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EP2352608A1 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM GIEßEN EINES GUSSTEILS AUS EINER METALLSCHMELZE - Google Patents

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM GIEßEN EINES GUSSTEILS AUS EINER METALLSCHMELZE

Info

Publication number
EP2352608A1
EP2352608A1 EP09759721A EP09759721A EP2352608A1 EP 2352608 A1 EP2352608 A1 EP 2352608A1 EP 09759721 A EP09759721 A EP 09759721A EP 09759721 A EP09759721 A EP 09759721A EP 2352608 A1 EP2352608 A1 EP 2352608A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mold
casting
molten metal
filling
melt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP09759721A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2352608B1 (de
Inventor
Herbert Smetan
Klaus Lellig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nemak Dillingen GmbH
Original Assignee
Nemak Dillingen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nemak Dillingen GmbH filed Critical Nemak Dillingen GmbH
Priority to PL09759721T priority Critical patent/PL2352608T3/pl
Publication of EP2352608A1 publication Critical patent/EP2352608A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2352608B1 publication Critical patent/EP2352608B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • B22D23/006—Casting by filling the mould through rotation of the mould together with a molten metal holding recipient, about a common axis
    • 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
    • B22D27/08—Shaking, vibrating, or turning of moulds

Definitions

  • the invention relates to a method for casting a casting from a molten metal and to a device suitable for carrying out such a method.
  • the molten metal processed according to the invention is in particular a light metal melt, preferably a melt based on aluminum or an aluminum alloy.
  • the properties of a casting are strongly influenced by the course of the solidification of the melt in the casting mold and the make-up required to compensate for the volume shrinkage.
  • a particularly uniform distribution of properties shows when the Formfullung is carried out with melt in a continuous process while avoiding larger Schmelzenstromungen in the mold and the solidification then evenly distributed, on the opposite side of the feeder of the mold, uses.
  • High-quality castings of high quality can be produced by so-called "rotational molding".
  • a design of this casting method which has been preserved in practice for the production of high-quality cast parts has been proposed in DE 100 19 309 A1. Accordingly, a molten metal containing Melting container docked with its upwardly directed opening to a downwardly pointing filling opening of a mold. Subsequently, the mold is rotated together with the firmly attached to it Schmelzenbehalter by approximately 180 °. In the course of the rotation, the melt passes from the Schmelzenbehalter in the mold. When the end position of the rotation is reached, the melt container is removed from the mold. The hot residual melt in the feeder area, which is now located at the top, can then continue to be effective under the action of gravity and can effectively compensate for the volume loss associated with the solidification of the melt.
  • the object of the invention was to provide a method and a device with which can be produced with high reliability in a particularly economical way high-quality, complex-shaped castings.
  • a casting mold mounted in a bogie is first provided for casting a casting from a molten metal (step a).
  • This mold comprises a mold cavity forming the casting, a feeder system for feeding the mold cavity with molten metal, and a runner via which the feeder system is infillible with molten metal.
  • the feeder system with respect to the mold cavity of the mold is arranged such that when filled into a full cast mold, the filling of the mold cavity with the molten metal via the feeder system is against the direction of gravity.
  • the mold thus provided Prior to filling, the mold thus provided is oriented to a full position in which molten metal filled in the runner flows through the runner as a result of gravity, the main flow direction of the molten metal forming an angle with the direction of gravity (step b).
  • the "main flow direction" of the molten metal means the direction of flow in which the melt had to flow independently of the respective actual course of the sprue, in order to move directly from the infill opening to the mouth of the sprue into the feeder system reach. It is understood that the orientation of the mold in accordance with the invention predetermined full position can be made in each case in a separate operation, but that it is just as possible to already align the mold in the course of their provision that it meets the requirements of the inventive approach.
  • the mold aligned in full position is then filled with the molten metal until the casting mold including the runner is completely filled with molten metal (step c).
  • step d As soon as the casting mold is sufficiently filled, it is tightly closed by a stopper placed in the infill opening of the sprue channel (step d). Then, the mold is rotated to a solidification position in which, as a result of the action of gravity, the melt present in the feeder system prints on the melt present in the mold cavity (step e). In this position, the mold is held until the present in the mold molten metal has reached a certain solidification state (step f). Subsequently, the casting is removed from the mold (step g).
  • the molten metal flows as a result of correspondingly lower impact on the flow velocity gravitational force significantly slower through the runner, as would be the case if the main direction of flow of the melt and the direction of gravity were the same. Accordingly quietly runs in the inventive approach, the mold from the beginning of the filling process with molten metal full.
  • the casting mold By the casting mold is rotated after reaching a certain level of the molten metal during its further filling so that the main direction of flow of flowing through the runner metal melt is increasingly approaching the direction of gravity, let the gravity effect in the further course of the Befullvorgangs fully exploit.
  • the amount of melt already present in the feeder system or in the sprue channel in this case brakes the melt newly flowing into the casting mold so that, even with a sprue channel swiveled increasingly in the direction of the gravity effect, a largely steady, uniform filling of the mold is ensured.
  • a practical embodiment of the invention provides that the rotation performed during the filling process is ended when the main flow direction of the molten metal flowing through the sprue channel coincides with the effective direction of gravity.
  • castings can be produced with the inventive method in a particularly economical manner with respect to the known casting process significantly reduced rejection rate, which meet even the strictest quality requirements.
  • an apparatus according to the invention for casting cast parts from a molten metal has a holder for holding a casting mold, a rotary drive for rotating the casting mold about an axis of rotation and a filling device for filling molten metal into an infill opening of the casting mold, wherein in such a device according to the invention a tracking device is provided which nachbucht the Full Road during Ein cattles the molten metal caused by a rotational movement of the mold layer change of the filling of the mold.
  • a conventional G tellloffel be used, which by means of a suitable Tracking device in one of the respective full position of the infill of the mold brought corresponding position and, if necessary, the associated with a rotation of the mold Lüa precise the Einfullo réelle is nachgebowt.
  • the method according to the invention and a device according to the invention for producing engine blocks for internal combustion engines are particularly suitable.
  • a typical example of such mold sections are so-called “cylinder liners” or “cylinder beehives” which are cast in a light metal engine block in order to ensure sufficient wear resistance in the region of the cylinder openings of the engine block.
  • These usually made of a steel material liners or bushings have a significantly higher thermal conductivity than the sand from which the casting cores or mold parts of the mold typically exist.
  • the position of the axis of rotation about which the mold is rotated during the implementation of the method according to the invention is irrelevant, as long as it is ensured that the rotation results in a positioning of the casting mold and its sprue, in which the main direction of flow of the molten metal filled into the casting mold is aligned in the manner according to the invention.
  • a particularly simple and practical embodiment of a device according to the invention used to carry out the method according to the invention results when the axis of rotation of the casting mold is oriented horizontally.
  • Mold is arranged, the opposite in the solidification state to a feeder system limiting
  • FIGS. 1 to 10 each schematically show ten operating positions of a device 1 shown in a sectional view taken normal to its longitudinal axis for casting a casting G.
  • the casting G is an engine block for a four-cylinder internal combustion engine. Cast aluminum, an aluminum casting melt is used in the presently described exemplary embodiment.
  • the device 1 comprises a circular cross-section shown in the figures, mounted on two rollers 2,3 and rotationally driven by a drive, not shown, cylindrical casting cell Z, in which a flat mounting base 4 and a parallel and spaced apart to the mounting base 4 Fuhrungsplatte 5 are attached.
  • a base plate 6 On the Fuhrungsplatte 5 associated top of the mounting base 4 is a base plate 6. This is part of the composite of several moldings and mold cores mold F.
  • the base plate 5 has laterally recordings, in each of which sits a sash 7.8 with a correspondingly shaped paragraph , so that the sash 7,8 sit form-fitting manner on the base plate 6. From in the mold G typically existing front slides are here for reasons of clarity, only the scope of G intelligentzelle Z associated, arranged on the opposite sides of the base plate 5 slide 7,8 shown.
  • pressure plate 9 is mounted so that it can be adjusted in the direction of the mounting base 4 to hold after completion of the assembly work the mold F, and of the mounting base. 4 can be moved away to dismantle the mold F and to demold the finished casting G after completion of the casting process.
  • a feeder core S is finally placed, which includes a feeder system with a circumferential large-volume feeder channel 10, the when fully assembled feeder core S above the sash 7,8 runs.
  • the feeder core S delimits an opening 11, via which the cylinder openings B respectively enclosed cylinder openings are accessible.
  • the feeder channel 10 is connected via various gates 12 with the mold cavity H of the mold F.
  • the pressure plate 9 is lowered onto the mold F thus provided to secure the mounting position of the form-fitting interlocking parts and cores of the mold F.
  • the casting cell Z is held with its held mold F by 180 ° about a coincident with the longitudinal axis of the mold F, horizontally oriented rotation axis X until the base plate 5 in the direction of action WK gravity seen above and the feeder core S is down. Accordingly, the Filling opening 14 of the sprue 13 on the now upper side of the mounting base 4th
  • a heating finger of a heating device 16 for inductive heating is in each case driven into the cylinder liners B in order to heat them to a prescribed temperature (FIGS. 3, 4).
  • the casting cell Z is again rotated counterclockwise about an angle of approximately 45 ° about the axis of rotation X. Accordingly, in this "filling position", the rectilinear sprue 14 is also inclined at an angle of approximately 45 ° to the direction of action WK.
  • the metal melt M to be cast is poured into the filling opening 14 of the sprue channel 13 by means of a casting device 17 designed as a ladle. Due to the inclination of the casting mold F, the melt M flows through the sprue channel 13 comparatively slowly and enters the feeder channel 10 of the feeder core S with correspondingly low kinetic energy. Their main direction of flow SR is aligned equal to the runner 13, so that the main flow direction SR of the flowing through the sprue 13 melt M is aligned at an angle of approximately 45 ° to the effective direction WK of gravity.
  • the casting cell Z is slowly rotated in the clockwise direction, until the runner 13 from its Einfullo réelle 14 to the junction 15 in the feeder channel 10 has vertically downwards.
  • the filling of the mold F with molten metal M is continuously continued during the rotation.
  • the casting device 17 is nachgevigt by means of a tracking device T, which may be, for example, an actuator or a crane on which the casting device depends in each case, associated with the rotation of the casting cell Z Lüa substantial the Einfullo réelle 14.
  • a tracking device T which may be, for example, an actuator or a crane on which the casting device depends in each case, associated with the rotation of the casting cell Z Lüa precise the Einfullo réelle 14.
  • the main flow direction SR of the melt M coincides with the direction of action WK of gravity, so that the filling of the remaining sections of the mold cavity of the casting mold F proceeds with optimum utilization of gravity (FIGS. 7, 8).
  • the casting cell Z is again rotated until the initial state (Fig. 2) is reached, in which the feeder core S seen in the direction of action WK the direction of gravity above and the base plate 5 are arranged below.
  • the plug 18 while holding the mold F continues closed, so that leakage of melt M from the mold F is reliably prevented.
  • the casting mold F is thus constructed such that the feeder S of the casting mold F to be filled is arranged at least to a large extent below the mold cavity H of the casting mold F, so that the mold cavity H of the casting mold F initially filled against gravity becomes.
  • the entire casting mold F is already tilted during the filling process to the gate in order to reduce the speed of the molten metal M in the first filling and to achieve a uniform filling of the sprue 13 and the feeder S.
  • For filling serves as a casting sliver formed pouring device 18, which, as shown, during the casting process with the rotation of the mold F can be mitgeschreibt.
  • the sprue 13 extending upwards from the feeder S is closed and generates metallostatic pressure on the melt M present in the feeder S and the mold cavity, which prevents the melt M from backing back.
  • the molten metal M present in the feeder S causes the maintenance of the Metallostatic pressure of the molten metal M in the mold cavity. Casting defects, such as bubbles and cold runs, are thus excluded.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen eines Gussteils G aus einer Metallschmelze M. Im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine in einem Drehgestell gelagerte Gießform F, die einen das Gussteil G abbildendenden Formhohlraum H, ein Speisersystem 10 sowie einen Angusskanal 13 umfasst, in eine Füllstellung gedreht und mit Metallschmelze befüllt. In Folge der Wirkung der Schwerkraft fließt die Schmelze durch den Angusskanal, wobei ihre Hauptfließrichtung mit der Wirkrichtung der Schwerkraft einen Winkel einschließt. Die Befüllung wird fortgesetzt, bis die Gießform F einschließlich des Angusskanals 13 vollständig mit Metallschmelze M gefüllt ist. Daraufhin wird die Gießform F durch einen in die Einfüllöffnung 14 des Angusskanals 13 gesetzten Stopfen 18 verschlossen und in eine Erstarrungsstellung gedreht, in der die in dem Speisersystem 10 vorhandene Schmelze M auf die im Formhohlraum H vorhandene Schmelze M drückt. In der Erstarrungsstellung wird die Gießform G gehalten, bis die in der Gießform F vorhandene Metallschmelze M einen Erstarrungszustand erreicht hat, in dem das Gussteil G entformt werden kann.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Gießen eines Gussteils aus einer Metallschmelze
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines Gussteils aus einer Metallschmelze sowie eine zur Durchfuhrung eines solchen Verfahrens geeigneten Vorrichtung. Bei der erfindungsgemaß verarbeiteten Metallschmelze handelt es sich insbesondere um eine Leichtmetallschmelze, vorzugsweise eine auf Aluminium oder einer Aluminiumlegierung basierenden Schmelze.
Die Eigenschaften eines Gussstucks werden stark vom Verlauf der Erstarrung der Schmelze in der Gießform und der zur Kompensation der Volumenschwindung erforderlichen Nachspeisung beeinflusst. So zeigt sich eine besonders gleichförmige Eigenschaftsverteilung, wenn die Formfullung mit Schmelze in einem kontinuierlichen Vorgang unter Vermeidung größerer Schmelzenstromungen in der Gießform durchgeführt wird und die Erstarrung anschließend gleichmaßig verteilt, an der dem Speiser gegenüberliegenden Seite der Gießform, einsetzt.
Qualitativ besonders hochwertige Gusserzeugnisse lassen sich durch das so genannte "Rotationsgießen" erzeugen. Eine in der Praxis für die Erzeugung von qualitativ hochwertigen Gussteilen bewahrte Ausgestaltung dieses Gießverfahrens ist in der DE 100 19 309 Al vorgeschlagen worden. Demnach wird ein Metallschmelze enthaltender Schmelzenbehalter mit seiner nach oben ausgerichteten Öffnung an eine nach unten weisende Einfulloffnung einer Gießform angedockt. Anschließend wird die Gießform gemeinsam mit dem fest mit ihr verbundenen Schmelzenbehalter um ca. 180° gedreht. Im Zuge der Drehung gelangt die Schmelze von dem Schmelzenbehalter in die Gießform. Wenn die Endstellung der Drehung erreicht ist, wird der Schmelzenbehalter von der Gießform entfernt. Die heiße, nun oben befindliche Restschmelze im Speiserbereich kann dann unter Wirkung der Schwerkraft weiterhin wirksam bleiben und den mit der Erstarrung der Schmelze einhergehenden Volumenverlust wirkungsvoll ausgleichen.
Durch die Rotation der Gießform mit dem Schmelzenbehalter wird eine vollständige Füllung der Gießform mit Metallschmelze erreicht. Die Schmelze gelangt bei der Rotation dadurch, dass im Zuge der Formdrehung die in die Gießform eingefüllte Metallschmelze gleichmaßig der Schwerkraft ausgesetzt ist, sicher in alle Bereiche des Formhohlraums der Gießform, der das zu gießende Gussteil abbildet. Zudem wird das Gefuge des Gussteils in Folge der gerichteten Erstarrung optimiert, die durch die mit der Rotation einhergehenden Ausrichtung der Gießform bewirkt wird.
Probleme ergeben sich beim in der voranstehend erläuterten Weise durchgeführten Rotationsgießen allerdings dann, wenn bei zylindrischen Innengeometrien besonders homogene Erstarrungsmorphologien gefordert sind. Indem die Gießform zunächst entgegen der Schwerkraft gefüllt und anschließend zum Abkühlen gedreht wird, kann zwar eine ruhigere Formfullung und damit einhergehend besseres Erstarrungsergebnis erzielt werden. Allerdings kann es bereits vor dem Drehen zu Gussfehlern kommen, welche sich zumeist durch Blasen oder Kaltlaufe im Gussteil zeigen. Diese Gussfehler werden darauf zurückgeführt, dass die Schmelze bereits vor der Drehung der Gießform in der Gießform so stark abkühlt, dass sich unkontrollierte Erstarrungsfronten bilden ("Kaltlaufe") oder die Schmelze unter Einschluss von Gas in die Gießform zurucksackt.
Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen sich mit hoher Betriebssicherheit auf besonders wirtschaftliche Weise hochwertige, komplex geformte Gießteile erzeugen lassen.
In Bezug auf das Verfahren ist diese Aufgabe dadurch gelost worden, dass ein solches Verfahren erfindungsgemaß die in Anspruch 1 genannten Maßnahmen umfasst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemaßen Verfahrens sind in den auf Anspruch 1 ruckbezogenen Ansprüchen genannt .
In Bezug auf die Vorrichtung ist die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemaß dadurch gelost worden, dass eine solche Vorrichtung die in Anspruch 12 angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemaßen Vorrichtung sind in den auf Anspruch 12 ruckbezogenen Ansprüchen angegeben. Gemäß der Erfindung wird zum Gießen eines Gussteils aus einer Metallschmelze zunächst eine in einem Drehgestell gelagerte Gießform bereitgestellt (Arbeitsschritt a) . Diese Gießform umfasst einen das Gussteil abbildendenden Formhohlraum, ein Speisersystem zum Speisen des Formhohlraums mit Metallschmelze sowie einen Angusskanal, über den das Speisersystem mit Metallschmelze befullbar ist. Dabei ist das Speisersystem in Bezug auf den Formhohlraum der Gießform derart angeordnet, dass bei in eine Fullstellung gedrehter Gießform die Füllung des Formhohlraums mit der Metallschmelze über das Speisersystem entgegen der Wirkrichtung der Schwerkraft erfolgt. Gleichzeitig ist die zum Einfüllen der Metallschmelze vorgesehene Einfulloffnung des Angusskanals an einer Seitenflache der Gießform derart entfernt zu seiner Einmündung in das Speisersystem angeordnet, dass die Einfulloffnung des Angusskanals in der jeweiligen Fullstellung der Gießform oberhalb der Einmündung in das Speisersystem angeordnet ist.
Vor dem Befullen wird die so bereitgestellte Gießform in eine Fullstellung ausgerichtet, in der in den Angusskanal gefüllte Metallschmelze in Folge der Wirkung der Schwerkraft durch den Angusskanal fließt, wobei die Hauptfließrichtung der Metallschmelze mit der Wirkrichtung der Schwerkraft einen Winkel einschließt (Arbeitsschritt b) . "Hauptfließrichtung" der Metallschmelze meint in diesem Zusammenhang die Fließrichtung, in der die Schmelze unabhängig vom jeweiligen tatsachlichen Verlauf des Angusskanals fließen musste, um auf direktem Wege von der Einfulloffnung zur Einmündung des Angusskanals in das Speisersystem zu gelangen. Dabei ist es selbstverständlich, dass die Ausrichtung der Gießform in der erfindungsgemaß vorgegebenen Fullstellung jeweils in einem gesonderten Arbeitsgang vorgenommen werden kann, dass es aber genauso möglich ist, die Gießform im Zuge ihrer Bereitstellung bereits so auszurichten, dass sie den Anforderungen der erfindungsgemaßen Vorgehensweise genügt.
Die in Fullstellung ausgerichtete Gießform wird dann mit der Metallschmelze befullt, bis die Gießform einschließlich des Angusskanals vollständig mit Metallschmelze gefüllt ist (Arbeitsschritt c) .
Sobald die Gießform ausreichend gefüllt ist, wird sie durch einen in die Einfulloffnung des Angusskanals gesetzten Stopfen dicht verschlossen (Arbeitsschritt d) . Dann wird die Gießform in eine Erstarrungsstellung gedreht, in der in Folge der Wirkung der Schwerkraft die in dem Speisersystem vorhandene Schmelze auf die im Formhohlraum vorhandene Schmelze druckt (Arbeitsschritt e) . In dieser Stellung wird die Gießform gehalten, bis die in der Gießform vorhandene Metallschmelze einen bestimmten Erstarrungszustand erreicht hat (Arbeitsschritt f) . Anschließend wird das Gussteil entformt (Arbeitsschritt g) .
Durch die erfindungsgemaße Art und Weise der Füllung, das anschließende Verschließen und Verschlossenhalten der Gießform sowie die Drehung der Gießform derart, dass die im Speisersystem der Gießform enthaltene Metallschmelze auf die das Gussteil bildende Schmelze druckt, werden Gussfehler vermieden. Hierzu tragt neben dem besonders beruhigt ablaufenden Befullvorgang insbesondere bei, dass die in der Gießform enthaltene Metallschmelze ab dem Ende des Befullens und wahrend des gesamten Erstarrungsvorgangs unter metallostatischem Druck verbleibt. So wird durch die nach dem Verschließen im Angusskanal stehende Schmelzensaule dem Absacken der Schmelze im das Gussteil abbildenden Formhohlraum entgegengewirkt. Gleichzeitig erlaubt es der dichte Verschluss der Gießform, die Drehung der Gießform unmittelbar nach Beendigung des Fullvorgangs zu beginnen, ohne dass dazu die Fullvorrichtung selbst oder andere aufwandige Baugruppen mit der Gießform mitbewegt werden mussten .
Aufgrund der erfindungsgemaßen Ausrichtung der Gießform (Arbeitsschritt a) - c) ) und der damit einhergehenden, bezogen auf die Wirkrichtung der Schwerkraft schrägen Ausrichtung ihrer Hauptfließrichtung, strömt die Metallschmelze in Folge der sich entsprechend geringer auf die Fließgeschwindigkeit auswirkenden Erdanziehungskraft deutlich langsamer durch den Angusskanal, als dies der Fall wäre, wenn die Hauptfließrichtung der Schmelze und die Wirkrichtung der Schwerkraft übereinstimmen wurde. Dementsprechend ruhig lauft bei erfindungsgemaßer Vorgehensweise die Gießform von Beginn des Fullvorgangs an mit Metallschmelze voll.
Die insbesondere bei den bekannten Rotationsgießverfahren gerade am Anfang des Befullens problematischen Verwirbelungen und Stromungsungleichformigkeiten der Schmelze sind bei erfindungsgemaßer Vorgehensweise deutlich minimiert. Schon diese einfache Maßnahme tragt zu einer signifikanten Erhöhung der Gussqualitat bei.
Indem die Gießform nach Erreichen eines bestimmten Füllstandes der Metallschmelze wahrend ihrer weiteren Befüllung so gedreht wird, dass die Hauptfließrichtung der durch den Angusskanal fließenden Metallschmelze sich zunehmend an die Wirkrichtung der Schwerkraft annähert, lasst sich die Schwerkraftwirkung im weiteren Verlauf des Befullvorgangs voll ausnutzen. Die zu diesem Zeitpunkt bereits im Speisersystem bzw. im Angusskanal vorhandene Schmelzenmenge bremst dabei die neu in die Gießform einströmende Schmelze ab, so dass auch bei zunehmend in Richtung der Schwerkraftwirkung verschwenktem Angusskanal weiterhin eine weitestgehend beruhigte, gleichmaßige Formfullung gewahrleistet ist.
Zusatzlich wird durch die wahrend der Befüllung durchgeführte Drehung der Gießform in Richtung der Schwerkraftwirkung eine optimale Wirksamkeit des metallostatischen Drucks zum Zeitpunkt des Verschließens der Gießform sichergestellt. Daher sieht eine praxisgerechte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die wahrend des Fullvorgangs durchgeführte Drehung beendet wird, wenn die Hauptfließrichtung der durch den Angusskanal fließenden Metallschmelze mit der Wirkrichtung der Schwerkraft übereinstimmt.
Besonders effektiv lassen sich die Vorteile, die durch die bei Beginn der Befüllung schräg ausgerichtete Hauptfließrichtung einerseits und die anschließend wahrend des Fullvorgangs durchgeführte Drehung andererseits erzielten Vorteile dann nutzen, wenn mit der Drehung der Gießform frühestens begonnen wird, wenn die Einmündung des Angusskanals in das Speisersystem unterhalb des Spiegels der in die Gießform eingefüllten Metallschmelze liegt. Auf diese Weise ist bei gleichzeitig optimaler Nutzung der Vorteile einer mit der Wirkrichtung der Schwerkraft weitestgehend übereinstimmenden Ausrichtung der Hauptfließrichtung die Gefahr einer übermäßigen Wirbelbildung und der Entstehung von Gasblasen in dem Gussteil auf ein Minimum reduziert.
Im Ergebnis lassen sich mit dem erfindungsgemaßen Verfahren auf besonders wirtschaftliche Weise bei gegenüber den bekannten Gießverfahren deutlich reduzierter Ausschussquote Gussteile erzeugen, die auch strengsten Qualitatsanforderungen gerecht werden.
Der voranstehend zu dem erfindungsgemaßen Verfahren erläuterten Arbeitsweise entsprechend weist eine erfindungsgemaße Vorrichtung zum Gießen von Gussteilen aus einer Metallschmelze eine Halterung zum Halten einer Gießform, einen Drehantrieb zum Drehen der Gießform um eine Drehachse und eine Fulleinrichtung zum Einfüllen von Metallschmelze in eine Einfulloffnung der Gießform auf, wobei bei einer solchen Vorrichtung erfindungsgemaß eine Nachfuhreinrichtung vorgesehen ist, die die Fulleinrichtung wahrend des Einfullens der Metallschmelze einer durch eine Drehbewegung der Gießform verursachten Lageanderung der Einfulloffnung der Gießform nachfuhrt.
Für die Befüllung der Gießform kann ein konventioneller Gießloffel verwendet werden, der mittels einer geeigneten Nachfuhreinrichtung in einer der jeweiligen Fullstellung der Einfulloffnung der Gießform entsprechende Position gebracht und erforderlichenfalls der mit einer Drehung der Gießform einhergehenden Lageanderung der Einfulloffnung nachgefuhrt wird.
Besonders eignen sich das erfindungsgemaße Verfahren und eine erfindungsgemaße Vorrichtung zum Herstellen von Motorblocken für Verbrennungsmotoren. Bei diesen und vergleichbar komplex geformten Gussteilen kann es erforderlich sein, bestimmte Abschnitte der Gießform thermisch so vorzubehandeln, dass die in die Gießform gefüllten Schmelze bei Kontakt mit dem betreffenden Abschnitt das gewünschte Benetzungs- oder Erstarrungsverhalten zeigt. Ein typisches Beispiel für derartige Gießformabschnitte sind sogenannte "Zylinderliner" oder "Zylinderbuchen", die in einen Leichtmetall-Motorblock eingegossen werden, um im Bereich der Zylinderoffnungen des Motorblocks eine ausreichende Verschleißbestandigkeit zu gewahrleisten. Diese in der Regel aus einem Stahlwerkstoff bestehenden Liner bzw. Buchsen weisen ein deutlich höheres Wärmeleitvermögen auf, als der Sand, aus dem die Gießkerne oder Gießformteile der Gießform typischerweise bestehen. Indem die in das Gussteil einzugießenden Teile vorgewärmt werden, wird eine verbesserte Benetzung mit dem Gussmetall erzielt und der Gefahr der Entstehung von thermischen Spannungen und unerwünschten Gefugeausbildungen begegnet.
Die Lage der Drehachse, um die die Gießform bei der Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Verfahrens gedreht wird, ist unerheblich, solange sichergestellt ist, dass sich durch die Drehung eine Positionierung der Gießform und ihres Angusskanals ergibt, bei der die Hauptfließrichtung der in die Gießform eingefüllten Metallschmelze in der erfindungsgemaßen Weise ausgerichtet ist. Eine besonders einfache und praxisgerechte Ausgestaltung einer zur Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Verfahrens eingesetzten, erfindungsgemaßen Vorrichtung ergibt sich allerdings dann, wenn die Drehachse der Gießform horizontal ausgerichtet ist.
Ebenso lasst sich eine besonders einfache Gestaltung einer erfindungsgemaß ausgebildeten Vorrichtung dann erzielen, wenn der Angusskanal der Gießform linear verlauft .
Zusatzlich tragt es zu einer einfachen und damit einhergehend kostengünstigen Gestaltung einer erfindungsgemaßen Vorrichtung bei, wenn die
Einfullόffnung des Angusskanals an einer Unterseite der
Gießform angeordnet ist, die im Erstarrungszustand gegenüberliegend zu einer das Speisersystem begrenzenden
Oberseitseite der Gießform angeordnet ist.
Um eine weitestgehend freie, vielseitige Verwendbarkeit einer erfindungsgemaßen Vorrichtung zu erreichen, sollte ihr Drehantrieb die Gießform um einen Winkel von mehr als 180 ° drehen können. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausfuhrungsbeispiel darstellenden Zeichnung naher erläutert .
Die Figuren 1 bis 10 zeigen jeweils schematisch zehn Betriebsstellungen einer in einer normal zu ihrer Langsachse geführten Schnittdarstellung gezeigten Vorrichtung 1 zum Gießen eines Gussteils G.
Bei dem Gussteil G handelt es sich hier um einen Motorblock für einen Vier-Zylinder-Verbrennungsmotor. Als Gießmetall wird beim vorliegend beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel eine Aluminiumgusschmelze verwendet.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine im in den Figuren gezeigten Querschnitt kreisrunde, auf zwei Rollen 2,3 gelagerte und mittels eines nicht dargestellten Antriebs drehangetriebene zylindrische Gießzelle Z auf, in der ein ebener Montageboden 4 und eine sich parallel und beabstandet zu dem Montageboden 4 ausgerichtete Fuhrungsplatte 5 befestigt sind.
Auf der der Fuhrungsplatte 5 zugeordneten Oberseite des Montagebodens 4 steht eine Basisplatte 6. Diese ist Teil der aus mehreren Formteilen und Formkernen zusammengesetzten Gießform F. Die Basisplatte 5 weist seitlich Aufnahmen auf, in denen jeweils ein Frontschieber 7,8 mit einem entsprechend geformten Absatz sitzt, so dass die Frontschieber 7,8 formschlussig auf der Basisplatte 6 sitzen. Von bei der Gießform G typischerweise vorhandenen Frontschiebern sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die dem Umfang der Gießzelle Z zugeordneten, an den einander gegenüberliegenden Seiten der Basisplatte 5 angeordneten Schieber 7,8 gezeigt.
In der Fuhrungsplatte 5 ist eine sich parallel zur dem Montageboden 4 zugewandten Unterseite der Fuhrungsplatte 5 erstreckende Andruckplatte 9 so gelagert, dass sie in Richtung des Montagebodens 4 verstellt werden kann, um nach Abschluss der Montagearbeiten die Gießform F zu halten, und von dem Montageboden 4 wegbewegt werden kann, um nach Abschluss des Gießvorgangs die Gießform F zu demontieren und das fertige Gussteil G zu entformen.
Zwischen die Frontschieber 7,8 werden dann in an sich bekannter Weise die die Zylinderraume des zu gießenden Motorblock-Gussteils G in radialer Richtung umschließenden Zylinderbuchsen B sowie die Kerne K eingelegt, die innerhalb des Gussteils G diejenigen Kanäle und Hohlräume definieren, welche nicht von Gussmetall M gefüllt werden sollen.
Auf die der Andruckplatte 9 zugeordnete Oberseite der Gießform F wird daraufhin ein Sohlenkern 0 aufgelegt, der die Frontschieber 7,8 an ihrem oberen, der Fuhrungsplatte 5 zugeordneten Abschnitt formschlussig halt und mit der Basisplatte 6, den Frontschiebern 7,8, den Kernen K, den Zylinderbuchsen B und dem Sohlenkern O den Formhohlraum H der Gießform F umgrenzt.
Auf den Sohlenkern O wird schließlich noch ein Speiserkern S gelegt, der ein Speisersystem mit einem umlaufenden großvolumigen Speiserkanal 10 umfasst, der bei fertig montiertem Speiserkern S oberhalb der Frontschieber 7,8 verlauft. Der Speiserkern S umgrenzt dabei eine Öffnung 11, über die die von den Zylinderbuchsen B jeweils umschlossenen Zylinderoffnungen zuganglich sind. Der Speiserkanal 10 ist über verschiedene Anschnitte 12 mit dem Formhohlraum H der Gießform F verbunden.
In die Gießform ist ein in der Fachsprache auch als "Eingussstange" bezeichneter linear ausgebildeter Angusskanal 13 eingeformt, der sich durch den Frontschieber 7, den ihm zugeordneten, zwischen dem Frontschieber 7 und dem Montageboden 4 angeordneten, Seitenabschnitt der Grundplatte 4 sowie den Speiserkern 11 zieht und zum Montageboden 4 normal ausgerichtet ist und von einer in den Montageboden 4 trichterförmig eingeformten Einfulloffnung 14 auf direktem Wege geradlinig zum Speiserkanal 10 des Speiserkerns S fuhrt, in den er mit einer Einmündung 15 mundet.
Nachdem der Speiserkern S aufgesetzt ist, wird die Andruckplatte 9 auf die so bereitgestellte Gießform F abgesenkt, um die Montagestellung der formschlussig ineinandergreifenden Teile und Kerne der Gießform F zu sichern .
Nun wird die Gießzelle Z mit der in ihr gehaltenen Gießform F um 180° um eine mit Langsachse der Gießform F zusammenfallende, horizontal ausgerichtete Drehachse X gedreht, bis sich die Basisplatte 5 in Wirkrichtung WK der Schwerkraft gesehen oben und der Speiserkern S unten befindet. Dementsprechend befindet sich die Einfüllöffnung 14 des Angusskanals 13 an der nun oben liegenden Seite des Montagebodens 4.
Nachdem diese Stellung erreicht ist, wird jeweils ein Heizfinger einer Heizeinrichtung 16 zum induktiven Heizen in die Zylinderbuchsen B gefahren, um sie auf eine vorgeschriebene Temperatur zu heizen (Figuren 3,4) .
Nach der Erwärmung der Zylinderbuchsen B wird die Gießzelle Z erneut gegen den Uhrzeigersinn um einen Winkel von ca. 45° um die Drehachse X gedreht. In dieser "Einfüllstellung" ist der geradlinig verlaufende Angusskanal 14 dementsprechend ebenfalls um einen Winkel von ca. 45° zur Wirkrichtung WK geneigt.
Anschließend wird mittels einer als Gießlöffel ausgebildeten Gießeinrichtung 17 die zu vergießende Metallschmelze M in die Einfüllöffnung 14 des Angusskanals 13 gegossen. Aufgrund der Schrägstellung der Gießform F rinnt die Schmelze M vergleichbar langsam durch den Angusskanal 13 und tritt mit entsprechend geringer kinetischer Energie in den Speiserkanal 10 des Speiserkerns S ein. Ihre Hauptfließrichtung SR ist dabei gleich dem Angusskanal 13 ausgerichtet, so dass auch die Hauptfließrichtung SR der durch den Angusskanal 13 strömenden Schmelze M in einem Winkel von ca. 45° zur Wirkrichtung WK der Schwerkraft ausgerichtet ist.
Die Befüllung der schräggestellten Gießform F mit der Metallschmelze M wird fortgesetzt, bis die Einmündung 15 des Angusskanals 13 unterhalb des Spiegels der im Speiserkanal 11 sich sammelnden Metallschmelze M liegt (Fig. 5) .
Ist dieser Zustand erreicht, wird die Gießzelle Z langsam in Uhrzeigerrichtung gedreht, bis der Angusskanal 13 von seiner Einfulloffnung 14 zur Einmündung 15 in den Speiserkanal 10 senkrecht nach unten weist.
Die Befüllung der Gießform F mit Metallschmelze M wird wahrend der Drehung laufend fortgesetzt. Dazu wird die Gießeinrichtung 17 mittels einer Nachfuhreinrichtung T, bei der es sich beispielsweise um einen Stellantrieb oder einen Kran handeln kann, an dem die Gießeinrichtung jeweils hangt, der mit der Drehung der Gießzelle Z einhergehenden Lageanderung der Einfulloffnung 14 nachgefuhrt. Ist die Endstellung dieser Drehung erreicht fallt die Hauptfließrichtung SR der Schmelze M mit der Wirkrichtung WK der Schwerkraft zusammen, so dass die Füllung der restlichen Abschnitte des Formhohlraums der Gießform F unter optimaler Ausnutzung der Schwerkraft ablauft (Figuren 7,8).
Sobald eine ausreichende Schmelzenmenge in die Gießform F gefüllt ist, wird ein Stopfen 18 in die Einfulloffnung 14 gesetzt, so dass diese dicht verschlossen ist (Fig. 8) .
Daraufhin wird die Gießzelle Z wiederum gedreht, bis der Ausgangszustand (Fig. 2) erreicht ist, in dem der Speiserkern S in Wirkrichtung WK der Schwerkraftrichtung gesehen oben und die Basisplatte 5 unten angeordnet sind. Der Stopfen 18 halt dabei die Gießform F weiterhin verschlossen, so dass ein Auslaufen von Schmelze M aus der Gießform F sicher verhindert ist.
In dieser Position wird die Gießform F gehalten, bis die Erstarrung des Gussteils G für die Entformung ausreichend weit fortgeschritten ist.
Im vorliegend beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel ist die Gießform F somit so aufgebaut, dass der Speiser S der abzugießenden Form F zum Befullen zumindest zu einem großen Teil unterhalb des Formhohlraums H der Gießform F angeordnet ist, so dass der Formhohlraum H der Gießform F zunächst entgegen der Schwerkraft gefüllt wird. Vorzugsweise wird die gesamte Gießform F bereits wahrend des Fullvorgangs zum Anguss gekippt, um die Geschwindigkeit der Metallschmelze M bei der ersten Füllung zu reduzieren und einen gleichmaßigen Fullvorgang des Angusskanals 13 und des Speisers S zu erreichen. Zur Füllung dient eine als Gießloffel ausgebildete Gießeinrichtung 18, welche, wie dargestellt, wahrend des Gießvorgangs mit der Drehung der Gießform F mitgefuhrt werden kann.
Nach Beendigung des Fullvorgangs wird der vom Speiser S nach oben verlaufende Anguss 13 verschlossen und erzeugt metallostatischen Druck auf die in dem Speiser S und dem Formhohlraum vorhandene Schmelze M, welcher ein Zurucksacken der Schmelze M verhindert.
Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel bewirkt bei der anschließenden Drehung die im Speiser S vorhandene Metallschmelze M die Aufrechterhaltung des metallostatischen Drucks der Metallschmelze M im Formhohlraum. Gussfehler, wie beispielsweise Blasen und Kaltverläufe, werden so ausgeschlossen.
BEZUGSZEICHEN
I Vorrichtung zum Gießen des Gussteils G 2,3 Rollen
4 Montageboden
5 Fuhrungsplatte
6 Basisplatte der Gießform F 7,8 Frontschieber
9 Andruckplatte
10 Speiserkanal des Speiserkerns S
II Öffnung des Speiserkerns S
12 Anschnitte
13 Angusskanal
14 Einfulloffnung
15 Einmündung des Angusskanals 13
16 Heizeinrichtung
17 Gießeinrichtung
18 Stopfen
B Zylinderbuchsen
F Gießform
G Gussteil
H Formhohlraum der Gießform F
K Kerne
M Metallschmelze
0 Sohlenkern
S Speiserkern
SR Hauptfließrichtung
T Nachfuhreinrichtung
WK Wirkrichtung der Schwerkraft
X Drehachse
Z Gießzelle

Claims

P A T E N T AN S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Gießen eines Gussteils (G) aus einer Metallschmelze (M) umfassend folgende Arbeitsschritte :
a) Bereitstellen einer in einem Drehgestell gelagerten Gießform (F), die einen das Gussteil (G) abbildendenden Formhohlraum (H) , ein Speisersystem (10) zum Speisen des Formhohlraums (H) mit Metallschmelze (M) sowie einen Ängusskanal (13) umfasst, über den das Speisersystem (10) mit Metallschmelze befullbar ist, wobei das Speisersystem (10) in Bezug auf den Formhohlraum der Gießform (F) derart angeordnet ist, dass bei in eine Fullstellung gedrehter Gießform (F) die Füllung des Formhohlraums (H) mit der Metallschmelze (M) über das Speisersystem entgegen der Wirkrichtung der Schwerkraft erfolgt, und wobei die zum Einfüllen der Metallschmelze (M) vorgesehene Einfulloffnung (14) des Angusskanals (13) an einer Seitenflache der Gießform (F) derart entfernt zu seiner Einmündung (15) in das Speisersystem (10) angeordnet ist, dass die Einfulloffnung (14) des Angusskanals (13) in der jeweiligen Fullstellung der Gießform (F) oberhalb seiner Einmündung (15) in das Speisersystem (10) angeordnet ist, b) Ausrichten der Gießform (F) in eine Fullstellung, in der in den Angusskanal (13) gefüllte Metallschmelze (M) in Folge der Wirkung der Schwerkraft durch den Angusskanal (13) fließt, wobei die Hauptfließrichtung (SR) der Metallschmelze (M) mit der Wirkrichtung (WK) der Schwerkraft einen Winkel einschließt, c) Befullen der in der Fullstellung ausgerichteten Gießform (F) mit der Metallschmelze (M), bis die Gießform (F) einschließlich des Angusskanals (13) vollständig mit Metallschmelze (M) gefüllt ist, d) Verschließen der Gießform (F) durch einen in die Einfulloffnung (14) des Angusskanals (13) gesetzten Stopfen (18), e) Drehen der verschlossenen Gießform (F) in eine Erstarrungsstellung, in der in Folge der Wirkung der Schwerkraft die in dem Speisersystem (10) vorhandene Schmelze (M) auf die im Formhohlraum
(H) vorhandene Schmelze (M) druckt, f) Halten der Gießform (F) in der Erstarrungsstellung, bis die in der Gießform (F) vorhandene Metallschmelze (M) einen bestimmten Erstarrungszustand erreicht hat, g) Entformen des Gussteils (G) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Gießform (F) nach Erreichen eines bestimmten Füllstandes der
Metallschmelze (M) wahrend ihrer weiteren Befüllung so gedreht wird, dass die Hauptfließrichtung (SR) der durch den Angusskanal (13) fließenden Metallschmelze (M) sich zunehmend an die Wirkrichtung der Schwerkraft annähert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die wahrend des Fullvorgangs durchgeführte Drehung beendet wird, wenn die Hauptfließrichtung der durch den Angusskanal (13) fließenden Metallschmelze (M) mit der Wirkrichtung (WK) der Schwerkraft übereinstimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s mit der Drehung der Gießform (F) frühestens begonnen wird, wenn die Einmündung (15) des Angusskanals (13) in das Speisersystem (10) unterhalb des Spiegels der in die Gießform (F) eingefüllten Metallschmelze (M) liegt .
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Metallschmelze (M) mittels eines Gießloffels (17) in die Gießform (F) gefüllt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 2 bis 4 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Gießloffel (17) der Drehung der Gießform (F) nachgefuhrt wird.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s mindestens ein Abschnitt der Gießform (F) vor dem Einfüllen der Metallschmelze (M) thermisch behandelt wird.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Gussteil (G) ein Motorblock für einen Verbrennungsmotor ist.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Drehachse (X) der Gießform (F) horizontal ausgerichtet ist.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Angusskanal (13) der Gießform (F) linear verlauft .
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Einfulloffnung (14) des Angusskanals (13) der Unterseite der Gießform (F) zugeordnet ist.
12. Vorrichtung zum Gießen eines Gussteils (G) aus einer Metallschmelze (M) , umfassend eine Halterung zum Halten einer Gießform (F), einen Drehantrieb zum Drehen der Gießform (F) um eine Drehachse (X) und eine Fulleinrichtung (17) zum Einfüllen von Metallschmelze (M) in eine Einfulloffnung (15) der Gießform (F) , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Nachfuhreinrichtung (T) , die die Fulleinrichtung (17) wahrend des Einfullens der Metallschmelze (M) einer durch eine Drehbewegung der Gießform (F) verursachten Lageanderung der Einfulloffnung (15) der Gießform (F) nachfuhrt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Fulleinrichtung ein Gießloffel (17) ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Drehantrieb dazu vorgesehen ist, die Gießform (F) um einen Winkel von mehr als 180 ° frei zu drehen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Drehachse (X) der Gießform (F) horizontal ausgerichtet ist.
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