwirbelungen im Schmelzgefäß, insbesondere in dem oberhalb des Schmelzniveaus befindlichen Gaspolster zu vermeiden. Der Verschluß besteht aus einer am Übergang zwischen Steigrohr und Einguß einzusetzenden Schmelzplatte mit niedrigerem Schmelzpunkt als die Aluminiumschmelze. Diese Verschlußplatte wird bei Ansteigen der Schmelze verflüssigt. Diese flüssigen Fremdkomponenten werden in die Form eingeschleust und führen zu höchst unerwünschten Einschlüssen im Guß. Der Verschluß muß nach jedem Abguß ausgetauscht werden, so daß die Leistung entsprechend niedrig ist.
Bei einem anderen bekannten Verfahren (WO 97/37797) ist zwischen Mündung des Steigrohrs und der Form ein Nachspeiser in Form eines Behälters angeordnet, durch den hindurch die Schmelze aus dem Steigrohr in die Form verdrängt wird. Der Behälter weist einen bodenseitigen Schieberverschluß auf, der nach dem Füllen der Form schließt. Nach dem Abguß wird die Form zusammen mit dem Nachspeiser vom Steigrohr abgekoppelt und der Gießschwund durch Nachschieben von Schmelze aus dem Nachspeiser in die Form ausgeglichen. Auch hierdurch läßt sich die Leistung gegenüber herkömmlichen Niederdruck-Gießanlagen nicht erhöhen, zumal der Nachspeiser für den nächsten Gießtakt entleert und zur Gießstation zurückgeführt werden muß.
Nach einem älteren, nicht vorveröffentlichten Vorschlag der Anmelderin (DE 198 07 623) wird am Ende jedes Gießtaktes die vom Steigrohr in den Einguß der Form reichende Schmelzesäule nahe der Mündung des Steigrohrs unter gleichzeitigem Verschluß desselben abgeschert. Durch das Abscheren der Schmelzesäule nahe der Mündung des Steigrohrs bildet sich oberhalb der Schmelzesäule kein freies Volumen und damit auch keine freie Oberfläche, an der sich eine Oxidhaut bilden könnte. Es kann sich folglich auch keine Oxidschicht am Steigrohr anlagern und kann dieses nicht zuwachsen. Durch den Verschluß ist ferner sichergestellt, daß bei dem nachfolgenden Gießtakt keine Oxidhaut in die Form eingeschleppt wird. Ferner ist von Vorteil, wenn nach dem Abscheren der Schmelzesäule im Schmelzegefäß zumindest ein die Schmelzesäule gegen den Verschluß haltender Überdruck aufrechterhalten wird. Durch diese Maßnahme kann die Leistung der Gießanlage erhöht werden.
Die Produktion von Leichtmetallguß in hohen Stückzahlen und hohen Gußttonnagen verlangt deutlich höhere spezifische Gießleistungen, die bisher im Bereich von 1 kg/s liegen. Um die Wirtschaftlichkeit der Anlagen zu verbessern, werden immer kürzere Taktzeiten angestrebt. Damit entsteht auch die Forderung nach kürzeren Gießzeiten je Takt, bzw. für gleiche Teilmassen die Forderung nach höherem Schmelzedurchsatz während der Formfüllung. Die beim steigenden Gießen höheren spezifischen Giessleistungen von deutlich mehr als 1 kg/sec, z. B. 3 - 10 kg/sec, führen zu hohen lokalen Gießgeschwindigkeiten. Diese sind aber durch die mangelnde Erosionsfestigkeit der Formstoffe, durch die Geometrie der Gußteile und Anschnitte in engen Querschnitten, am stärksten jedoch durch den unerwünschten dynamischen Füllstoß am Gießende limitiert. Der dynamische Füllstoß am Gießende hängt bei gegebener Teilegeometrie in erster Linie vom Entlüftungsverhalten der Form (Gasdurchlässigkeit bei Sandformen, Entlüftungsbohrungen etc.), in jedem Fall aber von der Giessgeschwindigkeit am Gießende kurz vor der vollständigen Füllung der Form ab.
Beim Sandgußverfahren, speziell im Naßgußverfahren, sind Oberflächenfehler an den Gußteilen bekannt, die vorwiegend durch den Füllstoß am Gießende verursacht werden. In der letzten Phase der Formfüllung wird die kinetische Energie der Schmelze an den hochliegenden Formflächen abrupt in Stoßenergie umgesetzt. Dieser dynamische Stoß treibt die Schmelze in die Poren der Sandoberfläche und erzeugt dort unerwünscht rauhe Oberflächen an der Gußkontur. Hierbei werden inhomogen verdichtete Formpartien unterschiedlich stark in Mitleidenschaft gezogen. In vielen Fällen müssen so geschädigte Gußteile aber mit erheblichem Putzaufwand nachbearbeitet oder als Ausschuß verworfen werden.
Ein weiterer Effekt dieses Füllstoßes führt zu erhöhter Gratbildung in den Teilungszonen der Formhälften und der Kerne. Gratbildung bedeutet aber aufwendige Putzarbeit, die je nach Teileart über 30 % der Gestehungskosten des Gußteiles ausmachen kann. Gratfeies bzw. gratarmes Gießen ist daher von großer wirtschaftlicher Bedeutung.
Eine dritte Fehlerart ist die Blasenbildung infolge von Luft- und Gaseinschlüssen, die während des Gießens, vorwiegend jedoch in der Phase kurz vor Gießende entstehen. Vorbeugend werden die Gießgase über Abluftkanäle, durch Luftpfeifen, durch Verwendung von offenen Speisern oder Einsatz von Formstoffen mit hoher Gasdurchlässigkeit abgeführt. Fehler der vorgenannten Art treten bereits bei den heute üblichen geringen Gießleistungen von 1 bis 2 kg/sec für Aluminiumlegierungen auf. Wird die Gießleistung nennenswert erhöht, ist zu erwarten, dass die Gasblasenbildung in erheblichem Maße zunimmt. Für das steigende Gießen sind bisher verschiedene Methoden bekannt. So z. B. die Verwendung eines Gasdruckpolsters im Schmelzbehälter bzw. -ofen, welches die Schmelze über das an die Form angeschlossene Steigrohr füllt. Anstelle des Gasdrucks im Schmelzbehälter werden auch Elektromagnetpumpen am Fuß des Steigrohres eingesetzt, welche die Füllaufgabe übernehmen. In beiden Fällen kommt ein sogenanntes aktives Füllen zur Anwendung, d. h. der Füllvorgang wird in Form eines Geschwindigkeit-Zeit-Profils oder Volumen-Zeit-Profils in Abhängigkeit von der Niveauänderung im Schmelzbehälter gesteuert und geregelt (DE 33 17 474 = EP 0 128 280, EP 0 215 153). Mit diesen Methoden ist es prinzipiell möglich, dem unerwünschten dynamischen Füllstoß gegen Ende der Formfüllung entgegenzuwirken. Die Steigerung der Gußtonnage und damit die Erhöhung der Gießleistung je Gießtakt stellt jedoch neue Anforderungen an die bekannten Gießverfahren. Größere Schmelzedurchsätze führen zwangsläufig zu grösseren Schmelze- bzw. Ofenchargen und Ofenvolumen, weil die Nachfüllzyklen wegen der hohen Anforderungen an die Schmelzequalität nicht zu kurz werden dürfen. Große Ofenvolumina erschweren speziell beim Gasdruck-Füllverfahren die Regelbarkeit des Füllprozesses. Die dort größere Massenträgheit der Schmelze führt bei raschen Änderungen der Ofendrücke zum Schwingen der Metallmasse im Ofen. Die Führung des Schmelze-Füllprofiles wird dadurch erschwert oder unmöglich. Besonders zum Gießende hin kann die zuvor beschleunigte Masse der Schmelze nicht schnell genug und schwingungsfrei verzögert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim steigenden Gießen von Leichtmetall eine höhere Gießgeschwindigkeit und damit höhere Taktzeiten bei hoher Gußqualität zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der überwiegende Teil des für das Füllen der Gießform notwendigen Schmelzvolumens mit maximaler Gießgeschwindigkeit in die Gießform verdrängt, dann die Schmelzesäule im Steigrohr abgeschehrt und ein zwischen der Abscherstelle und dem Einguß verbleibendes Restvolumen mit einem negativen Geschwindigkeitsgradienten in die Gießform verdrängt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Füllvorgang in zwei Abschnitte unterteilt, wobei der erste Abschnitt dem üblichen Verfahren beim steigenden Gießen folgt, indem bei dem vorgegebenen freien Querschnitt des Steigrohrs die Schmelzesäule allein durch den Vortrieb am Schmelzebehälter bzw. -ofen bis auf die maximale Gießgeschwindigkeit beschleunigt und diese bis kurz vor Gießende aufrechterhalten wird. Anschließend wird die Schmelzesäule nahe dem Einguß abgeschert, so daß die maximale Gießgeschwindigkeit noch für eine kurze Zeit aufrechterhalten wird, bis die Schmelzesäule vollständig abgeschert ist. Das zwischen der Abscherstelle und dem Einguß verbleibende Restvolumen wird dann mit ständig absinkender Geschwindigkeit in die Gießform verdrängt, so daß die Schmelzefront innerhalb der Gießform langsamer steigt und zum einen die in der Form noch vorhandene Restluft kontrolliert entweichen kann, zum anderen ein dynamsicher Füllstoß auf die oben liegenden Formflächen vermieden wird. Damit wird gleichermaßen verhindert, daß sich im Schmelzvolumen in der Form ein zu hoher hydrostatischer Druck aufbaut.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere bei Sandformen das Penetrieren der Schmelze in die Formoberfläche und ferner das Erodieren der Form durch Impulskräfte vermieden, so daß trotz möglicher Steigerung der Gießleistung einwandfreie Gußteiloberflächen erhalten werden. Ferner wird durch die Vermeidung des Aufbaus eines zu hohen isostatischen Drucks vermieden, daß die Schmelze in Formtrennzonen eindringt und zur Gratbildung führt. Durch das Abscheren des Restvolumens von der Schmelzsäule können vom Schmelzebehälter her rührende Schwingungen nicht auf das Restvolumen übertragen werden. Das Restvolumen wiederum wird aufgrund seiner relativ geringen Masse und des negativen Geschwindigkeitsradienten schwingungsfrei in die Form verdrängt.
Vorzugsweise wird das Restvolumen mit einem unstetigen Geschwindigkeitsgradienten in die Gießform verdrängt, beispielsweise zunächst mit der maximalen Gießgeschwindigkeit, anschließend mit einem flach und daraufhin steil negativen Geschwindigkeitsradienten.
Das erfindungsgemäße Verfahren gibt insbesondere die Möglichkeit, die Größe des Restvoluments in Abhängigkeit von dem Volumen und/oder der Geometrie des Gußteils zu wählen. Je größer das Gußteilvolumen und je verwickelter die Geometrie des Gußteils im oberen Bereich ist, um so größer wird man das Restvolumen wählen.
Ferner kann der Geschwindigkeitsgradient und/oder dessen zeitlicher Verlauf in Abhängigkeit von dem Volumen und/oder der Geometrie des Gußteils gewählt werden. Dabei kommt bei einer verwickelten Geometrie, vor allem im oberen Bereich der Form, ein schnellerer Abbau des Geschwindigkeitsgradienten in Betracht, als bei großvolumigen und wenig verwickelten Formen.
Das Restvolumen sollte etwa 10 % des Volumens des Gußteils ausmachen, vorzugsweise liegt es bei 3 - 7 Vol % des Gußteils.
Zur Durchführung des Verfahrens geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung mit einer Transportbahn zur taktweisen Bewegung der Gießformen mit wenistens einem Speiser und einem Einguß, einer Gießstation an der Transportbahn, an der die Gießformen nacheinander positionierbar sind, einem an der Gießstation positionierbaren Schmelzebehälter, insbesondere Schmelzeofen, einem in die Schmelze eintauchenden Steigrohr, an das an der Gießstation die Gießform mit ihrem Einguß anschließbar ist, und einem Druckerzeuger zum Verdrängen der Schmelze aus dem Schmelzebehälter über das Steigrohr und den Einguß in die Gießform.
Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß am Übergang zwischen Steigrohr und Einguß ein das Restvolumen bildender, rohrförmiger Abschnitt angeordnet ist, in welchem ein gesteuerter Verdränger zwischen einer die Mündung des Steigrohrs in diesem Abschnitt freigebenden Gießposition über eine die Mündung verschließenden Zwischenposition in eine den Einguß verschließende Lage bewegbar ist.
Die im Steigrohr verdrängte Schmelzesäule gelangt mit der maximalen Gießgeschwindigkeit über den rohrförmigen Abschnitt und den Einguß in die Gießform. Gegen Ende des Gießtaktes wird der Verdränger angesteuert und reduziert den freien Querschnitt der Mündung in einer vorgegebenen Zeit, an deren Ende die Schmelzesäule vollständig abgeschert ist, so daß die auf sie wirkenden ofenseitigen Vortriebskräfte nicht mehr auf das im rohrförmigen Abschnitt eingeschlossene Restvolumen einwirken können. Dieses Restvolumen wird dann mittels des Verdrängers mit dem vorgegebenen, negativen Geschwindigkeitsgradienten in die Form verdrängt, bis der Verdränger seine Endlage erreicht, in der er den Einguß verschließt.
Vorzugsweise fluchtet der rohrförmige Abschnitt mit dem Einguß, so daß das Restvolumen ohne jede Umlenkung translatorisch und damit gut steuerbar in die Form verdrängt wird. Dies kann bei senkrechtem Einguß am Boden der Form gleichermaßen vorteilhaft geschehen, wie bei einem horizontalen seitlichen Einguß.
Die Geschwindigkeit des Verdrängers ist vorzugsweise in Abhängigkeit von der Geometrie und/oder dem Volumen des Gußteils steuerbar, gegebenenfalls auch mittels eines Programms vorgebbar.
Ferner kann zumindest der rohrförmige Abschnitt gegen einen Abschnitt mit einem anderen Volumen austauschbar oder um einen weiteren Abschnitt verlängerbar sein, um das Restvolumen an die Geometrie bzw. das Volumen des Gußteils optimal anzupassen.
In bevorzugter Ausführung sind der rohrförmige Abschnitt und der Verdränger von einer Zylinder-Kolbeneinheit gebildet und mündet das Steigrohr seitlich in den Zylinder nahe der dem Einguß fernen Endlage des Kolbens in den Zylinder ein.
Gegebenenfalls kann die komplette Zylinder-Kolbeneinheit gegen eine mit anderem Zylindervolumen ausgetauscht werden.
Nachstehend ist die Erfindung anhand vonr in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1
eine schematische Ansicht einer Niederdruck-Gießanlage für den kastenlosen Sandguß in einer ersten Betriebsstellung;
Fig. 2
die Gießanlage gemäß Fig. 1 in einer weiteren Betriebsstellung;
Fig. 3
eine schematische Ansicht einer Niederdruck-Gießanlage für den Kastenguß in einer ersten Betriebsstellung;
Fig. 4
die Gießanlage gemäß Fig. 3 in einer weiteren Betriebsstellung und
Fig. 5
ein Zeitdiagramm zum Anlauf des Gießvorgangs.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Gießanlage ist sowohl für den Sandformenguß, als auch den Kokillenguß geeignet. Die in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispiele betreffen ausschließlich das Gießen in Sandformen (mit oder ohne Formkasten).
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 sind die Gußformen als kastenlose Formballen 1 auf einem die Transportbahn bildenden Förderer 2 aufeinanderfolgend angeordnet. Die Formballen 1 werden in Richtung des Pfeils 3 zu einer Gießstation gefördert, an der ein Schmelzegefäß 4, gegebenenfalls in Form eines Ofens, heb- und senkbar sowie verfahrbar angeordnet ist. In dem Schmelzegefäß 4 befindet sich die Leichtmetallschmelze 5, über dessen Schmelze-Oberfläche ein Gaspolster 6 steht, das von einem steuerbaren Druckerzeuger beaufschlagt ist. In das Schmelzegefäß 4 taucht ein insgesamt mit 7 bezeichnetes Steigrohr ein, das bei diesem Ausführungsbeispiel über einen schrägen Abschnitt 8 und einen kurzen geradlinigen, rohrförmigen Abschnitt 9 nach oben reicht und an einer Mündung 10 endet. Oberhalb dieser Mündung werden die Formballen 1 mittels des Förderers 2 so getaktet, daß bei jedem Takt ein Formballen in die Gießposition kommt. Dann wird die Vorrichtung mit dem kurzen senkrechten Abschnitt 9 des Steigrohrs so justiert, daß letzterer in Fluchtlage mit dem Einguß 11 des Formballens gelangt. In dem rohrförmigen Abschnitt 9 ist ein Verdränger in Form eines Kolbens 12 angeordnet, der mittels eines Druckmittelzylinders 13 betätigt wird.
Aus der in Fig. 1 wiedergegebenen formnahen Endlage, in der der Einguß 11 verschlossen ist, wird der Kolben 12 in die in Fig. 2 gezeigte andere Endlage bewegt, in der er den kurzen senkrechten Abschnitt des Steigrohrs 7 vollständig freigibt, so daß unter Wirkung des im Schmelzegefäß 4 herrschenden Überdrucks die Schmelze in die Form gelangt. Bevor die Form vollständig gefüllt ist, wird der Kolben 12 wieder in die andere Endlage (Fig. 1) verfahren, in der er das in dem Abschnitt 9 befindliche Restvolumen 14 der Schmelze in die Form verdrängt. Die abgegossenen Formballen verlassen die Gießstation in Richtung des Pfeils 3.
In der Schließstellung des Kolbens 12 (Fig. 1) wird im Schmelzegefäß ein Überdruck aufrechterhalten, der allerdings niedriger liegen kann, als der Gießdruck. Hiermit ist gewährleistet, daß nicht durch Absenken der Schmelzesäule im Steigrohr 7 in deren oberen Teil ein Unterdruck entsteht, der über Leckagen zum Einbruch von Luftsauerstoff führen könnte.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 ist ferner unmittelbar unterhalb der Formballen und in Kontakt zu diesen eine Kühlplatte 16 angeordnet, über die die Formballen mit dem Einguß 11 laufen, so daß die Schmelze im Einguß 11 schnell zur Erstarrung gebracht wird.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß Kastenformen 17 abgegossen werden.
Bei dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Gießvorgang reicht die Schmelzesäule vom Schmelzebehälter 4 bis in die Gießform. Dabei wird die Schmelzesäule mittels des Vordrucks im Schmelzebehälter mit maximaler Gießgeschwindigkeit in die Form verdrängt. Gegen Ende des Gießtaktes wird der Kolben 12 angesteuert, der zunächst die Mündung 18 (Fig. 2 und 3) des schrägen Abschnittes 8 des Steigrohrs in den vertikalen Abschnitt 9 überfährt und dabei die Schmelzesäule abschert und zugleich das Restvolumen 14 in dem senkrechten Abschnitt 9 in die Gießform verdrängt.
In Fig. 5 ist der zeitliche Verlauf der Gießgeschwindigkeit und die Änderung des Steigrohrquerschnittes gegen Ende des Gießvorgangs wiedergegeben. Ist eine Gießform in die Gießposition gebracht, wird der Kolben 12 nach unten gefahren, so daß die Mündung 18 freigegeben ist und die Schmelze aus dem Schmelzebehälter 4 über das Steigrohr 7, 8 in den senkrechten Abschnitt 9 und schließlich diese über den Einguß 11 in die Form verdrängt wird. Dabei steigt die Geschwindigkeit der Schmelzesäule in dem Kurvenabschnitt 20 entsprechend dem Vordruck im Schmelzeofen sehr schnell auf die maximale Gießgeschwindigkeit 21 an. Der Steigrohrquerschnitt bzw. die Mündung 18 ist vollständig freigegeben, wie dies mit dem Kurvenabschnitt 30 angedeutet ist. Gegen Ende des Gießvorgangs, bei dem noch bis etwa 10 % des Schmelzevolumens in der Form fehlen, wird der Kolben 12 angesteuert. Dies geschieht bei dem in Fig. 5 gezeigten Diagramm bei 22. Der Steigrohrquerschnitt nimmt dann durch zunehmendes Überfahren der Mündung 18 durch den Kolben 12 schnell ab, wie dies der Kurvenabschnitt 31 zeigt, bis schließlich der Kolben 12 die Schmelzesäule an der Mündung 18 vollständig abgeschert hat, wie dies im Diagramm bei 32 angedeutet ist. Die Gießgeschwindigkeit bleibt dabei auf dem Kurvenabschnitt 24 zunächst noch auf dem Maximalwert und fällt dann mit negativem Geschwindigkeitsgradienten ab, und zwar zunächst über einen kurzen Zeitraum mit einer flachen Abnahme im Kurvenabschnitt 25, um anschließend im Kurvenabschnitt 26 steil abzufallen und schließlich wiederum im Kurvenabachnitt 27 flach auszulaufen, bis bei 28 der Einguß 11 durch den Kolben 12 verschlossen ist. Der Verlauf der Gießgeschwindigkeit in den Kurvenabschnitten 24, 25, 26 und 27 ist nur beispielhaft gezeigt und im übrigen von der Gußteilgeometrie abhängig bzw. an diese anpaßbar.

Claims (14)

  1. Verfahren zum steigenden Niederdruck-Gießen von Metall, insbesondere Leichtmetall, indem eine mit wenigstens einem Speiser versehene Gießform mit ihrem Einguß über ein Steigrohr an einen Schmelzebehälter angeschlossen und die darin enthaltene Schmelze unter Druck durch das Steigrohr in die Gießform verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der überwiegende Teil des für das Füllen der Gießform notwendigen Schmelzevolumens mit maximaler Gießgeschwindigkeit in die Gießform verdrängt, dann die Schmelzesäule im Steigrohr abgeschert und ein zwischen der Abscherstelle und dem Einguß verbleibendes Restvolumen mit einem negativen Geschwindigkeitsgradienten in die Gießform verdrängt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Restvolumen mit einem unstetigen Geschwindigkeitsgradienten in die Gießform verdrängt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Restvolumen zunächst mit der maximalen Geschwindigkeit, anschließend mit einem flach und daraufhin steil negativen Geschwindigkeitsgradienten in die Gießform verdrängt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Restvolumens in Abhängigkeit von dem Volumen und/oder der Geometrie des Gußteils gewählt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitsgradient und/oder dessen zeitlicher Verlauf in Abhängigkeit von dem Volumen und/oder der Geometrie des Gußteils gewählt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bis etwa 10 % des Volumens des Gußteils das Restvolumen bilden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 3 bis 7 Vol % des Gußteils das Restvolumen bilden.
  8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Transportbahn zur taktweisen Bewegung von Gießformen mit wenigstens einem Speiser und einem Einguß, einer Gießstation an der Transportbahn, an der die Gießformen nacheinander positionierbar sind, einem an der Gießstation positionierbaren Schmelzebehälter, insbesondere Schmelzeofen, einem in die Schmelze eintauchenden Steigrohr, an das an der Gießstation die Gießform mit ihrem Einguß anschließbar ist, und einem Druckerzeuger zum Verdrängen der Schmelze aus dem Schmelzebehälter über das Steigrohr und den Einguß in die Gießform, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang zwischen Steigrohr (7, 8) und Einguß (11) ein das Restvolumen bildender, rohrförmiger Abschnitt (9) angeordnet ist, in welchem ein gesteuerter Verdränger (12) zwischen einer die Mündung (18) des Steigrohrs (7, 8) in diesen Abschnitt (9) freigebenden Gießposition über eine die Mündung verschließende Zwischenposition in eine den Einguß (11) verschließende Endlage bewegbar ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Abschnitt (9) mit dem Einguß (11) fluchtet.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Verdrängers (12) steuerbar ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Verdrängers (12) in Abhängigkeit von der Geometrie und/oder dem Volumen des Gußteils steuerbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der rohrförmige Abschnitt (9) gegen einen Abschnitt mit anderem Volumen austauschbar ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Abschnitt (9) durch einen weiteren rohrförmigen Abschnitt verlängerbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Abschnitt (9) und der Verdränger (12) von einer Zylinder-Kolbeneinheit gebildet sind und das Steigrohr (7, 8) seitlich in den Zylinder (9) nahe der dem Einguß fernen Endlage des Kolbens (12) in den Zylinder (9) einmündet.
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