DE69000588T2 - Verfahren und vorrichtung zur zufuehrung fluessigen metalls an eine gussform. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zuführung flüssigen Metalls an eine Gußform.
• Gegenstand dieser Erfindung sind insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zuführung einer Eisenlegierung an eine Gußform, die aus einem vergasbaren verlorenen Modell besteht, das in einen körnigen Gußwerkstoff ohne Bindemittel eingebettet ist, und durch die das Auftreten von Glanzkohlenstoff verhindert wird.
• Bei Anlagen dieser Art wird für jeden Guß ein vergasbares verlorenes Modell aus Schaumpolystyrol verwendet. Dieses Modell wird nach seiner Herstellung mit einem feuerfesten Überzug versehen und dann in die eigentliche Form eingesetzt in der es in einen körnigen Stoff, im allgemeinen Sand, eingebettet wird, der durch Vibration verdichtet wird.
• Die Form ist nun hergestellt und kann mit flüssigem Metall gespeist werden, das das vergasbare verlorene Modell zum Verdampfen bringt.
• Dieses Verfahren ist unter der allgemeinen Bezeichnung Vollformgießen bekannt.
• Bei der Herstellung von Teilen aus Eisenlegierungen mit hohen Schmelzpunkten wie Gußeisen oder Stahl wird das Material, aus dem das verlorene Modell besteht, nicht immer vollständig verdampft. Außerdem kommt es häufig vor, daß die Bestandteile des verlorenen Modells, die zunächst verdampft wurden, später teilweise wieder kondensiert werden.
• In beiden Fällen bilden sich dann auf der Oberfläche des Gußstückes kohlenstoffhaltige Rückstände.
• Bei Teilen mit niedrigein Kohlenstoffgehalt wie Stähle lösen sich die kohlenstoffhaltigen Rückstände in dem flüssigen Metall auf.
• Trotzdem sind auch in diesem Fall die Folgen nicht vernachlässigbar, denn es ergibt sich dann in dem Teil ein Gefälle des Kohlenstoffgehalts, da die Oberfläche des Teils mehr Kohlenstoff enthält als der Körper des Teils.
• Daher konnten die Teile aus Stahl mit garantiert niedrigem Kohlenstoffgehalt bisher nicht nach dem oben beschriebenen Vollformgießverfahren hergestellt werden.
• Bei Teilen aus Metall mit hohem Kohlenstoffgehalt, wie Teilen aus duktilem Gußeisen, sind die Folgen noch schwerwiegender.
• So ergibt sich das, was herkömmlicherweise als Glanzkohlenstoff bezeichnet wird und sich regellos in Form von unstetiger Dicke und Ünregelmäßigkeiten an der Oberfläche des Gußstücks, die die Lebensdauer des Teils beeinträchtigen, äußert.
• Bisher gab es kein Verfahren und keine Vorrichtung, mit denen es einfach und reproduzierbar möglich ist, duktile Gußstücke mit hohen mechanischen Eigenschaften im Rahmen des Vollformgußverfahrens mit vergasbarem verlorenen Modell aus Schaumpolystyrol oder irgendeinem anderen Stoff, der sich unter Bildung kohlenstoffhaltiger Rückstände zersetzt, herzustellen.
• Um dem Auftreten von Glanzkohlenstoff sowie der Diffusion des Kohlenstoffs in das Gußstück zu begegnen, wurde vorgeschlagen, den Werkstoff, aus dem das verlorene Modell besteht, zu ändern.
• So hat sich als Ersatz für Polystyrol Polymethylmethacrylat ergeben, das bei Pyrolyse im Temperaturbereich der Eisenlegierungen vollständig ohne Bildung von kohlenstoffhaltigen Rückständen verdampft.
• Wenn dieses Produkt auch das Auftreten von Glanzkohlenstoff vermeidet, so weist es doch andere Probleme auf.
• Abgesehen vom Problem seines Preises scheint es außerdem weniger robust als Polystyrol zu sein, so daß verstärkte Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung des Modells erforderlich sind, und zudem erzeugt es eine größere Menge Gas, durch die das flüssige Metall während der Speisung der Form verdrängt werden kann, so daß es erforderlich ist, die Füllzeit der Form zu verdoppeln.
• Diese Erfindung hat daher zur Aufgabe, die obengenannten Probleme zu lösen.
• Gegenstand dieser Erfindung sind insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Teilen aus Eisenlegierung nach dem Vollformgußverfahren, bei dem die vergasbare verlorene Form aus einem Stoff hergestellt wird, der im Bereich der Gußtemperaturen dieser Eisenlegierung kohlenstoffhaltige Rückstände erzeugt, bei denen die mit der Erzeugung dieser kohlenstoffhaltigen Rückstände verbundenen Probleme durch Unterdrückung der Bildung von Glanzkohlenstoff beseitigt werden.
• Die Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen, die als nicht erschöpfendes Beispiel gegeben wurden und von denen
• - Fig. 1 eine Vollformgießanlage darstellt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird,
• - Fig.2 die erfindungsgemäße Druckregelschaltung darstellt.
• Der Anmelder hat entdeckt, daß es durch die Verwendung einer Anlage zur Speisung der Form mit flüssiger Schmelze derart, wie sie in der Patentschrift FR-A-2295808 beschrieben wurde, unter bestimmten Umständen möglich ist, die Bildung von Glanzkohlenstoff zu vermeiden.
• Wie in Figur 1 veranschaulicht, besteht die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Anlage aus einer Anlage 1 zur Speisung mit flüssiger Schmelze, mit der eine Form 2 gespeist wird, die aus einem vergasbaren verlorenen Modell 3 besteht, das in Sand ohne Bindemittel 4 innerhalb eines Kastens 5 eingebettet ist.
• Die Anlage 1 weist einen Gasdruckbehälter 6 auf, in dem sich die flüssige Schmelze befindet, mit der die Form 2 gespeist werden soll.
• Dieser Behälter 6 hat einen Deckel 7, der dichtschließend am Behälter 6 befestigt ist, eine Gußdüse 8, die durch eine Öffnung 9 im Deckel 7 reicht, wobei die Verbindung zwischen Düse 8 und Deckel 7 dicht ist. Durch diese Düse 8 verläuft vertikal und von einer Seite zur anderen ein Tauchrohr 10, das bis in die Nähe des Bodens des Behälters 6 in die flüssige Schmelze eintaucht.
• Der Behälter 6 ist über eine Schaltung 12 mit einer Druckgasquelle 11 verbunden, die aus einem mit Druckgas gespeisten Behälter besteht.
• Das vergasbare verlorene Modell 3 aus Schaumpolystyrol besteht aus zwei Teilen, einem Teil 13, der der Form des Teils entspricht, die hergestellt werden soll, und einem Teil 14, der den Gießschacht darstellt, über den das flüssige Metall anschließend die Eingüsse des herzustellenden Teils speist. Dieses vergasbare Modell 3 ist mit seinem Teil 14 in einer Öffnung 15 in einem Einsatz 16 aus feuerfesten Material angeordnet, wobei dieser Einsatz 16 abnehmbar in einer Öffnung 17 im Boden des Kastens 5 befestigt ist.
• Wie in Fig. 1 zu sehen ist, soll die Gußdüse 8 mit ihrem oberen Ende dicht am Einsatz 16 des Kastens 5 anliegen, wobei das Tauchrohr 10 mit der Öffnung 15 des Einsatzes 16 in Verbindung steht.
• In den Seitenwänden 19 des Kastens 5 sind Öffnungen 18 angebracht, um diesen Kasten 5 mit einer nicht dargestellten Vakuumvorrichtung zu verbinden.
• Wie in Fig. 2 zu sehen ist, weist die Schaltung 12 eine Regelvorrichtung 20 auf, die aus einem oder mehreren Magnetventilen besteht, die die Verbindung zwischen dem Behälter 6 und der Druckgasquelle 11 steuern. Die Regelvorrichtung 20 ist mit einem Rechner verbunden, der ständig den im Behälter 6 herrschenden Druck mit einem Sollwertdruck vergleicht.
• Zwischen der Regelvorrichtung 20 und dem Behälter 6 befindet sich ein Gasgefäß 21, das die Rolle eines Pufferspeichers spielt, der über eine Leitung 22 mit großem Durchmesser mit dem Behälter 6 verbunden ist, wobei dieses Gefäß 21 ein Permanentleck 23 aufweist.
• Es wird nun das erfindungsgemäße Verfahren und die Anwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren funktionierenden Vorrichtung beschrieben.
• Entsprechend dem klassischen Betrieb einer Gießanlage, wie sie in der Patentschrift FR-A-2295808 beschrieben ist, wird die Düse 8 dicht an den Einsatz 16 des Kastens 5 an der Unterseite desselben angelegt.
• Dadurch erhöht sich im Druckbehälter 6, der die flüssige Schmelze enthält, der Druck P mit einer bestimmten Geschwindigkeit dP/dT (wobei T die Zeit darstellt) , so daß die im Behälter enthaltene flüssige Schmelze im Tauchrohr ansteigt und mit einem bestimmten Durchsatz in den Kasten 5 über die Öffnung 15 im Einsatz 16 gelangt.
• Das verlorene Modell 3 verdampft dann in dem Maße, wie sich die Form 2 füllt, durch die Hitze der in die Form 2 eingedrungenen flüssigen Schmelze. In diesem Füllstadium der Form 2 entsteht nach der alten Technik das Phänomen des Glanzkohlenstoffs.
• Der Anmelder hat nun, ohne eine Erklärung dafür zu haben, entdeckt, daß das obige Phänomen bei Regelung des Speisedurchsatzes der Form mit flüssigem Metall verschwindet.
• So hat der Anmelder entdeckt, daß der optimale Speisedurchsatz der Form mit flüssiger Schmelze, bei dem der Erhalt eines Teils ohne Glanzkohlenstoff möglich ist, abhängig von der Geometrie des vergasbaren verlorenen Modells und ganz besonders von seinem Verhältnis S/V ist, wobei S die Oberfläche des verlorenen Modells und V sein Volumen sind.
• Es scheint also, daß bei sonst gleichen Bedingungen um so mehr Glanzkohlenstoff erscheint, je kleiner das Verhältnis S/V ist, daß jedoch das Phänomen verschwindet, wenn der Speisedurchsatz der Form bis auf einen bestimmten Wert erhöht wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren besteht also darin, ein duktiles Gußstück in einer Form herzustellen, die aus einem verlorenen Modell aus Schaumpolystyrol besteht, das in Sand ohne Bindemittel eingebettet ist, wobei die Form mit flüssiger Schmelze über ihre Grundfläche von einer Speisevorrichtung gespeist wird, die aus einem Druckbehälter mit der flüssigen Schmelze besteht, bei dem der Speisedurchsatz der Form mit flüssiger Schmelze in Abhängigkeit vom Verhältnis S/V des vergasbaren verlorenen Modells so berechnet wird, daß die Bildung von Glanzkohlenstoff nicht geschieht.
• Dazu ist eine einwandfreie Regelung des Drucks innerhalb des Behälters 6 erforderlich, die mit keiner früheren Vorrichtung möglich war.
• Dies ist durch die Regelvorrichtung 20 möglich.
• So müssen, wenn der Druck in einer Gießpfanne geregelt werden soll, durch die von den Gasen in dieser Gießpfanne erreichten Temperaturen die Magnetventile entfernt von dieser angebracht werden, um zu vermeiden, daß die Dichtungen der Magnetventile während der Phasen des Druckabfalls, die dann auftreten, wenn die Form gefüllt ist, verbrannt werden.
• Daraus ergibt sich eine Zeitkonstante, die der Stabilität der Druckregelung abträglich ist.
• Durch das Gasgefäß 21, das als Pufferspeicher dient, wird der Druck nun aber von den Magnetventilen in diesem Gefäß 21 geregelt, das mit dem Druckbehälter 6 über eine Leitung 22 mit großem Durchmesser in Verbindung steht und so die Druckverluste begrenzt.
• So können durch das Gefäß 21 die aus dem Behälter 6 kommenden Gase auf eine Temperatur abgekühlt werden, die für den Betrieb der Magnetventile annehmbar ist.
• Im übrigen ergibt sich ein weiteres Regelungsproblem aus der Tatsache, daß sich die in den Behälter 6 eingeführten Gase in diesem erhitzen, so daß sich in dem Behälter eine unerwünschte Druckerhöhung ergibt, nachdem die Gaszufuhr eingestellt ist.
• Durch das Permanentleck 23, das sich am Gefäß 21 befindet, das die Rolle eines Pufferspeichers spielt, wird das System wahrend aller Füllphasen der Form 2 ständig unter Beaufschlagung gehalten.
• Die oben dargelegten Tatsachen werden anhand der folgenden Zahlenbeispiele bewiesen.
• Bei der Herstellung eines Schieberkörpers aus 17 kg Gußmasse in einer Vollform, die von einer oben beschriebenen Gießanlage gespeist wurde, wobei die flüssige Schmelze in der Pfanne eine Temperatur zwischen 1420ºC und 1460ºC hat, haben Speisedurchsätze der Form von 1 kg/s und 3,3 kg/s schadhafte Teile ergeben, während es mit einem Durchsatz von 5,7 kg/s moglich war, ein vollkommen fehlerfreies Teil zu erhalten.
• Das zeigt deutlich, daß bei Regelung des Drucks in der Speisepfanne und also des Speisedurchsatzes bei einem Vollformgußverfahren ein duktiles Gußstück erzielt werden kann, das keinen Glanzkohlenstoff aufweist.
• Im übrigen war es bei der Herstellung eines Auspuffkrümmers von 2,1 kg möglich, ein einwandfreies Teil mit einem Speisedurchsatz von 3,3 kg/s zu erzielen. Dadurch wird deutlich veranschaulicht, daß der optimale Durchsatz von der Geometrie des Teils und damit vom vergasbaren verlorenen Modell abhängig ist.
• Die obige Erfindung ist in gleicher Weise sowohl auf eine Form für die Herstellung eines einzigen Gußstücks wie auch auf eine Form für die Herstellung mehrerer Gußstücke anwendbar. Im letzten Fall besteht das vergasbare verlorene Modell aus mehreren Teilen, die den verschiedenen herzustellenden Gußstücken entsprechen, die traubenförmig hinter dem Speiseschacht 14 angeordnet sind.

Claims (6)

1. Verfahren für die Herstellung eines duktilen Gußstücks in einer Form (2) mit einem vergasbaren verlorenen Modell (3) aus einem Stoff, der im Gußtemperaturbereich der Schmelze kohlenstoffhaltige Rückstände erzeugt, das in Sand (4) ohne Bindemittel eingebettet ist,

bei dem, während die Form (2) mit flüssiger Schmelze über ihre Grundfläche von einer Speisevorrichtung gespeist wird, die aus einem Druckbehälter (6) mit der flüssigen Schmelze besteht, der Speisedurchsatz der Form (2) mit flüssiger Schmelze durch den Druck im Druckbehälter so geregelt wird, daß die Bildung von Glanzkohlenstoff nicht geschieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Druckbehälter (6) in Abhängigkeit vom Verhältnis S/V des vergasbaren verlorenen Modells (3) geregelt wird, wobei S die Oberfläche des verlorenen Modells (3) und V sein Volumen darstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Druckbehälters (6) durch Veränderung des Drucks in einem Pufferspeicher geregelt wird, der aus einem Druckgefäß (21) besteht, das mit dem Druckbehälter (6) verbunden ist.

4. Druckregelvorrichtung für die Anwendung des Verfahrens nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen eine Druckregelvorrichtung (20) und den Behälter (6) ein aus einem Gefäß (21) bestehender Pufferspeicher eingefügt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (21), das den Pufferspeicher bildet, ein Permanentleck (23) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (21), das den Pufferspeicher bildet, mit dem Druckbehälter (6) über eine Leitung (22) mit großem Durchmesser verbunden ist.