DE69424835T2

DE69424835T2 - Giessvorrichtung mit vakuumabsaugung

Info

Publication number: DE69424835T2
Application number: DE69424835T
Authority: DE
Inventors: Kimio Kubo; Takashi Mimata; Hiroshi Onuma
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 2001-02-15
Anticipated expiration: 2014-03-12
Also published as: US5509458A; WO1994020240A1; EP0640420A4; DE69424835D1; EP0640420B1; EP0640420A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuum-Gießvorrichtung und ein Vakuum-Gießverfahren für die Vorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Gießen von Gegenständen, die schlecht gießbar sind, wie kompliziert geformte oder dünne Gußstücke aus Edelstahl oder wärmefestem Gußstahl etc.

Stand der Technik

Bei der Herstellung eines dünnen Gußstückes mit einem dünnen Abschnitt mit 5 mm Dicke oder weniger nimmt das Fließvermögen der in einen Formhohlraum eingefüllten Schmelze rapide ab, da beim Kontakt mit der Innenwand des Formhohlraumes ein Teil der Schmelze schnell abkühlt und sich verfestigt. Defekte wie eine nicht ausreichende Füllung des Formhohlraums usw. sind die Folge. Bei der Herstellung eines Gußstückes mit komplizierter Form werden leicht Luft und vom Gußmaterial abgegebene Gase als Defekte wie Gußblasen im Gußstück eingeschlossen. Ein fehlerfreies Gußstück, das dünn ist und eine komplizierte Form hat, ist daher schwer herzustellen.
Als Verfahren zum Herstellen eines dünnen Gußstückes mit komplizierter Form ist der Wachsausschmelzguß bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine keramische Form vor dem Füllen des Hohlraumes mit der Schmelze auf 700-900ºC aufgeheizt, um das Abkühlen der in den Hohlraum eingefüllten Schmelze zu verzögern und dadurch die Schmelze gut fließbar zu halten. Da die keramische Form jedoch teuer ist, sind die Herstellungskosten für ein dünnes Gußstück mit komplizierter Form sehr hoch.
Als alternatives Verfahren beschreibt die JP-A-60-56439 die Verwendung einer Gipsform mit einem Hohlraum, einem Angußkanal usw., bei dem ein feuerfestes Filter mit einer Gasdurchlässigkeit, die höher ist als die des Gipses, in dem Bereich angeordnet ist, der von der Umgebung des zuletzt gefüllten Abschnittes des Hohlraumes zur Außenseite der Gipsform reicht, wodurch die Evakuierungsfähigkeit verbessert und das Fließvermögen der Schmelze erhöht wird und auf Gas zurückzuführende Defekte vermieden werden. Die Gipsform wird durch Hydrationshärtung eines Gipsschlammes und Trocknen des gehärteten Gipses hergestellt. Dieses Verfahren mit einer Gipsform ist wie das Wachsausschmelzverfahren als eines der Präzisionsgießverfahren zur Herstellung eines Gußstückes mit hoher Abmessungsgenauigkeit bekannt und wird zur Herstellung von Prägeplatten, Maschinenteilen, Kunstgegenständen usw. verwendet.
Da jedoch die Herstellung der Gipsform mit Schritten wie Kneten, Gießen, Hydrationshärten, Modellieren, Trocknen usw. eine lange Zeitspanne erfordert, über 48 Stunden, ist die Produktivität dieses Verfahrens gering. Da die Gasdurchlässigkeit der Gipsform extrem niedrig ist, ergeben sich Schwierigkeiten bei der Bestimmung des Gußdesigns für die Evakuierung und das Unter-Druck-setzen beim Füllen des Hohlraumes mit einer Schmelze. Zusätzlich ist die Kühlrate einer Gipsform klein, so daß sich die Schmelze in der Form extrem langsam verfestigt. Beim Gießen eines dünnen Gegenstandes mit komplizierter Form tritt daher leicht ein Schwindungsfehler auf, so daß die Ausbeute an dem gewünschten Gußstück gering ist.
Neuerdings wird ein Vakuum-Gießverfahren angewendet, wie es in der JP-B- 60-35227 beschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird durch Evakuieren einer Form eine Schmelze in den Formhohlraum eingeführt. Bei diesem Verfahren gelangt jedoch leicht Luft in dem Formteil in die Schmelze, der nicht in die Schmelze eingetaucht ist, so daß kein ausreichendes Vakuum erhalten wird. Auch wenn das Verfahren beim Gießen von Gegenständen geringer Höhe und einfacher Form anwendbar ist, ist es schwierig, es beim Guß von hohen und dicken Gegenständen mit komplizierter Form anzuwenden.
Die JP-A-64-53759 beschreibt eine Vorrichtung, bei der eine Form mit einem durch die Form laufenden Angußkanal in einem Vakuumgefäß angeordnet ist, wobei das obere Ende des Angußkanals mit einem Stopfen verschlossen ist, der keine Schmelze durchläßt. Der Formhohlraum, Angußkanal usw. wird dadurch mit Schmelze gefüllt, daß der auf das obere Ende des durch die Form laufenden Angußkanals einwirkende Druck niedriger ist als der Druck im Inneren des Vakuumgefäßes, das die Form umgibt. Da bei dieser Vorgehensweise jedoch das Gefäß durch eine Öffnung evakuiert wird, die sich über dem Einlauf befindet, wird an den sich zuletzt füllenden Teilen des Formhohlraumes, dem Steiger, dem Ablauf usw. kein ausreichendes Vakuum erreicht.
Die JP-A-2-303649 beschreibt ein Vakuum-Gießverfahren, bei dem eine Form, die von festgestampftem, aus Partikeln bestehenden Material umgeben ist, mittels eines Vakuums in einem Vakuumgefäß gehalten wird. Die Form wird in eine Schmelze eingetaucht, wodurch die Schmelze in die Form eingeführt wird. Bei diesem Verfahren wird jedoch, da die Form zusammen mit dem festgestampften, aus Partikeln bestehendem Material darum herum in die Schmelze eingetaucht wird, die Schmelze vor und nach dem Eintauchen der Form gestört, wodurch Luft in die Schmelze gelangen kann. Da außerdem die Form und das festgestampfte, aus Partikeln bestehende Material darum herum aus dem Vakuumgefäß hervorstehen, wird auch leicht Luft vom Boden der Form in die Schmelze eingebracht.
In der DE-A-39 25 373 ist eine Vakuum-Gießvorrichtung beschrieben, die die Merkmale aufweist, die im Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 2 genannt sind.
Wie erwähnt, ist beim Stand der Technik die Füllung des Formhohlraumes mit der Schmelze nicht ausreichend. Insbesondere ist beim Stand der Technik der Guß eines dünnen Gußstückes mit einer Dicke von 5 mm oder weniger, insbesondere 3 mm oder weniger, und einer komplizierten Form schwierig.
Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vakuum-Gießvorrichtung zu schaffen, die zum Gießen eines Gußstückes, insbesondere eines dünnen Gußstückes mit komplizierter Form mit hoher Produktivität geeignet ist, ohne daß dabei Gußfehler wie nicht ausreichende Füllung, Gußblasen usw. entstehen.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird mit der in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Vakuum- Gießvorrichtung gelöst.
Als Ergebnis einer intensiven Forschung hinsichtlich der obigen Aufgabe haben die Erfinder festgestellt, daß durch das Anordnen einer Ansaugvertiefung in der Nähe des Formhohlraumes, eines Steigers und eines Ablaufs der Form in einem Vakuumgefäß ein bemerkenswert hoher Ansaugeffekt erhalten werden kann, und sie haben herausgefunden, daß der Zuführeffekt durch das Verbinden des Formhohlraumes und des Angußkanals über wenigstens zwei Füllkanäle bemerkenswert erhöht werden kann, wodurch die Herstellung von qualitativ hochwertigen, dünnen Gußstücken komplizierter Form mit geringen Kosten und guter Produktivität möglich wird. Die vorliegende Erfindung beruht auf diesen Feststellungen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Vakuum-Gießvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht einer modifizierten Ausführungsform der Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 1;
Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht einer anderen modifizierten Ausführungsform der Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 1;
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht einer Vakuum-Gießvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht einer modifizierten Ausführungsform der Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 4;
Fig. 6 ist eine schematische Schnittansicht einer anderen modifizierten Ausführungsform der Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 4;
Fig. 7 ist eine Schnittansicht längs der Linie A-A in der Fig. 6;
Fig. 8 ist eine Darstellung des Füllzustandes eines Hohlraumes, die durch Messung und Computersimulation erhalten wurde; und
Fig. 9 eine graphische Darstellung des Vakuum-Druckwertes in einigen Teilen der Vakuum-Gießvorrichtung.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wird nun genauer beschrieben.

[1] Stahlguß

Die erfindungsgemäße Vakuum-Gießvorrichtung und das erfindungsgemäße Vakuum-Gießverfahren wird vorzugsweise beim Gießen einer Stahlschmelze verwendet, die eine hohe Temperatur besitzt und die schwer in dünne Gußstücke zu gießen ist. Der mit der Vakuum-Gießvorrichtung und dem Vakuum-Gießverfahren erzeugte Stahlguß weist eine hohe Wärmefestigkeit und eine hohe Oxidationsfestigkeit auf. Die Zusammensetzung eines solchen Gußstahles ist zum Beispiel wie folgt:
C: 0,05-0,45 Gew.-%,
Si: 0,4-2 Gew.-%,
Mn: 0,3-1 Gew.-%,
Cr: 16-25 Gew.-%,
W: 0-3 Gew.-%,
Ni: 0-2 Gew.-%,
Nb und/od. V: 0,01-1 Gew.-%, und
Fe und unvermeidliche Verunreinigungen: Rest.
Ein Gußstahl mit dieser Zusammensetzung weist, zusätzlich zu der gewöhnlichen α-Phase, eine aus der γ-Phase transformierte sogenannte α'-Phase (α-Phase + Carbide) auf. Das Flächenverhältnis der α'-Phase auf der Basis der zusammengesetzten Fläche der α-Phase und der α'-Phase ist vorzugsweise 20-90%.
Die erfindungsgemäße Vakuum-Gießvorrichtung und das erfindungsgemäße Vakuum-Gießverfahren wird anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben.

[2] Erste Ausführungsform

Die Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch eine Vakuum-Gießvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in der Fig. 1 zu sehen, umfaßt die Vakuum-Gießvorrichtung 1 ein Vakuumgefäß mit wenigstens einer Öffnung im Boden und eine Form mit einem Formhohlraum, einem Angußkanal usw., die im Vakuumgefäß angeordnet ist. Das Vakuumgefäß wird von seiner Oberseite her evakuiert, um eine Schmelze durch einen Angußkanal am unteren Ende der Form anzusaugen und dadurch den Formhohlraum zu füllen. Das heißt, daß die Vakuum-Gießvorrichtung 1 ein Vakuumgefäß 2 (ein eisernes Vakuumgefäß mit 600 mm Innendurchmesser und 800 mm Höhe zum Beispiel) mit einer Öffnung 3 im Boden umfaßt. Die Oberseite des Vakuumgefäßes 2 ist hermetisch mit einer Abdeckung 2a verschlossen. Die Abdeckung 2a ist mit einer flexiblen Rohrleitung 9 versehen, die über eine Vakuum-Reguliereinrichtung 10 mit einer Vakuumeinrichtung 11 wie einer Vakuumpumpe etc. verbunden ist.
In das Vakuumgefäß 2 ist eine Sandform 4 eingesetzt. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine Sandform aus Quarzsand etc. wegen der Gießbarkeit und der Gasdurchlässigkeit vorzuziehen. Zum Beispiel wird vorzugsweise eine geteilte Sandform aus zwei vertikalen Abschnitten verwendet, die durch einen Cold-Box-Prozeß geformt werden. Die Sandform 4 weist an ihrem unteren Ende einen Eingangsabschnitt 5 auf, der sich nach unten erstreckt und der so im Vakuumgefäß 2 angeordnet ist, daß sich der Eingangsabschnitt 5 von der Öffnung 3 nach unten erstreckt.
In der Sandform 4 erstreckt sich ein Angußkanal 6 mit zum Beispiel einem Querschnitt von 10 mm Länge und 10 mm Breite vertikal vom Boden des Eingangsabschnittes 5 zu einem Formhohlraum 7. Der Formhohlraum kann von einer Form sein, die einen Rohrabschnitt 7a mit einem Außendurchmesser von 60 mm, einer Länge von 200 mm und einer Dicke von 2,5 mm, einen Flanschabschnitt 7b mit einem Außendurchmesser von 80 mm und einer Breite von 3 mm und eine Anzahl von runden Vorsprüngen 7c, die sich vom Rohrabschnitt 7a weg erstrecken und die einen Außendurchmesser von 10 mm und eine Höhe von 20 mm haben, umfaßt. Es ist anzumerken, daß die Form des Formhohlraumes 7 nicht auf die beschriebene Ausgestaltung beschränkt ist. Die Innenseite des Formhohlraumes 7 ist vorzugsweise mit einer Formschlichte in einer Dicke von 0,01-0,4 mm, vorzugsweise 0,15 mm, beschichtet. Am oberen Ende des Formhohlraumes 7 sind ein Steiger 8a (der auch als Ablauf dient) und ein Anschnitt 8b vorgesehen. Das Vakuumgefäß 2 und die Abdeckung 2a, das Vakuumgefäß 2 und die Sandform 4, und die Abdeckung 2a und die Sandform 4 stehen miteinander über Dichtungen 23 in Kontakt, um das Vakuum gefäß 2 hermetisch geschlossen zu halten und um zu verhindern, daß sich der Vakuum- Druckwert des Formhohlraumes 7 verschlechtert.
Die Oberseite der Sandform 4, die der Vakuumseite gegenüberliegt, ist zum Steiger 8a hin konkav ausgeschnitten, um eine Ansaugvertiefung 12 zu bilden. Der Boden der Ansaugvertiefung 12 befindet sich vorzugsweise in der Nähe des Steigers 8a (der auch als Ablauf dient), wobei jedoch darauf zu achten ist, daß der Teil der Form zwischen dem Boden der Ansaugvertiefung 12 und dem Steiger 8a nicht aufgrund von mechanischen oder thermischen Schocks während des Gießprozesses bricht. Das heißt, daß der Abstand zwischen dem Boden der Ansaugvertiefung 12 und dem Steiger 8a vorzugsweise etwa 15-30 mm beträgt. Der Durchmesser der Ansaugvertiefung 12 ist nicht besonders eingeschränkt, solange nicht die mechanische Festigkeit der Sandform 4 verschlechtert wird; er kann auf der Basis der Größe des Formhohlraums 7, des Steigers 8a usw. festgelegt werden. Zum Beispiel kann die Ansaugvertiefung 12 einen Durchmesser von etwa 300 mm haben.
An der Außenseite des Vakuumgefäßes 2 ist ein Sensor 13 vorgesehen, der erfaßt, wenn die Vakuum-Gießvorrichtung 1 in einem Schmelzofen 14 in eine Schmelze 15 eingetaucht ist.
Das Gießen mit der Vakuum-Gießvorrichtung 1 der Fig. 1 erfolgt durch Eintauchen des Eingangsabschnitts 5 der Sandform 4 in die Schmelze 15 im Schmelzofen 14. Wenn der an der Außenseite des Vakuumgefäßes 2 angebrachte Sensor 13 feststellt, daß der Eingangsabschnitt 5 in die Schmelze 15 eingetaucht ist, wird die Abwärtsbewegung des Vakuumgefäßes 2 beendet und die Evakuierung durch die Vakuumeinrichtung 11 eingeleitet. Wenn das Innere des Vakuumgefäßes 2 evakuiert wird, wird auch die Luft im Formhohlraum 7 durch die Ansaugvertiefung 12 evakuiert, wodurch sichergestellt wird, daß sich der Formhohlraum 7 schnell mit der Schmelze füllt, die in den Ansaugkanal 6 strömt. Das Ausmaß des Vakuums im Formhohlraum 7 kann durch Ändern des Abstandes zwischen der Ansaugvertiefung 12 und dem Steiger 8a reguliert werden.
Die Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht einer modifizierten Ausführungsform der Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 1. Der Grundaufbau der Vorrichtung der Fig. 2 ist der gleiche wie der der Vorrichtung der Fig. 1. Die in den Fig. 1 und 2 gleichen Elemente sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei der Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 2 ist zwischen der Ansaugvertiefung 12 und dem Steiger 8a, in den die Schmelze 15 schließlich gelangt, ein poröses Element 16 mit einer Gasdurchlässigkeit angeordnet, die größer ist als die der Form 4. Das poröse Element 16 wird vorzugsweise zum Beispiel durch Stampfen eines Formsandes, der gröber ist als das Formmaterial für die Form 4, in die Form einer Scheibe, einer Platte usw. her gestellt. Das poröse Element 16 kann als integrales Teil der Form 4 oder als individuelles Teil ausgebildet werden.
Es ist erforderlich, daß die Gasdurchlässigkeit des porösen Elements 16 größer ist als die der Form 4, vorzugsweise ist sie etwa 3-30 mal größer. Wenn zum Beispiel die Form aus Quarzsand #6 (Gasdurchlässigkeit: 261) ist und die Gasdurchlässigkeit der Formschlichte gleich 48, besteht das poröse Element 16 vorzugsweise aus Quarzsand #5 (Gasdurchlässigkeit: 785) oder Quarzsand #4 (Gasdurchlässigkeit: 1130). Die erwähnten Gasdurchlässigkeiten wurden gemäß JIS Z 2603-1976 (Testverfahren für die Gasdurchlässigkeit von Formsand) gemessen.
Die in der Fig. 2 gezeigte Vakuum-Gießvorrichtung weist des weiteren ein Trennelement 19 aus einem undurchlässigen Material zum Aufteilen des Inneren des Vakuumgefäßes 2 in eine Formkammer 17 und eine Vakuumkammer 18 auf. Durch das Trennelement 19 wird die Evakuierungskraft im jeweiligen Abschnitt konzentriert, das heißt am Boden der Ansaugvertiefung 12, der dem zuletzt gefüllten Abschnitt des Formhohlraumes gegenüberliegt. Das Trennelement 19 besitzt eine Öffnung, die mit der Ansaugvertiefung 12 in Verbindung steht, und einen vorspringenden Abschnitt 19a, der sich nach unten erstreckt, um die Seitenwand der Ansaugvertiefung 12 abzudecken. Eine Platte 20 mit einer mittigen Öffnung, die mit der Ansaugvertiefung 12 in Verbindung steht, kann auf die Oberseite des Trennelements 19 aufgesetzt sein.
Eine Festhaltevorrichtung 22 wie eine Schraubenfeder etc. ist zwischen der Platte 20 und einem Flansch 21 der Abdeckung 2a, der in das Innere der Vakuumkammer 18 vorsteht, angeordnet. Die elastische Kraft der Festhalteeinrichtung 22 wirkt über die Platte 20 und das Trennelement 19 auf die Form 4 ein, wodurch die Form 4 an einer vorgegebenen Position in der Formkammer 17 gehalten wird. Ein Dichtelement 23 wie eine Dichtung etc. ist zwischen der Platte 20 und dem Trennelement 19 angeordnet, um die Vakuumkammer 18 und die Formkammer 17 luftdicht zu isolieren.
Die Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 2 ist des weiteren mit einem Schutzrahmen 24 (aus zum Beispiel Stahl) ausgerüstet, der den Eingangsabschnitt 5 und die Bodenfläche der Form 4 seitlich abdeckt. Da der untere Teil des Schutzrahmens 24 von der Öffnung 3 des Vakuumgefäßes 2 nach unten vorsteht, wird der Schutzrahmen 24 zusammen mit dem Eingangsabschnitt 5 in die Schmelze 15 im Schmelzofen 14 getaucht. Der Schutzrahmen 24 erhöht die Festigkeit des Eingangsabschnitts 5, verhindert eine Verschlechterung des Vakuums im Angußkanal 6 und verhindert darüberhinaus das Eindringen von Luft in die Schmelze durch die Seitenwand des Eingangsabschnitts 5.
Bei der Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 2 ist eine Zuführeinrichtung 25 mit dem Vakuumgefäß 2 verbunden. Die Zuführeinrichtung 25 führt ein Inertgas unter Druck in das Vakuumgefäß 2 ein und ersetzt die Luft im Vakuumgefäß 4 durch das Inertgas. Das bevorzugte Inertgas kann Stickstoffgas, Argongas etc. sein.
Die Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 2 kann im Grunde auf die gleiche Weise wie die Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 1 betrieben werden. Zuerst wird die Atmosphäre im Vakuumgefäß 2 durch ein Inertgas ersetzt. Dazu wird die Luft im Vakuumgefäß 2 durch Einführen des Inertgases von der Zuführeinrichtung 25 verdrängt und das Vakuumgefäß 2 mit dem Inertgas gefüllt. Dann wird das Vakuumgefäß 2 mit der Form 4 darin nach unten bewegt, um den Eingangsabschnitt 5 in die Schmelze 15 im Schmelzofen 14 einzutauchen, gefolgt von einem Ansaugen der Schmelze in den Angußkanal 6.
Die Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht einer weiteren, modifizierten Ausführungsform der Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 1. Der Grundaufbau der Vorrichtung der Fig. 3 ist der gleiche wie der der Vorrichtung der Fig. 1 und 2. Es erfolgt deshalb hier keine Beschreibung der Elemente mehr, die in jeder der Fig. 1-3 gezeigt sind.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist im Formhohlraum 7 ein hohler Kern 26 angeordnet. Der Hohlraum 26a des Kerns 26 steht über eine enge Ansaugleitung 27, die mit der Ansaugvertiefung 12 in Verbindung steht, mit der Vakuumkammer 18 in Verbindung. Mit diesem Aufbau kann die Ansaugkraft direkt auf das Innere des Kerns 26 ausgeübt werden. Die Form 4 weist enge Ansaugleitungen 28 auf, die sich vom Boden der Ansaugvertiefung 12 bis in die Nähe der zuletzt gefüllten Abschnitte 8d und 8e des Formhohlraumes 7 erstrecken. Die Leitungen 28 unterstützen das schnelle und vollständige Füllen des Kerns 26 und der zuletzt gefüllten Abschnitte 8d und 8e mit der Schmelze. Die Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 3 kann auf die gleiche Weise betrieben werden wie die Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 2.

[3] Zweite Ausführungsform

Die Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht einer Vakuum-Gießvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform weist die Form 4 einen Angußkanal 60 auf, der zum Beispiel vertikal vom Boden des Eingangsabschnitts 5 bis in die Nähe der Ansaugvertiefung 12 und zumindest teilweise entlang der Seite des Formhohlraums 7 verläuft. Der Ansaugkanal 60 steht mit dem Formhohlraum 7 über drei Füllkanäle 61a, 61b und 61c in Verbindung. Jeder der Kanäle 61a, 61b, 61c steigt zum Formhohlraum 7 hin an, so daß der Verbindungsabschnitt des Füllkanals mit dem Formhohlraum 7 oberhalb vom Verbin dungsabschnitt des Füllkanals mit dem Angußkanal 60 liegt. Bei diesem Aufbau ist die Front der Schmelze, die in den Formhohlraum 7 fließt, kaum gestört, und der Hohlraum 7 kann schnell mit der Schmelze gefüllt werden. Es kann außerdem erforderlichenfalls ein weiterer Angußkanal vorgesehen werden, der direkt mit der Unterseite des Formhohlraumes 7 in Verbindung steht.
Die Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 4 kann auf die gleiche Weise betrieben werden wie die erste Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß die Schmelze aus dem Angußkanal 60, der wenigstens teilweise längs der Seite des Formhohlraumes 7 verläuft, über die Füllkanäle 61a, 61b, 61c schnell in den Formhohlraum 7 eingeführt wird. Die Vakuum-Druckwerte im Angußkanal 60 und im Formhohlraum 7 sind nicht notwendigerweise gleich. Es ist zum Beispiel in einer bestimmten Stufe während der Evakuierung vorzuziehen, den Druck im Ansaugkanal 60 um etwa 50 mm Hg niedriger einzustellen als im Formhohlraum 7.
Die Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht einer modifizierten Ausführungsform der Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 4. Der Grundaufbau der Vorrichtung der Fig. 5 ist der gleiche wie der der Vorrichtung der Fig. 4. Die Beschreibung der in der Fig. 4 gleichen Elemente wird daher hier weggelassen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist im Formhohlraum 7 der Form 4 ein hohler Kern 62 angeordnet. Der Hohlraum 62a des Kerns 62 steht über eine enge Ansaugleitung 63, die mit der Ansaugvertiefung 12 in Verbindung steht, mit der Vakuumkammer 18 in Verbindung. Mit diesem Aufbau kann die Ansaugkraft direkt auf das Innere des Kerns 62 ausgeübt werden. Die Form 4 weist auch enge Ansaugleitungen 64 auf, die sich vom Boden der Ansaugvertiefung 12 bis in die Nähe des zuletzt gefüllten Abschnitts 65 des Formhohlraums 7 erstrecken. Die Ansaugleitung 64 unterstützt das schnelle und vollständige Füllen des Hohlraums 7 mit der Schmelze. Die Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 5 kann auf die gleiche Weise betrieben werden wie die Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 4.
Die Fig. 6 ist eine schematische Schnittansicht einer Vakuum-Gießvorrichtung mit einer zusammengesetzten Form (einer Form mit mehreren Hohlräumen), die aus einer Anzahl von getrennten Formteilen besteht und die mit eine Anzahl von Formhohlräumen versehen ist, um mit einem Gußvorgang eine Anzahl von Gußstücken herzustellen. Die Fig. 7 ist eine Schnittansicht der Vorrichtung der Fig. 6 längs der Linie A-A. In den Fig. 6 und 7 ist eine Form mit vier Hohlräumen gezeigt, die bei der vorliegenden Erfindung verwendete zusammengesetzte Form ist darauf jedoch nicht beschränkt.
Jeder Formhohlraum 7 und jeder Steiger 8a kann von der gleichen Form sein wie in der Fig. 4 gezeigt. Jeder der Formhohlräume 7 steht über drei Füllkanäle 61a, 61b und 61c mit einem gemeinsamen Angußkanal 60 in Verbindung, der sich längs der vertikalen Mittellinie erstreckt. Die Trennebene 90 liegt so, daß die Trennebene mit der vertikalen Ebene zusammenfällt, die die vertikale Mittellinie beinhaltet, die durch den Angußkanal 60 verläuft, und die jeden Formhohlraum in zwei Abteilungen unterteilt. Wie in der Fig. 7 zu sehen ist, wird die zusammengesetzte Form 91 durch zwei Trennebenen 90, die sich senkrecht schneiden, in vier Teilformen 92 der gleichen Form aufgeteilt. Auf die gleiche Weise kann eine Form mit n Hohlräumen aus n Teilformen zusammengesetzt werden. Durch die Verwendung der genannten zusammengesetzten Form lassen sich die Kosten zum Herstellen von Modellen, Formen usw. verringern. Die Vakuum-Gießvorrichtung dieser Ausführungsform kann auf die gleiche Weise betrieben werden wie die Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 4.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele genauer erläutert. Es ist jedoch anzumerken, daß es nicht vorgesehen ist, die Erfindung auf die angegebenen Ausführungsformen zu beschränken.

Beispiel 1

Mit einer Schmelze (1550ºC) mit der in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung wurden mittels der Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 1 und 2 Stahl-Gußstücke mit verschiedenen Dicken von wenigstens 2,5 mm gegossen. Es wurden an den dünnen Gußstücken keine Gußfehler wie eine unzureichende Füllung etc. festgestellt. Tabelle 1

Beispiel 2

Mit einer Schmelze (1580ºC) mit der in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung wurden mittels der Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 4 Stahl-Gußstücke mit verschiedenen Dicken von wenigstens 2,0 mm gegossen. Es wurden an den dünnen Gußstücken keine Gußfehler wie eine unzureichende Füllung, ein Rückfluß etc. festgestellt.

Beispiel 3

Mit einer Schmelze (1610ºC) mit der in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung wurden mittels der Vakuum-Gießvorrichtung der Fig. 5 Stahl-Gußstücke mit verschiedenen Dicken von wenigstens 1,5 mm gegossen. Es wurden an den dünnen Gußstücken keine Gußfehler wie eine unzureichende Füllung, ein Rückfluß etc. festgestellt.

Beispiel 4

Um den Fluß der Schmelze in einer Vorrichtung mit dem in der Fig. 4 gezeigten Aufbau zu bewerten, wurde der Fluß der Schmelze in einer Form zur Herstellung des in der Fig. 8 gezeigten Krümmers beobachtet und durch einen Computer simuliert. Wie in der Fig. 8 gezeigt, weist die Form einen Formhohlraum 7 auf, der über sechs Füllkanäle 66a- 66f mit einem Angußkanal 60 in Verbindung steht. Die Ergebnisse sind ebenfalls in der Fig. 8 gezeigt. Die numerischen Werte darin sind die Zeit (gemessen in Sekunden), die die Schmelze braucht, um die jeweiligen Stellen im Formhohlraum zu erreichen.
Wie sich aus der Fig. 8 ergibt, gelangt die in den Ansaugkanal 60 gezogene Schmelze zuerst durch den ersten Füllkanal 66a in den unteren Abschnitt des Hohlraumes 7. Unmittelbar bevor der Spiegel der so eingeführten Schmelze das obere Ende des zweiten Füllkanals 66b erreicht, beginnt die den zweiten Füllkanal 66b passierende Schmelze in den Formhohlraum 7 einzutreten. Dann beginnt, unmittelbar bevor der neue Spiegel der Schmelze im Formhohlraum 7 das obere Ende des nächsten Füllkanales erreicht, die den nächsten Füllkanal passierende Schmelze in den Formhohlraum 7 einzutreten. Dieser Füllvorgang wiederholt sich, bis der Formhohlraum 7 vollständig mit der Schmelze gefüllt ist. Der Anstieg des Pegels der Schmelze ist in der Fig. 8 durch gestrichelte Linien dargestellt.
Da eine Schmelze mit einer geringen Temperaturerniedrigung auf die bereits in den Formhohlraum eingeführte Schmelze fließt, können Gußfehler wie unzureichende Füllung, Leckfehler, Lufteinschlüsse, Gußblasen usw. wirkungsvoll verhindert werden.
Die Vakuum-Druckwerte einiger Teile der Vakuum-Gießvorrichtung, die zum Füllen des Formhohlraumes mit einer Schmelze auf die in der Fig. 8 gezeigten Weise verwendet werden kann, sind in der Fig. 9 gezeigt. Wie in der Fig. 9 zu sehen ist, ist der Formhohlraum 7 in etwa einer Sekunde vollständig mit der Schmelze gefüllt. In dieser Zeitspanne trägt das Vakuum in der Vakuumkammer 18 (Ansaugvertiefung 12) zur Verringerung des Drucks im Ansaugkanal 60 viel mehr bei als zu der des Formhohlraumes 7. Das heißt, daß der Vakuum-Druckwert im Ansaugkanal 60 höher ist als der im Formhohlraum 7. Um ein solch hohes Vakuum im Ansaugkanal 60 zu erreichen, reicht das obere Ende des vertikal verlaufenden Ansaugkanals 60 vorzugsweise bis in die Nähe der Ansaugvertiefung 12.

Industrielle Anwendbarkeit

Wie beschrieben wird bei der vorliegenden Erfindung in der Nähe des Formhohlraumes, Steigers oder Ablaufs einer Form und insbesondere in der Nähe des Teiles des Hohlraums, in den die Schmelze zuletzt gelangt (des zuletzt gefüllten Abschnitts) eine Ansaugvertiefung vorgesehen. Mit dieser Ansaugvertiefung wird der Ansaugeffekt der Schmelze in den Hohlraum erhöht und die Einführung der Schmelze in den zuletzt gefüllten Abschnitt verbessert. Im Ergebnis können Gußfehler wie eine nicht ausreichende Füllung usw. verhindert werden. Zusätzlich können durch das Anordnen eines porösen Elements mit einer Gasdurchlässigkeit, die größer ist als die der Form, zwischen der Ansaugvertiefung und dem zuletzt gefüllten Teil des Hohlraumes die Vakuum-Druckwerte des Formhohlraumes, des Steigers und des Ablaufs einzeln eingestellt werden, wodurch sich die Fließgeschwindigkeit der Schmelze steuern läßt.
Bei der vorliegenden Erfindung steht des weiteren der Angußkanal über eine Anzahl von Füllkanälen mit dem Formhohlraum in Verbindung. Mit diesem Aufbau kann verhindert werden, daß sich die Fronttemperatur der Schmelze im Formhohlraum vernngert, da die Schmelze, die einen der Füllkanäle passiert, auf eine Schmelze trifft, die sich bereits im Formhohlraum befindet, wodurch eine nicht ausreichende Füllung, Kaltschweißstellen, Schwindungshohlräume usw. wirkungsvoll vermieden werden können.
Da die erfindungsgemäße Vakuum-Gießvorrichtung und das erfindungsgemäße Vakuum-Gießverfahren die angegebenen technischen Vorteile aufweisen, sind sie zur Herstellung bemerkenswert dünner Stahl-Gußstücke, insbesondere zur Herstellung von Auspuffteilen wie Krümmern etc. geeignet.

Claims

1. Vakuum-Gießvorrichtung mit

einem Vakuumgefäß (2) mit wenigstens einer Öffnung (3) am Boden,

einer in dem Vakuumgefäß (2) angeordneten Form (4) mit einem Angußkanal (b) und einem mit diesem in Verbindung stehenden Formhohlraum (7), wobei der Angußkanal eine Öffnung unterhalb der Öffnung (3) des Vakuumgefäßes aufweist, und mit

einer Vakuumeinrichtung (11), die mit dem Vakuumgefäß (2) in Verbindung steht,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Ansaugvertiefung (12) mit einer Öffnung an der Oberseite der Form (4) getrennt von, jedoch in der Nähe desjenigen Teils des Formhohlraums (7) angeordnet ist, der von der Öffnung des Angußkanals (6) am weitesten entfernt ist und der sich zuletzt mit Gießstoffschmelze (15) füllt, wobei der Abstand zwischen dem Boden der Ansaugvertiefung (12) und dem besagten Teil des Formhohlraums (7) kleiner ist als der Abstand zwischen der Außenseite der Form (4) und jedem anderen Teil des Formhohlraums (7), so daß sich der Formhohlraum rasch mit der Schmelze (15) füllt.

2. Vakuum-Gießvorrichtung mit

einem Vakuumgefäß (2) mit wenigstens einer Öffnung (3) am Boden,

einer in dem Vakuumgefäß (2) angeordneten Form (4) mit einem Angußkanal (60) und einem in der Form ausgebildeten und mit dem Angußkanal in Verbindung stehenden Formhohlraum (7), und mit

dadurch gekennzeichnet,

daß der Angußkanal (60) eine Öffnung unterhalb der Öffnung des Vakuumgefäßes aufweist und wenigstens teilweise längs der Seite des Formhohlraums verläuft, wobei der Formhohlraum mit dem Angußkanal über eine Anzahl Füllkanäle (61a... 61c) in Verbindung steht, und

daß eine Ansaugvertiefung (12) mit einer an der Oberseite der Form (4) liegenden Öffnung getrennt von, jedoch in der Nähe desjenigen Teils des Formhohlraums (7) angeordnet ist, der von der Öffnung des Angußkanals (60) am weitesten entfernt ist und sich zuletzt mit Gießstoffschmelze (15) füllt,

wobei beim Betreiben der Vakuumeinrichtung (11) der Formhohlraum (7) über die Ansaugvertiefung (12) rascher evakuiert wird als alle anderen Teile der Form und dadurch sich der Formhohlraum (7) rasch mit der Schmelze (15) füllt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Füllkanäle (61a... 61c) längs des Angußkanals (60) ausgebildet sind und zum Formhohlraums (7) hin ansteigen, und wobei Lage und Form jeder der Füllkanäle so festgelegt ist, daß der Pegel der in dem Formhohlraum (7) ansteigenden Schmelze etwa die gleiche Höhe hat wie der Pegel der durch den nächsten Füllkanal eingeführten Schmelze.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei sich der Angußkanal (60) bis in die Nähe der Ansaugvertiefung (12) erstreckt, damit die Schmelze (15) im Angußkanal rasch ansteigen und sich der Formhohlraum (7) mit der Schmelze füllen kann.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Ansaugvertiefung (12) und dem Formhohlraum (7) ein poröses Element (16) angeordnet ist, das eine höhere Gasdurchlässigkeit aufweist als die Form (4).

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Teil des Vakuumgefäßes (2) dadurch eine mit der Vakuumeinrichtung (11) in Verbindung stehende Vakuumkammer (18) ausgebildet ist, daß die der Vakuumkammer (18) zugewandte Oberfläche der Form mit Ausnahme des Bodens der Ansaugvertiefung (12) mit einem Trennelement (19) bedeckt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Form (4) an ihrem Boden einen umgekehrt-konusförmigen Vorsprung (5) aufweist, der von der Öffnung (3) des Vakuumgefäßes (2) nach unten vorragt und an seiner Unterseite die Öffnung des Angußkanals (6, 60) bildet, wobei die freiliegende Seite des Vorsprungs mit Ausnahme der Unterseite mit einem Schutzrahmen (24) abgedeckt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Formhohlraum (7) ein durchlässiger hohler Kern (26) angeordnet ist, dessen Hohlraum über eine enge Saugleitung (27) mit der Ansaugvertiefung (12) in Verbindung steht.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formhohlraum (7) mit mehreren Steigern (8a... 8e) versehen ist und die Form (4) mindestens eine Saugleitung (28) aufweist, die mit der Ansaugvertiefung (12) in Verbindung steht und durch die Form (4) bis in die Nähe eines der Steiger (8d, 8e) verläuft, bei dem es sich nicht um den in der Nähe der Ansaugvertiefung gelegenen Steiger (8a) handelt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Einrichtung (25), die in das Vakuumgefäß (2) Inertgas einführt, um die Atmosphäre in dem Vakuumgefäß vor dessen Evakuierung durch das Inertgas zu ersetzen.