DD265994A3

DD265994A3 - Druckgiessverfahren

Info

Publication number: DD265994A3
Application number: DD83252967A
Authority: DD
Inventors: Ivan D Nikolov
Original assignee: Inst Po Metalloznanie I Tekno
Priority date: 1982-07-14
Filing date: 1983-07-11
Publication date: 1989-03-22
Also published as: ES8405299A1; BR8303740A; EP0099104B1; CS530583A2; JPS5947062A; RO87711A; PL242987A1; NO832548L; HU198276B; AU1669083A; IN159558B; EP0099104A3; ES524043A0; DK315283A; BG34491A1; DK315283D0; DE3373986D1; AU558220B2; CS235980B2; NO161783C

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckgiessverfahren mit dem Ziel, einen durchgaengigen, gleichbleibenden und beeinflussbaren Verfahrensverlauf zu gewaehrleisten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckgiessverfahren zur Herstellung von Gussstuecken zu schaffen, das eine gesicherte Steuerung des Formfuell- und Kristallisationsvorganges in jedem Bereich des Gussstueckes, minimale Energieverluste und hohe physikalisch-mechanische Eigenschaften der erzeugten Gussstuecke gewaehrleistet. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass nach dem Ausfuellen der Giessform bis zu einer bestimmten Hoehe, in der nichtausgefuellten Hoehlung der Giessform oder in einen der nichtausgefuellten ausgebildeten Hohlraeume ein zusaetzlicher Gasdruck erzeugt wird, der wesentlich groesser als der momentan in der Giessform vorhandene Gasdruck ist, wobei gleichzeitig der zusaetzlich hergestellte Gasdruck durch einen auf die andere Seite der Giessform erzeugte Gasdruck angeglichen wird. Fig. 1

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung gilt für ein OruckgielWerfahren und findet in der Gießereiproduktion Anwendung für die Fertigung von Gußstücken

mit hohen physikalisch-mechanischen Parametern aus verschiedenen Werkstoffen.

Es ist ein Druckgießverfahren bekannt/1/, bei dem das Gießgut aus einem Gefäß mit flüssigem Metall »line geschlossene Gießgutleitung durchläuft und die Gießform durch die Druckdifferenz im Gefäß mit dem flüssigen Metall und der Gießform

qofüllt wird. Die Füllung der Gießform beginnt bei atmosphärischem Druck, und nachdem diese bis zu einer bestimmten Höhe gefüllt ist, wird in dem noch nicht gefüllten Raum über dem Gießgut ein entsprechendes Vakuum aufgegeben, durch das die

Füllgeschwindigkeit reguliert wird. Wenn die Gießfom gefüllt ist, kristallisiert das Gießgut, und das fertige Gußstück wird

ausgestoßen.

Ein Mangel diese« Verfahrens ist, daß das Gießgut unter dem bereite vorhandenen Vakuum oder Unterdruck erstarrt, wodurch

ein« Steuerung des Erstarrungsprozesses in allen Bereichen des Gußstücks, Insbesondere bei Gußstücken mit formschwieriger

Gestaj;, nicht möglich ist. Dadurch verschlechtern sich die physikalisch-mechanischen Parameter des Gußstücks. Bekannt ist ein Druckluftkolbenverfahren für das Gießen von Metallen und anderen Werkstoffen, insbesondere für Kolbenmaschinen mit horizontaler Preßkammer, bei dein das Gießen unter Druck bei gleichzeitiger Wirkung eines Gegendruc!.oe

erfolgt. Wahrend des Einfüllons des Gießgutes in die horizontale Preßkammer wird in der Gießform ein autonomer Gasdruck aufgegeben. Anschließend wird das Gießgut durch Kolbendruck transportiert, und auf die Front des zur Gießform strömenden

Gießgutes wirkt ein Gasgegondruck. Nach dem Füllen der Gießform erstarrt das Gießgut unter einem zweiseitigen Druck in den Grenzen 16... 25MPa. Ein Mangel dieses Verfahrens ist, daß der Gegendruck beim Einfüllen des Gießgutes in die Gießform, die unter erhöhtem Gasdruck steht, sehr hoch ist, was einen höheren Energieverbrauch und einen komplizierten Aufbau der Vorrichtungen für die

praktische Umsetzung des Verfahrens erfordert. Ein weiterer Mangel ist, daß der Gasdruck, der während des Erstarrens auf das

Gießgut wirkt, nicht gesteuert werden kann und im Laufe der Zeit absinkt. Der Grund dafür ist, daß er von einem Gas

hervorgerufen wird, das vor Beginn des Gießens in begrenzter Menge zugeführt wird. Hierdurch entstehen Gußstücke mit ungleichmäßigem Gefüge.

Aufgabe der Erfindung ist es, «in Druckgießverfahren zu entwickeln, das eine Steuerung des Formfüllungs- und Er8tarrungsprozessee des Gußstücks in Jedem Teil der Gießform bei geringsten Energieverlusten ermöglicht und mit dem Gußstücke mit hohen physikalisch-mechanischen Parametern erzeugt werden können. Diese Aufgabe wurde durch ein Verfahren gelöst, bei dem das Gießgut aus einem Gießgutgeffiß durch die Druckdifferenz in

diesem Gefäß und in dnr Gießform transportiert wird und die Gießform füllt. Beim Formfüllungsvorgang wirkt auf das Gießgut

ein Vakuum, der atmosphärische Druck oder ein Überdruck. Gemäß der Erfindung wird der Gießform, nachdem sie bis zu einer bestimmten Höhe mit dem Gießgut gefüllt ist, in ihrem noch nicht gefüllten Raum oder in einom oder mehreren noch nicht gefüllton selbständigen Hohlräumen ein zusätzlicher Gasdrück aufgegeben, der deutlich über dem in diesem Moment au«' die

Gießform wirkenden Druck liegt. Der zusätzliche Gasd. uck gleicht sich mit dem Gegendruck an dor anderen Seite der Gießform Der zusätzliche Druck kann bis zur vollständigen Erstarrung des Gießgutes in dor Gießform konstant gehalten oder bis zum Abschluß des Erstarrungsvorganges allmählich erhöht werden. Die Vorteile des Verfahrens nach dieser Erfindung bestehen darin, daß der zusätzliche Gasdruck zu einem bestimmten Zeitpunkt

uuf das Gießgut zu wirken beginnt, welcher je nach der konkreten Gußteilgestalt und dem Werkstoff, aus dem eo gefertigt wird, gewählt warden kann, und dieser Druck wird in der Gießform selbst aufgegeben. Damit werden der Formfüllungs- und der

Erstarrungsvorgang beeinflußt und zudem bei geringstem Energieverbrauch gesteuert. Alles das ermöglicht die Fertigung von Gußstücken mit erwünschten und gleichzeitig hohen physikalisch-mechanischen Parametern unabhängig von den Gußteilumrissen. Beispiele für die praktische Umsetzung des Verfahrens sind in den beiliegenden Abbildungen dargestellt:

— Abbildung 1: Prizipschema einer Vorrichtung für die Anwendung des Gießverfahrens, bei dem das Gießgut durch die Gasdruckdifferenz zwischen der \_.oßform und dsm Gießgutgefäß transportiert wird;

— Abbildung 2: vereinfachte Indikatord'agramm des Transportdruckes beim Gießen entsprechend dem Schema in Abb. 1;

— Abbildung 3: schematische Darstellung der Vorrichtung für das Gießverfahren mit atmosphärischem Druck in der Gießform und Aufgabe eines Transportdruckes durch einen Kolben;

— Abbildung 4: Indikatordiagramm des Transportdruckes beim Gießen entsprechend dem Schema in Abb. 3;

— Abbildung 5: Gießschema bei Vakuum in der Gießform und Aufgabe eines Trbnsportdruckes durch die Druckdifferenz der Gasphase;

— Abbildung 6: Indikatordiagramm des Transporidruckes entsprechend dem Schema in Abb. 5;

— Abbildung 7: Schema der Vorrichtung für das Verfahren zum Gießen mit Überdruck in der Gießform und Aufgabe eines Transportdruckes durch die Druckdifferenz in der Gasphase;

— Abbildung 8: Indikatordiagramm des Transportdruckes beim Gießen entsprechend dem Schema in Abb. 7.

Die Vorrichtung für das Verfuhren nach Abb. 1 besteht aus einem Gießgutgefäß 1, das über die Gießgutleitung 2 mit der Gießform 3 verbunden ist. Die Gießform besteht aus zwei Teilen — eirer unteren Formhälfte 31 und einer oberen Formhälfte 32 —, in denen der Formhohlraum 4 ausgebildet ist und in der oberen Formhälfte 32 sind zusätzliche Hohlräume 5 ausgebildet. Das Gießgutgefäß 1 ist über Ventil 7 en die Druckgasquelle β angeschlossen. Der Gasdruck in der Druckgasquelle 6 beträgt P₁; das entspricht auch dem Transportdruck. Das Gießgutgefäß 1 ist mit einem Dtuckschreit er 8 versehen, welcher über den Umformer 9 und das Ventil 10 an den Druckgasbehälter 13 mit dem Hochdruck P₃ angeschlosse ι ist. An ae>< unteren Teil der Ghßfc.m 3 ist ein Multiplikatorzylinder 11 angebaut, welcher über das regelbare Drosselventil 12 und die Rohrleitung mit den zusätzlichen Hohlräumen 5 und zum anderen durch eine Rohrleitung über das Ventil 10 mit dem Druckgasbehälter 13 verbunden ist.

Das Gießen geht bei einer derart gestalteten Vorrichtung wie folgt vonstatten:

Nachdem das Gießgut für das Gießen vorbereitet ist, wird zwischen dem Gießgutgefäß 1 und der Gießform 3 (31,32) eine Druckdifferenz aufgegeben, und über die Gießgutleitung beginnt sich der Formhohlraum 4 zu füllen. Dabei kann in dem System .Gießgutgefäß 1 -Gieform 3* ein Vakuum, atmosphärischer Druck oder Überdruck geherrscht haben. Während des Formfüllungsprozessee steigt der Transportdruck durch die Überwindung der Reibungskräfte und infolge der hydraulischen Höhe des Gießgutes und drr Drosselwlrkung beim Austreten der Gasphase aus den 8elüftung«kanä!en, die sich allmählich und plötzlich nit dem Gießgut füllen. Erreicht das Gießgut eine bestimmte Höh«, im Indikätordiagramm (Abb. 2) mit der Linie A-A und dem Pkt. a gekennzeichnet, verändert der Trensportdruck Pi seil Verhalten, beispielsweise infolge der plötzlichen Querschnittsveränderung des Gußstücks. Auf ein Signaides Druckschreiber* 8 für den Transportdruck P₁ spricht der Umformer 9 an und öffnet das Ventil 10, so daß aus der Überdruckquelle 13 die Gasphase in die noch ungefüllten zusätzlichen Hohlräume 5 der Gießform 3 und in den Multiplikatorzylinder 12 tritt, wodurch sich in der Gießform der Hochdruck F. einstellt. Bei Bewegung des Kolbens des Multiplikatorzytinders 11 wird der Gießgutfluß aus dem Gießgutgefäß 1 unterbrochen, und die Gießform 3 füllt sich vollständig. Nach der Entfernung des Druckes und dem Abkühlen wird das fertige Gußteil ausgestoßen, und der Zyklus beginnt von vorn.

Die Vorrichtung für das Verfahren nach Abb. 3 besteht aus einem Gießgutzylinder 1, der über einen Einlauf kanal mit der Gießform 3 verbunden Ist, die aus einer rechten 31 und einer linken Formhälfte 32 besteht, In welchem der Formhohlraum 4 und ein zusätzlicher Hohlraum 5 (verlorener Kopf) ausgebildet sind. Der Gießgutzylinder 11 ist mit der Druckerzeugungsquelle β mit dem Druck P₁ über das Ventil 7, eine Rohrleitung und den Preßzylinder 18 verbunden, welcher mit dem Druckschreiber 8 versehen ist. Der Preßzylinder 18 ist mit dem Multiplikatorzylinder 11 verbunden, von dem das eine Teil über die Rohrleitung mit dem Formhohlraum 4 und über das Ventil 14 auch mit ^m Druckgasbehälter 13 mit dem Hochdruck P₁ verbunden ist. Der Druckschreiber 8 ist an den Umformer 9 angeschlossen, der über das Ventil 10 mit dem zusätzlichen Hohlraum und dem Multiplikatorzylinder 11 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Umformer 9 und dem zusätzlichen Hohlraum β ist mit einem regelbaren Drosselventil 12 versehen.

Bei dem in Abb.3 dargestellten Schema geht das Gießen wie folgt vonstatten:

Beschreibung des Gußteils: Kfz-Kolbon aus einer Alumhium-Silicium-Legierung mit einem Mantel von 6mm Wanddicke, einem Versteifungsring am unteren Teil des Mantels, mit Verdickungen im Bereich der Sitze des Kolbenbolzens von 20mm Dicke und mit einer Dicke des Kolbenbodens von 25mm.

Das Gießen erfolgt in einer Metallgießform mit zwei Auflagen 3 mit einem zusammengesetzten keilförmigen Kern für die Mittelöffnung und Kernen für die seitlichen Löcher. In der Gießform 3 sind Entlüftungskanäle, ein Einlaufkanal und verlorene Köpfe 5 ausgebildet.

Im Multiplikatorzylinder 11 des Behälters 13 entsteht bei geöffnetem Ventil '4 ein Gasdruck von 60MPa, anschließend wird das Ventil 14 geschlossen und in den Gießgutzylinder 1 eine Portion Gießgut eingefüllt.

Im Preßzylinder 18 und im Multiplikatorzylinder 11 entsteht bei geöffnetem Ventil 7 vom Behälter her ein hydraulischer Druck. Der Kolben des Preßzylinders 18 versetzt das Gießgut in Bewegung, das so den Formhohlraum 4 ausfüllt. Beim Füllen des zusätzlichen Hohlraumes 6 der Gießform 3 verändert sich der Transportdruck P₁, (Abb. 4), der am Druckschreiber 8 abgelesen wird, und wenn der verlorene Kopf S zu einem Teil gefüllt ist, verändert der Transportdruck sein Verhalten (Pkt. a in Abb.4); auf ein Signal des Druckschreibers 8 spricht der Umformer 9 an, der das Ventil 10 öffnot, wobei der Kolben des Multiplikatorzylinders 11 sich in Bewegung setzt und im verlorenen Kopf 5 ein Druck von 300 MPu aufgegeben wird. Dieser Druck bleibt bis zum Abschluß des Erstarrungsprozesses im Gußteil erhalten; anschließend wird der Druck aufgehoben und das Gußteil ausgestoßen. Nach entsprechender thermischer Behandlung weist das so gefertigte Gußteil folgende Parameter auf:

o_B = 32...36 · 10^eN/m'; tS - 27...30 · 10'N/m»; δ > 3%; H₀= 120... 140.

Die Vorrichtung für das Verfahren nach Abb. 5 besteht aus einem Gießgutgefäß 1, das über die Gießgutleitung 2 mit der Gießform 3 verbunden ist; diese besteht aus zwei Teilen—der unteren 31 und der oberen Formhälfte 32 —, zwischen denen sich der Formhohlraum 4 befindet. In der oberen Formhälfte 32 sind zusätzliche Hohlräume 5 (verlorene Köpfe) vorgesehen. Das Gießgutgefäß 11st über Ventil 7 mit der Druckerzeugungequelle β mit dem Druck P₁ verbunden. Das Gießgutgefäß 1 und der

Formhohlraum sind mit dem Druckschreiber 8 verbunden, der mit dem Umformer 9 versehen ist. Der Umformer 9 ist über Ventil 10 an den Hochdruckbehälter 13 mit dem Druck P₁ angeschlossen. Dieser ist über das Ventil 10 mit dem Multiplikatortyiindiir 11, der an die untere Formhälfte angeschlossen ist, verbunden. Der Raum vor dem Kolben des Multiplikatorzylinders 11 ist über das regelbare Drosselventil 12 mit den zusätzlichen Hohlräumen 5 der Gießform 3 verbunden. Der Formhohlraum 3 ist über eine Rohrleitung und das Ventil 16 mit dem Vakuumbehälter 17 verbunden. Bei dem in Abb. 5 dargestellten Schema geht das Gießen wie folgt vonstatten: Beschreibung des Gußteils: Teil einer Kfz-Aufhängung aus Aluminiumlegierung mit einer komplizierten Kombination aus

dünnen und dicken Wandungen von 4... 25mm. Db verdickten Teile sind an drei Stellen konzentriert, die von der Mittelöffnung 300...400mm entfernt sind. Formschwierige Verrippung mit Ausbuchtungen bis zu 90mm.

Das Gießen erfolgt in einer zweiteiligen Metallgioßform, die in einer hermetisierten Kammer angeordnet ist. Die Formteilungsebene der Formhfilften 31 und 32 ist formschwierig gestaltet. In den verdickten Teilen des Gußstückes sind

verlorene Köpfe ausgebildet. In der Gießform sind Entlüftungskanäle und über den verdickten Bereichen des Gußstücks verlorene Köpfe ausgebildet. Die Hohlräume des Gußstücks in den Räumen zwischen den Rippen sind aus Füllstücken gestaltet, zwischen Jenen sich ebenfalls Entlüftungskanäle befinden. Vor Beginn des Gießens wird in der Kammer, in der sich die

Gießform 3 befindet, bei geöffnetem Ventil 16 durch die Quelle 17 ein Vakuum von 0,1 ...0,2MPa aufgegeben. Es entsteht eine Druckdiff« renz zwischen dem Gießgutgefäß 1 und der Gießform, wodurch sich der Hohlraum 4 für das Gußstück füllt. Wenn das Gießgut de Entlüftungskanäle an den Formteilungsebenen verschließt, verändert der Transportdruck sein Verhalten, und auf

ein Signal des Druckschreibers 8 spricht der Umformer 9 an, der das Ventil 10 öffnet. Im Hohlraum 5 der Gießform 3 stellt sich ein Überdruck ein, der durch den Kolben des Multiplikatorzylinders 11 ausgeglichen wird. Dieser Druc bleibt bis zum Anschluß des Erstarrungsprozessee des Gußteile aufgegeben, anschließend wird er entfernt und das Gußteil ausgeworfen. Das Vakuum bleibt nur bis ?ur vollständigen Füllung der Gießform 3 mit dem Gießgut aufgegeben.

Die Vorrichtung für das Verfahren gemäß Abb.? besieht aus einem Gießgutgefäß 1, das über die Gießgutleitung 2 mit der Gießform 3 verbunden ist, die aus einer linken 31 und edier rechten Formhälfte 32 besteht, zwischen denen der Formhohlraum 4

ausgebildet ist. in der linken Formhälfte 1 sind zusätzliche Hohlräume (verlorene Köpfe) 5 ausgebildet. Das Gießgutgefäß 1 ist über Ventil 7 mit der Druckerzeugungsquelle 6 mit dem Druck .°i verbunden. Die Druckerzeugungsquelle 6 ist ebenfalls über

Ventil 15 mit der Gießform 3 verbjnden. An das Gießgutgefäß Ist ein Druckschreiber 8 angebaut, der mit einem Umformer 9

versehen ist, welcher über Ventil 10 mit dem Hochdruckbehälter 13 mit dem Druck P₁ verbunden ist. Der Hochdruckbehälter 13 ist an den Multiplikatorzylinder 11 angeschlossen, der mit der rechten Formhälfte 32 verbunden ist. Der Raum vor dem Kolbon des Multlplikatorzylindore 11 ist über eine Rohrleitung und ein regelbares Drosselventil 12 mit zusätzlichen Hohlräumen 5 verbunden.

Bei dem in Abb. 7 dargestellten Schema geht das GieL en wie folgt vonstatten: Beschreibung dee Gußteils: verripptes Teil, bestimmt für den Einsatz mit Wasserdampf bei 150*C und einem Druck von... MPa

mit Forderungen für Og - 30...32- 10*N/m*und6_e > 20%.

Das Gießen erfolgt in einer Motallform mit zwei Auflagen, dio mit einer elastischen Dichtung versehen ist. Zwischen dem Dichtungsring und dem Hohlraum der Gießform ist ein tiefer, breiter Kanal ausgespart, der über Belüftungskanäle mit dem Formhohlraum verbunden ist. In der Gießform sind Belüftungskanäle und Raum für einen verlorenen Kopf ausgebildet In das Gießgutgefäß 1 wird das Gießgut (technisch reines Zn) zugeführt, das unter einem Druck von 10 · 10'N/m² mit Stickstoff

barbotiert wird. Anschließend wird das System .Gießgutgefäß 1 -Gießform 3" mit einem Druck von 10 10* N/m¹ beaufschlagt..

Es entsteht eine Druckdifferenz, und die Gießform 3 füllt sich bis zur Linie A-A (Pkt. a in Abb. 8) mit Gießgut. Der Transportdruck

verändert sein Verhalten. Auf dao Signa! des Druckschreibers 8 spricht der Umformer 9 an, der das Ventil 10 öffnet, wodurch sich in dem noch nicht gefüllten Hohlraum 5 der Gießform 3 ein Druck von 96 · 10* N/m² einstellt, der durch den Druck in dem

Multiplikatorzylinder 11 ausgeglichen wird. Bei Bewegung des Kolbens des Multiplikatorzylinders 11 wird der Zustrom von Gießgut aus dem Gießgutgefäß 1 gestoppt, und die Gießform 3 füllt sich unter Hochdruck. Nach dem Erstarren des Gießgutes

wird der Druck von der Gießform 3 genommen, die Gießform abgekühlt und das Gußstück ausgestoßen.

Claims

1. Druckgießverfahren, bei oem das Gießgut aus einem Gießgutgefäß infolge einer Druckdifferenz zwischen dem Gießgutgefäß und der Gießform uirssportiert wird und die Gießform füllt und beim Füllen der Gießform auf das Gießgut ein Vakuum, atmosphärischer oder erhöhter Gasdruck wirkt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß nach Füllung der Gießform mit Gießgut bis zu einer bestimmten Höhe in dem noch nicht gefüllten Hohlraum der Gießform oder in einem oder mehreren noch nicht gefüllten selbständigen Hohlräumen in ihr ein zusätzlicher Gasdruck aufgegeben wird, der deutlich höher als der in diesem Moment in der Gießform wirkende Druck ist, wobei der zusätzliche Gasdruck gleichzeitig mit einem Gegendruck ausgeglichen wird, der von der anderen Seite der Gießform aufgegeben wird.

2. Verführen gemäß Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der zusätzliche Gasdruck bis zum vollständigen Erstarren des Gießgutes in der Gießform aufrechterhalten wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der zusätzliche Gasdruck vom Moment seiner Aufgabe bis zum Abschluß des Erstarrens des Gießgutes in der Gießform kontinuierlich erhöht wird.