EP2422901B1 - Vorrichtung zum Gießen von Gußeisen in einer Kokille - Google Patents

Vorrichtung zum Gießen von Gußeisen in einer Kokille Download PDF

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EP2422901B1
EP2422901B1 EP11177151.5A EP11177151A EP2422901B1 EP 2422901 B1 EP2422901 B1 EP 2422901B1 EP 11177151 A EP11177151 A EP 11177151A EP 2422901 B1 EP2422901 B1 EP 2422901B1
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C21/00—Flasks; Accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B22C9/061—Materials which make up the mould

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for casting cast iron in a mold having a multi-part metallic mold enclosing a sand mold into the cavity of which the molten cast iron is filled.
  • a device is out DE 699 23 214 T2 known.
  • a controlled cooling of the material after filling the sand mold is to be achieved in that the plurality of mold parts coolant-flowed cavities and these are acted upon by the coolant according to the desired cooling conditions.
  • the US 2005/0103407 A1 shows a mold for a cylinder head with a metallic molding and several sand moldings. After casting, the metallic molding is removed to quench the casting and the exposed portion of the casting is sprayed with cooling water and cooled in this manner.
  • the WO 00/27567 A1 shows an apparatus for casting cast iron in a mold with a multi-part metallic mold enclosing a sand mold, in the cavity of the molten cast iron is filled.
  • the object of the invention is to achieve not only a better cooling but also a better controllability of this cooling.
  • the controlled in this way solidification of the casting should enable the achievement of optimal, reproducible material and structural properties in the casting / component.
  • the two-part metallic mold 1 encloses a sand mold 3, in which the casting room or after ascending filling by gates 6, the casting is located.
  • This sand mold can be made in a conventional process such as croning, cold box or hot box processes.
  • In the inner wall of the mold 1 and in the outer wall of the sand mold 3 are formed, opposite each other in cross-section semicircular grooves, which complement each other to a channel 2, which extends helically from a coolant inlet 5 to a coolant outlet 8. It is understood that depending on the shape of mold and sand mold other courses of the coolant channel or space may be appropriate, such as a meandering course.
  • the primary cooling is carried out by a coolant channel 2 flowing through the coolant.
  • a coolant channel 2 flowing through the coolant.
  • preferably serves air or, when guided in a closed circuit, an inert gas.
  • this primary cooling is controlled accordingly, in particular on the amount and initial temperature, the flow rate and the pressure of the introduced coolant. Since this maximum reaches the casting and is separated from it only by the remaining thickness of the sand mold, a targeted rapid cooling is achieved, which in turn the achievement of optimum microstructural properties such as strength, elongation, toughness, fine grain u. a. allows.
  • the coolant is a gas, preferably air.
  • the flow of the coolant is effected by introducing the same under pressure at the coolant inlet.
  • the flow of the coolant is effected by sucking the same at the coolant outlet.
  • the coolant flows through a filter before discharge into the atmosphere.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gießen von Gußeisen in einer Kokille mit einer mehrteiligen metallischen Kokille, die eine Sandform umschließt, in deren Hohlraum das geschmolzene Gußeisen eingefüllt wird. Eine solche Vorrichtung ist aus DE 699 23 214 T2 bekannt.
  • Bei dieser bekannten Vorrichtung soll eine gesteuerte Abkühlung des Werkstoffs nach Füllung der Sandform dadurch erreicht werden, daß die mehreren Kokillenteile kühlmitteldurchströmte Hohlräume aufweisen und diese entsprechend den gewünschten Kühlbedingungen vom Kühlmittel beaufschlagt werden.
  • Eine vollkommene Erreichung des Ziels der gesteuerten Abkühlung ist jedoch schwer erreichbar, da der Wärmeabtransport hier erst über die zwischen Gußteil und Kokilleninnenseite gelegene Sandformwand und dann auch noch über die Innenwände der Kokillenteile stattfindet.
  • Ähnliches gilt für eine aus DE 102 42 559 A1 bekannte Technik, bei der zur Steuerung des Abkühlungsverhaltens des Formsandes in diesen Kühlkörper veränderbarer Dichte eingelagert werden. Kühlmitteldurchströmte Hohlräume sind hier jedoch nicht vorhanden.
  • Aus DE 100 14 591 C1 ist bekannt, in gießraumseitig offenen Rinnen des Formkastens kühlmitteldurchströmte Kühlrohre zu verlegen. Diese sind dann mit der einlaufenden Metallschmelze direkt am erhaltenen Werkstück angegossen, was eine aufwendige Nachbearbeitung erfordert.
  • In DE 199 26 322 A1 wird vorgeschlagen, einen Kühlkanal unter Beachtung der Werkstückform konturnah in der Sandform verlaufen zu lassen. Eine die Sandform umschließende mehrteilige metallische Kokille ist nicht gezeigt.
  • Aus dem US-Patent 5,611,388 ist eine Vorrichtung zum Gießen von Gußeisen in einer Kokille mit einer mehrteiligen metallischen Kokille bekannt, die eine Sandform umschließt, in deren Hohlraum das geschmolzene Gußeisen eingefüllt wird. Die Kokille besteht aus einem Oberteil und einem Unterteil, die beide mit Kühlkanälen versehen sind.
  • Die US 2005/0103407 A1 zeigt eine Gußform für einen Zylinderkopf mit einem metallischen Formteil sowie mehreren Sandformteilen. Nach dem Gießen wird zum Abschrecken des Gußteils das metallische Formteil entfernt und der freigelegte Bereich des Gußteils mit Kühlwasser besprüht und auf diese Weise abgekühlt.
  • Die WO 00/27567 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Gießen von Gußeisen in einer Kokille mit einer mehrteiligen metallischen Kokille, die eine Sandform umschließt, in deren Hohlraum das geschmolzene Gußeisen eingefüllt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Erzielung nicht nur einer besseren Kühlung sondern auch einer besseren Steuerbarkeit dieser Kühlung. Die auf diese Weise gelenkte Erstarrung des Gußteils soll die Erzielung optimaler, reproduzierbarer Material- und Gefügeeigenschaften im Gußteil/Bauteil ermöglichen. Schließlich sollen durch die verbesserte Kühlung auch kürzere Taktzeiten und damit erhöhte Leistung der Fertigung erzielt werden.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus den Patentansprüchen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigegebenen Zeichnung weiter erläutert werden. Diese zeigt schnittbildlich eine Gießvorrichtung der vorgeschlagenen Zusammenstellung.
  • Die zweigeteilte metallische Kokille 1 umschließt eine Sandform 3, in der der Gießraum bzw. nach aufsteigender Befüllung durch Anschnitte 6 das Gußteil sich befindet. Diese Sandform kann in einem üblichen Verfahren wie Croning-, Coldbox- oder Hotboxverfahren hergestellt werden. In der Innenwand der Kokille 1 und in der Außenwand der Sandform 3 sind, sich einander gegenüberliegend im Querschnitt halbkreisförmige Rinnen ausgebildet, die sich zu einem Kanal 2 ergänzen, welcher schraubenlinienförmig von einem Kühlmitteleintritt 5 zu einem Kühlmittelaustritt 8 verläuft. Es versteht sich, daß je nach der Gestalt von Kokille und Sandform andere Verläufe des Kühlmittelkanals bzw. -raums zweckmäßig sein können, etwa ein mäanderformiger Verlauf.
  • Ein weiterer Kühlmittelkanal 7, der hier eine sekundäre Kühlung bewirkt, durchzieht die Kokille 1 und ist mit nicht gezeigten Zufuhr- und Abfuhranschlüssen verbunden.
  • Die primäre Kühlung erfolgt durch ein den Kühlmittelkanal 2 durchströmendes Kühlmittel. Als solches dient bevorzugt Luft oder, bei Führung in einem geschlossenen Kreislauf, ein inertes Gas. Um die Abkühlung des Gußteils optimal verlaufen zu lassen wird vor allem diese Primärkühlung entsprechend gesteuert, insbesondere über die Menge und Anfangstemperatur, die Durchströmungsgeschwindigkeit und den Druck des eingeleiteten Kühlmittels. Da dieses vorliegend maximal an das Gußteil heranreicht und von diesem nur durch die verbleibende Dicke der Sandform getrennt ist, wird eine gezielte schnelle Abkühlung erreicht, die wiederum die Erzielung optimaler Gefügeeigenschaften wie Festigkeit, Dehnung, Zähigkeit, Feinkörnigkeit u. a. ermöglicht.
  • Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist das Kühlmittel ein Gas, vorzugsweise Luft.
  • Bei vorteilhaften Weiterbildungen wird die Strömung des Kühlmittels durch Einleitung desselben unter Druck am Kühlmitteleintritt bewirkt.
  • Bei vorteilhaften Weiterbildungen wird die Strömung des Kühlmittels durch Absaugen desselben am Kühlmittelaustritt bewirkt.
  • Bei vorteilhaften Weiterbildungen durchströmt das Kühlmittel vor der Entlassung in die Atmosphäre einen Filter.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Gießen von Gußeisen in einer Kokille mit einer mehrteiligen metallischen Kokille (1), die eine Sandform (3) umschließt, in deren Hohlraum (4) das geschmolzene Gußeisen eingefüllt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Oberfläche der Innenwand der Kokille (1) und der Außenwand der Sandform (3) wenigstens ein kühlmitteldurchströmter Raum (2) gebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kühlmitteldurchströmte Raum in Form wenigstens eines zwischen Kühlmitteleintritt (5) und -austritt (8) verlaufenden Kanals (2) gebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (2) jeweils etwa zur Hälfte gebildet ist durch eine rinnenartige Vertiefung der Innenwand der Kokille (1) und eine gegenüberliegende rinnenartige Vertiefung in der Außenwand der Sandform (3).
  4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei knickfrei gekrümmten Flächen der Kanal (2) schraubenlinienförmig zwischen Kühlmitteleintritt (5) und -austritt (8) verläuft.
  5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei ebenen, winklig zueinander stehenden Flächen jede derselben einen schleifen- oder mäanderförmig verlaufenden Kanal zwischen Kühlmitteleintritt und -austritt aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel in geschlossenem Kreislauf geführt ist und zwischen Austritt (8) und Eintritt (5) einen es kühlenden Wärmetauscher so wie ein Druckerhöhungsgebläse durchströmt und das Druckniveau des Kreislaufs wählbar ist.
  7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille (1) in an sich bekannter Weise von wenigstens einem Kanal (7) für ein sekundäres Kokillenkühlmittel, vorzugsweise Wasser, durchzogen ist.
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