Grundprinzipien der Riser Sleeve-Konstruktion

Gießrohre werden hauptsächlich bei Stahlgussteilen eingesetzt. Nur bei wenigen dicken, großen Teilen aus Grauguss und Sphäroguss kommen sie zum Einsatz. Beim Abkühlen und Erstarren des flüssigen Metalls schrumpft das Volumen. Die Volumenschrumpfung eines Gussteils beträgt etwa das Dreifache seiner Längenschrumpfung. Daher wird die Volumenschrumpfung von Stahlguss üblicherweise mit 3–6 % und die von Grauguss mit 2–3 % angenommen. Durch die Graphitisierungsausdehnung während der Erstarrung von Grauguss und Sphäroguss kann jedoch ein Teil der Volumenschrumpfung kompensiert werden. Bei gleichmäßiger Wandstärke und hoher Kokillendichte sind Gießrohre daher in der Regel nicht erforderlich. Wird die Volumenschrumpfung des Gussteils nicht kompensiert, bilden sich Lunker, Vertiefungen oder Porosität an oder im Gussteil. Im schlimmsten Fall führt dies häufig zum Ausschuss des Gussteils.

Das Prinzip zur Berechnung der Steigrohrabmessungen besteht darin, zunächst die Menge des zu kompensierenden flüssigen Metalls zu ermitteln. Diese Menge wird üblicherweise als Kugel angenommen, deren Durchmesser (d₀) für die Steigrohrberechnung verwendet wird. Die effektive Förderstrecke für Steigrohr-gespeiste Gussteile ist durch einen bestimmten Bereich L definiert. Bei plattenförmigen Teilen mit einer Dicke h beträgt L typischerweise 3–5h. Bei stabförmigen Teilen gilt L = (25–30)√h, wobei h die Gussdicke ist.

Grundlegende Berechnungsmethode für die Größe der Steigrohrhülse

Die gebräuchlichste Methode ist: Steigrohrdurchmesser D = d₀ + h

Der Grund dafür ist die Annahme, dass sich die Speiserhülse und das Gussteil mit der gleichen Geschwindigkeit verfestigen. Der Erstarrungsprozess verläuft von den beiden Oberflächen des Gussteils nach innen. Ist das Gussteil vollständig erstarrt, hat die Speiserhülse die gleiche Wandstärke erreicht. Zu diesem Zeitpunkt verbleibt in der Mitte ein Hohlraum, dessen Volumen exakt dem der Speisekugel entspricht. Dieser Teil des flüssigen Metalls fließt während der Erstarrung in das Gussteil.

Wenn im Gussteil ein Hotspot vorhanden ist, kann h durch den Durchmesser T des Hotspots ersetzt werden. Das heißt: D = d₀ + T

Ein weiterer wichtiger Bestandteil der Steigrohrkonstruktion ist der Steigrohrhals. Er bildet die Verbindung zwischen Steigrohr und Gussteil; das flüssige Metall im Steigrohr wird durch den Steigrohrhals in das Gussteil geleitet. Daher gelten Anforderungen an den Querschnitt des Steigrohrhalses. Typischerweise wird der Durchmesser des Steigrohrhalses mit dⱼ = (0,6–0,8)T angenommen.

Die Steigrohrhöhe H beträgt (1,5~2,5)D. Die Höhe H sollte außerdem größer sein als die Höhe des zu speisenden Bereichs; andernfalls kommt es zu einer umgekehrten Speisung, bei der das Gussteil das Steigrohr speist, was vermieden werden muss.

Andere Berechnungsmethoden

Eine gängige empirische Berechnungsmethode besteht darin, den Durchmesser des Hotspot-Kreises direkt mit einem Koeffizienten zu multiplizieren, ohne die Menge des zuzuführenden flüssigen Metalls zu berechnen. Zum Beispiel:

Einfaches Gießverfahren: D = (1,05~1,15)T. Einfache Form, relativ konzentrierte Hotspots.

Komplexes Gussteil: D = (1,40~1,80)T. Komplexe Form, zum Beispiel mit vielen Rippen, die mit dem Rest des Gussteils verbunden sind.

Zwischentyp: D = (1,15~1,40)T, liegt zwischen den beiden oben genannten.

Die Bedingungen in der Gießereiproduktion variieren stark und hängen von zu vielen Faktoren ab, sodass alle Berechnungsformeln Näherungswerte liefern und situationsabhängig sind. Oftmals ist eine einzelne Formel nicht auf alle Situationen anwendbar. Daher enthalten Formeln häufig Koeffizienten mit einem breiten Wertebereich, aus denen Anwender je nach ihren spezifischen Gegebenheiten wählen können.

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