EP0793554B1 - Verfahren zum herstellen von gussstücken aus leichtmetall und giessform zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum herstellen von gussstücken aus leichtmetall und giessform zur durchführung des verfahrens Download PDF

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EP0793554B1
EP0793554B1 EP96930074A EP96930074A EP0793554B1 EP 0793554 B1 EP0793554 B1 EP 0793554B1 EP 96930074 A EP96930074 A EP 96930074A EP 96930074 A EP96930074 A EP 96930074A EP 0793554 B1 EP0793554 B1 EP 0793554B1
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EP
European Patent Office
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core
riser
sand
casting mould
mold
Prior art date
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EP96930074A
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English (en)
French (fr)
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EP0793554A1 (de
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Manfred Buchborn
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Eisenwerk Bruehl GmbH
Original Assignee
Eisenwerk Bruehl GmbH
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Publication date
Application filed by Eisenwerk Bruehl GmbH filed Critical Eisenwerk Bruehl GmbH
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Publication of EP0793554B1 publication Critical patent/EP0793554B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/082—Sprues, pouring cups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/09—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing of light metal castings, in particular cylinder heads, Cylinder blocks and / or crankcases for internal combustion engines, with a mold cavity for the casting forming lost form based on sand that Outer mold parts, at least one core and at least one Has feeder to form a pressure mass, the Form is provided with a gate for the molten metal and the metal melt under the influence of gravity in the Mold cavity filled and then with a compressed gas is applied.
  • the low pressure casting of light metal melts is also known in permanent molds, with a Pressurizing the melt in the mold with a gas a fine, dense structure can be achieved (DE-A-21 33421, DE-A-28 18 442). Pressurization poses because of the Strength of the mold is not a problem.
  • the mold have a very long cooling time is - for high Production speeds - a very large number very expensive molds required. With the frequently occurring changes the castings are then a large number of molds to change; also make new.
  • a sand casting process is known in which the molten metal is poured into the sand mold under gravity and then pressurized with a pressurized gas.
  • a pressurized gas application is as A molded part made of temperature-resistant material based on aluminum-alumina-silica-iron oxide put on.
  • This feeder is made of metal produced, in the sand mold in addition to the molded food part molded pressure chamber enclosed. This pressure chamber is connected to a compressed gas supply.
  • the molded molded part must be shaped from the cooled casting and the pressure chamber is first removed from the sand mold, before it is completely disassembled and the sand if necessary can be worked up again.
  • the invention has for its object the casting of castings made of light metal under the influence of gravity and in lost forms based on sand regarding the Quality of the casting produced, especially in relation to a particularly dense and fine-grained structure with avoidance of improving microporosity as well as volume the feed material in the form of a pressure mass to reduce.
  • Light metal in the sense of the invention includes in particular Aluminum and aluminum alloys.
  • the invention achieves the stated object in relation to the Procedure in that a lid core on the mold Sand base is placed, which contains at least one feeder and at least in the areas that can be pressurized with compressed gas is designed gas-impermeable and that immediately after the filling process, the one filled with molten metal Feeder pressurized with the compressed gas becomes.
  • the method according to the invention provides that the pressurization of the molten metal in the feeder during the first critical solidification phase of the molten metal is executed, d. H. while the molten metal is still hot is, so that a corresponding influence by the pressure exerted the still flowable melt in the entire molding space is possible.
  • This first critical solidification phase goes up to a cooling temperature of the light metal melt of 500 ° C, below this temperature Pressurization only limited effect (claims 5 and 6).
  • a (lost) mold is also used the features of the preamble of claim 9 for implementation proposed the method according to the invention, the marked is by at least one containing a feeder Sand-based lid core, on one of which the dining area sealing pressure mask can be placed, and wherein the Cover core gas-impermeable at least in the contact area of the pressure mask is trained.
  • the one containing the feeder was made on the basis of sand Cover core by one on its surface at least Core coating applied in the area of the print mask is designed to be gas-impermeable.
  • the lid core itself can again composed of several individual cores to form a lid core be, each individual core formed gas-impermeable is, and wherein the individual cores at least in the area the feeder must be tightly connected.
  • This Lid core or the lid cores make it possible, according to Filling the mold with metal on the in the lid core attached feeders to exert pressure by means of compressed gas, to be an improved finer and denser in this way Microstructure of the casting produced at the same time lower feeder volume - pressure volume - during the To achieve solidification.
  • the lid core through an appropriate choice of the molding material and to design the binder so that it can withstand a pressure withstands up to 1 bar.
  • Process are only low pressures below up to 1 bar required to achieve the desired density and fine grain to achieve the structure.
  • the print mask that is on the lid core to make one Cavity is provided for pressurization can can also be used in a further development of the invention due to the thermal influence of the molten metal to vacuum the molding sand and the core sand. It is therefore designed so that immediately after solidification of the molten metal and termination of the pressurization the pressure gasses a negative pressure to that of the Print mask covered cavity can be created.
  • the print mask is provided with a further connection to be provided, which can be connected to a suction device.
  • An advantageous embodiment of the seal of the lid core consists of using a core size as a dispersion Apply diving or spraying.
  • the surface treatment with a core size also causes an improved Strength of the lid core.
  • Core sizes are fundamental for the equipment of sand cores for the production of Cast iron castings to achieve smoother and non-porous Known surfaces.
  • refractory fillers for the equipment of a lid core according to the invention, um Making these gas-impermeable will become core sizes based on a dispersion of refractory fillers in provided an organic solvent. These core sizes can also contain graphite. As refractory fillers come for example silicate refractories, such as zirconium silicate, magnesium and / or aluminum silicate in question. In addition, iron oxide can also be used as refractory filler can be contained in the core size. The core sizes also contain minor ones Amounts up to 1% by weight of a synthetic resin.
  • Possible core sizes are the dispersions explained above, however, other material compositions are also can be used which has a gas impermeable surface of the sand cores cause.
  • the support shells which preferably consist of one durable material, for example metal, serve to support the pressure from the outside of the mold during of casting and pressurization in the critical first solidification phase of the molten metal in the casting mold.
  • the casting mold according to the invention enables a new and economical Process for making castings from Light metals by gravity casting, especially also of such complicated parts as cylinder heads and cylinder blocks of internal combustion engines with high quality castings using sand molds for both the outer shape for the cores as well.
  • the molten metal in the feeder is pressurized it, a dense fine structure evenly throughout to produce cast part, so that on the one hand the advantages of the lost forms based on sand can and on the other hand the high quality is achieved like otherwise it can only be achieved with castings in permanent mold casting.
  • Fig. 1 is a mold 1 in cross section for a simple rotationally symmetrical casting with a mold cavity 2 shown.
  • Form 1 is a lost form with outer mold parts 3.1, 3.2 and a core 4 used and provided with a lid core 5, the feeder 6 for Has formation of the pressure mass.
  • the outer mold parts 3.1 and 3.2 are put together in the parting lines 7, likewise
  • the core 4 can be composed of several parts to form a core package his. The number and subdivisions of the outer mold parts and the cores 7 or core packages produced according to the shape of the casting to be cast.
  • the lid core 5 can also consist of several Core parts are put together and one or have several feeders 6.
  • a gas pressure P is exerted.
  • This pressure P can be up to to be 1 bar.
  • a pressure mask 11 is placed in a sealed manner on the cover core 5.
  • the print mask 11 has a connection 12 for the compressed air supply.
  • Cover core 5 is usually microporous and therefore air-permeable.
  • the lid core 5 In order to exert pressure via the feeder 6 To allow compressed air to the molten metal melt, is the lid core 5 at least on its surface in the coverage area through the pressure mask 11 by means of a Core size coated and thus in the coated area gas impermeable. This seal the surface of the lid core 5 can, for example, by immersing the lid core 5 in a core size.
  • the core size for example, based on a refractory dispersion Fillers in an organic solvent, such as Zirconium silicate and carbon, small amounts of synthetic resin and isoropanol, denatured with acetone and some water containing, the surface of the lid core 5 becomes so dense and made stable that the lid core 5 is airtight and that, as shown schematically in Fig. 2, via the print mask withstands the additional pressure P applied.
  • an organic solvent such as Zirconium silicate and carbon
  • lid core 5 is composed of several parts is, each part is assembled before using a Sealing core sizing externally.
  • the core size applied to the lid core must be in front dry and harden using the lid core.
  • Applying the pressure P to the cast part by means of the print mask 11 placed on the mold is done in this way long until the solidification process of the light metal melt comes to an end, d. H. to a temperature below 500 ° C is achieved. This time depends on the size of the Workpiece that is manufactured, for example in a Cylinder block with a casting weight of approx. 20 to 22 kg for internal combustion engines approx. 1.5 minutes.
  • Fig. 3 is the application of the invention to the manufacture of a crankcase for internal combustion engines in exploded view of the mold parts required for this shown.
  • the outer mold is hereby formed by the upper mold block 3.4, the side Moldings 3.5 and the lower mold parts 3.6, which in turn can be composed of individual core parts, depending on the configuration.
  • the core block 4.1 also the crankcase core block is again made up of individual core parts composed.
  • the upper end of the form is the Lid core 5. All mold parts and the core block 4.1 and the lid core 5 are based on sand as lost Shape.
  • the lid core 5 can be a additional part 13, namely a cylinder liner, included, which remains in the cast casting later.
  • the lid core 5 contains at least one feeder 6 for the pressure mass and is further on the top with the Print mask 11 can be covered.
  • the print mask 11 is sealed placed on the lid core 5 and so over the lid core 5 formed cavity 14 can then by means the compressed air supplied via connection 12 Pressure are applied, so that additionally on the molten metal a pressure on the molten metal in the feeder area can be exercised in the form until it solidifies.
  • the lid core 5 can also be on the opposite Side of the crankcase so that the shape is 180 ° is rotated.
  • support shells 16 can be provided be that act on the outer mold parts 3.4, 3.5, 3.6. These support shells 16 can be removed before the cast mold after solidification, for example of can be folded away from the pouring station.
  • Fig. 4 the lost shape is schematically based of sand, as described in Fig. 3 for a crankcase, in the assembled state schematized in section shown.
  • the arrow 17 is the direction in which the Ejector after the support shells have been moved sideways 16 works.
  • the cover core 5 is also on here its surface coated with a core size and treated so that it is airtight and sealed the application of a pressure of up to 1 bar by means of the Print mask 11 is enabled.
  • FIG. 5 shows a further development of the invention, with a further suction bell 19 on the pressure mask 11 Distance is applied so that this second suction bell also covers the area of the outer mold parts in the upper area, so that all escaping from the form, evolving from the heat of smoke under the Suction bell 19 are sucked off via the connecting piece 20 can.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Gußstücken aus Leichtmetall, insbesondere Zylinderköpfen, Zylinderblöcken und/oder Kurbelgehäusen für Brennkraftmaschinen, mit einer einen Formhohlraum für das Gußstück bildenden verlorenen Form auf der Basis von Sand, die Formaußenteile, mindestens einen Kern und mindestens einen Speiser zur Bildung einer Druckmassel aufweist, wobei die Form mit einem Einguß für die Metallschmelze versehen ist und die Metallschmelze unter Wirkung der Schwerkraft in den Formhohlraum eingefüllt und anschließend mit einem Druckgas beaufschlagt wird.
Es ist bekannt, bei der Herstellung von Gußstücken aus Leichtmetall sowohl verlorene Formen auf der Basis von Sand als auch Dauerformen, sogenannte Kokillen, als auch Formen zu verwenden, die aus Dauerformteilen, sogenannte Halbkokillen, und Sandgußformteilen zusammengesetzt sind. Hierbei liegt für die Serienproduktion von Gußstücken der Hauptvorteil der verlorenen Formen auf der Basis von Sand in der hohen Produktionsgeschwindigkeit der Fertigung der Sandformen einerseits und auch der hohen Produktionsgeschwindigkeit beim Gießen in bezug auf den Gießtakt andererseits, da im Gegensatz zum Kokillenguß das Abkühlen der Kokille bis zum Wiedereinsatz nach jedem Gießvorgang nicht abgewartet werden muß. Da es möglich ist, auch den für die Herstellung der Formaußenteile und Kerne benutzten Sand zu recyceln, werden neuerdings Gußstücke aus Leichtmetall, wie beispielsweise Zylinderköpfe für Brennkraftmaschinen, bei hoher Produktivität in verlorenen Formen auf der Basis von Sand gegossen. Das Gießen der Metallschmelze in die Sandform erfolgt hierbei stets unter Einwirkung der Schwerkraft, meistens im sogenannten Bodenguß. Zur Gefügeverbesserung werden an der Form Speiser eingesetzt, die bei hochwertigen Gußstücken eine der Masse des Gußstückes entsprechende Speisermasse enthalten, die als sogenannte Druckmassel wirkt. Hierbei nimmt man als nachteilig das etwas gröbere Gefüge sowie möglicherweise auftretende Mikroporosität beim Gießen in Sandformen gegenüber dem Gießen in Kokillen in Kauf.
Bekannt ist des weiteren das Niederdruckgießen von Leichtmetallschmelzen in Kokillen-Dauerformen, wobei durch eine Druckbeaufschlagung der Schmelze in der Kokille mit einem Gas ein feines, dichtes Gefüge erreichbar ist (DE-A-21 33421, DE-A-28 18 442). Eine Druckbeaufschlagung stellt wegen der Festigkeit der Kokille kein Problem dar. Da jedoch die Kokillen eine sehr lange Abkühlungsdauer aufweisen, ist - für hohe Produktionsgeschwindigkeiten - eine sehr große Anzahl sehr teurer Kokillen erforderlich. Bei den häufig auftretenden Änderungen der Gußstücke sind dann eine große Zahl von Kokillen zu ändern; auch neu zu machen.
Aus DE-B-11 35 619 ist es bekannt, eine übliche Sandform mit festem Oberkasten und festem Unterkasten zu verwenden, wobei zum Erzeugen von Metallgußstücken mit dichtem Gefüge die aus Oberkasten und Unterkasten zusammengesetzte Sandform mit einer abgedichteten Haube überdeckt wird oder aber Oberkasten und Unterkasten abgedichtet miteinander zu verbinden und auf die freie Kastenoberfläche eine ebenfalls abgedichtete Haube aufzusetzen, nachdem der Formhohlraum mit der Metallschmelze gefüllt worden ist. Der Haubeninnenraum wird mit einem Druckgas beaufschlagt, der dann über die Porosität des Formsandes, insbesondere aber über die freien Schmelzoberflächen im Bereich der Speiser und Steiger verdichtend auf die Schmelze einwirkt. Trotz der Verwendung von Sandformen ist dieses Verfahren zeitaufwendig, da entweder jeweils eine vollständige Haube über die Sandform gesetzt werden muß oder aber beim Zusammensetzen der Sandform Sorge dafür getragen werden muß, daß Unterkasten und Oberkasten sowie die darauf aufgesetzte Druckhaube einwandfrei abgedichtet miteinander verbunden sind.
Aus US-A-2 960 736 ist es zur Lösung der Abdichtungsprobleme bekannt, auf die Speiseröffnung eine Druckhaube aufzusetzen, die mit einem Dichtkragen versehen ist, der in die Schmelze im Speiser eintaucht. Der Nachteil dieses Systems besteht unter anderem darin, daß zum Zwecke der Abdichtung im Endteil des Speisers unabhängig von der Größe der zu gießenden Gußstücke eine verhältnismäßig große Schmelzoberfläche vorhanden sein muß, so daß nach dem Abtrennen der Speiser vom fertigen Gußstück auch eine dementsprechend große Materialmenge wieder aufgeschmolzen werden muß.
Aus JP-A-61 052 978 ist ein Sandgußverfahren bekannt, bei dem die Metallschmelze unter Schwerkraft in die Sandform eingefüllt und anschließend mit einem Druckgas beaufschlagt wird. Um die Druckgasbeaufschlagung durchführen zu können, ist als Speiser ein Formteil aus temperaturwiderstandsfähigem Material auf der Basis von Aluminium-Aluminiumoxid-Siliziumoxid-Eisenoxid aufgesetzt. Dieser Speiser wird von einer aus Metall hergestellten, in die Sandform zusätzlich zum Speiserformteil eingeformten Druckkammer umschlossen. Diese Druckkammer steht mit einer Druckgasversorgung in Verbindung. Beim Ausformen des erkalteten Gußstücks muß das Speiserformteil und die Druckkammer zunächst aus der Sandform entfernt werden, bevor diese vollständig zerlegt und der Sand gegebenenfalls wieder aufgearbeitet werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gießen von Gußstücken aus Leichtmetall unter Einwirkung von Schwerkraft und in verlorenen Formen auf der Basis von Sand bezüglich der Qualität des hergestellten Gußstückes insbesondere in bezug auf ein besonders dichtes und feinkörniges Gefüge unter Vermeidung von Mikroporosität zu verbessern sowie das Volumen der in Form einer Druckmassel anfallenden Speisermaterials zu reduzieren. Leichtmetall im Sinne der Erfindung umfaßt insbesondere Aluminium und Aluminiumlegierungen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe in bezug auf die Verfahrensweise dadurch, daß auf die Form ein Deckelkern auf Sandbasis aufgelegt wird, der zumindest einen Speiser enthält und der zumindest in den mit Druckgas beaufschlagbaren Bereichen gasundurchlässig ausgebildet ist und daß unmittelbar nach Beendigung des Füllvorgangs der mit Metallschmelze gefüllte Speiser über das Druckgas mit einem Druck beaufschlagt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist es möglich, auch bei verlorenen Formen aus Sand das Gefüge der erstarrenden Metallschmelze durch eine zusätzliche Druckgasbeaufschlagung über die Druckmasseln zu verbessern, zu verdichten und zu verfeinern, da durch die Anordnung eines luftundurchlässigen Deckelkerns eine unmittelbare Möglichkeit für die Druckgaszufuhr gegeben ist. Gleichzeitig kann das Volumen bzw. die Masse der Druckmassel gegenüber den herkömmlichen Gießverfahren mit verlorener Form um bis zur Hälfte verringert werden, so daß eine hohe Einsparung an Umlaufmaterial erzielt werden kann. Der Begriff "gasundurchlässig" im Sinne der vorliegenden Erfindung umfaßt neben einer Gasundurchlässigkeit im Wortsinne auch noch eine Gasdurchlässigkeit mit hohem Durchflußwiderstand, die bei einer Druckgasbeaufschlagung den gewünschten Druckaufbau oberhalb der Schmelze bei vertretbaren geringen Leckverlusten gewährleistet.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben. In bevorzugter Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Druckbeaufschlagung der Metallschmelze im Speiser während der ersten kritischen Erstarrungsphase der Metallschmelze ausgeführt wird, d. h. während die Metallschmelze noch heiß ist, so daß durch den ausgeübten Druck eine entsprechende Beeinflussung der noch fließfähigen Schmelze im gesamten Formraum möglich ist. Diese erste kritische Erstarrungsphase geht bis etwa zu einer Abkühlungstemperatur der Leichtmetallschmelze von 500°C, unterhalb dieser Temperatur hat die Druckbeaufschlagung nur noch begrenzte Wirkung (Ansprüche 5 und 6).
Um in einfacher Weise eine erfindungsgemäße Druckbeaufschlagung der Metallschmelze im Speiser zu dem Zeitpunkt zu erreichen, in dem der Einfüllvorgang beendet, die eingefüllte Metallschmelze jedoch noch nicht erstarrt ist, wird vorgeschlagen, oberhalb des Speisers und des den Speiser enthaltenden Deckelkerns einen Hohlraum abzuteilen, diesen abzudichten und dann mit einem Anschluß für die Beaufschlagung von Druckluft zu versehen (Anspruch 7). Nachdem die Druckbeaufschlagung des Speisers beendet ist, kann dieser abgeteilte Hohlraum in einem weiteren Verfahrensschritt dazu benutzt werden, um dann an diesen Raum oberhalb des Speisers einen Unterdruck anzulegen und dabei gleichzeitig die beim heißen Gießen, insbesondere aus den Formen entweichenden Gase abzusaugen (Anspruch 8).
Gemäß der Erfindung wird ferner eine (verlorene) Gießform mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch wenigstens einen einen Speiser enthaltenden Deckelkern auf Sandbasis, auf den eine den Speiserbereich abdichtende Druckmaske aufsetzbar ist, und wobei der Deckelkern zumindest im Anlagebereich der Druckmaske gasundurchlässig ausgebildet ist.
Um eine einwandfreie Druckbeaufschlagung auch bei Ausbildung des Deckelkerns auf der Basis von Sand zu erzielen, wird in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Form vorgeschlagen, daß der den Speiser enthaltende, auf der Basis von Sand gefertigte Deckelkern durch eine auf seine Oberfläche zumindest im Anlagebreich für die Druckmaske aufgebrachte Kernschlichte gasundurchlässig ausgebildet ist. Der Deckelkern selbst kann wiederum aus mehreren Einzelkernen zu einem Deckelkern zusammengesetzt sein, wobei jeder Einzelkern gasundurchlässig ausgebildet ist, und wobei die Einzelkerne zumindest im Bereich der Speiser dicht miteinander verbunden sein müssen. Dieser Deckelkern bzw. die Deckelkerne ermöglichen es, nach der Befüllung der Gießform mit Metall auf die in den Deckelkern angebrachten Speiser einen Druck auszuüben mittels Druckgas, um auf diese Weise eine verbesserte feinere und dichtere Gefügebildung des hergestellten Gußstückes bei gleichzeitig geringerem Speiservolumen - Druckmasselvolumen - während der Erstarrung zu erzielen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, den Deckelkern durch eine entsprechende Wahl des Formstoffs und des Binders so zu gestalten, daß er einem Druck von bis zu 1 bar standhält. Zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nur geringe Drücke unterhalb bis zu 1 bar erforderlich, um die gewünschte Dichte und Feinkörnigkeit des Gefüges zu erzielen.
Die Druckmaske, die auf den Deckelkern zum Herstellen eines Holraumes für die Druckbeaufschlagung vorgesehen ist, kann auch in Weiterbildung der Erfindung dazu benutzt werden, den durch die thermische Einwirkung der Metallschmelze auf den Formsand und den Kernsand entstehenden Rauch abzusaugen. Sie ist deshalb so gestaltet, daß unmittelbar nach der Erstarrung der Metallschmelze und Beendigung der Druckbeaufschlagung der Druckmasseln ein Unterdruck an den von der Druckmaske abgedeckten Hohlraum angelegt werden kann. Hierzu ist vorgesehen, die Druckmaske mit einem weiteren Anschluß zu versehen, der an eine Absaugvorrichtung anschließbar ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Abdichtung des Deckelkerns besteht darin, eine Kernschlichte als Dispersion mittels Tauchen oder Ansprühen aufzubringen. Die Oberflächenbehandlung mit einer Kernschlichte bewirkt auch eine verbesserte Festigkeit des Deckelkerns. Kernschlichten sind grundsätzlich für die Ausrüstung von Sandkernen zur Herstellung von Gußstücken aus Grauguß zum Erzielen glatter und porenfreier Oberflächen bekannt.
Für die erfindungsgemäße Ausrüstung eines Deckelkerns, um diesen gasundurchlässig auszubilden, werden Kernschlichten auf der Basis einer Dispersion feuerfester Füllstoffe in einem organischen Lösungsmittel vorgesehen. Diese Kernschlichten können auch zusätzlich Graphit enthalten. Als feuerfeste Füllstoffe kommen beispielsweise Silikat-Feuerfeststoffe, wie Zirkon-Silikat, Magnesium- und/oder Aluminium-Silikat in Frage. Zusätzlich kann auch Eisenoxyd als feuerfester Füllstoff in der Kernschlichte enthalten sein. Darüber hinaus enthalten die Kernschlichten auch geringe Mengen bis zu 1 Gew.-% eines Kunstharzes.
Mögliche Kernschlichten sind die vorangehend erläuterten Dispersionen, jedoch sind auch andere Materialzusammensetzungen einsetzbar, die eine gasundurchlässige Oberfläche der Sandkerne bewirken.
Um die Gefügeausbildung in der erfinderischen Form auf Basis von Sand für Leichtmetallgußstücke weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, den Formaußenteilen aus Sand, zumindest teilweise umfassende auf die Form zu und weg bewegbare Stützschalen zuzuordnen. Die Stützschalen, die vorzugsweise aus einem dauerhaften Material, beispielsweise Metall bestehen können, dienen der Druckabstützung von außen auf die Gießform während des Gießens und der Druckbeaufschlagung in der kritischen ersten Erstarrungsphase der Metallschmelze in der Gießform.
Die erfindungsgemäße Gießform ermöglicht ein neues und wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen von Gußstücken aus Leichtmetallen durch Schwerkraftgießen, insbesondere auch von so komplizierten Teilen, wie Zylinderköpfen und Zylinderblöcken von Brennkraftmaschinen mit hoher Qualität des Gusses unter Verwendung von sandformen sowohl für die Außenform als auch für die Kerne. Mittels der unmittelbar nach Beendigung des Gießvorganges zusätzlich auf das Gußstück über die Metallschmelze im Speiser ausgeübten Druckbeaufschlagung gelingt es, ein dichtes feines Gefüge gleichmäßig überall im gegossenen Teil zu erzeugen, so daß einerseits die Vorteile der verlorenen Formen auf der Basis von Sand genutzt werden können und andererseits die hohe Qualität erreicht wird, wie sie sonst nur bei Gußstücken im Kokillenguß erzielbar ist.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1
schematisch die Darstellung einer Gießform,
Fig. 2
die Ausrüstung der Gießform gem. Fig. 1 mit einer Druckmaske,
Fig. 3
eine schematisierte Explosionsdarstellung einer Gießform in Seitenansicht für ein Kurbelgehäuse,
Fig. 4
eine schematisierte Darstellung der Gießform gem. Fig. 3 in zusammengebautem Zustand,
Fig. 5
die Darstellung gem. Fig. 1 mit zusätz licher Glocke für die Absaugung.
In Fig. 1 ist im Querschnitt eine Gießform 1 für ein einfaches rotationssymmetrisches Gußstück mit einem Formhohlraum 2 dargestellt. Die Form 1 ist als verlorene Form mit Formaußenteilen 3.1, 3.2 sowie einem eingesetzten Kern 4 ausgebildet und mit einem Deckelkern 5 versehen, der Speiser 6 zur Bildung der Druckmassel aufweist. Die Formaußenteile 3.1 und 3.2 sind in den Teilungsfugen 7 zusammengefügt, ebenso kann der Kern 4 aus mehreren Teilen zu einem Kernpaket zusammengesetzt sein. Die Anzahl und Unterteilungen der Formaußenteile und der hergestellten Kerne 7 oder Kernpakete richtet sich nach der jeweils zu gießenden Gestalt des Gußstückes. Des weiteren ist ein Einguß 8 für die Metallschmelze an der Gießform 1 ausgebildet. Auch der Deckelkern 5 kann aus mehreren Kernteilen zusammengesetzt werden und einen oder mehrere Speiser 6 aufweisen.
In Fig. 2 ist die Form 1 nach dem Eingießen der Metallschmelze und dem Ausfüllen des Formhohlraumes zum Herstellen eines Gußstückes 9 dargestellt, wobei in den Speisern des Deckelkerns 5 die Druckmasseln 10 vorhanden sind.
Um nach dem Befüllen des Formhohlraumes mit der Metallschmelze eine Verdichtung und Vergleichmäßigung des Gefüges und Vermeidung von Mikroporosität zu erreichen, wird über die Speiser 6 auf die die Druckmassel 10 bildende Metallschmelze ein Gasdruck P ausgeübt. Dieser Druck P kann bis zu 1 bar betragen.
Um diesen Druck über die Speiser 6 auf die Metallschmelze im Formhohlraum bis zum Erstarren ausüben zu können, ist auf den Deckelkern 5 eine Druckmaske 11 abgedichtet aufgesetzt. Die Druckmaske 11 verfügt über einen Anschluß 12 für die Druckluftzufuhr.
Der auf der Basis von Sand in bekannter Weise hergestellte Deckelkern 5 ist üblicherweise mikroporös und damit luftdurchlässig. Um die Druckausübung über die Speiser 6 mittels Druckluft auf die noch flüssige Metallschmelze zu ermöglichen, ist der Deckelkern 5 auf seiner Oberfläche zumindest im Abdeckungsbereich durch die Druckmaske 11 mittels einer Kernschlichte beschichtet und somit im beschichteten Bereich gasundurchlässig. Diese Abdichtung der Oberfläche des Deckelkerns 5 kann beispielsweise durch Tauchen des Deckelkerns 5 in eine Kernschlichte erfolgen. Mit Hilfe der Kernschlichte, beispielsweise auf der Basis einer Dispersion feuerfester Füllstoffe in einem organischen Lösungsmittel, wie beispielsweise Zirkonsilikat und Kohlenstoff, geringe Mengen Kunstharz und Isoropanol, vergällt mit Aceton und etwas Wasser enthaltend, wird die Oberfläche des Deckelkerns 5 so dicht und stabil gemacht, daß der Deckelkern 5 luftdicht ist und dem, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, über die Druckmaske ausgeübten zusätzlichen Druck P standhält.
Es ist im wesentlichen nur erforderlich, den Deckelkern 5 in all den Bereichen durch Beschichtung abzudichten und luftdicht zu machen, die mit der Druckluft in Berührung kommen. Ein wirtschaftliches Verfahren hingegen ist jedoch, den Deckelkern in seiner Gänze in eine entsprechende Kernschlichte zu tauchen, die nicht nur eine entsprechende Abdichtwirkung an der Oberfläche des Deckelkerns sondern auch eine erhöhte Festigkeit bewirkt.
Falls der Deckelkern 5 aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist, ist jedes Teil vor dem Zusammensetzen mittels einer Kernschlichte äußerlich abzudichten.
Die auf den Deckelkern aufgebracht Kernschlichte muß vor der Verwendung des Deckelkerns trocknen und aushärten.
Das Aufbringen des Druckes P auf das gegossene Teil mittels der auf die Form aufgesetzten Druckmaske 11 erfolgt so lange, bis der Erstarrungsvorgang der Leichtmetallschmelze zu Ende geht, d. h. bis eine Temperatur unterhalb von 500°C erreicht wird. Diese Zeit richtet sich nach der Größe des Werkstückes, das hergestellt wird, beispielsweise bei einem Zylinderblock mit einem Gießgewicht von ca. 20 bis 22 kg für Brennkraftmaschinen ca. 1,5 Minuten.
In Fig. 3 ist die Anwendung der Erfindung auf die Herstellung eines Kurbelraumgehäuses für Brennkraftmaschinen in explosionsartiger Darstellung der hierfür benötigten Gießformteile dargestellt. Die äußere Gießform wird hierbei gebildet von dem oberen Formblock 3.4, den seitlichen Formteilen 3.5 sowie den unteren Formteilen 3.6, die wiederum aus einzelnen Kernteilen zusammengesetzt sein können, je nach Konfiguration. Der Kernblock 4.1, auch Kurbelraumkernblock genannt, ist wiederum aus einzelnen Kernteilen zusammengesetzt. Den oberen Abshluß der Form bildet der Deckelkern 5. Alle Gießformteile sowie der Kernblock 4.1 und der Deckelkern 5 sind auf der Basis von Sand als verlorene Form hergestellt. Der Deckelkern 5 kann dabei ein zusätzliches Teil 13, nämlich eine Zylinderlaufbüchse, enthalten, die im gegossenen Gußstück später verbleibt.
Der Deckelkern 5 enthält mindestens einen Speiser 6 für die Druckmassel und ist des weiteren oberseitig mit der Druckmaske 11 abdeckbar. Die Druckmaske 11 wird abgedichtet auf den Deckelkern 5 aufgesetzt und der so über den Deckelkern 5 gebildete abgeschlossene Hohlraum 14 kann dann mittels der über den Anschluß 12 zugeführten Druckluft mit Druck beaufschlagt werden, so daß zusätzlich über die Metallschmelze im Speiserbereich ein Druck auf die Metallschmelze in der Form bis zu ihrer Erstarrung ausgeübt werden kann.
Der Deckelkern 5 kann sich auch auf der gegenüberliegenden Seite des Kurbelgehäuses befinden, so daß die Form um 180° gedreht ist.
Um während des Gießens zur Erhöhung der Formgenauigkeit die Gießform zu stabilisieren und noch einen Druck von außen auf die Gießform auszuüben, können Stützschalen 16 vorgesehen sein, die auf die Formaußenteile 3.4, 3.5, 3.6 einwirken. Diese Stützschalen 16 können vor dem Entnehmen der abgegossenen Gießform nach Erstarrung beispielsweise von dem Gießplatz abgeklappt werden.
In Fig. 4 ist schematisch die verlorene Form auf der Basis von Sand, wie in Fig. 3 für ein Kurbelraumgehäuse beschrieben, im zusammengebauten Zustand schematisiert im Schnitt dargestellt. Mit dem Pfeil 17 ist die Richtung, in der der Auswerfer nach dem seitlichen Wegbewegen der Stützsschalen 16 arbeitet, bezeichnet. Auch hier ist der Deckelkern 5 an seiner Oberfläche mittels einer Kernschlichte beschichtet und so behandelt, daß er luftdicht abgedichtet ist und damit die Beaufschlagung mit einem Druck bis zu 1 bar mittels der Druckmaske 11 ermöglicht ist.
Nach der Druckbeaufschlagung des Deckelkerns 5, d. h. nach Beendigung derselben, ist es möglich, über einen zweiten Anschluß 18 sich in dem von der Druckmaske 11 gebildeten Hohlraum 14 oberhalb des Deckelkerns 5 angesammelte Rauchgase, die insbesondere durch die Einwirkung der heißen Schmelze aus den Formteilen und Kernen entweichen und ansammeln, abzusaugen.
In Fig. 5 ist eine Weiterbildung der Erfindung dargestellt, wobei auf die Druckmaske 11 eine weitere Absaugglocke 19 mit Abstand aufgebracht ist, so daß diese zweite Absaugglocke auch den Bereich der Formaußenteile im oberen Bereich abdeckt, so daß alle von der Form nach oben entweichenden, sich durch die Gießwärme entwickelnden Rauchgase unter der Absaugglocke 19 über den Anschlußstutzen 20 abgesaugt werden können. Es ist möglich, die Druckmaske 11 und die Absaugglocke 19 miteinander über Stützen 21 zu verbinden. Sowohl die Druckmaske 11 als auch die Absaugglocke 19 werden abgedichtet auf den Deckelkern 5 bzw. die Formaußenteile aufgesetzt. Die Anschlüsse 12 und 20 werden an entsprechende Druckgaszufuhr- und Absaugvorrichtungen angeschlossen.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen von Gußstücken aus Leichtmetall, insbesondere von Zylinderköpfen, Zylinderblöcken und/oder Kurbelgehäusen für Brennkraftmaschinen, mit einer einen Formhohlraum (2) für das Gußstück bildenden verlorenen Gießform auf der Basis von Sand, die Formaußenteile (3), mindestens einen Kern (7) und mindestens einen Speiser (6) zur Bildung einer Druckmassel aufweist, wobei die Gießform mit einem Einguß (8) für eine Metallschmelze versehen ist und die Metallschmelze unter Wirkung der Schwerkraft in den Formhohlraum (2) eingefüllt und anschließend mit Druck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Gießform ein Deckelkern (5) auf Sandbasis aufgelegt wird, der zumindest einen Speiser (6) enthält, der zumindest in den mit Druckgas beaufschlagbaren Bereichen gasundurchlässig ausgebildet ist und daß unmittelbar nach Beendigung des Füllvorgangs der mit Metallschmelze gefüllte Speiser (6) über das Druckgas mit einem Druck beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Füllvorgangs zur Druckbeaufschlagung des mit Metallschmelze gefüllten Speisers (6) eine Zufuhreinrichtung für das Druckgas an den gasundurchlässig ausgebildeten Teilbereichen dichtens angelegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Metallschmelze gefüllte Speiser (6) mit einem Druckgas bis zum etwa 1 bar beaufschlagt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasundurchlässigkeit des Deckelkerns (5) durch Aufbringen einer Kernschlichte zumindest auf Teilbereiche des Deckelkerns (5) bewirkt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung der Metallschmelze im Speiser (6) während der ersten kritischen Erstarrungsphase der Metallschmelze ausgeübt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen einer unterhalb 500°C liegenden Temperatur des in die Gießform gegossenen Metalls die Druckbeaufschlagung der Metallschmelze im Speiser (6) beendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckbeaufschlagung des Speiserbereichs ein oberhalb des Deckelkerns (5) befindlicher und gegenüber diesem abgedichteter Hohlraum (14) mit dem Druckgas beaufschlagt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Druckbeaufschlagung an dem mit Druck beaufschlagbaren Hohlraum (14) ein Unterdruck angelegt wird.
  9. Gießform zur Herstellung von Gußstücken aus Leichtmetall, insbesondere von Zylinderköpfen, Zylinderblöcken und/oder Kurbelgehäusen für Brennkraftmaschinen, mit Formaußenteilen (3), mindestens einem Kern (4) sowie mindesten einem Speiser (6) zur Bildung einer Druckmassel, der mit einer Einrichtung zur Beaufschlagung mit einem Druckgas verbindbar ist, für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein wenigstens einen Speiser (6) enthaltender Deckelkern (5) auf Sandbasis vorgesehen ist, auf den eine den Speiserbereich abdichtende Druckmaske (11) aufsetzbar ist, und daß der Deckelkern (5) zumindest im Anlagebereich der Druckmaske (11) gasundurchlässig ausgebildet ist.
  10. Gießform nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der den Speiser (6) enthaltende, auf der Basis von Sand gefertigte Deckelkern (5) durch eine auf seine Oberfläche zumindest im Anlagebereich für die Druckmaske (11) aufgebrachte Kernschlichte gasundurchlässig ausgebildet ist.
  11. Gießform nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Basis von Sand gefertigte Deckelkern (5) bei einer Druckbeaufschlagung des Speiserbereichs einem Druck von bis zu 1 bar standhält.
  12. Gießform nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschlichte als Dispersion auf den Deckelkern (5) mittels Tauchen oder Sprühen aufgebracht ist.
  13. Gießform nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß den Formaußenteilen (3) diese zumindest teilweise umfassende, auf die Form zu und weg bewegende Stützschalen (16) zugeordnet sind.
  14. Gießform nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmaske (11) einen Anschluß (18) zum Absaugen von Gasen aufweist.
  15. Gießform nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine über die Druckmaske (11) auf die Gießform, zumindest den Deckelkern (5) übergreifend, abgedichtet aufsetzbare Glocke (19) mit einem Anschluß (20) für eine Unterdruckbeaufschlagung vorgesehen ist.
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