DE2904591A1

DE2904591A1 - Verfahren zum einbringen von unterteilten materialien in die oberflaeche von aluminiumgusstuecken und form zur anwendung des verfahrens

Info

Publication number: DE2904591A1
Application number: DE19792904591
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques Perrier
Original assignee: Aluminium Pechiney SA
Current assignee: Rio Tinto France SAS
Priority date: 1978-02-09
Filing date: 1979-02-07
Publication date: 1979-08-16
Also published as: LU80902A1; DK52479A; IT7919970A0; DE2904591C3; IT1110396B; FR2416756A1; BE874056A; IE790215L; GB2014070A; NL7900973A; JPS5522485A; DE2904591B2

Description

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SOCIETE DE VENTE DE L'ALUMINIUM PECHINEY Paris, Frankreich

Verfahren zum Einbringen von unterteilten Materialien in die Oberfläche von Aluminiumgußstücken und Form zur Anwendung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbringen von unterteilten Materialien in die Oberfläche von Aluminium- oder Aluminiumlegierungsgußstücken, um ihnen entweder dekorative Eigenschaften oder Eigenschaften des Verschleißwiderstandes, der Panzerung oder der Rutschfestigkeit zu verleihen; sie bezieht sich ebenfalls auf die zur Durchführung dieses Verfahrens bestimmte Form.

Es ist bekannt, daß zum Einbringen unterteilter Materialien in die Oberfläche von durch Gießen erhaltenen

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Metallwerkstücken allgemein die Notwendigkeit besteht, den Boden der Form mit einer haftenden Substanz zu überziehen oder zu besprühen, dann auf der so erhaltenen Schicht die unterteilten Materialien abzulagern, die sich so dort festlegen und keine Neigung zur Verlagerung oder zum Aufstieg nach dem oberen Teil der Form unter der Wirkung des metallostatischen Drucks zeigen, wenn man die Metallschmelze in die Form gießt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, zu Werkstücken zu führen, deren Oberfläche zahlreiche Rauhigkeiten aufweist, weil das gegossene Metall auf Höhe des Klebstoffes anhält, in dessen Dicke sich die unterteilten Materialien inkrustiert finden. Nach Beseitigung dieses ^Klebstoffes ergibt sich dabei eine regelmäßige Oberfläche des Metalls, von der sich jedoch die unterteilten Materialien als Relief abheben, was den Nachteil haben kann, dem ästhetischen Anblick des Ganzen zu schaden, zum Hängenbleiben für Körper zu dienen, mit denen sie in Reibungseingriff gelangen, und so aus ihrer Basis herauszufallen oder abgestreift zu werden.

Daher hat die Anmelderin bei der Suche nach einer Vermeidung dieser Nachteile ein Verfahren gefunden und verwirklicht, gemäß dem die Materialien fest eingebettet werdenund mit dem Metall eine völlig einheitliche, keine Rauhigkeit aufweisende Oberfläche bilden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einbringen von unterteilten Materialien in die Oberfläche von in eine Sandform gegossenen Aluminium- oder Aluminiumlegierungsgußstücken zu entwickeln, gemäß dem Gußstücke mit glatter Oberfläche er-

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hältlich sind, aus der die unterteilten Materialien nicht herausfallen oder abgestreift werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man in den Hohlraum der Form eine größere Metallmenge als die zur Bildung des Gußstücks bestimmte gießt, auf der freien Oberfläche der Metallschmelze die unterteilten Materialien verteilt, auf diese Oberfläche den oberen Teil der derart bemessenen und gestalteten Form aufsetzt, daß er den Metallüberschuß aus dem Hohlraum verdrängt und anschließend mit seinen Schultern auf dem Mantel zu ruhen kommt und von seinem Gewicht das Metall im Lauf der Erstarrung befreit.

Das erste Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht also darin, in den Hohlraum der Form eine größere Metallmenge als diejenige zu gießen, die zur Bildung des Gußstücks bestimmt ist, d. h. man hat in der Wanddicke des Sandes, der die Form des Werkstücks begrenzt, oberhalb des Formhohlraums ein freies Volumen oder einen Speicherraum mit der Form eines umgekehrten Pyramidenstumpfes vorgesehen, den man beim Gießen teilweise füllt. Dieser Guß kann direkt aus der Gießpfanne in den den Formhohlraum enthaltenden Teil der Form oder das Chassis erfolgen, wenn es sich um Gußstücke kleiner Abmessungen handelt; für die größeren Gußstücke wird die Form mittels eines Mantels gespeist, der eine Filtration des Metalls ermöglicht, um es von den vorhandenden Oxiden zu befreien und es in regelmäßigerer Weise über das ganze Gußstück zu verteilen.

Das zweite Merkmal des Verfahrens stellt die Verteilung der unterteilten Materialien über die freie Ober-

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fläche der Metallschmelze dar. Man arbeitet mit einer ausreichend großen Schnelligkeit und mit einem Metall auf genügend hoher Temperatur, damit die Oberfläche des Metalls flüssig bleibt, während man auf der gesamten Oberfläche oder einem Teil davon die unterteilten Materialien gleichmäßig verteilt. Diese Verteilung kann mit Hilfe eines Trichters für die Teile geringer Abmessungen oder eines Sieb- und Blendensystems für die grösseren Stücke erfolgen. Die unterteilten Materialien können aus Korund, Siliciumcarbid, Quarz, Siliciumdioxid, Glas, Kalkstein, Keramik und in jedem Fall Materialien mit einem höheren Schmelzpunkt als dem des Aluminiums oder der Legierung bestehen; sie können die Form von Körnern, Granalien, Kügelchen, Drähten, Fasern usw. bekleiden und Abmessungen von 0,5 bis zu einigen mm haben und von unterschiedlicher Färbung sein, wenn man ästhetische Wirkungen anstrebt. Allgemein behandelt man, um eine bessere Haftung am Metall zu erzielen, diese Materialien mit einer Kaliumfluorzirkonatlösung.

Das dritte Merkmal des Verfahrens besteht darin, auf die so mit unterteilten Materialien bedeckte Oberfläche den oberen Teil der Form aufzubringen, der derart gestaltet ist, daß er unter der Wirkung seines Eigengewichts einen Druck auf das Metall ausübt und den Überschuß davon außerhalb des Formhohlraums drückt.

Dieser obere Teil der Form oder Deckel hat eine Vertikalbeweglichkeit, die durch Schultern begrenzt ist, die entweder auf dem Mantel oder auf dem Chassis zu ruhen kommen. Aufgrund der Gegenwart einer Sandmasse oder einer Sandwölbung von der des freien Volumens homothetischer Form wird dieser bei seiner Verschiebung durch die Wände des Speicherraums geführt, dem er in geringem Ab-

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stand_rabgesehen von einigen Stellen seiner Kontu^ folgt, wo er sich zur Bildung von Kanälen genannten engen Räumen entfernt. Bei seiner vertikalen Abwärtsbewegung gleitet die Sandwölbung also frei längs der Wände des Speicherraums, kommt dann mit einer horizontalen Ebene mit den auf der Oberfläche des Metalls verteilten unterteilten Materialien in Berührung, taucht sie in das noch flüssige Metall ein, dringt dann in dieses letztere ein und drückt den überschüssigen Anteil zu den Kanälen, die in Verbindung mit Hohlräumen oder Ablaufhohlräumen stehen, die vorgesehen sind, um diesen Überschuß aufzunehmen, und hält schließlich auf Höhe des Formhohlraums in dem Augenblick an, wo sich die Schultern berühren. So werden die unterteilten Materialien während der Erstarrung durch die Horizontalebene der Sandwölbung auf dem gleichen Niveau wie das Metall gehalten, das sie umgibt und so zu einem Gußstück glatter Oberfläche ohne Rauhigkeiten führt, in der die unterteilten Materialien fest eingebettet sind.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine zur Anwendung dieses Verfahrens bestimmte Form. Ein Ausführungsbeispiel dieser Form wird anhand der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der Form;

Fig. 2 eine Aufsicht der Chassis-Mantel-Einheit;

Fig. 3 Einzelheiten der Einspeisung von Metall nach einem Halbschnitt A-A in Fig. 2; und

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Fig. 4 eine Einzelheit des Ablaufhohlraums nach einem Halbschnitt B-B in Fig. 2.

In Fig. 1 sieht man in Ansicht und im Schnitt die Zeichnung eines metallischen Chassis 1 von Quaderform mit einer horizontalen Basis 2 und im oberen Teil mit horizontalen Schultern 3, die von Löchern 4 durchbohrt sind. Dieses Chassis ist mit Grün- oder Kernsand 5 gefüllt, in dessen Masseeiru hohlraum 6 des zu gießen-

Form den Werkstücks 7 geformt ist; dieserXhohlraum 6 ist von einem Leervolumen 8 oder Speicherraum der Form eines umgekehrten Pyramidenstumpfs überragt. Dieser Speicherraum ist an einem Teil seines Umfangs und insbesondere hier zu jeder Seite der Achse der Figur, an seinem oberen Teil und an einem Teil seiner Höhe mit Ausschnitten

9 versehen, die mit Hohlräumen oder Ablaufhohlräumen

10 in Verbindung stehen, die im Sand ausgehöhlt sind. Diese Ausschnitte haben eine Höhe von etwa 2 mm, falls die Gußstücke eine Oberfläche von 400 χ 400 mm aufweisen .

In derselben Figur sieht man auch einen Mantel 11 nach Art eines Metallrahmens von identischer kontur, wie derjenigen des Chassis, der auf diesem letzteren mittels Schultern 12 zu ruhen kommt, die von Verbindungslöchern 13 durchbohrt sind, womit er oben und unten versehen ist und die man bezüglich des Chassis mit Hilfe von Bolzen 14 zentriert. Dieser Mantel, dessen Horizontalquerschnitt eine zentrale öffnung mit der Kontur aufweist, hat die Form eines umgekehrten Pyramidenstumpfs dessen unterer Teil mit der Kontur des Speicherraums 8 und der Ablaufhohlräume übereinstimmt. Er ist mit einem Gießsystem ausgerüstet,

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das aus einem Abfallrohr 16, einer Rinne 17 und Anschnitten 18 zusammengesetzt ist, die am Umfang des Speicherraums und oberhalb desselben münden. Fig. 1 zeigt noch den Deckel 19 der Form mit gleicher Kontur wie der des Mantels, der unten mit Schultern 20 versehen ist, die von Verbindungslöchern 21 durchbohrt sind und / wenn man die Form schließt, in Kontakt mit den Schultern 12 kommen, mit denen der Oberteil des Mantels versehen ist, und mittels Bolzen 22 zentriert sind.

Dieser Deckel ist an seinem unteren Teil mit einem Sandvolumen 23, vorzugsweise Kernsandvolumen, derart ausgerüstet, daß er eine ausreichende Oberflächenhärte aufweist, um das Eindringen der unterteilten Materialien zu vermeiden. In der Form ist die Kontur des unteren Teils, d.h. der Sandwölbung 24 dieses Sandvolumens homothetisch zur Kontur des Speicherraums mit Ausnahme im Bereich der Ausschnitte 9, wo sich die Kontur auf einoi bestimmten Abstand entfernt, jedoch derart parallel bleibt, daß sie, wenn der Deckel in geschlossener Stellung ist, Kanäle 25 bildet, die mit den Ablaufhohlräumen 10 verbunden sind. Hinsichtlich des Betriebs kann man in Fig. 1 das Material derart sehen, wie es während der zweiten Phase des Verfahrens, d. h. nach dem Gießen des Metalls und der Verteilung der unterteilten Materialien ist. Man sieht das Niveau 26 des Metalls im Speicherraum 8 und die unterteilten Materialien 27, die darauf schwimmen.

Durch Aufsetzen des Deckels 19, dessen Schultern 20 auf den oberen Schultern 12 des Mantels zu ruhen kommen, legt sich die Sandwölbung 24 auf die Materialien 27 und senkt sich in das im Speicherraum 8 enthaltene Metall derart ein,daß sie dieses letztere durch die Kanäle

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25 wegdrückt, das nach der Richtung der Pfeile 28 in die Ablaufhohlräume 10 strömt.

In Fig. 2 sieht man eine Aufsicht der Einheit: Chassis-Mantel, wo man die oberen Schultern 12 des Mantels 11 mit den durchgebohrten Löchern 13, die Oberseite des zu gießenden Werkstücks 7 und den Speicherraum 8, von dem ein Teil in seiner Höhe durch die Ausschnitte 9 angrenzend an die Ablaufhohlräume 10 begrenzt ist, erkennt. Man bemerkt ebenfalls die Kontur 15 der im Mantel 11 angebrachten zentralen Öffnung, durch die die mittels der Rinne 17 und des Abfallrohres 16 gespeisten Anschnitte 18 münden.

Fig. 3 zeigt eine Einzelheit der Einspeisung der Metallschmelze nach einem Halbschnitt A-A der Fig. 2; man findet hier den Mantel 11, der auf dem Chassis 1 mittels der Schultern 3 und 12 ruht, die von Löchern 4 und 13 durchbohrt sirid, die mittels Bolzen 14 zentriert

Form
sind; die Sandmasse 5, in der derVhohlraum 6 des zu gießenden Werkstücks 7 geformt ist, und den Speicherraum 8, die Kontur 15 der zentralen Öffnung des Mantels, dessen Wand durchbohrt ist, um die durch die Rinne 17 und das Abfallrohr 16 gespeisten Anschnitte 18 münden zu lassen.

Fig. 4 ist eine Einzelheit des Ablaufhohlraums nach einem Halbschnitt B-rB der Fig. 2. Man erkennt hier in der Sandmasse 5 des Chassis 1 den Formhohlraum 6 des zu gießenden Werkstücks 7 und die Sandwölbung, deren Wand mit dem Speicherraum 8 einen Kanal 25 bildet; dieser Speicherraum weist einen Ausschnitt 9 auf, auf Höhe dessen das Überschußmetall nach dem Pfeil 28 ent-

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- 11 weicht, um in den Ablaufhohlraum 10 zu gelangen.

Wenn man Platten von geringen Abmessungen gießt, ist die Metallmenge sehr gering und die Gefahr einer Oxidation oder einer schlechten Verteilung des Metalls praktisch gleich Null. In diesem Fall ist der Mantel nicht nützlich, und der Deckel weist eine Sandwölbung 24 auf, die sich allein an das Chassis so anpaßt, um die Anwendungsbedingungen des Verfahrens wiederfinden zu können.

Die Erfindung ermöglicht die Verwendung sämtlicher Aluminiumlegierungen einschließlich solcher des Typs mit Wärmebehandlung. Die Legierungen mit großem Erstarrungsintervall geben die besten Ergebnisse, da sie mehr Zeit lassen, um die Gesamtheit des Verfahrens durchzuführen. Es ist dennoch zweckmäßig, bei einer ausreichend hohen Temperatur zu gießen, um keine vorzeitige Erstarrung zu haben; diese Temperatur wird auch um so höher sein, je geringer die Dicke der Platten ist, und zwar aufgrund der größeren mit der größeren spezifischen Oberfläche verbundenen Wärmeverluste.

Die Erfindung findet ihre Anwendung bei der Herstellung von Platten einer Oberfläche, die 10 m² erreichen kann, und einer Dicke, die bis zu 3 mm herab reichen kann, und die bestimmt sind:

- aufgrund ihrer Rutschfestigkeitseigenschaften zur Herstellung von Belägen von Straßenbrücken, Wegen, Böden, Straßeneinmündungen,

- aufgrund ihrer Verschleißfestigkeit zur Herstel-

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lung von Panzerplatten, die einer Reibung ausgesetzt sind (Fall der Mahlwerksbekleidungen )_f oder von durch Stechen oder Sägen nicht zerschneidbaren Panzerplatten (Fall von Geldtransporterfahrzeugen),

und auch aufgrund der Möglichkeiten, ästhetische Motive zur Herstellung von dekorativen Platten zu bilden.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Einbringen von unterteilten Materialien in die Oberfläche von in eine Sandform gegossenen Aluminium- oder Aluminiumlegierungsgußstücken, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Hohlraum der Form eine größere Metallmenge als die zur Bildung des Gußstücks bestimmte gießt, auf der freien Oberfläche der Metallschmelze die unterteilten Materialien verteilt, auf diese Oberfläche den oberen Teil der derart bemessenen und gestalteten Form aufsetzt, daß er den Metallüberschuß aus dem Hohlraum verdrängt und anschließend mit seinen Schultern auf dem Mantel zu ruhen kommt und von seinem Gewicht das Metall im Lauf der Erstarrung befreit.

2. Form zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus:

einem quaderförmigen Chassis (1) mit horizontaler Basis (2), das in seinem oberen Teil mit horizontalen Schultern (3) versehen und in seiner ganzen Höhe mit Sand (5) gefüllt ist, in dessen Masse ein Formhohlrauin (6) des zu gießenden Gußstücks (7) mit einem darüber be.find-

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lichen Leervolumen (8) oder Speicherraum der Form eines umgekehrten Pyramidenstumpfes gebildet ist. Dieser Speicherraum (8) ist an einem Teil seines Umfangs, an seinem oberen Teil und an einem Teil seiner Höhe mit Ausschnitten (9) versehen, die mit ausgeformten Hohlräumen

(10) im Sand (5) verbunden sind;

einem Mantel (11) in einer Art von Rahmen mit der des Chassis (1) identischer Kontur, der auf letzterem mit Hilfe von Schultern (12) zu ruhen kommt. Dieser Mantel ist mit einem Gießsystem ausgerüstet, das aus einem Abfallrohr (16), einer Rinne (17) und Anschnitten (18) zusammengesetzt ist, die am Umfang des Speicherraums (8) und über diesem münden; und

einem Deckel (19) gleicher Kontur wie der des Mantels

(11) zusammengesetzt ist, der an der Basis mit Schultern (2O) versehen ist. Dieser Deckel (19) ist an seinem unteren Teil mit einem Sandvolumen (23) versehen, dessen Kontur im unteren Teil homothetisch zur Kontur des Speicherraumes (8) außer bezüglich der Ausschnitte (9) ist, wo diese Kontur sich um einen bestimmten Abstand entfernt, aber derart parallel bleibt, um, wenn der Deckel (19) in geschlossener Stellung ist, Kanäle (25) zu bilden, die mit Hilfe der Ausschnitte (9) in Verbindung mit den Ablaufhohlräumen (10) stehen.

3. Form nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie, wenn die gegossenen Gußstücke (7) von geringen Abmessungen sind, nur aus dem Chassis (1) und dem Deckel (19) zusammengesetzt ist.

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