DE2041588C3 - Schmelz- und Niederdruckgieß-Verfahren und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Schmelz- und Niederdruckgießverfahren, bei dem die an das Steigrohr des druckdichten Schniclzgefäßes anzuschließende. Gießform durch Verdrängen einer dem Fornihohlraum entsprechenden Menge des Gießgutes aus dem Schmelzgefäß mittels eines Chargierkörpers gefüllt wird sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist eine Einrichtung bekannt (CH-PS 3 59 844), die nach dem Warmkammer-Druckgießverfahren arbeitet und bei der der Schmelze im Eisenticgel ein Chargierkörper unter Schutzgas zugeführt wird. Der Gießvorgang wird durch eine Warmkammergießpumpe bewirkt, die in der Zeichnung unrichtig als Ventil dargestellt ist. Die Gießeinrichtung wird durch Kippen von der gefüllten Form getrennt. Diese Einrichtung ist im Hinblick auf turbulenzfreie Formfüllung und Dichtspeisung während der Gußerstarrung für das Niederdruckgieß-Verfahren nicht geeignet.

Die Warmkamnier-Druckgießeinrichiungen nach LJS- PS 14 OJ 455 und 12 14 J58 verwenden Chargierkor per als Kolben, die abdichtend in direktem Reibursgskontakt in metallischen Röhren als Druckzünder aufgeschmolzen weiden und die Schmelze zur Formfüllung verdrangen. Theoretisch können hier nur einige wenige 1 .egierungen mit entsprechend geringer Löslichkeit für das Zvündermaterial und mit besonders niedrigem Schmelzpunkt verarbeitet werden. Praktisch sind derartige Versuche für die Gußproduklion bedeutungslos geblieben., da es unter den vorliegenden Bedingungen rasch zu AnfreWerscheinungen und damn zur Zerstörung der Zylinderwand kommt.

Das bekannte Niederdruckgieß-Verfahren erzielt bei Uirbulenzarmer I ormlüllung eine gute Dichtspeisung der Gußtcile bei sehr geringem Materialaufwand. Als Nachteil muß die Unterbrechung des Fertigungsablaufs beim Nachfüllen von Schmelze in den Gießofen, der höchstens bis zu einem Drittel der ursprünglichen Füllmenge geleert weiden kann, angesehen werden. Dabei kann eine Schaumbildung infolge der Oxydation der frei fallenden Schmelze nicht verhindert werden. Ein Aufschmelzen von festem Einsal/material ist aus den gleichen Gründen praktisch nicht möglich. Eine ähnliche Gefahr tritt auch im Steigrohr unterhalb der Gießform durch die bei jedem Arbeitstakt aufsteigende und zurückfallende Schmel/säule auf. sie muß bei hochwertigen C-ußteilen durch zwischen Gießform und Steigrohrmiindung eingesetzte Schaumfangsiebe bekämpft werden. Die Lösung, den Schmclzepegel in Höhe der Steigrohrmündung nach beendetem Arbeitstakt durch Gasdrucksteuerung zu halten, stößt auf Grund des sich ständig im Ofen ändernden Metallstands auf erhebliche Schwierigkeiten und hat sich in der Betriebspraxis nicht einführen können. Als wenig vorteilhaft muß auch die Tatsache angeschen werden, daß für jeden einzelnen Guß eine beträchtliche Menge Druckgas aufzuwenden ist. Aus Kostengründen kommt daher nur Preßluft in Frage, die Dei nicht sorgfältiger Trocknung das Wasserstoffproblem aufwirft und ferner einen Ausbrand wichtiger Schmel/ekomponenten, /.. B. Magnesium und Natrium, begünstigt. Das Luftvolumen muß entsprechend dem bei fortSLhreitendcr Produktion abnehmenden Schmelzevorrat laufend vergrößert werden, was in Verbindung mit der zwangsläufigen Wärmeausdehnung zu Ungleichmäßigkeiten bei der Formfüllung führt. Ein weiteres Problem liegt beim gußeisernen Steigrohr, dessen Lebensdauer bei verschiedenen Metallschmelzen sehr begrenzt ist (Ztschr. »Gießerei« 56. [1969], S. 83-90). Der für die Dichtspeisung des erstarrenden Gußkörpers wichtige Druck der Schmelze muß mit Rücksicht auf die notwendige Druckbeaufschlagung des gesamten Ofenraums niedrig gehalten werden.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum gleichzeitigen Schmelzen und Vergießen aller technisch bedeutsamen Gußwerkstoffe für die Produkiionspraxis zu realisieren, bei dem Abbrand und Verunreinigung der Schmelze vermieden werden und bei dem während der Erstarrung in der Gießform ein maßgenaues Werkstück mit dichtem, feinkörnigem Gefüge entsteht. Schließlich soll der Herstellungsprozeß auf rationelle Weise mit möglichst hohem Mechanisierungsgrad und auf engstem Raum ablaufen können.

Die Aufgabe wird beim erfindungsgemäßen Schmelz- und Niederdruckgießverfahren, bei dem die an das Steigrohr des druckdichten Schmelzgefäßes anzuschlie-

ßi'iide Gießform durch Vordrangen einer dem I urin hohlraum entsprechenden Menge des Gicßguics .ms dem Schnielzgcläß mittels eines Chargierkörpers gelullt wird, dadurch gelost, dall der in der Schmel/phase mit der Steigrohrmiindimg fluchtende Schmel/espiegcl im Schmel/gef.iß mittels einer druckgeregehen Schiuzgasfüllung während der Sehmel/- und Gießphasc aul gleichbleibender I lohe gehallen w ird.

Λη Sielle der induktiven Beheizung kann bei geeigneten Legierungen. /.B. Magnesitimlegierungen, und bei entsprechendem Tiegelmatet ial auch eine son-lige i" der Sehmelzereip.a\is bekannte Bohei/unus .irt serss endet werden.

Der Begriff Schutzgas steht hier auch für (iase. denen eine sonstige metallurgische Bedeutung zukommt. Dn.-Schutzgasfüllun;: bleibt über zahlreiche Gießzsklen erhallen, es werden nur Leckverluste ergänzt.

Um auch de.i Chargiersorgang kontinuierlich durchführer, zu können, werden die Chargierkörper außerhalb des Schmelzgefäßes fest miteinander verbunden.

Zur Ausübung des Verfahrens wird ,in den Schmelz ofen einerseits, in bekannter Weise, seitlich ein Steigrohr und andererseits oberhalb desselben eine gasdichte Chargierkammer angeordnet. ;-.n die ein Druckzylinder angeschlossen ist. An der Eiiiführsielle der Chargierkammer wird eine dem Chargierkörper angepaßte Dichtung und im Bereich der Einwiuchsielle des Chargierkörper in die Schmelze im Ofen em gasdichter feuerfester Linsatz angeordnet, der auch aus einer dichten Ausstampfung bestehen kann. Hiermit wild eine besonders dauerhafte und wirkungsvolle Abdichtung für das unter Druck gesetzte Sehnt/gas erreicht.

Zwecks Entfernung des erstarrten Werkstücks wird die Sehmelzesäule im Steigrohr durch entsprechende Regelung des Schutzgasdruckes in Höhe der Steigrohrmündung gehalten. Hierbei kann das Werkstück sowohl einer Dauerform entnommen als auch mit seiner verlorenen Form entfern! werden.

Um mehrere nacheinander in die Chargierkammer einzuführende Chargierkörper dicht aufeinander folgen lassen zu können, wird man jeden Chargierkörper an seinen Enden mit einander entsprechenden Verbindungsmitteln versehen. Zweckmäßig wird man solche Verbindungsmittel, die den Wärmefluß behindern, zwischen aufeinanderfolgenden Chargierkörpern anordnen.

Um /u verhindern, daß zwischen aufeinanderfolgenden Chargierkörpern vorhandene Luft- oder Verunrei nigungen in die Chargierkaninier gelangen, wird an der Einfühi ungsstellc der Chargierkammer eine Spüldusche vor der Dichtung angeordnet, die übei eine ein Ventil enthaltende Zuleitung mit der Gasquelle für das Schutzgas verbunden ist. Damit die Spüldusche jeweils nur beim Eintritt einer Verbindungsstelle zweier Chargierkörper in Tätigkeit tritt, wird man eine Steuervorrichtung, beispielsweise einen Endschalter, zum Ein- und Ausschalten des Ventils anordnen.

Zusätzlich kann man an der Chargierkammer oberhalb der Eintauchstelle des Chargierkörpers in die Schmelze eine abgedichtete Zuführvorrichtung für Schmelzcbehandlungsmittcl, /.. B. Kornfeinungsmittel, vorsehen. Durch ähnliche Vorrichtungen können auch Temperaturmessungen vorgenommen werden.

Die mi' der Erfindung erzielten Vorteile erstrecken sich zunächst auf die Gewinnung einer von unei'.uinschten Verunreinigungen freien Schmelze unter Schutzgas, dir mit Hilfe desselben Aggregats gleichzeitig zu dichten. maßgenauen Werkstücken vergossen wird. Dabei tritt die Schmelze in lurbiilen/.freiem ZuIIuIt son unten in die Gießform ein und erstarrt dort vorss legend son oben nach unten gerichtet. s\as zu besonders dichten, lehlerfrcien Teilen bei sehr gunstiger Bru'.to-Netto-Aushringung lulin. Intolge des praktisch konstanten Schmelzepegels im Ofen durch die mit dem Gießen gekoppelte Nachchargierung ist ein hoher < ileiehmäßigkensgrad bei der Lornilüllung über zahlrei-

iü ι he Arbeitszyklen hin gewährleistet. Die Beschränkung der Gasfüllung auf die Chargierkammer verbilligt the Oleiikonslrukiion und lallt im Vergleich zu anderen Verlahrcrt höhere Drücke zu. was für eine dichte Erstarrung des Werkstucks \on Vorteil ist. Da im Gegensalz zu sonstigen Verlahren ein Gaswechsel bei jedem Arbeitstakt vermieden wird, ist ein s\ irischaltlicher Einsatz von Schutzgasen, sue ζ. Β. Argon, möglich, der neben der Vermeidung einer Verunreinigung der Schmelze auch Metallserlusle durch Abbrand ausschließt. Ein Behandeln der Schmelze mit geeigneten Präparaten ist ohne Störung des vollkontinuierliehen Produktionsablaufs möglich. Dieses Gießverfahren ist lur last alle Guß'.verksiolfe anssendbar. ein Steigrohrproblem tritt nicht auf. Line universelle Anwendbarkeit ergibt sich auch im Hinblick auf die Größe der zu produzierenden Werkslücke. Das Verfahren ist ebenso geeignet für die Massenproduktion son «.!einteilen wie für die Herstellung besonders großer Sandgußteile Lind eignet sich auch als genau arbeitende Dosiereinrichtung /. B. für das Kokillengießscrl.ihren und die Druckgießmaschine. Zusammen mil dem hohen Mchanisierungsgrad sind Einsparungen an Material und Energie hervorzuheben. Das Aufschmelzen kompakter Chargierkörper. \\ ie z.B. Stranggußlormate, ist rationeller als das son Masseln, wobei in der Gießerei die Gattierung- und Legierungsarbeit entfällt und ss eiligen großen Schmelzhütten überlassen bleibt. Die Gießereialmosphäre wird durch das Schmelzen im abgeschlossenen System nicht beeinträchtigt und damit ein Beitrag zur Reinhaltung der I .ult geleistet.

In der Zeichnung ist ein Auslühmngsheispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt.

Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus dem Induktionsofen I mit seillich abführenden! Steigrohr 2.

der druckdichten Chargierkaninier 3 und einer Gießfonii 4. Die Chargierkammer 3 ist gegen die Atmosphäre mit Hilfe einer geeigneten Dichtung 9. gegen den Ofen t durch den Einsatz 10 aus gasdichtem feuerfesten Material und die im Bereich dieses Einsatzes befindliche Oberfläche der Schmelze 11 abgedichtet. Über der Dichtung 9 befindet sich eine Spüldusche 18. die über ein Steuerventil 19 an eine bei 12 befindliche Gasquelle angeschlossen ist. Die C'hargierkammer 3 ist mit dem Druckzylinder 14 serbunden und enthält ein Schutzgas, z. B. Argon, das gleichfalls durch die Gasquelle 12 über ein Absperrventil 13 eingefüllt und mit Hilfe des Druckzylinder 14 auf die verschiedenen während des Gießtaktes erforderlichen Drücke in Abstimmung mit dem Vorschub der Chargierkörper 5

to geregelt wird. Die Chargierkörper 5 bestehen /.. B. aus Stranggußbolzen, die auf geringe Distanz durch den Gewindebolzen 6 gleichen Materials verbunden sind und durch steuerbare motorgetriebene Eörderrollen 7 durch die Chargierkaninier 3 zum Schmelzen in den

6s Bereich der Induktionsspule 8 im Ofen 1 geschoben werden.

Das Gießen kann beginnen, sobald die Schmelze 15 im Ofen ihren Normalpegelstand, die Kommunikation

mil der Steigrohrmündung 16. erreicht. Durch Hinschieben der Chargierkörper 5 in das Schmel/ebad 15 steig! die Schmelze über den Nurmalpegelsland nur im Steigrohr 2. da in der C.'hargierkammer 3 mit Unterstützung des Druckzylinders 14 gleichzeitig ein Gegendruck aufgebaut wird, der hier den Schmelzestand im Hereich des Normalpegels Lind damit des Umsatzes 10 hält. Die Schmelze tritt durch die Steigrohrmündung 16 in den Formhohlraum 17 der Gießform 4 und füllt diesen aus. Mit beendeter Formfüllung kommen auch die Chargierkörper 5 zum Stillsland. Eine weitere Druckerhöhung mit Hilfe des Zylinders 14 verbessert die Dichtspeisung des erstarrenden Gußkörpers in der Form 4. Sobald die Erstarrung

bis in Nahe der Steigrohrmündung 16 forgcschritten ist. kann der Druck in der Chargierkammer 3 auf Normalbedingungen reduziert und die Gießform 4 zur Gußleilentnahme geöffnet oder durch eine leere Form für einen neuen Arbeitstakt ersetzt werden.

Zur Unterbindung einer l.ufieinsehleppung in die Chargierkammer wird die Spülduschc 18 durch das Steuerventil 19 beim Passieren der Kopplungsstelle der Chiirgierkörper 5 mit Schutzgas beaufschlagt. Innerhalb tier Chargierkammer 3 werden i'ie Körper durch einen Gleiiring 20 geführt. Die abgedichtete Zuführvorrichtung 21 gestattet das Einbringen von Schmelzebehandlungsmitteln in Drahtform ohne Störung des Produktionsablaufs.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schmelz- und Niederdiuckgießverfahren, bei dem die an das Steigrohr des druckdichten Schmelzgefä(3es anzuschließende Gießform durrh Verdrängen einer dem Formhohlraum entsprechenden Menge des Gießgutes aus dem SchmelzgefaiJ mittels eines Chargierkörpers gefüllt und. dadurch gekennzeichnet, daß der in der Sehnielzphase mit der Steigrohrmündiiiii; lluchiende Schmcl/cspiegcl im Schmclzgefaß miitels einer druckgeregelten Schutzgasfüllung wahrend der Schmelz und Gießphase auf gleichbleibender Höh», gehalten wird.

2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß am Schmelzofen (1) eine gasdichte Chaigierkammer (3) mit einem Druckzylinder (14; angeordnet ist. so daß lediglich Schut/gasleckverlusie zu kompensieren sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß an der Einführstelle der Chaigierkammcr (3) eine dem C hargierkörper (5) angepaßte Dichtung (9) und im Bereich der Einlauchstelle der Chargierkörper in die Schmelze im Ofen ein gasdichter feuerfester Einsatz (10) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß auleinanderlolgende Chargierkörper mit den Wärmefluß benindei nden Verbindungsmitteln versehen sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einführstelle der Chargierkammer (3) vor der Dichtung (9) eine Spüldusche (18) angeordnet ist. die über ein Ventil (19) mit der Schutzgas/uleilung (12) verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (·9) zur Spüldusche (18) durch die Bewegung der Chargierkörper (5) mittels eines Endschalters zu steuern ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß an der Chargierkammer (3) eine abgedichtete Zuführvorrichtung (21) für Sehmelzebehandlungs- und/oder Kontrollmittel angeordnet ist.