EP0956916B1 - Low pressure bottom casting process for casting metals, especially light metals - Google Patents
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- EP0956916B1 EP0956916B1 EP99108387A EP99108387A EP0956916B1 EP 0956916 B1 EP0956916 B1 EP 0956916B1 EP 99108387 A EP99108387 A EP 99108387A EP 99108387 A EP99108387 A EP 99108387A EP 0956916 B1 EP0956916 B1 EP 0956916B1
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Classifications
-
- 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
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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
- 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, in particular light metal, by a casting mold provided with at least one feeder with her sprue on a riser to a Melting container connected and contained therein Melt under pressure through the riser into the mold is displaced.
- the disadvantage is that the performance is relatively low. This is among other things on it attributed to the fact that after each casting the pressure in the melt vessel must be lowered, which in turn with the sinking the melt column is connected in the riser. There atmospheric oxygen penetrates from the environment into the riser on. It forms on the albeit small surface the melt column an oxide skin, which is renewed Increase the melt column at the next casting cycle to the Wall of the riser applies and on the melt front always imitates. As a result, the riser is growing gradually closed. At high power this requires one regular replacement of the riser in relatively short Time intervals, which in turn leads to a reduction in performance leads.
- Another decisive disadvantage is that the oxide film forming on the surface of the melt column is introduced into the mold or mold and itself later found in the cast structure.
- WO 95/20449 In low-pressure casting plants it is known (WO 95/20449), in the area of the transition from the riser to the form a Provide closure. This one has the first Task, turbulence in the melting vessel, in particular in the gas cushion located above the melt level to avoid.
- the shutter consists of one at the transition between the riser and sprue to be used melting plate with lower melting point than the aluminum melt. This shutter plate is at increasing the Melt liquefied. These liquid foreign components are introduced into the mold and lead to the highest unwanted inclusions in the casting. The shutter must after each casting to be replaced, so that the performance is correspondingly low.
- the dynamic charge at the end of the pour depends on the given Part geometry primarily of the venting behavior the form (gas permeability in sand molds, vent holes etc.), but in any case from the casting speed at the end of the pouring shortly before the complete Filling the mold.
- a third type of defect is the blistering due to Air and gas inclusions that occur during casting, but mainly in the phase shortly before the end of the casting.
- the casting gases via exhaust ducts, by air whistling, by using open feeders or use of molded materials with high gas permeability dissipated.
- Errors of the aforementioned type already occur the usual today low casting power from 1 to 2 kg / sec for aluminum alloys. Will the casting performance increased significantly, it is expected that the Gas bubble formation increases to a considerable extent.
- For the Rising pouring methods have been known to date. So z. B. the use of a gas pressure pad in Melting tank or furnace, which the melt over the fills the riser connected to the mold.
- the invention is based on the object in the rising Pouring of light metal a higher casting speed and thus higher cycle times with high casting quality to reach.
- the filling process divided into two sections, the first section following the usual process of rising casting, by at the given free cross-section of the riser the melt column alone by the propulsion on Melting vessel or furnace up to the maximum casting speed accelerated and this until just before the end of pouring is maintained. Subsequently, the melt column sheared off near the gate so that the maximum Casting speed is maintained for a short time until the melt column is completely sheared off is.
- the inventive method is in particular in the case of sand molds, the penetration of the melt into the mold surface and further eroding the shape by impulse forces avoided, so that despite possible increase the casting performance flawless Gußteilobervid received become. Further, by avoiding the construction Too high isostatic pressure avoided that the Melt penetrates into mold separation zones and burrs leads. By shearing off the remaining volume of the Melting column can be from the melt container ago touching Vibrations are not transferred to the residual volume. The residual volume in turn is due to its relative low mass and the negative speed gradient vibrationally displaced into the mold.
- the residual volume is discontinuous Velocity gradient displaced into the mold, for example, first with the maximum casting speed, then with a flat and then steep negative velocity gradient.
- the inventive method is in particular the Possibility of depending on the size of the residual volume from the volume and / or geometry of the casting choose. The larger the casting volume and the more involved the geometry of the casting in the upper area is so bigger you will choose the remaining volume.
- the velocity gradient and / or its time course depending on the volume and / or the geometry of the casting can be selected.
- an intricate geometry especially in the upper area of the form, a faster degradation of the velocity gradient in consideration, as in large-volume and little involved forms.
- the residual volume is preferably 3-7% by volume of the Casting.
- the invention proceeds from a device with a transport path for intermittent Movement of the molds with at least one feeder and a sprue, a casting station at the transport track, at which the molds can be positioned one after the other are, a positionable at the casting station melt container, in particular melt furnace, one in the melt submerged riser, to which at the casting station the Mold is connectable with its sprue, and a Pressure generator for displacing the melt from the melt container over the riser and the sprue in the Mold.
- Such a device is characterized according to the invention characterized in that at the transition between riser and Gutter a residual volume forming, tubular portion is arranged, in which a controlled displacer between one the mouth of the riser in this section releasing casting position over a the Mouth closing intermediate position with a negative Speed gradients in a sprue closing position is movable.
- the displaced in the riser column passes with the maximum casting speed over the tubular Section and the 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 shears off completely is, so that the furnace-side acting on them Driving forces no longer on the tubular section enclosed residual volume can act.
- This residual volume is then by means of the displacer with the predetermined, negative velocity gradient in the mold displaces until the displacer reaches its final position reached, in which he closes the sprue.
- the tubular portion is aligned with the Injection, so that the residual volume without translational translational and thus well controllable displaced into the mold becomes.
- This can be done with vertical sprue at the bottom of the mold equally beneficial, as in a horizontal lateral sprue.
- the speed of the displacer is preferably in Dependence on the geometry and / or the volume of the Castable controllable, possibly also by means of a Program specifiable.
- tubular portion against a section with a different volume interchangeable or to be extendable to another section the residual volume of the geometry or the volume of Optimally adapt casting.
- tubular portion and the displacer of a cylinder-piston unit formed and opens the riser laterally into the cylinder near the gate far end position of the piston in the Cylinder on.
- the casting system designed according to the invention is both suitable for Sandformenguß, as well as chill casting.
- the reproduced in the drawings embodiments exclusively concern casting in sand molds (with or without box).
- FIGS. 1 and 2 are the Molds as boxless molded bales 1 on a die Transport path forming conveyor 2 sequentially arranged.
- the molded bales 1 are in the direction of Arrow 3 promoted to a casting station, at the one Melting vessel 4, optionally in the form of a furnace, hebund can be lowered and moved.
- Melt vessel 4 is the light metal melt 5, over whose melt surface a gas cushion 6 is, which is acted upon by a controllable pressure generator.
- the melt vessel 4 emerges a designated overall with 7 Riser, which in this embodiment over a sloping section 8 and a short rectilinear, tubular portion 9 extends upward and ends at a mouth 10.
- the molded bales 1 are thus clocked by means of the conveyor 2, that at every bar a bale in the casting position comes. Then the device with the short vertical section 9 of the riser adjusted so that the latter in flight position with the sprue 11 of the form of bale arrives.
- the tubular portion 9 is a displacer arranged in the form of a piston 12, by means of a pressure medium cylinder 13 is actuated.
- FIGS. 1 and 2 is further just below the mold bales and in contact with arranged a cooling plate 16, over which the bales run with the sprue 11, so that the melt in the Gully 11 is quickly solidified.
- FIGS. 3 and 4 differs from that shown in FIG. 1 essentially only in that Box molds 17 are poured off.
- Fig. 5 is the time course of the casting speed and the change of the riser cross-section against Played at the end of the casting process.
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Abstract
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.The invention relates to a method for increasing Low-pressure casting of metal, in particular light metal, by a casting mold provided with at least one feeder with her sprue on a riser to a Melting container connected and contained therein Melt under pressure through the riser into the mold is displaced.
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. Light metals, especially aluminum, have in the Past as construction material increasing Gained importance. This also applies to the motor vehicle industry, especially engine construction. So be in the newer Time engine blocks made of aluminum. Due to the Large-scale production in the automotive industry must also Casting and casting machines with high performance for Will be provided. At the same time, especially at highly loaded components a high quality standard to be guaranteed. Because aluminum is mostly in the molten state spontaneously oxidized with atmospheric oxygen forms open melt surfaces in the presence of oxygen very quickly an oxide skin.
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.To prevent this as much as possible, has become for example, both for the casting, as well as Chill casting Low pressure casting, especially in the Execution of the rising cast, proven, since here the Melt not swirled, but the mold or mold is filled with a calmed melt front. Thereby In particular, oxide inclusions in the casting can largely be avoided.
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 Steigrohrs 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.With these typical measures for low pressure casting However, the disadvantage is that the performance is relatively low. This is among other things on it attributed to the fact that after each casting the pressure in the melt vessel must be lowered, which in turn with the sinking the melt column is connected in the riser. there atmospheric oxygen penetrates from the environment into the riser on. It forms on the albeit small surface the melt column an oxide skin, which is renewed Increase the melt column at the next casting cycle to the Wall of the riser applies and on the melt front always imitates. As a result, the riser is growing gradually closed. At high power this requires one regular replacement of the riser in relatively short Time intervals, which in turn leads to a reduction in performance leads. Another decisive disadvantage is that the oxide film forming on the surface of the melt column is introduced into the mold or mold and itself later found in the cast structure.
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.In low-pressure casting plants it is known (WO 95/20449), in the area of the transition from the riser to the form a Provide closure. This one has the first Task, turbulence in the melting vessel, in particular in the gas cushion located above the melt level to avoid. The shutter consists of one at the transition between the riser and sprue to be used melting plate with lower melting point than the aluminum melt. This shutter plate is at increasing the Melt liquefied. These liquid foreign components are introduced into the mold and lead to the highest unwanted inclusions in the casting. The shutter must after each casting to be replaced, so that the performance is correspondingly low.
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.In another known method (WO 97/37797) between the mouth of the riser and the mold a make-up arranged in the form of a container through which through the melt from the riser into the mold is displaced. The container has a bottom side Slide lock on, after filling the mold closes. After the casting, the mold is combined with the Make-up decoupled from the riser and the casting shrinkage by feeding melt from the make-up in balanced the shape. This also allows the Performance compared to conventional low-pressure casting machines Do not increase, especially as the dessert for the next Drained pouring and returned to the casting station must become.
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.After an older, not pre-published proposal the applicant (DE 198 07 623) is at the end of each casting cycle reaching from the riser into the sprue of the mold Melting column near the mouth of the riser below simultaneous closure of the same sheared off. By the Shearing the melt column near the mouth of the riser forms no free above the melt column Volume and thus no free surface on the could form an oxide skin. It can therefore also no oxide layer on the riser attach and can do not grow this. By the closure is further ensured that in the subsequent casting cycle no Oxidhaut is introduced into the mold. Further, from Advantage, if after shearing the melt column in the Melting vessel at least one the melt column against the Closure retaining overpressure is maintained. By this measure, the performance of the casting plant increase.
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.The production of light metal casting in high quantities and high Gußtonnagen requires significantly higher specific Casting achievements, which so far in the range of 1 kg / s lie. To improve the efficiency of the plants ever shorter cycle times are desired. In order to The demand for shorter casting times ever arises Clock, or for equal proportions the demand for higher melt throughput during mold filling. The with increasing pouring higher specific pouring performances significantly more than 1 kg / sec, e.g. B. 3 - 10 kg / sec, lead to high local casting speeds. These are but due to the lack of erosion resistance of the molding materials, through the geometry of the castings and gates in narrow cross sections, but most strongly by the unwanted dynamic Füllstoß limited at the end of casting. The dynamic charge at the end of the pour depends on the given Part geometry primarily of the venting behavior the form (gas permeability in sand molds, vent holes etc.), but in any case from the casting speed at the end of the pouring shortly before the complete Filling the mold.
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.In Sandgußverfahren, especially in Naßgußverfahren are Surface defects on the castings known, predominantly caused by the filling impact at the end of the casting. In The last phase of the mold filling becomes the kinetic Energy of the melt on the elevated mold surfaces abruptly converted into impact energy. This dynamic thrust drives the melt into the pores of the sand surface and There generates undesirably rough surfaces on the casting contour. Here are inhomogeneously compressed form parts affected in different ways. In many cases so damaged castings but with reworked considerable cleaning or as a committee be discarded.
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.Another effect of this filling stroke leads to increased Burr formation in the division zones of the mold halves and the Cores. But burr formation means expensive cleaning work, depending on the type of part over 30% of the cost price of Casting can make out. Burr eggs or burr-free Casting is therefore of great economic importance.
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.A third type of defect is the blistering due to Air and gas inclusions that occur during casting, but mainly in the phase shortly before the end of the casting. Preventive, the casting gases via exhaust ducts, by air whistling, by using open feeders or use of molded materials with high gas permeability dissipated. Errors of the aforementioned type already occur the usual today low casting power from 1 to 2 kg / sec for aluminum alloys. Will the casting performance increased significantly, it is expected that the Gas bubble formation increases to a considerable extent. For the Rising pouring methods have been known to date. So z. B. the use of a gas pressure pad in Melting tank or furnace, which the melt over the fills the riser connected to the mold. Instead of Gas pressure in the melting tank will also be electromagnetic pumps used at the foot of the riser, which the Take on the filling task. In both cases, a so-called active filling for use, d. H. the filling process is in the form of a speed-time profile or volume-time profile depending on the level change controlled and regulated in the melting tank (DE 33 17 474 = EP 0 128 280, EP 0 215 153). With these Methods, it is possible in principle, the undesirable to counteract dynamic Füllstoß towards the end of the mold filling. The increase of Gußtonnage and thus the Increasing the casting capacity per casting, however, represents new Requirements for the known casting methods. larger Melt throughputs inevitably lead to larger Melt or Ofenchargen and furnace volume, because the Refill cycles because of the high demands on the Melt quality must not be neglected. Size Furnace volumes complicate the gas pressure filling process the controllability of the filling process. These greater mass inertia of the melt leads to rapid Changes the furnace pressures to swing the metal mass in the oven. The leadership of the melt-filling profile is made difficult or impossible. Especially at the end of the pouring towards the previously accelerated mass of the melt can not Delayed fast enough and vibration free.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim steigenden Gießen von Leichtmetall eine höhere Gießgeschwindigkeit und damit höhere Taktzeiten bei hoher Gußqualität zu erreichen.The invention is based on the object in the rising Pouring of light metal a higher casting speed and thus higher cycle times with high casting quality to reach.
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 von bis zu etwa 10% des Volumens des Gußteils mit einem negativen Geschwindigkeitsgradienten in die Gießform verdrängt wird.This object is achieved in that the vast majority of for filling the mold necessary melt volume with maximum casting speed displaced into the casting mold, then the melt column sheared in the riser and a between the Abscherstelle and the remaining remaining volume of up to about 10% of the volume of the casting with a negative Velocity gradients displaced into the mold becomes.
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, das bis etwa 10% des Volumens des Gußteils beträgt 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.In the method according to the invention, the filling process divided into two sections, the first section following the usual process of rising casting, by at the given free cross-section of the riser the melt column alone by the propulsion on Melting vessel or furnace up to the maximum casting speed accelerated and this until just before the end of pouring is maintained. Subsequently, the melt column sheared off near the gate so that the maximum Casting speed is maintained for a short time until the melt column is completely sheared off is. The remaining between the Abscherstelle and the sprue Residual volume, which amounts to about 10% of the volume of Casting is then with constantly decreasing speed displaced into the mold, so that the Melt front within the mold rises more slowly and on the one hand controls the residual air remaining in the mold can escape, on the other hand, a dynamic safe Füllstoß on the overhead molding surfaces avoided becomes. This is equally prevented that in the Melt volume in the form of too high a hydrostatic Build up pressure.
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. The inventive method is in particular in the case of sand molds, the penetration of the melt into the mold surface and further eroding the shape by impulse forces avoided, so that despite possible increase the casting performance flawless Gußteiloberflächen received become. Further, by avoiding the construction Too high isostatic pressure avoided that the Melt penetrates into mold separation zones and burrs leads. By shearing off the remaining volume of the Melting column can be from the melt container ago touching Vibrations are not transferred to the residual volume. The residual volume in turn is due to its relative low mass and the negative speed gradient vibrationally displaced into the mold.
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 Geschwindigkeitsgradienten.Preferably, the residual volume is discontinuous Velocity gradient displaced into the mold, for example, first with the maximum casting speed, then with a flat and then steep negative velocity gradient.
Das erfindungsgemäße Verfahren gibt insbesondere die Möglichkeit, die Größe des Restvolumens 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.The inventive method is in particular the Possibility of depending on the size of the residual volume from the volume and / or geometry of the casting choose. The larger the casting volume and the more involved the geometry of the casting in the upper area is so bigger you will choose the remaining volume.
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.Furthermore, the velocity gradient and / or its time course depending on the volume and / or the geometry of the casting can be selected. there comes with an intricate geometry, especially in the upper area of the form, a faster degradation of the velocity gradient in consideration, as in large-volume and little involved forms.
Das Restvolumen liegt vorzugsweise bei 3 - 7 Vol % des Gußteils.The residual volume is preferably 3-7% by volume of the Casting.
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. For carrying out the method, the invention proceeds from a device with a transport path for intermittent Movement of the molds with at least one feeder and a sprue, a casting station at the transport track, at which the molds can be positioned one after the other are, a positionable at the casting station melt container, in particular melt furnace, one in the melt submerged riser, to which at the casting station the Mold is connectable with its sprue, and a Pressure generator for displacing the melt from the melt container over the riser and the sprue in the Mold.
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 mit einem negativen Geschwindigkeitsgradienten in eine den Einguß verschließende Lage bewegbar ist.Such a device is characterized according to the invention characterized in that at the transition between riser and Gutter a residual volume forming, tubular portion is arranged, in which a controlled displacer between one the mouth of the riser in this section releasing casting position over a the Mouth closing intermediate position with a negative Speed gradients in a sprue closing position is movable.
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.The displaced in the riser column passes with the maximum casting speed over the tubular Section and the pouring into the mold. Towards the end of the Gießtaktes 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 shears off completely is, so that the furnace-side acting on them Driving forces no longer on the tubular section enclosed residual volume can act. This residual volume is then by means of the displacer with the predetermined, negative velocity gradient in the mold displaces until the displacer reaches its final position reached, in which he closes the sprue.
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.Preferably, the tubular portion is aligned with the Injection, so that the residual volume without translational translational and thus well controllable displaced into the mold becomes. This can be done with vertical sprue at the bottom of the mold equally beneficial, as in a horizontal lateral sprue.
Die Geschwindigkeit des Verdrängers ist vorzugsweise in Abhängigkeit von der Geometrie und/oder dem Volumen des Gußteils steuerbar, gegebenenfalls auch mittels eines Programms vorgebbar. The speed of the displacer is preferably in Dependence on the geometry and / or the volume of the Castable controllable, possibly also by means of a Program specifiable.
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.Furthermore, at least the tubular portion against a section with a different volume interchangeable or to be extendable to another section the residual volume of the geometry or the volume of Optimally adapt casting.
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.In a preferred embodiment, the tubular portion and the displacer of a cylinder-piston unit formed and opens the riser laterally into the cylinder near the gate far end position of the piston in the Cylinder on.
Gegebenenfalls kann die komplette Zylinder-Kolbeneinheit gegen eine mit anderem Zylindervolumen ausgetauscht werden.Optionally, the complete cylinder-piston unit exchanged for one with another cylinder volume become.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von 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.
- Fig. 1
- a schematic view of a low-pressure casting plant for casteless sand casting in a first operating position;
- Fig. 2
- the casting plant of Figure 1 in a further operating position.
- Fig. 3
- a schematic view of a low-pressure casting for the Kastenguß in a first operating position;
- Fig. 4
- the casting plant of FIG. 3 in a further operating position and
- Fig. 5
- a timing diagram to start the casting process.
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).The casting system designed according to the invention is both suitable for Sandformenguß, as well as chill casting. The reproduced in the drawings embodiments exclusively concern casting in sand molds (with or without box).
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, hebund
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.In the embodiment of FIGS. 1 and 2 are the
Molds as boxless molded
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.From the reproduced in Fig. 1 close to the final position, in
the
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.In the closed position of the piston 12 (FIG
Melting vessel maintained a positive pressure, however
lower than the casting pressure. Herewith
ensures that not by lowering the melt column
in the
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.In the embodiment of FIGS. 1 and 2 is further
just below the mold bales and in contact with
arranged a
Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 unterscheidet sich
von der gemäß Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß
Kastenformen 17 abgegossen werden.The embodiment according to FIGS. 3 and 4 differs
from that shown in FIG. 1 essentially only in that
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 the casting shown in FIGS. 2 and 3, the
Melting column from the
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 Kurvenabschnitt 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.In Fig. 5 is the time course of the casting speed
and the change of the riser cross-section against
Played at the end of the casting process. Is a mold in
brought the casting position, the
Claims (13)
- Process for uphill low pressure casting of metal, particularly light metal, in that a casting mould provided with at least one feeder is connected by its gate, via a riser to a melting container and the melt contained therein is displaced under pressure through the riser into the casting mould, characterized in that most of the melt volume necessary for filling the mould is displaced into the mould at a maximum casting speed, then the melting column in the riser is sheared and a residual volume of up to approximately 10% of the casting volume remaining between the shearing point and the gate is displaced with a negative speed gradient into the mould.
- Process according to claim 1, characterized in that the residual volume is displaced into the mould with a non-constant speed gradient.
- Process according to claim 1 or 2, characterized in that the residual volume is displaced into the mould initially at the maximum speed, subsequently with a flat and then with a steep negative speed gradient.
- Process according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the size of the residual volume is selected as a function of the volume and/or geometry of the casting.
- Process according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the speed gradient and/or its time course is selected as a function of the volume and/or geometry of the casting.
- Process according to one of the claims 1 to 5, characterized in that 3 to 7 vol.% of the casting form the residual volume.
- Apparatus for performing the process according to claim 1 with a conveyor for the cyclic movement of casting moulds with at least one feeder and a gate, a casting station at the conveyor on which the moulds are successively positionable, a melting container, particularly a melting furnace, postionable at the casting station, a riser immersed in the melt and to which the mould gate can be connected at the casting station and a pressure generator for the displacement of the melt from the melting container, via the riser and the gate into the mould, characterized in that at the transition between the riser (7, 8) and the gate (11) is located a tubular portion (9) forming the residual volume of up to approximately 10% of the casting volume, in which a controlled displacer (12) is movable between a casting position freeing the opening (18) of the riser (7, 8) in said portion (9), via an intermediate position closing the opening and with a negative speed gradient into an end position closing the gate (11).
- Apparatus according to claim 7, characterized in that the tubular portion (9) is aligned with the gate (11).
- Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the speed of the displacer (12) in controllable.
- Apparatus according to one of the claims 7 to 9, characterized in that the speed of the displacer (12) is controllable as a function of the geometry and/or volume of the casting.
- Apparatus according to one of the claims 7 to 10, characterized in that at least the tubular portion (8) can be replaced by a portion with a different volume.
- Apparatus according to one of the claims 7 to 10, characterized in that the tubular portion (9) can be extended by a further tubular portion.
- Apparatus according to one of the claims 7 to 11, characterized in that the tubular portion (9) and displacer (12) are formed by a cylinder-piston unit and the riser (7, 8) issues laterally into the cylinder (9) close to the end position of the piston (12) remote from the gate.
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