DE2802103A1 - Verfahren zum giessen mittels einer vakuumgeformten kokille sowie kokille hierfuer - Google Patents

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Möhlstraße 37 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha D-8000 München 80

Tokio, Japan Tel.:089/982085-87

* ^v Telex: 0529802 hnkld

Telegramme: ellipsoid

J 8. Jan. 1978

Verfahren zürn Gießen mittels einer vakuumgeformten Kokille

sowie Kokille hierfür

Die Erfind\mg betrifft ein Verfahren zum Gießen mittels einer vakuumgeformten Kokille sowie eine Kokille zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem Formverfahren zur Herstellung einer vakuumgeformten Kokille wird ein luftdichtes Trennmaterial, beispielsweise eine Kunststoff-Folie, auf die Oberfläche einer Schablone bzw. eines Musters sowie auf die Oberfläche eines Einguß-Laufs oder -Kanals, eines Steigers und eines ggf. vorhandenen Blindsteigers aufgebracht. Nachdem das so

überzogene Muster in eine vorbestimmte Position in einem oberen und einem unteren Formkasten, die mit einer Evakuiereinrichtung verbunden sind, gebracht worden ist, wird ein bindemittelfreies, körniges feuerfestes Material, z.B. Formsand, in die Formkästen eingefüllt. Sodann werden Ober- und Unterseiten der den Formsand enthaltenden Formkästen mittels eines luftdichten Abdicht- oder Trennmaterials dicht abgeschlossen, wonach die Zwischenräume in dem in den Formkästen befindlichen Formsand mittels der Evakuiereinrichtung mit einem Ubteidrudc

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beaufschlagt werden. Die Evakuiereinrichtung kann dabei z.B. aus einer für die Evakuierung der Hohlräume der Formkästen angeschlossenen Vakuumpumpe bestehen. Der Formsand wird bei dieser Unterdruckanlegung durch den Unterschied zwischen dem das Muster umgebenden Atmosphärendruck und dem Unterdruck zusammengedrückt (aggregated) und verdichtet. Auf diese Weise wird im Formsand eine der Konfiguration des Musters bzw. der Schablone komplementäre Musterfläche abgeformt, und die Trennfolie wird an die Musterfläche angesaugt. Wenn dann das Muster bzw. die Schablone aus den Formkästen herausgenommen und der Formsand weiterhin unter einem Unterdruck gehalten wird, wird eine vakuumgeformte Kokille mit derselben Form wie das Muster erhalten, die mit einem Einguß-Lauf, einem Steiger usw. versehen ist. Durch anschließendes Eingießen von Metallschmelze in den Formraum der Kokille wird dann ein Abguß des Musters bzw. der Schablone erhalten.

Bei den bisherigen Verfahren dieser Art wird im allgemeinen auf die im folgenden in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Weise ein Steiger oder Steigtrichter vorgesehen, der während der Abkühlung dem Gußstück Metallschmelze zuführt und dessen Schrumpfung ermöglicht. Gemäß Fig. 1 sind ein oberer und ein davon trennbarer unterer Formkasten 1 bzw. 1^! vorgesehen, die jeweils mit einer Evakuiereinrichtung versehen sind. In den Formkästen 1, 1· vorgesehene Evakuier- bzw. Absaugöffnungen 2 bzw. 2¹ sind mit der eigentlichen, nicht dargestellten Evakuiereinrichtung' beispielsweise einer Vakuumpumpe, verbindbar. In die Formkästen sind dabei gemäß Fig. 1 Evakuieroder Absaugfilter 3, 3¹ eingesetzt. Die Formkästen werden mit einem körnigen feuerfesten Material 4, z.B„ mit bindemittelfreiem Formsand gefüllt, dessen Oberflächen mit einem luftdichten Trennmaterial 5 z. B. in Form einer Kunststoff-Folie bedeckt werden. Der nach dem Herausnehmen der Schablone verbleibende Formraum 6 geht in einen Einguß-Lauf bzw. -Trich-

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ter 7 und Steiger 8 und 9 über. Der besonders tiefe Steiger 9 wird allgemein dann vorgesehen, wenn ein Gußstück mit komplexer Form gegossen werden soll.

Nachlauf- bzw.
Neben der sogVSpeisewirkung (feeding effect) beim Abkühlen verhindern die Steiger 8 und 9 bei dieser Kokille eine Verformung des Formraums 6, indem sie atmosphärische Luft zum Formraum zulassen, auch wenn die luftdichten Folien 5> die durch den angelegten Unterdruck unter Verkleidung der dem Muster entsprechenden Innenflächen des Formraums 6 an diese Flächen angesaugt sind, unter dem Einfluß der Wärme der durch den Lauf 7 eingefüllten Metallschmelze wegschmelzen.

Die bisherige vakuumgeformte Kokille ist jedoch mit den folgenden Mangeln behaftet:

1. Da die Metallschmelze infolge des besonders tiefen Steigers beim Abkühlen ein wesentlich größeres Volumen als das dem Gußstück zugeführte Volumen besitzen muß, wird die Ausstoßleistung beim Gießen stark herabgesetzt.

2. Da die Dehnungsgrenze der luftdichten Kunststoff-Folie häufig überschritten wird, wenn die Schablonenoberfläche mit nur einer Folie belegt wird, muß eine Nebenschablone für den Steiger 9 getrennt mit einer luftdichten Folie verkleidet und letztere getrennt und luftdicht mit dem Folienüberzug der Hauptschablone verbunden werden, was einen hohen zusätzlichen Arbeits- und Zeitaufwand und mithin erhöhte Herstellungskosten bedingt.

3. Der tiefe Steiger 9 kann je nach seiner Lage manchmal ein Hilfsabsaugrohr 21 o.dgl. im Formkasten 1 behindern, so daß es nötig wird, den Aufbau des Formkastens 1 zu ändern.

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Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Gießverfahrens unter Verwendung einer vakuumgeformten Kokille mit Steiger bzw. Steigtrichter, mit dem unter weitgehender oder praktisch vollständiger Vermeidung der dem bisherigen Verfahren anhaftenden Nachteile eine bessere Arbeitsweise gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Gießen unter Verwendung einer vakuumgeformten Kokille mit einem Blindsteiger erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Blindsteiger mit einer Belüftungsbohrung und an einer zweckmäßigen Stelle seines Oberteils mit einem Kegelelement versehen wird, wobei die im Blindsteiger befindliche, mit dem Kegelelement in Berührung stehende Metallschmelze beim Abkühlen nach dem Gießvorgang länger im Schmelzzustand verbleibt und daß innerhalb des feuerfesten Materials der Kokille ein Innendruck erzeugt wird, durch den die Speisung der Metallschmelze aus dem Blindsteiger zum Gußstück zum Ausgleichen von Schrumpfungsverlusten begünstigt wird.

Eine vakuumgeformte Kokille mit Blindsteiger zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Blindsteiger in seinem oberen Bereich eine Belüftungsbohrung und ein Kegelelement aufweist, das bis zu einer Stelle unter der Höhe nach unten ragt, welche die Metallschmelze nach dem Eingiäten erreicht, und daß die Anordnung so getroffen ist, daß infolge der Berührung zwischen der Metallschmelze und dem Kegelelement das feuerfeste Material der Kokille um den Blindsteiger herum thermisch gesättigt wird und folglich die Erstarrung der Metallschmelze im Blindsteiger verzögert.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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-Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bisherigen Vei»- fahrens zur Herstellung von vakuumgeformten Kokillen,

Fig. 2 eine schematische Teilschnittansicht eineryKokille gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3, 4, 5 und 6 der Fig. 2 ähnelnde schematische Darstellungen abgewandelter Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.

Gemäß Fig. 2 ist ein körniges, bindemittelfreies feuerfestes Material 4, z.B. Formsand, in die Formkästen eingefüllt, wobei ein luftdichtes Trennmaterial 5, wie Kunststoff-Folie, als Überzug für die Oberflächen dieses Materials vorgesehen ist. Nach der Verdichtung des Formsands um die überzogene bzw. verkleidete Schablone herum wird die Schablone unter Zurücklassung des Formraums 6 entfernt. Die Einzelheiten der Formkästen und ihrer Bauteile entsprechen dabei im wesentlichen denen bei der vorher in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Kokille, weshalb den Teilen von Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet sind.

Im Anschluß an den Formraum 6 ist ein Blindsteiger 10 ausgebildet, und an einer passenden Stelle im Oberteil dieses Blindsteigers 10, vorzugsweise an seinem höchsten Punkt, ist ein nach unten ragendes kegelförmiges Element 11 vorgesehen, welches dieselbe Aufgabe erfüllt und dieselben Vorteile bietet wie der bisher übliche Atmosphärendruckkern, d.h. ein sog. "Williamscher" Kern.

Der Blindsteiger 10 ist mit einer mit der Außenluft in Verbindung stehenden Belüftungsbohrung 12 versehen, wobei Be-

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lüftungsbohrung 12 und Regelelement 11 auf die in Fig. 2 dargestellte Weise angeordnet und in einem Formkasten ausgebildet sind, welcher mit einer Evakuiereinrichtung der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Art versehen ist.

Wenn über einen in Fig. 2 nicht gezeigten Einguß-Lauf Metallschmelze in den Formraum 6 der beschriebenen vakuumgeformten Kokille eingegossen wird, werden Formraum 6, Blindsteiger 10 und Belüftungsbohrung 12 mit der Schmelze gefüllt. Wenn sich das Gußstück im Formraum abzukühlen beginnt und daher schrumpft, fließt die im Blindsteiger 10 enthaltene Schmelze zum Gußstück. Hierbei ist die Spitze des an der Oberseite des Blindsteigers 10 vorgesehenen Kegelelements 11 so scharf, daß das Formmaterial, z.B. Formsand, durch die Wärme der Metallschmelze thermisch gesättigt wird. Bei beginnender Erstarrung des Gußstücks bleibt daher das Metall um das Kegelelement 11 herum im Schmelzzustand, und da der Formsand mit einem Innendruck in der Größenordnung von -400 mm Hg beaufschlagt ist, findet eine Druckspeisuig der Metallschmelze zum Gußstück statt. Infolgedessen bildet sich über dem verlorenen Kopf im Steiger 10 allmählich ein Abkühl- und Schrumpflunker, dessen Volumen sich schließlich auf eine Größe entsprechend dem gesamten Schrumpfvolumen vergrößert. Auf diese Weise wird im Formraum 6 ein fehlerfreies Gußstück gebildet, das keine Mangel, wie Schrumpflunker, aufweist. Beim Eingießen der Metallschmelze in den Formraum 6 schmilzt die die Innenflächen überziehende luftdichte Trennfolie 5 unter der Wärme der Metallschmelze ab, so daß der über die Folie hinweg bestehende Druckunterschied zwischen dem Formsand 4 und dem Formraum 6 ausgeglichen wird und infolgedessen normalerweise keine Verformung des Formraums 6 auftritt. Da der Formraum 6 jedoch über die Belüftungsbohrung 12 und den Blindsteiger 10 mit Atmosphärendruck beaufschlagt wird, kann der genannte Druckunterschied erhalten bleiben, so daß die Möglichkeit für eine Verformung des Formraums 6 weitgehend vermieden wird.

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Bei der in Fig. 3 dargestellten, abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist ein Atmosphärendruckkern bzw. Williamscher Kern 15 in einer passenden Position am höchsten Punkt des Blindsteigers 10 angeordnet. Nachdem die Belüftungsbohrung 12 getrennt ausgebildet und mit einer luftdichten Trennfolie überzogen worden ist, wird diese Folie mit Hilfe eines Klebstreifens 14 mit der den Blindsteiger 10 bedeckenden luftdichten Folie verbunden. Bei Verwendung eines getrennten Atmosphärendruckkems oder -kegeis 13 der Art gemäß Fig. 3 ergibt sich der Vorteil, daß nur eine geringe Gefahr für eine Verformung an dieser Stelle besteht. Der Atmosphärendruckkern 13 selbst ist nämlich keiner Verformung unterworfen, weil er aus Sand mit einem Bindemittel, z.B. Ölsand oder COp-Sand, besteht.

Bei der weiter abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist der Atmosphärendruckkern oder -kegel 13 im Blindsteiger 10 am unteren Ende der Belüftungsbohrung 12 angeordnet und mit letzterer mittels eines Hilfsrohrs 16 ausgefluchtet. Die Belüftungsbohrung selbst wird durch ein Rohr 15 gebildet, das mittels eines Klebstreifens oder -bands 17 mit dem Hilfsrohr 16 verbunden ist. Da bei dieser Ausführungsform die Metallschmelze nicht in das Rohr 15 eintritt, wird der Vorteil einer entsprechenden Erhöhung des Ausbringens beim Gießen erreicht. Da hierbei weiterhin keine Möglichkeit dafür besteht, daß die Metallschmelze über die Belüftungsbonrung auf die Oberfläche des Formkastens überströmt und dabei die dessen Oberfläche bedeckende luftdichte Trennfolie zum Schmelzen bringt, wird vorteilhaft gewährleistet, daß der den Formsand beaufschlagende Unterdruck keinen Schwankungen unterliegt.

In Fig.5 ist noch eine andere Abwandlung dargestellt, bei welcher das Volumen des Blindsteigers und mithin auch der Atmosphärenäruckkem 13 klein sind. Dieser Kern bzw. das

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Kegelelement 13 ist ähnlich angeordnet wie in Fig. 4, doch ist kein Hilfsrohr 16 vorgesehen. Nach der Anordnung des Kegelelements 13 an der Oberseite des Blindsteigers wird dieser gleichzeitig mit der Verkleidung der Schablonenoberfläche mit einer luftdichten Trennfolie verkleidet bzw. belegt. Das Rohr 15 zum Zulassen von Atmosphärenluft wird nach entsprechendem Ausschneiden der Trennfolie an der Oberseite des Kegelelements 13 angeordnet bzw. eingesetzt, worauf diese Teile mit Hilfe eines Klebstreifens 18 miteinander verbunden werden.

Bei der weiteren Abwandlung gemäß Fig. 6 ist ein Atmosphärendruckkern bzw. Kegelelement 13 ähnlich demjenigen nach Fig. mit einem Ansatz oder Anguß 19 zum Aufsetzen des unteren Endes des Rohrs 15 versehen. Dies bietet den Vorteil, daß die Verhinderung der Verformung nach dem Einfüllen des Formsands in den Formkasten nicht ausschließlich dem Klebstreifen 18 überlassen bleiben muß.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Metallschmelzenspeisung vom Blindsteiger aus ersichtlicherweise höchst wirksam. Dabei kann eine ausreichende Schmelzenspeisung mit einem Blindsteiger kleinen Volumens erwartet werden, ohne daß dabei die Möglichkeit für ein Überflid3en der Metallschmelze durch die Belüftungsbohrung besteht. Dies bietet den praktischen Vorteil, daß nicht nur das Ausbringen der Gußstücke verbessert wird, sondern auch eine nur geringe Wahrscheinlichkeit für die Herstellung eines Gußstücks mit Gußfehlern besteht.

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Claims (5)

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte 280210 Möhlstraße 37 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha D-8000 München 80 Tokio, Japan Te!.:089/982085-87 Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid J 8. Jan. 1978 Patentansprüche

1. Verfahren zum Gießen unter Verwendung einer vakuumgeformten Kokille mit einem Blindsteiger, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindsteiger mit einer Belüftungsbohrung und an einer zweckmäßigen Stelle seines Oberteils mit einem Kegelelement versehen wird, wobei die im Blindsteiger befindliche, mit dem Kegelelement in Berührung stehende Metallschmelze beim Abkühlen nach dem Gießvorgang länger im Schmelzzustand verbleibt, und daß innerhalb des feuerfesten Materials der Kokille ein Innendruck erzeugt wird, durch den die Speisung der Metallschmelze aus dem Blindsteiger zum Gußstück zum Ausgleichen von Schrumpfungsverlusten begünstigt wird.

2. Vakuumgeformte Kokille mit einem Blindsteiger, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindsteiger (10) in seinem oberen Bereich eine Belüftungsbohrung (12) und ein Kegelelement (11; 13) aufweist, das bis zu einer Stelle unter der Höhe nach unten ragt", welche die Metallschmelze nach dem Eingießen erreicht, und daß die Anordnung so getroffen ist, daß infolge der Berührung zwischen der Metallschmelze und dem Kegelelement (11; 13) das feuerfeste Material (4) der Kokille um den Blindsteiger (10)herum thermisch ge-

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sättigt wird und folglich die Erstarrung der Metallschmelze im Blindsteiger verzögert.

3. Kokille nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsbohrung auf Abstand vom Kegelelement angeordnet ist.

4. Kokille nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kegelelement ein mit der Belüftungsbohrung ausgefluchteter Kern ist.

5. Kokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern mit einem Anguß (19) versehen ist und daß ein die Belüftungsbohrung bildendes Hilfsrohr (15) durch die Kokille hindurchgeführt und auf den Anguß aufgesetzt ist.

6· Kokille nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kegelelement ein "Atmosphärendruckkern ist."

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