DE901106C

DE901106C - Method and device for the production of small parts in cast steel

Info

Publication number: DE901106C
Application number: DEW7488A
Authority: DE
Inventors: Paul Spier
Original assignee: Fritz Werner AG
Current assignee: Fritz Werner AG
Priority date: 1951-12-22
Filing date: 1951-12-22
Publication date: 1954-02-11

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kleinteilen in Stahlformguß Bei den bisherigen Methoden zum Gießen von Formteilen aus Stahl muß ein größeres Schmelzvolumen gebildet und über längere Zeit schmelzflüssig gehalten werden. Hierzu muß im allgemeinen die GAusfutterung der Gießwerkzeuge erwärmt werden, da es nicht möglich ist, in einem geschlossenen Schmelz-Gieß-#Form-LAggregat kontinuierlich derartige Formteile aus Stahlguß herzustellen. Insbesondere beim Vergießen hochschmelzender Werkstoffe, wie legierter Stähle, stößt diese Erwärmung jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten. Außerdem ist es mit den bekannten Verfahren nicht möglich, kleine und kleinste Teile aus Stahl zu gießen, da in diesem Fall die geschmolzene Masse zu lange auf der erforderlichen gleichmäßig hohen Temperatur gehalten werden müßte, was sich aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und wegen der erwähnten Schwierigkeiten verbietet.Method and device for the production of small parts in cast steel In the previous methods for casting moldings made of steel, a larger one Melt volumes are formed and kept molten for a long time. For this In general, the lining of the casting tools must be heated, as it is not is possible continuously in a closed melt-pouring-molding unit produce such molded parts from cast steel. Especially when pouring high-melting points Materials such as alloyed steels, however, encounter this heating with considerable difficulties. In addition, it is not possible with the known methods to remove small and very small parts from steel to pour, since in this case the molten mass is too long on the required uniformly high temperature would have to be kept, which is for reasons of economy and forbids because of the difficulties mentioned.

Die Erfindung beseitigt diese Schwierigkeiten und ermöglicht es insbesondere, kleine und kleinste Teile, z. B. solche in der Größenordnung von von 25 cm3 abwärts, mit wirtschaftlichem und technischem Erfolg zu vergießen.The invention overcomes these difficulties and in particular makes it possible to small and very small parts, e.g. B. those on the order of 25 cm3 down, to shed with economic and technical success.

Zu diesem Zweck besteht die Erfindung aus einem Verfahren zur Herstellung von Kleinteilen in Stahlformguß, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß von einem geeigneten Ausgangsmaterial, z. B. handelsüblichem Formmaterial (Rundstahl), mit Hilfe des elektrischen Lichtlbogens Volumen, die angenähert der Größe der herzustellenden Formstücke entsprechen, abgeschmolzen und anschließend sofort vergossen werden, wobei der zum Abschmelzen des Materials dienende Lichtbogen bis zur Beendigung des Gießvorganges aufrechterhalten wird.To this end, the invention consists of a method of manufacture of small parts in cast steel, which is characterized in that of one suitable starting material, e.g. B. commercial molding material (round steel), with Help the electric arc volume, which approximates the size of the to be produced Fittings correspond to, melted and then immediately cast, whereby the for Melting of the material serving electric arc until the end of the casting process is maintained.

Bisher mußten Stahlformteile dieser Größenordnung im allgemeinen durch spanabhebende oder durch spanlose Verformung hergestellt werden. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Herstellung dieser Teile durch Vergießen erfolgt, werden gegenüber den spanabhebenden und anderen üblichen Verfahren folgende Vorteile erzielt: r. Beliebige Formgebung (ohne Rücksicht auf den Herstellungsvorgang), 2. gute Oberflächenbeschaffenheit, 3. dichter homogener Gefügeaufbau, q.. Unabhängigkeit vom verwendeten Werkstoff und Erweiterung der Werkstoffauswahl bis zum höchstlegierten Material, 5. hohe Wirtschaftlichkeit und großer Ausstoß bei wenig Arbeitskräften und 6. relativ geringe Investierung für den Maschinenpark.Up to now, molded steel parts of this size generally had to go through can be produced by cutting or non-cutting deformation. By virtue of the fact that according to the invention The manufacture of these parts is done by potting, compared to the machining and other common methods achieve the following advantages: r. Any shape (regardless of the manufacturing process), 2. good surface quality, 3. dense, homogeneous structure, q .. independence from the material used and expansion of the material selection up to the highest alloy material, 5. high economic efficiency and large output with few labor and 6. relatively low investment for the machine park.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß infolge der Anwendung der Lic'htbogenerwärmung und des Vergießens in einzelnen Stückvolumen der Temperaturzustand des zu vergießenden Schmelzvolumens innerhalb enger Grenzen gleichbleibend gehalten werden kann, so daß die erhaltenen Stücke sämtlich von gleicher Beschaffenheit sind. Auch diese Bedingung war mit den bisherigen Gießmethoden nicht zu erfüllen, da. bei diesen die Temperatur der Schmelze wegen der benötigten längeren Zeiten nicht bis zum restlosen Vergießen konstant gehalten werden konnte, woraus sich neben verschiedenen metallurgischen und gießtechnischen Mängeln ein unregelmäßiger Ausfall der erhaltenen Formstücke ergab.Another advantage of the method according to the invention is that that as a result of the application of the arc heating and the casting in individual Part volume the temperature state of the melt volume to be cast within narrow limits can be kept constant, so that the pieces obtained are all of the same quality. This condition was also the same as the previous one Casting methods do not have to be met, since. in these the temperature of the melt because of the required longer times are not kept constant until completely potted could be, which resulted in various metallurgical and casting technology Defects resulted in irregular failure of the fittings obtained.

Von der Lichtbogenschweißung her ist bekannt, daß durch Ausnutzen der Bogenenergie in verhältnismäßig kurzen Zeiten größere Werkstoffmengen erschmolzen und auf bestimmter Temperatur gehalten werden können und daß dieser Vorgang leicht periodisch wiederholbar gestaltet werden kann. Darüber hinaus gestattet es die Erfindung, die chemische Zusammensetzung des Schmelzgutes innerhalb gewisser Grenzen legierungstechnisch 'konstant zu halten bzw. zu beeinflussen. Infolge der kurzen Schmelzzeiten kann eine Verbrennung (Oxydation) von Legierungselementen weitgehend angehalten werden, und auch desoxydierende Reaktionen sind durchführbar. Bezüglich des Legierungselementes Kohlenstoff läßt sich bei Anwendung des Lichtbogens und entsprechender Polung ein Aufkohlungsprozeß weitgehend einschränken. Infolge der neutralen kohlenoxydgashaltigen Ofenatmosphäre und der Möglichkeit, hohe Temperaturen schnell und sicher erreichen zu können, ergibt sich ein geringer Abbrand.It is known from arc welding that by utilizing The arc energy melted larger amounts of material in relatively short times and can be kept at a certain temperature and that this process is easy can be made periodically repeatable. In addition, the invention allows the chemical composition of the melt material within certain limits in terms of alloy technology 'to keep constant or to influence it. As a result of the short melting times combustion (oxidation) of alloying elements is largely stopped, and deoxidizing reactions can also be carried out. Regarding the alloying element Carbon can be absorbed when the arc is used and the polarity is appropriate To a large extent limit the carburization process. As a result of the neutral carbon dioxide gas Oven atmosphere and the ability to reach high temperatures quickly and safely to be able to, there is a low burn-up.

Es sind zwar lichtbogenbeheizte Schmelzöfen für Stahl bekannt. In diesen wird jedoch der Stahl in größeren Mengen erschmolzen und zum Vergießen in eine Gießpfanne abgelassen. Derartige Ofen eignen sich daher nicht zum Vergießen, des Stahles in kleinen und kleinsten Mengen. Die Erfindung hat ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum (Gegenstand.There are known arc-heated melting furnaces for steel. In These, however, the steel is melted in large quantities and poured into drained a ladle. Such ovens are therefore not suitable for potting, of steel in small and very small quantities. The invention also has an apparatus to carry out the above-described method for (subject.

Diese besteht im wesentlichen aus einem trommelförmigen, zweckmäßig um seine waagerechte Querachse drehbaren Ofen, in dem eine Einrichtung zur Erzeugung des Lichtbogens und ein quer dazu angeordneter Halter für die abzuschmelzende Materialstange vorgesehen sind. Die Einrichtung zur Erzeugung des Lichtbogens besteht dabei aus einer Kohleelektrode und einer ihr gegenüberstehenden Graphitelektrode, die so in einen hohlzylindrischen. Körper aus feuerfestem und nichtleitendem Material eingesetzt ist, daß ein Schmelztiegel entsteht. Abweichend von :der beim Schweißen üblichen Anordnung ist jedoch in diesem Fall die Kohleelektrode mit der negativen Stromklemme verbunden und dient als Kathode, während der Schmelztiegel an die positive Stromklemme angeschlossen ist und als Anode wirkt. Hierdurch wird ,der Vorteil erzielt, da.ß infolge des ,Stromflusses von Metall zur Elektrode eine !Aufkohlung nur in äußerst geringem Maße erfolgt.This consists essentially of a drum-shaped, expedient about its horizontal transverse axis rotatable furnace in which a device for the production of the arc and a holder arranged transversely thereto for the rod of material to be melted are provided. The device for generating the arc consists of a carbon electrode and a graphite electrode opposite it, which are shown in a hollow cylindrical one. Body made of refractory and non-conductive material used is that a melting pot is created. Deviating from: the usual for welding In this case, however, the arrangement is the carbon electrode with the negative current terminal connected and serves as the cathode, while the crucible is connected to the positive current terminal is connected and acts as an anode. This has the advantage that As a result of the current flow from the metal to the electrode, carburization is only extreme takes place to a small extent.

Um den Abbrand (des Tiegels ausgleichen zu können, isst zweckmäßig die Graphitelektrode nachstellbar in ihrem feuerfesten und nicht leitenden Mantel angeordnet, wobei auch der Mantel seinerseits noch nachstellbar sein kann.In order to compensate for the burn (of the crucible, eat appropriately the graphite electrode adjustable in its refractory and non-conductive jacket arranged, with the jacket in turn still being adjustable.

Die als Kathode dienende Kohleelektrode ist vorteilhaft in einen Graphitkörper eingesetzt, der die zur .Aufnahme dieser Elektrode bestimmte Pinole gegen -die Einwirkung des Lichtbogens abschirmt.The carbon electrode serving as the cathode is advantageously in a graphite body used, which for. Aufaufnahme this electrode sleeve against -the action of the arc.

Zur Beobachtung des Schmelz- und Gießvorganges ist seitlich am Ofenkörper ein teleskopartiger Beobachtungsstutzen mit Schaufenster angebracht. Es ist hierdurch möglich, Fehler bereits bei der Schmelze sowie beim Gießvorgang selbst und bei der Form jedes einzelnen .Stückes zu erkennen, da jeder einzelne Prozeß im Schmelzraum mit dem Auge beobachtet werden kann.To observe the melting and casting process is on the side of the furnace body a telescopic observation nozzle with a shop window attached. It is through this possible, errors already in the melt as well as in the casting process itself and in the The shape of every single piece can be recognized, as every single process takes place in the melting room can be observed with the eye.

Andern Ofen,ist ferner ein Anschluß für eine Absaugeinrichtung vorgesehen, welche die beim Abschmelzen entstehenden Gase und Dämpfe dauernd absaugt. Es hat sich gezeigt, daß diese rA#bsaugu.ng nicht nur eine klare Sicht innerhalb des Ofens ergibt, sondern. auch wesentlich dazu beiträgt, Oxydations- und Au@kohlungsvorgänge während .des Schmelz-und Gießvorganges zu unterbinden.Another furnace, a connection for a suction device is also provided, which continuously sucks off the gases and vapors produced during melting. It has it has been shown that this rA # bsaugu.ng not only provides a clear view inside the furnace results, but. also contributes significantly to oxidation and carburization processes to prevent during the melting and casting process.

In der Zeichnung ist a1.sAusführun,gsbeispiel eine zur Durchführung,des Verfahrens nach der Erfindung geeignete Vorrichtung teilweise geschnitten dargestellt.In the drawing, a1.sAusführun, gsbeispiel one for implementing, des A device suitable for the method according to the invention is shown partially in section.

Diese besteht aus einem trommelförmigen Ofen i . ,der um seine Querachse, @d. h. die zur Zeichnungsebene senkrechte Achse, drehbar ist. In dem Ofen sind einander gegenüberstehend eine Kohleelektrode 2 und eine Graphitelektrode 3 angeordnet. Diese ist in einem hohlzylindrischen Körper 4. derart eingesetzt, daß ein Schmelztiegel 5 entsteht.This consists of a drum-shaped furnace i. around its transverse axis, @d. H. the axis perpendicular to the plane of the drawing is rotatable. In the oven are each other a carbon electrode 2 and a graphite electrode 3 are arranged opposite. These is inserted in a hollow cylindrical body 4. in such a way that a crucible 5 is created.

Die Kohleelektrode :2 ist in einem zweiteiligen Graphitkörper 6 eingesetzt, der von der Pinole 7 aufgenommen wird und zur Abschirmung der Pinole gegen die Einwirkung des Lichtbogens dient. Die Pinole 7 ist in üblicher Weise mit Spannbacken ausgerüstet, von denen in dem dargestellten Schnitt eine bei 8 erkennbar ist. Das Anziehen und Lösen der Backen erfolgt in der üblichen Weise durch Längsverschiebung der Pinole. Die hierzu erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt, da sie an sich bekannt sind. Die PinOle 7 sitzt in einem äußeren Mantel 9, auf dem ein Flansch io aufgeschweißt ist. Dieser Flansch isst mit einem in das Gehäuse i eingeschweißten Gegenflansch i i verschraubt, wobei zwischen: den beiden Flanschen noch eine Isolierscheibe 12 vorgesehen ist. Der Stromzuführung zu der Elektrode 2 dienen die bei 13 angedeuteten Anschlüsse, die als Kohlebürsten ausgebildet und mit der negativen Stromseite verbunden sind.The carbon electrode: 2 is inserted in a two-part graphite body 6, which is received by the quill 7 and serves to shield the quill against the effects of the arc. The quill 7 is equipped in the usual way with clamping jaws, one of which can be seen at 8 in the section shown. The jaws are tightened and loosened in the usual way by moving the quill lengthways. The elements required for this are not shown since they are known per se. The PinOle 7 sits in an outer jacket 9 on which a flange io is welded. This flange is screwed to a counterflange ii welded into the housing i, an insulating washer 12 being provided between the two flanges. The connections indicated at 13, which are designed as carbon brushes and are connected to the negative current side, serve to supply power to the electrode 2.

Der die Graphitelektrode 3 enthaltende hohlzylindrische Keramikkörper 4 ist längs verschiebbar in einem Rohrstutzen 14 angeordnet, der in das Gehäuse i eingeschweißt ist. Zwischen Körper und Rohrstutzen 14 ist ein aus mehreren Lagen bestehender Blechmantel 15 vorgesehen.The hollow cylindrical ceramic body containing the graphite electrode 3 4 is arranged to be longitudinally displaceable in a pipe socket 14 which is inserted into the housing i is shrink-wrapped. Between the body and the pipe socket 14 is one of several layers existing sheet metal jacket 15 is provided.

Der Boden der Elektrode 3, die ebenfalls längs verschiebbar in dem hohlzylindrischen Keramikkörper 4 geführt ist, ist durch einen als iStromträger dienenden Kupferring 16 abgeschlossen, der über eine bei 17 angedeutete Leitung mit der positiven Stromklemme verbunden ist. Gegen den Kupferring 16 liegt eine Porzellanbüchse 18 an, in die die Verstell.spindel i9 eingreift. Diese dient zur Nachstellung der Graphitelektrode 3, um den Lebrand des Schmelztiegels ausgleichen zu können. Der Antrieb für diese Spindel ist nicht dargestellt. .Auch der hohlzylindrische Keramikkörper 4 ist in der Längsrichtung einstellbar. Hierzu dienen zwei Spindeln 20 und 21, deren Antrieb ebenfalls nicht dargestellt ist. In dem Keramikkörper 4 ist .schließlich noch die bei 22 angedeutete Abflußrin.ne des Schmelztiegels ausgespart. Gegenüber der Abflußrinne befindet sich im dem Ofendeckel 23 ein mit 24 bezeichnetes Fenster. In dieses ist ein Formträger 29 eingesetzt, in den die aus dem Formkasten 30 und dem Formstoff 31 bestehende Gießform eingeführt werden kann.The bottom of the electrode 3, which is also longitudinally displaceable in the hollow cylindrical ceramic body 4 is guided by one as iStromträger Serving copper ring 16 completed via a line indicated at 17 connected to the positive power terminal. Against the copper ring 16 is a Porcelain bushing 18 into which the adjusting spindle i9 engages. This is used for Readjustment of the graphite electrode 3 to compensate for the Lebrand of the crucible to be able to. The drive for this spindle is not shown. Also the hollow cylindrical one Ceramic body 4 is adjustable in the longitudinal direction. Two spindles are used for this 20 and 21, the drive of which is also not shown. In the ceramic body 4 is .finally, the drainage channel indicated at 22 of the crucible is left out. Opposite the drainage channel is a designated 24 in the furnace cover 23 Window. In this a mold carrier 29 is used, in which the from the molding box 30 and the mold material 31 existing casting mold can be introduced.

Quer zu den Elektroden 2, 3 ist ein Halter 25 angeordnet, in den die Materialstange 26, die aus einem handelsüblichen Formmaterial (Rundstahl) besteht, längs verschiebbar und drehbar gelagert ist.A holder 25 is arranged transversely to the electrodes 2, 3, in which the Material rod 26, which consists of a commercially available molded material (round steel), Is mounted longitudinally displaceable and rotatable.

In dem Ofenkörper i ist ferner ein teleskopartiger Beobachtungsstutzen 27 mit Schaufenster eingesetzt, der es gestattet, den Schmelz- und Gießvorgang laufend zu beobachten.In the furnace body i there is also a telescopic observation nozzle 27 is used with a shop window, which allows the melting and casting process to be carried out continuously to observe.

Schließlich trägt das Gehäuse i noch einen Flanschanschluß 28, der mit einer nicht dargestellten,Absaugeinrichtung, z. B. einem Schmiedefeuergebläse, verbunden ist.Finally, the housing i also has a flange connection 28 which with a suction device, not shown, for. B. a forge blower, connected is.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende: Das umvorgewärmte Material, welches beispielsweise die Form der Stange 26 hat, wird von Hand in den Halter 25 eingesetzt. Gleichzeitig wird der Lichtbogen zwischen Kohleelektrode 2 und dem Boden des Schmelztiegels 5 gezündet und mittels Längsverschiebung der PinOle 7 auf seine richtige Länge von z. Bi. etwa ioo mm eingestellt. Das Einsatzmaterial 26 wird dann um ein solches Stück in Richtung X-Q vorgeschoben, daß ein (bestimmtes Schmelzvolumen, z. B. ein solches von i5 cmg, zum Abschmelzen gebracht wird, welches in den Tiegel 5 fließt. Nachdem dies erfolgt ist, wird ,das Einsatzmaterial 26 zurückgezogen und die abgeschmolzene Menge auf Temperatur gehalten, was dadurch erfolgt, da@ß nunmehr der Lichtbogen zwischen der Kohleelektrode 2 und der Oberfläche der Schmelze verläuft. DieserVorgang dauert .nur wenige Sekunden. Anschließend wird durch langsames Drehen des Ofens i um seine waagerechte Querachse in Richtung Y-Z und ohne Unterbrechung des Lichtbogens (die flüssige Schmelze in die Form 30, 3 i vergossen und hernach der Lichtbogen durch Längerziehen gelöscht. Die Form 30, 31 wird dem Formträger 29 entnommen und an der Luft abgekühlt.The method of operation of the device described is as follows: The preheated Material, which for example has the shape of the rod 26, is hand in the Holder 25 used. At the same time, the arc between carbon electrode 2 and the bottom of the crucible 5 ignited and by means of longitudinal displacement of the PinOle 7 to its correct length of z. Bi. Set about 100 mm. The input material 26 is then advanced by such a distance in the direction X-Q that a (certain Melt volume, e.g. B. one of i5 cmg, is caused to melt, which flows into the crucible 5. After this is done, the feedstock 26 is withdrawn and the amount melted off is kept at temperature, which takes place because @ ß now the arc between the carbon electrode 2 and the surface of the melt runs. This process only takes a few seconds. Then by slow Rotation of the furnace i around its horizontal transverse axis in the direction Y-Z and without interruption of the arc (the liquid melt is poured into the mold 30, 3 i and afterwards the arc is extinguished by pulling it longer. The mold 30, 31 becomes the mold carrier 29 removed and cooled in the air.

Der vorstechend beschriebene Vorgang kann weitgehend- mechanisch durchgeführt werden. Versuche mit einem Wo-legierten Stahl mit einer Festigkeit von etwa ioo kg/mm2 haben Gußformstücke ergeben, deren \Schliffbilder ein völlig porenfreies, dichtes. Gefüge zeigten. Das Gefüge war feinkörnig, ohne Transkristallisation und ohne Lunkerbi l dang.The process described above can be carried out largely mechanically will. Try a Wo-alloyed steel with a strength of about 100 kg / mm2 have resulted in molded pieces, the \ micrographs of which have a completely pore-free, dense. Structure showed. The structure was fine-grained, without transcrystallization and without blowholes.

Die Aufbringung des für den Stahlformguß erwünschten Druckes kann in beliebiger an sich bekannter Weise erfolgen. So wird z. B. der beim Gießen auftretende statische Druck ausgenutzt, oder es -,werden durch Rotieren der Form Fliehkräfte aurf das Gießgut zur Einwirkung gebracht.The application of the pressure desired for the steel mold casting can take place in any known manner. So z. B. that occurring during casting static pressure exploited, or it -, are centrifugal forces by rotating the shape aurf brought the cast material to act.

Claims

PATENT ANSYR @ CHE: i. Process for the production of small parts in cast steel, characterized in that from a suitable starting material, e.g. B: Commercially available molding material (round steel), with the help of the electric arc, volumes that approximate the size of the molded pieces to be produced are melted and then immediately cast, whereby the arc used to melt the material is maintained until the casting process is complete.

2. The method according to claim i, characterized in that the resulting during melting Gases and vapors are continuously extracted.

3. Device for implementation of the method according to .Anspruch i and 2, characterized by a drum-shaped, expediently uni its transverse axis tiltable furnace (i), in which a device for the production of the arc and a holder arranged transversely thereto for the to be melted Material rod are provided.

4. Device according to (claim 3, characterized in that that the device for generating the arc from a serving as a cathode Carbon electrode (2) and one as Anode acting graphite electrode (3), which is so in a ihohl.zylin.drischen body (.4) made of refractory and Non-conductive material is used that a crucible (5) is formed.

5. Device according to claim q., Characterized in that the graphite electrode can be readjusted is arranged in their hollow cylindrical casing body.

6. Apparatus according to claim 4. and 5, characterized in that the carbon electrode serving as cathode (?) is inserted into a graphite body (6) which is used to hold the carbon electrode certain quill (7) shields against the action of the arc.

7. Device according to claim 3 to 6, characterized in that the material bar to be melted off (26) is arranged rotatably and longitudinally displaceable in its holder (25). S. Device according to claims 4 to 7, characterized in that in the side wall of the furnace a telescopic observation nozzle (27) with a shop window is arranged in this way is that the melting and casting process can be continuously observed.