[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von gesteuert erstarrten Präzisionsgußteilen
durch Schleudergießen einer Schmelze unter Vakuum oder Schutzgas in eine vorgeheizte
Kokille mit einem zentralen Eingußkanal und mehreren von diesem zum Außendurchmesser
der Kokille gerichteten Formhohlräumen, die von einem Werkstoff oder einer Werkstoffkombination
mit einem Wärmeleitungskoeffizienten umgeben sind, der kleiner als der von Kupfer
ist.
[0002] Es besteht ein steigender Bedarf an Bauteilen aus Titan oder aus Legierungen mit
einem beträchtlichen Titananteil, da diese Werkstoffe ein geringes spezifisches Gewicht
und dennoch eine hohe Festigkeit aufweisen, vorausgesetzt, man beachtet in ausreichendem
Umfange die spezifischen Eigenschaften des Titans, zu denen sein hoher Schmelzpunkt
und seine Reaktionsfreudigkeit bei hohen Temperaturen gehören. Bei Schmelztemperatur
reagiert Titan nicht nur mit reaktionsfähigen Gasen, darunter insbesondere Sauerstoff,
sondern auch mit Oxiden und nahezu allen Keramiken, da diese üblicherweise zumindest
überwiegend aus oxidischen Verbindungen bestehen. Durch die größere Affinität des
Titans zu Sauerstoff wird den Oxiden Sauerstoff entzogen und führt zur Bildung von
Titanoxiden. Einige Werkstoffe, die sich für bestimmte Einsatzgebiete hervorragend
bewährt haben, werden nachstehend beispielhaft aufgeführt:
Reintitan
Ti 6 Al 4 V
Ti 6 Al 2 Sn 4 Zr 2 Mo
Ti 5 Al 2,5 Sn
Ti 15 V 3 Al 3 Cr 3 Sn
Ti Al 5 Fe 2,5
50 Ti 46 Al 2 Cr 2 Nb
Titanaluminide.
[0003] Besonders zu erwähnen ist der Einsatz von Titanaluminiden, z.B. TiAl als Werkstoff
für zahlreiche Bauteile. Aufgrund ihrer geringen Dichte, relativ hohen Wärmefestigkeit
und Korrosionsbeständigkeit gelten die Titanaluminide als optimaler Werkstoff für
verschiedene Anwendungsgebiete. Da diese Werkstoffe sehr schwer verformbar sind, kommt
nur eine Formgebung durch Gießen in Frage. Insbesondere beim Gießen aber werfen titanhaltige
Metalle weitere Probleme auf,- auf die nachfolgend noch näher eingegangen werden wird.
[0004] Einige Beispiele für den Einsatz titanhaltiger Werkstoffe werden wie folgt angegeben:
Ventile für Verbrennungskraftmaschinen
Turbinenräder und Turbinenschaufeln
Verdichterräder
Biomedizinische Prothesen (Implantate)
Kompressorgehäuse im Flugzeugbau.
[0005] Insbesondere im Motor-Rennsport haben sich sowohl Einlaß- als auch Auslaßventile
aus bestimmten Titanlegierungen hervorragend bewährt, so daß an einem Masseneinsatz
für Verbrennungskraftmaschinen aller Art gedacht wird.
[0006] Die EP-0 443 544 B1 befaßt sich mit dem Problem, die Formgenauigkeit bzw. Formtreue
von Schleudergußkokillen aus Kupfer und die Entformbarkeit der Werkstücke aus Titan-Legierungen
dadurch zu verbessern, daß man dem Kupfer als Legierungselemente Zirkonium, Chrom,
Beryllium, Kobalt und Silber zusetzt, wobei die Summe aller Legierungselemente jedoch
nicht über 3 Gewichtsprozent hinausgeht. Ein Vergleichsbeispiel, bei dem das Kupfer
mit 18 Gewichtsprozent Nickel legiert wurde, hat nicht zum Erfolg geführt. Die betreffende
Druckschrift befaßt sich zwar mit der elektrischen Leitfähigkeit des Werkstoffs, nicht
aber mit dessen thermischer Leitfähigkeit, so daß die Probleme der hohen Abschreckgeschwindigkeit,
der Lunker- und der Porenbildung nicht behandelt werden. Andererseits geht aber auch
diese Literaturstelle auf die Nachteile keramischer bzw. oxidischer Formwerkstoffe
ein.
[0007] Durch die DE 44 20 138 A1 ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung bekannt.
Durch die gleiche Druckschrift und die DE 195 05 689 A1 sind auch Kokillen zur Durchführung
solcher Verfahren bekannt, bei denen mindestens die mit der Schmelze in Berührung
kommende Oberfläche der Formhohlräume aus einem Werkstoff aus der Gruppe Tantal, Niob,
Zirkonium und/oder einer Legierung mit mindestens einem dieser Metalle besteht, also
aus Werkstoffen, die eine deutlich niedrigere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer aufweisen
und auch eine deutlich niedrigere spezifische Wärmekapazität als Kupfer. Soweit Grundwerkstoffe
für derartige Oberflächen der Formhohlräume angesprochen sind, bestehen diese Grundkörper
bei dem Gegenstand der DE 44 20 138 aus unterschiedlichen Metallen, wobei aber die
Bedingung erfüllt bleibt, daß die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmekapazität der vollständigen
Kokille kleiner sind als die entsprechenden Werte von Kupfer. Die DE 195 05 689 A1
empfiehlt für den Grundwerkstoff der Kokillen Werkstoffe aus der Gruppe Titan, Titanlegierungen,
Titanaluminid, Graphit und Siliziumnitrid. Diese Grundwerkstoffe haben den Vorteil
eines deutlich geringeren spezifischen Gewichts und eignen sich daher insbesondere
für Schleudergußkokillen.
[0008] Mit den Verfahren und Vorrichtungen nach der DE 44 20 138 A1 und der DE 195 05 689
A1 ist es bereits gelungen, Präzisionsgußteile aus abschreckempfindlichen Werkstoffen
in großtechnischem Maßstab herzustellen. Bei diesen Verfahren geht es darum, die früher
zur Vermeidung von Reaktionen mit den Formwerkstoffen angestrebte hohe Abschreckgeschwindigkeit
deutlich zu verringern, um die Ausbildung von Lunkern, Hohlräumen, Poren oder dergleichen
in den Gußteilen deutlich zu verringern und insbesondere aufwendige Nacharbeiten durch
Hochdruckverdichtung (HIP-Verfahren) und/oder Schweißen zu vermeiden. Um die Abschreckgeschwindigkeit
weiter zu verringern, wird in den beiden zuletzt genannten Druckschriften empfohlen,
die Kokille vorzuwärmen, beispielsweise auf eine Mindesttemperatur von 800 °C. Zu
diesem Zweck ist eine Beheizung der Kokille vom Außenumfang her vorgesehen, d.h. eine
in der DE 44 20 138 A1 beschriebene Kokille ist von einem Heizzylinder umgeben. Da
die erforderliche Temperatur aber auch an der Wandung des Eingußkanals erreicht werden
muß, ist es erforderlich, das gesamte Volumen der Kokille auf die betreffende Temperatur
aufzuheizen, und zum Zwecke einer nachträglichen Abkühlung der Kokille, ist es erforderlich,
deren Außenumfang mittels eines gut wärmeleitenden Gases wieder abzukühlen.
[0009] Die bekannten Lösungen sind also energetisch aufwendig und zeitraubend, und die Wanderung
der Erstarrungsfront innerhalb der Gußteile bleibt in gewisser Weise dem Zufall überlassen
und/oder ist in erheblichem Maße von der Volumensverteilung der Gußteile abhängig.
Wünschenswert ist dabei eine gesteuerte Erstarrung in Richtung des Eingußkanals, damit
die dort noch vorhandene Schmelze etwa in Bildung begriffene Hohlräume im Gußteil
ausfüllen kann.
[0010] Der Ausdruck "gesteuerte Erstarrung" ist dabei umfassender als der Ausdruck "gerichtete
Erstarrung", denn es geht weniger um die Ausbildung einer bestimmten Vorzugsrichtung
der einzelnen Kristalle, als vielmehr um die Wanderungsrichtung der Erstarrungsgrenze
fest/flüssig.
[0011] Durch das Buch von Kurz/Sahm "Gerichtet erstarrte eutektische Werkstoffe", Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York, 1975, Seiten 195 bis 198 ist es bekannt, zwischen einer
Heizvorrichtung und einer einzelnen, koaxial darin angeordneten Gießform eine Relativbewegung
auszuführen. Eine Aufheizgeschwindigkeit ist nicht angegeben, und die Bewegungsgeschwindigkeit
der Gießform entspricht der Wanderungsgeschwindigkeit der Erstarrungsfront der Schmelze.
[0012] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen
Gattung anzugeben, das einen geringeren Energiebedarf mit sich bringt, kürzere Zykluszeiten
erlaubt und die Erstarrung von außen nach innen, d.h. in Richtung auf den Eingußkanal,
begünstigt.
[0013] Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Verfahren
erfindungsgemäß dadurch, daß die Kokille vor dem Abgießen der Schmelze vom Eingußkanal
her mit einer solchen Geschwindigkeit auf eine werkstoffbedingte Gießtemperatur des
Eingußkanals aufgeheizt wird, daß ein Temperaturgradient zwischen Innendurchmesser
und Außendurchmesser der Kokille mit von innen nach außen fallenden Temperaturen von
mindestens 100 °C eingestellt wird.
[0014] Der Erfindungsgedanke beruht auf einer synergistischen Wirkung von Kokillenwerkstoff
und Beheizungsrichtung. Die Verwendung einer an sich bekannten Kokille aus einem Werkstoff
oder einer Werkstoffkombination mit einem Wärmeleitungskoeffizienten, der kleiner
ist als der von Kupfer, ermöglicht bei einseitiger Beheizung die Ausbildung eines
steileren Temperaturgradienten, wobei dessen Steilheit naturgemäß auch von der aufgebrachten
Heizleistung, der aufzuheizenden Masse und den Wärmeverlusten in Richtung der nicht
beheizten Oberflächen abhängig ist.
[0015] Die Beheizung vom Eingußkanal her, die in Abkehr vom Stande der Technik steht, führt
dazu, daß die höchste Kokillentemperatur im Bereich der Wandung des Eingußkanals entsteht,
so daß der Temperaturgradient von innen nach außen fallend ausgebildet ist. Dies hat
den ganz erheblichen Vorteil, daß die überhitzte Schmelze beim Schleudergießen am
Ende ihres Weges auf relativ kältere Wandungsteile des Formhohlraums auftrifft als
unmittelbar vor Beendigung des Abgusses der Schmelze. Die Erstarrungsfront wandert
also - gesteuert - vom äußeren Ende der Formhohlräume bzw. vom Außendurchmesser der
Kokille in Richtung auf den Eingußkanal, so daß von dort noch vorhandene Schmelze
nachströmen kann, so daß die Ausbildung von Lunkern, Hohlräumen, Poren etc. verhindert
wird.
[0016] Die optimale Aufheiztemperatur der Wandung des Eingußkanals ist werkstoffabhängig
bzw. werkstoffbedingt, kann aber durch Versuche bestimmt werden. Wichtig ist vor allem,
daß diese Temperatur in Richtung auf den Außendurchmesser der Kokille einen fallenden
Gradienten aufweist, so daß der vorstehend beschriebene Effekt eintritt.
[0017] Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn der Temperaturgradient zwischen 200 °C und
600 °C, vorzugsweise zwischen 300 °C und 500 °C, eingestellt wird.
[0018] Bei der Verwendung des Verfahrens zum Herstellen von Präzisionsgußteilen aus Metallen
aus der Gruppe Titan, Titanlegierungen mit mindestens 40 Gewichtsprozent Titan und
Superlegierungen ist es besonders vorteilhaft, wenn die Temperatur der Wandung des
Gießkanals auf Werte zwischen 600 °C und 1000 °C und die Temperatur am Außendurchmesser
der Kokille auf Werte zwischen 300 °C und 600 °C eingestellt wird.
[0019] Es ist dabei weiterhin von Vorteil, wenn beim Herstellen von Präzisionsgußteilen
mit unterschiedlichen Querschnitten die Enden mit den größeren Querschnitten dem Eingußkanal
zugekehrt sind.
[0020] Hinsichtlich der Ausnutzung des Volumens von Schleudergußkokillen ist eine derartige
räumliche Anordnung der Formhohlräume zwar von Nachteil, jedoch begünstigt die einwärts
gerichtete Lage der Enden mit den größeren Querschnitten wiederum den Verlauf des
Erstarrungsvorganges, denn in den entsprechend größeren Volumina steht flüssige Schmelze
eine längere Zeit zur Verfügung als in entsprechend schlankeren Bereichen der Gußteile.
[0021] Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend angegebenen
Verfahrens mit einer Schmelz- und Gießvorrichtung, mit einer Kammer, in der eine rotierbare
Kokille mit einem zentralen Eingußkanal und mehreren von diesem zum Außendurchmesser
der Kokille gerichteten Formhohlräumen und eine Heizvorrichtung zum Vorheizen der
Kokille angeordnet sind, wobei die Kokille aus einem Werkstoff oder einer Werkstoffkombination
mit einem Wärmeleitungskoeffizienten besteht, der kleiner als der von Kupfer ist.
[0022] Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist eine solche Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Bewegungseinrichtung aufweist, durch die
die Heizvorrichtung in den Eingußkanal einführbar und aus diesem wieder herausziehbar
ist.
[0023] Die Heizvorrichtung kann dabei vorteilhafter Weise als Widerstandsheizkörper ausgebildet
sein, beispielsweise als Hohlzylinder aus Graphit, der durch entsprechende Schlitze
die Form eines Mäanders hat und durch direkten Stromdurchgang beheizbar ist. Ein solcher
Widerstandsheizkörper kann entsprechend schlank ausgebildet werden, so daß er in den
Eingußkanal einführbar ist. Es ist aber auch möglich, die Heizvorrichtung als Induktionsspule
auszubilden.
[0024] Als Kokillen können dabei solche eingesetzt werden, wie sie in der DE 44 20 138 A1
und in der DE 195 05 689 A1 beschrieben sind. Es ist aber im Zuge einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die Kokille aus Stapeln von in mehreren
Ebenen angeordneten Formen besteht, die Schulterflächen aufweisen, mit denen sich
die Formen an sektorförmigen Widerlagern abstützen, wenn die Formen und die Widerlager
in jeweils einer Ebene zwischen Distanzringen angeordnet sind und wenn die Stapel
von Formen, Widerlagern und Distanzringen mittels Zugankern gegen eine Tragplatte
verspannt sind, die mit dem Drehantrieb drehfest verbunden ist.
[0025] Eine derartige Kokille ist dadurch in Modulbauweise ausgeführt, d.h. die Formen sind
durch solche mit anderen Formhohlräumen ersetzbar, ohne daß hierfür komplette Scheiben
mit eingearbeiteten Formhohlräumen vorrätig gehalten werden müßten, wie dies beim
Stande der Technik der Fall ist.
[0026] Es ist dabei weiterhin von Vorteil, wenn die Stapel von Formen, Widerlagern und Distanzringen
von einem Spannkörper umgeben sind, insbesondere dann, wenn der Spannkörper aus einzelnen
Spannringen zusammengesetzt ist, die einander in axialer Richtung teilweise überlappen.
[0027] Hierbei wird auf einen besonderen weiteren Vorteil des Erfindungsgegenstandes sowohl
hinsichtlich der Verfahrensführung als auch der Vorrichtung bzw. der Kokille hingewiesen.
[0028] Bei einer Schleudergußkokille treten die maximalen radialen und tangentialen Zugspannungen
am Außendurchmesser der Kokille auf. Sie sind von deren Durchmesser und von der Drehzahl
abhängig. Einerseits ist es wünschenswert, zur Erzeugung eines dichten Gußgefüges
die Drehzahl möglichst hoch zu wählen, beispielsweise bei einer Kokille mit einem
Außendurchmesser von etwa 500 mm im Bereich von etwa 800 Umdrehungen pro Minute. Berechnungen
anhand der infrage kommenden Kokillenwerkstoffe haben ergeben, daß Kokillen mit hohen
Außentemperaturen nach dem Stande der Technik bei den genannten Abmessungen allenfalls
mit maximal etwa 500 Umdrehungen pro Minute betrieben werden können. Die erfindungsgemäße
Einstellung eines von innen nach außen fallenden Temperaturgradienten führt jedoch
zu dem zusätzlichen Vorteil, daß wegen der bei diesen Temperaturen deutlich höheren
Festigkeiten der Kokillenwerkstoffe mit erheblich höheren Drehzahlen gearbeitet werden
kann, beispielsweise bei den angegebenen Abmessungen mit 800 Umdrehungen pro Minute
und darüber, wodurch das Gefüge der Präzisionsgußteile deutlich verbessert werden
kann. Gleichzeitig wird die Gefahr einer Verformung der Kokille auf dem Außenumfang
deutlich verringert.
[0029] So können z.B. für die vorstehend beschriebenen Spannkörper oder Spannringe und für
die Widerlager und Distanzringe Werkstoffe verwendet werden wie 800 H (Eisen-Basislegierung
mit 21 % Chrom und 32 % Nickel) oder 80 A (Nickel-Basislegierung mit 19,5% Chrom,
2,5% Titan und 1,3% Aluminium). Es handelt sich hierbei um verhältnismäßig preiswerte
Maschinenbauwerkstoffe. Die eigentlichen Formen oder Formhälften können dabei aus
Niob, Tantal, Zirkonium und/oder deren Legierungen bestehen, auch aus deren Legierungen
mit weiteren Metallen, oder aus Grundkörpern mit entsprechenden Oberflächenbeschichtungen
oder schalenförmigen Einlagen aus diesen Werkstoffen.
[0030] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
[0031] Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Figuren
1 bis 6 näher erläutert.
[0032] Es zeigen:
- Figur 1
- einen Vertikalschnitt durch die wesentlichen Teile einer vollständigen Vorrichtung,
- Figur 2
- einen Vertikalschnitt durch eine Kokille mit fünf Etagen zur gleichzeitigen Herstellung
von insgesamt 60 Ventilen entlang der Linie II-II in Figur 3,
- Figur 3
- eine teilweise Draufsicht und einen teilweisen Horizontalschnitt durch den Gegenstand
von Figur 2 entlang der Linie III-III,
- Figur 4
- ein Diagramm mit verschiedenen Temperaturverläufen zwischen dem Innendurchmesser und
dem Außendurchmesser der Kokille nach Figur 2,
- Figur 5
- eine Axialschnitt durch ein Ventil für Verbrennungsmotoren, hergestellt nach einem
Verfahren mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit des Formwerkstoffs, und
- Figur 6
- einen Axialschnitt durch ein geometrisch identisches Ventil, hergestellt nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren und mit einer erfindungsgemäßen Kokille.
[0033] In Figur 1 ist eine gasdichte Kammer 1 mit einem zylindrischen Mantel 2, einem abnehmbaren
Deckel 3 und einem Boden 4 dargestellt, die über einen Saugstutzen 5 an einen nicht
gezeigten Vakuumpumpsatz angeschlossen ist. Die Kammer 1 kann durch eine gleichfalls
nicht dargestellte Leitung mit einem Inertgas geflutet werden.
[0034] In der Kammer 1 ist eine Schmelz- und Gießvorrichtung 6 angeordnet, die als an sich
bekannter induktiv beheizter Kaltwandtiegel ausgebildet ist, der in die gestrichelt
dargestellte Position 6a zwecks Entleerung kippbar ist. Hierfür ist eine Kippachse
7 vorgesehen, die gleichzeitig als Koaxialdurchführung für Schmelzstrom und Kühlwasser
ausgebildet ist. Oberhalb der Schmelzposition befindet sich eine Beschickungsöffnung
8, die durch nicht gezeigte Chargierventile zu einer Chargiervorrichtung ausgebaut
sein kann. Einblickfenster 9 und 10 ermöglichen Beobachtungen des Schmelz- und Gießvorgangs.
[0035] Die Schmelz- und Gießvorrichtung 6 kann auch in einer separaten, nicht gezeigten
Kammer untergebracht sein, die der Kammer 1 vorgeschaltet ist und aus der die Schmelze
in die Kammer 1 übergeleitet wird. Der Schmelz- und Gießvorrichtung 6 können in diesem
Fall auch mehrere Kammern mit Heizvorrichtungen 20 und Kokillen 15 nachgeschaltet
sein, die entweder in einer Reihe oder im Kreis oder Teilkreis um die Schmelz- und
Gießvorrichtung 6 herum angeordnet sein können. In einem solchen Fall kann in einer
Kammer das Aufheizen der Kokille durchgeführt werden, in einer weiteren Kammer der
Abguß in die Kokille, und in wiederum einer weiteren Kammer der Abkühlvorgang der
Kokille, so daß im Optimalfall die Schmelz- und Gießvorrichtung 6 in ständigem Einsatz
gehalten werden kann.
[0036] Die Schmelz- und Gießvorrichtung 6 kann auch als quer verschiebbarer Kaltwandtiegel
ausgeführt sein, der eine verschließbare Bodenauslaßöffnung für die Schmelze besitzt,
die über die Kokille verfahren werden kann. Solche, allerdings nicht bewegliche, Anordnungen
sind in der DE 44 20 138 A1 und der DE 195 05 689 beschrieben und gezeichnet.
[0037] Im Boden 4 der Kammer 1 befindet sich eine Öffnung 11 mit einer Verschlußplatte 12,
an der ein hier nur angedeuteter Drehantrieb 13 mit einer Welle 14 für eine Kokille
15 angeordnet ist, die als Schleudergußkokille ausgeführt ist und anhand der Figuren
2 und 3 noch näher beschrieben wird. Die Kokille 15 besitzt eine Tragplatte 16, die
unter Zwischenschaltung einer Wärmedämmung 17 auf einem Drehteller 18 befestigt ist,
der mit nicht näher bezeichneten Kühlkanälen für eine Wasserkühlung ausgestattet ist,
wobei das Kühlwasser durch die Welle 14 zu- und abgeführt wird.
[0038] Die Kokille 15 besitzt einen Eingußkanal 19, in den eine Heizvorrichtung 20 eingeführt
ist, die als mäanderförmig geschlitzter Hohlzylinder aus Graphit ausgeführt ist. Die
Heizvorrichtung 20 erstreckt sich über die gesamte Länge bzw. Tiefe des Eingußkanals
19 und hängt an einem Kupplungsstück 21, das wiederum über zwei Stangen 22 und 23,
die auch als Zuführungen für Strom und Kühlwasser dienen, mit einem Bewegungsantrieb
24 verbunden sind, dessen Antriebsmotor nicht gezeigt ist. Dadurch ist die Heizvorrichtung
20 in Richtung des Doppelpfeils 25 heb- und senkbar. Die Stangen 22 und 23 sind gasdicht
durch eine doppelte Gleitdichtung 26 hindurchgeführt, die am oberen Ende eines senkrechten
Rohrstutzens 27 angeordnet ist, in den die Heizvorrichtung 20 mindestens teilweise
zurückziehbar ist. Über der Kokille 15 befindet sich - strichpunktiert angedeutet
- eine Leiteinrichtung 28 für die Schmelze. An die Stelle der beiden Stangen 22 und
23 kann auch eine koaxiale Stange treten, die voneinander isolierte Strompfade aufweist.
[0039] Wie aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht, besteht die Kokille 15 aus Stapeln von in
mehreren Ebenen angeordneten Formen 29, die jeweils aus Formhälften 29a und 29b bestehen,
die Schulterflächen 30 aufweisen, mit denen sich die Formen 29 an sektorförmigen Widerlagern
31 abstützen. Die Formen 29 und Widerlager 31 sind jeweils in einer Ebene zwischen
Distanzringen 32 angeordnet, und die Stapel von Formen 29, Widerlagern 31 und Distanzringen
32 sind mittels Zugankern 33 gegen die bereits weiter oben beschriebene Tragplatte
16 verspannt, die mit dem Drehantrieb 13 verbunden ist. Wie aus den Figuren 1 und
3 hervorgeht, sind durch die besagten Stapel weitere Zuganker 34 hindurchgeführt,
die mit dem Drehteller 18 verschraubt sind. Die Zuganker 33 und 34 sind in zwei Zylinderflächen
unterschiedlichen Durchmessers angeordnet, was in Figur 3 dargestellt ist.
[0040] Wie wiederum aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht, sind die Stapel von Formen 29, Widerlagern
31 und Distanzringen 32 von einem Spannkörper 35 umgeben, der gemäß Figur 2 aus einzelnen
Spannringen 35a und 35b zusammengesetzt ist, die einander in axialer Richtung teilweise
überlappen. Die oberen Spannringe 35a sind im Querschnitt Z-förmig ausgebildet.
[0041] Die Tragplatte 16 ist im Zentrum des Eingußkanals 19 mit einem zur Rotationsachse
A-A konzentrischen Verteilerkörper 36 versehen, der die Form eines oben abgerundeten
Kegels besitzt. Hierdurch wird die in den Eingußkanal 19 abgegossene Schmelze radial
nach außen verdrängt und auf die Drehzahl der Kokille 15 gebracht, wodurch sich in
dem Eingußkanal 19 eine parabolförmige Schmelzenoberfläche einstellt, so daß der Eingußkanal
nicht vollständig mit Schmelze gefüllt ist.
[0042] Der Eingußkanal 19 ist von fluchtenden, polygonalen Rohrabschnitten 37 umgeben, die
von den Distanzringen 32 zentrisch gehalten sind und zwischen den Distanzringen 32
Öffnungen 38 aufweisen, die mit je einem der Formhohlräume 39 kommunizieren.
[0043] Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, sind die Formhohlräume 39 zur Herstellung
von Ventilen 40 für Verbrennungsmotoren ausgebildet, wobei diese Ventile in den Figuren
5 und 6 dargestellt sind. Die Ventile bestehen aus einem Ventilteller 40a und einem
Schaft 40b. Die Präzisionsgußteile haben also unterschiedliche Querschnitte, und es
ist erkennbar, daß die Enden mit den größeren Querschnitten, nämlich mit den Ventiltellern
40a, dem Eingußkanal 19 zugekehrt sind.
[0044] Aus den Figuren 2 und 3 ist noch ersichtlich, daß zwischen den Rohrabschnitten 37
und den Formen 29 aus Halbringen 41 und 42 zusammengesetzte Düsenkörper angeordnet
sind, die jeweils eine Injektionsöffnung 43 umschließen. Die Halbringe 41 und 42 sind
austauschbar, wodurch der Durchmesser der Injektionsöffnungen variiert und den Gießbedingungen
angepaßt werden kann.
[0045] Die Kokille besitzt einen Innendurchmesser D
i und einen Außendurchmesser D
a, wobei der Umfang sich daraus errechnen läßt.
[0046] Figur 4 zeigt nun verschiedene Temperaturverläufe zwischen dem Innendurchmesser D
i und dem Außendurchmesser D
a. Die Wärmestrahlung des Heizkörpers 20 ist durch die horizontalen Pfeile 44 angedeutet.
Die gestrichelte Linie 45 zeigt den Temperaturverlauf innerhalb der Kokille bzw. entlang
den Formen 29, wenn diese aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff bestehen, der einen
Temperaturausgleich zwischen innen und außen ermöglicht. Die strichpunktierte Linie
46 zeigt den Temperaturverlauf bei einer Beheizung von außen in Verbindung mit einem
Werkstoff mit einem guten Wärmeleitungskoeffizienten, wie beispielsweise von Kupfer.
Die aus Kreuzen bestehende Linie 47 zeigt die Verhältnisse bei umgekehrter Beheizungsrichtung,
nämlich in Richtung der Pfeile 44 von innen nach außen. Es handelt sich hier immer
noch um einen relativ gut wärmeleitenden Werkstoff wie beispielsweise Kupfer, so daß
sich eine verhältnismäßig sehr hohe Außentemperatur einstellt.
[0047] Die Linie 48 verdeutlicht nun die Verhältnisse beim Erfindungsgegenstand, nämlich
bei starker Beheizung in Richtung der Pfeile 44 von innen her, d.h. vom Eingußkanal
19 her. Durch die relativ rasche Aufheizung in Verbindung mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit
als derjenigen von Kupfer sowie in Verbindung mit der von innen nach außen zunehmenden
Masse der Kokille 15 bildet sich ein relativ sehr steiler Temperaturgradient aus,
und zwar hat sich bei einer Kokille mit einem Außendurchmesser D
a von ca. 500 mm und einem Innendurchmesser D
i von etwa 150 mm und bei Verwendung von Formen 29 aus Niob ein Temperaturgradient
entsprechend der Linie 48 eingestellt, der von einer Innentemperatur von 800 °C auf
eine Außentemperatur von 450 °C abfällt. Figur 4 verdeutlicht also die synergistische
Wirkung der Aufheizung von innen und der Verwendung von Formwerkstoffen mit einem
niedrigeren Wärmeleitungskoeffizienten. Der Wärmeleitungskoeffizient von Kupfer beträgt
408 W/mK, derjenige von Niob aber nur 53,7 W/mK und derjenige von Tantal 57,5 W/mK,
jeweils bei Raumtemperatur.
[0048] Figur 5 zeigt nun einen Axialschnitt durch ein Ventil, entlang dessen Achse sich
deutlich sichtbare Hohlstellen 49 und Lunker 50 ausgebildet haben. Figur 6 zeigt einen
analogen Axialschnitt durch ein Ventil, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt
wurde, das nachstehend näher beschrieben wird. Die äußeren Oberflächen von Schaft
und Ventilteller waren glatt und blank, und entsprechende Schliffbilder zeigten eine
sehr gleichmäßige Korngrößenverteilung sowie die Freiheit von jeglichen Hohlräumen,
Poren, Lunkern oder dergleichen.
Beispiel:
[0049] Zur Herstellung von Auslaßventilen gemäß Figur 6, die für Verbrennungsmotoren vorgesehen
sind, einen Tellerdurchmesser von 32 mm aufweisen, eine Gesamtlänge von 110 mm (Teller
und Schaft) besitzen und einen Schaftdurchmesser von 6 mm, wurde eine Vorrichtung
nach Figur 1 mit einer Kokille 15 nach den Figuren 2 und 3 zunächst auf 10
-2 mbar evakuiert und dann mit Argon bis auf einen Druck von etwa 400 mbar geflutet.
In der Schmelz- und Gießvorrichtung 6, die als Kaltwandtiegel ausgebildet war, wurden
6 kg einer Titanlegierung (Titanaluminid) der Zusammensetzung 49 % Ti, 47 % Al, 2
% Cr und 2 % Nb (jeweils Atomprozent) aufgeschmolzen und auf eine Temperatur von 1650
°C überhitzt. Mittels der Heizvorrichtung 20, die aus einem mäanderförmig geschlitzten
Grafithohlzylinder bestand, eine Leistung von 50 kW erzeugte und sich im Eingußkanal
19 befand, wurde die Wandfläche des Eingußkanals 19 innerhalb von 60 Minuten auf eine
Temperatur von 800 °C aufgeheizt. Dabei nahmen die äußeren Enden der Formhälften 29a
und 29b, die aus Niob bestanden, bzw. der Außendurchmesser D
a der Kokille 15, eine Temperatur von 450 °C an. Die Schmelze wurde nunmehr innerhalb
von etwa 2 Sekunden in die Kokille 15 abgegossen, die mit einer Drehzahl von 800 min
-1 rotierte. Nach wenigen Sekunden waren die Ventilrohlinge gesteuert erstarrt. Die
Kammer 1 wurde anschließend mit Argon bis auf einen Druck von etwa 1 bar geflutet.
Nach 60 Minuten wurden die Ventilrohlinge durch schrittweises Zerlegen der abgekühlten
Kokille 15 von oben nach unten und Abtrennen der Angußstellen am Material im Eingußkanal
19 freigelegt. Die Ventilrohlinge hatten eine glatte und einwandfreie Oberfläche.
Längsschnitte und Schliffbilder zeigten, daß die Ventile frei von Lunkern und porösen
Stellen waren und durch einfache Nachbearbeitungsvorgänge in ihren Endzustand gebracht
werden konnte. Die Kokille 15 und die Kokillenteile befanden sich in einem einwandfreien
Zustand und waren für eine Wiederverwertung geeignet.
[0050] Während vorstehend eine Schleudergießanlage mit einer senkrechten Rotationsachse
A-A der Schleudergußkokille 15 beschrieben ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
ohne Verlassen des Erfindungsgedankens auch dahingehend abgewandelt werden, daß die
Schleudergußkokille 15 eine horizontale Rotationsachse aufweist, was jedoch zeichnerisch
nicht besonders dargestellt ist.
[0051] Der effektive Wärmeleitfähigkeitskoeffizient der Kokillenwerkstoffe bzw. der Kokillenkomponenten
in radialer Richtung beträgt vorzugsweise maximal 50 %, insbesondere maximal 30 %,
des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Reinkupfer.
Bezugszeichenliste |
1 |
Kammer |
27 |
Rohrstutzen |
2 |
Mantel |
28 |
Leiteinrichtung |
3 |
Deckel |
29 |
Formen |
4 |
Boden |
29a, b |
Formhälften |
5 |
Saugstutzen |
30 |
Schulterflächen |
6 |
Schmelz- und Gießvorrichtung |
31 |
Widerlager |
6a |
Schmelz- und Gießvorrichtung |
32 |
Distanzringe |
7 |
Kippachse |
33 |
Zuganker |
8 |
Beschickungsöffnung |
34 |
Zuganker |
9 |
Einblickfenster |
35 |
Spannkörper |
10 |
Einblickfenster |
35a, b |
Spannringe |
11 |
Öffnung |
36 |
Verteilerkörper |
12 |
Verschlußplatte |
37 |
Rohrabschnitte |
13 |
Drehantrieb |
38 |
Öffnungen |
14 |
Welle |
39 |
Formhohlraum |
15 |
Kokille |
40 |
Ventile |
16 |
Tragplatte |
40a |
Teller |
40b |
Schaft |
17 |
Wärmedämmung |
41 |
Halbringe |
18 |
Drehteller |
42 |
Halbringe |
19 |
Eingußkanal |
43 |
Injektionsöffnung |
20 |
Heizvorrichtung |
44 |
Pfeile |
21 |
Kupplungsstück |
45 |
Linie |
22 |
Stange |
46 |
Linie |
23 |
Stange |
47 |
Linie |
24 |
Bewegungsantrieb |
48 |
Linie |
25 |
Doppelpfeil |
49 |
Hohlstellen |
26 |
Gleitdichtung |
50 |
Lunker |
1. Verfahren zum Herstellen von gesteuert erstarrten Präzisionsgußteilen durch Schleudergießen
einer Schmelze unter Vakuum oder Schutzgas in eine vorgeheizte Kokille (15) mit einem
zentralen Eingußkanal (19) und mehreren von diesem zum Außendurchmesser (Da) der Kokille (15) gerichteten Formhohlräumen (39), die von einem Werkstoff oder einer
Werkstoffkombination mit einem Wärmeleitungskoeffizienten umgeben sind, der kleiner
als der von Kupfer ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille (15) vor dem Abgießen der Schmelze vom Eingußkanal (19) her mit
einer solchen Geschwindigkeit auf eine werkstoffbedingte Gießtemperatur des Eingußkanals
(19) aufgeheizt wird, daß ein Temperaturgradient zwischen Innendurchmesser (Di) und Außendurchmesser (Da) der Kokille (15) mit von innen nach außen fallenden Temperaturen von mindestens
100 °C eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturgradient zwischen 200 °C und 600 °C, vorzugsweise zwischen 300
°C und 500 °C, eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Wandung des Gießkanals (19) auf Werte zwischen 600 °C und
1000 °C und die Temperatur des Außendurchmessers (Da) der Kokille (15) auf Werte zwischen 300 °C und 600 °C eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Herstellen von Präzisionsgußteilen mit unterschiedlichen Querschnitten
die Enden mit den größeren Querschnitten dem Eingußkanal (19) zugekehrt sind.
5. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Herstellen
von Präzisionsgußteilen aus Metallen aus der Gruppe Titan, Titanlegierungen mit mindestens
40 Gewichtsprozent Titan und aus Superlegierungen.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche mit einer Schmelz- und Gießvorrichtung (6, 6a), mit einer Kammer (1), in
der eine rotierbare Kokille (15) mit einem zentralen Eingußkanal (19) und mehreren
von diesem zum Außendurchmesser (Da) der Kokille (15) gerichteten Formhohlräumen (39) und eine Heizvorrichtung (20) zum
Vorheizen der Kokille (15) angeordnet sind, wobei die Kokille (15) aus einem Werkstoff
oder einer Werkstoffkombination mit einem Wärmeleitungskoeffizienten besteht, der
kleiner als der von Kupfer ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Bewegungseinrichtung aufweist, durch die die Heizvorrichtung
(20) in den Eingußkanal (19) einführbar und aus diesem wieder herausziehbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (20) für eine solche Heizleistung ausgelegt ist, daß die
Kokille (15) vom Eingußkanal (19) her mit einer solchen Geschwindigkeit auf eine werkstoffbedingte
Gießtemperatur der Wandung des Eingußkanals (19) aufheizbar ist, daß ein von innen
nach außen fallender Temperaturgradient mindestens 100 °C beträgt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung mindestens eine Stange (22, 23) aufweist, die gasdicht
durch eine Gleitdichtung (26) in einem Deckel (3) der Kammer (1) hindurchgeführt ist,
die zur Zufuhr des Heizstromes dient und deren äußeres Ende mit einem Bewegungsantrieb
(24) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (20) als Widerstandsheizkörper ausgebildet ist, der durch
direkten Stromdurchgang beheizbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung als Induktionsspule ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) eine Öffnung (11) aufweist, die durch eine Verschlußplatte (12)
mit einem Drehantrieb (13) und einer Welle (14) für die Kokille (15) versehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille (15) aus Stapeln von in mehreren Ebenen angeordneten Formen (29)
besteht, die Schulterflächen (30) aufweisen, mit denen sich die Formen (29) an sektorförmigen
Widerlagern (31) abstützen, daß die Formen (29) und die Widerlager (31) in jeweils
einer Ebene zwischen Distanzringen (32) angeordnet sind und daß die Stapel von Formen
(29), Widerlagern (31) und Distanzringen (32) mittels Zugankern (33, 34) gegen eine
Tragplatte (16) verspannt sind, die mit dem Drehantrieb (13) drehfest verbunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formen (29) aus Formhälften (29a, 29b) bestehen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapel von Formen (29), Widerlagern (31) und Distanzringen (32) von einem
Spannkörper (35) umgeben sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkörper (35) aus einzelnen Spannringen (35a, 35b) zusammengesetzt ist,
die einander in axialer Richtung teilweise überlappen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Spannringe (35a) im Querschnitt Z-förmig ausgebildet sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (6) im Zentrum des Eingußkanals (19) mit einem sich nach oben
verjüngenden Verteilerkörper (36) für die Schmelze versehen ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingußkanal (19) von fluchtenden Rohrabschnitten (37) umgeben ist, die von
den Distanzringen (32) zentrisch gehalten sind und die zwischen den Distanzringen
(32) Öffnungen (38) aufweisen, die mit je einem Formhohlraum (39) kommunizieren.
19. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kokille (15) zum Herstellen von Präzisionsgußteilen mit unterschiedlichen
Querschnitten die Enden mit den größeren Querschnitten dem Eingußkanals (19) zugekehrt
sind.
20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rohrabschnitten (37) und den Formen (29) aus Halbringen (41, 42)
zusammengesetzte Düsenkörper für den Schmelzeeintritt in die Formhohlräume (39) angeordnet
sind.
1. Method for production of controlled solidified precision casting by centrifugal casting
of a melt under vacuum or protective gas in a preheated cast-iron mould (15), comprising
a central feed channel (19) and a plurality of mould cavities (39), which are oriented
from the latter to the outside diameter (Da) of the cast-iron moulds (15) and surrounded by a material or a material combination
with a heat ducting coefficient which is lower than that of copper, characterised in that the cast-iron mould (15) is prior to casting the melt from the feed channel (19)
heated to a material-dependent casting temperature of the feed channel (19) at such
speed that a temperature gradient between inside diameter (Di) and outside diameter (Da) of the cast-iron mould (15) with temperatures dropping from the inside towards the
outside of at least 100°C is set.
2. Method according to Claim 1, characterised in that a temperature gradient between 200°C and 600°C, preferably between 300°C and 500°C,
is set.
3. Method according to Claim 1, characterised in that the temperature of the wall of the casting channel (19) is set to values between
600°C and 1,000°C, and the temperature of the outside diameter (Da) of the cast-iron mould (15) is set to values between 300°C and 600°C.
4. Method according to Claim 1, characterised in that during manufacture of precision casting parts of different cross-sections the ends
of larger cross-sections are oriented towards the feed channel (19).
5. Use of the method according to at least one of Claims 1 to 4 in the manufacture of
precision casting parts of metals of the groups titanium, titanium alloys with at
least 40 %-by-weight titanium and of super alloys.
6. Device for carrying out the process according to at least one of the above claims,
comprising a melt and casting device (6, 6a), a chamber (1) in which is arranged a
rotary cast-iron mould (15) with a central feed channel (19) and a plurality of mould
cavities (39) oriented from the latter to the outside diameter (Da) of the cast-iron mould (15) and a heating device (20) for preheating the cast-iron
mould (15), and the cast-iron mould (15) is composed of a material or material combination
with a heat ducting coefficient of less than that of copper, characterised in that the device has a movement device by means of which the heating device (20) is insertible
into the feed channel (19) and extractable therefrom.
7. Device according to Claim 6, characterised in that the heating device (20) is designed for a heating output at which the cast-iron mould
(15) is heatable from the feed channel (19) to a material-dependent casting temperature
of the wall of the feed channel (19) at such speed that a temperature gradient dropping
from inside to outside is at least 100°C.
8. Device according to Claim 6, characterised in that the movement device comprises at least one rod (22, 23) which is in a gastight manner
passed through a sliding seal (26) in a cover (3) of the chamber (1) which serves
to deliver the heating current and the outer end of which is connected to a movement
drive (24).
9. Device according to Claim 6, characterised in that the heating device (20) is designed as a resistance heating element which is heated
by passing a direct current.
10. Device according to Claim 6, characterised in that the heating device is designed as an induction coil.
11. Device according to Claim 6, characterised in that the chamber (1) comprises an opening (11) which is via a closure plate (12) provided
with a rotary drive (13) and a shaft (14) for the cast-iron mould (15).
12. Device according to Claim 6, characterised in that the cast-iron mould (15) is composed of stacks of moulds (29) arranged in a plurality
of levels and comprising shoulder surfaces (30) by means of which the moulds (29)
support themselves against sectional abutments (31), and the moulds (29) and the abutments
(31) are arranged at a respective level between spacer rings (32), and the stacks
of moulds (29), abutments (31) and spacer rings (32) are clamped by means of tensioning
anchors (33, 34) against a support plate (16) which is non-rotationally connected
to the rotary drive (13).
13. Device according to Claim 12, characterised in that the moulds (29) are composed of mould halves (29a, 29b).
14. Device according to Claim 12, characterised in that the stacks of moulds (29), abutments (31) and spacer rings (32) are surrounded by
a clamping element (35).
15. Device according to Claim 14, characterised in that the clamping element (35) is composed of individual clamping rings (35a, 35b) which
partially overlap each other in the axial direction.
16. Device according to Claim 15, characterised in that the upper clamping rings (35a) are cross-sectionally Z-shaped.
17. Device according to Claim 12, characterised in that the support plate (6) is in the centre of the feed channel (19) provided with an
upwardly narrowing distributing element (36) for the melt.
18. Device according to Claim 6, characterised in that the feed channel (19) is surrounded by flush tube sections (37) which are centrally
held by spacer rings (32) and which have between the spacer rings (32) openings (38)
which communicate with a respective mould cavity (39).
19. Device according to Claim 6, characterised in that with a cast-iron mould (15) for manufacturing precision casting parts of different
cross-sections the ends of larger diameters are oriented towards the feed channel
(19).
20. Device according to Claims 18 and 19, characterised in that between the tube sections (37) and the moulds (29) are arranged nozzle elements,
which are composed of semi-rings (41, 42), for entry of the melt into the mould cavities
(39).
1. Procédé pour la production de pièces coulées de précision avec solidification contrôlée
par coulée centrifuge d'un métal en fusion sous vide ou sous gaz protecteur dans une
lingotière préchauffée (15) comportant un canal d'entrée central (19) et plusieurs
cavités de moulage (39) dirigées depuis ledit canal vers le diamètre extérieur (Da) de la lingotière (15) et entourées par un matériau ou une combinaison de matériaux
dont le coefficient de conduction thermique est inférieur à celui du cuivre, caractérisé
en ce que, avant de couler le métal en fusion, la lingotière (15) est chauffée depuis
le canal d'entrée (19) jusqu'à une température de coulée, dépendante du matériau,
du canal d'entrée (19) à une vitesse telle qu'il s'établit un gradient de température
d'au moins 100°C entre le diamètre intérieur (D;) et le diamètre extérieur (Da) de la lingotière, dont les températures chutent depuis l'intérieur vers l'extérieur.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on établit un gradient de
température compris entre 200°C et 600°C, de préférence entre 300°C et 500°C.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de la paroi
du canal de coulée (19) est établie à des valeurs comprises entre 600°C et 1000°C,
et la température du diamètre extérieur (Da) de la lingotière (15) est établie à des
valeurs comprises entre 300°C et 600°C.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de la production de pièces
coulées de précision avec des sections différentes, les extrémités présentant les
grandes sections sont orientées vers le canal d'entrée (19).
5. Application du procédé selon l'une quelconque au moins des revendications 1 à 4 pour
produire des pièces coulées de précision en métaux parmi le groupe comprenant le titane,
les alliages de titane avec au moins 40 % en poids de titane et les superalliages.
6. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque au moins des revendications
précédentes, comportant un dispositif de fusion et de coulée (6, 6a), une chambre
(1) dans laquelle sont disposés une lingotière rotatoire (15) comportant un canal
d'entrée central (19) et plusieurs cavités de moulage (39) dirigées depuis ledit canal
vers le diamètre extérieur (Da) de la lingotière (15), et un dispositif de chauffage (20) pour préchauffer la lingotière
(15), la lingotière (15) étant constituée en un matériau ou une combinaison de matériaux
dont le coefficient de conduction thermique est inférieur à celui du cuivre, caractérisé
en ce que le dispositif comprend un organe de déplacement au moyen duquel le dispositif
de chauffage (20) est susceptible d'être introduit dans le canal d'entrée (19) et
d'être extrait hors de celui-ci.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage
(20) est conçu pour une puissance de chauffage telle que la lingotière (15) est susceptible
d'être chauffée depuis le canal d'entrée (19) jusqu'à une température de coulée, dépendante
du matériau, de la paroi du canal d'entrée (19) à une vitesse telle qu'il s'établit
un gradient de température qui chute depuis l'intérieur vers l'extérieur et s'élève
à au moins 100°C.
8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de déplacement
comprend au moins une tige (22, 23) passée de façon étanche aux gaz à travers un joint
coulissant (26) dans un couvercle (3) de la chambre (1), qui sert à l'alimentation
en courant de chauffage et dont l'extrémité extérieure est reliée à un entraînement
de déplacement (24).
9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage
(20) est réalisé sous forme d'un corps de chauffage à résistance susceptible d'être
chauffé par passage de courant direct.
10. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage
est réalisé sous forme d'une bobine d'induction.
11. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la chambre (1) présente
une ouverture (11) qui est pourvue d'une plaque d'obturation (12) comportant un entraînement
tournant (13) et un arbre (14) pour la lingotière (15).
12. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la lingotière (15) est
constituée par des empilements de moules (29) disposés dans plusieurs plans, lesquels
comprennent des surfaces d'épaulement au moyen desquelles les moules (29) s'appuient
contre des supports (31) en forme de secteur, en ce que les moules (29) et les supports
(31) sont agencés dans un plan respectif entre des anneaux d'écartement (32), et en
ce que les empilements formés par les moules (29), les supports (31) et les anneaux
d'écartement (32) sont mis sous précontrainte au moyen de tirants (33, 34) contre
un plateau porteur (16) qui est relié solidairement en rotation à l'entraînement tournant
(13).
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moules (29) sont constitués
par des moitiés de moule (29a, 29b).
14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les empilements formés
par les moules (29), les supports (31) et les anneaux d'écartement (32) sont entourés
par un corps de serrage (35).
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le corps de serrage (35)
se compose d'anneaux de serrage individuels (35a, 35b) qui se chevauchent partiellement
en direction axiale.
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les anneaux de serrage
supérieurs (35a) sont réalisés avec une section en forme de Z.
17. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le plateau porteur (6)
est pourvu, au centre du canal d'entrée (19), d'un corps distributeur (36) pour le
métal en fusion, lequel va en se rétrécissant vers le haut.
18. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le canal d'entrée (19)
est entouré par des tronçons tubulaires (37) en alignement, qui sont retenus de manière
centrée par les anneaux d'écartement (32) et qui présentent entre les anneaux d'écartement
(32) des ouvertures (38) dont chacune est en communication avec une cavité de moulage
respective (39).
19. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans une lingotière (15)
pour produire des pièces coulées de précision présentant des sections différentes,
les extrémités de grande section sont orientées vers le canal d'entrée (19).
20. Dispositif selon les revendications 18 et 19, caractérisé en ce que des corps de tuyère
composés de demi-anneaux (41, 42) pour l'entrée du métal en fusion dans les cavités
de moulage (39) sont disposés entre les tronçons tubulaires (37) et les moules (29).