DE3925373A1 - Verfahren und vorrichtung zum giessen von metall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Metall, bei welchem die Schmelze von unten her über einen oder meh­ rere Einlässe in eine Gußform eingeführt wird, indem der Formhohlraum derart unter Vakuum gesetzt wird, daß ihn die Schmelze unter Bildung eines Gußkörpers mit wenigstens einem darüberliegenden Steiger ausfüllt, das Metall im Einlaß zum Formhohlraum zum Erstarren gebracht wird, wenn eine vorbe­ stimmte Gießhöhe im Steiger erreicht ist, so daß das Metall in flüssigem Zustand im Formhohlraum eingeschlossen wird, und es danach im Steiger und dem damit verbundenen Formhohlraum unter Überdruck zum Erstarren gebracht wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Gießen von Metall, bei welcher eine Gußform vorzugsweise vom Ein­ wegtyp, unter einer gasdichten Glocke angeordnet ist, deren Innenraum abwechselnd mit Vakuum und Überdruck beaufschlagbar ist, wobei der Formhohlraum der Gußform über einen oder meh­ rere Einlässe mit einem Einlaßrohr in Verbindung steht, das sich in die Metallschmelze in einem darunterliegenden Behäl­ ter erstreckt.

Beim Gießen nach dem oben erwähnten Verfahren war bisher die Beaufschlagung mit Überdruck problematisch, wenn es darum ging, das geschmolzene Metall im gesamten Formhohlraum dem Überdruck auszusetzen. Wegen der Tendenz zu vorzeitigem Er­ starren in engen Bereichen des Hohlraums hat nämlich das dort bereits verfestigte Metall danach die Ausbreitung des Drucks auf das flüssige Metall hinter den erstarrten, engen Berei­ chen verhindert. Dies führt zu defekten Gußstücken und beein­ trächtigt normalerweise die Produktion oder macht sie über­ haupt unmöglich in solchen Fällen, wo Hohlräume mit stark va­ riierendem Querschnitt und/oder sehr engen Bereichen verlangt werden. Versuche mit rechtzeitiger Absperrung des Übergangs zwischen dem Einlaßrohr und dem Formhohlraum mit Hilfe von Ventilen waren wegen der hohen Arbeitstemperaturen nicht er­ folgreich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Durchfüh­ rung des oben angegebenen Verfahrens und beim Arbeiten mit einer Vorrichtung der genannten Art das flüssige Metall im Formhohlraum einzuschließen, ehe es in deren engen Bereichen erstarren kann, so daß danach der Überdruck wirksam dazu bei­ tragen kann, daß die feinsten Details des Gußstücks korrekt ausgegossen werden.

Die Erfindung ist in den beigefügten Patentansprüchen defi­ niert. Sie stellt durch die in Bezug auf die Form schonende Gießmethoden einen besonderen Vorteil dar bei der Verwendung von Einwegformen, beispielsweise in Gießsand, zum Gießen dün­ nen Präzisionsgut bereits im Prototypstadium bei der Entwick­ lung neuer Produkte.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine be­ triebsbereite Gießvorrichtung;

Fig. 2 einen Teilschnitt in größerem Maßstab ge­ mäß Schnittlinie 2-2 in Fig.

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Detail nach Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Behälter 10 dargestellt, der eine Pfanne oder ein Schmelzofen sein kann und eine Schmelze 11 aus einer geeigneten Gußlegierung, beispielsweise einer Al-, Mg-, Cu- oder Zn-Legierung enthält. Ein Tisch 12, bestehend aus einer Stahlplatte, steht mit den Füßen 13 auf dem Behälter 10. Ein zur Schmelze 11 hin ausgerichteter Schirm 14 ist an der Un­ terseite des Tischs 12 angeschweißt und bildet einen Strah­ lungsschutz für die Umgebung. Ein offenes Einlaßrohr 15 aus Stahl ist mittig im Tisch 12 befestigt und erstreckt sich nach unten in die Schmelze 11 hinein. Das Rohr 15 hat oben einen Flansch mit Gewinde 16, der sich über eine keramische Faserstoffisolierung 17 auf einem das Rohr 15 umgebenen Boden 18 einer mittigen Aussparung 19 im Tisch 12 abstützt. Die Aussparung 19 und die Isolierung 17 werden von einer am Tisch festgeschraubten Platte 20 abgedeckt, in welcher sich ein mittleres Loch 21 koaxial zum Rohr 15 befindet.

Auf dem Tisch 12 steht eine Gußform 26, die aus Metall, Sand, Gips oder keramischem Material bestehen kann. Vorzugsweise verwendet man eine in Gießsand geformte Einwegform. Der Form­ hohlraum 27 hat oben einen oder mehrere Steiger 28. In Flucht mit dem mittleren Loch 21 des Tisches 12 hat die Gußform 26 einen Anschlußkanal 29, der zu einem oder mehreren der Form des Gußkörpers angepaßten Gießkanälen 30 führt. Von diesen führen in Fig. 2 und 3 in größerem Maßstab gezeigte Einlässe 31 in den Formhohlraum 27.

Gemäß Fig. 2 und 3 hat der Einlaß 31 am Gießkanal 30 einen runden Querschnitt 32 und erstreckt sich von diesem konisch abgeplattet zu einer Engstelle 33 in Form eines Spalts, durch welchen er in den Formhohlraum 27 mündet. Die Querschnitts­ fläche des Einlasses 31 ist vorzugsweise von dem runden Quer­ schnitt 32 bis zum Spalt 33 im wesentlichen konstant. Dies bringt es mit sich, daß die in Fig. 1 gezeigten Seiten des Einlasses 31 kurvenförmig zum Spalt 33 hin divergieren (in Parabelform). Die Breite des Drosselspalts 33 wird normaler­ weise kleiner gewählt als die geringste Materialdicke des Gußwerkstücks, z.B. 0,4 mm bei einer Materialdicke von 1 mm.

Die Gußform 25 ist von einer Glocke 37 überdeckt, die mittels einer Dichtung 38 gasdicht an dem Tisch 12 anliegt. Die Glocke 37 hat ein Anschlußrohr 39, das über Zweigleitungen 40 bzw. 41 mit Ventilen V ₀ bzw. V ₁ alternativ an das Vakuum P ₀ in einem geeigneten Druckbehälter oder an Überdruck P ₁ eines aus einer geeigneten Druckquelle gespeisten anderen Druckbe­ hälters angeschlossen werden kann. Ein Druckmesser 43 ist an der Glocke 37 befestigt zum Messen des Druckes im Innern der Glocke.

Die Glocke 37 kann manuell mittels Klammern 42 am Tisch 12 festgespannt werden. Alternativ kann, gemäß üblicher Technik, Hydraulik zu deren Betätigung angewendet werden, z. B. in Übereinstimmung mit der EP-A1-00 61 532.

Beim Gießen in der in Fig. 1 dargestellten Lage wird das Ven­ til V ₀ geöffnet, während V ₁ geschlossen ist. Über das An­ schlußrohr 39 wird das Innere der Glocke 37 bis zu dem Unter­ druck evakuiert, der im Druckbehälter P ₀ mittels einer Luft­ pumpe aufrechterhalten wird. Der Atmosphärendruck, der auf die Schmelze 11 einwirkt, bringt diese zum Ansteigen im Rohr 15, und drückt sie über den Anschlußkanal 29, die Gießkanäle 30 und den Einlaß 31 in den Formhohlraum 27. Der Grad des Va­ kuums in der Glocke 37 wird auf dem Druckmesser 43 abgelesen und so gewählt, daß mittels der auf die Schmelze 11 ein­ wirkenden Druckdifferenz die erforderliche Steighöhe des Me­ talls in der Gußform erreicht wird, wobei man am Ende die Fließgeschwindigkeit im Einlaß 31 bis auf Null bringt. Die Bedienungsperson kann durch ein nicht gezeigtes Quarzglasfen­ ster den Steiger 28 beobachten und, wenn die Schmelze diesen gefüllt hat, das Ventil V ₀ absperren und dadurch kontrolliert die Geschwindigkeit Null im Einlaß erreichen. Danach wird das Ventil V ₁ geöffnet, so daß die Glocke 37 mit Überdruck aus dem Druckbehälter P ₁ beaufschlagt wird.

Wenn die erforderliche Steighöhe des Metalls in der Gußform erreicht ist, d. h. der Steiger 28 oder die Steiger, wenn mehrere angebracht sind, mit Schmelze gefüllt sind, sinkt, wie erwähnt, die Fließgeschwindigkeit im Einlaß 31 auf Null. Da die Einlaßspalte 33 die kleinste Spaltbreite der Gußform darstellen, wird die Kühlwirkung in diesen eine örtliche Er­ starrung des Metalls auslösen, ehe die Erstarrung in den üb­ rigen Bereichen des Formhohlraumes 27 begonnen hat. Die Schmelze wird also in dem gesamten Formhohlraum 27 dem Über­ druck ausgesetzt (zweckmäßigerweise 2-3 bar), so daß die feinsten Teile des Gußkörpers auch bei schwierigen Werk­ stücken effektiv ausgefüllt werden.

Die kühlenden Einlaßbereiche der Gußform 26 sind vorstehend als direkt im Formsand oder Formmaterial ausgeformt darge­ stellt worden (manuell oder über ein Gießmodell). Alternativ können die Einlässe aus vorgefertigten Einsätzen, z.B. aus keramischem Material, geformt werden, die bei der Formher­ stellung in die Form eingesetzt werden.

Die vorab eingestellte oder manuelle Steuerung des Gießver­ laufs durch die Bedienungsperson kann automatisiert werden, indem ein Steuer- und Bedienungskreis 45 dem Druckmesser 43 und den Ventilen V ₀ und V ₁ zugeordnet und die Geschwindigkeit im Einlaß 31 geregelt wird, um dann den Überdruck herzustel­ len.

Claims (7)

1. Verfahren zum Gießen von Metall, bei welchem die Schmelze von unten her über einen oder mehrere Einlässe (31) in eine Gußform (26) eingeführt wird, indem der Formhohlraum (27) derart unter Vakuum gesetzt wird, daß ihn die Schmelze unter Bildung eines Gußkörpers mit wenigstens ei­ nem darüberliegenden Steiger (28) ausfüllt, das Metall im Einlaß (31) zum Formhohlraum (27) zum Erstarren gebracht wird, wenn eine vorbestimmt Gießhöhe im Steiger (28) er­ reicht ist, so daß das Metall in flüssigem Zustand im Formhohlraum (27) eingeschlossen wird, und es danach im Steiger (28) und dem damit verbundenen Formhohlraum (27) unter Überdruck zum Erstarren gebracht wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Erstarren im Einlaß (31) durch eine Verringerung der Fließgeschwindigkeit der Schmelze in ei­ ner Engstelle (33) des Einlasses (31) herbeigeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad des Vakuums in der Gußform (26) so eingestellt wird, daß die Fließgeschwindigkeit der Schmelze auf Null sinkt, wenn die vorbestimmte Steighöhe des Metalls in der Gußform erreicht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Engstelle (33) am Eintritt des Einlasses (31) in den Formhohlraum (27) befindet und aus einem länglichen Spalt (33) mit einer Breite, die geringer ist als die dünnste Partie des Gußwerkstücks, besteht.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3 zum Gießen von Metall, bei welcher eine Gußform (26), vorzugsweise vom Einwegtyp, unter einer gas­ dichten Glocke (37) angeordnet ist, deren Innenraum nach­ einander mit Vakuum und Überdruck beaufschlagbar ist, wo­ bei der Formhohlraum (27) der Gußform über wenigstens einen Einlaß (31) mit einem Einlaßrohr (15) in Verbindung steht, das sich in die Metallschmelze (11) in einem darun­ terliegenden Behälter (10) erstreckt, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einlaß (31) des Formhohlraums (27) mit einer so schmalen Engstelle (33) versehen ist, daß das Metall dort eher erstarrt als in der übrigen Gußform (26), wenn die Fließgeschwindigkeit auf Null absinkt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit der Schmelze im Einlaß (31) des Formhohlraums (27) durch vom Vakuum der Glocke (37) beein­ flußte Steuerorgane (43, 45, V ₀) auf Null reduzierbar ist, sobald die Gußform (26) gefüllt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (31) in Fließrichtung von einer runden Form (32), sich konisch verjüngend, übergeht in einen längli­ chen Spalt (33), wobei vorzugsweise die Querschnittsfläche in Strömungsrichtung durch den Einlaß (31) hindurch im we­ sentlichen konstant ist.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 4 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einlaß (31) eine Eingstelle (33) hat, welche schmaler ist als die dünnste Wandpartie des Gußwerkstücks.