DE69405588T2

DE69405588T2 - Verfahren und vorrichtung zum ausgleichen von schrumpf beim metallgiessen

Info

Publication number: DE69405588T2
Application number: DE69405588T
Authority: DE
Inventors: Preben Hansen; Emil Jespersen; Vagn Mogensen; Steen Pedersen; Niels Rasmussen
Original assignee: Georg Fischer Disa AS
Current assignee: Georg Fischer Disa AS
Priority date: 1994-01-03
Filing date: 1994-06-07
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2014-06-08
Also published as: WO1995018689A1; JP2905939B2; RU2107575C1; RO114880B1; AU6969094A; KR100196229B1; BR9408470A; ATE157917T1; JPH09511450A; EP0738192A1; DK0738192T3; CN1141013A; ES2107831T3; CN1048201C; DE69405588D1; EP0738192B1; US5836373A

Description

94 918 307.3

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Form der Sorte, die im Oberbegriff von Anspruch 1 dargelegt ist, und eine Gieß- und Abkühlzone der Sorte, die im Oberbegriff von Anspruch 5 dargelegt ist.

HINTERGRUNDTECHNIK

Es ist allgemein bekannt, daß Metalle, sowohl in flüssigem als auch festem Zustand, wenn sie abkühlen, eine Volumenabnahme, eine sog. thermische Kontraktion, erfahren. In Formen, in welchen es eine ungleichmäßige Verteilung der Wärmemenge in dem Formhohlraum nach dem Gießen gibt, und in welchen aus diesem Grund sich nicht alle Teile des Gusses gleichzeitig verfestigen, verursacht dies, daß die Bereiche des Gusses, die am längsten in dem flüssigen Zustand verbleiben, flüssiges Metall abgeben, um die Kontraktion in den Bereichen des Gusses zu kompensieren, die sich früher verfestigt haben, wobei dies zu Defekten in dem Guß führt, die im allgemeinen "Schrumpfungen" genannt werden, die entweder als Vertiefungen in der Oberfläche des Gusses oder als Höhlungen (Hohlräume oder Mikroschrumpfungen) innerhalb des Gusses erscheinen. Um diese Fehler zu vermeiden, kann der Fachmann eine Reihe von Schritten vornehmen, von welchen der üblichste die Verwendung von Nachspeisereservoirs ist, d.h. Hohlräumen in der Form, die mit Metall während des Gießvorganges gefüllt werden und derartige Abmessungen aufweisen, daß das Metall in diesen länger flüssig bleibt als die sich zuletzt verfestigenden Bereiche in dem Guß, die mit diesen Bereichen durch Durchgänge mit einer relativ großen Querschnittsfläche verbunden sind, um ihnen zu ermöglichen, diese Bereiche mit flüssigem Metall während ihrer Verfestigung nachzuspeisen.
Derartige Nachspeisereservoirs sind hauptsächlich in zwei Typen bekannt, d.h. als offene Speiser oder Steiger, d.h. im wesentlichen zylindrische Hohlräume, die sich von dem Durchgang, der sie mit dem Guß verbindet, zu der oberen Fläche der Form erstrecken, und als innere oder eingeschlossene Hohlräume in der Form, sogenannte "Blindsteiger", die in der unmittelbaren Nähe des zu speisenden Bereiches des Gusses angeordnet sind. Bezüglich der letzteren Form zeigt die frühere Form den Vorteil, daß der höhere metallostatische Druck bei der Nachspeisestelle, d.h. der Druck des "Kopfes" oder der darüberliegenden Metallsäule, zu einem hohen Grad die Nachspeisung unterstützt, indem das Speisemetall durch den Verbindungsdurchgang in den Hohlraum gedrückt wird, während in der letzteren Form der Druck während des Nachspeiseprozesses abnimmt. Andererseits zeigt die letztere Form den Vorteil, daß sie normalerweise eine höhere Metallausbeute in dem Gießprozeß liefert, d.h. eine geringere Metallmenge muß von den Güssen für ein nachfolgendes Wiedereinschmelzen (Recycling) getrennt werden, wobei dies auch die Energie verringert, die zum Schmelzen verbraucht wird.
Im Vergleich mit Formen mit einer horizontalen Trennfläche, weist die obere Fläche von Formen mit einer vertikalen Trennfläche einen relativ kleine Oberfläche auf, und aus diesem Grund erlaubt der letztere Typ von Formen nur zu einem geringen Grad die Verwendung von offenen Speisern oder Steigern für Nachspeisezwecke und somit ist es für diesen Zweck im allgemeinen notwendig, die oben erwähnten "Blindsteiger" mit dem zugehörigen oben erwähnten Nachteil zu verwenden, d.h. der geringere metallostatische Druck zum Hineindrücken des Nachspeisemetalls durch den Durchgang in den Guß. Dieser Nachteil ist zusätzlich bemerkbar, wenn Leichtmetallgüsse nachgespeist werden, d.h. Güsse aus Aluminium und seinen Legierungen oder Magnesium und seinen Legierungen, aufgrund des relativ niedrigen spezifischen Gewichts dieser Metalle.
Um das obige Problem zu überwinden, offenbart die US-A-2 568 428 Blindsteiger, die auf einer oder beiden Seiten eines Formhohlraums angeordnet sind und an der Oberseite mit einer Quelle von unter Druck gesetztem Gas verbindbar sind, wobei der Druck davon sich zu dem metallostatischen Druck am Boden der Steiger addieren wird und dadurch das Nachspeisen wirksamer machen wird. Dieser Verweis hat die Basis für den Oberbegriff von Anspruch 1 gebildet.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Das Gießen von Leichtmetallgüssen in Formen mit vertikalen Trennflächen ist von kommerziellem Interesse, insbesondere durch Gießen von Formen in einer Serienformungsanlage, wie z.B. die "Disamatic" Formherstellungsanlage, die von den Anmeldern hergestellt und vermarktet wird, und aus diesem Grund ist das Ziel der Erfindung, eine Form der Sorte vorzusehen, die im Oberbegriff von Anspruch 1 dargelegt ist, mit welcher es möglich ist, die oben erwähnen Nachteile zu vermeiden und gleichzeitig eine Möglichkeit der Vergrößerung der Metallausbeute, d.h. eine Verringerung der Metallmenge vorzusehen, die verwendet wird, um die einzelnen Formen zu gießen.
Gemäß der Erfindung wird das genannte Ziel durch die Merkmale erreicht, die im kennzeichnenden Abschnitt von Anspruch 1 dargelegt sind.
Durch ein Aufrechterhalten eines Drucks in dem Nachspeisereservoir auf die gezeigte Weise während der Verfestigung des Metalls in dem Formhohlraum, wobei der Druck näherungsweise gleich dem metallostatischen Druck in dem Reservoir gerade nach dem Gießen der Form ist, wird ein Druck zum Hineindrükken von Nachspeisemetall durch den Durchgang geschaffen, der das Nachspeisereservoir mit dem Formhohlraum verbindet, wobei dieser letztere Druck dem Druck entspricht, der hätte erreicht werden können, indem eine entsprechende Metallsäule in einem Speiser oder Steiger verwendet worden wäre. Dadurch wird, wenn die Form gegossen wird, eine Flüssigmetallmenge eingespart, die dieser Metallsäule entspricht.
Es versteht sich von selbst, daß der Druck, der angelegt wird, den mittleren metallostatischen Druck an der Stelle, wo er angelegt wird, nicht überschreiten braucht, bis das Metall in dem Einguß, der zu dem Nachspeisereservoir gehört, sich verfestigt hat, oder dieser Einguß auf irgendeine andere Weise gesperrt worden ist, z.B. wie in der internationalen Anmeldung WO 93/11892 beschrieben, wobei es offensichtlich ist, daß sonst ein höherer angelegter Druck das Metall zurück durch den Einlaß drücken würde, ohne auf irgendeine Weise zu dem Nachspeisen des Gusses beizutragen. Wenn das Metall in dem Einguß sich verfestigt hat, oder der Einguß gesperrt worden ist, ist es beliebig möglich, den anzulegenden Druck zu vergrößern, wodurch die Sicherheit eines wirksamen Nachspeisens vergrößert wird.
Vorzugsweise kann die Form gemäß der Erfindung die Merkmale der Ansprüche 2, 3 und 4 enthalten.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Gieß- und Abkühlzone der Sorte, die im Oberbegriff von Anspruch 5 dargelegt ist, wobei die Zone gemäß der Erfindung die Merkmale zeigt, die im kennzeichnenden Abschnitt dieses Anspruchs 5 dargelegt sind. Diese Gieß- und Abkühlzone kann wie in den Ansprüchen 6 und 7 dargelegt aufgebaut sein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In dem folgenden detaillierten Abschnitt der vorliegenden Beschreibung wird die Erfindung detaillierter mit Bezug auf die Zeichnung erläutert, in welcher
Figur 1 eine graphischeartige Schnittansicht in Längsrichtung durch einen Teil einer Serienformungsanlage mit einer Formungsmaschine zum Herstellen von Formen, eine Serie von derartigen Formen, die durch die Maschine erzeugt werden, und einen Teil der Gieß- und Abkühlzone der Anlage ist, und
Figur 2 eine Querschnittsansicht ist, die das Gießen einer Form zeigt, die aus zwei der in Figur 1 gezeigten Formen hergestellt ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Figur 1 ist eine graphische Schnittansicht in Längsrichtung durch eine Serienformungsanlage mit Formen und einer Gieß- und Abkühlzone gemäß der Erfindung. Die Anlage umfaßt eine Formungsmaschine, die im allgemeinen mit 25 bezeichnet und von der gleichen Sorte ist, wie die "Disamatic" Formungsmaschine, die von den Anmeldern hergestellt und vermarktet wird. Die Prinzipien des Aufbaus und der Funktionsweise dieser Formungsmaschine, die seit einigen Jahrzehnten auf dem Markt ist und weite Verbreitung in Gießereien in der ganzen Welt gefunden hat, sollte Fachleuten bekannt sein und ist in der US-Patentveröffentlichung Nr. 3 008 199 beschrieben, weshalb sie in der vorliegenden Beschreibung nur kurz beschrieben wird.
Loser, tongebundener Formungssand mit einem Feuchtigkeitsgehalt, der zur Formherstellung geeignet ist, wird von einem Zufuhrreservoir 26 einer Formungskammer zugeführt, die zwischen einerseits einer Preßplatte 28, die ein Modell 29 trägt und an einem Hydraulikkolben 27 gesichert ist, und andererseits einer nach oben schwenkbaren Gegendruckplatte 30, die in Figur 1 in ihrer nach oben geschwenkten Position gezeigt ist, an der gleichermaßen ein Modell 31 gesichert ist, hier als eine ebene Platte gezeigt, ausgebildet ist. Wenn die Preßplatte 28 durch die Formungskammer mittels des Kolbens 27 vorgerückt wird, wird der Formungssand zwischen der Preßplatte 28 und der nach unten geschwenkten Gegendruckplatte 30, oder vielmehr zwischen den dadurch getragenen Modellen 29 und 31 verdichtet, so daß eine aus Rohsand bestehende Form gebildet wird. Dann wird die Gegendruckplatte 30 in Richtung nach rechts in Figur 1 bewegt, so daß das Modell 31 von der Form gelöst und nach oben in die in Figur 1 gezeigte Position geschwenkt wird. Danach wird die Form 32 durch den Kolben 27 in Richtung nach rechts in Figur 1 vorgerückt, um in Anschlag an einer zuvor erzeugten Form 32 zu gelangen, wonach der Kolben 27 zurückgezogen wird, wodurch das Modell 29 von der Form 32 freigegeben wird. Dadurch wird die Reihe oder Serie von Formen 32 schrittweise in Richtung nach rechts in Figur 1 auf einem geeigneten Träger 33 in der Richtung des Pfeils A vorgerückt, wobei die geformte, stromabwärts weisende Oberfläche auf einer Form 32 mit der geformten, stromaufwärts weisenden Oberfläche auf der vorher erzeugten Form 32 zusammenwirkt, wobei in jedem Fall ein Formhohlraum 35 mit zugehörigen Hohlräumen gebildet wird, der unten beschrieben wird.
Diese Formen werden schrittweise an einer Gießstation B vorbei vorgerückt, in welcher der Formhohlraum mit Metall mittels einer geeigneten Gießeinrichtung 34 gegossen wird, wie graphisch im Querschnitt in Figur 2 gezeigt, wonach sie weiter schrittweise durch eine Abkühlzone C zu einem Ausschlagrost (nicht gezeigt) vorgerückt werden.
Jede der auf diese Weise gebildeten Rohsandformen umfaßt einen Formhohlraum 35, dessen Boden durch einen kurzen und breiten Druchgang mit einem Speisereservoir 36 verbunden ist, wobei das letztere wieder mit einem Einlaßsystem verbunden ist, das aus einem Einguß 37 und einem Trichtereinlauf 38 besteht, wobei der letztere sich an der Oberseite der Form in einen Eingußtrichter 39 öffnet. In der gezeigten Ausführungsform der Form umfaßt die Form weiter einen offenen Speiser oder Steiger 40, der eine zentrale Verbindung zwischen dem oberen Teil des Formhohlraums 35 und dem Oberteil der Form bildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung verbindet ein Durchgang 41 das Speisereservoir 36 in der Form mit der unteren Seite der letzteren, wobei der Durchgang 41 in jeder Form durch eine Trenneinrichtung 42 versperrt ist, welche ein plattenähnliches Element ist, welches für geschmolzenes Metall undurchlässig ist, und welches federnd unter Gasdruck nachgeben kann und für Gas durchlässig ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erstreckt sich ein Kanal 43 von einer Stelle unmittelbar stromabwärts von der Gießstation B und entlang zumindest eines Teils der Abkühlzone C in dem Träger 33 unter der Serie von Formen 32, wobei der Kanal 43 in dem Träger 33 unter den Durchgängen 41 in den Formen 32 angeordnet ist. Der Kanal 43 wird mit komprimierter Luft mit einem Druck versorgt, der nicht den metallostatischen Druck auf der Trenneinrichtung 42 in der vollständig gegossenen Form überschreitet, wobei der Luftdruck zu dem Speisen des Formhohlraums 35 aus dem Speisereservoir 36 beiträgt, indem eine nach oben gerichtete Kraft auf die untere Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Reservoir 36 ausgeübt wird. Der Luftdruck wird derart angelegt, daß keine Luftblasen durch das Reservoir 36 und den Durchgang in den Formhohlraum 35 aufsteigen und einen Ausschußguß hervorrufen werden.
Weil in den gezeigten Formen der offene Speiser oder Steiger 40 zum Nachspeisen eines oberen Bereiches des Formhohlraums 35 dient, kann dieser Speiser oder Steiger 40 in einer automatischen Gießeinrichtung 34 zu einem zusätzlichen Zweck dienen, weil das Vorhandensein von Metall in dem Steiger 40, was ein vollständiges Füllen der Form anzeigt, durch einen geeigneten optischen oder thermischen Sensor registriert werden kann, der ausgelegt ist, ein Signal zu erzeugen, damit das Gießen beendet wird.
In der obigen Beschreibung ist die Erfindung auf der Basis einer beispielhaften Ausführungsform erläutert worden, aber es ist zu verstehen, daß die Erfindung auf zahlreichen Wegen innerhalb des Bereichs der unten ausgeführten Ansprüche modifiziert werden kann. Statt des Zuführens des unter Druck gesetzten Gases von einer äußeren Quelle, könnte das Gas wahlweise in dem Speisereservoir erzeugt werden, indem darin ein Agens angeordnet wird, das in der Lage ist, ein Gas freizugeben oder zu entwickeln, oder Reagenzien umfaßt, die ein Gas durch gegenseitige chemische Reaktion erzeugen. Ebenso könnte das Gießen der Formen anders als mit dem gezeigten Schwerkraftgießen ausgeführt werden, z.B. durch Pumpen des Metalls von unten in die Form und dann Sperren des Einlasses wie in der internationalen Patentanmeldung WO 93/11892 beschrieben.
Weiter kann das erwähnte Agens Additive umfassen, die zum Teil Wärme durch exotherme Reaktion entwickeln, zum Teil geeignete Wärmeisoliereigenschaften aufweisen.

STÜCKLISTE

A Richtung / Pfeil
B Gießstation
C Abkühlzone
25 Formungsmaschine
26 Zufuhrreservoir
27 Kolben
28 Preßplatte
29 Modell
30 Gegendruckplatte
31 Modell
32 Form
33 Träger
34 Gießeinrichtung
35 Formhohlraum
36 Speisereservoir
37 Einguß
38 Trichtereinlauf
39 Eingußtrichter
40 Speiser / Steiger
41 Durchgang
42 Trenneinrichtung
43 Kanal

Claims

1. Form mit vertikaler Trennfläche oder vertikalen Trennflächen insbesondere zum Gießen von Leichtmetallgüssen von unten und bestehend aus zwei gegenseitig anstoßenden Formen (32) aus Rohsand in einer Serienformungsanlage, wobei die Form zumindest einen Formhohlraum (35), einen Einguß (37), der mit dem Formhohlraum (35) verbunden ist, und ein inneres Nachspeisereservoir (36) umfaßt, das mit einer Quelle von unter Druck gesetztem Gas verbindbar ist und mit dem Formhohlraum (35) durch einen Durchgang mit einer wesentlich größeren Querschnittsfläche als die des Eingusses (37) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachspeisereservoir (36) unter dem Formhohlraum (35) angeordnet und in einem unteren Teil seiner Seitenwand mit dem Einguß (37) verbunden ist, und ausgelegt ist, an seinem Boden mit der Quelle von unter Druck gesetztem Gas durch einen Durchgang (41) verbunden zu werden, der sich in eine Außenfläche der Form öffnet.

2. Form nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Element (42) aus einem Material, das für das flüssige Metall undurchlässig ist, das zwischen dem Nachspeisereservoir (36) und dem Durchgang (41) angeordnet ist, durch welches das Reservoir mit der Quelle von unter Druck gesetztem Gas verbunden werden kann.

3. Form nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (42) in der Lage ist, nachzugeben, wenn Gasdruck darauf wirkt.

4. Form nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (42) für Gas durchlässig ist.

5. Gieß- und Abkühlzone in einer Serienformungsanlage mit Formen gemäß irgendeinem oder jedem der Ansprüche 1 - 4 und mit einer Einrichtung (34) zum aufeinanderfolgenden Gießen der einzelnen Formen, während sie schrittweise an der Gießeinrichtung vorbei vorgerückt werden, und zum Kühlen der Formen, die gegossen worden sind, gekennzeichnet durch einen Kanal (43), der mit zumindest einer Quelle von unter Druck gesetztem Gas verbunden ist und sich in der Längsrichtung (A) der Formserie von einer Stelle unmittelbar stromabwärts von der Gießeinrichtung (34) erstreckt, wobei der Kanal (43) an die Formen anstößt, um mit den Durchgängen (41) zu kommunizieren, die sich in die Außenfläche der Formen öffnen.

6. Gieß- und Abkühlzone nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (43), der sich in der Längsrichtung (A) der Formserie erstreckt, in zumindest zwei Abschnitte unterteilt ist, von welchen der erste Abschnitt, der sich am dichtesten bei der Gießeinrichtung (34) befindet, mit einer Quelle von unter Druck gesetztem Gas mit einem Gasdruck, der den metallostatischen Druck am Boden des Nachspeisereservoirs (36) in den gerade gegossenen Formen nicht überschreitet, verbunden ist, während der Abschnitt oder die Abschnitte stromabwärts von dem ersten Abschnitt ausgelegt ist/sind, mit Quellen von unter Druck gesetztem Gas mit höheren Gasdrücken verbunden zu werden.

7. Gieß- und Abkühlzone nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt von dem Kanal (43), der sich in der Längsrichtung (A) der Formserie erstreckt, eine derartige Länge in der Richtung (A) aufweist, daß sichergestellt ist, daß sich das Metall in den Eingüssen (37) und Steigern (40) der Formen verfestigt hat, wenn die Formen durch diesen Abschnitt getreten sind.