Sandguss:Verfahren und Eigenschaften | Branchen | Metallurgie

In diesem Artikel werden wir den Prozess und die Eigenschaften des Sandgusses diskutieren.

Sandgussverfahren:

Die Bedeutung des Sandgusses nimmt von Tag zu Tag zu, da die wissenschaftliche Forschung viele Anwendungen und Anpassungen im Bereich der Gussindustrie hervorgebracht hat. Dies ist wahrscheinlich der einfachste und bequemste Weg, dem Metall die gewünschte Form zu geben.

Sand ist das am häufigsten verwendete Material, da es sich leicht in jede Form packen lässt, eine hohe Durchlässigkeit und Beständigkeit gegen hohe Temperaturen aufweist. So können komplexe Formen mit Sandformen leicht gegossen werden, was sonst nicht möglich wäre. Um optimale Kosten- und Qualitätsvorteile sicherzustellen, sollten die folgenden konstruktiven Details gebührend berücksichtigt werden.

Abb. 3.41 zeigt ein Fließschema des Sandgussverfahrens.

Automatisierte Gießsysteme:

Um geringere Material- und Arbeitskosten, gesteigerte Produktivität, bessere Qualität und bessere Arbeitsbedingungen zu erreichen, geht der Trend zur Automatisierung der kompletten Gießerei. In letzter Zeit wurden Versuche für automatisierte Induktionsgießsysteme unternommen.

Automatisierte Gießsysteme fungieren als Schnittstelle zwischen Formenbau und Schmelzen. Diese Systeme halten die Metallschmelze gießbereit und gießen die Metallschmelze exakt nach Bedarf in die Form.

Zu diesem Zweck werden Induktionsgießöfen verwendet, bei denen die Metallschmelze mit gesteuertem Stopfen direkt in die Form oder in dosierten Mengen in Zwischengießpfannen gegossen wird und diese folgende Eigenschaften aufweisen - Halten Sie die Temperatur und die chemische Zusammensetzung der Metallschmelze während des gesamten Vorgangs konstant Halten und Gießen; Schlackeneinschlüsse aus der gegossenen Metallschmelze beseitigen; Zugabe von Impf- und Legierungsmaterialien zum richtigen Zeitpunkt und in genau dosierten Mengen; Passen Sie die Gießgeschwindigkeit an die Aufnahmekapazität der Form an; Messen Sie das Gewicht des gegossenen Metalls genau.

Ein solcher Gießofen besteht aus einem zylindrischen Mantel mit feuerfester Auskleidung, druckdichtem Deckel, angeflanschtem Kanalinduktor, Stopfen und einem Druckregelsystem. Das Füllen und Gießen erfolgt durch siphonförmige Kanäle, deren untere Enden sich am Boden des Ofens befinden, um ein nahezu schlackenfreies Gießen zu gewährleisten.

Druckgas drückt das geschmolzene Metall durch einen Stopfen in die Gießdüse des Ofens. Das unter Druck stehende Gas hält auch das Niveau des geschmolzenen Metalls in der Düse unabhängig von der variierenden Metallmenge im Ofen konstant. Die Geschwindigkeit des Metallgießens wird durch die Bewegung des Stopfens gesteuert.

Ein pneumatischer Servozylinder verstellt den Stopperweg stufenlos entsprechend dem Gießprogramm.

Da die Gießpositionen nicht immer gleich sind, kann sich der Ofen relativ zur Formanlage in zwei Richtungen (längs und quer) bewegen. Eine hydraulische Kippvorrichtung ermöglicht die vollständige Entleerung des Ofens.

Der abgewinkelte Induktor ist am Ofenboden angeflanscht. Der Flansch ist wassergekühlt. Durch die Auftriebsneigung des heißeren Metalls ist der Halsbereich weitgehend frei von Krustenbildung und somit für die mechanische Reinigung zugänglich. Der Induktor selbst ist von der Ofenaußenseite leicht zugänglich. Aufgrund seiner relativ geringen Bauhöhe muss der Ofen nicht in eine Grube gestellt werden, sondern kann auf dem Gießereiboden aufgestellt werden.

Auch die Einfüll- und Ausgießsiphons sind mechanisch leicht zu reinigen. Die in den Siphonkanälen entstehenden suspendierten Oxidpartikel, insbesondere bei der Behandlung der Metallschmelze mit Magnesium, lagern sich auf der feuerfesten Auskleidung ab. Die oberen Teile der Füll- und Ausgießsiphons sind daher zur einfachen Reinigung angeflanscht.

Die Induktionsgießöfen beseitigen Schlackeneinschlüsse, sorgen für erforderliche Gießgeschwindigkeiten, messen das Gewicht der Schmelze exakt und halten die Temperatur der Schmelze während des Gießens konstant. Das geschmolzene Metall muss in einer der Aufnahmekapazität der Form angepassten Geschwindigkeit eingegossen werden.

Zu den neuesten Entwicklungen in der Gießerei gehört die elektronische Überwachung des Gießprozesses, die entweder gesteuert nach dem Teach-in-Prinzip oder Closed-Loop durch Regelung der Angusshöhe gesteuert werden kann.

Bei besonderen Anforderungen an den Gießprozess lässt sich die Produktivität durch den Einsatz von Zwischenpfannen, die wahlweise als Kippsystem oder mit Stopfensteuerung betrieben werden, deutlich steigern.

Moderne, automatisierte Gießsysteme ermöglichen einen kontinuierlichen Gießereibetrieb, indem sie die Metallschmelze jederzeit zum Gießen bereithalten und sicherstellen, dass sie bedarfsgerecht in die Form gegossen wird.

Gating-Bereitstellung:

Ein Sandguss wird hergestellt, indem das geschmolzene Metall durch eine Öffnung namens „Anguss“ in die Form gegossen wird. Es ist die herkömmliche Praxis, den Anguss entweder an der Trennlinie oder im untersten Abschnitt des Gussstücks anzuordnen.

Das Angusssystem (bestehend aus Gießbecken, Anguss, Anguss, Anguss etc.) erreicht die zu folgenden Zwecken:

(i) Um das geschmolzene Metall mit minimaler Turbulenz in die Form zu leiten. Übermäßige Turbulenzen führen zum Ansaugen von Luft und zur Bildung von Krätze.

(ii) Um das Formsystem vollständig zu füllen. (Dies sollte mit der geringsten Störung geschehen, wodurch die Sauberkeit gefördert und die Oxidation reduziert wird).

(iii) Um das Metall mit der geringsten Störung zu verteilen, um die Erosion des Formmaterials und die daraus resultierenden Sandeinschlüsse zu reduzieren.

(iv) Um Schlacke oder andere Fremdstoffe abzuschöpfen oder abzutrennen, d. h. während das Metall durch das Angusssystem fließt, sollte durch Abschöpfen verhindert werden, dass loser Sand, Oxide und Schlacke in den Formhohlraum gelangen. (Es ist wünschenswert, dass die Anhänge, die den Metallfluss behindern, nicht verwendet werden. Auch die dünnen Kerne oder Trennwände, die bei heißem Metall abplatzen könnten, werden konstruktiv vermieden).

Schwerere Abschnitte müssen über Köpfe und Steigrohre mit ausreichend heißem Metall gespeist werden, um das Schwindmaß zu kompensieren.

Anforderungen an ein ideales Gating-System:

Wie bereits erwähnt umfasst das Angusssystem Gießbecken, Anguss, Angusskanäle, Steigrohre und Anschnitte. Das Angusssystem sollte Temperaturgradienten fördern, die für eine gerichtete Erstarrung günstig sind. Die Eintrittsgeschwindigkeit des Metalls sollte gering und frei von Turbulenzen sein, um Erosion der Form- und Kernoberflächen zu vermeiden. Das Angusssystem sollte so hart oder härter als der Formhohlraum gerammt werden.

Verschiedene Teile des Angusssystems sollten abgerundet, glatt und stromlinienförmig sein, um Turbulenzen und Erosion zu vermeiden. Es sollte die Bildung von Oxiden und anderen Schlacken vermeiden und von losem Sand freigehalten und deren Weiterleitung an den Guss verhindern. Ein Läufer sollte ein Stück weit über das letzte Tor hinaus verlängert werden, um jegliche Schlacke aus dem ersten Metallfluss aufzufangen. Die in der Pfanne vorhandene Krätze und Schlacke sollte nicht in den Formhohlraum getragen werden.

Das Angusssystem sollte das Mitreißen oder die Aufnahme von Luft/Gasen in das Metall während des Durchgangs vermeiden. Metall mit übermäßiger Überhitzung kann den Gasgehalt des Metalls erhöhen und kann mehr Schlacke erzeugen und die gerichtete Erstarrung nachteilig beeinflussen. Die Anschnitte sollten Metall zu den schwereren Abschnitten eines Gussstücks führen, vorzugsweise unterhalb oder durch eine Steigleitung. Schließlich sollte das Tor praktikabel und wirtschaftlich herzustellen sein.

Gießsystem:

Die wichtigen Punkte, die bei der Gestaltung des Gießsystems von Gussteilen zu berücksichtigen sind, sind:

(i) Der Flüssigkeitsfluss sollte die Formwände nicht beschädigen (erodieren).

(ii) Flüssigkeit sollte keinen Sand oder groben Stoff in das Gussstück tragen.

(iii) Das Einatmen von Gasen in den Strom des geschmolzenen Metalls sollte vermieden werden.

(iv) Gießen von Metall mit minimalem Temperaturverlust und Herstellen eines Temperaturgradienten auf den Formoberflächen und innerhalb des Metalls, um die gerichtete Erstarrung in Richtung des Steigrohrs zu unterstützen.

All dies kann durch eine geeignete Auslegung des Angusssystems und eines geeigneten Porensystems erreicht werden.

Damit keine Luft von dem flüssigen Metall an seinem nach unten gerichteten Durchgang im Anguss absorbiert wird, sollte die Form des Angusses so sein, dass der Druck der Flüssigkeit an keiner Stelle des Angussdurchgangs unter dem Atmosphärendruck liegt. Dies ist möglich, wenn die Seiten des Abwärtstors im Schnitt hyperboloid sind.

Da eine hyperbolische Form schwer herzustellen ist, können konische Abschnitte mit mehr Durchmesser oben und kleinerem unten diesen Zweck erfüllen. In der Praxis wird oben ein Gießbecken bereitgestellt und Metall wird über einen sich verjüngenden vertikalen Anguss und einen kurzen horizontalen Anguss zugeführt, wie in Abb. 3.43 gezeigt. Diese Anordnung minimiert die Oxidation und verringert die Beschädigung des Formhohlraums, da die Kraft des eintretenden Metalls verringert wird.

Der Angussquerschnitt kann kreisförmig, quadratisch oder rechteckig sein. Die Größe des Angusses variiert normalerweise von 10 mm im Quadrat für kleine Gussteile (unter 12 kg) bis etwa 20 mm im Quadrat für schwere Gussteile. Der Anguss sollte so groß sein, dass er während des gesamten Gießvorgangs gefüllt bleibt und das Metall nicht mit hoher Geschwindigkeit in den Formhohlraum eindringt und Spritzer und Turbulenzen verursacht.

Wenn der Anguss gerade ist und scharfe Ecken hat, kommt es zu starkem Ansaugen, was zu Turbulenzen im Metall führt. Die Aspiration ist vernachlässigbar ohne Turbulenzen, wenn der Anguss verjüngt, die Ecken abgerundet, eine Angussmulde bereitgestellt und ein dammartiges Gießbecken hergestellt wird.

Das Gießbecken reduziert auch die Erosionswirkung des direkt aus dem Ofen kommenden flüssigen Metallstroms und trägt zur Aufrechterhaltung einer konstanten Gießhöhe bei. Oben auf dem Anguss kann ein Keramiksieb platziert werden, um Schlacken zu entfernen.

Am unteren Ende des Angusses könnte ein keramischer Spritzkern angebracht werden, um die Erodierkraft des Flüssigmetallstroms zu reduzieren. Um zu verhindern, dass schwerere und leichtere Verunreinigungen in die Form gelangen, könnte eine Abschäumerfalle in einem horizontalen Anguss angebracht werden.

Design des Gates:

Anguss ist definiert als Öffnung vom Angusskanal (gemeinsamer Durchgang zum Zuführen von Metall zu mehreren Kavitäten) zum Werkzeug. Die Größe und Anordnung des Angusses sollte so sein, dass eine schnelle Füllung der Form, eine angemessene Verteilung des Metalls im Formhohlraum, ohne übermäßigen Temperaturverlust, Turbulenzen, minimale Erosion der Form, ohne Einschluss von Gasen und Schlacken, keine Bildung von Risse beim Abkühlen und leichtes Entfernen des Anschnitts ohne Beschädigung des Gussteils.

Um das Eindringen von Sand und Schlacke in den Formhohlraum zu verhindern und das Metall in einem kleinen Strahl fallen zu lassen, ist oben auf dem Anguss-Rohr ein großes Gießbecken vorgesehen oder es kann ein Siebkern in die Gießform eingebaut werden Becken.

Wenn Metall sehr langsam in einen Formhohlraum gegossen wird, kann die Erstarrung beginnen, während es noch nicht einmal vollständig ausgefüllt ist. Wenn es sehr schnell gegossen wird, wird die Formoberfläche bei hoher Geschwindigkeit erodiert. Daher ist eine optimale Gießgeschwindigkeit unerlässlich.

Die Tore können je nach Position vom oberen, vom Trenn- und vom unteren Typ sein. Beim Anguss von oben wird das geschmolzene Metall über den Kopf oder das Steigrohr gegossen. Daher sollte die Erosion von Schimmel durch Herabfallen von Metall durch Herstellen von hartem Schimmel sichergestellt werden. In diesem Fall bleibt heißes Metall oben und somit werden geeignete Temperaturgradienten für eine gerichtete Erstarrung in Richtung des Steigrohrs hergestellt. Das obere Tor kann als Steigrohr dienen.

Obere Angüsse sind normalerweise auf kleine und einfache Kokillen oder größere Gussstücke beschränkt, die in Kokillen aus erosionsbeständigem Material hergestellt werden. Bei leichten und oxidierbaren Metallen wie Aluminium und Magnesium ist das Anspritzen von oben nicht zu empfehlen, da ein Einschließen durch turbulentes Gießen befürchtet wird.

Beim Anspritzsystem der Trennfuge tritt das Metall auf der Höhe der Formfuge oder Trennfuge in den Formhohlraum ein. Der Anguss wird durch einen Anguss in horizontaler Richtung mit dem Gussstück verbunden. Somit ist es möglich, einen Skimbob oder einen Skim-Gate bereitzustellen, um jegliche Schlacke oder Sand im Metall einzuschließen. Die als Drossel dienende Drossel regelt die Durchflussmenge.

Beim Bottom-Anguss-System fließt das geschmolzene Metall am Boden des Formhohlraums im Schlepper hinunter und tritt am Boden des Gussstücks ein und steigt sanft in der Form und um die Kerne herum auf. Bodenanschnitte eignen sich am besten für große Stahlgussteile. Turbulenzen und Schimmelpilzerosion sind in diesem Fall am geringsten. Das Auffüllen von Schimmel dauert jedoch länger.

Beim Bottom-Anguss ist eine gerichtete Erstarrung schwierig zu erreichen, da das Metall weiterhin seine Wärme in den Formhohlraum verliert und wenn es das Steigrohr erreicht, das Metall viel kühler wird.

Aspirationseffekt:

Bei einer fehlerhaften Formkonstruktion kann die Metallgeschwindigkeit hoch sein und somit kann der Druck unter die Atmosphäre fallen, und die Gase, die beim Backen organischer Verbindungen entstehen, können den geschmolzenen Metallstrom verändern und poröse Gussteile erzeugen.

Bei Formen, in denen Unterdruck auftreten kann, sind zwei Fälle möglich. Zum einen im Angussdesign und zum anderen, wo eine plötzliche Änderung der Strömungsrichtung stattfindet. Mit Bezug auf Abb. 3.47 ist zu sehen, dass der Druck an den Punkten 1 und 3 atmosphärisch ist.

Nach dem Satz von Bernoulli ist der Druck bei 2 negativ, wenn der Anguss wie durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Um dieses Problem zu lösen, sollte der Anguss verjüngt ausgeführt werden, vorzugsweise mit einer Kurve, die als feste Linie zwischen 1 und 2 dargestellt ist.

Ein anderer Zustand ist in Abb. 3.48 gezeigt, wo aufgrund einer Änderung der Fließrichtung des Metalls ein Venenkontraktionseffekt auftritt. Um Unterdruck in diesem Bereich zu vermeiden, sollte die Form der Form dem Vena-Contract-Profil entsprechen.

Gating-Verhältnis:

Das Angussverhältnis ist definiert als das Verhältnis der Angussfläche zur gesamten Angussfläche zur gesamten Angussfläche. Ein Anschnittverhältnis von 4 :3 :2 ergibt ein druckbeaufschlagtes System. Bei diesem System sind die Proportionen von Anguss-, Anguss- und Angussquerschnittsfläche so angeordnet, dass der Gegendruck auf das Angusssystem durch eine Flüssigkeitsfilmbegrenzung an den Angussöffnungen aufrechterhalten wird. Dieses System wird für Metalle wie Stahl, Eisen, Messing usw. verwendet.

Das druckbeaufschlagte Angusssystem ist mit Metall gefüllt. Der Staudruck aufgrund der Verengung an den Anschnitten minimiert tendenziell die Gefahr, dass sich das Metall von den Formwänden wegzieht und folglich Luft ansaugt. Druckbeaufschlagte Systeme haben im Allgemeinen ein kleineres Volumen für einen gegebenen Metalldurchfluss als drucklose.

Somit verbleibt weniger Metall im Angusssystem und die Gießausbeute ist höher. An Kreuzungen und Ecken können jedoch starke Turbulenzen auftreten, wenn keine sorgfältige Stromlinienform verwendet wird. Hohe Geschwindigkeiten und Turbulenzen führen zu Einschlüssen, Krätzebildung und Schimmelpilzerosion.

Bei einem drucklosen System befindet sich die Hauptdrossel für das Fluid am oder in unmittelbarer Nähe des Angusses. Die Anschnittverhältnisse wie 1:3 :3, 1:2 :2 ergeben ein druckloses System. Ein solches System wird für leichte, oxidierbare Metalle wie Aluminium und Magnesium verwendet, bei denen die Turbulenzen durch Verlangsamen der Metallflussrate minimiert werden sollen.

Bei drucklosen Systemen ist eine sorgfältige Konstruktion erforderlich, um sicherzustellen, dass sie während des Gießens gefüllt bleiben. Drag-Runner und Cope-Gates helfen dabei, einen vollen Läufer zu erhalten, aber eine sorgfältige Stromlinienform ist unerlässlich, um die Ablöseeffekte und die daraus resultierende Luftansaugung zu eliminieren.

Richtungsverfestigung:

Wenn das geschmolzene Metall in der Form abkühlt, verfestigt es sich und zieht sich im Volumen zusammen. Da nicht alle Teile eines Gussstücks aufgrund unterschiedlicher Abschnitte, unterschiedlicher Wärmeverlustrate an angrenzende Formwände usw. mit der gleichen Geschwindigkeit abkühlen, besteht die Gefahr, dass sich in bestimmten Bereichen des Gussstücks Hohlräume und Hohlräume bilden.

Bei guter Gusskonstruktion werden diese Hohlräume mit flüssigem Metall aus dem noch flüssigen Teil des Gussteils aufgefüllt. Somit sollte die Verfestigung vom dünnsten Abschnitt, der sich zuerst verfestigt, fortschreitend zu den Steigrohren fortschreiten, die sich als letzte verfestigen sollten. Dieser Prozess wird als „Directional Solidification“ bezeichnet und zielt auf die Herstellung von gesunden Gussteilen ab.

Eine gerichtete Erstarrung kann sichergestellt werden, indem das Angusssystem und die Steigrohre richtig konstruiert und positioniert werden, die Dicke bestimmter Abschnitte des Gussstücks durch Polsterung erhöht wird, exotherme Materialien in den Steigrohren oder im Vorsatzsand um bestimmte Teile des Gussstücks verwendet werden, mit kühlt in den Formen.

Die Verunreinigungen können daran gehindert werden, in das Gussstück zu gelangen, indem Sie Folgendes beachten:

(i) Die Bereitstellung eines Gießbeckens von angemessener Größe hilft beim Abbau der Erosionskraft des Stroms aus geschmolzenem Metall, wenn dieser aus einer Pfanne gegossen wird. Eine richtige Gestaltung des Gießbeckens reguliert die Metalleintragsgeschwindigkeit, lässt das Metall reibungslos in den Anguss fließen und verhindert Turbulenzen.

(ii) Die Bereitstellung eines Keramiksiebs im Eingusskanal hilft dabei, das Eindringen von Schlacke aus der Pfanne in das Gussstück zu verhindern.

(iii) Der maximale Aufprall ist am unteren Ende des vertikalen Angusses zu spüren, von wo aus Sand wahrscheinlich erodiert wird und in die Form eindringt. Dies kann verhindert werden, indem ein keramischer Spritzkern an der Unterseite des vertikalen Angusses angebracht wird.

(iv) Scharfe Ecken im Metallströmungsweg sollten stromlinienförmig sein, um Turbulenzen und tote Taschen zu vermeiden (siehe Abb. 3.46).

(v) Die Bereitstellung von Skim-Bob hilft dabei, sowohl schwerere als auch leichtere Verunreinigungen einzufangen, die in Richtung des Gussstücks fließen.

Abschnittsdicke:

Die Mindestquerschnittsdicke, die für verschiedene Metalle gegossen werden kann, ist aufgrund der unterschiedlichen Erstarrungstemperaturen und Fließfähigkeit begrenzt. Es muss eine Mindestquerschnittsdicke verwendet werden, die die erforderliche Festigkeit oder das erforderliche Gewicht bietet, ohne dass übermäßige Temperaturen erforderlich sind, um den Betrieb sicherzustellen.

Die üblichen Mindestdickenwerte für Gussstücke einfacher Ausführung sind 3 mm für Gusseisen, 2,25 mm für Temperguss, 6 mm für Stahl, 2,25 mm für Messing und Bronze und 3 mm für Aluminium. Wenn die Fließlänge größer ist, müssen größere Dicken als die oben angegebenen Werte bereitgestellt werden. Der Mindestdickenwert für die Erzielung gesunder Gussteile ist hoch, wenn der Formhohlraum kompliziert ist.

Es sollte eine möglichst große Gleichmäßigkeit des Metallquerschnitts zwischen den Vorsprüngen und Ösen und dem Körper des Gussstücks bestehen, um eine angemessene Zufuhr von Vorsprüngen oder Ösen zu ermöglichen.

Aufsteigend:

Steigrohr ist ein Loch, das in den Oberkasten geschnitten oder geformt ist, damit das geschmolzene Metall über den höchsten Punkt im Gussstück steigen kann. Es bietet eine visuelle Kontrolle, um sicherzustellen, dass der Formhohlraum gefüllt ist.

Es dient als Zubringer zum Zuführen des geschmolzenen Metalls in den Hauptgusshohlraum, um die Schrumpfung auszugleichen. Das Steigrohr sollte so ausgelegt sein, dass es Temperaturgradienten innerhalb des Gussstücks herstellt, damit das Gussstück in Richtung des Steigrohrs erstarrt. Es hilft auch beim leichten Ausstoßen von Dampf, Gas und Luft aus dem Formhohlraum, während die Form mit dem geschmolzenen Metall gefüllt wird.

Für mehr Stabilität können beim Gießen mit dünnen Abschnitten mehrere Steigrohre verwendet werden. Aus Gründen der Wirksamkeit muss die Steigleitung der letzte Teil des Gussstücks sein, um sich zu verfestigen.

Riser-Bestimmungen:

Nach dem Befüllen der Form gelangt Metall in die Steigrohre. Steigrohre dienen als Reservoir und Wärmegradientenregler und liefern das notwendige Flüssigmetall, um Flüssigmetall und Erstarrungsschrumpfung auszugleichen. Die Steigrohre befinden sich normalerweise im obersten Teil des zu beschickenden Abschnitts.

Je nach zu gießendem Metall wird ihr Volumen zwischen 25 und 55 % des Gussteils gehalten. Es ist wichtig zu beachten, dass die Setzstufen so angeordnet sind, dass kein übermäßiger Metallabtrag erforderlich ist, um die fertige Kontur zu erzeugen. Steigrohre sind mit dem Gussstück durch einen Metallhals, den sogenannten Anguss, verbunden, der es ermöglicht, dass der Steigrohr nach dem Erstarren leicht aus dem Gussstück entfernt wird.

Riser-Design:

Wenn während des Gießens kein Steigrohr vorgesehen ist, beginnt die Erstarrung von Wänden und flüssiges Metall in der Mitte wird von einer erstarrten Hülle umgeben und die sich zusammenziehende Flüssigkeit erzeugt Hohlräume in Richtung der Mitte des Gussstücks. Eine weitere Abkühlung des Festkörpers in der Mitte führt zu unerwünschten Spannungen im Gussstück.

Die Bereitstellung von Steigrohren überwindet diese Probleme, da diese geschmolzenes Metall für ein erstarrendes Gussstück liefern. Dazu müssen die Steigrohre groß genug sein, um nach dem Erstarren des Gussstücks flüssig zu bleiben, und müssen ausreichend Metall enthalten, um die Schrumpfverluste zu kompensieren. Außerdem sollten diese so positioniert werden, dass sie während der Erstarrungszeit weiterhin Metall liefern.

Design und Positionierung von Steigleitungen:

Die effizienteste Form eines Steigrohrs einer bestimmten Größe ist diejenige, die zu einem minimalen Wärmeverlust führt, also heiß bleibt und das Metall so lange wie möglich im geschmolzenen Zustand hält. Mit anderen Worten, ein Steigrohr sollte mit dem kleinstmöglichen Volumen konstruiert werden, während eine langsamere Abkühlgeschwindigkeit als die des Gussteils beibehalten wird.

Die beste Form für den allgemeinen Gussteillauf, um das obige Ziel zu erreichen, ist ein Zylinder. Die Höhe der Steigleitung sollte groß genug sein, damit darin gebildete Rohre nicht in das Gussstück eindringen können. Das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser variiert normalerweise von 1:1 bis 3 :2.

Der optimale Steigrohrdurchmesser für ein bestimmtes Gussstück kann nach folgenden Regeln ermittelt werden:

(a) Chvorinovs Regel:

Es besagt, dass die Gefrierzeit

(b) Caines Methode:

Diese Methode basiert auf der relativen Gefrierzeit von Gussstück und Steigrohr. Sie definiert die relative Gefrierzeit von Gussstück und Steigrohr.

Sie definiert die relative Gefrierzeit bis zur vollständigen Erstarrung als das Verhältnis von Oberfläche des Gussstücks ÷ Volumen des Gussstücks :Oberfläche des Steigrohrs Volumen des Steigrohrs.

Nach Caine sollte (1) wenn das Gussstück unendlich schnell erstarrt, das Volumen des Speisers (Risers) gleich der Erstarrungsschrumpfung des Gussstücks sein, und (2) wenn Speiser und Gussstück mit der gleichen Geschwindigkeit erstarren, sollte der Speiser unendlich groß.

Abb. 3.49, zeigt diese hyperbolische Beziehung zwischen der relativen Gefrierzeit und dem relativen Volumen.

Außerdem kann bei einem Gussstück mit einem niedrigen A/V-Verhältnis, wie im Fall eines Würfels und einer Kugel, ein zentrales Steigrohr in der Lage sein, das gesamte Gussstück zu speisen. Wenn jedoch das A/V-Verhältnis hoch ist, wie im Fall einer Stange und einer Platte, ist mehr als ein Steigrohr erforderlich. Die richtige Position der Steigleitung ist in einem solchen Fall unerlässlich.

Bei einer Stahlplatte von 100 mm Dicke ist ein mittiges Steigrohr ausreichend, wenn der maximale Einzugsabstand weniger als 4,5 t von der Steigrohrkante beträgt [siehe Abb. 3.51 (a)]. Wenn mehr Steigleitungen erforderlich sind, sollte der Abstand zwischen zwei nächstgelegenen Kanten der Steigleitungen weniger als 4 t betragen [siehe Abb. 3.51 (6)].

Für eine Stange mit quadratischem Querschnitt von 50—200 mm Seite(n) ist ein zentrales Steigrohr gut, wenn der maximale Einzugsabstand 30√s von der Kante beträgt und der Abstand zwischen zwei Steigrohren (nächste Kanten) weniger als 1,2 s betragen sollte.

Die Fütterungsstrecke des Steigrohrs kann durch die Verwendung von Kühlern erhöht werden, was einen scharfen Temperaturgradienten bietet und den Fütterungswiderstand verringert. Bei einem einzelnen Riser sollte der Chill am Ende platziert werden und bei mehr als einem Riser sollte er in der Mitte zwischen zwei Risern platziert werden.

Die richtige Platzierung des Steigrohrs ist ebenso wichtig, da es in der Lage sein sollte, das erstarrende Gussstück effektiv zuzuführen. Wenn das Gussstück eine kubische oder kugelförmige Form hat (d. h. eine klobige Form mit einem niedrigen Wert von A_c /V_c ) dann reicht ein einzelnes Steigrohr aus, um Gussteile beim Erstarren zu speisen. Wenn jedoch der Wert von A_c /A_c hoch ist (wie bei stab- und plattenförmigen Gussteilen), kann mehr als ein Steigrohr erforderlich sein.

Wenn in solchen Fällen nur ein einzelnes Steigrohr verwendet wird, kann der matschige Zustand kurz vor der Erstarrung den Metallfluss aus einem einzelnen Steigrohr einschränken und eine Mittellinienschrumpfung verursachen. Als Faustregel kann gesagt werden, dass ein einzelnes Steigrohr ausreichend ist, wenn die Zuführlänge weniger als das 4,5-fache der Blechdicke beträgt, bei 12-100 mm dicken Stahlblechen.

Bei Vierkantstäben der Größe (Seite) 50 – 200 mm kann bei Abständen kleiner als das 6-fache der V-Stabgröße eine zentrale Steigleitung verwendet werden. Längere Fütterungsdistanzen als oben sind durch die Verwendung von Kühlern möglich, die die Kühlrate erhöhen und den Fütterungswiderstand an der Mittellinie verringern. Bei Legierungen, die einen höheren Widerstand beim Einziehen der Mittellinie als Stahl haben, müssen Kokillen verwendet werden, um die Festigkeit der Teile des Gussstücks zu gewährleisten, die die größte Festigkeit erfordern.

Exotherme Materialien werden manchmal in Steigrohren verwendet, um eine gerichtete Erstarrung durch Erzeugung von Wärme zu erzeugen. Sie bestehen aus Oxiden von Metallen wie Eisen, Chrom, Nickel oder Kupfer und Aluminiummetall in Pulverform.

Diese Verbindungen können entweder direkt nach dem Gießen der Oberfläche des geschmolzenen Metalls im Steigrohr oder dem Sand der Steigrohrwände zugesetzt werden. Durch den Kontakt mit geschmolzenem Metall findet eine chemische Reaktion statt, die eine große Wärmemenge erzeugt. Dadurch wird das Metall im Steigrohr überhitzt und bleibt für längere Zeit geschmolzen.

Die Bereitstellung von isolierenden Pads und Ärmeln um die Tragegurte hilft, Wärme zu sparen. Die Bereitstellung geeigneter Kühlkörper an gewünschten Stellen trägt auch zur Förderung der gerichteten Erstarrung bei.

Verfestigungseinfluss:

Die Konstruktion des Gießabschnitts sollte so sein, dass die Steigrohre die Anforderungen an die Zufuhr von heißem Metall und die Steuerung der gerichteten Erstarrung erfüllen. In Abb. 3.52 beispielsweise verfestigt sich das geschmolzene Metall durch fortschreitende Erstarrung von der Metallform-Grenzfläche nach innen.

Bei geeigneten Bedingungen für Temperaturunterschiede bewegt sich der Schnittpunkt des fortschreitenden Gefrierens nach oben in die Position des heißesten Punkts, der innerhalb der Steigleitung liegen sollte. Dies wird als „gerichtete Erstarrung“ bezeichnet .

Wenn die Höhe eines Abschnitts im Vergleich zu seinem Querschnitt zu groß ist, überschreitet die fortschreitende Erstarrungsgeschwindigkeit die gerichtete Erstarrung und führt zu einer feinen Mittellinienporosität oder sogar zu einer größeren oder einer Reihe von großen Hohlräumen. Um einen solchen Zustand zu vermeiden, ist es unbedingt erforderlich, dass sich der Querschnitt nach unten verjüngt und oben größer und unten kleiner ist.

Abschnittsdosierung:

Wenn die Abschnitte ausreichend beschickt werden können, sind die Beschränkungen der Abschnittsproportionierung nicht so kritisch wie die Gestaltung der Abzweigung. Kontraktionsspannungen aufgrund stark unterschiedlicher Temperaturgradienten müssen berücksichtigt werden. Es ist normalerweise möglich, Gußstücke ohne Rückgriff auf Kokillen herzustellen, bei denen die Querschnittsdicken nicht weniger als 80 % oder mehr als 120 % des angrenzenden Querschnitts betragen, was Querschnittsvariationen abseits von Steigrohren betrifft.

Kreuzungen und Schrumpfung:

Schrumpfhohlräume, die durch unsachgemäße gerichtete Erstarrung verursacht werden, treten am häufigsten in L-, T-, Y-, X-Abschnitten auf und wo große Abschnitte abrupt mit kleinen Abschnitten verbunden werden. Was in diesen Abschnitten passiert, ist, dass, da am Verbindungspunkt eine größere Masse im Vergleich zu den Beinen vorhanden ist, der Bereich des Verbindungspunkts zu einem Hot Spot mit gerichtetem Gefrieren in Richtung des Hot Spots wird, der wiederum die Beine nährt und den Schrumpfhohlraum entwickelt .

Der heiße Punkt kann beseitigt werden, indem entweder der Querschnitt gleichmäßiger gemacht wird oder Kühlkörper in der Nähe des Querschnitts mit größerer Masse verwendet werden (siehe Abb. 3.53). Obwohl alle Anstrengungen unternommen werden müssen, um eine Isolierung schwerer Abschnitte zu verhindern, die zu „Hot Spots“ werden können, wird es manchmal schwierig.

Unter solchen Umständen bleibt es dem Gießer überlassen, das Einfrieren zu kontrollieren durch:

(i) Spezielle Manipulation der Position der Speiser in der Form,

(ii) Kontrolle der Gießgeschwindigkeit,

(iii) Verwendung von heißem Metall in den Steigleitungen,

(iv) Verwendung von Formmaterialien mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften.

Filets:

Angemessene Kehlungen an allen Kreuzungspunkten erhöhen die Festigkeit der Gussstücke wesentlich. Die Größe der Filets hängt vom verwendeten Metall, der Form und Dicke des Wandabschnitts und der Größe des Gussstücks ab. Der Verrundungsradius sollte die Schnittdicke nicht überschreiten.

Heiße Tränen eliminieren:

In einem Gussstück resultieren heiße Risse aus Temperaturgradienten, wodurch unterschiedliche Kontraktionsraten während der Erstarrung erzeugt werden und dadurch Spannungen aufgrund des Widerstands des Sandes in einer Größenordnung induziert werden, die ausreicht, um einen Bruch zu verursachen. Diese können durch gutes Design minimiert werden, d. h. Vermeidung von abrupten Querschnittsänderungen, scharfen Winkeln und ungleichmäßigen Stegen, die mit Flanschen verbunden sind.

Beseitigung von Gasen in Gussteilen:

Gase in Gussteilen können als Gaslöcher (große Löcher, wenige verteilt an mehreren Stellen im Gussstück), Nadellöcher (kleine Löcher, große Anzahl in der Nähe der Oberseite des Gussstücks), Nadellöcher (kleine Löcher, die über das Gussstück verteilt sind) auftreten ). Die richtige Gestaltung des Steigrohrs und eine angemessene Entlüftung durchlässiger Formen sind unerlässlich, um diese Mängel zu vermeiden.

Eine weitere Gasquelle sind die im flüssigen Metall bei hoher Temperatur gelösten Gase, die beim Abkühlen abgegeben werden. Vakuumschmelzen und Vakuumentgasung (Einbringen von flüssigem Metall in eine Niederdruckkammer, um gelöste Gase zu entfernen) können verwendet werden, um das Gas in Schmelzen zu reduzieren.

Eigenschaften von Sandgussteilen:

1. Da die Erstarrung von Metall unter Nichtgleichgewichtsbedingungen stattfindet, sind die Gussstücke anfällig für Abkühlungsrisse, wenn die Konstruktion nicht sorgfältig ausgeführt wird. Schrumpfungsproblemen können durch Förderung der gerichteten Erstarrung durch die Verwendung von Konizitäten, Metallabkühlungen in Formwänden und Reduzierung von heißen Stellen an Verbindungsstellen gleichförmiger Querschnitte begegnet werden.

2. Verfestigtes Metall hat eine schlechte Oberfläche. Die Oberfläche wird durch Musterfinish, Sandstruktur, Formbehandlungen, Formentlüftung und Zugang zur Form zum Entfernen von losen Sandpartikeln vor dem Schließen der Form beeinflusst.

3. Sandgussteile sind porös genug und können daher nicht für druckdichte Behälter verwendet werden (im Allgemeinen verwendet bis zu 10 kg/cm ² ).

4. Die durch Sandguss erhaltene Struktur ist locker und daher nicht fester als Schmiedeprodukte.

5. Da die Körner nicht dicht beieinander liegen, weist der Guss eine geringere Dichte und eine geringe Festigkeit auf.

6. Durch Formverfahren erhaltene Gussteile haben eine gute Härte. Eigene Spannungen können durch Vermeidung scharfer Ecken und physischer Zwänge beseitigt werden.

7. Sandgussteile haben eine schlechte Duktilität.

8. Das Formverfahren ist für mittlere und besonders große Gussteile geeignet und für dünnere Profile ungeeignet.

9. Die Eignung von Sandgussteilen liegt beim hohen Schmelzpunkt der Metallschmelze.

10. Die Sandgussteile sind weniger kostspielig, da die Kosten für Sandformen geringer sind.

11. Die innere Unversehrtheit von Gussstücken kann durch Minimierung der Gasentwicklung während der Erstarrung und Vermeidung von Turbulenzen beim Gießen sichergestellt werden. Körperliche Zurückhaltung sollte vermieden werden, da sie zu heißem Reißen führt.