DE2164755B2

DE2164755B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Gießen und zur Erstarrungslenkung von Gußstücken in Gießformen

Info

Publication number: DE2164755B2
Application number: DE19712164755
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Prof. Dr.-Ing. 6332 Ehringshausen Kahn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-12-27
Filing date: 1971-12-27
Publication date: 1975-02-13
Also published as: DE2164755C3; DE2164755A1

Description

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SESten. nicht möglich. Damit rußÄ wi Lunker nicht auszuschließen. S fätsich eweils nur eine Form anschließen. Sin«:hderDT-re901 105 unter-

ÄeSr Achtungen lassen sch!« auf Grund ihres eng begrenzten Drehwinkels nach abgeschbssener Fonnfüllung die Bnstel «ng ungrsch,«- Hcher Haupterstarrungsnchtungen fur das Gußstück nicht zuiese in bezug auf den Schwerkraftvektor .ο Verschiedenen Haupterstarrungsrichtungen s.nd jedoch Seine optimale Erstarrungs.enkung „.clvneuester Erkenntnis (vgl. »Gießerei-Forschung« 24 [1972] Nr. 3, S 115 bis 131) entscheidend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe ₄< eines neuartigen Verfahrens und einer neuartigen cSeinnchtung. die für eine hochwertige Werkstücksf.rodukt.on erforderlichen günstigen Bedingungen sowohl bei der Formfüllung als auch vor allem wahrend der Erstarrung der Gußteile zu gewährleisten, gle.chzeitig eine besonders rationelle Fert.gung zu ermogl.-ehe" und dabei die Nachteile der obengenannten Verfahren und Vorrichtungen zu vermeiden.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung be. dem eingangs genannten Verfahren und bei den zu seiner Au^ „ übung benötigten Vorrichtung dadurch gelost dad* Gießformen während der Erstarrung des Gußstück; langsam kontinuierlich oder schrittweise um eine außerhalb der Gießform liegende horizontale Achs« gedreht werden, wobei die Drehbewegung vom Beg.nr der Formfüllung bis ,um Abschluß der Erstarrung de: Gußstücks einen Drehwinkel von mehr als 90 und we nicer als 360° umfaßt.

Hierbei soll unter dem Begriff »horizontale Drehach se« auch eine gewisse schiefe Lagerung e.nbegnffei

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zum Gießen und zur Erstarrungslenkung von Guß-Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren hat grundsätzlich einen feuerfest ausgekleideten, ur eine horizontale Achse drehbaren Schmelzebehaltei

der an seinem Umfang mit einem oder mehreren radial oder tangential verlaufenden, zu Formanschlüssen führenden Kanälen versehen ist. Diese Formanschlüsse können als Rohrverbindungen ausgebildet sein. Wenn der Schmelzebehälter kreisförmigen Querschnitt hat, können die Rohrverbindungen radia! angeordnet sein] bei rechteckigem Querschnitt liegen die Rohrverbindungen tangential. Die Rohrverbindungen können auch parallel zur Drehachse angeordnet sein.

Um eine große Arbeitsleistung zu erzielen können ι ο am Schmelzebehälter, der entsprechend lang gebaut sein muß in Richtung der Drehachse in mehreren nebeneinanderliegenden Vertikal-Ebenen die Rohrverbindungen mit Formanschlüssen angeordnet sein. Es kann zweckmäßig sein, den Schmelzebehälter mit einer zusätzlichen Heizung auszustatten und auch eine Zuführung für Schutzgas anzuordnen.

Hierbei se" unter dem Begriff »Vertikal-Ebene« auch eine gewisse schiefe Lagerung einbegriffen sein.

Falls der Schmelzebehälter einer Vorrichtung um etwa 90° schwenkbar gelagert ist, ist es zweckmäßig, oberhalb seiner Drehachse einen Nachfüllstutzen für die Schmelze anzubringen.

Zur Ausübung des Verfahrens ist es auch möglich, den Schmelzebehälter als Gießaufsatz auszubilden und mit einem kipp- und drehbaren Schmelzeofen zu koppeln.

Auf diese Weise ist ein vollkontinuierlicher Gieß- und Erstarrungszyklus für mehrere Gießformen gleichzeitig möglich. Dabei soll ohne Unterbrechung des Produktionsablaufs auch eine fortlaufende schritrveise Ergänzung des Metallvorrats im Behälter durch die Rohrverbindungen in geeigneter Position oder ein stetiger Nachfluß der Schmelze durch eine öffnung in Verlängerung der Behälter-Drehachse erfolgen.

Zum Verfahrensablauf bei der Werkstückproduktion werden die Gießformen auf Fördereinrichtungen an die Gießvorrichtung herangebracht und dichtend an die Rohrverbindungen angeschlossen. Infolge der Drehbewegung der Gießvorrichtung um ihre horizontale Achse wandern die Gießformen nun nach unten und werden zunächst mit der Schmelze gefüllt. Auf ihrem weiteren Weg läuft dann die Erstarrung der Gußstücke in den drei Haupterstarrungsrichtungen nacheinander mit kontinuierlichen Übergängen ab. Nach beendeter Erstarrung werden die Gußstücke in ihren Formen von der Schmelze an der Mündung der Rohrverbindungen getrennt, sobald diese oberhalb des Schmelzniveaus im Schmelzebehälter liegen, und mit Hilfe weiterer Fördereinrichtungen wegtransportiert. Die damit freigewordenen Rohrverbindungen können nun auf ihrem Weg zur Ausgangsposition für die Ergänzung des Schmelzevorrats im Behälter an ein äußeres Zuflußsy- $tem angeschlossen werden. Nach Erreichen einer geeigneten Position trennt sich das Zuflußsystem von den Rohrverbindungen und diese werden mit neuen Formen für einen weiteren Gieß- und Erstarrungszyklus verbunden.

In Sonderfällen kann auch durch Umkehrung des Drehsinns in umgekehrter Reihenfolge beginnend mit Füllung der Form von oben und abschließend mit der überwiegend faüend gerichteten Erstarrung verfahren werden.

Für das Gießen größerer Werkstücke kann eine Form auch an mehrere beispielsweise in achsialer Riehtung nebeneinanderliegende Rohrverbindungen angeschlossen werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile erstrecken sich zunächst auf eine gleichmäßige steuerbare Fcrmfüllung von unten, wcbei jede zur Schaumbildung führende Durchwirbelung der Schmelze sowohl in den Zuflußkanälen wie im Formhohlraum vermieden wird. Anschließend wirkt der Inhalt der Vorratsbehälter mit praktisch konstanter Temperatur der Schmeke über die Rohrverbindungen als Speiser für die Erstarrung der Gußteile. Hier ist als besonderer Vorteil, der bis heute bei keinem anderen Gießverfahren erreicht wird, die Lenkung der Erstarrung in Jen drei nacheinander durchlaufenen Haupterstarrungsrichtungen hervorzuheben. So erfolgt nämlich zunächst eine überwiegend vertikal fallend gerichtete Erstarrung bei der sogenannten Basisspeisung, die auf Grund der hierbei auftretenden Konvektionsströmungen im noch flüssigen Bereich des Gußteils ein längeres Offenhalten der Speisungskanäle und damit eine erhebliche Verbesserung der Dichtspeisung des Gußgefüges bewirkt Auch bei der folgenden überwiegend horizontal gerichteten Erstarrung ist der Einfluß der Konvektionsströmungen vorhanden, der in Verbindung mit dem hier herrschenden maximalen Speiserdruck zu einem dichten Gußgefüge führt. In der sich anschließenden letzten Erstarrungsperiode werden nun durch den Übergang in die vorwiegend vertikal steigende Erstarrungsrichtung die Konvektionsströmungen abgebaut, was eine Verzögerung des Wärmeflusses durch die Verbindungsrohre in die weitgehend erstarrten Gußteile bewirkt und so einen raschen Abschluß der Erstarrung und eine leichtere Trennung der Gießformen von den Verbindungsrohren ermöglicht. Hierdurch unterscheidet sich die Erfindung besonders vorteilhaft vom bekannten Niederdruckgießverfahren, welches durch die allein vorherrschende Basisspeisung die Erstarrung verzögert und damit die Produktivität schmälert.

Von weiterem Vorteil ist, daß weder für die Füllung der Gießformen noch für den Speiserdruck während der Erstarrung ein besonderer Gasdruck mit dem entsprechenden regeltechnischen Aufwand erforderlich ist. Ein Steigrohrproblem tritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls nicht auf, so daß die Verarbeitung aller bekannten Gußwerkstoffe möglich wird.

Im Hinblick auf den erreichbaren Mechanisierungsgrad und die erzielbare Produktivität kommt dem neuen Verfahren eine besondere Bedeutung zu. So kann gleichzeitig eine ganze Reihe von Formen, die parallel zur Drehachse des Vorratsbehälters angeschlossen sind, auf dem Weg einer Umdrehung abgegossen werden und erstarren, wobei ein Minimum an sogenanntem Kreislaufmaterial für die Anschnitt- und Speisersysteme anfällt, und infolgedessen die weitere Gußteilbearbeitung spürbar entlastet wird. Infolge der stetigen Nachfüllmöglichkeit für das Gießmetall in den Schmelzbehälter ist ein ununterbrochener Produktionsgang gewährleistet, dessen hoher Gleichmäßigkeitsgrad sich in entsprechenden Produklionseigenschaft niederschlägt.

Schließlich ist noch auf die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten des neuen Verfahrens hinzuweisen; es können sowohl verlorene Formen als auch Dauerformen, wie auch Formguß- und Stranggußkokillen zum Einsatz kommen.

Falls, wie z. B. für das Abgießen kleinerer Serien, die Charge im Vorratsbehälter oder einem herkömmlichen Schmelzofen mit einem erfindungsgemäßen Gießaufsatz aufgeschmolzen wird, kann anschließend sofort gegossen werden, so daß jedes ungünstige Überführen der Schmelze wie bei der herkömmlichen Arbeitsweise

entfällt.

In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch dargestellt, und zwar zeigen

F i g. 1 und 3 einen senkrechten Schnitt durch einen kreiszylindrischen Schmelzbehälter mit radial liegenden Rohrverbindungen, in zwei Positionen,

F i g. 2 eine Draufsicht auf den Schmelzbehälter in der Position nach Fig. 1,

Fig.4 einen senkrechten Schnitt durch einen Schmelzbehälter von quadratischem Querschnitt mit tangential liegenden Rohrverbindungen,

F i g. 5 einen senkrechten Schnitt durch einen Schmelzebehälter, der um einen Winkel von etwa 90° schwenkbar ist,

F i g. 6 einen Schmelzofen horizontal gekippt mit angesetztem Gießaufsatz,

F i g. 7 einen senkrechten Schnitt durch die Einrichtung nach F i g. 6.

Im Beispiel der F i g. 1 bis 3 ist der trommeiförmige Schmelzebehälter 1, der mit geeignetem feuerfestem Material Γ ausgekleidet ist, mit dem flüssigen Gießmetall 2 bis zum Niveau 2' gefüllt. Am Schmelzebehälter 1 sind die Rohrverbindungen 3, 4, 5 und 6 radial und in mehreren Vertikalebenen hintereinander angebracht, die konsolenartig die Gießformen 7,8, und 9 tragen. An die Rohrverbindungen 6 ist der Zuflußkanal 10 für die Schmelze angeschlossen.

Zdr Inbetriebnahme befindet sich die Gießanlage in der Position der F i g. 3. Die Rohrverbindungen 3 und 6 stehen an den Grenzen des Bereichs D, die Rohrverbindungen 4 und 5 mit Deckeln 11 verschlossen an den Grenzen des Bereichs B. Mit Hilfe des mobilen (nicht dargestellt) Zuflußkanals 10 kann nun durch die Öffnungen der Rohrverbindungen 6 der Schmelzebehälter 1 bis zum Niveau T mit Schmelze 2 gefüllt werden. Zum Start der Gußproduktion werden die Gießformen 7 auf die freien Öffnungen der Rohrverbindungen 3 gesetzt und dichtend verbunden. Danach wird die Drehbewegung des Schmelzebehälters 1 um seine Drehachse 12 gegen den Uhrzeigersinn in Gang gesetzt und der Zuflußkanal 10 am Ende des Bereichs D von den Rohrverbindungen 6 abgenommen. In der gleichen Zeit wandern die Formen 7 zum Gießen durch den Drehbereich A und zum Erstarren Jurch die Bereiche B und C und werden am Ende vom Bereich C nach jetzt abgeschlossener Erstarrung, von den Rohrverbindungen 3 entfernt Anschließend erfolgt die Nachfüllung der Schmelze mit Hilfe des Zuflußkanals 10 über die Rohrverbindungen 3 im Bereich D, an dessen Grenze wiederum neue Gießformen angeschlossen werden. Entsprechend wird mit zeitlicher Verschiebung an den Rohrverbindungen 6,5 und 4 verfahren. Das Aufsetzen oder Entfernen der Formen sowie das Anschließen des Zuflußkanals 10 kann bei kurzem Anhalten oder auch bei fortlaufender Drehbewegung erfolgen.

Zur Erleichterung des Anfahrvorgangs können, wie in F i g. 3 dargestellt, Absperrvorrichtungen 13 für die Schmelze in die Rohrverbindungen eingebaut sein. Es besteht auch die Möglichkeit, eine wesentliche Verkürzung der Einrichtung dadurch herbeizuführen, daß die in den F i g. 1 bis 3 als mit dem Schmelzebehälter 1 fest verbunden dargestellte Rohrverbindungen 4, 5,6,7 in die Gießformen selbst einbezogen werden. Falls zweckmäßig kann bei der Einrichtung nach den F i g. 1 bis 3 auch die generell raschere Erstarrung bevorzugt in einer Haupteinrichtung z. B. der vertikal fallenden ablaufen. Hierfür müßte auf die in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Rohrverbindungen 4 und 6 verzichtet und die Mündung der Rohrverbindung 5 analog zur Verbindung 3 nach oben verlegt werden. Der Gieß- und Erstarrungsvorgang läuft dann mit Hilfe einer geeigneten Steuerung der Drehrichtung des Schmelzebehälters 1 in einer auf- und abwärts gehenden Schwenkbewegung der Formen 7 und 9 in den Bereichen A bzw. C wechselweise ab. Die Nachfüllung des Schmelzevorrats kann hier ununterbrochen besonders einfach durch einen bogenförmigen Spalt oben im Behälter in den Grenzen des Bereichs D vorgenommen werden. Im Beispiel der F i g. 4 sind an den rechteckigen Schmelzebehälter 21 die Rohrverbindungen 23, 24, 25 und 26 tangential angeschlossen. Der Zufluß der Schmelze 22 erfolgt durch den konzentrisch zur Drehachse 32 angeordneten Zuflußkanal 30. Dabei liegt das Schmelzniveau 22' unterhalb der Drehachse 32.

Der Verfahrensablauf bei diesem Beispiel ist derselbe wie beim Beispiel der F i g. 1 bis 3.

Wird für größere Formen oder Kokillen mit mechanisierter Betätigung mehr Raum beansprucht, so empfiehlt sich eine Einrichtung nach F i g. 5. Hier wird der Schmelzebehälter 61 vollständig von der Schmelze 62 ausgefüllt, deren Nachfüllung über eine horizontal verschiebbare Rinne 64 durch den aufgesetzten Stutzen 63 vorgenommen wird, der zugleich zur Erhöhung des metaliostatischen Drucks beiträgt. Die Gießform 65 steht unmittelbar vor der Füllung, während in der Form 66 das Gußteil erstarrt. Der Drehwinkel beträgt hierbei etwa 90°. Diese Einrichtung wird durch eine nicht dargestellte Steuerung der Drehrichtung auf- und abgeschwenkt, so daß der Formfüll- und Erstarrungsvorgang bei jeder Form in einer Abwärtsbewegung und anschließendem Halt erfolgt

Die F i g. 6 und 7 zeigen schließlich eine Möglichkeit, einen herkömmlichen um die Achse 72 kippbaren Schmelzofen 71 mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Einrichtung in Form eines Gießaufsatzes 73 für ein Fertigungsverfahren entsprechend der Anmeldung einzusetzen. Der Ofen muß dann zusätzlich um seine Mittelachse 74 drehbar sein.

F i g. 7 zeigt den Gießaufsatz 73 mit zwei Formen 75 und 76 bestückt Die Drehbewegung wird durch Rollen 77 ermöglicht

Nach dem Aufschmelzen des Einsatzmaterials wird der Gießaufsatz 73 dichtend mit dem Ofen 71 verbunden, der dann durch Kippen die Gießposition gemäO F i g. 7 erreicht, in der nun durch die Drehbewegung um die Mittelachse 74 eine Gußproduktion wechselweise mit den beiden Formen 75 und 76 ähnlich dem Verfahren nach den F i g. 5 und 6 alblaufen kann. 60

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 15

1. Verfahren zum Gießen und zur Erstarrungslenkung von Gußstücken in Gießformen, die durch einen Einguß von unten aus einem Gießgefäß mit Schmelze gefüllt und während der Erstarrung des Gußstücks in ständiger Verbindung mit dem Schmelzevorrat gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform während der Erstarrung des Gußstücks langsam kontinuierlich oder schrittweise um eine außerhalb der Gießform liegende horizontale Achse gedreht wird, wobei die Drehbewegung vom Beginn der Formfüllung bis zum Abschluß der Erstarrung des Gußstücks einen Drehwinkel von mehr als 90 und weniger als 360° umfaßt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahiens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen feuerfest ausgekleideten, um eine horizontale Achse (12, 32, 74) drehbaren Schmelzebehälter (1, 21, 61), der an seinem Umfang mit einem oder mehreren radial oder tangential verlaufenden, zu Formanschlüssen führenden Kanälen (3,4,5,6,23,24,25.26) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formanschlüsse als Rohrverbindungen (3,4,5,6) ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzebehälter (1) kreisförmigen Querschnitt hat und die Rohrverbindungen (3, 4,5,6) radial angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzebehälter (21) rechteckigen Querschnitt hat und die Rohrverbindungen (23, 24,25,26) tangential angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrverbindungen parallel zur Drehachse angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Schmelzebehälter (1) in Richtung der Drehachse (12) in mehreren nebeneinanderliegenden vertikalen Ebenen Rohrverbindungen (3, 4, 5,6) mit Formanschlüssen angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzebehälter zusätzlich beheizbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Schmelzebehälter eine Zuführung für Schutzgas angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Mantel eines um 90" schwenkbaren Schmelzebehälters (61) oberhalb seiner Drehachse ein Nachfüllstutzen (63) für die Schmelze (62) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzebehälter als Gießaufsatz (73) ausgebildet und mit einem kipp- und drehbaren Schmelzofen (71) koppelbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Drehachse (32) ein Zuflußkanal (30) mit in Verlängerung der Drehachse liegender Öffnung angeordnet ist.

■ · r^Rfnrmen die durch einen Einguß von un-^StUCkeni:Sm cXfäß mit Schmelze gelullt und Erstarrung der Gußstücke in ständiger . . o_i i-,_a,,^rrat erhalten werden.