Verfahren zum Giessen von metallischen Gussstücken, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Anwendung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Giessen von metallischen Gussstücken mit grossen Oberflächen und extrem ,dünnen Wandungen, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Anwendung des Verfahrens.
Es ist eine bekannte Tatsache, dass der Schwierig keitsgrad zum Erhalten von einwandfreien Gussstücken mit der Abnahme deren Querschnittsfläche zunimmt. Speziell die Bildung von Lunker, wie sie durch mangel haft ausgelaufene Gussformen, Schlacke und Sand ent stehen, ist weitaus häufiger bei dünnwandigen Gussstük- ken und weitaus ernsthafter, da solche Gussstücke wie Abwaschbecken und Badewannen emailliert werden.
Es sind schon verschiedene Verfahren und Vorrich- tungen zur Erzielung von einwandfreien dünnwandigen Gussstücken vorgeschlagen und versucht worden, doch alle diese Vorschläge wiesen mindestens einen oder mehrere ernsthafte Nachteile auf.
Bei der Anwendung von herkömmlichen Giessverfahren verursachen die un gleichmässigen Temperaturgradienten sm erstarrenden Gussgefüge ein Verziehen und :somit Deformationen des Gussstückes. Die Verwendung einer dicken Schicht einer Formauskleidung in der äusseren Formhälfte, wie das oft in der herkömmlichen Technik ausgeführt wird,
re sultiert meist in einer rauhen Gussobeifläche. Gleicher weise wurden bei der alleinigen Verwendung von Druck auf das geschmolzene Matenial während oder nach dessen Eintritt in die Giessform häufig unzulässige po röse Gussstücke hergestellt, beruhend auf der Luft oder anderen Gasen, welche im geschmolzenen Material ein- geschlossen wurden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Giessen von metallischen Gussstücken mit grossen Ober flächen und extrem dünnen Wandungen, wobei man aus einem unter. Druck -stehendem Schmelzofen das ge- schmolzene Metall in eine isolierte und überzogene, vor gewärmte äussere Formhälfte einbringt,
dann rasch eine isolierte und überzogene innere Formhälfte in eine Stel lung unmittelbar oberhalb des Spiegels des sich in der äusseren Formhälfte befindlichen geschmolzenen Me talls bringt und anschliessend langsam die Form schliesst, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man das geschmolzene Metall durch Erhöhung des Gasdruckes im Schmelzofen,
in die äussere Formhälfte einpresst und vor dem öffnen der Form den Gasdruck wieder auf den Ausgangsdruck absenkt.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vor richtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Ver- fahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen unter Druck stehenden Schmelzofen zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls mit einem gasdicht schlie ssenden Abschlussdeckel und einer darin angeordneten öffnung;
eine untere, äussere Formhälfte mit einer über dem Schmelzofen angeordneten öffnung; ein Verbin dungsrohr, das ,sich bis ins geschmolzene Metall in. Schmelzofen erstreckt und mit der öffnung der äusseren Formhälfte in Verbindung steht; und eine obere, innere Formhälfte, welche mit ;einem Ansatz versehen ist, wel cher bei geschlossener Form durch die öffnung in der äusseren Formhälfte hindurchragt, aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist schliesslich die Anwen dung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von Gussstücken aus. Grauguss.
Eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungs gemässen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 .einen Aufriss der Vorrichtung, Fig. 2A schematisch das Hydrauliksystem der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung und Fig. 2B das elektrische Schaltschema der in Fsg. 1 dargestellten Vorrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist geeignet zum Giessen von Waschschüsseln. Sie weist eine obere innere Formhälfte 3 auf, welche mittels eines, wie in den Fig. 2A und 2B dargestellten Servomotors derart betätigt wird, dass sie sich am Anfang jedes Zyklus in der offenen Stellung 2 befindet, sowie eine untere äussere Formhälfte <B>5</B>, welche über einem unter Druck stehenden Schmelzofen 14 ,
angeordnet und mit dem selben durch ein aus schwer schmelzbarem Material bestehendem Verbindungsrohr 6 verbunden ist. Der Schmelzofen 14 ist mit einem gasdicht schliessenden Abschlussdeckel 20 versehen. Eine zusätzliche Heizung 7 umgibt den oberen Teil des Rohres 6. Dieses Rohr 6 kann, wenn notwendig, mittels Wasser gekühlt werden, welches bei 8 in eine Kühlspirale eintritt und bei 10 wieder austritt.
Der Durchmesser des Verbindungsroh res 6 ist derart, dass es den Ansatz 11 der oberen inneren Formhälfte 3 aufnehmen kann.
Ferner sind auch Vorkehrungen getroffen, um die beiden Formhälften 3 und 5 mittels durch .die Kanäle 13 geführten Medien wie Luft, Dampf odar Wasser, zu kühlen.
Ein Inertgas, welches unter den herrschenden Zu ständen nicht oxydierend wirkt, wird über dem ge- schmolzenen Metall im Schmelzofen 14 unter Druck gehalten. Geeignete Inertgase für diesen Zweck ent halten Stickstoff, Argon, Helium, Chlor oder Kohlen dioxyd. Es können irgendwelche bekannte Mittel zum Zuführen des gewählten Gases zum Schmelzofen 14 verwendet werden.
Beim Beginn von jedem Formungszyklus ist der im Schmelzofen 14 über der Schmelze herrschende Gas druck P1 höher als der äussere Atmosphärendruck.
Der Gasdruck P1 ist zweckmässig derart gewählt, dass eine Säule von geschmolzenem Metall im Verbindungs- rohr 6 üb;
,r der Heizurig gehalten wird. Dann wird der Druck des Gases erhöht, und zwar um einen solchen Betrag, dass eine genügende Menge von geschmolzenem Metall in die äussere Formhälfte gelangt, um einen Guss mit minimalen Verlusten zu ergeben. Diese Menge ist in der Zeichnung durch die strichpunktierte Linie 1 angedeutet, während der dazu notwendige Druck mit P2 bezeichnet wind.
Der Spiegel des Füllmetalls und das Volumen der überfliessauffangvorrichtung sind aufeinander abge stimmt, um sicher zu ;sein, dass alles überfliessende Me tall nach der Formgebung noch immer mit dem Guss- stück verbunden .ist durch einen Abtrenngrat,
der vom fertigen Gussstück in einer zweiten Abtrennphase abge trennt wird. Der Oberflächenspiegel der Schmelze in der Giessform wird durch die Zeitdauer und den Fül lungsdruck gesteuert. Die gewünschte Höhe des Metall spiegels ist eine Funktion des Volumens der L7berfliess- auffangvorrichtung, welche abhängig ist von der Form und der Grösse des zu giessenden Teiles.
Während dieser Vorfüllvorgang durch -Erhöhung des Gasdruckes erfolgt, kann die obere innere Formhälfte 3 sich entweder in der Stellung 2, in welchen sie sich nach Beendigung des vorhergehenden Zyklus befindet, oder in einer Stellung unmittelbar oberhalb des Spiegels 1 der Schmelze in oder äusseren Formhälfte 5 oder sogar in der .Stellung 4 befinden.
Wenn jedoch die Stellung 4 verwendet wird, muss der Isolationswert des Überzuges auf den Formhälften hoch genug sein, um ein Füllen der Gussform zu ermöglichen, bevor das Gefüge zu erstarren beginnt. Zur Bildung der Giessform wird die innere Formhälfte 3 langsam so weit in die äussere Formhälfte 5 gebracht,
dass der zentrale Ansatz 11 die Öffnung 16 der äusseren Fornnhälfte 5 durchdringt und bringt dadurch das geschmolzene Metall in die durch die geschlossene Giessform definierte Form.
Sobald die Erstarrung des Gefüges vollständig ist, wird der Druck des sich im Schmelzofen 14 befindlichen Gases auf P1 reduziert, so dass sich der Spiegel der Schmelze vor dem Öffnen der Giessform 3,5 bis auf den mit 12 bezeichneten Spiegel absenkt. Die Lebensdauer des Ver bindungsrohres 6 wird auf diese Weise durch eine Minimalisierung der Wärmeschocks verlängert.
Wenn sich der Metallspiegel bis auf den mit 12 bezeichneten Spiegel abgesenkt hat, wird die innere Formhälfte 3 schnell in .die Stellung 2 zurückgezogen. Das druckgeformte Gussstück wird dann entweder in der äusseren Formhälfte 5 bleiben, oder an der inneren Formhälfte 3 anhaften.
Dies kann durch Regulieren der Temperaturen der Formhälften, durch den Ober flächenfinish der Formhälften und durch ,die Zykluszeit gesteuert werden. Die Temperatur der Formhälften ist durch die Zykluszeit bestimmt. Zum Beispiel verursacht eine Verlängerung der Zeit, während welcher die Giess form geschlossen bleibt, eine Erniedrigung der Tempe- ratur des gegossenen Stückes und eine Vergrösserung des Schwundes.
Dadurch klemmt sich das Gussstück auf der inneren Formhälfte der Giessform fest. Ein bevorzugtes Verfahren ist, die Gussform zu öffnen, wenn das Gussstück eine Temperatur von 950 bis 810 C aufweist. Das Gussstück bleibt dann in der äusseren unteren Formhälfte und kann dann auf ein fache Weise und ohne die Gefahr eines Bruches ent fernt werden.
Die Zeit für einen Zyklus et eine Funk tion der Menge des zu vergiessenden Metalls ,der ver wendeten Kühlung usw. Das fertige Gussstück kann durch Ausstossen mittels Ausstossstiften von der inneren Formhälfte oder durch Aufnehmen des Gussstückes aus der äusseren Formhälfte mittels herkömmlicher Va- kuumhalter entfernt werden.
Vorzugsweise sollte das Gussstück, bevor es unter notglühend abgekühlt ist, aus der Giessform entfernt werden.
Alle Oberflächen der Giessform, die durch das ge schmolzene Metall benetzt werden, sollten entweder mit Russ oder einer anderen geeigneten Schicht bedeckt werden. Eine geeignete mehrlagige Schicht besteht aus einer Grundschicht aus einem stark leitfähigen, hoch duktilen Material, einem inerten feuerfesten Metalloxyd und einem plasmaversprühten überzug eines schwer schmelzbaren Oxyds.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann durch die Verwendung eines elektrisch gesteuerten Hydrauliksy- sbens automatisiert werden, wie dies z. B. in den Fig. 2A und 2B dargestellt und nachstehend beschrieben ist.
Um die Vorrichtung in Betrieb zu setzen, wird ein in Fig. 2B eingezeichneter Startschalter 50 geschlossen, um ein Halterelais CR-1 einzuschalten. Das Solenoid Sol-1 wird dabei auch erregt, welches das Schliessventil 51 öffnet und somit ermöglicht, dass das Wasser durch das Vierwegventil '52 in den oberen Teil 40 des Servo motors strömen kann.
Der Stössel 41 des Servomotors ist betrieblich verbunden mit dien inneren Formhälf- ten 3.
Wenn der Servomotor in Betrieb gesetzt wird, be wegt er sich nach abwärts, und ein Begrenzungsschalter LS-1 wird geschlossen und vervollständigt den Halte kreis, wonach derRTI ID="0002.0206" WI="19" HE="4" LX="1453" LY="2351"> Startschalter 50 losgelassen wenden kann.
An einer Stelle über dem geschmolzenen Metall schliesst die sich senkende innere Formhälfte 3 den Begrenzungsschalter LS-2, so dass das Solenoid Sol-3 erregt wird, welches den direkten Ausgang des Wassers aus dem unteren Teil des Servomotors in den Abfluss 53 :
durch ein Ventil 54 zur Verlangsamung der Ver schiebegeschwindigkeit des Kolbens des Servomotors 40, 41 abschliesst, und das Wasser durch das einstell- bare Durchsträmventil 55 leitet. Der Begrenzungs:schal,- ter LS-2 erregt ferner noch einen Zeitgebermotor 56 und eine Zeitgebemkupplung TC-1.
Nachdem der gewünschte Zeitintervall vorüber ist, wird der Zeitschalter M-1 geschlossen und das Sole noid Sol-2 erregt, welches die Stellung des Vierweg- ventnls 52 verändert. Dies bewirkt einen freien Wasser fluss durch das Regulierventil 57 in den unteren Teil des Servomotors. Das aus dem oberen Teil des Servo motors austretende Wasser wird zum Abfluss 53 geleitet.
Wenn der Kolben des Servomotors beginnt, sich nach oben zu bewegen, dann ist der Begrenzungsschalter LS-2 geöffnet.
Am obersten Punkt des Rückweges wind der norma lerweise geschlossene Begrenzungsschalter LS-1 geöff net, das Halterelais CR-1, die Schaltkupplung TC-1 und der Motor 56 fallen aus, das Solenoid Sol-1 wird nicht mehr weiter erregt und alle Bewegungen hören auf.
Bei erfolgreichen Demonstrationen des praktischen Wertes der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemässen Vorrichtung wurden die Formteile 3 und<B>5</B> auf eine Temperatur von 370 bis 420 C vorgewärmt und die Temperatur der im Induktionsofen 14 geschmolzenen Schmehe lag zwischen 1310 und 1510 C.
Die Schmelze hatte folgende Zusammensetzung: 3,70 % Gesamtkohlen stoffgehalt; 2,40 % Silizium; 0,90 % Magnesium; 0,08 Schwefel 0,50% Phosphor, und der ReA Eisen. Das Gussstück wies unterschiedliche Wandstärken zwischen 0,5 und 3,2 mm auf. Die Oberflächengüte von allen Gussoberflächen war ausgezeichnet.
Method for casting metallic castings, device for performing the method and application of the method The invention relates to a method for casting metallic castings with large surfaces and extremely thin walls, a device for performing the method and an application of the method.
It is a known fact that the degree of difficulty in obtaining good castings increases as their cross-sectional area decreases. In particular, the formation of cavities, such as those caused by poorly leaked casting molds, slag and sand, is far more common in thin-walled castings and far more serious, since such castings as sinks and bathtubs are enamelled.
Various methods and devices have been proposed and attempted for obtaining good thin-walled castings, but all of these proposals have had at least one or more serious disadvantages.
When using conventional casting processes, the uneven temperature gradients sm solidifying cast structures cause warping and thus deformations of the casting. The use of a thick layer of mold liner in the outer mold half, as is often done in conventional technology,
This usually results in a rough cast surface. In the same way, the sole use of pressure on the molten material during or after its entry into the mold often produced impermissible porous castings based on the air or other gases that were trapped in the molten material.
The invention relates to a method for casting metallic castings with large upper surfaces and extremely thin walls, one from one under. Pressurized melting furnace brings the molten metal into an insulated and coated, pre-heated outer mold half,
then quickly brings an isolated and coated inner mold half into a position immediately above the level of the molten metal located in the outer mold half and then slowly closes the mold, and which is characterized in that the molten metal by increasing the gas pressure in Melting furnace,
is pressed into the outer mold half and before the mold is opened, the gas pressure is reduced to the initial pressure.
The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention, which is characterized in that it comprises a pressurized melting furnace for receiving the molten metal with a gas-tight closing cover and an opening arranged therein;
a lower, outer mold half with an opening arranged above the melting furnace; a connecting pipe that extends into the molten metal in the melting furnace and is in communication with the opening of the outer mold half; and an upper, inner mold half which is provided with a shoulder which protrudes through the opening in the outer mold half when the mold is closed.
The invention finally relates to the application of the method according to the invention for producing castings. Gray cast iron.
An example embodiment of the fiction, contemporary device is shown in the drawing. 1 shows an elevation of the device, FIG. 2A schematically shows the hydraulic system of the device shown in FIG. 1, and FIG. 2B shows the electrical circuit diagram of the device shown in FIG. 1 shown device.
The device shown in Fig. 1 is suitable for pouring wash bowls. It has an upper inner mold half 3, which is actuated by means of a servo motor as shown in FIGS. 2A and 2B in such a way that it is in the open position 2 at the beginning of each cycle, as well as a lower outer mold half <B> 5 </B>, which over a pressurized melting furnace 14,
arranged and connected to the same by a connecting pipe 6 made of a difficult-to-melt material. The melting furnace 14 is provided with a sealing cover 20 that closes in a gas-tight manner. An additional heater 7 surrounds the upper part of the pipe 6. This pipe 6 can, if necessary, be cooled by means of water, which enters a cooling spiral at 8 and exits again at 10.
The diameter of the connection tube 6 is such that it can accommodate the extension 11 of the upper inner mold half 3.
Furthermore, precautions have also been taken to cool the two mold halves 3 and 5 by means of media such as air, steam or water that are guided through the channels 13.
An inert gas, which does not have an oxidizing effect under the prevailing conditions, is kept under pressure above the molten metal in the melting furnace 14. Suitable inert gases for this purpose contain nitrogen, argon, helium, chlorine or carbon dioxide. Any known means of supplying the selected gas to the furnace 14 can be used.
At the beginning of each molding cycle, the gas pressure P1 prevailing above the melt in the melting furnace 14 is higher than the external atmospheric pressure.
The gas pressure P1 is expediently chosen such that a column of molten metal in the connecting pipe 6 over;
, r the Heizurig is kept. The pressure of the gas is then increased, by such an amount that a sufficient amount of molten metal enters the outer mold half to produce a casting with minimal losses. This amount is indicated in the drawing by the dash-dotted line 1, while the pressure required for this is designated by P2.
The level of the filler metal and the volume of the overflow catcher are coordinated to ensure that all overflowing metal is still connected to the casting after shaping.
which is separated from the finished casting in a second separation phase. The surface level of the melt in the casting mold is controlled by the length of time and the filling pressure. The desired height of the metal level is a function of the volume of the overflow collecting device, which depends on the shape and size of the part to be cast.
While this pre-filling process takes place by increasing the gas pressure, the upper inner mold half 3 can either be in position 2, in which it is after the end of the previous cycle, or in a position directly above the level 1 of the melt in or outer mold half 5 or even in the 4 position.
However, if position 4 is used, the insulation value of the coating on the mold halves must be high enough to allow the mold to be filled before the structure begins to solidify. To form the casting mold, the inner mold half 3 is slowly brought into the outer mold half 5 so that
that the central extension 11 penetrates the opening 16 of the outer mold half 5 and thereby brings the molten metal into the shape defined by the closed casting mold.
As soon as the solidification of the structure is complete, the pressure of the gas in the melting furnace 14 is reduced to P1, so that the level of the melt drops to the level indicated by 12 before the casting mold 3.5 is opened. The life of the connecting tube 6 is extended in this way by minimizing the thermal shocks.
When the metal mirror has lowered to the mirror labeled 12, the inner mold half 3 is quickly withdrawn into position 2. The compression-molded casting will then either remain in the outer mold half 5 or adhere to the inner mold half 3.
This can be controlled by regulating the temperatures of the mold halves, the surface finish of the mold halves and the cycle time. The temperature of the mold halves is determined by the cycle time. For example, an increase in the time during which the mold remains closed causes the temperature of the cast piece to drop and the shrinkage to increase.
As a result, the casting is clamped firmly on the inner mold half of the casting mold. A preferred method is to open the mold when the casting has a temperature of 950 to 810 ° C. The casting then remains in the outer lower mold half and can then be removed in a simple manner and without the risk of breakage.
The time for a cycle and a function of the amount of metal to be cast, the cooling used, etc. The finished casting can be removed from the inner mold half by ejecting it using ejector pins or by picking up the casting from the outer mold half using conventional vacuum holders .
The casting should preferably be removed from the casting mold before it has cooled down under emergency glowing conditions.
All surfaces of the mold that are wetted by the molten metal should be covered with either soot or some other suitable layer. A suitable multi-layer layer consists of a base layer made of a highly conductive, highly ductile material, an inert refractory metal oxide and a plasma-sprayed coating of a difficult-to-melt oxide.
The device according to the invention can be automated through the use of an electrically controlled hydraulic system, such as As shown in Figures 2A and 2B and described below.
In order to put the device into operation, a start switch 50 shown in FIG. 2B is closed in order to switch on a holding relay CR-1. The solenoid Sol-1 is also energized, which opens the closing valve 51 and thus enables the water to flow through the four-way valve 52 into the upper part 40 of the servo motor.
The ram 41 of the servomotor is operatively connected to the inner mold halves 3.
When the servomotor is started, it moves downward and a limit switch LS-1 is closed, completing the hold circuit, after which the RTI ID = "0002.0206" WI = "19" HE = "4" LX = "1453 "LY =" 2351 "> start switch 50 released.
At a point above the molten metal, the lowering inner mold half 3 closes the limit switch LS-2 so that the solenoid Sol-3 is energized, which directs the water out of the lower part of the servomotor into the drain 53:
by means of a valve 54 for slowing down the displacement speed of the piston of the servomotor 40, 41, and directs the water through the adjustable flow valve 55. The limiter switch LS-2 also energizes a timer motor 56 and a timer clutch TC-1.
After the desired time interval has passed, the time switch M-1 is closed and the sole noid Sol-2 is excited, which changes the position of the four-way valve 52. This causes a free flow of water through the regulating valve 57 into the lower part of the servo motor. The water emerging from the upper part of the servomotor is directed to the drain 53.
When the servomotor piston begins to move up, the limit switch LS-2 is open.
At the top of the way back, the normally closed limit switch LS-1 winds open, the holding relay CR-1, the switching clutch TC-1 and the motor 56 fail, the solenoid Sol-1 is no longer energized and all movements cease .
In successful demonstrations of the practical value of the device according to the invention shown in FIG. 1, the molded parts 3 and 5 were preheated to a temperature of 370 to 420 C and the temperature of the melted melt in the induction furnace 14 was between 1310 and 1510 C.
The melt had the following composition: 3.70% total carbon content; 2.40% silicon; 0.90% magnesium; 0.08 sulfur, 0.50% phosphorus, and the ReA iron. The casting had different wall thicknesses between 0.5 and 3.2 mm. The surface quality of all cast surfaces was excellent.