Vakuum-Präzisionsguss

In den meisten Fällen wird das Produkt aus einem VIM-Ofen unter Vakuum weiterverarbeitet. Eine solche Anwendung ist der Vakuum-Investmentguss für die Produktion von hochentwickelten Qualitätsgusskomponenten.

Die Keramikform, die nach dem Wachsausschmelzverfahren funktioniert, wird vor dem Gießen vorbereitet und erhitzt. Eine abgemessene Menge vorlegiertes Metall wird dann sehr schnell umgeschmolzen und unter Vakuum in die erhitzte Keramikform gegossen.

Die herkömmliche Verarbeitung führt zu Gussstücken mit gleichachsigem Korn oder beliebig angeordnetem Korngefüge. Gerichtet erstarrte und einkristalline Gusskörper sind jedoch heute übliche Anforderungen bei Turbinentechnik, da Fortschritte bei der Ausrüstung die Produktion größerer Gusskörper mit diesen Methoden erlauben.

Der moderne Vakuum-Präzisionsgussofen enthält die neuesten PC-SCADA-Steuerungen für eine genaue Überwachung und Regelung der Schmelz- und Gießparameter, wodurch die Gussteile immer gleichbleibend optimale metallurgische Eigenschaften aufweisen.

Für Schmelzkapazitäten von 15 - 200 kg bietet Consarc eine horizontale oder vertikale Zweikammerausführung für halbkontinuierlichen Betrieb. In dieser Größenklasse sind Einrichtungen für gleichachsiges Korn, gerichtetes Erstarren (DS) und einkristalline Gusskörper (SC) erhältlich.

Die Zweikammerausführung besteht aus einer Schmelzkammer mit der Induktionsschmelzspule und der Formkastenheizzone in DS/SC-Anwendungen. Ein Vakuumsperrventil trennt die Schmelzkammer von der Formkammer, die den Formkasten-Transfermechanismus enthält. Dieses System ermöglicht das weitere Schmelzen der Charge unabhängig von der Handhabung der keramischen Form und den Transfervorgängen.

Gerichtet erstarrte und einkristalline Gusskörper

Gerichtet erstarrte (DS) und einkristalline (SC) Gusskörper sind aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften bei sehr hohen Betriebstemperaturen für den Einsatz in Gasturbinen für die Luft- und Raumfahrt sowie Industrieanwendungen erforderlich. Öfen für das Gießen dieser Bauteile haben bestimmte Funktionen zur Steuerung des Erstarrungsvorgangs im Gussteil. Die obere Schmelzkammer enthält eine Formheizzone, in der die keramische Form auf höhere Temperaturen als die Temperatur der flüssigen Legierung vor dem Gießen gebracht werden kann. Die Formheizzone ist induktionsbeheizt für optimale Regelung des Temperaturgefälles in der Form.

Die Formen werden auf einer wassergekühlten Abschreckplatte abgelegt; eine durch einen Sperrring (Baffle) getrennte Kühlzone mit Leitvorrichtungen befindet sich direkt unter der Heizzone, um ein hohes Temperaturgefälle für die Erstarrung des Gussteils zu erzeugen. Ein präzises elektromechanisches Antriebssystem steuert die Entnahme der Form aus der Heizzone durch die Kühlzone, um das optimale Temperaturgefälle zu erzeugen und somit Kornorientierung oder einkristalline Körner im gegossenen Produkt zu erhalten.

Zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Gusses muss die Formtemperatur größer als die Schmelztemperatur der Legierung während des Gießbeginns sein. Dies wird durch die Heißzone der Formheizung und nachfolgende fortschreitende Kühlung in eine Richtung erreicht, um so die in der nachfolgenden Abbildung gezeigte Erstarrung zu erzielen.

Abb. 1 - Gerichtet erstarrter Guss

DS casting

Ein einkristalliner Guss wird auf ähnliche Weise wie ein gerichtet erstarrter Guss hergestellt, außer dass ein Kornselektor am Formboden zum Einsatz kommt, wie in der Abbildung unten gezeigt:

SC casting

Bei vertikalen Öfen für DS/SC-Anwendungen enthalten die Formhebe- und Senkmechanismen ein elektromechanisches oder hydraulisches Antriebssystem, das sehr präzise gesteuert wird. Diese Steuerungsgenauigkeit ist während des Entfernens aus der Formheizzone ausschlaggebend, um die optimale Kornorientierung im Gusserzeugnis zu erreichen. Consarc bietet Formheizzonen mit Induktions- oder Widerstandsheizung in Ein- oder Mehrregelzonen-Ausführung, je nach Anwendung oder Kundenwunsch.

Austausch des Sperrrings bei DS/SC-Öfen

Bei DS/SC-Öfen befindet sich am Boden der Formheizung ein thermisch isolierender Sperrring (auch Baffle genannt), der für eine schroffe Temperatursperre in der Erstarrungszone sorgt. Dieser Sperrring ist für das Verfahren sehr wichtig. Der Sperrring wird normalerweise während der Einrichtung der Heizung bei geöffnetem Ofen und kalter Heizung eingebaut.

Als Option kann Consarc eine Vorrichtung liefern, mit der der Sperrring präzise positioniert bzw. ausgebaut/ausgetauscht werden kann. Die Schmelzkammer steht unter Vakuum und die Formheizung bleibt in Betrieb. Mit dieser Funktion wird die Produktivität des Ofens erheblich verbessert.

Große Vakuum-Präzisionsgussöfen für gleichachsigen Guss

In Ergänzung zur Baureihe der Vakuum-Präzisionsgussöfen bietet Consarc eine Serie von Öfen für sehr große Einzel- oder Mehrfachgussteile für Industriegasturbinen und andere Anwendungen.

Bei dieser Reihe größerer Öfen wird eine vertikale oder horizontale Zweikammerkonstruktion verwendet und es können gleichachsige Gussteile bei einer Schmelzkapazität von 150 - 500 kg produziert werden.

Induktionsstromausrüstung

Der Strom wird von einer Inductotherm Halbleiterstromversorgung geliefert. Der Strom wird über eine abgedichtete, wassergekühlte Koaxial-Drehdurchführung oder über eine Stromanschlussbaugruppe durch die Vakuumkammer zur Schmelzspule geleitet.

Steuerungen

Alle Consarc Anlagen werden mit einem vollständig integrierten Steuersystem für sicheren und effizienten Betrieb des Ofens geliefert.

Zusätzlich zu Regelungen, die vom Bediener bzw. fernbetätigt werden, sind alle Consarc Öfen mit SPS und als Option mit Steuerungen auf PC-SCADA-Basis erhältlich, die eine Automatisierung für beständige Qualität zwischen Gusschargen ermöglichen.

Im Computer-Steuermodus kann der Bediener vordefinierte Rezepturen auswählen oder einen neuen Satz Rezepturparameter eingeben. Es wurden Teach-in-Funktionen entwickelt, mit denen erfolgreiche manuelle Betriebsvorgänge, z.B. die Geschwindigkeit des Schmelztiegelkippens, die Stellung des Schmelztiegels (siehe unten - Kipp-/Gießsteuerung) und der Formkastenort, für spätere Nutzung im Automatikmodus gespeichert werden können. Mit der Funktion „SPC-Analyse“ ist eine umfangreiche Datenerfassung enthalten.

Kipp-/Gießsteuerung

Die Steuerung des Gießvorgangs ist bei Vakuum-Präzisionsgussanwendungen sehr wichtig. Um Präzisionsanforderungen zu erfüllen, hat Consarc eine Reihe von kippenden und querverschiebbaren Stromanschlussbaugruppen für schnelles und genaues Gießen des Metalls von der Induktionsspule in die Form entwickelt. Die Induktionsspule kann um ihre Gießachse gekippt werden und gleichzeitig eine Querbewegung durchführen, um die Gießlippe des Schmelztiegels so nah wie möglich zur Form zu bewegen. Die Steuerung des Kippwinkels und der Querbewegung der Induktionsspule erfolgt automatisch durch das PC/SPS-Steuerungssystem nach einer vordefinierten Rezeptur, sodass eine Gleichmäßigkeit ohne manuelle Bedienervariationen zwischen allen Gussvorgängen sichergestellt ist.

Schnellwechsel-Induktionsspulen

Ein einzigartiges Induktionsspulen-Anschlusssystem, das speziell von Consarc und Inductotherm entwickelt wurde, erlaubt den Einsatz einer großen Bandbreite von Schnellwechselspulen im selben Ofen, was die Vielseitigkeit und die Einsatzmöglichkeiten des Systems erhöht.