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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung metallischer
Gußstücke in metallischen gegossenen Gießformen in einer laufenden Reihe aufeinanderfolgender
Abgüsse, wobei das Gußstück eines beliebigen Abgusses dieser Reihe dem Gußstück
jedes beliebigen anderen Abgusses derselben Reihe gleicht.
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Gußstücke aus niedrigschmelzenden Metallen, wie Aluminium, Magnesium
und Zink, werden durch Druckgießen in metallischen Dauerformen hergestellt, und
neuerdings ist auch Messing mit einem gewissen Erfolg in dieser Weise gegossen worden.
Die zum Druckgießen von niedrigschmelzenden Metallen bestimmten Gießformen bestehen
gewöhnlich aus Stahl oder Gußeisen, und ihren Innenflächen wird durch maschinelle
Bearbeitung die gewünschte Gestalt erteilt; mitunter bestehen die Gießformen auch
aus Aluminium. Das Gießen von niedrigschmelzenden Metallen erfolgt durch Druckguß.
Wenn Kerne erforderlich sind, werden sie gewöhnlich aus Metall hergestellt, und
zwar entweder als Dauerkerne oder nur zur einmaligen Verwendung. So sind aus der
deutschen Patentschrift 817 492 Gießkerne, insbesondere für in Dauerformen zu gießende
Gegenstände, bekannt, die aus einem schmelzbaren Werkstoff mit niedrigerem Schmelzpunkt
als das Gießgut bestehen, der in Abstimmung auf die Gießtemperatur und die sonstigen
Wärmeeigenschaften des Gießmaterials, wie spezifische Wärme und Wärmeübertragung
oder Wärmeinhalt, entsprechend einem dick- oder dünnwandigen Gußstück so ausgewählt
wird, daß sein übergang in den Schmelzzustand eintritt, wenn das Gußstück durch
die Wärmeabgabe bereits einen ausreichend gestaltbeständigen Zustand angenommen
hat. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn der von dem Kern erzeugte Hohlraum
eine solche Gestalt hat, daß der Kern sich nicht unversehrt aus dem fertigen Gußstück
herausziehen läßt. Für die metallische Gießform wurde es bisher für die technische
Erzeugung für wesentlich gehalten, daß sie in dem Sinne dauerhaft ist, daß sie für
mehrere Abgüsse geeignet ist.
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Die Lebensdauer einer metallischen Dauergießform endet, sobald sie
nicht mehr imstande ist, die Gußstücke, für die sie gebaut ist, mit Genauigkeit
zu erzeugen. Da die Gießform bei jeder Verwendung der Einwirkung des in ihr gegossenen
Metalls ausgesetzt ist und nicht nur die Wärme des Gußstückes abführen, sondern
auch das unversehrte Entfernen desselben aus der -Form ermöglichen muß, sind Faktoren,
wie Oxydation, Wärmeübergang, Maßhaltigkeit, Unterschiede in der Wärmeausdehnung
während des Wärmeaustauschs und das anschließende Herausnehmen des Gußstückes, wesentlich
für die Bauart einer metallischen Dauergießform. Beim Gießen von niedrigschmelzenden
Metallen stellen solche Faktoren bei den niedrigen Temperaturen, bei denen diese
Metalle gegossen werden, keine besonderen Schwierigkeiten dar, und metallische Dauergießformen
werden zu diesem Zweck allgemein verwendet, mitunter mit keramischen oder ähnlichen
Auskleidungen zum Schutz ihres Inneren. Jedoch haben bei den viel höheren Temperaturen,
bei denen hochschmelzende Metalle gegossen werden, die gleichen Faktoren bisher
eine Schwierigkeit bedeutet, und sie stellen für das Gießen solcher Metalle in Dauergießformen
ein fast unüberwindliches Hindernis dar.
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Wegen des Vorteils, den der Genauguß ohne kostspieliges Bearbeiten
der Gußstücke mit der Maschine bedeuten würde, hat man in der Gießereitechnik schon
lange danach gestrebt, auch die höherschmelzenden Metalle, wie Messing, Bronze und
die Eisenmetalle, durch Druckgießen verarbeiten zu können. In neuerer Zeit wurde
zwar beim Gießen von Messing ein gewisser Erfolg erzielt, indem als Werkstoff für
die Dauergießform eine Molybdän-Speziallegierung verwendet wurde; aber die Investitionskosten
sind sehr hoch, und die Lebensdauer der Gießform ist recht kurz. Auch das Druckgießen
von Eisenlegierungen konnte bisher noch nicht in befriedigender Weise durchgeführt
werden.
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Die USA: Patentschrift 2 759 231 beschreibt ein Verfahren zum Gießen
von Eisenmetallen in Aluminiumgießformen. Als Gießverfahren wird im Sinne dieser
Patentschrift der Standguß angewandt, und die Gießformen sollen als Dauergießformen
verwendet werden. Dabei sollen nach der Lehre der Patentschrift alle Oberflächen
der Form eloxiert werden, das Forminnere soll mit einer keramischen Auskleidung
ausgestattet und die hohe Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums ausgenutzt werden. Jedoch
hat sich dieses Verfahren in der Praxis nicht bewährt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erörterten Schwierigkeiten,
die sich besonders der Herstellung von Gußstücken aus Eisenmetallen und anderen
hochschmelzenden Metallen in metallischen Gießformen entgegenstellen, zu beheben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jeden Abguß eine für
ihn jeweils neu angefertigte Gießform verwendet wird, die durch ihre spezifischen
Stoffwerte und ihre Masse ein solches Wärmeschluckvermögen aufweist, daß sie mindestens
so lange unversehrt bleibt, bis das Gußstück durch Wärmeabgabe und Erstarrung eine
hinreichende Gestaltfestigkeit angenommen hat.
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Nach dem Verfahren der Erfindung können mit jedem Abguß jeweils mehrere,
einander gleiche oder verschiedene Gußstücke hergestellt werden.
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Vorzugsweise werden die Gußstücke durch Druckgießen hergestellt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Metall
der Gießform nach der Verwendung derselben zurückgewonnen und zum Gießen von neuen
Gießformen verwendet. Dadurch wird es ermöglicht, das Metall, aus dem die Gießformen
hergestellt werden, unter Berücksichtigung der Eigenschaften auszuwählen, die für
das Erstarren des Gußstückes zu seiner endgültigen Gestalt erforderlich sind, und
andere Faktoren, wie die Anschaffungskosten des Metalls für die Gießformen und die
Beziehung seines Schmelzpunktes zu demjenigen des Metalls der Gußstücke, zu vernachlässigen.
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In Anbetracht der obigen Ausführungen eignet sich das Verfahren der
Erfindung besonders zur Herstellung von Gußstücken aus Eisenmetallen oder anderen
hochschmelzenden Metallen.
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Als Werkstoff für die Gießformen wird erfindungsgemäß ein Metall verwendet,
das gegenüber dem Metall, aus dem die Gußstücke hergestellt werden, indifferent
ist, z. B. mit demselben keine Legierung bildet. Es ist daher bei dem Verfahren
der Erfindung möglich, die Gießformen zum Gießen von hochschmelzenden Metallen aus
einem verhältnismäßig niedrigschmelzenden Metall, wie Aluminium, herzustellen, ohne
daß irgendein Teil der Innenfläche der Gießform einer Schutzbehandlung unterzogen
zu werden braucht, so daß das Wärmediffusionsvermögen
der Gießformen
im höchsten Ausmaß ausgenutzt werden und das Metall der Gießformen praktisch vollkommen
zurückgewonnen und zur Herstellung neuer Gießformen verwendet werden kann.
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Vorzugsweise werden die Gießformen selbst oder die Gießformteile durch
Druckgießen eines im Verhältnis zum Gußstück niedriger schmelzenden Metalls hergestellt,
und zwar insbesondere durch Druckgießen in einer Matrize.
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Das Verfahren der Erfindung kann auch zur Herstellung von Gußstücken
aus besonderen hochschmelzenden Metallen, wie Titan und Zirkonium, unter Anwendung
von Sonderbedingungen, wie eines Teilvakuums oder einer inerten Atmosphäre, durchgeführt
werden.
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Die Gießformen können in an sich bekannter Weise aus mehreren Teilen
bestehen, um das Herausnehmen der Gußstücke zu erleichtern; wenn aber der Schmelzpunkt
des Metalls der Gießform tief genug unter demjenigen des Metalls für das Gußstück
liegt, kann die Gießform auch aus einem Stück gefertigt und nach dem Gießvorgang
abgeschmolzen werden, um das fertige Gußstück zu gewinnen.
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Wenn die Gießform von einem Wassermantel umgeben ist oder in anderer
Weise für die schnelle Abführung des Wärme aus der Gießform beim Druckgießen gesorgt
wird, kommt es nicht auf die Masse der Gießform an.
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Da bei dem Verfahren der Erfindung das Metall der Gießform zurückgewonnen
und wiederverwendet werden kann, kann man als Werkstoff für die Gießformen sogar
Silber verwenden, falls der Vorteil, der sich aus seinem hohen Wärmediffusionsvermögen
ergibt, seine hohen Anschaffungskosten überwiegt.
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Zum Gießen von Eisenmetallen verwendet man vorzugsweise Gießformen
aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, und diese werden vorzugsweise durch Druckgießen
in einer Matrize aus Stahl, Eisen oder sogar aus Aluminium hergestellt.
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Wenn in Anbetracht der Schmelzpunkte des Metalls der Gießform und
des Metalls des Gußstückes die Wahrscheinlichkeit des Schmelzens der Gießform oder
der Bildung intermetallischer Verbindungen an der Grenzfläche zwischen der Gießform
und dem Gußstück besteht, läßt sich dies dadurch verhindern, daß man das Innere
der Gießform vorbehandelt, z. B. durch Anbringen einer gegenüber dem Metall des
Gußstückes indifferenten Auskleidung.
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Bei der Herstellung von Gußstücken nach dem Verfahren der Erfindung
durch Druckgießen werden die Gußstücke so lange unter Druck gehalten, bis sie zu
ihrer endgültigen Gestalt erstarrt sind. Dies geschieht mit Hilfe eines Schießaggregats,
mit dem die Gießform über eine Wärmeisolation verbunden wird und dessen Zylinder
mit einer abgemessenen Menge des Gießmaterials gefüllt wird, worauf das geschmolzene
Metall durch Kolbendruck aus dem Schießzylinder in die Gießform gefördert wird.
Die Wärmeisolation des Schießzylinders von der Gießform ist von besonderer Bedeutung
beim Druckgießen von Eisenmetallen und anderen hochschmelzenden Metallen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß auch die Kerne durch ihre spezifischen
Stoffwerte und ihre Masse ein solches Wärmeschluckvermögen aufweisen, daß sie mindestens
so lange unversehrt bleiben, bis das Grundstück durch Wärmeabgabe und Erstarrung
eine hinreichende Gestaltfestigkeit angenommen hat. Gewöhnlich bestehen die Kerne
aus dem gleichen Metall wie die Gießformen; unter Umständen kann es jedoch angezeigt
sein, sie aus einem anderen Metall herzustellen, wenn es z. B. darauf ankommt, daß
sich die Kerne aus dem Gußstück leicht herausschmelzen lassen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden sowohl
die Gießformen als auch die Kerne aus Aluminium hergestellt.
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Im Gegensatz zu dem einzigen bisher bekannten technischen Genaugußverfahren
für Eisenmetalle, nämlich dem Wachsausschmelzverfahren unter Verwendung von keramischen
Gießformen, bietet die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Eisenmetalle,
abgesehen von den niedrigeren Kosten, den Vorteil, daß auf diese Weise Gußstücke
in einem viel weiteren Bereich von Größen hergestellt werden können. Außerdem liefert
das Verfahren Gußstücke mit ebenso enger oder noch engerer Toleranz und, infolge
des hohen Wärmeschluckvermögens der Aluminiumgießformen, von besseren physikalischen
Eigenschaften, als sie in nichtmetallischen Gießformen hergestellt werden können.
Das Verfahren der Erfindung beseitigt dadurch, daß es die Verwendung der bisher
üblichen metallischen Dauerformen zugunsten verbrauchbarer, nur einmal zu verwendender
metallischer Gießformen aufgibt, die Schwierigkeiten, die beim Bau metallischer
Dauerformen auftreten und auf Faktoren, wie Oxydation, Wärmeübertragung, Maßhaltigkeit,
Unterschieden in der Wärmeausdehnung und dem Herausnehmen der Gußstücke, beruhen
und die sich, außer im Fall von Messing, dem Druckgießen von hochschmelzenden Metallen
durch Druckguß im großtechnischen Maßstab bisher entgegengestellt haben.