DE60131005T2

DE60131005T2 - Vorrichtung und verfahren zum giessen von metallen

Info

Publication number: DE60131005T2
Application number: DE60131005T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Kitakata-shi Fukushima YANAGIMOTO; Masashi Kitakata-shi Fukushima FUKUDA; Tomoo Kitakata-shi Fukushima UCHIDA; Kunio Kitakata-shi Fukushima HIRANO
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2021-09-01
Also published as: US6948548B2; DE60131005D1; AU2001282588A1; EP1315587A1; US20040211544A1; EP1315587B1; WO2002018076A1; EP1315587A4

Description

In der Anmeldung wird das Vorrecht früherer Anmeldungen beansprucht, beruhend auf den USA-Patentanmeldungen Nr. 60/251,389 und Nr. 60/251,383 , beide eingereicht am 06. Dezember 2000.
Technischer Bereich:
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Gießen von Metall, wobei zum Gießen von Ausgangsmaterialien für die plastische Verformung, insbesondere von Gussblöcken zum Schmieden, eine Form verwendet wird, und ein Verfahren zum Gießen von Metall unter Verwendung der Vorrichtung.
Stand der Technik:
32 ist eine schematische Ansicht, die eine herkömmliche Vorrichtung zum Gießen von Metall mit einer Form 1 zeigt. Die Form 1 umfasst ein unteres Formglied 4, das als Kühlplatte dient, ein seitliches Formglied 2, das an dem unteren Formglied 4 angeordnet ist, und ein oberes Formglied 3 mit einer oberen Wand 31. Die Innenfläche des seitlichen Formglieds 2 ist eine im Wesentlichen hohlzylindrische Fläche mit einem nach unten zunehmenden Durchmesser, die insbesondere um höchstens 5° schräg liegt (d.h. eine schräge Fläche zum leichteren Herausnehmen eines Gussblocks). Die untere Fläche des oberen Formglieds 3, die Innenfläche des seitlichen Formglieds 2 und die obere Fläche des unteren Formglieds 4 bilden eine Gießkammer 5. Die obere Fläche des oberen Formglieds 3 und die Innenfläche des der oberen Wand 31 bilden ein Metallschmelzereservoir 51, das zum Aufbewahren von geschmolzenem Metall M dient, das beispielsweise aus einem (nicht dargestellten) Schmelzofen eingegossen wird. Mithin ist der Boden des Reservoirs 51 die obere Fläche des oberen Formglieds 3. In dem Mittelabschnitt des oberen Formglieds 3 ist ein schalenförmiger Metallschmelzeeinlass (Gießtrichter) 7 vorgesehen.
Die obere Fläche des seitlichen Formglieds 2 ist mit Hilfe nicht dargestellter, vorgegebener Befestigungsmittel, beispielsweise Passschrauben, an der unteren Fläche des oberen Formglieds 3 befestigt.
Der Gießtrichter 7 wird von einem Öffnungs-/Schließstopfen 8 geöffnet und geschlossen. Wenn der Stopfen 8 mit Hilfe einer nicht dargestellten Stopfenbetätigungsvorrichtung nach oben bewegt wird, öffnet sich der Gießtrichter 7, und das geschmolzene Metall M wird in die Gießkammer 5 eingegossen. Wenn der Stopfen mit Hilfe der Stopfenbe tätigungsvorrichtung nach unten bewegt wird, schließt sich der Gießtrichter 7, und das Eingießen des geschmolzenen Metalls M in die Gießkammer 5 wird gestoppt.
Die Kühlplatte (das untere Formglied) 4, das seitliche Formglied 2, der Boden des Metallschmelzereservoirs 51 (das obere Formglied 3) und der Stopfen 8 bilden die Form 1 zum Gießen eines säulenförmigen Blocks C mit im Wesentlichen ebenen, parallelen oberen und unteren Flächen.
Unter der Kühlplatte 4 ist eine Sprühdüse 6 zum Sprühen von Wasser auf die untere Fläche der Kühlplatte 4 angeordnet, um die Kühlplatte 4 dadurch zu kühlen. Die Sprühdüse 6 ist fest in einem hohlzylindrischen Gehäuse 63 untergebracht, das einen Abführauslass zum Ablassen des verwendeten Kühlwassers umfasst und darauf die Kühlplatte 4 abstützt, die vor dem Gebrauch der Metallgießvorrichtung von dem seitlichen Formglied 2 getrennt ist.
Um die Form 1 herum ist ein Elektroofen 53 angeordnet, um die Temperatur des mit einer vorgegebenen Temperatur in die Gießkammer 5 eingegossenen geschmolzenen Metalls M aufrechtzuerhalten, damit das geschmolzene Metall M nicht von der Seitenwand der Form 1 abgekühlt wird.
Über der oberen Wand 31 des oberen Formglieds 3 ist ein oberer Deckel 61 zum Schließen des oberen Abschnitts des Metallschmelzereservoirs 51 angeordnet, der ein Durchgangsloch 62 enthält, durch welches der Stopfen 8 eingeführt wird.
Als Nächstes wird das Gießen des Blocks C beschrieben.
Als Erstes werden die Kühlplatte 4, die Sprühdüse 6 und das hohlzylindrische Gehäuse 63 mit Hilfe einer nicht dargestellten, das untere Formglied (die Kühlplatte) betätigenden Vorrichtung nach oben bewegt, wodurch sich der untere Abschnitt des seitlichen Formglieds 2 mit der Kühlplatte 4 schließt.
Anschließend wird der Öffnungs-/Schließstopfen 8 mit Hilfe der nicht dargestellten Stopfenbetätigungsvorrichtung nach oben bewegt. Nach dem Eingießen des geschmolzenen Metalls M durch den Gießtrichter 7 hindurch in die Gießkammer 5 und dem Befüllen der Gießkammer 5 mit dem geschmolzenen Metall M wird der Stopfen 8 mit Hilfe der Stopfenbetätigungsvorrichtung nach unten bewegt, um dadurch den Gießtrichter 7 zu schließen.
Anschließend wird Wasser aus der Sprühdüse 6 auf die untere Fläche der Kühlplatte 4 gesprüht, um dadurch über die Kühlplatte 4 das geschmolzene Metall M einseitig gerichtet, d.h. von dem seitlichen Formglied 2 zu dem oberen Abschnitt desselben, abkühlen und erstarren zu lassen (wobei die Oberfläche des Stopfens 8 einen Teil der Gießkammer 5 bildet), so dass die Erstarrungsgrenzfläche in dem geschmolzenen Metall M nicht geschlossen wird.
Wenn man das geschmolzene Metall M in der oben beschriebenen Weise kühlt und erstarren lässt, schrumpft das Metall M durch das Erstarren.
Nach dem Abkühlen des geschmolzenen Metalls M zur Ausbildung eines Gussblocks C werden die Kühlplatte 4, die Sprühdüse 6 und das hohlzylindrische Gehäuse 63 mit Hilfe der Kühlplattenbetätigungsvorrichtung nach unten bewegt. Infolgedessen löst sich die Kühlplatte 4, auf welcher der Gussblock C aufliegt, von dem seitlichen Formglied 2, wodurch der Gussblock C von der Kühlplatte 4 entnommen werden kann.
Gussblöcke C können in einer Weise ähnlich der oben beschriebenen aufeinander folgend hergestellt werden.
Die Erfinder haben früher eine Gießvorrichtung, die in JP-A-HEI 8-155627 offenbart ist, zur Herstellung eines Gussblocks mit guter innerer Qualität vorgeschlagen, d.h. ohne Fehler wie Gießhohlräume, Schrumpfhohlräume, Nadellöcher, eingedrungene Oxide usw. In EPO 715915 A1 ist auch eine Gießvorrichtung gemäß einer Anmeldung offenbart, die Priorität gegenüber der als JP-A-HEI 8-155627 veröffentlichten Anmeldung beansprucht.
Die offenbarte Gießvorrichtung wird an Hand von 33 beschrieben, die eine schematische Darstellung der Konstruktion der Vorrichtung ist. Die Gießvorrichtung weist eine Form 1 mit einer Kühlplatte 4 und einem seitlichen Formglied 2 und einem oberen Formglied 3 auf, die an der Kühlplatte 4 vorgesehen sind, wobei an dem oberen Formglied 3 eine obere Wand 31 ausgebildet ist und in dem Mittelabschnitt desselben ein Gießtrichter 7 ausgebildet ist.
Die Kühlplatte 4, das seitliche Formglied 2 und das obere Formglied 3 bilden eine Gießkammer 5. Die obere Wand 31 und das obere Formglied 3 bilden ein Metallschmelzereservoir 51. Der Gießtrichter 7 ist ein Einlass zum Eingießen geschmolzenen Metalls M in dem Metallschmelzereservoir 51 in die Gießkammer 5. Es ist ein Öffnungs-/Schließstopfen 8 vorgesehen, um vertikal mit einer (nicht gezeigten) Stopfenbetätigungsvorrichtung zum Öffnen und Schließen des Gießtrichters 7 bewegt zu werden. Wenn der Gießtrichter 7 mit dem Stopfen 8 geöffnet wird, werden das Metallschmelzereservoir 51 und die Gießkammer 5 miteinander verbunden. Wenn der Gießtrichter 7 mit dem Stopfen 8 verschlossen wird, trennt sich die Verbindung. Die obere Wand 31 des oberen Formglieds 3 ist mit einem E lektroofen 53 verbunden, so dass dieses auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt und auf der Temperatur gehalten wird.
In der Gießvorrichtung mit der vorgenannten Konstruktion wird zuerst eine vorgegebene Menge geschmolzenen Metalls M in das Reservoir 51 geliefert, wobei der Stopfen 8 in den Gießtrichter 7 eingepasst ist. Während des Zuführens des geschmolzenen Metalls M wird der Elektroofen 53 bedient, um dadurch das geschmolzene Metall M in dem Reservoir 51 auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten und zu verhindern, dass das geschmolzene Metall M von der Wand der Form 1 abgekühlt wird. Anschließend, wenn der Stopfen 8 von dem Gießtrichter 7 gelöst ist, wird das in dem Reservoir 51 aufbewahrte geschmolzene Metall M nacheinander in die Gießkammer 5 eingegossen, um dadurch die Kammer 5 mit dem geschmolzenen Metall M zu befüllen.
Wenn die Kammer 5 mit dem geschmolzenen Metall M befüllt ist, wird der Gießtrichter 7 mit dem Stopfen 8 verschlossen, und dann wird Kühlwasser aus einer Sprühdüse 6 auf die Kühlplatte 4 gesprüht. Folglich erstarrt das geschmolzene Metall M in der Kammer 5 nacheinander einseitig gerichtet von dem unteren Abschnitt der Kammer 5 zu dem oberen Abschnitt desselben. Nachdem die gesamte Menge des geschmolzenen Metalls M erstarrt ist, und wenn die Kühlplatte 4 relativ zu der Kammer 5 nach unten bewegt ist, wird ein auf der oberen Fläche der Kühlplatte 4 aufliegender Gusskörper (Gussblock) C von der Kühlplatte 4 entnommen.
Der durch einseitig gerichtetes Erstarren hergestellte Gusskörper C weist gute innere Qualität auf. Da der obere Abschnitt der Gießkammer 5 unterdessen geschlossen ist, kann eine gleichbleibende Menge geschmolzenen Metalls selbst dann in die Kammer 5 eingegossen werden, wenn die Menge des geschmolzenen Metalls nicht gemessen wird. Weiterhin ist ein halbmondförmiger Abschnitt des geschmolzenen Metalls nicht sehr stark gebogen, und eine Schwankung in Größe und Gewicht unter Gusskörpern C wird nicht groß.
Der in der vorgenannten Gießvorrichtung hergestellte Gusskörper weist gute innere Qualität auf und genügt den Forderungen des gegenwärtigen Markts hinsichtlich Maßgenauigkeit und Aussehen. Es ist jedoch offenkundig, dass in der nahen Zukunft ein Bedarf an einer Gießvorrichtung zur Herstellung von Gusskörpern mit höherer Genauigkeit bestehen wird. Deshalb muss in der Gegenwart ein Verfahren zur Herstellung von Gusskörpern mit höherer Genauigkeit entwickelt werden. Das heißt, es muss ein Verfahren zum Erzielen einer höheren Genauigkeit bei der Abmessung eines Öffnungs-/Schließstopfens und eines Gießtrichters (insbesondere einer Maßgenauigkeit in der Größenordnung von 1/100mm) entwickelt werden. Wenn der Öffnungs-/Schließstopfen 8 genau in den Gießtrichter 7 eingepasst ist, lässt sich ein Auslaufen des geschmolzenen Metalls M in einen Zwischenraum zwischen dem Stopfen 8 und dem Gießtrichter 7 wirksam verhindern, und ein Entstehen von Gießgraten an dem Gusskörper C kann verhindert werden. Wenn des Weiteren die untere Endfläche des Stopfens 8 in genaue Bündigkeit mit der unteren Fläche des oberen Formglieds 3 gebracht ist, kann das Entstehen eines vorspringenden oder eingedellten Abschnitts an dem Gusskörper C verhindert werden, da der Abschnitt auf eine Stufe zurückzuführen ist, die möglicherweise zwischen dem Stopfen 8 und dem oberen Formglied 3 vorhanden ist.
In JP-A HEI 9-174198 ist eine Blockgießvorrichtung ähnlich der vorgenannten Metallgießvorrichtung offenbart.
Zum Gießen eines säulenförmigen Blocks mit im Wesentlichen ebenen, parallelen oberen und unteren Flächen wird eine herkömmliche Form zum Gießen von Metall verwendet.
Wenn der Gussblock zu einem Produkt mit einer komplizierten Form geschmiedet wird, erfährt der Block keine befriedigende plastische Verformung in einer Schmiedeform mit komplizierter Form, da der Block im Wesentliche ebene obere und untere Flächen aufweist. Da der Block nicht durch einen einzigen Schmiedevorgang zu einem solchen Produkt geformt werden kann, muss der Block deshalb vorgeformt werden.
Deshalb besteht Bedarf an einem Gussblock, der durch einen einzigen Schmiedevorgang zu einem Produkt mit komplizierter Gestalt geschmiedet werden kann.
Mit der vorliegenden Erfindung wird die Erfüllung des vorgenannten Bedarfs angedacht.
Zusammenfassung der Erfindung:
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Gießen eines Blocks geschaffen, mit einem an einem oberen Abschnitt positionierten Metallschmelzereservoir, einer an einem unteren Abschnitt positionierten Gießkammer und einer Trennwand zwischen dem Reservoir und der Kammer, einem in der Trennwand ausgebildeten Gießtrichter, einem Öffnungs-/Schließstopfen zum Öffnen und Schließen des Gießtrichters und einem Steuerungsmittel zum Steuern des Öffnungs- und Schließvorgangs des Stopfens, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießkammer durch eine Form mit einem unteren Formglied, einem seitlichen Formglied und der ein oberes Formglied bildenden Trennwand gekennzeichnet ist, und mindestens eines von dem unteren Formglied, dem seitlichen Formglied und dem oberen Formglied mehrere geteilte Abschnitte gemäß einer Form eines Gussblocks umfasst.
Das seitliche Formglied, das untere Formglied oder das obere Formglied können ein Einsatzglied sein, und das Einsatzglied kann eine schräge Fläche zum leichteren Herausnehmen desselben aufweisen.
Vorzugsweise sind die Formglieder durch Positioniermittel zueinander positioniert und mit einem Luftbeseitigungsmittel mit einer Nut und einem Loch zum Abführen von Luft versehen, die in der Gießkammer verbleibt, wenn geschmolzenes Metall aus dem Reservoir durch den Gießtrichter hindurch in die Kammer abgegossen wird.
Vorzugsweise verläuft eine Fläche des die Gießkammer bildenden seitlichen Formglieds in Richtung zu dem Luftbeseitigungsmittel oder dem Gießtrichter schräg nach oben.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zum Gießen eines Blocks geschaffen, mit dem Erstarrenlassen des geschmolzenen Metalls mit Hilfe der Vorrichtung zum Gießen von Metall gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung aus einem bestimmten Abschnitt der Form in Richtung zu einer Fläche des Stopfens, die als Teil der Form dient.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Metallgießvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Draufsicht auf einen unteren Abschnitt eines seitlichen Formglieds, das in der in 1 gezeigten Vorrichtung verwendet wird.
3 ist eine Draufsicht auf einen oberen Abschnitt des seitlichen Formglieds ist, das in der in 1 gezeigten Vorrichtung verwendet wird.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Gussblocks, der durch Verwendung der in 1 gezeigten Metallgießvorrichtung hergestellt wurde.
5 ist eine Draufsicht auf einen unteren Abschnitt eines anderen seitlichen Formglieds, der mit dem oberen Abschnitt des in 3 gezeigten seitlichen Formglieds kombiniert wird, um einen anderen Gussblock als den in 4 gezeigten herzustellen.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Gussblocks, der durch Verwendung des in 5 gezeigten unteren Abschnitts eines seitlichen Formglieds und des oberen Abschnitts des in 3 gezeigten seitlichen Formglieds hergestellt wurde.
7 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Metallgießvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine Draufsicht auf einen unteren Abschnitt eines seitlichen Formglieds, das in der in 7 gezeigten Vorrichtung verwendet wird.
9 ist eine Draufsicht auf einen oberen Abschnitt des seitlichen Formglieds, das in der in 7 gezeigten Vorrichtung verwendet wird.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Gussblocks, der durch Verwendung der in 7 gezeigten Metallgießvorrichtung hergestellt wurde.
11 ist eine Draufsicht, die eine Metallgussvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist eine Draufsicht, die eine Metallgussvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist eine Querschnittsansicht, die eine Metallgussvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist eine Draufsicht auf ein seitliches Formglied, das in der in 13 gezeigten Vorrichtung verwendet wird.
15 ist eine perspektivische Ansicht eines Gussblocks, der durch Verwendung der in 13 gezeigten Metallgießvorrichtung hergestellt wurde, wobei der Gussblock mit der Oberseite nach unten gedreht ist.
16 ist eine Querschnittsansicht, die eine Metallgussvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
17 ist eine Draufsicht auf ein seitliches Formglied, das in der in 16 gezeigten Vorrichtung verwendet wird.
18 ist eine perspektivische Ansicht eines Gussblocks, der durch Verwendung der in 16 gezeigten Metallgießvorrichtung hergestellt wurde.
19 ist eine Vorderansicht, die ein anderes Beispiel für ein Einsatzglied zeigt.
20 ist eine perspektivische Ansicht eines Gussblocks, der durch Verwendung der in 16 gezeigten Metallgießvorrichtung hergestellt wurde, mit dem in 18 gezeigten Einsatzglied an Stelle des in 16 gezeigten Einsatzglieds.
21A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Metallgießvorrichtung gemäß einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 21B ist eine Draufsicht auf eine Form der Vorrichtung.
22 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Metallgießvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
23 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Metallgießvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
24 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Metallgießvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
25 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Metallgießvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
26A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Metallgießvorrichtung gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 26B ist eine Draufsicht auf eine Form der Vorrichtung.
27 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Metallgießvorrichtung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
28 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Metallgießvorrichtung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
29 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Metallgießvorrichtung gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
30 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Metallgießvorrichtung gemäß einer sechzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
31 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch den Hauptteil einer Metall gießvorrichtung gemäß einer siebzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
32 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine herkömmliche Metallgießvorrichtung zeigt.
33 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine andere herkömmliche Metallgießvorrichtung zeigt.
Die Metallgießvorrichtung, welche die vorliegende Erfindung verkörpert, wird zur Herstellung vieler verschiedener Gusskörper einschließlich von metallischen Gussblöcken eingesetzt, die als Ausgangsmaterial zur plastischen Bearbeitung, beispielsweise zum Kaltschmieden, Heißschmieden, Schmieden im geschlossenen Gesenk, Walzen, Extrudieren oder Walzformen, sowie für eine Produktgestalt annehmende Gussprodukte verwendet werden. Zu Beispielen für das Rohmaterial für den Gusskörper zählt Stahl. Vorzugsweise ist das Rohmaterial für den Gusskörper ein Nichteisenmetall wie Aluminium, Zink, Magnesium oder eine Legierung derselben.
In der in 1 bis 20 gezeigten Metallgießvorrichtung umfasst wenigstens eines von einem unteren Formglied, einem oberen Formglied und einem seitlichen Formglied, die eine Form bilden, mehrere geteilte Abschnitte gemäß der Gestalt eines Gussblocks.
In der in 20 bis 31 gezeigten Metallgießvorrichtung ist ein gesondertes Glied mit einer Wand, die einen Gießtrichter bildet, lösbar an einer Form befestigt, und ein Öffnungs-/Schließstopfen ist in Kontakt mit der den Gießtrichter bildenden Wand gebracht und geht von dieser aus.
Die 1, 7, 13 und 16 zeigen jeweils die Hauptgestaltung der die vorliegende Erfindung verkörpernden Gießvorrichtung. Zwar sind aus diesen Figuren einige Bestandteile der Gießvorrichtung weggelassen, jedoch ähnelt die gesamte Gestaltung derselben der in 32 gezeigten. Die Bestandteile in diesen Figuren, die mit denen in 32 identisch sind oder diesen ähneln, erhielten die gleichen Bezugsziffern, und auf eine Beschreibung derselben wurde verzichtet.
1 bis 3 zeigen eine Metallgießvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein die Form 1 bildendes seitliches Formglied 2 einen unteren Abschnitt 21 und einen oberen Abschnitt 22 umfasst.
Der untere Abschnitt 21 des seitlichen Formglieds 2 ist mit einem rechteckigen Durchgangsloch 21a ausgebildet (2).
Auf der oberen Fläche des unteren Abschnitts 21 des seitlichen Formglieds 2 sind in Radialrichtung Luftbeseitigungsnuten 21c (Luftbeseitigungsmittel) vorgesehen, durch die hindurch kein geschmolzenes Metall M, sondern Luft geführt werden kann.
Die Luftbeseitigungsnuten 21c werden beschrieben. Die Tiefe der Nuten beträgt 40μm bis einschließlich 200μm, vorzugsweise 40μm bis einschließlich 100μm, mehr vorzugsweise 40μm bis einschließlich 70μm. Die Breite derselben beträgt wenigstens 2mm. Die effektive Länge derselben beträgt 1mm bis einschließlich 30mm, vorzugsweise 2mm bis einschließlich 30mm. Der vertikale Querschnitt jeder Nut kann eine rechteckige oder kreisförmige Gestalt annehmen.
Die effektive Länge der Luftbeseitigungsnuten 21c ist auf wenigstens 1mm oder 2mm, jedoch auf 30mm oder weniger festgelegt, um einen Ausfall der Luftbeseitigung auf Grund eines zähen Widerstands der Luft zu vermeiden und die Ausbildung der Nuten 21c zu erleichtern.
Wenn die effektive Länge jeder Luftbeseitigungsnut 21c 30mm oder mehr beträgt, lässt sich die Tiefe eines Abschnitts derselben, der 30mm oder mehr von dem rechteckigen Durchgangsloch 21a entfernt ist, d.h. der Bereich des vertikalen Querschnitts des Abschnitts, derart vergrößern, dass sich Luft leicht durch die Nut hindurch führen lässt.
Die im Folgenden beschriebenen Luftbeseitigungsnuten sind in ähnlicher Weise wie die oben beschriebenen ausgebildet. Wenn an Stelle der Luftbeseitigungsnuten Luftbeseitigungslöcher ausgebildet sind, oder wenn durch Verwendung einer Auskleidung Luftbeseitigungspfade ausgebildet sind, können die Löcher oder Pfade in ähnlicher Weise wie der oben beschriebenen ausgebildet sein.
Die Auskleidung ist vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Material ausgebildet, beispielsweise aus einer Metallplatte aus rostfreiem Stahl oder Eisen, einer Keramikplatte oder einer Tafel aus Keramikfasern.
Wenn die Tiefe der Luftbeseitigungsnuten 21c größer als 200μm ist, ist zur Vermeidung eines Eintritts des geschmolzenen Metalls M in die Nuten vorzugsweise in jeder der Nuten 21c ein Schaltventil oder ein Mittel zum Einleiten von unter Druck stehendem Gas in die Nuten vorgesehen.
Der das seitliche Formglied 2 bildende obere Abschnitt 22 ist mit einem kreisförmigen Durchgangsloch 22a ausgebildet (3).
Auf der oberen Fläche des oberen Abschnitts 22 des seitlichen Formglieds 2 sind in Radialrichtung in vorgegebenen Abständen in Bezug auf eine Umfangsrichtung Luftbeseitigungsnuten 22b (Luftbeseitigungsmittel) vorgesehen, durch die hindurch kein geschmolzenes Metall M, sondern Luft geführt werden kann.
Die Innenwandflächen der oberen und unteren Abschnitte 21 und 22 des die Durchgangslöcher 21a und 22a bildenden seitlichen Formglieds 2 weisen vorzugsweise einen Durchmesser auf, der nach unten zunimmt, und sind um 5° oder weniger schräg gelegt, um eine schräge Fläche aufzuweisen, damit sich ein Gussblock C leichter entnehmen lässt (4).
Die Schräglage der schrägen Fläche ist aus den im Folgenden beschriebenen Gründen auf 5° oder weniger festgelegt. Wenn die Schräglage größer als 5° ist, wird die Größendifferenz zwischen dem oberen und dem unteren Umfang des Gussblocks C groß, was zu einer Verschlechterung der Qualität eines Schmiedeprodukts führt.
Die Mittelachsen der Durchgangslöcher 21a und 22a können miteinander übereinstimmen oder voneinander verschieden sein.
Der obere Abschnitt 22 des seitlichen Formglieds ist mit Hilfe nicht dargestellter Positioniermittel, beispielsweise einer Kombination von Passstift und Nut, unter dem Unterteil (dem oberen Formglied 3) des Metallschmelzereservoirs 51 positioniert und mit Hilfe nicht dargestellter Befestigungsmittel, beispielsweise Befestigungsschrauben, an dem Unterteil befestigt. Der untere Abschnitt 21 des seitlichen Formglieds ist mit Hilfe nicht dargestellter Positioniermittel, beispielsweise einer Kombination von Passstift und Nut, unter dem oberen Abschnitt 22 des seitlichen Formteils positioniert und mit Hilfe nicht dargestellter Befestigungsmittel, beispielsweise Befestigungsschrauben, an dem oberen Abschnitt 22 befestigt.
Als Nächstes ist der Gießvorgang für einen Block C durch Verwendung des unteren Abschnitts 21 des seitlichen Formglieds und des oberen Abschnitts 22 des seitlichen Formglieds beschrieben, wobei die gleichen Schritte wie die in dem vorgenannten herkömmlichen Gießvorgang enthaltenen weggelassen sind.
Wenn der Öffnungs-/Schließstopfen 8 nach oben bewegt wird, um das geschmolzene Metall M durch den Gießtrichter 7 hindurch in die Gießkammer 5 einzugießen, wird in der Gießkammer eingeschlossene Luft durch die Luftbeseitigungsnuten 21c und 22b hindurch, die jeweils in den Abschnitten 21 und 22 des seitlichen Formglieds vorgesehen sind, nach außen abgeführt. Deshalb verteilt sich das geschmolzene Metall M in der gesamten Gießkammer 5.
Auf die Beschreibung der gleichen Schritte wie den in dem herkömmlichen Gießvorgang enthaltenen wird verzichtet. Durch den die vorliegende Erfindung verkörpernde Gießvorgang lässt sich in der in 4 gezeigten Weise ein Gussblock C mit einem konvexen Abschnitt p herstellen.
Wenn der untere Abschnitt 21A des seitlichen Formglieds durch den unteren Abschnitt des seitlichen Formglieds mit dem in 5 gezeigten Durchgangsloch 21d ersetzt ist, lässt sich in der in 6 gezeigten Weise ein Gussblock C mit einem konvexen Abschnitt p herstellen.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend der Gestalt des Gussblocks C das seitliche Formglied 2 horizontal in den oberen Abschnitt 22 und den unteren Abschnitt 21 geteilt, beispielsweise an einem Abschnitt, an welchem der vertikale Querschnitt der Gießkammer 5 eine kleinere Fläche aufweist und das Durchgangsloch 22a des oberen Formglieds 22 bei Projektierung in dem Durchgangsloch 21a oder 21d des unteren Formglieds 21 enthalten ist. Deshalb weisen die geteilten Abschnitte 21 und 22 des seitlichen Formglieds 2 eine einfache Gestalt auf und lassen sich mithin mit Hilfe üblicher Werkzeuge einfach und leicht ausbilden.
Deshalb kann man einfach und preisgünstig eine Form mit einer komplizierten Gestalt erhalten, wobei die Form zur Herstellung eines dreidimensional profilierten Gussblocks mit wenigstens zwei Flächen und keiner Schnittfläche verwendet wird. Der Gussblock ist aus einer Kombination von wenigstens zwei Teilen mit verschiedener Gestalt, beispielsweise Zylindern mit unterschiedlichen Durchmessern, einem Zylinder und einem rechteckigen Prisma oder einem Kegelstumpf und einem Pyramidenstumpf, ausgebildet. Wenigstens eine von der unteren Fläche, der seitlichen Fläche und der oberen Fläche des Gussblocks ist eine gebogene Fläche, und jede der Flächen des Gussblocks ist in ihrer Gesamtheit eine derart geformte Fläche. Wenn diese Form verwendet wird, lässt sich ein dreidimensional profilierter Gussblock C ohne Schnittfläche herstellen, wobei jede der Flächen des Gussblocks in ihrer Gesamtheit eine derart geformte Fläche ist.
Vorzugsweise weisen manche von den oberen Ecken des dreidimensional profilierten Gussblocks eine gebogene Fläche mit einem Radius von 1mm oder weniger auf.
Da der dreidimensional profilierte Gussblock C mit Hilfe der vorgenannten Form hergestellt werden kann, lässt sich der Gussblock mit einem einzigen Schmiedegang zu einem Produkt mit komplizierter Form schmieden. Das heißt, der Gussblock C kann in dem nach dem Gießen folgenden Schritt einfach einen Schmiedevorgang erfahren.
Da die Abschnitte 21 und 22 des seitlichen Formglieds mit Hilfe von Positioniermitteln zueinander positioniert und aneinander befestigt sind, lässt sich auf einfache Weise eine Gießform ausbilden, und es kann ein Gussblock C mit einer vorgesehenen Gestalt hergestellt werden.
Da in den Abschnitten 21 und 22 des seitlichen Formglieds die Luftbeseitigungsnuten 21c und 22b vorgesehen sind, lassen sich Gussblöcke C mit einer vorgesehenen Größe und mit Ecken in vorgesehener Gestalt mit einer geringeren Schwankung im Gewicht derselben herstellen.
Da die dreidimensional profilierten Gussblöcke C mit unterschiedlicher Gestalt durch bloßes Ersetzen von einem der das seitliche Formglied 2 bildenden Abschnitte des seitlichen Formglieds 2 (d.h. des unteren Abschnitts des seitlichen Formglieds oder des oberen Abschnitts des seitlichen Formglieds) hergestellt werden können, wobei der ver bliebene in intakt gelassenem Zustand verwendet wird, kann man leicht und kostengünstig eine Mehrzahl von Metallgießformen zur Herstellung von dreidimensional profilierten Gussblöcken C mit unterschiedlicher Gestalt erhalten.
7 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Metallgießvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 8 ist eine Draufsicht auf den unteren Abschnitt des in 7 gezeigten seitlichen Formglieds. 9 ist eine Draufsicht auf den oberen Abschnitt des in 7 gezeigten seitlichen Formglieds. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Gussblocks, der durch Verwendung der in 7 gezeigten Metallgießvorrichtung hergestellt wurde. Den Gliedern, die mit denen in den 1 bis 6 und in 32 gezeigten identisch sind oder diesen entsprechen, sind identische Bezugsziffern zugeteilt, und auf die Beschreibung der Glieder wird verzichtet.
Nicht dargestellte Mittel und Vorrichtungen, die in der in 7 gezeigten Blockgießvorrichtung umfasst sind, sind mit denen identisch, die in der in 32 gezeigten Blockgießvorrichtung umfasst sind.
In 7 stellt die Bezugsziffer 1a einen konkaven Abschnitt dar. Der konkave Abschnitt 1a ist an der Kühlplatte 4 vorgesehen und dient als Teil der Gießkammer.
Der konkave Abschnitt 1a ist vorzugsweise derart mit einer Innenwand mit einem Durchmesser ausgebildet, der nach oben zunimmt und eine Neigung von 5° oder weniger aufweist, wodurch ein Gussblock C einfach entnommen werden kann.
Bei dieser Ausführungsform umfasst das die Form 1 bildende seitliche Formglied 2 einen oberen Abschnitt 24 und einen unteren Abschnitt 23 mit einem fünfeckigen Durchgangsloch 23a (8). Auf der oberen Fläche des unteren Abschnitts 23 des seitlichen Formglieds sind in Radialrichtung in vorgegebenen Abständen in Bezug auf eine Umfangsrichtung Luftbeseitigungsnuten 23b (Luftbeseitigungsmittel) vorgesehen, durch die hindurch kein geschmolzenes Metall M, sondern Luft geführt werden kann.
Der untere Abschnitt 23 des seitlichen Formglieds ist mit Hilfe nicht dargestellter Positioniermittel, beispielsweise einer Kombination von Passstift und Nut, über der Kühlplatte 4 positioniert und mit Hilfe nicht dargestellter, vorgegebener Befestigungsmittel, beispielsweise Befestigungsschrauben, an der Kühlplatte 4 befestigt.
Das Durchgangsloch 23a ist von der Innenwand des unteren Abschnitts 23 mit einem Durchmesser, der nach oben zunimmt, und mit einer zylindrischen Fläche gebildet, die eine Schräglage von 5° oder weniger besitzt.
Ein das seitliche Formglied 2 bildender oberer Abschnitt 24 weist ein kreisförmiges Durchgangsloch 24a auf (9). Auf der oberen Fläche des oberen Abschnitts 24 des seitlichen Formglieds sind in Radialrichtung in vorgegebenen Abständen in Bezug auf eine Umfangsrichtung Luftbeseitigungsnuten 24b (Luftbeseitigungsmittel) vorgesehen, durch die hindurch kein geschmolzenes Metall M, sondern Luft geführt werden kann.
Der obere Abschnitt 24 des seitlichen Formglieds ist mit Hilfe nicht dargestellter Positioniermittel, beispielsweise einer Kombination von Passstift und Nut, unter dem Boden des Metallschmelzereservoirs 51 (des oberen Formglieds 3) positioniert und mit Hilfe nicht dargestellter, vorgegebener Befestigungsmittel, beispielsweise Befestigungsschrauben, an dem oberen Formglied 3 befestigt.
Das Durchgangsloch 24a ist vorzugsweise von einer Innenwand des unteren Abschnitts 24 mit einem Durchmesser gebildet, der nach oben zunimmt, und weist eine zylindrische Fläche auf, die eine Schräglage von 5° oder weniger besitzt, wodurch ein Gussblock C leicht entnommen werden kann.
Die Mittelachsen der Durchgangslöcher 23a und 24a können miteinander übereinstimmen oder voneinander verschieden sein.
In den 7 und 8 stellt die Bezugsziffer 25 ein Einsatzglied dar. Das Einsatzglied 25 ist beispielsweise mit Hilfe einer Befestigungsschraube lösbar an dem unteren Abschnitt 23 des seitlichen Formglieds befestigt. Das Einsatzglied 25 und der untere Abschnitt 23 des seitlichen Formglieds bilden das seitliche Formglied 2, und das Einsatzglied 25 weist eine schräge Fläche zum leichteren Herausnehmen desselben auf.
Wenn ein Gussblock C mit konvexen Abschnitten p an seinen oberen und unteren Flächen in der in 10 gezeigten Weise mit Hilfe des seitlichen Formglieds 2 mit dem oberen Abschnitt 24 des seitlichen Formglieds und dem unteren Abschnitt 23 des seitlichen Formglieds ohne das Einsatzteil 25 (d.h. den unteren Abschnitt 23 mit dem fünfeckigen Durchgangsloch 23a mit einer geschlossenen Innenwand, welche die Gießkammer bildet) hergestellt werden soll, wird der Gießvorgang für die erste Ausführungsform wiederholt, nur dass der Gussblock C nach unten bewegt wird und dabei auf den unteren Abschnitt 23 des seitlichen Formglieds aufgelegt ist. Deshalb wird auf die Beschreibung für die Gießschritte zur Herstellung des Gussblocks C verzichtet, welche die gleichen wie die in dem Gießvorgang zur Herstellung der ersten Ausführungsform oder in dem herkömmlichen Gießvorgang umfassten sind.
Wenn ein Gussblock C mit einem konkaven Abschnitt d an seiner seitlichen Fläche in der in 10 gezeigten Weise mit Hilfe des seitlichen Formglieds 2 mit dem oberen Abschnitt 24 des seitlichen Formglieds und dem unteren Abschnitt 23 des seitlichen Formglieds und mit dem Einsatzteil 25 in der in den 7 und 8 mit einer Zweipunkt-Strichlinie gezeigten Weise hergestellt werden soll, wird der Gießvorgang für die erste Ausführungsform wiederholt, nur dass der Gussblock C nach unten bewegt wird und dabei auf den unteren Abschnitt 23 des seitlichen Formglieds aufgelegt ist, und dass der Gussblock C nach dem Herausziehen des Einsatzteils 25 entnommen. Deshalb wird auf die Beschreibung zu den Gießschritten zur Herstellung des Gussblocks C verzichtet, welche die gleichen wie die in dem Gießvorgang bei der ersten Ausführungsform oder in dem herkömmlichen Gießvorgang umfassten sind.
Bei der zweiten Ausführungsform lassen sich die gleichen Wirkungen erhalten, die man bei der ersten Ausführungsform erhält.
Bei der zweiten Ausführungsform kann man, da wenigstens einer der Abschnitte des seitlichen Formglieds das Einsatzglied umfasst, eine weitere komplizierte Gießform und einen solchen Gussblock C erhalten.
11 ist eine Draufsicht, die eine Metallgießform 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 12 ist eine Draufsicht, die eine Metallgießform gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In diesen Figuren besitzt ein das seitliche Formglied 2 bildender linker Abschnitt 26 ein schlüssellochförmiges Durchgangsloch 26a. Auf der oberen Fläche des linken Abschnitts 26 des seitlichen Formglieds sind in vorgegebenen Abständen in Bezug auf eine Umfangsrichtung Luftbeseitigungsnuten 26b (Luftbeseitigungsmittel) vorgesehen, durch die hindurch kein geschmolzenes Metall M, sondern Luft geführt werden kann.
Jede der Referenznummern 27 und 27A stellt einen das seitliche Formglied 2 bildenden rechten Abschnitt dar. Der rechte Abschnitt 27 des seitlichen Formglieds weist ein im Wesentlichen kreisförmiges Durchgangsloch 27a mit einer solchen Breite auf, dass es eine ungestörte Verbindung mit dem Durchgangsloch 26a zulässt. Der rechte Abschnitt 27A des seitlichen Formglieds weist ein gerade verlaufendes Durchgangsloch 27b mit einer solchen Breite auf, dass es eine ungestörte Verbindung mit dem Durchgangsloch 26a zulässt.
Auf der oberen Fläche der rechten Abschnitte 27 und 27A des seitlichen Formglieds sind in vorgegebenen Abständen in Bezug auf eine Umfangsrichtung Luftbeseiti gungsnuten 27c (Luftbeseitigungsmittel) vorgesehen, durch die hindurch kein geschmolzenes Metall M, sondern Luft geführt werden kann.
Die Durchgangslöcher 26a, 27a und 27b sind jeweils vorzugsweise durch eine Innenwand des seitlichen Formglieds 2 mit einem Durchmesser, der nach unten (d.h. in Richtung zu der Rückseite der Figuren) zunimmt, und mit einer zylindrischen Fläche gebildet, die eine Schräglage von 5° oder weniger aufweist, wodurch der Gussblock C leicht entnommen werden kann.
Jeder von dem linken Abschnitt 26 des seitlichen Formglieds und den rechten Abschnitten 27 und 27A des seitlichen Formglieds ist mit Hilfe nicht dargestellter Positioniermittel, beispielsweise einer Kombination von Passstift und Nut, unter dem Unterteil (dem oberen Formglied 3) des Metallschmelzereservoirs 51 positioniert und mit Hilfe nicht dargestellter Befestigungsmittel, beispielsweise Befestigungsschrauben, an dem oberen Formglied 3 befestigt.
Wenn ein Gussblock C mit einer vorgegebenen Form mit Hilfe des seitlichen Formglieds 2 mit dem linken Abschnitt 26 des seitlichen Formglieds und dem rechten Abschnitt 27 des seitlichen Formglieds oder mit Hilfe des seitlichen Formglieds mit dem linken Abschnitt 26 des seitlichen Formglieds und dem rechten Abschnitt 27A des seitlichen Formglieds hergestellt werden soll, wird der Gießvorgang für die erste Ausführungsform wiederholt, oder der herkömmliche Gießvorgang wird wiederholt. Deshalb wird auf die Beschreibung der Herstellung des Gussblocks C verzichtet.
Bei der dritten und der vierten Ausführungsform lassen sich die gleichen Wirkungen erhalten, die man bei der ersten und der zweiten Ausführungsform erhält.
13 ist eine Querschnittsansicht, die eine Metallgussvorrichtung 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 14 ist eine Draufsicht auf ein seitliches Formglied 2, das in 13 gezeigt ist. 15 ist eine perspektivische Ansicht eines Gussblocks C, der durch Verwendung der in 13 gezeigten Metallgießvorrichtung hergestellt wurde, wobei der Gussblock mit der Oberseite nach unten gedreht ist. Den Gliedern, die mit denen in den 1 bis 10 und in 31 gezeigten identisch sind oder diesen entsprechen, sind identische Bezugsziffern zugeteilt, und auf die Beschreibung der Glieder wird verzichtet.
Nicht dargestellte, in der in 13 gezeigten Blockgießvorrichtung enthalten Mittel und Vorrichtungen sind identisch mit denjenigen, die in der in 13 gezeigten Blockgießvorrichtung enthalten sind.
In 13 stellt die Bezugsziffer 11 ein Einsatzglied dar. Das Einsatzglied 11 ist beispielsweise mit Hilfe einer Befestigungsschraube lösbar an der Kühlplatte 4 befestigt. Das Einsatzglied 11 und die Kühlplatte 4 bilden das untere Formglied, und das Einsatzglied 11 ist zur Herstellung eines Gussblocks C mit einem konkaven Abschnitt d vorgesehen, der in der in 15 gezeigten Weise die Gestalt eines Kegelstumpfs annimmt. Das Einsatzglied 11 weist eine schräge Fläche zum leichteren Herausnehmen desselben auf.
Auf der oberen Fläche des seitlichen Formglieds 2 sind in Radialrichtung in vorgegebenen Abständen in Bezug auf eine Umfangsrichtung Luftbeseitigungsnuten 2b (Luftbeseitigungsmittel) vorgesehen, durch die hindurch kein geschmolzenes Metall M, sondern Luft geführt werden kann. Mit der Bezugsziffer 2a ist ein kreisförmiges Durchgangsloch bezeichnet.
Wenn ein Gussblock C, der auf seiner unteren Fläche einen konkaven Abschnitt d aufweist, der in der in 15 gezeigten Weise die Gestalt eines Kegelstumpfs annimmt, durch Verwendung der in den 13 und 14 gezeigten Metallgießform 1 hergestellt werden soll, wird der Gießvorgang für die erste Ausführungsform wiederholt. Durch den Gießvorgang kann der Gussblock C, der auf seinem Boden einen konkaven, die Gestalt eines Kegelstumpfs annehmenden Abschnitt d aufweist, hergestellt werden.
Bei der fünften Ausführungsform lassen sich die gleichen Wirkungen erhalten, die man bei der ersten und der zweiten Ausführungsform erhält.
16 ist eine Querschnittsansicht, die eine Metallgussvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 17 ist eine Draufsicht auf ein seitliches Formglied, das in 16 gezeigt ist. 18 ist eine perspektivische Ansicht eines Gussblocks, der durch Verwendung der in 16 gezeigten Metallgießvorrichtung hergestellt wurde. 19 ist eine Vorderansicht, die ein anderes Einsatzglied zeigt. 20 ist eine perspektivische Ansicht eines Gussblocks, der durch Verwendung der in 16 gezeigten Metallgießvorrichtung hergestellt wurde, mit dem in 19 gezeigten Einsatzglied an Stelle des in 16 gezeigten Einsatzglieds. Den Gliedern, die mit den in den 1 bis 15 und in 21 gezeigten Gliedern identisch sind oder diesen entsprechen, sind identische Bezugsziffern zugeteilt.
Nicht dargestellte, in der in 16 gezeigten Blockgießvorrichtung enthalten Mittel und Vorrichtungen sind identisch mit denjenigen, die in der in 32 gezeigten Blockgießvorrichtung enthalten sind.
In den 16 und 19 stellt jede der Bezugsziffern 33 und 34 ein Einsatzglied dar. Das Einsatzglied ist beispielsweise mit Hilfe einer Befestigungsschraube lösbar an dem oberen Formglied 3 befestigt und weist eine schräge Fläche zum leichteren Herausnehmen desselben auf.
Das in 16 gezeigte Einsatzglied 33 ist zur Herstellung eines Gussblocks C mit einer in 18 gezeigten Vertiefung f vorgesehen, und das in 19 gezeigte Einsatzglied 34 ist zur Herstellung eines Gussblocks C mit einer in 20 gezeigten Vertiefung f vorgesehen.
Wenn ein Gussblock C, der in 18 oder 20 gezeigt ist, mit Hilfe der Gießform mit dem Einsatzglied 33 oder 34 hergestellt werden soll, wird der Gießvorgang für die erste Ausführungsform wiederholt. Durch den Gießvorgang kann der Gussblock C mit einer Vertiefung f hergestellt werden.
Bei der sechsten Ausführungsform lassen sich die gleichen Wirkungen erhalten, die man bei der ersten Ausführungsform erhält.
Bei den vorgenannten Ausführungsformen ist das die Metallgießform bildende seitliche Formglied in obere und untere Abschnitte oder linke und rechte Abschnitte geteilt. Als Alternative können schräg geteilte seitliche Formgliederabschnitte gemäß der Gestalt des Gussblocks verwendet werden, solange ein Gussblock aus der Gießform entnommen werden kann. Weiterhin können obere und untere Abschnitte, linke und rechte Abschnitte und schräg geteilte Abschnitte des seitlichen Formglieds in geeigneter Weise in Kombination gemäß der Gestalt eines Gussblocks verwendet werden, um dadurch die gleichen Wirkungen wie oben beschrieben zu erhalten.
Eine Verbindungsfläche eines solchen seitlichen Formgliedabschnitts, die mit einem anderen seitlichen Formglied verbunden wird, kann die Gestalt einer ebenen Fläche, einer gebogenen Fläche, einer horizontalen Fläche, einer vertikalen Fläche oder einer schrägen Fläche annehmen.
Bei den Ausführungsformen wird das untere Formglied nur von der Kühlplatte 4 gebildet, oder das untere Formglied wird von der Kühlplatte 4 und dem Einsatzglied 11 gebildet. Jedoch kann das untere Formglied von einem bestimmten Glied anstatt von der Kühlplatte 4 gebildet werden, und als unteres Formglied kann ein Abschnitt des seitlichen Formglieds dienen. Als Alternative kann das untere Formglied von einer Mehrzahl von Abschnitten ohne ein Einsatzteil gebildet werden.
In diesem Fall kann das untere Formglied keinen konkaven Abschnitt und einen vorstehenden Abschnitt mit einer schrägen Fläche zum leichteren Entnehmen des Gussblocks umfassen.
Wenn das untere Formglied in der oben beschriebenen Weise von einer Mehrzahl von Abschnitten gebildet wird, lassen sich dreidimensional profilierte Gussblöcke C mit verschiedener Gestalt durch Auswechseln eines Teils der unteren seitlichen Formgliedabschnitte unter Verwendung des übrigen Teils oder der übrigen Teile in intakt gelassenem Zustand herstellen, und man kann mit niedrigen Kosten leicht eine Mehrzahl von Gießformen erhalten.
Bei den Ausführungsformen wird das obere Formglied 3 von dem Boden des Metallschmelzereservoirs 51 gebildet. Jedoch kann das obere Formglied 3 von einem bestimmten Glied anstatt von dem Boden gebildet werden, und als oberes Formglied kann ein Abschnitt des seitlichen Formglieds dienen. Als Alternative kann das obere Formglied 3 von einer Mehrzahl von Abschnitten ohne ein Einsatzteil gebildet werden.
In diesem Fall kann das obere Formglied 3 einen konkaven Abschnitt und einen vorstehenden Abschnitt mit einer schrägen Fläche zum leichteren Entnehmen des Gussblocks umfassen.
Wenn das obere Formglied 3 in der oben beschriebenen Weise von einer Mehrzahl von Abschnitten gebildet wird, lassen sich dreidimensional profilierte Gussblöcke C mit verschiedener Gestalt durch Auswechseln eines Teils der oberen seitlichen Formgliedabschnitte unter Verwendung des übrigen Teils oder der übrigen Teile in intakt gelassenem Zustand herstellen, und man kann mit niedrigen Kosten leicht eine Mehrzahl von Gießformen erhalten.
Wenn das untere Formglied, das seitliche Formglied und/oder das obere Formglied in der oben beschriebenen Weise von einer Mehrzahl von Abschnitten gebildet werden, unterscheidet sich der nahe der Gießkammer befindliche Abschnitt von dem fern von der Gießkammer befindlichen Abschnitt durch den auf Grund der Hitze des geschmolzenen Metalls vorhandenen Dehnungsgrad. Wenn deshalb angesichts des Dehnungsgrads ein geeigneter Spielraum zwischen den die Gießform bildenden Gliedern vorgesehen ist, kann eine auf die Gießform ausgeübte übergroße Spannung beseitigt werden, und es kann ein Gussblock mit einer vorgesehenen Gestalt hergestellt werden.
Bei den Ausführungsformen werden das seitliche Formglied mit einer Mehrzahl von Abschnitten, das untere Formglied mit einer Mehrzahl von Abschnitten, oder das obe re Formglied mit einer Mehrzahl von Abschnitten verwendet. Jedoch können diese Glieder in einer geeigneten Kombination verwendet werden.
Bei den Ausführungsformen werden die Formglieder mit einer Gießkammer verwendet, die von deren Innenwänden gebildet sind, die jeweils eine schräge Fläche zum leichteren Entnehmen eines Gussblocks gebildet werden. Die Formglieder brauchen jedoch nicht unbedingt solche schrägen Flächen aufzuweisen, da geschmolzenes Metall erstarrt und schrumpft, um einen Gussblock zu bilden, und der Gussblock von der Innenfläche der Gießform gelöst wird.
Bei den Ausführungsformen werden eine Befestigungsschraube oder Befestigungsschrauben verwendet, was ein Beispiel für Befestigungsmittel zum Verbinden der Formgliedabschnitte miteinander ist. Angesichts der Befestigungszustände, der Befestigungsbedingungen und der Befestigungsgenauigkeit können die Formgliedabschnitte mit Hilfe von Passmitteln, Eingriffs- oder anderen Befestigungsmitteln einander verbunden werden. Bei anderen Befestigungsmitteln zum Verbinden der Formglieder der Gießform miteinander wird eine Klammer oder eine befestigende Spannvorrichtung verwendet.
Bei den Ausführungsformen wird eine Kombination von Passstift und Nut verwendet, die ein Beispiel für Mittel zum Positionieren der Formgliedabschnitte ist. Jedoch können die Formgliedabschnitte auch mit Hilfe einer Kombination von Schlagstift und Schwalbenschwanznut, einer Kombination von Befestigungsschraube und Nut oder anderer Positioniermittel positioniert werden.
Bei den Ausführungsformen ist die Fläche des oberen Formglieds, welche die obere Fläche der Gießkammer bildet, flach. Sie kann jedoch nach oben in Richtung zu dem Luftbeseitigungsmittel oder dem Gießtrichter schräg liegen.
Wenn die Fläche des oberen Formglieds in der oben beschriebenen Weise schräg liegt, kann man Luft leicht aus der Gießkammer beseitigen, und mithin lässt sich das geschmolzene Metall leicht in den Gießtrichter eingießen, und es kann ein Gussblock mit Ecken mit einer vorgesehenen Gestalt hergestellt werden.
Bei den Ausführungsformen ist der Gießtrichter an dem oberen Formglied vorgesehen. Er kann jedoch auch an dem seitlichen oder dem unteren Formglied vorgesehen sein.
Bei den Ausführungsformen ist das Luftbeseitigungsmittel an der oberen Fläche jedes seitlichen Formgliedabschnitts vorgesehen. Jedoch kann das Luftbeseitigungsmittel auch an einer anderen Position jedes seitlichen Formgliedabschnitts vorgesehen sein, so lange Luft aus der Gießkammer beseitigt werden und ein Gussblock mit Ecken mit einer vorgesehenen Form hergestellt werden kann.
Bei den Ausführungsformen wird das geschmolzene Metall nach dem Befüllen der Gießkammer mit dem geschmolzenen Metall über das untere Formglied abgekühlt. Jedoch kann das geschmolzene Metall auch beim Eingießen desselben in die Gießkammer abgekühlt werden, solange vorgegebene Bedingungen erfüllt werden.
Die Glieder, welche die Gießform bilden, sind vorzugsweise aus einem typischen hitzebeständigen Material; einem wärmeisolierenden, hitzebeständigen Material, das beispielsweise vorwiegend CaO, SiO₂, Al₂O₃ oder MgO enthält; einem hitzebeständigen Material wie SiC, Si₃N₄, Graphit, BN, TiO₂, ZrO₂, AlN oder einer Mischung derselben; Fe; Cu; Kohlenstoffstahl; Edelstahl; Werkzeugstahl (beispielsweise SKD6 oder SKD11); einer Stahlsuperlegierung; usw. ausgebildet.
Wenn der Gussblock aus Al, Mg, Zn oder einer Legierung derselben besteht, ist die Gießform vorzugsweise aus einem der vorgenannten Materialien ausgebildet. Wenn der Gussblock aus Fe, Cu oder einer Legierung derselben besteht, ist die Gießform vorzugsweise aus einem typischen hitzebeständigen Material; einem wärmeisolierenden hitzebeständigen Material, das beispielsweise vorwiegend CaO, SiO₂, Al₂O₃ oder MgO enthält; oder einem hitzebeständigen Material wie SiC, Si₃N₄, Graphit, BN, TiO₂, ZrO₂, AlN oder einer Mischung derselben ausgebildet.
Der Größe der Gießform und die Dicke der Wände derselben sind nicht speziell beschränkt.
Die Glieder, welche die Gießform bilden, können aus einem identischen Material bestehen. Als Alternative können die Glieder gemäß der Gestalt eines herzustellenden Gussblocks und den Bedingungen, unter denen die Form verwendet werden soll, aus verschiedenen Materialien bestehen
Wie oben beschrieben, besteht ein seitliches Formglied gemäß der Gestalt eines Gussblocks aus einer Mehrzahl von oberen und unteren, rechten und linken und/oder schräg geteilten Abschnitten; ein unteres Formglied oder ein oberes Formglied besteht gemäß der Gestalt eines Gussblocks aus einer Mehrzahl von Abschnitten; oder in einem der Glieder ist ein Einsatzteil vorgesehen. Deshalb weist jeder der Formgliedabschnitte eine einfache Gestalt auf und lässt sich einfach und leicht mit Hilfe eines typischen Werkzeugs herstellen.
Deshalb kann man eine Gießform mit einer komplizierten Gestalt einfach und zu niedrigen Kosten herstellen, wobei die Form zur Herstellung eines dreidimensional profilierten Gussblocks ohne Schnittfläche verwendet wird. Der dreidimensional profilierte Gussblock ohne Schnittfläche kann mit Hilfe der Gießform hergestellt werden.
Da dreidimensional profilierte Gussblöcke mit verschiedener Gestalt durch bloßes Auswechseln eines Teils der das Formglied bildenden Formgliedabschnitte hergestellt werden können und das übrige Teil in intakt belassenem Zustand verwendet wird, kann man leicht und kostengünstig eine Mehrzahl von Metallgießformen zur Herstellung von dreidimensional profilierten Gussblöcken mit verschiedener Gestalt erhalten.
Da ein dreidimensional profilierter Gussblock mit Hilfe der Gießform hergestellt werden kann, lässt sich der Gussblock mit einem einzigen Schmiedegang zu einem Produkt mit komplizierter Form schmieden. Das heißt, der Gussblock kann in dem nach dem Gießen folgenden Schritt einfach einen Schmiedevorgang erfahren.
Da die Formgliedabschnitte mit Hilfe von Positioniermitteln zueinander positioniert sind, lässt sich auf einfache Weise eine Gießform ausbilden, und es kann ein Gussblock mit einer vorgesehenen Gestalt hergestellt werden.
Es ist ein Luftbeseitigungsmittel zum Abführen von Luft vorgesehen, die in der Gießkammer verbleibt, wenn geschmolzenes Metall durch einen Gießtrichter hindurch in die Gießkammer eingegossen wird, und die Fläche des oberen Formglieds, welche die obere Fläche der Gießkammer bildet, liegt nach oben in Richtung zu dem Luftbeseitigungsmittel oder dem Gießtrichter schräg. Deshalb lässt sich Luft einfach aus der Gießkammer beseitigen, und mithin lässt sich das geschmolzene Metall leicht in den Gießtrichter eingießen. Folglich können Gussblöcke einer vorgesehenen Größe und mit Ecken mit einer vorgesehenen Gestalt mit einer geringeren Schwankung im Gewicht derselben hergestellt werden.
21A ist eine schematische Darstellung, die eine siebente Ausführungsform der Gießvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die in 21A gezeigte Gießvorrichtung wird zur Herstellung vieler verschiedener Gusskörper einschließlich von metallischen Gussblöcken verwendet, die als Ausgangsmaterialien zur plastischen Bearbeitung, beispielsweise zum Kaltschmieden, Heißschmieden, Schmieden im geschlossenen Gesenk, Walzen, Extrudieren oder Walzformen, sowie für eine Produktform annehmende Gussprodukte verwendet werden. Zu Beispielen für das Rohmaterial für den Gusskörper zählt Stahl. Vorzugsweise ist das Rohmaterial für den Gusskörper ein Nichteisenmetall wie Aluminium, Zink, Magnesium oder eine Legierung derselben.
Wie in 21A gezeigt ist, weist die Gießvorrichtung einen Form 1 mit einer Kühlplatte 4, einem seitlichen Formglied 2 und einem oberen Formglied 3 mit einer oberen Wand 31 auf.
Die Kühlplatte 4 besteht aus einem sehr gute Hitzebeständigkeitseigenschaften und hohe Wärmleitfähigkeit aufweisenden Metall, beispielsweise Kupfer oder Aluminium; oder aus einem hitzebeständigen Material mit hoher Wärmleitfähigkeit, beispielsweise Graphit, Siliciumcarbid oder Trisiliciumtetranitrid. Die Kühlplatte 4 weist eine kreisförmige, plattenartige Gestalt auf. Unter der Kühlplatte 4 sind ein Gehäuse 63 und eine Sprühdüse 6 vorgesehen. Das Gehäuse 63 weist eine mit Boden versehene, hohlzylindrische Gestalt auf und ist zum Abdecken der unteren Fläche der Kühlplatte 4 vorgesehen. Die Sprühdüse 6 wird zum Sprühen von Kühlwasser aus Sprühlöchern, die an ihrem vorderen Ende vorgesehen sind, auf die Kühlplatte 4 verwendet und ist derart an dem Gehäuse 63 befestigt, dass der vordere Endabschnitt der Sprühdüse 6 im Innern des Gehäuses 63 vorgesehen ist und die Sprühlöcher zu der unteren Fläche der Kühlplatte 4 weisen. Die Kühlplatte 4, das Gehäuse 63 und die Sprühdüse 6 sind über das Gehäuse 63 mit einer nicht dargestellten Hebevorrichtung verbunden und können durch Betätigung der Hebevorrichtung vertikal als Einheit bewegt werden.
Das obere Formglied 3 nimmt Scheibengestalt an und besitzt einen Durchmesser, der etwas kleiner als derjenige der Kühlplatte 4 ist. Das hohlzylindrische seitliche Formglied 2 ist an dem Umfangsabschnitt der unteren Fläche des oberen Formglieds 3 vorgesehen, und die hohlzylindrische obere Wand 31 ist an dem Umfangsabschnitt der oberen Fläche des oberen Formglieds 3 vorgesehen. Das seitliche Formglied 2, das obere Formglied 3 und die obere Wand 31 sind einstückig über der Kühlplatte 4 befestigt. Wenn die Kühlplatte 4 nach unten bewegt wird, öffnet sich der Boden des seitlichen Formglieds 2. Wenn die Kühlplatte 4 nach oben bewegt wird, wird der Boden des seitlichen Formglieds 2 mit der Kühlplatte 4 bedeckt, und das obere Formglied 3, das seitliche Formglied 2 und die Kühlplatte 4 bilden eine Gießkammer 5. Was das Rohmaterial für einen herzustellenden Gusskörper C, die Benetzbarkeit des geschmolzenen Metalls M in Bezug auf die Form 1, die Temperatur während des Gebrauchs der Form, die Korrosionsfestigkeit der Form usw. betrifft, so kann das Material für die Form 1 in geeigneter Weise unter einem wärmeisolierenden, hitzebeständigen Material, das vorwiegend Calciumsilicat, Calciumoxid, Silicium dioxid, Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid enthält; einem hitzebeständigen Material wie Siliciumnitrid, Trisiliciumtetranitrid, Trisiliciumtetranitid mit Bornitrid darin, Siliciumcarbid, Graphit, Bornitrid, Titandioxid, Zirkoniumoxid, Aluminiumnitrid oder einer Mischung derselben; und einem Metall wie Eisen oder Kupfer ausgewählt werden. An einer geeigneten Stelle der Form 1 ist vorzugsweise ein (in 21 nicht gezeigter) Durchlass zum Abführen der in der Gießkammer 5 befindlichen Luft nach außen während des Eingießens des geschmolzenen Metalls vorgesehen.
In der Mitte des oberen Formglieds 3 der Form 1 ist ein Glied 30 mit einer den Gießtrichter bildenden Wand vorgesehen. Das Glied 30 weist eine hohlzylindrische Gestalt auf und umfasst an seinem oberen Umfang einen Flansch 30a. Das Glied 30 ist herausnehmbar in einem in dem oberen Formglied 3 gebildeten Loch 3d derart vorgesehen, dass die untere Fläche des Glieds 30 mit der unteren Fläche des oberen Formglieds 3 in Bündigkeit gebracht ist. Die Innenwand des Glieds 30 bildet um die Mittelachse des Glieds 30 herum einen Gießtrichter 7. Der Gießtrichter 7 besitzt einen unteren Endabschnitt mit einem einheitlichen Innendurchmesser und einen oberen Endabschnitt mit einem nach oben allmählich zunehmenden Innendurchmesser, der eine schräge Innenfläche aufweist. Der Erhöhungswinkel des Anstiegs beträgt 15-75°, vorzugsweise 30-60°. Wenn der Erhöhungswinkel des Anstiegs kleiner als 15° ist, nimmt die Stetigkeit zwischen der schrägen Fläche und einem sich verjüngenden Abschnitt 8a eines Öffnungs-/Schließstopfens 8 ab, der weiter unten beschrieben ist. Wenn der Erhöhungswinkel des Anstiegs größer als 75° ist, wenn der Durchmesser eines Passabschnitts 8b des Stopfens 8 unverändert bleibt, wird der Außendurchmesser des Stopfens 8 klein, und mithin kann der Stopfen 8 nur schwer eine befriedigende Festigkeit aufrechterhalten. Ähnlich wie im Fall der Form 1 kann, was das Rohmaterial für den herzustellenden Gusskörper C, die Benetzbarkeit des geschmolzenen Metalls M in Bezug auf das Glied 30, die Temperatur während des Gebrauchs des Glieds 30, die Korrosionsfestigkeit des Glieds 30 usw. betrifft, das Material für das Glied 30 usw. in geeigneter Weise unter einem wärmeisolierenden, hitzebeständigen Material, das vorwiegend Calciumsilicat, Calciumoxid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid enthält; einem hitzebeständigen Material wie Siliciumnitrid, Trisiliciumtetranitrid, Trisiliciumtetranitid mit Bornitrid darin, Siliciumcarbid, Graphit, Bornitrid, Titandioxid, Zirkoniumoxid, Aluminiumnitrid oder einer Mischung derselben; und einem Metall wie Eisen oder Kupfer ausgewählt werden. Bei der siebenten Ausführungsform bestehen die Form 1 und das Glied 30 mit der den Gießtrichter bildenden Wand aus Siliciumcarbid, und auf eine Verbindungsfläche, an welcher die Form 1 und das Glied 30 miteinander befestigt sind, wird ein Entformungsmittel mit 5% Wasserglas darin aufgebracht. Die Stelle, an welcher das Glied 30 angeordnet ist, d.h. die Stelle des Gießtrichters 7, ist nicht unbedingt die Mitte des oberen Formglieds 3, und die Stelle kann gemäß der Gestalt eines herzustellenden Gusskörpers festgelegt werden.
Der Öffnungs-/Schließstopfen 8 nimmt eine säulenförmige Gestalt an, deren Durchmesser größer als derjenige des unteren Endabschnitts des Gießtrichters 7 und kleiner als derjenige des oberen Endabschnitts des Gießtrichters 7 ist. Der Öffnungs-/Schließstopfen 8 weist an seinem unteren Endabschnitt den sich verjüngenden Abschnitt 8a und des Passabschnitt 8b auf. Der Außendurchmesser des sich verjüngenden Abschnitts 8a nimmt nach unten hin allmählich ab. Der Passabschnitt 8b nimmt eine säulenförmige Gestalt mit einer derartigen Größe an, dass der Abschnitt 8a in den unteren Endabschnitt des Gießtrichters 7 eingepasst wird. Der Öffnungs-/Schließstopfen 8 ist vertikal bewegbar vorgesehen, während die Mittelachse des Stopfens 8 mit derjenigen des Gießtrichters 7 übereinstimmt. Der Stopfen 8 kann durch Betätigung einer nicht dargestellten Stopfenbetätigungsvorrichtung vertikal bewegt werden. Der Stopfen 8 besteht vorzugsweise aus einem wärmeisolierenden, hitzebeständigen, nichtmetallischem Material mit hoher mechanischer Festigkeit, beispielsweise Siliciumcarbid, Trisiliciumtetranitrid oder einer Mischung derselben. Der Stopfen 8 kann aus einem metallischen Material mit keiner oder geringer Reaktionsfähigkeit mit dem geschmolzenen Material M bestehen, beispielsweise aus Eisen oder Gussstahl.
In 21A stellt die Bezugsziffer 61 einen oberen Deckel zum Abdecken des Bereichs über der Form 1 dar, und die Bezugsziffer 53 stellt einen Elektroofen dar, der mit der oberen Wand 31 der Form 1 verbunden ist.
Wenn der Gusskörper C unter Verwendung der Gießvorrichtung mit der vorgenannten Konstruktion hergestellt wird, wird zuerst die Kühlplatte 4 mit Hilfe der Hebevorrichtung nach oben bewegt, damit sie in Verbindung mit dem seitlichen Formglied 2 und dem oberen Formglied 3 die Gießkammer 5 bilden kann. Der Öffnungs-/Schließstopfen 8 wird mit Hilfe der Stopfenbetätigungsvorrichtung nach unten bewegt, und der Passabschnitt 8b des Stopfens 8 wird in den unteren Endabschnitt des Gießtrichters 7 eingepasst. Weiterhin kann der sich verjüngende Abschnitt 8a des Stopfens 8 in Anlage gegen die schräge Fläche des Gießtrichters 7 gebracht werden.
In dieser Konfiguration wird der Gießtrichter 7 mit Hilfe des Stopfens 8 geschlossen. Mithin werden ein Metallschmelzereservoir 51, das über dem oberen Formglied 3 vorgesehen und von der oberen Wand 31 gebildet ist, und die Gießkammer 5 voneinander getrennt. Vorzugsweise wird ein Entformungsmittel auf die Fläche der Form 1 aufgebracht, welche die Gießkammer 5 bildet, damit der Gusskörper C leichter aus der Form 1 herausgenommen werden kann. Des Weiteren wird vorzugsweise ein Entformungsmittel auf den Öffnungs-/Schließstopfen 8 aufgebracht, um eine Reaktion zwischen dem Stopfen 8 und dem geschmolzenen Metall M zu verhindern.
Anschließend wird der Elektroofen 53 bedient, und dann wird eine vorgegebene Menge des geschmolzenen Metalls M in das Reservoir 51 eingeführt. Der Elektroofen 53 wird bedient, um das geschmolzene Metall M in dem Reservoir 51 auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten und zu verhindern, dass das geschmolzene Metall M von dem seitlichen Formglied 2 gekühlt wird, um den Effekt des einseitig gerichteten Erstarrens zu verstärken, der weiter unten beschrieben wird.
Anschließend wird der Stopfen 8 mit Hilfe der Stopfenbetätigungsvorrichtung nach oben bewegt, um den Passabschnitt 13b desselben aus dem unteren Endabschnitt des Gießtrichters 7 zu entfernen.
Dabei wird der Gießtrichter 7 geöffnet, und mithin werden das Reservoir 51 und der Gießtrichter 7 in Verbindung gebracht. Deshalb wird das in dem Reservoir 51 aufbewahrte geschmolzene Metall M nacheinander durch den Gießtrichter 7 hindurch in die Gießkammer 5 eingegossen, und die Gießkammer 5 mit dem geschmolzenen Metall M befüllt. Wenn der Stopfen 8 nach oben bewegt wird, wird die Kühlplatte 4 vorzugsweise auf mindestens 100°C aufgeheizt. Wenn die Temperatur der Kühlplatte 4 niedriger als 100°C ist, entsteht ein "Verblasfehler", eine Art Gießfehler, der nicht zu bevorzugen ist. Die Obergrenze der Temperatur der Kühlplatte 4 ist vorzugsweise gleich der Temperatur des geschmolzenen Metalls M. Um das Entstehen des "Verblasfehlers" zu vermeiden, wird weiterhin vorzugsweise ein Entformungsmittel vorher auf die Kühlplatte aufgebracht.
Nachdem die Gießkammer 5 vollständig mit dem geschmolzenen Metall M befüllt ist, wird der Gießtrichter 7 durch Bewegen des Stopfens 8 nach unten geschlossen, und dann wird Kühlwasser aus der Sprühdüse 6 auf die Kühlplatte 4 gesprüht. Wenn Kühlwasser auf die Kühlplatte 4 gesprüht wird, erstarrt das geschmolzene Metall M in der Gießkammer 5 nacheinander einseitig gerichtet von dem unteren Abschnitt der Gießkammer 5 zu dem oberen Abschnitt derselben. Wie oben beschrieben, bestehen die Form 1 und das Glied 30 mit der den Gießtrichter bildenden Wand aus Siliciumcarbid. Deshalb wird in der durch eine Zweipunkt-Strichlinie in 21A gezeigten Weise die Erstarrungstrennfläche c' (Grenzfläche zwischen dem geschmolzenen Metall und dem erstarrten Metall) parallel zu der oberen Fläche der Kühlplatte 4 und weist eine ebene, durchgehende Fläche auf, und das geschmolzene Metall erstarrt derart, dass sich die Erstarrungstrennfläche c' allmählich nach oben bewegt. Nach dem Erstarren des geschmolzenen Metalls M zu dem Gusskörper C in der Gießkammer 5 wird die Kühlplatte 4 in Bezug auf das seitliche Formglied 2 nach unten bewegt, und der auf der oberen Fläche der Kühlplatte 4 aufliegende Gusskörper C wird von der Kühlplatte 4 abgenommen.
Da der Gusskörper C durch einseitig gerichtetes Erstarren derart hergestellt wird, dass die flache, durchgehende Erstarrungsgrenzfläche c' entsteht, ist der Gusskörper C von guter Qualität. Das heißt, der Gusskörper C weist keine Fehler wie Gießhohlräume, Schrumpfhohlräume, Nadellöcher und eingedrungene Oxide auf. Da weiterhin der obere Abschnitt der Gießkammer 5 von dem seitlichen Formglied 2 in Verbindung mit der unteren Endfläche des Stopfens 8 verschlossen wird, kann eine beständige Menge geschmolzenen Metalls selbst dann, wenn die Menge des geschmolzenen Metalls nicht gemessen wird, in die Gießkammer 5 eingegossen werden. Des Weiteren wird ein halbmondförmiger Abschnitt des geschmolzenen Metalls nicht sehr stark gebogen, und eine Schwankung von Größe und Gewicht zwischen den Gusskörpern C wird nicht groß. Ein Aufsprühen von Kühlwasser aus der Sprühdüse 6 auf die Kühlplatte 4 erfolgt nicht unbedingt nach dem Verschließen des Gießtrichters 7 mit dem Stopfen 8. Das Kühlwasser kann auch vor dem Verschließen des Gießtrichters 7 durch den Stopfen 8, d.h. während des Eingießens des geschmolzenen Metalls M aus dem Reservoir 51 in die Gießkammer 5, aus der Sprühdüse 6 auf die Kühlplatte aufgesprüht werden. Wenn die Dicke des Gusskörpers C groß ist, kann die Kühlplatte 4 während des Kühlens bewegt werden, und das Kühlwasser kann direkt auf die untere Fläche des Gusskörpers C gesprüht werden.
In der Gießvorrichtung ist das Glied 30 mit einer den Gießtrichter 7 bildenden Wand von dem oberen Formglied 3 der Form 1 trennbar, und das Glied 30 mit der den Gießtrichter bildenden Wand ist abnehmbar an dem oberen Formglied 3 vorgesehen. Deshalb lässt sich das Glied 30 als einzelnes Glied von verhältnismäßig kleiner Größe handhaben. Ähnlich wie das Glied 30 kann der Stopfen 8 als einziges Glied gehandhabt werden. Deshalb lässt sich eine sehr hohe Maßgenauigkeit des Gießtrichters 7 und des Stopfens 8 in der Größenordnung von 1/100mm erzielen, ohne ziemlich hohe Produktionskosten oder mühevolle Arbeit nach sich zu ziehen. Selbst wenn das Glied 30 und der Stopfen 8 aus verschiedenen Materialien ausgebildet sind und die Wärmedehnungskoeffizienten des Glieds 30 und des Stopfens 8 voneinander verschieden sind, kann die Passgenauigkeit zwischen dem Glied 30 und dem Stopfen 8 während der Betätigung durch Aufheizen des Glieds 30 und des Stopfens 8 auf eine Temperatur gleich der des geschmolzenen Metalls in der Praxis überprüft und reguliert werden. Deshalb lässt sich leicht eine weitere hohe Maßgenauigkeit des Glieds 30 und des Stopfens 8 zustande bringen. Wenn man den Stopfen 8 nach unten bewegt, wird folglich der Passabschnitt 8b in engen Kontakt mit der Innenwand des unteren Endabschnitts des Gießtrichters 7 gebracht, und ein Austreten des geschmolzenen Metalls M aus dem Reservoir 7 in einen Zwischenraum zwischen dem Stopfen 8 und dem Gießtrichter 7 lässt sich effektiv verhindern. Infolgedessen kann das Entstehen von Gießgraten an dem Gusskörper C verhindert werden, und der Gusskörper C kann sehr mühelos aus der Form 1 entnommen werden, wodurch sich kein Gießproblem ergibt. Ein Schmiedeprodukt, das aus dem Gusskörper geformt wird, weist keine Fehler auf, die ansonsten durch Biege-/oder Stanzgrate entstehen. Wenn der Stopfen 8 nach unten bewegt wird, wird des Weiteren die untere Endfläche des Stopfens 8 genau in Bündigkeit mit der unteren Fläche des oberen Formglieds 3 gebracht, und es kann das Entstehen eines vorstehenden oder eingedellten Abschnitts an dem Gusskörper C vermieden werden, das einer Stufe zuzuschreiben ist, die zwischen dem Stopfen 8 und dem oberen Formglied 3 gebildet wird. Während des Betätigens der Gießvorrichtung beträgt die Durchmesserdifferenz zwischen dem Stopfen 8 und der den Gießtrichter bildenden Wand des Glieds 30 0,10mm oder weniger, vorzugsweise 0,06mm oder weniger.
Da das Glied 30 mit der den Gießtrichter bildenden Wand als einzelnes Glied gehandhabt werden kann, besitzt die Gießvorrichtung Vorteile hinsichtlich Wartung und Steuerung auf, die im Folgenden beschrieben sind.
Wenn erstens das Glied 30 mit der den Gießtrichter bildenden Wand infolge längerer Verwendung verschlissen ist, oder wenn das Glied 30 auf Grund einer Kollision mit dem Stopfen 8 verformt oder gebrochen ist, kann das verschlissene oder gebrochene Glied 30 aus der Form 1 entnommen und gegen ein neues Glied ausgetauscht werden, ohne dass dabei andere Glieder entfernt werden. Deshalb lassen sich die Kosten, die zur Wartung der die vorliegende Erfindung verkörpernden Gießvorrichtung notwendig sind, sehr stark im Vergleich zu einer herkömmlichen Gießvorrichtung senken, bei welcher die gesamte Form ausgetauscht werden muss, wenn ein solches Glied gebrochen ist.
Wenn zweitens ein Gusskörper hergestellt wird, der Abschnitte unterschiedlicher Gestalt umfasst, lassen sich die zur Herstellung des Gusskörpers erforderlichen Kosten und ein Platz verkleinern, an dem die Form 1 aufbewahrt wird. Beispielsweise kann wie im Fall einer Gießvorrichtung gemäß einer in 22 gezeigten achten Ausführungsform, wenn ein Vorsprung 30b an einem Glied 30A mit einer einen Gießtrichter 7 bildenden Wand vorgesehen ist, selbst dann, wenn die gleiche Form 1 verwendet wird, ein Gusskörper C1, dessen Gestalt sich von dem Gusskörper C unterscheidet, durch Austausch des Glieds 30 mit der den Gießtrichter bildenden Wand gemäß der siebenten Ausführungsform hergestellt werden, wobei das Glied 30A den vorspringenden Abschnitt 30b aufweist. Deshalb können die Herstellungskosten für die Form sehr stark gesenkt werden, und der Platz zum Aufbewahren einer Form reicht aus. Bei der achten Ausführungsform sind denjenigen Gliedern der Gießvorrichtung, die mit denen der Gießvorrichtung gemäß der siebenten Ausführungsform identisch sind, identische Bezugsziffern zugeordnet, und auf eine ausführliche Beschreibung der Glieder wird verzichtet.
Die vorgenannten Wirkungen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kommen insbesondere in einer Gießvorrichtung von verhältnismäßig großer Größe gemäß einer in 23 gezeigten neunten Ausführungsform zum Tragen, die eine Mehrzahl von Gießtrichtern 7 umfasst. Wenn eine Mehrzahl von Gliedern 30B mit jeweils einer einen Gießtrichter 7 bildenden Wand vorgesehen ist, kann selbst dann, wenn die Form 1 eine große Größe aufweist, jedes Glied 30B mit der den Gießtrichter bildenden Wand als einziges Glied gehandhabt werden, jeder Gießtrichter 7 kann unter den gleichen Bedingungen wie denjenigen in der siebenten und der achten Ausführungsform gehandhabt werden, und es kann eine hohe Maßgenauigkeit jedes Gießtrichters 7 erzielt werden. Wenn eines der mehreren Glieder 30B gebrochen ist, wird nur das gebrochene Glied 30B durch ein neues Glied ausgetauscht, wobei das/die übrigen Glied(er) 30B intakt belassen wird/werden. Deshalb können die Form 1 und das/die übrigen Glied(er) 30B kontinuierlich verwendet werden, und mithin können die Betriebskosten für die Gießvorrichtung sehr stark gesenkt werden. Wie im Fall der neunten Ausführungsform können die Glieder 30B, wenn eine Mehrzahl der Glieder 30B in der Form 1 vorgesehen ist, aus identischen oder aus verschiedenen Materialien sein. Wenn eine Mehrzahl von Gießtrichtern in der Form vorgesehen ist, ist es nicht unbedingt erforderlich, dass jedes der Glieder 30B einen Gießtrichter umfasst, und eines der Glieder 30B kann eine Mehrzahl von Gießtrichtern umfassen. Bei der neunten Ausführungsform sind denjenigen Gliedern der Gießvorrichtung, die mit denen der Gießvorrichtung gemäß der siebenten Ausführungsform identisch sind, identische Bezugsziffern zugeordnet, und auf eine ausführliche Beschreibung der Glieder wird verzichtet.
Bei der siebenten, der achten und der neunten Ausführungsform wird die Form 1 mit den jeweils in die Löcher 3d eingepassten Gliedern 30, 30A und 30B verwendet. Ein Glied mit einer den Gießtrichter bildenden Wand kann wie beispielsweise im Fall einer Gießvorrichtung gemäß einer zehnten oder einer elften Ausführungsform mit Hilfe eines anderen Verfahrens an einer Form vorgesehen sein. In der Gießvorrichtung gemäß der in 24 gezeigten zehnten Ausführungsform ist an der Innenwand des in der Form 1 ausgebildeten Lochs 3d ein Schraubengewinde 3e ausgebildet, an der Umfangswand eines Glieds 30C mit einer einen Gießtrichter 7 bildenden Wand ist ein Schraubengewinde 30c ausgebildet, und das Glied 30C ist mit Hilfe des Schraubeneingriffs lösbar an dem Loch 3d befestigt. In der Gießvorrichtung gemäß der in 25 gezeigten elften Ausführungsform ist die obere Wand 31 mit einem Befestigungsabschnitt 12f an ihrem unteren Abschnitt von der Form 1 trennbar. In das Loch 3d der Form 1 ist ein Glied 30D mit einer einen Gießtrichter 7 bildenden Wand eingepasst und durch das Loch 30 und den Befestigungsabschnitt 12f eingespannt. In der Gießvorrichtung gemäß der elften und der zwölften Ausführungsform erhält man die vorgenannten Wirkungen, und das Herausfallen des Glieds 30C oder 30D aus der Form 1 kann unterbunden werden, und mithin kann der Gießvorgang mühelos und sicher ausgeführt werden. Bei der elften und der zwölften Ausführungsform sind denjenigen Gliedern der Gießvorrichtung, die mit denen der Gießvorrichtung gemäß der siebenten Ausführungsform identisch sind, identische Bezugsziffern zugeordnet, und auf eine ausführliche Beschreibung der Glieder wird verzichtet.
Bei der siebenten bis elften Ausführungsform werden jeweils die Glieder 30, 30A, 30B, 30C und 30D eingesetzt, jedes mit einer Größe, die kleiner als diejenige der oberen Fläche der Gießkammer 5 ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Punkt beschränkt. Beispielsweise kann die Größe eines Glieds 30E mit einer einen Gießtrichter 7 bildenden Wand wie im Fall einer in 26 gezeigten zwölften Ausführungsform größer als diejenige der oberen Fläche der Gießkammer 5 sein. In der Gießvorrichtung gemäß der zwölften Ausführungsform erhält man die vorgenannten Wirkungen, und eine Verbindungsleitung, die zwischen der Form 1 und dem Glied 30E besteht, ist nicht auf einen Gusskörper C übertragen, und mithin kann ein Gusskörper C von hoher Qualität hergestellt werden. In der Gießvorrichtung gemäß der zwölften Ausführungsform weist das Glied 30E eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt auf. Die Gestalt des Glieds 30E ist jedoch belie big. Selbst wenn das Glied 30E eine säulenförmige Gestalt ähnlich denen in der siebenten bis elften Ausführungsform verwendeten aufweist, können dann, wenn die Größe des Glieds 30E größer als diejenige der Gießkammer 5 ist, die gleichen Wirkungen wie die oben beschriebenen erwartet werden. Bei der zwölften Ausführungsform sind denjenigen Gliedern der Gießvorrichtung, die mit denen der Gießvorrichtung gemäß der siebenten Ausführungsform identisch sind, identische Bezugsziffern zugeordnet, und auf eine ausführliche Beschreibung der Glieder wird verzichtet.
Bei der siebenten bis zwölften Ausführungsform ist jedes der Glieder 30, 30A, 30B, 30C, 30D und 30E in dem in der Form 1 ausgebildeten Loch 3d befestigt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Punkt beschränkt. Beispielsweise kann wie im Fall einer in 27 gezeigten dreizehnten Ausführungsform ein Glied 30F mit einer einen Gießtrichter 7 bildenden Wand und mit der einstückigen oberen Wand 31 abnehmbar auf der oberen Fläche des oberen Formglieds 3 vorgesehen sein. Die untere Fläche des Glieds 30F und die obere Fläche des oberen Formglieds 3 werden unter Verwendung einer Schleifscheibe oder einer Drehmaschine derart poliert, dass sich die Haftung zwischen dem Glied 30F und dem oberen Formglied 3 verstärkt. Die Ebenheit der polierten Fläche beträgt 0,2mm oder weniger, vorzugsweise 0,1mm oder weniger. Die Oberflächenrauheit (Rz) der polierten Fläche beträgt 0,5mm oder weniger, vorzugsweise 0,1mm oder weniger. Wenn das Glied 30F auf der oberen Fläche des oberen Formglieds 3 befestigt wird, ist vorzugsweise für ein Mittel zur leichteren Bestimmung der gegenseitigen Positionen des oberen Formglieds 3 und des Glieds 30F gesorgt. Beispielsweise ist wie im Fall der Gießvorrichtung gemäß der dreizehnten Ausführungsform ein Gegenvertiefungsabschnitt 3f an dem oberen Umfangsabschnitt des oberen Formglieds 3 vorgesehen, und an dem unteren Umfangsabschnitt des Glieds 30F ist ein Vertiefungsabschnitt 3g vorgesehen, und der Gegenvertiefungsabschnitt 3f wird in den Vertiefungsabschnitt 3g eingepasst, um dadurch die Positionen des oberen Formglieds 3 und des Glieds 30F zu bestimmen. In diesem Fall können der Gegenvertiefungsabschnitt 3f und der Vertiefungsabschnitt 3g umgekehrt vorgesehen sein, oder jedes von dem oberen Formglied 3 und dem Glied 30F kann sowohl einen Gegenvertiefungsabschnitt als auch einen Vertiefungsabschnitt aufweisen. Ein solcher Gegenvertiefungsabschnitt ist nicht unbedingt ein einstückiger, an dem oberen Formglied 3 oder dem Glied 30F ausgebildeter Vorsprung, und an dem oberen Formglied 3 oder dem Glied 30F kann als Gegenvertiefungsabschnitt auch ein Fixierstift vorgesehen sein.
Bei der siebenten bis dreizehnten Ausführungsform bestehen die Form 1 und die Glieder 30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E und 30F aus Siliciumcarbid. Die Form und jedes der Glieder mit einer einen Gießtrichter bildenden Wand können aus identischen oder aus verschiedenen Materialien bestehen. Es werden Bedingungen zum Festlegen einer Kombination der Materialien für die Form und für jedes der Glieder mit einer einen Gießtrichter bildenden Wand beschrieben.
(1) Materialkombination unter Betrachtung der Wärmeleitfähigkeit:
In der oben beschriebenen Gießvorrichtung erfolgt vorzugsweise eine einseitig gerichtete Erstarrung unter Betrachtung der inneren Qualität eines hergestellten Gusskörpers derart, dass die ebene, durchgehende Erstarrungsgrenzfläche entsteht.
Wenn die Gusskörper C beispielsweise in der in den 21, 24 und 25 gezeigten Weise eine einheitliche Dicke aufweisen, bestehen die Form und die Glieder mit der den Gießtrichter bildenden Wand deshalb vorzugsweise aus Materialien mit identischer Wärmeleitfähigkeit. Die Materialien für die Form und die Glieder sind nicht unbedingt das Siliciumcarbid und können in geeigneter Weise unter den vorgenannten Materialbeispielen ausgewählt werden. Beispielsweise können die Form und die Glieder aus Lumiboard ausgebildet werden. Das "Lumiboard" wird von der Nichias Corporation hergestellt und besteht vorwiegend aus Calciumsilicat.
Dagegen neigt in der in 28 gezeigten Weise in einer Gießvorrichtung zur Herstellung eines Gusskörpers C2 mit großer Dicke an einem Abschnitt unterhalb eines Gießtrichters 7 der Abschnitt des Gusskörpers unterhalb des Gießtrichters 7 zum langsamen Erstarren. Wenn die Form 1 und das Glied 30 mit der den Gießtrichter bildenden Wand aus Materialien mit identischer Wärmeleitfähigkeit bestehen, ist es deshalb möglich, dass die Erstarrungsgrenzfläche nicht eben und durchgehend ist.
Deshalb besteht das Glied 30 mit der den Gießtrichter bildenden Wand im Fall der in 28 gezeigten Gießvorrichtung aus einem Material mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit als derjenigen des Materials für die Form 1. Wenn das Glied 30 aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist, nimmt die Fließgeschwindigkeit der Wärme aus dem in dem Reservoir 51 aufbewahrten, geschmolzenen Material M in dem Glied 30 im Vergleich zu der Form 1 ab, der gesamte Gusskörper C2 erstarrt einheitlich, und mithin wird die Erstarrungsgrenzfläche c" eben. Wenn die Form 1 insbesondere aus Siliciumcarbid (Wärmeleitfähigkeit = 75,1W/mk) besteht, besteht das Glied 30 aus Trisiliciumtetranitrid (Wärmeleitfähigkeit = 17,4W/mk). Wenn die Form 1 aus Trisiliciumtetra nitrid besteht, ist das Glied 30 aus Lumiboard (Wärmeleitfähigkeit = 0,2W/mk) ausgebildet.
Wie in 29 gezeigt, erstarrt in einer Gießvorrichtung zur Herstellung eines Gusskörpers C3 mit kleiner Dicke an einem Abschnitt unterhalb eines Gießtrichters 7 der Abschnitt des Gusskörpers unterhalb des Gießtrichters 7 schnell. Deshalb besteht das Glied 30A mit der den Gießtrichter bildenden Wand aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als derjenigen des Materials für die Form 1. Wenn das Glied 30A aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist, nimmt die Fließgeschwindigkeit der Wärme aus dem in dem Reservoir 51 aufbewahrten, geschmolzenen Material M in dem Glied 30A im Vergleich zu der Form 1 zu, der gesamte Gusskörper C3 erstarrt einheitlich, und mithin wird die Erstarrungsgrenzfläche c" eben. Wenn die Form 1 insbesondere aus Trisiliciumtetranitrid besteht, ist das Glied 30A aus Graphit (Wärmeleitfähigkeit = 167,0W/mk) ausgebildet. Wenn die Form 1 aus Aluminiumtitanat (Wärmeleitfähigkeit = 1,2W/mk) besteht, ist das Glied 30A aus Siliciumcarbid ausgebildet.
(2) Materialkombination unter Betrachtung des Wärmedehnungskoeffizienten:
Wenn eine Gießvorrichtung zusammengefügt wird, wird ein Glied mit einer einen Gießtrichter bildenden Wand in einem Loch einer Form mit Zimmertemperatur befestigt. In der Praxis jedoch wird die Temperatur der Form und des Glieds mit einer einen Gießtrichter bildenden Wand während des Gießvorgangs hoch. Wenn beispielsweise das Gießen unter Verwendung einer Aluminiumlegierung als Rohmaterial erfolgt, erreicht die Temperatur der Form und des Glieds mit einer den Gießtrichter bildenden Wand nicht weniger als 660°C. Insbesondere wird in einer Gießvorrichtung, in welcher ein Glied mit einer einen Gießtrichter bildenden Wand in einem Loch einer Form befestigt wird, wenn der Wärmedehnungskoeffizient des Glieds mit einer einen Gießtrichter bildenden Wand höher als derjenige der Form ist, während des Gießvorgangs eine zu große Kraft auf die Form ausgeübt. Dadurch kann die Form beschädigt werden. Deshalb besteht in einer solchen Gießvorrichtung, in welcher ein Glied mit einer einen Gießtrichter bildenden Wand in einem Loch einer Form befestigt wird, das Glied mit einer einen Gießtrichter bildenden Wand vorzugsweise aus einem Material mit einem niedrigeren Wärmedehnungskoeffizienten als demjenigen des Materials für die Form.
Beispielsweise wird in der in 21 gezeigten Gießvorrichtung dann, wenn die Form aus Siliciumcarbid (Wärmedehnungskoeffizient = 4,2 × 10^-6/°C) besteht, das Glied mit einer einen Gießtrichter bildenden Wand aus Trisiliciumtetranitrid (Wärmedehnungs koeffizient = 3,2 × 10^-6/°C) ausgebildet. In der in 30 gezeigten Gießvorrichtung ist ein Glied 30F mit einer den Gießtrichter bildenden Wand dann, wenn eine Form 1 aus Edelstahl (SUS: Wärmedehnungskoeffizient = 17,3 × 10^-6/°C) besteht, aus Trisiliciumtetranitrid ausgebildet. In der in 24 gezeigten Gießvorrichtung besteht das Glied 30C mit einer den Gießtrichter bildenden Wand dann, wenn die Form 1 aus Sialon (Wärmedehnungskoeffizient = 3,1 × 10^-6/°C) ausgebildet ist, aus Graphit (Wärmedehnungskoeffizient = 2,0 × 10^-6/°C). Das "Sialon" wird von Hitachi Metals, Ltd. hergestellt und besteht vorwiegend aus einer Mischung von Aluminiumoxid und Siliciumnitrid. In der Praxis erfolgte das Gießen unter Verwendung der in 21 gezeigten Gießvorrichtung, in welcher das Glied 30 mit einer den Gießtrichter bildenden Wand in das Loch 3d mit einem Innendurchmesser von 30mm eingepasst wurde, wobei die Durchmesserdifferenz zwischen dem Glied 30 und dem Loch 3d 0,1mm betrug. Infolgedessen entstand kein Problem, das der Differenz des Wärmedehnungskoeffizienten zwischen dem Glied 20 und dem Loch 3d während des Gebrauchs der Gießvorrichtung zuzuschreiben wäre. Weiterhin erfolgte das Gießen unter Verwendung der in 30 gezeigten Gießvorrichtung, in welcher das Glied 30F mit einer einen Einlass bildenden Wand in das Loch 3d mit einem Innendurchmesser von 40mm eingepasst wurde, wobei die Durchmesserdifferenz zwischen dem Glied 30F und dem Loch 3d 0,05mm betrug. Infolgedessen entstand kein Problem während des Gebrauchs der Gießvorrichtung. Des Weiteren erfolgte das Gießen unter Verwendung der in 24 gezeigten Gießvorrichtung, in welcher die Schraubengewinde 3e und 30c (M40-Teilung: 2mm) jeweils an dem Loch 3d der Form 1 und dem Glied 30C mit einer einen Gießtrichter bildenden Wand ausgebildet waren, und das Glied 30C wurde in das Loch 3d eingeschraubt. Infolgedessen entstand kein Problem während des Gebrauchs der Gießvorrichtung.
(3) Materialkombination unter Betrachtung der Biegefestigkeit:
Wenn die Innenwand oder die schräge Fläche eines Glieds mit einer einen Gießtrichter bildenden Wand durch den Öffnungs-/Schließvorgang eines Öffnungs-/Schließstopfens verschlissen, verformt oder beschädigt ist, funktioniert der Stopfen nicht gut, und durch einen Zwischenraum zwischen dem Stopfen und dem Glied mit einer einen Gießtrichter bildenden Wand hindurch läuft geschmolzenes Metall aus, da der Stopfen nicht dicht in das Glied eingepasst ist. Um Verschleiß, Verformung oder Beschädigung zu verhindern, wird vorzugsweise ein Material mit hoher Biegefestigkeit verwendet. Jedoch ist die Bearbeitbarkeit eines solchen Materials schlecht, und mithin steigen die für die Be arbeitung notwendigen Kosten. Deshalb besteht in der vorgenannten Gießvorrichtung das Glied mit einer einen Gießtrichter bildenden Wand, das in direkten Kontakt mit dem Stopfen gebracht wird, vorzugsweise aus einem Material mit einer höheren Biegefestigkeit als derjenigen des Materials für die Form, um dadurch die Häufigkeit des Auftretens von Verschleiß, Verformung und Beschädigung zu vermindern. Insbesondere besteht das Glied 30A mit einer den Gießtrichter bildenden Wand in der in 22 oder 29 gezeigten Gießvorrichtung vorzugsweise aus einem Material mit ausreichend hoher Biegefestigkeit und sehr guter Beständigkeit, da das Glied 30A im Vergleich zu denen, die in der anderen die vorliegende Erfindung verkörpernden Gießvorrichtung enthalten sind, eine komplizierte Gestalt aufweist. Der mit dem Glied 30A mit einer den Gießtrichter bildenden Wand in Kontakt gebrachte Öffnungs-/Schließstopfen ist vorzugsweise aus einem Material mit einer niedrigeren Biegefestigkeit als derjenigen des Materials des Glieds 30A ausgebildet. Wenn beispielsweise in der in 22 oder 29 gezeigten Gießvorrichtung die Form 1 aus Graphit (Biegefestigkeit = 14,7MPa) besteht, ist das Glied 30A mit einer den Gießtrichter bildenden Wand aus Trisiliciumtetranitrid (Biegefestigkeit = 392,0MPa) ausgebildet, und der Öffnungs-/Schließstopfen 4 besteht aus Lumiboard (Biegefestigkeit = 5,2MPa).
Beispiel:
Eine in 21 gezeigte Gießvorrichtung wurde unter Verwendung einer Form 1, die aus Siliciumcarbid bestand, und eines Glieds 30A mit einer den Gießtrichter bildenden Wand ausgebildet, das aus Trisiliciumtetranitrid bestand. Mit Hilfe der Gießvorrichtung entstand aus einer Aluminiumlegierung JIS 2218 ein Gusskörper C mit einem Außendurchmesser von 65mm und einer Dicke von 10mm.
Die Form 1 besitzt einen Außendurchmesser von 130mm und eine Höhe von 200mm. Das obere Formglied 3 weist eine Dicke von 30mm auf. Das Loch 3d besitzt an dem oberen Abschnitt einen Innendurchmesser von 80mm, an dem unteren Abschnitt einen Innendurchmesser von 40mm und eine Höhe des oberen Abschnitts von 15mm. Die Oberfläche des die Gießkammer 5 bildenden oberen Formglieds 3 wurde unter Verwendung einer Schleifplatte mit Diamant poliert, um dadurch die gewünschte Ebenheit zu erhalten.
Das Glied 30 mit der den Gießtrichter bildenden Wand besitzt eine Höhe von 30mm und umfasst an seinem oberen Abschnitt einen Flansch 30a derart, dass das Glied in das Loch 3d des oberen Formglieds 3 eingepasst wird. Der Gießtrichter 7 besitzt einen Innendurchmesser von 12mm und an seinem oberen Abschnitt eine schräge Fläche, die eine Schräglage von 45° aufweist. Vor dem Aufheizen wurde das Glied 30 mit einer Dreh maschine vorprofiliert. Nach dem Aufheizen wurde das Glied 30 mit Hilfe einer Drehmaschine, einer NC-Fräsmaschine und einer Schleifplatte feinpoliert. Insbesondere wurde der Gießtrichter 7 mit Hilfe einer Drehmaschine und einer NC-Frässchleifmaschine derart poliert, dass eine Durchmessertoleranz von ±0,02mm erreicht wurde. Als der Öffnungs-/Schließstopfen 8 in das Glied 30 eingepasst wurde, betrug die Durchmesserdifferenz zwischen dem Stopfen 8 und dem Gießtrichter 7 mit dem Innendurchmesser von 12mm 0,04mm.
Die Bearbeitungsmaschine und die Spannvorrichtung, die zum Polieren des Glieds 30 verwendet wurden, wiesen eine kleine Größe auf, und mithin verkürzte sich die zum Einrichten dieser Werkzeuge oder zum Polieren des Glieds 30 notwendige Zeit, und die Produktionskosten waren verhältnismäßig niedrig.
Bei der Herstellung der Gusskörper C fielen die Gusskörper in im Wesentlichen 100% der Fälle selbsttätig aus der Form 1, und während der Bedienung der Gießvorrichtung entstanden keine Probleme, da die Maßgenauigkeit des Glieds 30 und des Öffnungs-/Schließstopfens 8 hoch war und eine Auslaufen geschmolzenen Metalls in einen Zwischenraum zwischen dem Glied 30 und dem Stopfen 8 sicher verhindert wurde. Der entstandene Gusskörper C wies keine Fehler auf der Oberfläche aus. Deshalb wies das Schmiedeprodukt keine durch Biege- und/oder Stanzgrate entstandenen Fehler auf, als der hergestellte Gusskörper mit Hilfe einer Schmiedeinheit geschmiedet wurde.
Vergleichsbeispiel:
Aus einer Aluminiumlegierung JIS 2218 wurde unter Verwendung einer Gießvorrichtung ähnlich der in dem Beispiel verwendeten ein Gusskörper mit einem Außendurchmesser von 65mm und einer Dicke von 10mm hergestellt. In der Gießvorrichtung des Vergleichsbeispiels, die in 32 gezeigt wird, ist der Gießtrichter 7 direkt in dem oberen Formglied 3 vorgesehen. Die Form 1 besteht aus Siliciumcarbid.
Die Form 1 besitzt einen Außendurchmesser von 130mm und eine Höhe von 200mm. Das obere Formglied 3 weist eine Dicke von 30mm auf. Die Oberfläche der Form 1, welche die Gießkammer 5 bildet, wurde unter Verwendung einer Schleifplatte mit Diamant poliert, um dadurch die gewünschte Ebenheit zu erhalten. Der Gießtrichter 7 besitzt einen Innendurchmesser von 12mm und an seinem oberen Abschnitt eine schräge Fläche, die eine Schräglage von 45° aufweist. Der Gießtrichter 7 wurde unter Verwendung einer großen NC-Frässchleifmaschine und einer großen Drehmaschine poliert, welche die Form 1 abstützen können. Da jedoch die Form 1 mit einem Außendurchmesser von nicht weni ger als 130mm abgestützt wurde, war die Starrheit ungenügend, und es konnte keine Genauigkeit erreicht werden, welche der Durchmessertoleranz innerhalb eines Bereichs von ±0,2mm entsprach. Als der Öffnungs-/Schließstopfen 8 in den Gießtrichter 7 eingepasst wurde, betrug die Durchmesserdifferenz zwischen dem Stopfen 8 und dem Gießtrichter 7 mit einem Innendurchmesser von 12mm 0,4mm.
Die Bearbeitungsmaschine und die Spannvorrichtung, die zum Polieren der Form 1 verwendet wurden, wiesen eine kleine Größe auf, und mithin betrug die zum Einrichten dieser Werkzeuge oder zum Polieren der Form 1 notwendige Zeit etwa das Zweifache der Einrichtzeit oder der Polierzeit in dem Beispiel, und die Produktionskosten stiegen sehr stark an.
Bei der Herstellung der Gusskörper C fielen die Gusskörper nur in 72% der Fälle selbsttätig aus der Form 1, da die Maßgenauigkeit des Gießtrichters 7 und des Öffnungs-/Schließstopfens 8 niedrig war und ein Auslaufen geschmolzenen Metalls in einen Zwischenraum zwischen dem Gießtrichter 7 und dem Stopfen 8 ungenügend verhindert wurde. Der Gusskörper C, der nicht selbsttätig aus der Form 1 fiel, musste durch Saugen an der unteren Fläche des Gusskörpers C mit Hilfe einer Vakuumsaugvorrichtung, die in die Gießvorrichtung eingebracht worden war, herausgenommen werden.
Wie aus den vorgenannten Ergebnissen hervorgeht, ist die Gießvorrichtung in dem Beispiel im Vergleich zu derjenigen in dem Vergleichsbeispiel sehr gut, was Arbeitsgenauigkeit und Bearbeitungskosten betrifft.
Unterdessen betrugen die Kosten, die für das Auswechseln der Glieder 30, 30A, 30B und 30F mit der den Gießtrichter bildenden Wand der Gießvorrichtung gemäß der in den 21, 22, 23 und 27 gezeigten siebenten, achten, neunten und dreizehnten Ausführungsform erforderlich waren, jeweils 20/100, 10/100, 1/100 und 15/100 in Bezug auf die Kosten, die für das Auswechseln der Form 1 der in 32 gezeigten Gießvorrichtung erforderlich sind.
Jede der Gießvorrichtungen gemäß der siebenten bis dreizehnten Ausführungsform dient zur Herstellung eines Gusskörpers mit scheibenförmiger Gestalt. Die vorliegende Erfindung kann sich jedoch auch in einer Gießvorrichtung zur Herstellung eines Gusskörpers mit anderer Gestalt, beispielsweise eines dreidimensional profilierten Gusskörpers, verkörpern.
In einer Gießvorrichtung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 31 gezeigt ist, umfasst ein seitliches Formglied 2 einen oberen Abschnitt 22 mit einem Durchgangsloch 22a und einen unteren Abschnitt 21 mit einem Durchgangsloch 21a mit einer anderen Gestalt als derjenigen des Durchgangslochs 22a ähnlich wie bei der ersten oder der zweiten Ausführungsform. Wenn die Gestalt der Durchgangslöcher 21a und 22a der geteilten Abschnitte 21 und 22 wahlweise gewählt wird, kann leicht ein Gusskörper mit einer freigestellten Gestalt hergestellt werden.
In der Gießvorrichtung ist das seitliche Formglied 2 horizontal in den oberen Abschnitt 22 und den unteren Abschnitt 21 geteilt. Wie bei der dritten bis sechsten Ausführungsform beschrieben, kann es jedoch abhängig von der Gestalt eines herzustellenden Gusskörpers in einen rechten und einen linken Abschnitt oder in schräg geteilte Abschnitte geteilt werden. Weiterhin können das untere Formglied 4 und/oder das obere Formglied je nach dem geforderten Zweck eine Mehrzahl von Abschnitten umfassen.
In diesem Fall können die Stelle und die Zahl der Gießtrichter in geeigneter Weise gemäß der Gestalt der verwendeten Form festgelegt werden und sind nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise ist der Gießtrichter nicht unbedingt an dem oberen Formglied vorgesehen und kann an dem seitlichen Formglied 2 oder an einer anderen Stelle der Form vorgesehen werden. Bei jeder der Gießvorrichtungen gemäß den Ausführungsformen wird ein Zwangskühlmittel angewandt, das eine Kühlplatte nutzt, jedoch kann sich die vorliegende Erfindung auch in einer Gießvorrichtung verkörpern, die kein Zwangskühlmittel umfasst. Die vorliegende Erfindung kann sich in jeder Gießvorrichtung verkörpern, solange die Gießvorrichtung eine Konstruktion aufweist, bei welcher ein Gießtrichter mit Hilfe eines Öffnungs-/Schließstopfens geöffnet oder geschlossen wird. Bei jeder der Gießvorrichtungen gemäß der siebenten bis dreizehnten Ausführungsform wird ein Zwangskühlmittel verwendet, bei dem Kühlwasser aus der Sprühdüse auf die Kühlplatte gesprüht wird, jedoch kann bei der Gießvorrichtung auch ein anderes Zwangskühlmittel verwendet werden. Wenn beispielsweise ein Zwangskühlmittel, bei dem Kühlwasser durch einen in der Kühlplatte ausgebildeten Durchlass fließen kann, an der Gießvorrichtung angewandt wird, lässt sich die Richtung der Erstarrungsgrenzfläche des geschmolzenen Metalls unabhängig von der Gestalt eines herzustellenden Gusskörpers beliebig regulieren.

Claims

Vorrichtung zum Gießen eines Blocks, mit einem an einem oberen Abschnitt positionierten Metallschmelzereservoir (51), einer an einem unteren Abschnitt positionierten Gießkammer (5) und einer Trennwand (3) zwischen dem Reservoir und der Kammer, einem in der Trennwand ausgebildeten Gießtrichter (7), einem Öffnungs-/Schließstopfen (8) zum Öffnen und Schließen des Gießtrichters und einem Steuerungsmittel zum Steuern des Öffnungs- und Schließvorgangs des Stopfens, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießkammer durch eine Form (1) mit einem unteren Formglied (4), einem seitlichen Formglied (2) und der ein oberes Formglied bildenden Trennwand (3) gekennzeichnet ist, und mindestens eines von dem unteren Formglied, dem seitlichen Formglied und dem oberen Formglied mehrere geteilte Abschnitte gemäß einer Form eines Gussblocks (C) umfasst.
Vorrichtung zum Gießen eines Blocks nach Anspruch 1, wobei das seitliche Formglied (2) eine Mehrzahl von oberen und unteren Abschnitten, rechten und linken Abschnitten und/oder in Schrägrichtung geteilten Abschnitten (21, 22, 23, 24, 26, 27, 27A) umfasst.
Vorrichtung zum Gießen eines Blocks nach Anspruch 2, wobei mindestens einer von der Mehrzahl von Abschnitten des seitlichen Formglieds (2) ein Einsatzglied (25, 33, 34) umfasst.
Vorrichtung zum Gießen eines Blocks nach Anspruch 1, wobei das untere Formglied (4) eine Mehrzahl von Abschnitten gemäß der Form des Gussblocks umfasst.
Vorrichtung zum Gießen eines Blocks nach Anspruch 4, wobei mindestens einer von der Mehrzahl von Abschnitten des unteren Formglieds (4) ein Einsatzglied (11) umfasst.
Vorrichtung zum Gießen eines Blocks nach Anspruch 1, wobei das obere Formglied (3) eine Mehrzahl von Abschnitten umfasst.
Vorrichtung zum Gießen eines Blocks nach Anspruch 6, wobei mindestens einer von der Mehrzahl von Abschnitten des oberen Formglieds (3) ein Einsatzglied (30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 33, 34) umfasst.
Vorrichtung zum Gießen eines Blocks nach einem der Ansprüche 3, 5 und 7, wobei das Einsatzglied (25, 11, 30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 33, 34) eine schräge Fläche zum leichteren Herausnehmen desselben aufweist.
Vorrichtung zum Gießen eines Blocks nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das obere, das seitliche und das untere Formglied (3, 2, 4) durch ein Positioniermittel zueinander positioniert sind.
Vorrichtung zum Gießen eines Blocks nach einem der Ansprüche 1 bis 9, außerdem mit ein Luftbeseitigungsmittel (22b, 21c, 23b, 24b, 26b, 27c, 2b) zum Abführen von Luft, die in der Gießkammer (5) verbleibt, wenn geschmolzenes Metall (M) aus dem Reservoir (51) durch den Gießtrichter (7) hindurch in die Gießkammer (5) abgegossen wird.
Vorrichtung zum Gießen eines Blocks nach Anspruch 10, wobei eine innere Seitenfläche des die Gießkammer (5) bildenden oberen Formglieds (2) in Richtung zu dem Luftbeseitigungsmittel schräg nach oben verläuft.
Vorrichtung zum Gießen eines Blocks nach Anspruch 10, wobei eine innere Seitenfläche des die Gießkammer (5) bildenden oberen Formglieds (2) in Richtung zu dem Gießtrichter schräg nach oben verläuft.
Verfahren zum Gießen eines Blocks, mit dem Erstarrenlassen des geschmolzenen Metalls (M) mit Hilfe der Vorrichtung zum Gießen von Metall nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aus einem bestimmten Abschnitt der Form in Richtung zu einer Fläche des Stopfens, die als Teil der Form dient.