Verfahren und Modell zur Herstellung von nach oben verjüngten Teilen in Gussformen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von nach oben verjüngten Teilen in Gussformen, z. B. von Hauben in Kokillen, zum Giessen von Blöcken aus Stahl oder andern Me tallen, oder von Steigern bei der Herstellung von Formgussstücken aus Gusseisen, Stahl- oder andern Materialien.
Bei der Herstellung von beruhigten Stahlblöcken wird die Entstehung von Lunker und Steigerungen innerhalb des Blockes durch die Anwendung der Hauben vermieden. Diese Hauben bestehen im all gemeinen aus Schamottesteinen, die im obern Teil der Kokille ausgemauert sind. Die Hauben können auch abnehmbar sein.
Statt Schamottesteinen ist es möglich, eine feuer feste Stampfmasse zu verwenden, die zwischen einem Modell und einer Aussparung im obern Teil der Kokille eingestampft wird. Infolge einer gewissen Konizität des Modelles kann sie ohne Beschädigung der eingestampften Masse entfernt werden. Diese Art Hauben hat deswegen im allgemeinen den grossen Querschnitt oben. Hierin besteht ein Nachteil hin sichtlich der Ausbeute beim Walzen des Blockes. Diese Schwierigkeiten wachsen mit der Grösse des Blockes.
Im Vergleich zu andern Arten von Hauben hat eine eingestampfte Haube den Vorteil, dass zwischen der Haube und der Kokillenwand kein offener Spalt entsteht, in die das flüssige Metall eintreten kann. Geschieht dies, wird nämlich die freie Schrumpfung der Blockhaut verhindert, und Querrisse können ent stehen, welche beim Walzen zu Schrottanfall führen.
Eine besondere Art von eingestampften Hauben ist in Verbindung mit unten breiteren Kokillen be kannt. In diesem Fall wird ein einstellbares Gestell in die Kokille eingesetzt, das auf dem Boden bzw. auf der Unterlagsplatte oder der Gespannplatte ruht. Auf diesem Gestell wird ein nach oben sich verjüngendes Modell aufgesetzt, und zwar in der erforderlichen Höhe in der Kokille. Eine feuerfeste Haubenmasse wird dann zwischen das Modell und die Kokillen wand, die normalerweise keine Aussparung besitzt, eingestampft.
Das Gestell und das Modell werden durch das offene Bodenende der Kokille entfernt, indem die Kokille einfach von der Unterlage gehoben wird. Dieses Verfahren zur Herstellung von Hauben ist indessen kompliziert und teuer, denn es erfordert eine verhältnismässig lange Zeit, das Gestell und das Modell in die Kokille einzustellen und sie nach dem Einstampfen der Haube wieder zu entfernen. Ein weiterer Nachteil liegt bei dieser Art von Hauben darin, dass sie nur für unten breitere Kokillen an gewendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, in ein facher Weise nach oben verjüngte Teile, z. B. ge stampfte Hauben, herzustellen. Es geschieht dies durch Verwendung eines zusammenklappbaren Mo delles. Ein solcher nach oben verjüngter Teil kann sehr schnell hergestellt werden und besitzt gute Wärmeisoliereigenschaften.
Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in die Gussform ein zusammen klappbares Modell in die Gussform eingeführt wird, welches sich an die Innenwand der Gussform anlegt, dass hierauf eine feuerfeste Masse zwischen einer Wand und dem Modell eingebracht wird und dass das Modell zusammengeklappt und aus der Gussform herausgehoben wird. Dadurch, dass das Modell zu sammenklappbar ist, ist es leicht, es aus der Gussform zu entfernen, nachdem die feuerfeste Masse einge bracht worden ist.
Es ist einerlei, ob es sich um oben oder unten breitere Gussformen handelt. Es ist auch gleichgültig, ob die Gussform am Boden offen oder geschlossen ist. Das Zusammenklappen des Modelles kann zum Beispiel in der gleichen Weise erfolgen wie das Zusammenklappen eines Regenschirmes.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Modell zur Ausführung des erfindungs gemässen Verfahrens zu schaffen. Dieses Modell ge mäss der Erfindung besteht aus einer sich nach oben verjüngenden, aus wenigstens drei separaten Platten zusammengesetzten Kappe, wobei die Unterkante der Kappe dazu bestimmt ist, mit dem Horizontalquer schnitt der Gussform, in der das Modell benutzt wird, übereinzustimmen, und dass jede Platte so angeord net ist, dass sie in Richtung der Mittelachse der Kappe geschwenkt werden kann, um das Wegnehmen des Modelles aus der Gussform ohne Beschädigung des verjüngten Gussformteils zu ermöglichen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die Ausführungsbei spiele darstellen. Es zeigen: Fig. 1 teilweise im Schnitt den obern Teil einer Kokille mit einem eingesetzten Modell und einge stampfter Masse zwischen Modell und Kokille, Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 von oben ge sehen, indessen ohne StampfmassP.
Fig. 3 entspricht der Fig. 1 und zeigt das Modell zusammengeklappt, bevor es entfernt wird.
Fig. 4 ist ein Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 3.
Fig. 5 zeigt das Modell in Anwendung bei der Herstellung von Stahlformguss.
Das Modell nach den Fig. 1 bis 4 besteht aus vier Platten 1, die an einem Rohr oder dergleichen 2 angelenkt sind. Die Platten sind so geformt, dass sie genau in den Ecken der viereckigen Kokille 13 an liegen. Die untere Kante der Platten 1 ist vorzugs weise mit einem Flansch 12 versehen. Durch das Rohr 2 geht eine Stange 5 mit einem Handgriff 4 hindurch. Sie ist an ihrem untern Ende mit Armen 6 versehen, deren gegenüberliegende Enden mit den Platten 1 verbunden sind. Diese Arme können ge gebenenfalls federnd ausgebildet werden.
In der dar gestellten Ausführungsform der Figuren sind ledig lich zwei der Platten mit Armen versehen, und zwar zwei gegenüberliegende Platten, indessen können sämtliche Platten mit der mittleren Stange 5 durch Arme 6 verbunden werden. Die Stange 5 kann an dem Rohr 2 mittels einer Schraube 7 oder eines Bajonettverschlusses befestigt werden. Auf dem Rohr 2 sind ausserdem zwei Arme 8 mit Rohren 9 an den äussern Enden vorgesehen. Diese Rohre tragen Stan gen 10, die als Abstützung für das Modell dienen und die in jeder beliebigen Lage mittels der Schrau ben 11 festgelegt werden können.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, die verschiedenen nebeneinan- derliegenden Platten des Modelles mittels dünner Ketten oder dergleichen zu verbinden, um jegliches Spiel zwischen den einzelnen Platten zu verhindern. Eine solche Verbindung der Platten wird vorzugs weise elastisch ausgebildet, und zwar durch Einbrin gen einer kurzen Spiralfeder oder durch Gummi schnüre. Bei der Benutzung wird das Modell so weit in die Kokille 13 versenkt, bis die Stützen 10 oben auf der Form ruhen. Die Versenkungstiefe des Modelles in die Kokille ist von der Lage der Stützen 10 ab hängig. Der Handgriff 4 an der Stange 5 wird nach unten gedrückt.
Dadurch werden die Arme 6 und die Platten 1 nach aussen gedrückt, bis die untern Kan ten der Platten sich an die Innenwand der Kokille anlegen. Die beiden übrigen Platten, und zwar die jenigen, die nicht mit dem Ende der Stange 5 ver bunden sind, werden durch die beiden über die Arme 6 bewegten Platten nach aussen gedrückt. Die Stange 5 wird alsdann durch die Schraube 7 fest gelegt.
Natürlich können alle Platten mittels Arme mit dem untern Ende der Stange 5 verbunden werden. Es kann dabei vorteilhaft sein, die Arme federnd zu machen, mindestens die Arme, die mit den Platten in Verbindung stehen, die in den Ecken des Modelles liegen. Damit wird immer eine gute Dichtung zwi schen Modell und Kokillenwand erreicht, auch wenn der Querschnitt der Kokille nicht genau quadratisch, sondern etwas unregelmässig ist.
Die Anzahl der Platten des Modelles kann belie big gross sein und ist im allgemeinen von der Form und Grösse der Kokille abhängig. Es sollen jedoch immer mindestens drei sein.
Gegebenenfalls kann am Boden des Raumes zwi schen der Kokillenwand und dem Modell ein Pack material eingelegt werden. Das Packmaterial kann zum Beispiel aus Asbest, Stroh, Glaswolle oder der gleichen bestehen. Es ist auch möglich, einen geboge nen Eisendraht o. ä. als Armierung am untern Ende der Haube einzulegen, ehe die Haubenmasse ange bracht wird.
Der Flansch 12 an der untern Kante der Platten 1 verleiht dem Modell eine grössere Festigkeit, ausserdem der Haube am untern Ende eine gewisse Stärke und dadurch bessere Wärme- isoliereigenschaften. Alsdann wird die Haubenmasse eingefüllt, die Schraube 7 gelöst und der Handgriff 4 mit der Stange 5 nach oben gezogen. Dadurch wird das Modell zusammengelegt, wie aus Fig. 3 ersicht lich. Alsdann wird das Modell aus der Kokille her ausgezogen und entfernt.
Ein und dasselbe Modell, wie es aus der Zeich nung ersichtlich ist, kann in verschiedenen Tiefen an der Kokille angebracht werden. Dabei kann ein guter Kontakt zwischen den Unterkanten der Platten 1 und der Innenwand der Kokille erreicht werden. Selbst wenn die Platten 1 sich mehr oder weniger übergrei fen, so bildet die untere Kante des Modelles stets die Form einer im wesentlichen gleichen geometrischen Figur, also im vorliegenden Falle etwa eines Qua drates.
Im Vergleich zu andern Herstellungsverfahren für Hauben besitzt das beschriebene Verfahren folgende Vorteile: 1. Die Haube ist in der Herstellung sehr billig, denn das zusammenklappbare oder demontierbare Modell kann beliebig oft benutzt werden. Ausserdem kann als Haubenmaterial ein sehr billiges Material verwendet werden, wie z. B. Silicasand, granulierte Schlacke oder dergleichen in Verbindung mit irgend einem Bindemittel oder vermischt mit geeigneten chemischen Mitteln zum Härten, z. B. gemäss der bekannten Kohlendioxydverfahren. Die Herstellung der Hauben erfordert nur wenig Zeit und geringe Lohnkosten.
2. Die Haube besitzt eine geeignete Form mit Bezug auf die höchste Ergiebigkeit, das heisst, sie ver-. jungt sich nach oben. Hierdurch entstehen weniger Überlappungen beim Walzen und eine kleinere uniso- lierte Oberfläche und ein geringerer Verbrauch an Lunkermittel.
3. Da die Haubenstampfmasse in der Kokille angebracht werden kann, ohne dass eine Aussparung oder dergleichen am obern Ende der Kokille vorgese hen zu werden braucht, wird es möglich, durch Ein setzung der Haube verschieden hoch, Blöcke von verschiedenen Gewichten mit Giessköpfen in ein und derselben Kokille herzustellen. Es ist auch einfach, die Grösse der Haube zu verändern, indem sie ver schieden hoch gefüllt wird und dieselbe dadurch der betreffenden Stahlqualität anzupassen.
4. Infolge der Form der Haube, die am untern Ende verhältnismässig dünn und am obern Ende dicker ist, bildet sich nur ein verhältnismässig schma ler Rand zwischen dem Blockkörper und dem Giess kopf. Bei andern Arten von Hauben, bei denen dieser Rand grösser werden muss, entstehen überlappungen oder sonstige Schwierigkeiten beim Walzen der Blöcke.
5. Es wird nicht erforderlich, die obere Fläche der Kokille zu bearbeiten. Dieses ist notwendig, z. B. wenn abnehmbare Hauben verwendet werden.
6. Im Vergleich zu andern Ausführungen von Hauben hat die gestampfte den Vorteil, dass zwischen der Haube und der Kokille kein offener Spalt gebildet wird, in den das flüssige Metall eintreten kann. Ge schieht dies, wird nämlich die freie Schrumpfung der Blockhaut verhindert, und Querrisse können ent stehen.
7. Das Modell wird vorzugsweise kappenartig ausgeführt. Es ist am obern Ende geschlossen, wo durch verhindert wird, dass Haubenstampfmasse beim Einfüllen in die Kokille hineinfällt.
B. Die Haube braucht nicht vollständig in die Kokille versenkt zu werden. Das Modell kann gege benenfalls in einer solchen Höhe in der Kokille an geordnet werden, dass es zum Teil oder beinahe voll ständig über die obere Kante der Kokille emporragt. Die Haubenstampfmasse wird alsdann sowohl um den Teil des Modelles herum, der in die Kokille ein taucht, als auch um den Teil des Modelles herum, der aus der Kokille emporragt, aufgebracht.
Der Teil des Modelles, der über die Kokille em porragt, kann durch einen Kragen, z. B. aus Stahl blech, der oben auf der Kokille ruht, umschlossen werden. Dieser Teil kann nach oben konvergieren, damit er leicht entfernt werden kann. Sofern die Stampfmasse ausreichend fest ist oder so behandelt werden kann, dass sie ausreichend fest wird, kann der Kragen vor dem Giessen des Blockes weggenom men werden. Besitzt die Haubenstampfmasse nicht genügend Festigkeit, so kann der Kragen während des Giessens auch verbleiben. Insbesondere dann, wenn nur ein kleiner Teil des Modelles über die Kokille emporragt, erübrigt es sich, irgendeinen Kragen oder dergleichen auf der Kokille zu benutzen.
Wenn die Haube über das obere Ende der Kokille emporragt, so wird das Kokillengewicht pro Tonne Block entsprechend vermindert. Ausserdem kann der Block leicht herausgenommen werden, sofern sich der Giesskopf über das obere Ende der Kokille em- porstreckt. Die wärmeisolierenden Eigenschaften der Haube können dadurch verbessert werden, dass der jenige Teil, der oberhalb der Kokille liegt, dicker gehalten wird, als es möglich wäre, wenn die Haube völlig in die Kokille eingesetzt würde.
Fig. 5 zeigt die Anwendung eines zusammenklapp baren Modelles bei der Herstellung eines Steigers in einer Form für ein Stahlformgussstück.
Mittels eines ersten Modelles wird in bekannter Weise ein Formhohlraum 1 und ein Einlauf 2 im Bodenteil eines untern Formkastens 3 vorgesehen. Mittels eines zweiten Modelles wird ein weiterer Formhohlraum 4 in dem obern Formkasten 6 mit einem Einlauf 5 geformt, und zwar ebenfalls in be kannter Weise. Der obere Formkasten wird alsdann mit dem untern Formkasten verbunden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Alsdann wird der Steigerkasten 7 oben aufgesetzt, worauf ein Modell 8 im obern Teil des Formhohlraumes 4 eingebracht wird. Dieses Mo dell ragt aus dem obern Formkasten 6 empor.
Sodann kann um das Modell 8 herum ein Steiger 9 mit einem nach oben sich verjüngenden Hohlraum um das Mo dell 8 herum eingestampft werden. Die Stampfmasse wird zwischen dem Modell und dem Steigerkasten 7 eingestampft. Das Modell wird alsdann zusammen geklappt und aus dem geformten Steiger herausgeho ben. Nach Formung des Einlauftrichterteils 10 und eventueller Austrocknung ist die Form gebrauchs fertig.
Sofern der Steiger mit einem nach oben sich ver jüngenden Hohlraum ohne Benutzung eines zusam menklappbaren oder demontierbaren Modelles her gestellt würde, wäre es notwendig, den Steigerkasten 7 an dem obern Formkasten 6 festzulegen und den Steiger rund um ein separates Steigermodell oben auf dem Modell entsprechend dem Hohlraum 4 zix for men. Der obere Formkasten könnte dann abgehoben werden und würde zwecks Entfernung der Modelle gewendet.
Da das Wenden des obern Formkastens in diesem Falle nicht stattfinden kann, ehe der Stei- gerkasten und das Steigermodell in ihrer Lage fest gelegt sind und der Steiger geformt ist, würde das Wenden sehr kompliziert, und es bestünde ein grosses Risiko der Beschädigung der Innenwand des Form hohlraumes. Die Entfernung des Modelles für den Steiger in der gleichen Richtung wie des Modelles für das Formgussstück ergibt stets Komplikationen und lässt sich deswegen nicht immer durchführen.
Zuweilen mag es zweckmässig sein, das Modell für das Formgussstück während der Formung des Steigers in der Form zu lassen. Hierbei bietet aber trotzdem das zusammenklappbare oder demontier bare Modell wesentliche Vorteile, weil dieses Modell völlig unabhängig von dem Modell für das Formguss- stück entfernbar ist.
In Fig. 5 zeigen die gestrichelten Linien 11 die Form eines Steigers, der nach den bekannten Ver fahren hergestellt wurde. Bei Anwendung des be schriebenen Verfahrens ergibt sich ein geringerer Metallverlust, ausserdem ist das Risiko der Bildung von Schrumpfrissen vermindert.
Auf die beschriebene Weise kann ein Steiger mit einem nach oben verjüngten Hohlraum in beträcht lich einfacher und billigerer Weise als bisher her gestellt werden. Bei der Herstellung eines Steigers sollte das Modell vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt haben, so dass sie im wesentlichen die Form eines gestumpften Kegels hat. Dadurch kann ein und dasselbe Modell für verschiedene Grössen von Steigern verwendet werden.
Besonders mit Bezug auf die Herstellung von ver hältnismässig grossen Stahlgussstücken ist die Verwen dung eines Steigers mit einem nach oben verjüngten Hohlraum von beträchtlichem Vorteil. Es wird weni ger geschmolzenes Metall und weniger Lunkermittel verbraucht, und es besteht eine geringere Neigung zur Rissbildung in dem Gussstück. Die Schwierigkei ten, Steiger mit nach oben verjüngten Hohlräumen nach den bekannten Methoden herzustellen, sind so gross, dass man es in vielen Fällen für notwendig hält, Steiger mit abwärts verjüngten Hohlräumen zu ver wenden,
obgleich diese in gewisser Hinsicht unwirt schaftlicher sind.
Zweckmässig wird die Formmasse um das Modell herum mittels einer Sandschleuder (Sandstampfers) angebracht, die vorzugsweise an einem Kran aufge hängt ist. Mittels der Sandschleuder ist es in zufrie denstellender Weise möglich, die Formmasse in einem Bruchteil der Zeit anzubringen, die das An bringen und Stampfen manuell oder mit pneumati schen Werkzeugen erfordert.
Günstige Ergebnisse wurden durch Benutzung des sogenannten Kohlendioxydverfahrens zur Her stellung der Hauben erzielt. Das Haubenmaterial, das absolut trocken sein muss, wird mit einer kleinen Menge Wasserglas vermischt und alsdann einge stampft. Sodann wird gasförmiges Kohlendioxyd in die gestampfte Masse eingeblasen. Das Kohlendioxyd reagiert mit dem Wasserglas, und es wird ein Gel gebildet, welches die Masse härtet und ihr in kurzer Zeit eine beträchtliche Festigkeit verleiht. Die Masse kann vorzugsweise auch eine kleine Menge eines Ka- talysators enthalten, um die Reaktionsgeschwindig keit zwischen dem Wasserglas und dem Kohlendioxyd zu beschleunigen.
Es hat sich als geeignet erwiesen, Schlacke, z. B. granulierte Hochofenschlacke, als feuerfestes Mate rial in den Hauben zu benutzen. In Berührung mit dem geschmolzenen Metall schmilzt eine dünne Lage der Haubenmasse, da die Schlacke einen verhältnis mässig geringen Schmelzpunkt besitzt. Schlacke ist aber ein guter Wärmeisolator. Infolgedessen schmilzt der übrigbleibende Teil der Haubenmasse nicht. Beim Abkühlen des Blockes bzw. des Formgussstückes er starrt die geschmolzene Schicht der Haubenmasse und kann leicht von dem Giesskopf abgenommen wer den. Eine geeignete Schlacke kann zu niedrigen Kosten als Abfallmaterial von metallurgischen Ver fahren leicht erhalten werden.
Im Vergleich zu einer Haubenmasse aus zum Beispiel Silicasand, ergibt eine Masse aus Schlacke den Vorteil, dass die Wärmeiso lierung der Haube verbessert wird, dass die Giessköpfe sauberer und die Materialkosten geringer werden.