DE102007048419B3 - Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Gußstücken - Google Patents

Abstract

Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Gussstücken im Leicht- und Schwermetallguss mit dem Ergebnis einer schnelleren Gussstückentnahme anstatt einer Beeinflussung der metallurgischen Gussstückeigenschaften durch Einblasen eines gasförmigen Kühlmediums in den durch Schrumpfung bei beginnender Abkühlung entstehenden Spalt zwischen Gussstück und konturgebender Wand der Metallform.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem die Abkühlzeiten zwischen Metalleinguß in die Gußform und Entnahme des Gußteiles aus der Gussform wesentlich verkürzt werden.
• Die Wärmeableitung aus Gussformen, gleichgültig ob aus Sandformen oder aus metallischen Formen, ist bisher hauptsächlich unter dem Aspekt der Gefügebeeinflussung des Gußteiles behandelt worden. So nennt das „Gießerei Lexikon", Hasse/Brunnhuber, Verlag Schiele&Schön, 18. Auflage, 2001 unter den Begriffen Kühleinsatz, Kühleisen, Kühlkern, Kühlkokille, Kühlnagel, Kühlrippe nur Vorrichtungen, deren Kühlung zur Verbesserung des Metallgefüges eingesetzt wird. Nur unter dem Begriff Kühlstrecke wird eine Vorrichtung beschrieben, die sich an eine Gießstrecke anschließt. Darauf werden die abgegossenen Formen als gesamtes so weit abgekühlt, dass sie ausgeleert werden können. Kühlzeiten werden dabei jedoch nicht erwähnt.
• In der Patentschrift DE 699 23 214 aus 1999 wird eine Vorrichtung zur Kühlung einer Kokille mittels Kühlkreisen durch flüssiges Kühlmittel beschrieben. Ziel ist hierbei eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Gußteiles. Unter Abschnitt 0006 wird zusätzlich erwähnt, dass eine höhere Kühlgeschwindigkeit die Produktivität erhöht, d. h. es erhöht sich die Zahl der Gussstücke pro Zeit- und Produktionseinheit.
• Die beschriebenen Kühlmaßnahmen erbringen alle neben der Gefügebeeinflussung des Gußteiles keine nennenswerte Beschleunigung des eigentlichen Gießtaktes oder die Gußformen werden durch die darin vorgesehenen Kühlkreise für Kühlflüssigkeiten mit den erforderlichen Pumpen, Kühlmittelbehältern etc. kompliziert und teuer.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Produktivität von Gußformen zu erhöhen bei verringertem technischen Aufwand im Vergleich zu Gußformen mit Kühlkanälen. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus Anspruch 1.
• Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführung im Aluminium Kokillenguß eingesetzt. Die Erfindung ist jedoch gleichermaßen auf den Schwermetallguss mit Kupfer, Blei, Messing etc. anwendbar. Ausgangspunkt ist eine übliche, aus einem massiven Metallblock gefertigte, zweiteilige Gußkokille ohne integrierte Kühlkanäle oder ähnliches. Nach dem Schließen der zwei Formhälften einer Kokille erfolgt das Eingießen des flüssigen Aluminium. Je nach Kokillengröße und Volumen des Gußteiles benötigt die geschlossene Kokille nun eine Abkühlzeit bis das Gußteil ausreichend erstarrt ist, um die Kokille öffnen zu können und das Gußteil zu entnehmen. Die Abkühlung erfolgt hierbei hauptsächlich über die Umgebungsluft, es ist sicher auch möglich zur Erhöhung der Abkühlrate die geschlossene Kokille mit Pressluft, Wasser oder ähnlichem zu beaufschlagen. Bei einem Aluminium Kokillengußteil mit ungeführ 1 kg Gußteilgewicht erfordert die Abkühlung der Kokille durch die Umgebungsluft entsprechend den bekannten Berechnungsformeln Q = c × m × delta t ca. 2 Minuten bis zur Entnahme.
• Eine Beschleunigung der Abkühlung durch Öffnen der Kokille vor dem berechneten Entnahmezeitpunkt birgt die Gefahr eines Gußteilverzuges oder kann erst so spät erfolgen, dass sich dadurch kein nennenswerter Zeitgewinn beim Gießvorgang mehr einstellt.
• Die Erfindung verlegt den Ort der Kühlung von den Kühlkanälen der Wandungen einer Kokille in den nach dem Abguss entstehenden Spalt zwischen formgebende Kokillenwand und Gußteil. Es wird keine Kühlflüssigkeit sondern ein gasförmiges Kühlmedium zur Kühlung verwendet, entweder im Zustand bei Raumtemperatur oder als gekühltes Gas. Dieses gasförmige Kühlmedium kann auch mit flüssigen Bestandteilen vermischt sein, zum Beispiel Wasser.
• Üblicherweise werden die formgebenden Konturen der Kokillenwände mit einer keramischen Schlichte geschlichtet, die Metallanhaftungen des Gussmetalls Aluminium an den Kokillenwänden vorbeugt. Nach dem Einfüllen des flüssigen Aluminium in die geschlossene Kokille erfolgt schon nach sehr kurzer Zeit durch die Abkühlung des Aluminium von Schmelztemperatur auf Kokillentemperatur eine Schrumpfung des Gußteiles. Unterstützt durch die Schlichte löst sich das Gußteil damit zu einem Großteil von den Kokillenwänden. Diese Schrumpfung ist Stand der Technik und wird zum Beispiel im Lehrbuch Prof. Dr. Ing. Philipp Schneider „Kokillen für Leichtmetallguss" Auflage 1 Seite 9 beschrieben. In diesen Spalt wird nun das gasförmige Kühlmedium eingeblasen, welches das Gußteil abkühlt. Dadurch vergrößert sich die Schrumpfung und erweitert den Spalt zwischen Gußteil und Kokillenwand immer mehr, damit beschleunigt sich die Kühlung des Gußteiles. Das eingeblasene gasförmige Kühlmedium entweicht unkontrolliert aus der Kokille durch die vorhandene Formteilung und am Einguß. Eine extra Vorrichtung zur Ableitung des gasförmigen Kühlmediums hat sich in den bisherigen Probeabgüssen nicht als notwendig erwiesen. Sie kann bei Bedarf vorgesehen werden.
• Erreicht wird die gasförmige Kühlmedieneinleitung mittels einer Bohrung in die formgebende Kokillenwand mit Leitungsanschluß für die gasförmige Kühlmedienzuführung auf der einen Seite und Verschluß dieser Bohrungen auf der anderen formgebenden Formseite der Kokille durch eine Einblasvorrichtung. Diese Einblasvorrichtung kann unterschiedlichst ausgestaltet werden, so zum Beispiel in Form einer Düse mit einer oder mehreren Öffnungen, eines Siebgitters, eines Einsatzes aus Sintermetall oder vergleichbar porösen Stoffen wie zum Beispiel Keramik.
• Diese Einblasvorrichtung wird vor dem Eingießen des flüssigen Aluminium zusammen mit der gesamten Kokille mit Schlichte bedeckt. Dadurch wird ein Zukleben der Einblasvorrichtung mit Aluminiummetall verhindert. Nach dem Eingießen des flüssigen Aluminium und Beginn der Erstarrungszeit wird die Einblasvorrichtung mit gasförmigem Kühlmedium so beaufschlagt, dass die bedeckende Schlichte sich abhebt und den Gasstrom um das Gußteil herum freigibt. Bei Probeabgüssen hat sich ein Druck des gasförmigen Kühlmediums als ausreichend erwiesen, wie er durch im Gießereibereich üblicherweise vorhandene Kompressoren erreicht wird. Der Druckbedarf kann je nach teilespezifischen Gegebenheiten des Gußteils und der Kokille jedoch ± schwanken. Die Anzahl der erforderlichen Einblasvorrichtungen pro Kokille ist von der Kontur des Gußteiles abhängig. Hier bedarf es teilespezifischen Erfahrungswerten, eine allgemeine Regel lässt sich noch nicht ableiten. Die bisher ersparte Abkühlzeit mit der inneren Kühlung durch das gasförmige Kühlmedium lässt sich ungefähr mit 30% bis 70% beziffern, die das Gußteil früher aus der Kokille entnommen werden kann.
• In einer weiteren Variante der Erfindung wird ein etwa an der Kokille vorhandener Kernzug genutzt. Hier wird das gasförmige Kühlmedium in den Hohlraum eingeblasen, der entsteht wenn der Kernzug zurückgezogen wird. Da dieser Raum nicht von flüssigem Metall beaufschlagt wird, kann die Zuführungsbohrung nur als offene Bohrung ohne Einblasvorrichtung ausgestaltet sein. Es hat den weiteren Vorteil, dass sich im Vergleich zur Einblasvorrichtung in der Formwand die anfängliche Angriffsfläche vergrößert, in der das gasförmiges Kühlmedium zwischen Gußteil und Kokillenwand eindringen kann. Der gleiche Effekt ist zu erreichen, wenn anstatt des Kernzuges die allgemein bekannte Vorrichtung von Auswerfern genutzt wird. Auch hier entsteht beim Zurückziehen der Auswerfer jeweils ein Hohlraum vor dem gegossenen Gußteil, welcher als Einblasraum des gasförmigen Kühlmediums genutzt werden kann. Entgegengesetzt, kann ein derartiger Hohlraum von Schiebern oder Auswerfern auch als Auslass für das eingeblasene gasförmige Kühlmedium eingerichtet werden.
• Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausfübrungsbeispiel der Erfindung an einer Kokille.
• In 1 ist die geschlossene, zweiteilige Kokille 1 mit dem Eingußtrichter 2 und der Formteilung 3 sowie dem Gußteil 4 und dem geschlossenem Schieber 7schematisch dargestellt. Das gasförmige Kühlmedium wird nun kurze Zeit nach dem Einfüllen des Gießmetalls durch die Bohrungen 5 und 6 mit Leitungsanschluß und Einblasvorrichtung in die Kokille eingeblasen. Das Kühlmedium entweicht danach durch den Eingußtrichter 3 und die Formteilung 4 und bewirkt so den Wärmeabtransport.
• In 2 ist der Schieber 7 zurückgezogen. Der dadurch entstehende Hohlraum zwischen Schieber 7 und Gußteil 4 wird durch die Bohrung 8 mit Leitungsanschluß für ein Einblasen des gasförmigen Kühlmediums oder für seinen Auslass nutzbar. Die technische Sachlage ist bei Nutzung von Hohlräumen von Auswerfern vergleichbar, deshalb wird auf eine zeichnerische Darstellung verzichtet.

Claims (3)

1. Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Gußstücken im Kokillenguss und Druckgussverfahren für NE-Metalle mit direkter Beaufschlagung des Gussteils durch das Kühlmedium, dadurch gekennzeichnet, dass in die mit flüssigem Gießmetall befüllte metallische Gussform (1) nach Ablauf einer anfänglichen kurzen Abkühlungszeit und der dadurch beginnenden Gussteilschrumpfung der dadurch entstehende Spalt genutzt wird, um ein gasförmiges Kühlmedium mit erhöhtem Druck zwischen die konturgebende Wand der metallenen Gussform (1) und das geschrumpfte Gussteil (4) einzublasen und danach das gasförmige, erhitzte Kühlmedium wieder durch vorhandene Spalte oder Öffnungen entweichen zu lassen.
2. Vorrichtung zur Gußteilabkühlung an einer zweiteiligen metallischen Gussform zur Durchführung des Verfahrens entsprechend nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform mindestens eine Bohrung (5) oder (6) aufweist, die von außen bis zur inneren formgebenden Wand der Gußform durchgeht und an der Bohrungsaußenseite einen Leitungsanschluß zum Einblasen eines gasförmigen Kühlmediums besitzt, wobei an der Bohringsinnenseite an der konturgebenden Wand eine Einblasvorrichtung vorhanden ist.
3. Vorrichtung zur Gussteileabkühlung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu oder anstelle von eingebrachten Bohrungen (5) oder (6) mit Einblasvorrichtung und Leitungsanschluß zum Einblasen, die Hohlräume von zurückgezogenen Schiebern (7) oder Auswerfern der Gussform mit einer Zuführungsbohrung (8) verbunden sind um das gasförmige Kühlmedium zwischen der Wand der Gussform und dem geschrumpftem Gußteil (4) einzublasen oder abzuleiten.