DE1925097A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Giessen von Gegenstaenden - Google Patents

Description

P. 4345

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur / Schweiz

Verfahren und Vorrichtung zum Giessen von Gegenständen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Giessen von Gegenständen in einem anderen Gas als Luft. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .

Es ist bekannt, dass die Luft auf verschiedene Gusswerkstoffe, insbesondere Metalle, während des Giessvorganges, wenn sie in flüssigem Zustand sind, einen nachteiligen Einfluss hat. So kann der Luftsauerstoff Oxyde im Metall bilden, welche die Eigenschaften des Gussstückes nachteilig beeinflussen. Weiterhin kann eine nachteilige Beeinflussung des Gussstückes stattfinden, indem das Metall Stickstoff oder Wasserstoff aus der Luft aufnimmt.

Es ist bekannt bei Kokillenguss, die Kokille vor dem Giessvorgang mit einem Schutzgas zu füllen. Das Schutzgas wird dabei durch den Giesstrichter und/oder durch das Steigrohr eingebracht und soll dabei die Luft aus der Kokille verdrängen. Der Nachteil ist, dass das Einbringen des Gases umständlich ist. Auch kann man nicht leicht feststellen, wann alle Luft aus der Kokille vertrieben worden ist. Man muss daher sicherheits-

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halber während längerer Zeit Schutzgas einführen. Der grosse Aufwand an Zeit und Schutzgas macht das Verfahren unwirtschaftlich. Beim Giessvorgang ist der freifallende Giessstrahl allseitig in Kontakt mit der Umgebungsluft und diese vermischt sich unvermeidlicherweise mit dem Gusswerkstoff, so dass der Effekt des Schutzgases zum Teil zunichte gemacht wird. Für Sandformen ist das Verfahren nicht geeignet, da sich die Luft nicht aus deren Poren vertreiben lässt. Bei der beim Giessen auftretenden sehr starken Volumenzunahme der Luft infolge der hohen Temperatur, tritt diese Luft in den Formhohlraum ein und vermischt sich mit dem Gusswerkstoff·

Es ist weiterhin bekannt beim Giessen mittels einer Sandform, die Sandform mit einer Schutzhülle aus gasundurchlässigem Material zu umgeben und in Schutzhülle und Sandform ein Schutzgas einzuführen. Die Nachteile dieses Verfahrens sind dieselben wie für das zuerst beschriebene Verfahren geschildert.

Die Erfindung bezweckt ein Verfahren zum Giessen von Gegenständen in einem anderen Gas als Luft zu schaffen, das diese Nachteile nicht aufweist. Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gas durch den Formhohlraum der Giessform geleitet wird, der Formhohlraum mit der Schmelze in Verbindung gebracht wird, der Formhohlraum evakuiert wird, so dass der Gusswerkstoff darin aufsteigt, der Gusswerkstoff am Auslaufen aus dem Formhohlraum gehindert

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wird, und die Verbindung zwischen Formhohlraum und Schmelze unterbrochen wird. Der Vorteil 1st, dass die Luft schnell und gründlich aus der Giessform entfernt werden kann, und dass kein durch die Umgebungsluft verlaufender Giessstrahl im Spiel ist. Das Gas kann ein Schutzgas sein, oder ein mit dem Gusswerkstoff reagierendes Gas. Es kann auch ein Gas sein, das im Gusswerkstoff gelöst wird, zwecks Beeinflussung seiner Eigenschaften. Die Gasfüllung kann auch ein Gemisch aus zwei oder mehreren Gasen sein, z.B. ein Gemisch aus einem Schutzgas und einem reagierenden Gas. Zum Beispiel kann erst das reagierende, anschliessend das nicht reagierende Gas eingeführt werden, oder umgekehrt, je nachdem dies metallurgisch bedingt ist.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Giessform evakuierbar und mit mindestens einer mit einer gasdichten Verschlussvorrichtung versehbaren Einfüllöffnung für die Schmelze versehen ist, dass Mittel vorgesehen sind um die Giessform mit zumindest einem anderen Gas als Luft zu füllen, und dass weiterhin Mittel vorgesehen sind um die Einfüllöffnung mit der Schmelze in Verbindung zu bringen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt :

Fig. 1, im Querschnitt, eine erfindungsgemässe Giessvorrichtung;

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Fig. 2 und 3, im Querschnitt, einen Teil einer abgewandelten Giessvorrichtung gemäss Fig. 1.

Die in Fig. 1 betriebsbereit dargestellte Giessvorrichtung weist ein Gehäuse 1 auf mit einer darin eingebauten Glessform 2 mit Kernen 3 aus einem üblichen Formsand oder Formmasse. Die Giessform ist versehen mit einem Steigrohr A aus gasundurchlässigem Material mit einer, z.B. feuerfesten Auskleidung 5, so dass sich ein Steigkanal 6 bildet. Das

ψ Steigrohr weist einen, ein kommunizierendes Gefäss bildenden_s in der Auskleidung angebrachten, U-förmigen Teil 7 auf. Diese Vorrichtung dient dazu zu verhindern, dass nach dem Giessvorgang, nach der Trennung von Giessform und Schmelze_s der noch flüssige Gusswerkstoff aus der Giessform ausläuft« Das Gehäuse 1st mit einem Deckel 8 mittels Schrauben 9 hermetisch geschlossen, Die Giessform 2 ist mittels Schrauben 10, die auf einer Platte 11 drücken, im Gehäuse 1 fixiert und darin von einem Raum 12 umgeben. Die Platte 11 ist aus porösem, gas-

fc durchlässigem Material hergestellt. Statt dessen, oder auch zusätzlich, kann diese Platte mit Löchern 13 versehen sein. Der Deckel 8 ist mit einer Leitung 14 versehen, die über einen flexiblen Schlauch 15 und ein Rohrstück 16 mit Manometer 17 durch Oeffnen eines Drosselventils 18 mit einer Unterdruckleitung 19 verbunden werden kann. Die Unterdruckleitung mündet in einer nicht gezeichneten Unterdruckquelle aus. Der Druck in der Unterdruckleitung 1st mittels eines Drosselven-

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tils 20, das über ein Rohrstück 21 mit der Umgebungsluft in Verbindung steht, regelbar. In die Leitung 14 mündet eine Leitung 22 aus, welche über ein Drosselventil 23 mit einem Gasbehälter 24 verbunden werden kann. An die Leitung 22 ist ein Manometer 25 angeschlossen. Der Gasbehälter enthält ein Schutzgas, das den Gusswerkstoff vor der Einwirkung anderer Gase schützt, und selber den Gusswerkstoff nicht in negativem Sinne beeinflusst. Geeignete Schutzgase sind z.B. Helium, Argon, COg und CO. Die Giessvorrichtung befindet sich über einem Schmelzofen oder einer Giesspfanne 30 mit einer Schmelze (Gusswerkstoff) 31.

Zum Herstellen eines Gussstückes wird das Drosselventil 23 geöffnet und so eingestellt, dass das Schutzgas, z.B. Heliumgas, aus dem Behälter 24 mit dem gewünschten Ueberdruck durch die Leitung 14 in die Giessvorrichtung strömt. Das Schutzgas verdrängt dabei die Luft aus dem Gehäuse 1, aus der Giessform 2 und deren porösen Wandung, und strömt durch den Steigkanal 6 aus. Schon bei geringem Ueberdruck verhindert das ausströmende Schutzgas, dass Umgebungsluft durch den Steigkanal in die Giessform eindringt. Nachdem alle Luft aus der Giessvorrichtung entfernt ist, wird diese in Richtung der Giesspfanne 30 gesenkt bis das Steigrohr 4 in der Schmelze 31 eintaucht. In diesem Moment wird das Drosselventil 23 des Gasbehälters geschlossen und das Drosselventil 18 geöffnet, wodurch das in der Giessvorrichtung befindliche Schutzgas

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wenigstens zum Teil evakuiert wird und einen Unterdruck aufweist. Durch den Luftdruck auf dem Spiegel 32 der Schmelze steigt der Gusswerkstoff durch den Steigkanal 6 in den Formhohlraum 33 der Giessform auf. Das in der Giessvorrichtung anwesende Gas schützt den darin einströmenden Gusswerkstoff gegen den Einfluss der Luft. Sich aus der Giessform und dem Gusswerkstoff entwickelnde Gase werden durch die poröse Platte 11, eventuell auch durch die Oeffnungen 13, und durch die poröse Wandung der Giessform hindurch über die Leitung 14 abgesaugt. Nachdem sich der Formhohlraum mit Gusswerkstoff gefüllt hat, wird die Giessvorrichtung von der Schmelze getrennt und ausserhalb des Bereiches der Schmelzpfanne gebracht. Der Gusswerkstoff wird am Auslaufen aus der Giessform gehindert durch den auf dem Schmelzspiegel 34 im Schenkel 7b des Steigrohres wirkenden Luftdruck, vorausgesetzt, dass der Unterdruck in der Giessform gross genug ist. Wenn nach genügender Abkühlung des Gusswerkstoffes sich im Steigkanal erstarrter Gusswerkstoff gebildet hat, wird das Drossel-' ventil 18 geschlossen. Nach genügender Abkühlung des ganzen Gussstückes wird das Gehäuse geöffnet, die Giessform entmantelt und das Gussstück entfernt.

Die einströmende Geschwindigkeit des Gusswerkstoffes in den Formhohlraum 33 ist abhängig vom Unterdruck in der Leitung 14 und dieser seinerseits vom Unterdruck in den Leitungen 17,19. Der Unterdruck in diesen wird mittels des

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Drosselventils 20 auf einem solchen Wert eingestellt, dass nach Oeffnen des Ventils 18 ein solcher Gasdruck im Formhohlraum herrscht, dass bei gegebenem spezifischen Gewicht des Gusswerkstoffes und dessen Dampfdruck, dem Druck der sich bildenden Gase und dem herrschenden Barometerstand, der Gusswerkstoff mit optimaler Geschwindigkeit, d.h. hier vor allem ohne schädliche Turbulenz, in die Giessform einströmt. Die Vorrichtung zur Hinderung des Gusswerkstoffes am Auslaufen aus der Giessform nach der Trennung von dieser und der Schmelze kann verschiedentlich gestaltet sein. Es kann ein mechanischer Hiegel vorgesehen seln_s oder ein Ventil. Aiaeh ist es möglich, die Giessform um ihre Achse zu drehen, so dass der Gusswerkstoff durch die Zentrifugalkraft an deren Wand gehalten und in dieser Weise am Auslaufen gehindert wird. Mehrere Ausführungsformen sind in der schweizerischen Patentschrift ...... (Gesuch Nr, 3034/69) beschrieben.

Um eine gründliche Evakuierung der Luft aus den feinen Poren des Forimr.aterials der Giessform zu bewerkstelligen, kann es erwünscht seln₉ die Giessvorrichtung vor dem Einleiten des Gases zu evakuieren. Dazu wird das Steigrohr 4 (Fig. 2) mit einem Deckel oder Haube 35 gasdicht geschlossen. Die Haube ist mit einem Gummiring 36 versehen, der in einer Rille 37 der Haube liegt und auf aem Steigrohr dichtend aufliegt. Zum Herstellen eines Gussstückes wird das Steigrohr

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zunächst mit der Haube verschlossen. Dann wird die Giessform evakuiert durch Oeffnen des Ventils 18, so dass alle Luft aus der Giessform, besonders aus den Poren des Formmaterials, sowie auch aus dem Gehäuse gründlich evakuiert wird. Ventil 18 wird nun geschlossen und das Drosselventil 23 geöffnet. Nachdem das Gas aus dem Behälter 24 die Giessvorrichtung, besonders auch die luftleeren Poren des Formmaterials der Giessform, gefüllt hat, wird die Haube vom Steigrohr abgenommen. Das ausströmende Gas verhindert das Eindringen der Umgebungsluft in die Glessvorrichtung. Nachdem das Steigrohr in die Schmelze eingetaucht ist, verläuft der Rest des Giessvorganges wie oben beschrieben.

Fig. 3 zeigt eine Haube 38 aus einem Material mit einem Schmelzpunkt, der niedriger ist als der des Gusswerkstoffes. Die Haube kann z.B. mit Reibpassung, mittels eines Gewindes oder durch eine Lötverbindung auf dem Steigrohr gehalten werden. Im Moment, indem das Steigrohr in der Schmelze eintaucht, schmilzt die Haube und der Gusswerkstoff kann in die Giessforra aufsteigen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass das Steigrohr geschlossen eine%v«ntuell auf der Schmelze anwesende Schlackschicht durchstösst, und somit keine Schlacke mit dem Gusswerkstoff in die Giessform eindringen kann.

In der Vorrichtung gemäss Fig. 1 ist noch ein zweiter Behälter 40 vorgesehen, der über eine Leitung 41 mit einem

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Drosselventil 42 mit der Leitung 14 der Giessvorrichtung verbunden ist. Der Behälter enthält ein mit dem Gusswerkstoff reagierendes Gas. Beispielsweise kann er Wasserstoff oder Kohlenmonoxyd zur Durchführung von Sauerstoffreduktionen mit einem metallischen Gusswerkstoff enthalten. Die Reaktion beginnt unmittelbar beim Einströmen des Gusswerkstoffes in die Giessform und setzt sich fort bis der Gusswerkstoff einen bestimmten Grad der Erstarrung erreicht hat. Auch kann sich im Behälter Chlorwasserstoff befinden, womit auf der Schmelze schwimmende Oxyde in flüchtige Chloride verwandelt werden. Es ist auch möglich mit Hilfe von Chlorwasserstoff den einströmenden Gusswerkstoff zu entsticken, d.h. dessen Stickstoffgehalt herabzusetzen. Das reagierende Gas wird in derselben Weise während des Giessvorganges zur Wirkung gebracht wie oben für ein Schutzgas beschrieben. Um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, oder um die Form vorzuwärmen, kann das Gas vor dem Einleiten in die Giessform erhitzt werden. Das heisse Gas verzögert ausserdem die Erstarrung des Gusswerkstoffes, so dass mehr Zeit für die Reaktion zur Verfügung steht und diese vollständiger verläuft. Zu diesem Zweck kann z.B. in der Leitung 22 und/oder 41 eine Heizvorrichtung eingebaut sein. Es ist weiterhin möglich, die Vorrichtung gemäss Fig. 1 mit einem dritten (nicht gezeichneten) Behälter zu versehen, welcher ein in den Gusswerkstoff lösliches Gas enthält, das zumindest zum Teil

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während des Giessvorganges in den Gusswerkstoff aufgenommen wird zur Erreichung bestimmter Materialeigenschaften. Das Gas kann auch z.B. durch Oberflächen-Diffusion der Oberflächenbehandlung nach der Erstarrung des Gusswerkstoffes dienen. All diese aktiv wirksamen Gase seien hier als reagierende Gase bezeichnet.

Statt aus porösem Material, wie Formsand) kann die Giessform auch aus massivem Material bestehen, z.B. aus Keramik, Stahl oder einem Kunststoff. Zur Entlüftung des Formhohlraumes ist es in solchen Fällen notwendig, diesen durch eine oder mehrere Entlüftungskanäle mit dem die Giessform umgebenden Unterdruckraum 12 zu verbinden. Die Entlüftungskanäle müssen so klein sein, dass eintretender Gusswerkstoff darin sofort erstarrt. Wird die Giessform aus einem massiven Formmaterial hergestellt, so kann auf ein die Giessform umgebendes Gehäuse verzichtet werden.

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Claims (9)

19250S7 - ii - Patentansprüche

1. Verfahren zum dessen von Gegenständen mittels einer Giessform in einem anderen Gas als Luft, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas durch den Formhohlraum der Giessform geleitet wird, der Formhohlraum mit der Schmelze in Verbindung gebracht wird, der Formhohlraum evakuiert wird, so dass der Gusswerkstoff darin aufsteigt, der Gusswerkstoff am Auslaufen aus dem Formhohlraum gehindert wird, und die Verbindung zwischen Formhohlraum und Schmelze unterbrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass . der Formhohlraum vor dem Durchleiten des Gases einseitig verschlossen und evakuiert wird, dass das Gas in den Forrchohlraum eingeführt und die Giessform danach wiederum geöffnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas erhitzt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessform evakuierbar und mit mindestens einer mit einer gasdichten Verschluss-

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vorrichtung versehbaren Einfüllöffnung für den Gusswerkstoff versehen ist, dass zumindest eine Gasquelle vorgesehen ist, um die Giessform mit zumindest einem anderen Gas als Luft zu füllen, und dass weiterhin Mittel vorgesehen sind, um die Einfüllöffnung mit der Schmelze in Verbindung zu bringen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet* dass fe die Verschlussvorrichtung aus einer Haube besteht* velcfae die Einfüllöffnung abschliesst.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haube aus einem Material besteht, dessen Schmelzpunkt niedriger ist als der der Schmelze.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Quelle mit einem mit dem Gusswerkstoff niciit _ reagierenden Gas und eine zweite Quelle mit einem mit üem Gusswerkstoff reagierenden Gas vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer Heizquelle für das Gas versehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessform von einem evakuierbaren Gehäuse umgeben 1st.

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