DE2508171A1

DE2508171A1 - Verfahren und vorrichtung zum druckgiessen von metallen mit hohem schmelzpunkt

Info

Publication number: DE2508171A1
Application number: DE19752508171
Authority: DE
Inventors: Raymond Cooksey; Roland George Ronald Sellors
Original assignee: GKN Group Services Ltd
Current assignee: GKN Group Services Ltd
Priority date: 1974-02-27
Filing date: 1975-02-26
Publication date: 1975-09-04
Also published as: IT1033239B; JPS50124832A; FR2261826A1; FI750527A; SE7502262L; FR2261826B3

Description

G.K.N. GROUP SERVICES LIMITED in Smethwick, Warley in the County of Worcester, (GROßBRITANNIEN)

Verfahren und Vorrichtung zum Druckgießen von Metallen mit hohem Schmelzpunkt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Druckgießen von Metallen mit hohem Schmelzpunkt, z.B. von Eisenmetallen. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit de.r Ausübung eines solchen Verfahrens in einer Vorrichtung, die trennbareXind wiederholt benutzbare Formhälften umfaßt, die zusammen einen Formhohlraum bilden, in den geschmolzenes Metall unter Druck eingebracht und erstarren gelassen wird, worauf die Formhälften getrennt werden und das Gußstück ausgeworfen wird.

Gewöhnlich ist eine der Formhälften feststehend ausgebildet, während die andere beweglich ist. Durch die Gestaltung der Formhälften wird das Gußstück beim öffnen^:der Formhälften in der beweglichen Formhälfte festgehalten. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß dafür Sorge getragen wird, daß mehr Oberfläche des Gußstücks in der beweglichen Formhälfte als in der feststehenden Formhälfte enthalten ist, in..dem eine geeignet bemessene Konizität in den Formhälften vorgesehen wird, oder in dem das Gußstück von Ejektoren

5Q9836/Ö72S

erfaßt wird, die der beweglichen Pormhälfte zugeordnet sind und auf das darin befindliche Gußstück einwirken, um es aus der Pormhälfte auszuwerfen.

Nachdem das Gußstück aus der Form ausgeworfen worden ist, ist es notwendig, die Form zu reinigen und die Formoberfläche mit einem geeigneten Trennmittel wie Ruß zu überziehen. Um Zugang zu den Formoberflächen für die Reinigungs- und Überziehvorgänge zu schaffen, ist es notwendig, die Formhälften um einen relativ großen Betrag voneinander zu trennen. Das Gußstück, welches in der beweglichen Formhälfte während deren Rückzugsbewegung von der festen Formhälfte festgehalten w,ird, kühlt sich ab und zieht sich zusammen.

Das Resultat ist, daß in den Fällen, in denen der Formhohlraum so gestaltet ist, daß das erzeugte Gußstück einen mittleren Teil mit einer Längsachse aufweist, der mindestens zwei einander mit Abstand längs des Teils gegenüberliegende und sich im wesentlichen quer zu der Längsachse erstreckende sρannungserzeugende Flächen umfaßt, die Zusammenziehung des mittleren ¹M.! des Gußstücks zu auf die Form ausgeübten Druckkräften führt, die eine solche Größe annehmen, daß sie Verschleiß und Schädigungen der Form verursachen und somit die Betriebsdauer der Form verringern. Darüberhinaus wird die thermische Zusammenziehung des Gußstücks durch die Form blockiert, und dies kann zu Warmrissen des mittleren Teil des Gußstücks führen, wenn die durch die Abkühlungszusammenziehung erzeugten Spannungen die Zugspannungs-Fließgrenze des mittleren Teils übersteigen. Das Problem der Warmrisse bei der Abkühlungszusammenziehung kann schon vor dem öffnen der Formhälften auftreten.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines neuen und verbesserten Verfahrens und einer

5G9836/Ö726

solchen Vorrichtung zum Druckgießen von Metallen mit hohem Schmelzpunkt, durch die die vorerwähnten Probleme überwunden oder reduziert werden.

Erfindungsgemäß werden die Probleme überwunden oder reduziert, in_ dem der Formhohlraum mit Verankerungsmitteln versehen wird, die in einer Wirkungsbeziehung zu den spannungserzeugenden Flächen an einer solchen Stelle angeordnet werden, daß beim Erstarren des geschmolzenen Metalls der mit den Verankerungsmitteln versehene Teil des Gußstücks sich beim Zusammenziehen dirch die Abkühlung nicht in Richtung der Längsachse gegenüber dem Formhohlraum bewegen kann, wodurch Warmrisse des Gußstücks verhindert oder vermindert und/oder die den entsprechenden Flächen auferlegten Spannungen verringert werden.

In der vorliegenden Beschreibung wird der Ausdruck "einander gegenüberliegende spannungserzeugende Flächen" für ein Flächenpaar verwendet, das einer Ebene zugewandt ist, welche im wesentlichen sich quer zu der Achse erstreckt und zwischen den spannungserzeugenden Flächen angeordnet ist,

Es können ein oder mehrere Verankerungsmittel im wesentlichen nur zur Reduzierung derjenigen Zugspannungen in den mittleren Teil des Gußstücks vorgesehen werden, die durch die Zusammenziehung bei der Abkühlung hervorgerufen werden und sonst relativ hohe Spannungen den entsprechenden Flächen des Formhohlraums auferlegen und/oder Warmrisse des mittleren Teiles Gußstücks verursachen.

Die Verankerungsmittel können eine Ausnehmung oder einen Vorsprung in dem Formhohlraum von solcher Gestalt umfassen, daß beim Erstarren des Metalls eine Wechselwirkung zwischen der Ausnehmung oder dem Vorsprung und dem erstarrten Metall des Gußstücks in der

509836/0726

Weise eintritt, daß an der betreffenden Stelle eine Bewegung des Gußstücks relativ zu der Form unterbunden wird.

Die Abmessung und Ausbildung der Verankerungsmittel können so gewählt sein, daß die Verankerungsmittel die geringste Größe aufweisen, bei der die bei der Zusammenziehung des mittleren Teils des Gußstücks auf sie ausgeübten Kräfte noch aufgenommen werden können.

Es können zwei oder mehrere Verankerungsmittel vorgesehen sein, wobei die Verankerungsmittel an mehreren Abstand längs der Achse aufweisenden Stellen in dem Formhohlraum angeordnet sind.

Die Verankerungsmittel können unmittelbar an zumindest einer der trennbaren Formhälften angebracht ader an Einsätzen vorgesehen sein, die an mindestens einer der Formhälften festgelegt sind.

Die chemische Zusammensetzung und der thermische Ausdehnungskoeffizient des zu vergießenden Metalls, die thermische Leitfähigkeit, die spezifische Wärme und die Dichte des Formmaterials, das Verhältnis von Volumen zur Oberfläche und das Verhältnis von Länge zu kleinster Querabmessung des mittleren Teils des Gußstücks sowie die Gießtemperatur sind so gegeben, daß das herzustellende Gußstück normalerweise Warmrißverdächtig ist,und/oder den entsprechenden Flächen der Form übermäßige Spannungen auferlegt.

Durch die Vorsehung von Verankerungsmitteln entsprechend der Erfindung wird das Gußstück relativ zu den Formhälften an den Stellen der Verankerungsmittel festgelegt. Wird däsr ein Verankerungsmittel an zumindest einer Stelle in Wirkungsbe Ziehung zu den spannungserzeugenden Flächen vorgesehen, verteilt sich die auf die Form durch die thermische Zusammenziehung des mittleren Teils des Gußstücks auferlegte Last zwischen den spannungserzeugenden Flächen des Gußstücks und den Verankerungsmitteln, so daß die von dem 509836/0726

Gußstück auf die Form an einer einzelnen Stelle übertragene Last verringert wird. Dies hat die Wirkung, die Lebensdauer der Form zu erhöhen, in„dem deren Belastung an bestimmten lokalisierten Stellen vermindert ist.

Es werden auch Warmrisse des Gußstücks/eduziert und verhindert, in dem das Gußstück an innerhalb seiner Länge gelegenen Stellen verankert wird und dadurch die Gesamtzusammenziehung des Gußstücks und somit die in diesem erzeugten inneren Spannungen vermindert werden.

Die vorliegende Erfindung ist für Gußstücke anwendbar, bei denen der Querschnitt über die in Rede stehende relevante Länge konstant oder veränderlich ist. Die Anordnung der Verankerungsmittel wird empirisch ermittelt und an die Konfiguration des herzustellenden Gußstücks angepaßt.

Für einen konstanten zylindrischen Querschnitt von etwa 13 mm Durchmesser werden die Verankerungsmittel in einem typischen Beispiel etwa 3*8 bis 6,3 cm auseinander angeordnet.

Wenn die Verankerungsmittel Vorsprünge auf dem Gußstück umfaßt, können diese Vorsprünge nach dem Auswerfen des Gußstücks aus dem Formhohlraum entfernt werden.

Die Erfindung wird nun -an Ausführungsbeispielen im Einzelnen anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

In Fig. 1 ist eine Druckgießmaschine mit trennbaren und wiederholt benutzbaren Formhälften 10 dargestellt, die zusammen einen Formhohlraum 11 bilden und an einer Trennebene "χ" getrennt werden können.

Eine der Formhälften 10 ist von einem auf der. Maschinenbett I3 angeordneten Träger 12 getragen. Die andere Formhälfte 10 ist beweglich und von einer gleitenden Platte 14 getragen, die entlang horizontaler

509836/0726

Säulen 15 verschiebbar ist, die gegenüber dem Maschinenbett I3 fest angeordnet sind. Die gleitende Platte wird entlang den Säulen 15 durch einen als Ganzes mit 16 bezeichneten Kniehebelmechanismus verschoben. Der Kniehebelmechanismus wird von einer Kolben/Zylindereinheit I7 betätigt. Die Kolbenstange l8 erstreckt s±h von der Kolben/Zylindereinheit 17 zu dem Kniehebelmechanismus 16. Ebenfalls auf dem Maschinenbett 13 ist eine Kolben/Zylindereinheit 19 angeordnet, die eine Kolbenstange 20 zur Betätigung des nicht dargestellten Kolbens einer Druckkammer 21 in üblicher Weise aufweist.

Das geschmolzene Metall wird in die Druckkammer an einer Eingabestation 22 beispielsweise aus einem Tiegel 23 eingegeben. Die Kolben/Zylindereinheit 19 wird dann in Betrieb gesetzt, so daß die Kolbenstange 20 den Kolben der Druckkammer 21 gemäß Fig. 1 nach. links bewegt und das geschmolzene Metall in den Formhohlraum 12 überführt, der zwischen den Formhälften 10 in deren geschlossener Position gebildet ist.

In Fig. 2 ist nur die bewegliche Formhälfte 10 dargestellt (die Trennebene "X-X" der Formhälften liegt dabei parallel zur Zeichenebene). Die in Fig. dargestellte Formhälfte 10 hat einen mit 24 bezeichneten Formhohlraum, der zusammen mit der anderen Formhälfte den Formhohlraum 11 bestimmt, in dem das Gußstück 25 hergestellt wird. Das Gußstück 25 umfaßt Teile 26, die sich im wesentlichen quer zu einer Achse A-A des Gußstücks erstrecken. Die Teile 26 umfassen Anlageflächen 27 und 28, die einander gegenüberliegen wie vorstehend festgelegt, und sich im wesentlichen quer zu der Achse A-A erstrecken und Abstand in Richtung dieser Achse aufweisen.

50983670726

Die Formhälfte ist mit Ausnehmungen 29 versehen, die Verankerungsmittel bilden und längs der Achse A-A des Gußstücks 25 Abstand voneinander aufweisen und zwischen den Flächen 27 und 28 gelegen sind.

Wenn Metall in den Formhohlraum 11 eingebracht wird, tritt es in die Ausnehmungen 29 ein. Beim Erstarren des Metalls verankert das Metall in den Ausnehmungen 29 die damit verbundenen Teile des Gußstücks an der Formhälfte. Auf diese Weise werden beim Zusammenziehen des Gußstücks in der Form beim Abkühlen des Gußstücks die mit den Verankerungsmitteln versehenen Teile des Gußstücks daran gehindert, sich relativ zu der Form in Richtung der Achse A-A zu bewegen. Somit stammen die durch die Anlage flächen und 28 des Gußstücks auf die entsprechenden Flächen 27a und 28a der Form ausgeübten Kräfte nur der Zusammenziehung des Gußstücks über die Strecken A und B entsprechen, wodurch die von dem Gußstück den Flächen 27a und 28a der Form auferlegten Lasten verringert werden.

Darüberhinaus werden die in dem Gußstück erzeugten inneren Kräfte (die sonst zu Warmrissen führen würden) reduziert, da sich das Gußstück nicht auf seiner ganzen Länge zusammenziehen kann sondern nur in den separaten Abschnitten A,B und C, wodurch der Gesamtbetrag der in dem Gußstück erzeugten inneren Kräfte vermindert und damit auch die Neigung zu Warmrissen reduziert oder eliminiert ist.

In Fig, J5 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der eine Führungsplatte (fairlead) gegossen wird.

Da die Führungsplatte atf einer flachen Oberfläche angebracht werden muß, ist es wesentlich, daß die Befestigungsfläche der Führungsplatte eben ist. Weil eine bestimmte Konizität in der Form der Druckgußmaschine 5G9836/G726

vorhanden sein muß, damit das Gußstück entfernt werden kann,„muß in den Formhälften ein Einsatz angebracht werden, der üblicherweise als Kernplatte bezeichnet wird und mit einer flachen Oberfläche versehen ist. In der Zeichnung ist die Form mit 110 und die Kernplatte mit 111 bezeichnet. Es sind mechanische oder hydraulische Einrichtungen vorhanden, mittels deren die Kernplatte von der übrigen Form abgezogen wird, wenn die Formhälften geöffnet werden. Die wirkende Oberfläche 114 der Kernplatte ist flach mit Ausnahme von Verankerungsmitteln in Form von Vorsprüngen 115* die eine geeignete Konizität aufweisen, so daß sie aus dem Gußstück herausgezogen werden können, wenn die Formhälften getrennt werden.

Wenn das geschmolzene und in den Formhohlraum 116 eingegossene Metall erstarrt ist und abkühlt ₉ zieht sich das Gußstück 117 thermisch zusammen und belastet dadurch die Teile 118 der Form. Um diese Belastung und damit den Formverschleiß sowie jegliche Tendenz des Gußstücks zu Warmrissen zu verringern, sind die Verankerungsvorsprünge II5 vorgesehen. Diese verankern das Gußstück in Bereichen, die den Stellen benachbart sind, wo die Belastung auf die Form aufgebracht wird. Auf diese Weise wird die Zusammenziehung des Gußstücks reduziert und die zwischen dem Gußstück und der Form übertragene Last verringert. Darüberhinaus ist die Mgung zum Auftreten von Warmrissen reduziert oder eliminiert.

Obwohl in dieser Beschreibung zwei besondere Ausführungsbeispiele von Verankerungsmitteln beschrieben worden sind, können ersichtlich gewünschtenfalls auch ^; andere Formen von VerankerungsmitteIn vorgesehen sein. Beispielsweise könnten in dem ersten Ausführungsbeispiel an Stelle der Verankerungsausnehmungen Veranke-

509836/0726

— Q _

rungsvorspränge vorgesehen sein. In ähnlicher Weise könnten in der Kernplatte des zweiten Ausführungsbeispiels anstelle der Ve ranke rungs vorsprünge II5 verankerungsausnehmungen angebracht sein. Dies würde zu Vertiefungen in der Oberfläche des Gußstücks des eisten Ausführungsbeispielsr.und Vorsprüngen auf der Unterseite des Gußstücks des zweiten Ausführungsbeispiels führen. Je nach der Anwendung der Gußstücke mag dies nicht zulässig sein. Die Art der Verankerungsmittel wird demgemäß 'je nach dem beabsichtigen Gebrauch des gegossenen Gegenstandes ausgewählt.

Wenn weiterhin die Verankerungsmittel Vorsprünge auf dem Gußstück bilden, können diese nachträglich entfernt werden, da sie keinem anderen Zweck dienen, als das Gußstück in dem Formhohlraum während des Gießvorgangs zu verankern.

Die Verankerungsmittel werden vorzugsweise so klein wie möglich gemacht und besitzen eine solche Dimension und Ausbildung, wie sie noch zuträglich sind, damit die Ve ranke rungs.vorsprünge die Kräfte aufnehmen können, die ihnen als Ergebnis der Zusammenziehung des mittleren Teils des Gußstücks auferlegt werden.

In dieser Beschreibung dient der Ausdruck "Gußstück" für einen Gegenstand in der Form, in der er normalerweise den Formhohlraum verläßt. Gewünschtenfalls können an dem Gußstück nachfolgende Bearbeitungsvorgänge ausgeführt werden, bevor er für seinen bestimmungsgemäßen Zweck verwendet oder verkauft wird. Der Ausdruck "Metalle mit relativ hohem Schmelzpunkt" bezieht sich auf Metalle mit einem Schmelzpunkt nicht unterhalb etwa 1200 C. Typische Metalle dieser Art sind Stähle, Gußeisen und Legierungen auf Nickel- oder Kobaltbasis.

509836/0726

Claims

G.K.N. GROUP SERVICES LIMITED in Smethwick, Warley in the County of Worcester, (GROßBRITANNIEN) Patentansprüche.

1. Verfahren zum Druckgießen von Metallen mit hohem Schmelzpunkt in einem zwischen zwei trennbaren und wiederholt benutzbaren Formhälften gebildeten Formhohlraum,'der so gestaltet ist, daß das erzeugte Gußstück einen mittleren Teil mit einer Längsachse aufweist und der mindestens zwei mit Abstand einander längs des Teils gegenüberliegende und sich im wesentlichen quer zur Längsachse erstreckende spannungserzeugende Flächen umfaßt, wobei der mittlere Teil des Gußstücks normalerweise warmriHverdächtig ist und/oder den entsprechenden Flächen des Formhohlrauns, an denen die spannungserzeugenden Flächen des Gußstücks anliegen, Spannungen auferlegt und damit übermäßigen Verschleiß derselben verursacht, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum mit Verankerungsmittein versehen wird, die in einer Wirkungsbeziehung zu den spannungs-Ä erzeugenden Flächen an einer solchen Stelle angeordnet werden, daß beim Erstarren des geschmolzenen Metalls der mit den Verankerungsmitteln versehene Teil des Gußstücks sich beim Zusammenziehen durch die Abkühlung nicht in Richtung der Längsachse gegenüber dem Formhohlraum bewegen kann, wodurch Warmrisse des Gußstücks verhindert oder vermindert und/oder die den entsprechenden Flächenrauferlegten Spannungen verringert werden.

509336/0726

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Verankerungsmittel im wesentlichen nur zur Reduzierung derjenigen Zugspannungen in dem mittleren Teil des Gußstücks vorgesehen werden, die durch die Zusammenziehung bei der Abkühlung hervorgerufen werden und sonst relativ hohe Spannungen den entsprechenden Flächen des Formhohlraums auferlegen und/oder Warmrisse des mittleren Teils des Gußstücks verursachen.

j5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmittel eine Ausnehmung oder einen Vorsprung in dem Formhohlraum von solcher Gestalt umfassen, daß beim Erstarren des Metalls eine Wechselwirkung zwischen der Ausnehmung oder dem Vorsprung und dem erstarrten Metall des Gußstücks in der Weise eintritt, daß an der betreffenden Stelle eine Bewegung des Gußstücks relativ zu der Form unterbunden wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß Abmessung und Ausbildung der Verankerungsmittel so' gewählt sind, daß die Verankerungsmittel die geringste Größe aufweisen, bei der die bei der Zusammenziehung des mittleren Teils des Gußstücks auf sie ausgeübten Kräfte noch aufgenommen werden können.

5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Zusammensetzung und der thermische Ausdehnungskoeffizient des zu vergießenden Metalls, die thermische Leitfähigkeit, die spezifische Wärme und die Dichte des Formmaterials, das Verhältnis von Volumen zu Oberfläche und dass Verhältnis von Länge zu kleinster Querabmessung des mittleren Teils des Gußstücks sowie die Gießtemperatur so gegeben sind, daß das herzustellende Gußstück nor-

509836/0726

malerweise warmrißverdächtig ist und/oder den entsprechenden Flachen der Form übermäßige Spannungen auferlegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmitte1 Vorsprünge am Gußstück umfassen und daß die Vorsprünge nach dem Auswerfen des Gußstücks aus dem Formhohlraum entfernt werden.

7- Vorrichtung zum Druckgießen von Metallen mit hohem Schmelzpunkt in einem zwischen zwei trennbaren und wiederholt benutzbaren Formhälften gebildeten Formhohlraum, der so gestaltet ist, daß das erzeugte Gußstück einen mittleren Teil mit einer Längsachse aufweist und der mindestens zwei einander mit Abstand längs des Teils gegenüberliegende und sich im wesentlichen quer zur Längsachse erstreckende spannungserzeugende Flächen unfajöt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Formhohlraum (11,116) Verankerungsmittel (29, 115) vorgesehen sind, die in einer Wirkungsbe Ziehung zu den spannungserzeugenden Flächen (27,28;118,118) an einer solchen Stelle angeordnet sind, daß beim Erstarren des geschmolzenen Metalls der mit den Verankerungsmitteln (29,115) versehene Teil des Gußstücks (25,117) sich beim Zusammenziehen durch die Abkühlung nicht in Richtung der Längsachse (A-A) gegenüber dem Formhohlraum (11,116) bewegen kann, viiodurch Warmrisse des Gußstücks (25*117) verhindert oder vermindert und/oder die den entsprechenden Flächen (27a, 28a) auferlegten Spannungen verringert werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmittel im wesentlichen nur zur Reduzierung derjenigen Zugspannungen in dem mittleren Teil des Gußstücks vorgesehen sind, die durch die Zusammenziehung bei der Abkühlung hervorgerufen werden und sonst relativ hohe Spannungen den ent-

509836/Ö726

sprechenden Flächen (27a,28a") des Formhohlraums (11, 116) auferlegen und/oder Warmrisse des mittleren Teils des Gußstücks (25,117) verursachen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmittel eine Ausnehmung (29) oder einen Vorsprung (115) in dem Formhohlraum (11,116) von solcher Gestalt umfassen, daß beim Erstarren des Metalls eine Wechselwirkung zwfechen der Ausnehmung (29) oder dem Vorsprung (115) und dem erstarrten Metall des Gußstücks (25,117) in der Weise eintritt, daß an der betreffenden Stelle eine Bewegung des Gußstücks (25,117) relativ zu der Form (10,110) unterbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche J bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß Abmessung und Ausbildung der Verankerungsmittel (29,115) so gewählt sind, daß die Verankerungsmittel (29,115) die geringste Größe aufweisen, bei der die bei der Zusammenziehung des mittleren Teils des Gußstücks (25,117) auf sie ausgeübten Kräfte noch aufgenommen werden können.

509Ö36/Ö726

ft .

Leerseite