DE2454979A1

DE2454979A1 - Verfahren zur herstellung von keine nachbearbeitung erfordernden stahlgusstuecken

Info

Publication number: DE2454979A1
Application number: DE19742454979
Authority: DE
Inventors: Burton O Heinrich; Paul L Mcculloch
Original assignee: Evans Products Co
Current assignee: Evans Products Co
Priority date: 1974-01-07
Filing date: 1974-11-20
Publication date: 1975-07-17
Also published as: SE418466B; GB1489812A; CA1047373A; FR2256792B1; SE7416169L; BE823773A; IT1023372B; CH596918A5; FR2256792A1; JPS50101229A; ZA746698B; US3895968A

Description

MÜLLER-BORE · GROENING · DEUFEL · &CHÜN · HERTEL

PATENTANWÄLTE
MÜNCHEN · BRAUNSCHWEIG · KÖLN 2454979

S/E 15-2 Dr. W. Müller-Bore · Braunschweig

H. Groening, Dipl.-Ing. · München Dr. P. Deufel, Dipl.-Chem. · München Dr, A. Schön, Dipl.-Chem. ■ München Werner Hertel, Dipl.-Phys. · Köln

EVANS PRODUCTS COMPANY Portland, Oregon, USA

Verfahren zur Herstellung von keine Nachbearbeitung erfordernden Stahlgußstücken

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keine Nachbearbeitung erfordernden Stahlgußstücken mit Seitenflächen sowie mit nach oben und nach unten weisenden Flächen.

Bisher ist es bei der Herstellung von Stahlgußstücken in beträchtlichem Ausmaß erforderlich, den Gußkörperrohlxng von Hand nachzubearbeiten, ehe er als ein "fertiges" Produkt angesehen werden kann. So ist es erforderlich, die Anschnitte der Angüsse und Steiger, wo sie auch immer angebracht sind, sowie alle Trennfugen und Grate mit Hilfe eines Schneidbrenners oder, wenn die VorSprünge einen engen Querschnitt haben, durch einen Meißelhammer abzutrennen. In manchen Fällen werden die Vorsprünge mit einem Fäustel weggeschlagen. Um eine glatte und eine bündige Oberfläche zu erzielen, wird bei Verwendung dieser Maßnahmen eine beträchtliche Nacharbeit in Form von Schleifen erforderlich. Beim Abkühlen eines Gußstücks kann es vorkommen, daß sich das Gußstück verzieht. Ein solches Gußstück muß dann gerichtet werden, um in die gewünschte Form zuückgebogen zu werden.

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Dieser Richtvorgang ist schwierig, zeitraubend und ungenau wegen des "Rückfederungsverhaltens" des kalten Metalls. Ein kaltes Richten kann zu unerwünschten Spannungen in dem Gußkörper führen. Außerdem ist es schwierig, in einem kalten Gußkörper Öffnungen geeigneter Größe und Anordnung auszubilden.

Es hat sich gezeigt, daß ein Nachbearbeiten im kalten Zustand, insbesondere grobe Arbeitsgänge, wie das Abschlagen mit dem Hammer, den unversehrten Zustand des Gußstücks aufgrund von Brüchen und Rißbildungen ernsthaft beexntrachtxgen können.

Wenn die Form und die Abmessungen eines Werkstücks von Bedeutung sind und eine hochgradige Maßgenauigkeit und Ausbildung als Ganzes erforderlich ist, muß das Werkstück aus einem Block in einem Paar von Schmiedegasenken geschmiedet und dann spanabhebend bearbeitet werden, um ein fertiges Werkstück durch Verschweißen oder eine anders geartete Verbindung von zwei oder mehreren Teilen mit der geforderten Abmessung herzustellen, wobei die Teile Gußstücke, Schmiedestücke oder auf die entsprechenden Maße zugeschnittene Teile sein können. Schmieden mit einer anschließenden spanabhebenden Bearbeitung überschreitet bekanntlich die Kosten eines gleichen, nicht spanabhebend bearbeiteten Gußstücks, teilweise wegen der hohen Kosten und der relativ kurzen Einsatzzeit der Schmiedegesenke. Für Teile mit einem komplizierten Aufbau ist das Schmieden im allgemeinen unpraktisch und oft unmöglich. Die Herstellung ist außerdem zeitraubend und aufwendig.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Stahl zu schaffen, bei welchem das erhaltene Gußstück in hohem Maße form- und dimensionsgenau sowie strukturmäßig fest und einwandfrei ist, wobei der hohe Arbeitsaufwand und andere Nachteile, die normalerweise bei einer Kaltnachbear-

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beitung ausftreten, vermieden werden. Dabei soll das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Produkt einem durch Schmieden hergestellten Element gleich oder überlegen sein, mit niedrigeren Kosten und in Serienfertigung herstellbar sein.

Die erfindungsgemäß herzustellenden Gußstücke, bei welchen keine Nachbearbeitung erforderlich ist, können mit herkömmlichen Gieß- oder Schmiedeverfahren nur sehr schwierig oder auf unwirtschaftliche Weise produziert werden. Beispiele für solche Gußstücke sind Gußstücke mit einem Innenraum festgelegter Abmessungen oder Gußstücke, denen eine Querschnittsabnahme fehlt, so daß eine spezielle Kernausbildung erforderlich ist. Obwohl ein Teil, welches einen Hohlraum hat oder dem eine Querschnittsabnahme oder Schräge fehlt, durch Schmieden hergestellt werden kann, ist es oft erforderlich, extrem hohe Drucke zu benutzen, um das Fließen des Metalls unter den Schmiedegesenken zu gewährleisten, was in einem übermäßigen Gesenkverschleiß resultiert.

Bei den erfindungsgemäß herzustellenden Gußstücken sollen deshalb die Anschnitte und Trennfugengrate abgegratet sein, und das Teil soll eine genaue Form und Abmessung haben, während es sich in einem heißen, plastischen Zustand bei einer gleichförmigen Temperatur befindet, die im Bereich der kritischen Temperatur liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß sich das Gußstück auf eine Temperatur bei oder unter der Verfestigungstemperatur abkühlen kann. Dann wird es wieder erhitzt auf eine Halte- bzw. Standtemperatur über der oberen kritischen Temperatur für eine "Homogenisierung", d. h. eine Umwandlung der Struktur von der nicht homogenen Form "wie gegossen" in die austenitische Form, bei welcher das Gußstück, während es sich noch im Bereich der

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Homogenisierungstemperatur befindet, der Wirkung eines Satzes von Gesenken ausgesetzt wird, welche zusammenwirkende Scherkanten haben, um Gußtrichter- und Steigerverbindungen sowie irgendwelche Trennfugengrate abzuscheren, die beim Gießen gebildet werden, während die nach oben und nach unten weisenden Flächen des Gußstücks einem genauen Formungsgang unterworfen werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der zugehörigen Vorrichtung werden unerwünschte seitliche VorSprünge von einem Werkstück abgegratet, wenn es sich im heißen plastischen Zustand befindet, wobei die Abgratgesenke bzw. -formen zugeordnete obere und untere Gesenkflächen haben, die bezüglich Form und Abmessung nur an den bedeutendsten Flächen der vorhandenen oberen und unteren Flächen eines komplexen Werkstückes angreifen und es plastisch formen. Dabei handelt es sich um ein Werkstück, dessen Herstellung durch Schmieden nicht ausführbar ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Gußstücks wird ein Satz von Gesenken verwendet, um auf das Gußstück im plastischen Zustand einzuwirken, wozu gehört, daß das Gußstück auf einer Temperatur für Homogenisierungszwecke gehalten wird, die niedriger ist als die normalen Schmiedetemperaturen, was zu einer Abnutzung der Gesenke führt, die wesentlich niedriger ist als diejenige, die bei herkömmlichen Schmiedevorgängen auftritt. Dadurch wird erfindungsgemäß die Lebensdauer der Gesenke erhöht und eine deutliche Verringerung der Kosten pro einzelnem Werkstück erreicht.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Herstellen eines Gußstückes, ohne daß eine Nacharbeit erforderlich ist, zu welchem die Formung eines Modells mit sich seitlich erstreckenden Gußtrichtern, die Herstellung einer Form, das Eingießen von Metallschmelze in die Form und das

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Abkühlen gehören, so daß man ein vorläufiges Gußstück bzw. ein Gußstück in einem Zwischenstadium erhält. Das vorläufige Gußstück wird dann erneut auf eine Standtemperatur erwärmt, die über der kritischen Temperatur bzw.' der Umwandlungstemperatur liegt. Während sich das Gußstück noch im plastischen Zustand und in der Nähe der Umwandlungstemperatur befindet, wird auf es durch einen Satz von Gesenken eingewirkt, welche zusammenwirkende Scherkanten haben, die an den Seitenflächen der Gesenke angeordnet sind, um die Einfülltrichter und die Trennfugengrate abzuschneiden. Die Gesenke haben obere und untere Flächen, die entsprechend den gewählten Oberflächen des vollständig fertiggestellten Gußstückes geformt sind, um diesen ausgewählten Flächen die gewünschte Form zu geben. Dann wird das Gußstück auf Umgebungstemperatur mit einer regulierten Geschwindigkeit abgekühlt. Zum Formen gehört auch das Biegen, Stanzen oder Durchstoßen bzw. Lochen und Prägen auf Maß des Gußstücks, während es sich noch in der Nähe der Umwandlungstemperatur befindet. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Herstellung von völlig fertigen Gußstücken, die wenigstens teilweise einen eingeschlossenen Hohlraum oder keine Schräge bzw. Querschnittsverringerung haben, so daß sie nach herkömmlichen Guß- oder Schmiedeverfahren nur schwierig oder aufwendig hergestellt werden können.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Gruppe von vier (verbundenen) Gußstücken, die erfindungsgemäß benutzt werden.

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1. Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 1.

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Fig. k ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 1 durch den mittleren Einguß.

Fig. 5 zeigt in einem Diagramm die Wiedererwärmung und das Halten über der Umwandlungstemperatur zur Herbeiführung einer Homigenisierung, wobei der Bereich für die Endbearbeitung gezeigt ist.

Fig. 6 ist ein Phasendiagramm für Kohlenstoffstahl entsprechend Fig. 5·

Fig. 7 ist ein Schnitt durch einen Satz von Endbearbeitungsgesenken längs der Linie 7-7 von Fig. 8.

Fig. 7a zeigt schematisch die Pressenanordnung.

Fig. 8 ist ein Schnitt längs der Linie 8-8 von Fig. 7·

Fig. 9 ist ein Fig. 8 entsprechender Schnitt mit geschlossenen Gesenken.

Fig. Io ist ein Schnitt längs der Linie lo-lo von Fig. 9· Fig. 11 zeigt perspektivisch ein fertiggestelltes Werkstück. Fig. 12-zeigt in einem Fließbild die Verfahrensschritte.

Fig. 13 zeigt in einem Schnitt entsprechend Fig. 8 modifizierte Gesenke zum Stanzen.

Fig. Ik ist ein Schnitt entsprechend Fig. 13 bei geschlossenen Gesenken.

Fig. 15 ist ein Schnitt entsprechend Fig. 8 mit modifizierten Gesenken zum Prägen auf Maß bzw. Kalibrieren.

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Fig. l6 ist ein Schnitt entsprechend Fig. 15 mit geschlossenen Gesenken.

Fig. 17, l8 und 19 zeigen in einer Draufsicht, einer Stirnansicht und einer Seitenansicht ein erfindungsgemäß benutztes Gußstück im Zwischenstadium.

Fig. 2o zeigt im Querschnitt das Gußstück im Übergangsstadium zwischen einem Paar von Gesenken mit einem positionierten Kalibrierdorn.

Fig. 21 zeigt die Gesenke von Fig. 22 in der Schließlage und die Verformung des Gußstücks in die Endform.

Fig. 22, 23 und 24 sind eine Draufsicht, eine Stirnansicht und eine Seitenansicht des endgültig fertiggestellten Gußstücks.

In den Figuren 1 bis 4 ist ein zusammengesetztes oder "bündeiförmiges¹¹ Sandgußstück Io gezeigt, welches vier einzelne Gußstücke 11, 12, 13 und 14 umfaßt, die in der gleichen Form gegossen sind. Beim Gießen wird Metallschmelze durch einen Einguß 15 eingegossen, wobei das Metall auf Gießkanäle l6, 17 (Fig. 4) verteilt wird und durch die Kanäle strömt. Bei der Auslegung des zusammen- gesetzten Gußstücks werden sechs Steiger 21 bis 26 verwendet , die mit den Gußstücken durch Anschnitte bzw. Eingüsse 21a bis 26a und 22b bzw. 25b verbunden sind. Der Ausdruck "Einguß" betrifft sowohl den Kanal, der die Eingußtrichter, Gießkanäle oder Steiger mit dem Werkstück verbindet und durch den die Metallschmelze strömt, als auch die. Ausbildung von massivem Metall in diesem Kanal nach der Verfestigung der Metallschmelze.

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In den Figuren 1 bis k ist einerseits ein typisches Gußstücknest bzw. eine typische Gußstückgruppe gezeigt, wie sie bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird, und andererseits auch das Modell veranschaulicht, welches zur Herstellung der Form benutzt wird, in welcher das Gußstück erzeugt wird. Da das fertige Werkstück, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, einen Hohlaufbau hat, muß ein Mittelkern in jedem der Modelle benutzt werden. Die Kernelemente sind mit 27 bezeichnet. Der Formkasten, der zur Herstellung des Gußstücks verwendet wird, ist nicht gezeigt. Derartige Formkästen sind jedoch bekannt. Die Form, von welcher nur das untere Teil M gezeigt ist, hat eine Trennfuge PL, wie sie in den Figuren 2, 3 und k zu sehen ist.

Jedes der einzelnen Gußstücke 11 bis l4 hat Seitenflächen, die durch Anhängen von Buchstaben gekennzeichnet sind. So hat beispielsweise das Gußstück oder Werkstück 11 Seitenflächen lla bis Hd. Die Gußstücke haben zusätzlich nach oben und nach unten weisende Flächen, die durch die angehängten Buchstaben e bis 1 (Fig. 2 und 3) gekennzeichnet sind.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Eingüsse so angeordnet, daß sie sich seitlich von den Seitenflächen eines jeden Gußstückes weg erstrecken. Darüber hinaus sind die Eingüsse so positioniert, daß sie in dem Bereich der Formtrennfuge PL liegen. Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Gußstücken besteht darin, ein Modell auszubilden, bei welchem die Eingüsse sich seitlich von den Seitenflächen des Gußstücks weg erstrecken und in dem Bereich der Formtrennfuge liegen, wobei die nach oben und nach unten weisenden Flächen frei von äußeren Vorsprüngen in Form von Eingüssen oder dergleichen sind. Die Herstellung eines solchen Modells

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ist an sich bekannt. In Fig. 12 ist dieser erste Verfahrens schritt mit A bezeichnet.

Nach der Herstellung des Modells wird das Modell für die Ausbildung einer Form benutzt, wobei die üblichen Formungsverfahren verwendet werden. In diese Form wird geschmolzenes Metall durch einen mittleren Gießtrichter 15 (Fig. 4) entsprechend den Verfahrensschritten B und C (Fig. 12) gegossen. Die Metallschmelze fließt in alle Teile des Formhohlraums, einschließlich der Steiger 21 bis 26. Die Steiger dienen dem üblichen Zweck, Metallschmelze durch die entsprechenden Eingüsse bzw. Anschnitte den Werkstückhohlräumen zuzuführen, um Metall in diese Hohlräume nachzufüllen und so die Kontraktion des Metalls auszugleichen, die beim Abkühlen der Metallschmelze auftritt.

Beim Gießen kann die Metallschmelze beispielsweise eine Temperatur in der Größenordnung von I650 C (3ooo F) haben. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, läßt man das Metall gemäß dem , Verfahrensschritt D (Fig. 12) abkühlen, wobei die Temperatur auf der nach unten gehenden Kurve Jo bis auf eine Temperatur 31 absinkt, bei der sich das Metall verfestigt hat und ein Gußstück bildet. Nach einer Zeit, in der sich das Gußstück abgekühlt hat, so daß es ausreichend verfestigt ist, wird es aus der Form auf herkömmliche Weise entfernt, beispielsweise durch "Losschlagen". An dem Gußstück haftende Sandteilchen können durch Sandstrahlen oder dergleichen entfernt werden.

Es zeigt sich, daß das abgekühlte Gußstück in dem Zustand, wie es gegossen ist, eine willkürliche, nicht gleichförmige Kornstruktur bzw. ein solches Kristallgefüge hat, das sich durch einen der nachstehenden Punkte auszeichnet, nämlich einen dentritischen makroskopen Aufbau, einen Widmanstatten¹sehen mikroskopen Aufbau, einen Netzwerkaufbau, einen zellenförmigen oder einen körnigen bzw. kugelförmigen mikroskopen Aufbau. Diese

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nicht homogene Kornstruktur ist für die schlechten mechanischen Eigenschaften des Gußstücks in dem Zustand, wie es gegossen ist, veranwortlich, beispielsweise für die Sprödigkeit, inneren Spannungen, geringe Schlagfestigkeit usw.. Es ist deshalb üblich, eine Verfeinerung oder Homogenisierung der Kornstruktur durch eine Wärmebehandlung des Gußstücks zu bewirken, wodurch die mechanischen Eigenschaften verbessert werden.

Wärmebehandlungsprozesse umfassen einen Erwärmungszyklus, während dem das Gußstück auf eine Standtemperatur über der kritischen Temperatur oder Umwandlungstemperatur erwärmt wird. Bei dieser Temperatur wird das Gußstück während des Standzeitabschnittes gehalten, bei welchem die Verfeinerung des Kornaufbaus bzw. die Kornfeinung durch Umwandlung der charakteristischen, oben genannten Gußstrukturen in homogenen Austenit herbeigeführt wird. Auf das Erwärmen und das Verweilen folgt eine regulierte Abkühlung, während der der Austenit in eine gleichförmige Struktur umgeformt wird, die aus einem oder mehreren Umformungsprodukten besteht, die vom Standpunkt der Festigkeit, der Härte oder der spanabhebenden Bearbeitbarkeit erwünscht sind. Die Eigenschaften des Produktes, das beim Abkühlen gebildet wird, hängen von der Abkühlgeschwindigkeit ab. Warmebehandlungsprozesse sind insgesamt entsprechend der Art und Weise und der Geschwindigkeit klassifiziert, mit welchen ein Gußstück abgekühlt wird. Wenn das Gußstück sich in ruhender Luft mit einer mäßigen Geschwindigkeit abkühlen kann, nennt man diesen Prozeß "normalisierend". Eine niedrigere Geschwindigkeit eines gesteuerten Abkühlens, beispielsweise in einem Ofen oder dergleichen, wird als "Glühbehandlung" bezeichnet. Das schnelle Abkühlen durch Abschrecken in Luft, Öl, Wasser oder einer Sole wird als "Härten" oder "Abschrecken" bezeichnet. Selbstverständlich können zwei oder mehrere dieser Wärmebehandlungsverfahren nacheinander ausgeführt werden, wobei der Einsatz von aufeinanderfolgenden Wärmebehandlungen von der Erfindung mitumfaßt wird.

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Die Metallurgie von Stahlgußstücken hat ein hochtechnisches Vokabular für die Verständigung bezüglich feiner Unterschiede im kristallinen Aufbau hervorgebracht. Es ist hier jedoch nicht erforderlich, die Metallurgie im einzelnen zu erklären oder all die kristallinen Strukturen aufzuzählen, die in verschiedenen Stahllegierungen bei verschiedenen Temperaturen auftreten. Es genügt, davon auszugehen, daß bei einer gegebenen speziellen Stahllegierung und bei gegebenen gewünschten mechanischen Eigenschaften des Gußstücks aufgrund der Metallurgie die Werte für die Erwärmungsgeschwxndigkeit, die Standtemperatur, die Standzeit und die Abkühlgeschwindigkeit festgelegt werden können, wobei alle diese Faktoren den kristallinen Aufbau beeinflussen und somit die mechanischen Eigenschaften des Gußstücks bestimmen. Deshalb wird im folgenden zur Vereinfachung der Beschreibung davon ausgegangen, daß das Gußstück aus einem unlegierten Stahl bzw. Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,3 % besteht, wie dies in dem Phasendiagramm von Fig. 6 gezeigt ist. Phasendiagramme ähnlich dem von Fig. 6 gibt es für alle Stahllegierungen, so daß die Erfindung nicht auf Kohlenstoffstahl beschränkt ist, sondern alle Stahllegierungen umfaßt.

Bei der Ausführung des Verfahrensschrittes E (Fig. 12) wird das Gußstück mit einer gewünschten Geschwindigkeit längs einer Wiedererwärmungslinie 32 (Fig. 5) erwärmt, wobei diese Linie die "obere kritische" Temperatur TC an der Stelle 33 überschreitet, die als untere Grenze des austenitischen Bereichs (Fig. 6) definiert ist. Mit dem Erwärmen wird fortgefahren, bis eine hohe Standtemperatur 3^ erreicht wird, die beispielsweise um 55°C (loo°F diff. ) über der oberen kritischen Temperatur liegt. Das Werkstück wird auf dieser Temperatur ausreichend lange gehalten, um die nicht homogene Struktur des Gießzustandes in eine gleichförmige austentitische Struktur bzw. in Austenit beim ganzen Werkstück überzuführen, wobei die Standzeit von der Größe des

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Werkstückes abhängt und beispielsweise eine Stunde pro 2,5 cm Stärke des schwersten bzw. stärksten Abschnittes beträgt. Wie aus dem Phasendiagramm von Fig. 6 zu ersehen ist, besteht die Wirkung der Aufrechterhaltung einer Temperatur über dem oberen kritischen Pegel darin, die durch das Gießen erreichte Struktur in die austenitische Form überzuführen, was beispielsweise durch den Punkt 35 gekennzeichnet ist, wenn davon ausgegangen wird, daß der Kohlenstoffgehalt o,3 % beträgt.

Anstelle einer langsamen Abkühlung des Werkstückes in einem Ofen, einer Abkühlung in ruhiger Luft oder einer Abschreckung in einer Flüssigkeit wird erfindungsgemäß das Gußstück, während es sich noch im plastischen Zustand und in der Nähe der Standtemperatur befindet, zwischen einem Satz von Gesenken angeordnet, welche zusammenwirkende Scherkanten haben, die an den Seitenflächen angeordnet sind, um die Eingüsse, die sich alle seitlich erstrecken, sowie alle Trennfugengrate abzuschneiden, die beim Gießen gebildet wurden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auf das Gußstück etwa zur gleichen Zeit durch Gesenkoberflächen eingewirkt, welche von den für das Abschneiden verwendeten Gesenken verschieden sind, die gewünschte Form des Gußstücks haben und ausgewählten oberen und unteren Flächen des Gußstücks entsprechen, um an diesen Flächen formend anzugreifen, um zu gewährleisten, daß diese Flächen sich in einer genauen Position befinden. Obwohl bei der Ausführung der Erfindung bevorzugt wird, das Gußstück als Teil des gleichen Pressenhubs zu beschneiden und zu formen, können diese Vorgänge in aufeinanderfolgenden Pressenhüben und in mehr als einem Gesenksatz in ziemlich schneller Folge ausgeführt werden, so daß eine gleichzeitige Verwendung der gleichen Wärme vorgenommen wird. Diese beiden Arbeitsgänge, das Abgraten bzw. Beschneiden und Formen, sind in Fig. 12 in Form der Verfahrensschritte F und G dargestellt.

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Zwei oder mehr Gußstücke werden, wenn sie in einer Gruppe gegossen sind, gleichzeitig durch die entsprechenden Sätze von Abschergesenken und Formungsgesenken behandelt. Dies ist in den Figuren 7 bis 9 gezeigt, wo eine Presse 4o, von der Einzelheiten nicht gezeigt sind, Gesenkanordnungen 4l, hat, die jeweils auf Gußstücke 11 und 12 (Fig. 7) einwirken. In Fig. 8 ist die Gesenkanordnung (ti unmittelbar vor ihrem ersten Angreifen an dem Gußstück 11 gezeigt. Man sieht, daß die Gesenkanordnung (ti zwischen einem vertikal hin- und hergehenden Kopf 43 und einer Spannplatte 44 angeordnet ist. Wie in Fig. Ja. schematisch gezeigt ist, wird der Kopf 43 von einem Kolben 45 hin- und herbewegt, der über Abstandshalter 46 wirkt. Zwischen dem Kolben und dem Kopf sind hydraulische oder pneumatische Zylinder 47 angeordnet, welche Kolbenstangen 48 haben, die sich aus den Zylindern erstrecken und durch Bohrungen 49 in dem Kopf gehen. Die Kolbenstangen sind in eine ausgefahrene Lage vorgespannt. Jeder Zylinder hat ein Entspannungsventil RV und ein Rückschlagventil A aus den nachstehenden Gründen.

Um das Verständnis der Behandlung der Gußstücke 11 und 12 zu erleichtern, sind in Fig. 7 die Steiger 21, 22 und 23, die einen Teil der Anordnung im gegossenen Zustand bilden, zusammen mit ihren jeweiligen Anschnitten bzw. Eingüssen 21a, 22a, 22b und 23a gezeigt, die als Ergebnis der Arbeitsweise der Gesenke abgetrennt werden.

Die Anordnung 4l besteht aus einem oberen Gesenk 5I und einem unteren Gesenk 52. Das obere Gesenk hat eine insgesamt rechteckige Halteplatte 53, die an dem Kopf 43 angeschraubt ist. An die Platte 53 sind Schermesser 54, 55, 56 und 57 (Fig. 7 und 8) angeschraubt, die Scherkanten 58, 59, 60 bzw. 6l haben und so ausgebildet und dimensioniert sind, daß sie den Seitenflächen 11a, lib, Hc bzw. Hd des Gußstückes entsprechen. Der bewegliche Körperabschnitt 62 mit der Gesenkausnehmung 63, der Oberflächen aufweist, die an den entsprehenden nach oben weisenden Flächen lie, Uf, Hi und Hj des

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Werkstückes angreifen, ist gleitend verschiebbar zwischen den Messern 56 und 57 angeordnet, so daß eine Vertikalbewegung des Körpers relativ zu den Schermessern möglich ist. Die Enden dieser Vertikalbewegung sind in den Figuren 8 und 9 gezeigt.

Für das Zusammenwirken mit dem Obergesenk hat das Untergesenk einen Körperabschnitt, der aus Blöcken 77 und 78 besteht, die an einer Befestigungsplatte 8l sitzen, die wiederum an der Spannplatte kk verbolzt ist. Diese Blöcke sind so angeordnet, daß sie eine Ausnehmung 65 für die Aufnahme des Werkstückes bilden und nach oben weisende Flächen zur Abstützung des Werkstücks an dessen nach unten weisenden Flächen 11K und 11L haben. Vertikale Flächen 79 und 80 dienen als Scherflächen für ein Zusammenwirken mit den Scherkanten 60 und 6l des Obergesenks. Im Untergesenk sind weiterhin Seitenwände 67 und 68 vorgesehen, die an den Blöcken 77 und 78 angeschraubt sind und Scherflächen 71» 72 haben, die mit den Scherkanten 58 und 59 des Obergesenks zusammenwirken. Diese Seitenwände tragen auch die Flächen 11g und 11h.

Die Gesenkanordnung k2 ist genauso gebaut wie die vorstehend im einzelnen beschriebene Gesenkanordnung kl. In Fig. 7 sind die entsprechenden Bauelemente dieser Anordnung mit dem zusätzlichen Buchstaben a hinter den der Gesenkanordnung kl entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Gußstücke 11, 12 mit ihren zugehörigen ganzen Steigern 21, 22, 23 in die jeweiligen Untergesenke 52, 52a eingebracht, wobei sich die Gesenkanordnungen im zurückgezogenen oder "offenen" Zustand (Fig. 7 und 8) befinden. Während der Betätigung der Gesenke können die Gußstücke 13 und Ik kragarmförmig außerhalb an den Gußkanälen l6 und 17 (Fig. k) hängen. Die Gießkanäle können auch durch irgendeine Einrichtung vor der Plazierung des Stückes in der Presse abgetrennt

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werden. Vorzugsweise sind die Eingüsse, Steiger und Gießkanäle so angeordnet, daß sie die Handhabung des Gußstücks und die genaue Positionierung des Gußstücks in dem Gesenk unterstützen* Die Gußstücke 11, 12 werden in den Gesenken angeordnet, wobei sie erfindungsgemäß noch auf der Standtemperatur oder in der Nähe davon gehalten werden, bei
dieser Temperatur das Gußstück sich in einem plastischen Zustand befindet und eine homogene gefeinte Kornstruktur und überall eine äußerst gleichförmige Temperatur hat. Die Tatsache, daß das Gußstück eine äußerst gleichförmige Temperatur aufweist, ist bezüglich der Gesenkkonstruktion von Bedeutung, da das Fehlen von Temperaturgradienten in dem Gußstück bedeutet, daß das Gußstück, auch wenn es infolge der Ausdehnung des Stahls größer geworden ist, den gleichen Ausdehnungsprozentsatz an allen Punkten hat. Somit wird die gewünschte Abmessung zwischen den Seitenflächen, beispielsweise 11a und 11b, dadurch erreicht, daß die Scherkanten 58, 59 einen Abstand zueinander haben, der gleich der gewünschten Endabmessung zwischen 11a und 11b erhöht um den Ausdehnungsprozentsatz des speziellen Stahls bei der Starttemperatur ist, wobei dieser Prozentsatz in der Größenordnung von 1 % liegen kann. Wenn somit das Gußstück abschließend auf die Umgebungstemperatur abgekühlt ist und die zugehörige Kontraktion ausgeführt hat, haben die Seitenflächen 11a und Hb genau den
gewünschten Abstand zwischen sich. In gleicher Weise sind alle Oberflächen und Scherkanten der Gesenkanordnung in
"Übergröße" (etwa 1 %) vorgesehen, um die gleichförmige
Kontraktion des Gußstückes zu berücksichtigen, die beim
Abkühlen von der Standtemperatur aus erfolgt.

Der gewünschte Arbeitsbereich der "Endbearbeitungs"-Temperatur ist in Fig. 5 mit F bezeichnet. Die Temperatur reicht von der Standtemperatur TH über die kritische Temperatur TC bis zu einem Punkt nach unten, der etwas unter der kritischen Temperatur liegen kann. Obwohl das Gußstück bevorzugt
"endbearbeitet" wird, während es sich auf einer Temperatur

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befindet, die so nahe wie möglich an der Standtemperatur liegt, kann in der Praxis die untere Grenze der Endbearbeitungstemperatur bzw. Nachbearbeitungstemperatur eine Temperatur sein, die im Bereich von 55 bis llo°C (loo bis 2oo F) unter der kritischen Temperatur TC liegt. Das Gußstück oder die Gußstücke befinden sich in jedem Fall, wenn sie in der Presse plaziert werden, in einem rotglühenden plastischen Zustand, also in einem Zustand, in welchem das Metall geschnitten und als Ganzes in die gewünschte Form gebracht werden kann, wobei relativ geringe Scher- und Formkräfte benutzt werden. Diese Kräfte sind nur ein Bruchteil der Kraft, die erforderlich wäre, wenn diese Nachbearbeitungsschritte an dem Gußstück im kalten Zustand ausgeführt würden.

Anhand von Fig. 8 und 9 wird das Einwirken auf das Gußstück 11 durch die Gesenkanordnung 4l erläutert. Wenn die Presse 11 ihren Abwärtshub vervollständigt, jedoch bevor das Gußstück von dem Obergesenk erfaßt wird, nehmen die Teile die in Fig. 8 gezeigte Lage ein. Bei einem bevorzugten Verfahren gemäß der Erfindung, bei welchem das Gußstück zuerst in Formeingriff kommt und gleichzeitig durch die Gesenke vor dem Scheren fest an Ort und Stelle gehalten ist, wird der bewegliche Gesenkkörper 62 des Obergesenks in seiner untersten Lage bezüglich der Schermesser durch die ausgefahrene Kolbenstange 48 gehalten. Bei der Fortsetzung des Hubs stößt die untere Fläche 64 des Körperabschnitts gegen die Flächen Hi, Hj. Die Kraft dieses ersten Angreifens kann dadurch variiert werden, daß das Entweichen von Fluid aus dem Zylinder k~l durch ein Entspannungsventil RV eingestellt wird, um dadurch der Kolbenstange 48 die gewünschte Verzögerungskraft zu erteilen. Wenn der Angriff des Körperabschnittes 62 an dem Gußstück erfolgt ist, führt die fortgesetzte Abwärtsbewegung des Kopfes 43 dazu, daß die Kolbenstange 48 in den Zylinder 47 zurückweicht, so daß eine Abwärtsbewegung der oberen Schermesser bezüglich der unteren erfolgen kann.

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Wenn die Schermesser 54, 55 und 54a, 55a (Fig. 7) abgesenkt werden, greifen die Scherkanten 58, 59, 58a, 59a an den Eingüssen 21a, 22a, 22b, 23a an, so daß nach Vervollständigung des Schubs die Steiger 21 bis 23 frei in einen geeigneten Behälter abfallen können. In gleicher Weise ist aus Fig. 8 und 9 ersichtlich, daß, wenn die Schermesser 56 und 57 abgesenkt werden, von den Scherkanten 60 und 6l alle Trennfugengrate, die sich an den Flächen lic und lld gebildet haben, erfaßt und so von dem Werkstück abgeschnitten werden. Wenn sich der Kopf 43 dem Boden bei seinem Abwärtshub nähert und das Abscheren vervollständigt ist, stößt zusätzlich die Unterseite des Kopfes 43 gegen die Oberseite des beweglichen Gesenkkörpers 62, wodurch eine abschließende, eine Spitze bildende Kraft auf das Werkstück übertragen wird.

Das Einwirken auf das Gußstück in dieser "Folge" mit nur einem Pressenhub führt sowohl zum Entfernen von nicht zum Gußstück gehörendem Metall von dem Gußstück und zum Begradigen bzw. Richten der horizontalen Flächen. Wenn das Gußstück durch die Kolbenstange 48 fest an Ort und Stelle gehalten wird, die über den beweglichen Gesenkkörper 62 während des Abschneidess wirkt, wird eine hohe Genauigkeit der örtlichen Lage der seitlichen Oberflächen gewährleistet.

Nach Vervollständigung des Abwärtshubes wird der Kolben zurückgezogen, wodurch sich die Scherkanten nach oben und von den neu zugeschnittenen Kanten weg bewegen. Bis die Scherkanten jedoch von dem Gußstück freikommen, gewährleistet der bewggliche Gesenkkörper 62 infolge des Drucks, der weiter .auf ihn durch die Kolbenstange 48 ausgeübt wird, daß das Gußstück in dem Untergesenk 5² sitzen bleibt. Wenn die Schermesser von dem Gußstück frei sind, wird der bewegliche Gesenkkörper 62 zurückgezogen. Das Gußstück, welches sich noch auf der Standtemperatur oder in der Nähe dieser Temperatur befindet, wird freigegeben und kann aus dem Untergesenk auf herkömmliche Weise entfernt werden. Ein Abkühlen

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mit der gewünschten Geschwindigkeit vervollständigt die Wärmebehandlung.

In den Figuren 7 bis Io wurde aus Gründen einer einfachen Darstellung keine Maßnahmen für ein Lochen oder Prägen des Gußstücke getroffen. Dies kann jedoch durch geeignete Lochungselemente an den zusammenwirkenden Gesenken und durch geeignete Prägeflächen in den Innenflächen 63, 64 und 65 der Gesenkabschnitte erfolgen.

Wenn beispielsweise die Gesenkanordnung so modifiziert ist, daß sie ein Lochen ausführen kann, wobei diese Anordnung 4 Im in den Figuren 13 und 14 gezeigt ist, ist ein Lochungselement 9o zur Bildung eines Loches in der Fläche Hi des Gußstückes 11 vorgesehen. Die Elemente der Gesenkanordnung, die für den Lochungsvorgang nicht modifiziert worden sind, haben die gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 7 bis (beispielsweise 43, 56, 8l), während die Elemente, die abgeändert wurden, in den Figuren 12 und I3 mit den gleichen Bezugszeichen von Fig. 7 bis lo, jedoch mit dem Zusatz des Buchstabens m bezeichnet sind.

Der Ausdruck "Lochen" soll allgemein verstanden werden und zwei Möglichkeiten umfassen, nämlich a) ein Lochungs- oder Aufweitwerkzeug, welches eine runde Nase hat und seinen Weg durch ein bestehendes Loch erzwingt, und b) ein Stanzwerkzeug, welches scharfe Ränder hat und Metall unter Bildung oder Vergrößerung eines Loches entfernt. Diese letztere Weise ist dargestellt.

In Fig. 13 ist die Anordnung 4lm kurz vor dem ersten Angriff am Gußstück 11 gezeigt« wobei die Änderung an der Gesenkanordnung zur Erzielung eines Loches in der nachstehenden Weise vorgenommen ist. Der Kolben 43 hat ein Lochungselement 9o, das sich von seiner unteren Seite aus und durch eine Bohrung 91 in dem beweglichen Gesenkkörper 62m erstreckt.

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Ein Block 77m in dem Untergesenk 52m hat einen Hohlraum 94 mit einer Bohrung 92 von einem Durchmesser, der gleich der Größe des zu stanzenden Loches ist, sowie eine größere Bohrung 93, durch welche das ausgestanzte Metall hindurchgehen und durch eine Öffnung 95 entfernt werden kann.

Vorzugsweise wird in dem Gußstück ein Loch einer Untergröße während des Gießens ausgebildet, indem ein geeignetes Kernelement in der Form angeordnet wird. Dieses Loch ist in Fig. 13 mit 96 bezeichnet und dient dazu, daß das Loehungselement auf einen geringeren Widerstand trifft. Dies ist jedoch ein bevorzugtes Verfahren. Das Stanzen kann auch mit oder ohne Ausbildung eines Loches von einer Untergröße erreicht werden.

Es folgt nun der erste Angriff am Gußstück 11, welches durch den Senkkörper 62m fest in Lage gehalten ist. Bei fortgesetztem Pressenhub weicht die Kolbenstange 48 zurück, wodurch eine Abwärtsbewegung des Lochungselementes 9o raltiv zu dem beweglichen Gesenkkörper 62m möglich ist. Das Lochungselement 9o greift dann an der Fläche lli an der Stelle des Loches mit Untergröße an. Bei fortgesetztem Hub schert das Lochungselement das ganze Metall in dem Bereich weg, der durch die gestrichelten Linien 97 in Fig. 13 gekennzeichnet ist.

Die Stellung nach Abschluß des Abwärtshubes ist in Fig. l4 gezeigt, wobei sich das Lochungselement 9o etwas in die Bohrung 92 erstreckt, um zu gewährleisten, daß das von ihm entfernte Lochungselement auf den Boden des Hohlraums 94 durchfällt. Das Zurückziehen der Gesenke entspricht der beschriebenen Folge, mit der Ausnahme, daß das Lochungselement 9o zusammen mit eiern Schermesser 56 zurückgezogen wird, während der bewegliche Gesenkkörper 62m durch die ausgefahrene Kolbenstange 48 gewährleistet, daß das Gußstück festsitzend in dem Untergesenk 52m gehalten bleibt.

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In gleicher Weise kann ein Prägen des Gußstückes auf Maß ausgeführt werden, während es sich noch auf der Standtemperatur oder in der Nähe davon befindet. Es soll beispielsweise davon ausgegangen werden, daß der Abstand zwischen den beiden Flächen lic, lld (Fig. 8) nicht von Bedeutung ist und daß die wesentliche Abmessung die Stärke der "Flügel" mit den Flächen Hi, Hj, llk und 111 ist. Um die gewünschte Flügelstärke zu erzielen, wird die Gesenkanordnung kl von Fig. 8 zu der in den Figuren 15 und 16 gezeigten modifizierten Gesenkanordnung 4ln geändert. Das Obergesenk ^lxi besteht aus einem beweglichen Gesenkkörper 62n, der gleitend verschiebbar zwischen Blöcken 56n und 57n sitzt und Anschlagblöcke loo und lol hat, die auf der Oberseite des beweglichen Gesenkkörpers sitzen und so beabstandet sind, daß ein Spiel bzw. freier Raum zwischen den vertikalen Flächen lic, lld und den Anschlagblöcken verbleibt. Das Untergesenk 52n ist zum Obergesenk 52 von Fig. identisch, mit der Ausnahme, daß die Blöcke 77n und 78η vorgesehen sind, die länger sind und sich über die seitlichen Flächen Hc und Hd so hinaus erstrecken, daß sie Flächen bilden, gegen welche die Anschlagblöcke loo und lol zum Anliegen kommen.

Das Prägen wird am Ende des Abwärtshubes durch die abschliessende Spitzenkraft ausgeführt, die auf den beweglichen Gesenkkörper 62n übertragen wird, wenn die Unterseite des Kopfes 4t3 gegen die Oberseite des beweglichen Gesenkkörpers stößt. Wenn diese Prägekraft auf die Flügel übertragen wird, deren Stärke etwas größer als die Stärke T der Anschlag blöcke loo, lol ist, erhält man eine leichte Verschiebung des Metalls in die Räume S, bis die Anschlagblöcke gegen die Blöcke 77n bzw. 78η stoßen. Zu dieser Zeit und unmittel bar nach dem Zurückziehen der Gesenkanordnung haben die Flügel die Stärke T. Wie vorstehend erwähnt, macht das Gußstück jedoch eine Kontraktion bei der darauffolgenden

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Abkühlung durch. Deshalb ist die Stärke T der Anschlagblöcke etwas größer, in der Größenordnung von 1 % oder dergleichen, als die gewünschte Endstärke.

Aus Gründen der Vereinfachung sind die Anschlagblöcke loo und lol so gezeigt, daß sie eine relativ begrenzte Fläche für das Aufsitzen an dem Untergesenk haben. In der Praxis sind die Anschlagblöcke so ausgelegt, daß ihre Fläche etwas größer ist als die Fläche des auf Maß zu prägenden Teils. Oft ist es jedoch erforderlich, daß nur ausgewählte Abschnitte auf Maß geprägt werden. So kann beispielsweise der bewegliche Senkkörper 62n mit einem örtlich beschränkten scheibenförmigen Prägeelement versehen sein, das sich etwas unter seiner Unterseite erstreckt und einen kleinen Anschlußbereich bildet,, der ein Bolzenloch in dem Gußstück umgibt.

Wegen des plastischen Zustands des Metalls im Bereich der kritischen Temperatur bzw. der Übergangstemperatur nimmt das Gußstück die Form des Gesenks frei an ohne irgendeine Neigung für eine Rückfederung, so daß man ein Gußstück mit einer Form und Abmessungen von hoher Genauigkeit erhält, auch wenn das Gußstück zur Zeit der Anordnung der Gesenke sich in einem verzogenen oder mißgeformten Zustand befindet. Es ist somit kein späteres "Richten" erforderlich, welches das Hauptproblem ist, wenn ein Gußstück "kalt nachbearbeitet" wird.

Obwohl zur Vereinfachung das Gußstück 11 mit ebenen "Flügeln" gezeigt ist, die in Formungseingriff mit den Gesenken stehen, so daß gewährleistet ist, daß sie bezüglich einer horizontalen Ebene richtig liegen, ist es selbstverständlich, daß die obere und untere Gesenkanordnung so modifiziert werden kann, daß sie entsprechend gekrümmte Flächen für das Gußstück hat, wenn ausgewählte Flächen des Gußstückes geformt oder gebogen werden sollen. Wenn beispielsweise der "Flügel", der durch die

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Flächen 11k und 111 begrenzt ist, eine gekrümmte Fläche haben soll, wird die Form so ausgelegt, daß sie ein Gußstück formt, welches "Flügel" hat, die in die angenäherte, für den Endzustand erwünschte Krümmung gebracht sind. Die Gesenkanordnung von Fig. 8 und 9 kann in einfacher Weise so modifiziert werden, daß sie für jeden "Flügel" des Gußstücks 11 Krümmungen bildende Flächen hat, die einander gegenüberliegen, beispielsweise die Flächen 64 in der Obergesenkanordnung und die oberen Halteflächen der Blöcke 77 und 78. Somit braucht nach Abschluß des Pressenhubs und dem darauffolgenden Abkühlen des Gußkörpers kein "Kaltbiegen" oder "Kaltrichten" der "Flügel" auf die gewünschte Krümmung mit dem sich dadurch ergebenden Rückfederungsproblem zu folgen.

Die Arbeitsweise der Gesenke in Verbindung mit der Wärmebehandlung nach der Standperiode bewirkt, daß automatisch alle Schritte ausgeführt werden, die bisher von Hand ausgeführt werden mußten. Das bedeutet, daß die Steiger und die Eingüsse oder Eingußtrichter sauber von den Gußstücken längs genauer Abmessungslxnxen in einem einzigen Pressenhub zusammen mit anderen Unregelmäßigkeiten, wie irgendwelchen Graten, abgetrennt werden, die sich längs der Trennfuge während des Formens gebildet haben. Der Scherschnitt ist ausreichend glatt, so daß das Blockputzen und Schleifen entfällt, das bisher für die Endbearbeitung des Gußstücks erforderlich war.

Obwohl bevorzugt die plastische "Formgebung" unter Verwendung von Gesenken erreicht wird, die sich in dem gleichen Satz wie die für das Abschneiden verwendeten befinden, können auch zwei oder mehr Arbeitsgänge in schneller Folge ausgeführt werden, d. h. es wird ein erster Satz von Gesenken nur zum Abscheren verwendet. Das Werkstück wird unmittelbar, während es sich noch im heißen und plastischen Zustand befindet, zu einem zweiten oder weiteren Satz von Gesenken für die Formgebung,

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einschließlich Prägen, Lochen und dergleichen, weitertransportiert. Der hier benutzte Ausdruck "gleichzeitig", der sich auf das Abschneiden und Formen bezieht', beruht darauf, daß diese beiden Arbeitsgänge ausreichend nahe beieinander ausgeführt werden, um so die gleiche Wärme und den gleichen plastischen Zustand ausnutzen zu können. Der Ausdruck ist nicht notwendigerweise auf einen einzigen Satz von Gesenken beschränkt.

Bezüglich der Verfahrensschritte, insbesondere des Verfahrensschrittes A, ist zu bemerken, daß die Ausdrücke "seitlich", "nach oben" und "nach unten" in einem relativen Sinn benutzt werden und daß die GußStückgruppe der Figuren 1 bis k auch imter Verwendung eines Modells, welches um 9o° gedreht ist, so daß die Trennfuge in einer vertikalen Ebene liegt. In diesem Fall wäre den Anforderungen des Verfahrensschrittes A genügt, da eine 9o -Drehung des Modells zu einer in den Figuren 1 bis k gezeigten Konfiguration führen würde. Obwohl die vorstehende Beschreibung der Formherstellung auf einen herkömmlichen Formkasten Bezug nimmt, ist das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich auch für Gußkörper geeignet, die nach einem formkastenfreien Formungsverfahren erzeugt werden. Das formkastenfreie Verfahren umfaßt die Herstellung einer Reihe von Formhohlräumen in einer horizontalen Sandsäule mit einer hohen Grünfestigkeit, den Transport der Säule an einer Metallgießstation vorbei, wo Metallschmelze der Reihe nach in jede Form gegossen wird,und das Entfernen der Sandform nach der Verfestigung. Die Art des formkastenfreien Ver fahrens erfordert eine vertikal ausgerichtete Trennfugenebene und Eingüsse, die im Bereich dieser Ebene liegen. Eine Lageänderung durch Drehen der Form um 9o° ergibt eine Konfiguration, die der des Verfahreneschrittes A genügt. Deshalb ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Praxis in Verbindung mit einem formkastenfreien Gießen besonders geeignet. ^!* ·

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Das erfindungsgemäße Verfahren, welches die Herstellung eines Stahlgußstücks, das Abkühlen und das darauffolgende Erwärmen des Gußstücks auf eine Standtemperatur und das Abschneiden, während es sich im plastischen Zustand befindet, umfaßt, führt zu einer Herstellung der Teile auf äußerst wirtschaftliche Weise. Verglichen mit Schmiedeverfahren besteht ein Hauptunterschied darin, daß das Teil, auf welches durch die Gesenke eingewirkt wird, sich bereits im wesentlichen in seiner Endform befindet. Nach dem Abschneiden der Steiger und Eingüsse besteht die Aufgabe der Gesenke nur noch in der Feinung und darin, eine Form zu erzielen, die genauer ist als die bereits vorhandene, was dazu führt, daß die Gesenke nicht gebraucht werden, um zwangsweise einen Metallrohrling in die Endform des fertiggestellten Produkts zu bringen. Dadurch wird es möglich, erfindungsgemäß nur einen einzigen Satz von Gesenken zu verwenden, um das Teil in die Endform mit den Endabmessungen zu bringen, wobei Bearbeitungskräfte verwendet werden, die so niedrig sind, daß das Abschneiden und Formen mit wesentlich verringerter Abnutzung der Gesenke, schnell und unter Verwendung einer leichteren Presse bei nur einem begrenzten Gesamthub erreicht wird. Das Gesamtergebnis besteht darin, daß ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Teil im wesentlichen alle Vorteile hat, die man normalerweise durch Verbindung mit einem Schmiedeverfahren erhält, einschließlich der genauen Form und Abmessung, sowie zuverlässige und gleichbleibende Eigenschaften hat, wobei jedoch die Stückkosten unter Berücksichtigung der Amortisation der Gesenkkosten und der Wartung erheblich niedriger sind als die Stückkosten beim Schmieden.

Ein weiterer Grund für die erhebliche Kostenreduzierung besteht darin, daß die Gesenke stark vereinfacht werden können. Im Falle, von Schmiedegesenken müssen die Gesenke Oberflächen haben, die jeder einzelnen Oberfläche an dem Fertigprodukt entsprechen. Bei der Erfindung können im

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Gegensatz dazu die Gesenke bestimmte Teile des Werkstückes ohne Abstützung lassen, d. h. es erfolgt während der Formung kein Angreifen, so daß eine Konzentrierung auf die Flächen erfolgen kann, die abmessungsmäßig bedeutend sind. So steht beispielsweise die Oberseite 85 des zylindrischen Abschnittes des Werkstückes H nicht mit dem Körperabschnitt 62 der Obergesenkanordnung in Eingriff (Fig. 9).

Wenn die in Fig. 7 gezeigten Gssenke einen einzigen Zyklus abgeschlossen haben, sind die Gußstücke voneinander unabhängig und frei von allem Fremdmetall und haben eine genaue Form und Abmessung. Wenn die Gesenke offen sind, werden die fertiggestellten Gußstücke entfernt, wofür die gewünschten bekannten Einrichtungen verwendet werden. Zweckmäßigerweise läßt man die Gußstücke in ruhender Luft abkühlen, um so die "Normalisierung" des Metalls der Gußstücke zu vervollständigen. Alternativ können die Gußstücke auch durch langsameres Abkühlen glühbehandelt werden. Denkbar ist auch, daß die aus den Gesenken entnommenen Gußstücke mit oder ohne darauffolgender Nachglühung bzw. einem anschließenden Anlassen abgeschreckt bzw. gehärtet werden. Auf jeden Fall wird der Anforderung des abschließenden Schrittes H von Fig. 12 genügt,

Wesentlich ist, daß die "Endbearbeitung" des Gußstückes einschließlich Beschneiden und Formen in Verbindung mit der Wiedererwärmung des Gußstückes für die Homogenisierung, beispielsweise zum Zwecke der Normalisierung bzw. des Normalglühens erfolgt. Das. heißt mit anderen Worten, daß erfindungsgemäß die ursprüngliche Gießwärme nicht ausgenutzt wird. Der Grund dafür besteht darin, daß eine Endbearbeitung, d. h. die Beschneidung und Formung, nur erfolgt, nachdem sich das Gußstück abgekühlt hat und anschließend auf die Standtemperatur über der oberen kritischen Temperatur in einem Zeitraum wiedererwärmt worden ist, der lang genug ist, um das Korn bzw. das Gefüge in dies gewünschte körnige, d. h. austenitische, Struktur zu einer Zeit umzuwandeln, wenn die

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gesamten inneren Spannungen Gelegenheit hatten, sich auszugleichen, und zu einer Zeit, bei welcher im wesentlichen alle Abschnitte des Gußstückes sich auf der gleichen Temperatur befinden und den gleichen Plastizitätsgrad haben. Dies steht im Gegensatz zu jedem Verfahren, bei welchem nur die ursprüngliche Gießwärme benutzt wird, da das Gießen zu einer ungleichförmigen Abkühlung in der Form führt, so daß verschiedene Abschnitte des Gußstückes sich auf anderen Temperaturen als andere Teile befinden, so daß man unterschiedliche physikalische Eigenschaften und eine schlecht definierbare Kristallographie erhält, was zu einem wesentlichen Nachteil führt.

Zu dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Gußstücks ohne besondere Nacharbeit gehört die Herstellung eines Modells, welches mit Ausnahme der zusätzlich vorzusehenden Eingüsse und Steiger im wesentlichen dem fertiggestellten Werkstück entspricht, wobei das sich aus dem Modell ergebende Gußstück dann in einem Satz von Gesenken zur Beschneidung, Prägung und dergleichen angeordnet wird. Die Erfindung ist jedoch darauf nicht begrenzt und kann auch zur Herstellung eines Werkstücks verwendet werden, welches wenigstens einen teilweise geschlossenen Hohlraum aufweist, dessen Herstellung normalerweise den Einsatz eines Kerns erfordern würde. Erfindungsgemäß wird das ursprüngliche Modell mit seinen Eingüssen und Steigern dann nicht in der Form des gewünschten fertigen Werkstücks hergestellt. Statt dessen erhält das Modell die Form eines Übergangsgußstückes bzw. Zwischengußstückes mit Wänden, welche eine geeignete Schrägung haben, um die Benutzung eines Kerns zu vermeiden. Das so geformte Zwischengußstück wird dann erneut auf den plastischen Zustand über der oberen kritischen Temperatur erwärmt und darauf eine ausreichend lange Zeit für die Homogenisierung gehalten. Während sich das Zwischengußstück noch im plastischen Zustand und in der Nähe der Standtemperatur befindet, wird es in einem Satz von Gesenken

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für das Abscheren der Eingüsse und Steiger angeordnet, wobei der Gesenksatz gegenüberliegende Formungsflächen hat, die denen der gewünschten, nach oben und nach unten weisenden Flächen des fertigen Werkstücks entsprechen. Die gegenüberliegenden Gesenkflächen werden zusammengebracht, so daß sie auf das Zwischengußstück so wirken, daß dessen Wände nach innen unter Bildung von wenigstens einem teilweise geschlossenen Hohlraum verformt werden. Die Gesenke werden zurückgezogen und das Gußstück kann sich mit einer gesteuerten Geschwindigkeit abkühlen. Ein Werkstück mit. einem teilweise geschlossenen Hohlraum in der Zwischenform ist beispielsweise in den Figuren 17 bis 19 und in der Endform in den Figuren 22 bis 2k gezeigt. Um eine doppelte Darstellung zu vermeiden, soll davon ausgegangen werden, daß in den Figuren 17 bis 19 sowohl das Übergangsgußstück bzw. das Zwischengußstück sowie das Modell gezeigt ist, welches zur Herstellung des Gußstückes benutzt wird.

Das Werkstück 12o in der Zwischenform hat eine Rinnenform mit Seitenwänden 121, 122, die mit einer entsprechenden Schrägung für das Gießen versehen sind und die zwischen sich einen rinnenfÖrmigen, nach oben offenen Hohlraum 123 ^De~ grenzen. Die Wände 121 und 122 verjüngen sich in der vertikalen Abmessung, wie dies aus Fig. 18 zu ersehen ist. Die Spitze 124 des Teils ist "spatenförmig". An dem gegenüberliegenden dickeren Ende ist ein Einguß 125 mit einem Steiger 126 vorgesehen.

Unter Verwendung eines Modells der in den Figuren 17 bis gezeigten Gestalt wird eine Form hergestellt und das Gußstück auf übliche Weise geformt. Da der Hohlraum 123, obwohl er durch hochstehende Wände begrenzt ist, über der Trennfuge Pl offen ist, ist kein Kern erforderlich, so daß das Gießen auf übliche Weise erfolgen kann. Wenn das so gebildete Gußstück abgekühlt worden ist, erhält man, wie vorstehend

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beschrieben, einen nicht homogenen dendritischen Kornaufbau. Das Zwischengußstück wird dann erneut auf einen plastischen Zustand über der oberen kritischen Temperatur erhitzt und darauf gehalten, bis die Homogenisierung eintritt. Während sich das Gußstück noch im plastischen Zustand und in der Nähe der Standtemperatur befindet, wird es in einen Satz von Gesenken eingebracht, welche eine Scherkante I28 (Fig. l8) zum Abschneiden des Eingusses und des Steigers haben. Zu dieser Zeit werden die Scherflächen auch dazu verwendet, alle Trennfugengrate zu entfernen, wie dies bereits beschrieben wurde. Während sich das Zwischengußstück im plastischen Zustand befindet, wird es, wie in Fig. 2o zu sehen ist, zwischen den teilweise gezeigten Formungsgesenken 13o mit einem Untergesenk 13I und einem Obergesenk I32 angeordnet. Das Obergesenk hat eine Formungsfläche 133, die sich von der Gestalt des Zwischengußstücks unterscheidet, die jedoch der Form des fertiggestellten Gußstückes entspricht. Zwischen den Gesenken I3I, 132 ist ein Dorn 135 mit einer vorspringenden Leiste I36 angeordnet. Wenn die Gesenke zusammengebracht werden, wie dies in Fig. gezeigt ist, kommt der Vorsprung 133 ^an dem Obergesenk formend mit der Wand 122 des Zwischengußstückes in Eingriff, wodurch das plastische Material, aus dem die Wand besteht, seitlich verschoben wird und in den Raum fließt, der von der Oberseite 133 und der unteren Leistenfläche I36 gebildet wird. Die oberen Kanten der Wände des Zwischengußstückes werden gemeinsam nach innen verformt, so daß der Hohlraum anstelle einer Öffnung auf der Oberseite teilweise umschlossen wird. Das Ergebnis ist die Herstellung des in den Figuren bis 2k gezeigten Werkstückes, welches sich von der Form des für seine Herstellung benutzten Modells unterscheidet und sich dadurch auszeichnet, daß es einen teilweise umschlossenen Hohlraum hat, der normalerweise die Verwendung eines Kerns erfordert. Die Erfindung kann somit für die wirtschaftliche Herstellung eines gegossenen Werkstückes verwendet

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werden, welches auf die übliche Weise nicht gegossen werden kann und welches wegen des teilweisen Abschlusses die Verwendung eines Kerns erfordern würde. Darüber hinaus kann das erhaltene Werkstück infolge der Herstellung durch Gießen und durch Verwendung extrem einfacher Formgesenke, wie sie in den Figuren 2o und 21 gezeigt werden, erheblich billiger als ein Schmiedestück und mit beträchtlich verringerten Gesenkkosten hergestellt werden.

Wenn die Gesenke ihren Hub abgeschlossen haben, werden die Gesenke geöffnet, der Dorn in Längsrichtung zurückgezogen und das Gußstück entfernt, das sich mit einer gesteuerten Geschwindigkeit abkühlen kann.

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Claims

2454973

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von keine Nachbearbeitung erfordernden Stahlgußstücken mit seitlichen Flächen sowie nach oben und nach unten weisenden Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Modell hergestellt wird, bei welchem sich die Eingüsse seitlich von den Seitenflächen weg erstrecken, in dem Bereich der Formtrennfuge liegen und die nach oben und nach unten "weisenden Flächen frei von äußeren Vorsprüngen in der Form von Eingüssen oder dergleichen sind, daß unter Verwendung des Modells eine Form hergestellt wird, daß in die Form Stahlschmelze gegossen wird, daß sich das so gebildete Gußstück abkühlen kann, wodurch man eine nicht homogene gegossene Gießstruktur erhält, daß das Gußstück wieder auf einen plastischen Zustand über der oberen Umwandlungstemperatur erwärmt und auf dieser Temperatur ausreichend lang für die Homogenisierung gehalten wird, so daß die durch das Gießen erhaltene Kornstruktur in eine homogene austenitische Struktur umgewandelt wird, daß, während sich das Gußstück noch im plastischen Zustand und in der Nähe der Standtemperatur befindet, es in einen Satz von Gesenken eingebracht wird, die gegenüberliegende Formungsflächen haben, die ausgewählten Flächen der nach oben und nach unten weisenden Oberflächen des Gußstücks entsprechen, und die zusammenwirkende Scherkanten haben, die in den Seitenflächen liegen, daß die Gesenke für das Abscheren der Eingüsse sowie irgendwelcher beim Gießen gebildeten Trennfugengrate bündig mit den Seitenflächen und für ein formendes Angreifen an der nach oben und nach unten weisenden Fläche zusammengebracht werden und daß abschließend das Gußstück mit einer gesteuerten Geschwindigkeit abgekühlt wird.

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2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß

a) die formgebenden Flächen an den Gesenken mit den entsprechenden Flächen an dem Gußstück in Eingriff gebracht werden,

b) die Scherkanten mit dem Gußstück in Schereingriff gebracht werden, -

c) die formenden Flächen an den Gesenken mit einer Spitzenkraft auf das Gußstück gedrückt werden,

d) die Scherkanten völlig vom dem Gußstück zurückgezogen werden und

e) die formenden Flächen völlig zurückgezogen werden, worauf das fertiggestellte Gußstück entfernt und mit gesteuerter Geschwindigkeit abgekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell eine Vielzahl von verbundenen Einheiten und die sich ergebende Form eine Vielzahl von Gußhohlräumen aufweist, welche eine Vielzahl von Gußstückeinheiten begrenzen, die einander verbindende Eingüsse und Gießkanäle haben, und daß die entsprechenden Sätze von abscherenden und formenden Gesenken gleichzeitig betätigt werden, so daß die einheitlichen Gußstücke einzeln von den Eingüssen und Gießkanälen, welche sie verbinden, abgetrennt werden.

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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherkanten seitlich voneinander einen. Abstand haben, der die thermische Expansion des Gußstückes bei der Standtemperatur berücksichtigt, so daß bei der anschließenden Kontraktion des Gußstückes infolge der Abkühlung die Seitenflächen des Gußstücks zueinander einen genauen Abstand haben;

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Modell hergestellt wird, bei welchem sich die Eingüsse seitlich von den Seitenflächen weg erstrecken, im Bereich der Formtrennfuge liegen und die nach oben und nach unten weisenden Flächen frei von äußeren Vorsprüngen in Form von Eingüssen oder dergleichen sind, daß eine das Modell nutzende Form hergestellt wird, daß in die Form Stahlschmelze gegossen wird, daß das so gebildete Gußstück abgekühlt wird, so daß man eine nicht homogene Kornstruktur wie gegossen erhält, daß das Gußstück wieder auf den plastischen Zustand über der oberen Umwandlungstemperatur erhitzt und auf dieser Temperatur ausreichend lang für eine Homogenisierung gehalten wird, so daß die Kornstruktur wie gegossen in eine homogene austenitische Struktur umgewandelt wird, daß dann, während das Gußstück sich noch im plastischen Zustand und in der Nähe der Standtemperatur befindet, es in einem Satz von Gesenken plaziert wird, welche zusammenwirkende Scherkanten haben, die an den Seitenflächen angeordnet sind, daß die Gesenke zum Abscheren der Eingüsse sowie irgendwelcher beim Gießen gebildeter Trennfugengrate bündig mit den Seitenflächen abgeschert werden und daß abschließend das Gußstück mit einer gesteuerten Geschwindigkeit abgekühlt wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück, während es sich im plastischen Zustand und in der Nähe der Standtemperatur befindet, in einen Satz von Gesenken mit formenden Flächen eingebracht wird, wobei gegenüberliegende Seiten des Gußstückes eine (maßlich) kritische Stärkenabmessung haben, und daß die Gesenke auf eine im Abstand genau bemessene untere Stellung gebracht werden, um die Stärkenabmessung gleichzeitig mit dem Abscheren der Eingüsse und Grate zu erreichen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 öder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück, während es sich im elastischen Zustand und nahe bei der Standtemperatur befindet , in einen Satz von Gesenken eingebracht wird, die gegenüberliegende LochungseJ.emente haben, und daß dann die Gesenke zusammengebracht werden, so daß das Gußstück gleichzeitig mit dem Abscheren der Eingüsse und Grate gelocht wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück, während es sich im plastischen Zustand und in der Nähe der Standtemperatur befindet, in einen Satz von Gesenken eingebracht wird, die gegenüberliegende Prägeflächen haben,» welche gegenüber ausgewählten Oberflächen des Gußstückes angeordnet sind, daß der Weg einer Prägefläche bezüglich der anderen begrenzt wird, wenn die Gesenke zusammenkommen, so daß die Prägeflächen bei einem festgelegten Abstand ihre untere Stellung erreichen, die gleich der gewünschten abschließenden Trennung der ausgewählten Flächen des Gußstückes vergrößert um einen Betrag ist, der den Ausdehnungszustand des Gußstücks bei der Standtemperatur berücksichtigt, wodurch bei der darauffolgenden Kontraktion des Gußstücks infolge des Abkühlens die ausgewählten Oberflächen zueinander einen genauen Abstand haben·

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9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Modell angefertigt wird, bei welchem sich die Eingüsse seitlich von den Seitenflächen weg erstrecken, im Bereich der Formtrennfuge liegen und die nach oben und nach unten weisenden Flächen frei von äußeren Vorsprüngen in Form von Eingüssen oder dergleichen sind, daß unter Verwendung des Modells eine Form hergestellt wird, daß in die Form Stahlschmelze gegossen wird, daß das so geformte Gußstück abgekühlt wird, so daß man eine nicht homogene Kornstruktur wie gegossen erhält, daß das Gußstück wieder auf den plastischen Zustand über der oberen kritischen Temperatur erhitzt und bei dieser Temperatur ausreichend lang für eine Homogenisierung gehalten wird, so daß die Kornstruktur wie gegossen in eine homogene austentitische Struktur umgewandelt wird, daß, während das Gußstück sich noch im plastischen Zustand und in der Nähe der Standtemperatur befindet, es zwischen einem Satz von Gesenken palziert wird, die formende Oberflächen haben, welche ausgewählten Flächen der nach oben und nach unten weisenden Flächen des Werkstücks entsprechen, und die zusammenwirkende Scherkanten haben, die an den Seitenflächen angeordnet sind, wobei die formenden Flächen in festem Eingriff mit dem Gußstück für dessen Lagefixierung vorwärtsbewegt werden, die zusammenwirkenden Scherkanten für das Abscheren der Eingüsse sowie irgendwelcher beim Gießen gebildeter Trennfugengrate von den Seitenflächen bündig mit den Seitenflächen vorwärtsbewegt werden und anschließend die formenden Flächen zunehmend bis zu einem abschliessenden unteren, genau bemessenen Zustand bewegt werden, was von der Erzeugung eines Spitzendrucks an den formenden Flächen begleitet wird, der ausreicht, um die Flächen in die gewünschte Form- und Stärkenabmessung plastisch zu verformen, und daß anschließend das Gußstück mit einer gesteuerten Geschwindigkeit abgekühlt wird.

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lo. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gußstück einen wenigstens teilweise umschlossenen Hohlraum mit einer gewünschten Innenabmessung hat, dadurch gekennzeichnet, daß ein Modell mit einer oben offenen Rinnenform mit einer Abschrägung hergestellt wird, bei welchem sich der Einguß seitlich weg von den Seitenflächen im Bereich der Formtrennfuge erstreckt, daß unter Verwendung des Modells eine Form hergestellt wird, daß Stahl in die Form eingegossen wird, um ein vorläufiges Gußstück zu bilden, daß das so gebildete Gußstück abgekühlt wird, um eine nicht homogene Kornstruktur wie gegossen zu erhalten, daß das vorläufige Gußstück auf einen plastischen Zustand über der oberen kritischen Temperatur erhitzt und auf dieser Temperatur ausreichend lang für die Homogenisierung gehalten wird, so daß die Kornstruktur wie gegossen in eine homogene austenitische Struktur umgewandelt wird, daß, während sich das Gußstück in einem plastischen Zustand und in der Nähe der Standtemperatur befindet, der Einguß abgeschnitten wird und das vorläufige Gußstück in einen Satz von Gesenken eingebracht wird, die gegenüberliegende formende Flächen haben, welche den gewünschten, nach oben und nach unten weisenden Flächen des fertiggestellten Gußstückes entsprechen, daß die Fomren in einem genau beabstandeten unteren Zustand zusammengebracht werden, wobei ein Dorn mit der gewünschten Innenabmessung an der Basis der Rinne sitzt, um die Wände der Rinne nach innen auf dem Dorn zu verformen, um ein fertiges Gußstück zu erhalten und um einen umschlossenen Hohlraum zu bilden, und die Gesenke und der Dorn zurückgezogen werden, und daß abschließend das Gußstück bei einer gesteuerten Geschwindigkeit abgekühlt wird.

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11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gußstück wenigstens einen teilweise umschlossenen Hohlraum hat, dessen Herstellung normalerweise einen Kern erfordern würde, dadurch gekennzeichnet, daß ein Modell hergestellt wird, welche sich wesentlich von der gewünschten Form des fertigen Gußstücks unterscheidet und bei welchem der Hohlraum offen und von nach oben stehenden Wänden begrenzt ist, die eine ausreichende Abschrägung*haben, damit ein Kern entfallen kann, wobei sich ein Einguß seitlich von den Seitenflächen im Bereich der Formtrennfuge erstreckt, daß unter Verwendung des Modells eine Form hergestellt wird, daß Stahlschmelze in die Form gegossen wird, um ein Zwischengußstück in der Form des Modells zu erhalten, daß das so erhaltene Gußstück abgekühlt wird, um eine nicht homogene Kornstruktur wie gegossen zu erhalten, daß das Zwischengußstück auf einen plastischen Zustand über der oberen kritischen Temperatur erhitzt und auf dieser Temperatur ausreichend lang für eine Homogenisierung gehalten wird, so daß die Kornstruktur wie gegossen in eine homogene a-ustenitische Struktur umgewandelt wird, daß das Zwischengußstück, während es sich noch in einem plastischen Zustand und in der Nähe der Standtemperatur befindet, in einen Satz von Gesenken eingebracht wird, welche zusammenwirkende Scherkanten zum Abscheren des Eingusses und gegenüberliegende formende Flächen haben, die den nach oben und nach unten weisenden Flächen des fertiggestellten Gußstückes entsprechen, daß die Gesenkstücke zum Abscheren des Eingusses und in einem genau beabstandeten unteren Zustand zusammengebracht werden, um die Wände nach innen zu verformen, um so den umschlossenen Hohlraum zu bilden, daß die Gesenke

* engl. "draft"

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zurückgezogen werden und daß abschließend das
Gußstück mit einer gesteuerten Geschwindigkeit
abgekühlt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Satz von Gesenken zwei Paare von Gesenken hat, wobei das erste Paar zusammenwirkende Scherkanten und das zweite Paar gegenüberliegende Formflächen haben.

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