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Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Gußkörpern aus Metall
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern aus Metall in
einer porösen, gasdurchlässigen Gießform unter Einwirkung von Wärme und Druck gasförmiger
Medien.
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Für Gießformen dieser Art sind außer natürlichem oder synthetischen
Sand besonders jene bekannten feuerfesten Materialien geeignet, die eine modulierte
Korngrößenverteilung in der Gießform erlauben, so daß an der Berührungsfläche der
Gießform zum Metall ein hoher Feinheitsmodul bis z.B. 400 mesh vorhanden ist, der
mit zunehmender Entfernung von der besagten Kontaktfläche bis zur äußeren Oberfläche
auf z.B. 5 mm abnimmt. Dies wird durch den Trennungsmechanismus der Partikel infolge
der Unterschiede bezüglich des spezifischen Gewichtes, der spezifischen Dichte und
der Oberflächenspannung erreicht. Beim Herstellen von Gießformen aus solchen Materialien
unter Wärmeeinfluß werden durch Verdampfungsprodukte dreidimensional über die ganze
Gießform sich ausbreitende Mikrorisse gebildet, die eine vollständige Durchlässigkeit
der Gießform für Gase ergeben. Solche Gießformen weisen hohe Maßgenauigkeit und
Formbeständigkeit auf und sind härter als die üblichen Sandformen, sowie gegen Erosion
durch flüssiges Metall unempfindlicher.
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Es ist in der Fachwelt für kleine Gußkörperherstellung eine sehr einfache
Herstellungsmethode bekannt, die darin besteht, daß in einen Einfüllraum auf der
Oberseite der bis auf eine enge Einfüllöffnung geschlossenen porösen, gasdurchlässigen
Gießform
gefüllte geschmolzene Metall nach außen abgedichtet mit einer frischen Kartoffelscheibe
in Berührung zu bringen, so daß der entstehende Druck des verdampfenden Kartoffelwassers
das Metall durch den engen Einfüllkanal schlagartig in die Gießform treibt. Diese
Methode ist verständlicherweise nur für kleine Gußkörper und nicht für größere Stückzahlen
innerhalb kürzerer Zeit geeignet.
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Für kleinere Massenartikel ist das Schleudergußverfahren vielfach
angewendet, wobei ein erheblicher apparativer Aufwand für die Schleudervorrichtung
notwendig ist und wegen der Druckempfindlichkeit des Gießformwerkstoffes im Hinblick
auf die Massenkräfte des einzubringenden Metalls die Größe der herstellbaren Gußkörper
verhältnismäßig eng begrenzt ist. Ähnliches gilt sowohl für den apparativen Aufwand
als auch für die Gefahr der Beschädigung der druckempfindlichen Gießform bei dem
bekannten Druckgußverfahren.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, daß scharfkantige
Gußkörper nicht in der erforderlichen Formtreue und Maßhaltigkeit herstellbar sind,
da das unter Atmosphärendruck geschmolzene und in die Gießform gefüllte Metall wegen
seiner Oberflächenspannung und der sich bei Berührung mit der Gießform sofort bildenden
oberflächlichen Gußhaut nicht an alle scharfen Kanten und Ecken eng anschmiegen
kann, so daß abgerundete Stoßflächen statt scharfer Kanten und Ecken die Folge sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren
der eingangs genannten Art zur Herstellung von formtreuen Gußkörpern zu schaffen,
das eine besonders gute Schonung der Gießform erlaubt.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß das
Metall unter Unterdruck geschmolzen und im entsprechenden Zustand in das unter Unterdruck
gehaltene Innere der
vorgewärmten Gießform gegossen wird und daß
die Außenseiten der Gießform zumindest mit dem Beginn des Füllvorganges einem größeren
Unterdruck ausgesetzt werden, so daß die Druckdifferenz das eingefüllte Metall an
die Innenflächen der Gießform eng anliegend hält.
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Zur Erhöhung der formverbessernden Kräfte auf das in die Gießform
eingefüllte Metall und zur Beschleunigung der Herstellung der Gußkörper, insbesondere
größerer Gußkörper, ist es vorteilhaft, daß der das Metall beeinflussende Druck
nach dem Füllen der Gießform mindestens auf Atmosphärendruck erhöht und der an die
Außenseiten der Gießform angelegte Unterdruck zumindest bis zum oberflächlichen
Erstarren des Gußkörpers aufrechterhalten wird.
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Eine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung vorteilhafte
Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß in einer verschließbaren, evakuierbaren
Kammer ein beheizbarer Schmelztiegel sowie eine beheizbare Gießform angeordnet sind
und die Gießform an ihren Außenflächen nach außen abgedichtet von einem evakuierbaren
Gehäuse umgeben ist.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist anhand eines vereinfacht dargestellten
Ausführungsbeispieles für eine Einrichtung zur Durchfthrung des Verfahrens nachfolgend
erläutert.
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In einer Kammer 1, die über eine Leitung 17 und ein Absperrorgan 16
mit der Außenluft in Verbindung bringbar und über eine Leitung 10 mit dem Absperrorgan
ii durch eine Vakuumpumpe 12 auf Unterdruck von beispielsweise 10 Torr evakuierbar
ist, sind ein Schmelztiegel 2 und eine Gießform 5 untergebracht. Der zum Ausgießen
in die darunter liegende Gießform bei 3 schwenkbar gelagerte Schmelztiegel 2 kann
in an sich bekannter Weise durch eine angedeutete Wicklung 4 mit Hochfrequenz erhitzt
werden. Die in an sich bekannter Weise aus porösem gasdurchlässigen Material bestehende
teilbare
Gießform 5 hat in ihrem Deckel lediglich eine Einfüllöffnung
6 und ist ansonsten dicht geschlossen. Die Innenflächen des Deckels und des Unterteils
sind entsprechend der gewünschten Gußform ausgearbeitet. Wenigstens das Unterteil
ist nach außen abgedichtet von einem Gehäuse 8 und einer Heizwicklung 9 zum Vorwärmen
der Gießform abgedeckt, so daß zwischen den Außenflächen der Gießform 5 und dem
Gehäuse 8 ein evakuierbarer Raum bleibt, der über eine Leitung 13 und ein Absperrorgan
14 mit einer Vakuumpumpe 15 verbindbar ist.
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Die Leitung 13 ist abdichtend aus der Kammer 1 herausgeführt.
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Zum Schmelzen des Metalls im Schmelztiegel 2 wird durch die Saugpumpe
12 ein Unterdruck von beispielsweise 10 Torr in der Kammer 1 erzeugt, der eine Beseitigung
der Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls bewirkt. Zum Füllen der Gießform
wird der die Gießform 5 umgebende evakuierbare Raum durch die Saugpumpe 15 auf einen
größeren Unterdruck von von beispielsweise 10 1 Torr gebracht, der sich durch die
poröse Wand der Gießform 5 auf den auszugießenden Innenraum 7 auswirkt, so daß das
entspannte flüssige Metall, insbesondere Stahl, durch die Druckdifferenz zwischen
Innenraum der Gießform und der Kammer eng an die Innenfläche der Gießform angedrückt
und gehalten wird. Nach dem Füllen der Gießform kann unter Beibehaltung oder Abschwächtung
des Unterdruckes durch die Saugpumpe 15 durch Öffnen des Absperrorganes 16 und Abschalten
der Saugpumpe 12 der Unterdruck in der Kammer beseitigt und die Druckdifferenz auf
das erstarrende Metall erhöht werden. Die zeitrichtige Betätigung der Absperrorgane
11, 14, 16 kann nach einem Programm selbständig oder auch in entsprechender Reihenfolge
von Hand vorgenommen werden.
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Der auf einfache Weise erhaltene Gußkörper ist sehr maßgenau und formtreu,
da eine Beschädigung der Gießform wegen der fehlenden Schleuder- bzw. Stoßdruckbeanspruchungen
nicht eintreten kann und das im Unterdruck entspannte flüssige Metall durch die
Druckdifferenz eng an die inneren Oberflächen der Gießformen anliegend gehalten
wird.
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Solche Gußkörper können daher ohne oder nur geringfügige Nachbearbeitung
als Formwerkzeuge für spanlose Verformung oder als Gießformen für Kunststoffe od.dgl.
verwendet werden.
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3 Patentansprüche 1 Figur