DE10005122A1 - Verfahren und Extruder zur Thixoextrusion von Leichtmetallen - Google Patents
Verfahren und Extruder zur Thixoextrusion von LeichtmetallenInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
- B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Thixoextrusion von Leichtmetallen, insbesondere von Aluminiumwerkstoffen, in einem Extruder. DOLLAR A Kennzeichnend ist der Einsatz eines Mehrwellenextruders, bevorzugt eines Zweiwellenextruders (1), mit vorzugsweise gegenläufig angetriebenen Schneckenwellen (2, 3).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Thixoextrusion von Leichtmetallen, insbesonde
re von Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen sowie Aluminium bzw. Aluminiumlegie
rungen gemäss des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie einen geeigneten
Thixoextruder.
Es ist bekannt, Kunststoffe, Metalle und deren Legierungen zu extrudieren. Bei Metallen
und Legierungen sind die Ausgangswerkstoffe fest und von dendritischer Struktur, das
Füllmaterial wird in Form von Spänen, Pellets oder dergleichen dem Extruder zugeführt.
Nach den US-PS 4694881 und 4694882 wird ein semi-solid Material, z. B. Aluminium-
oder Magnesiumwerkstoffe dadurch hergestellt, dass das zerkleinerte Ausgangsmateri
al mit beliebiger Struktur einem Einwellenextruder zugeführt und erwärmt wird. Das
Material wird im Extruder bis oberhalb der Liquidustemperatur erwärmt und muss
nachfolgend wieder auf eine Temperatur oberhalb der Solidustemperatur gekühlt wer
den. Das insoweit gekühlte Material wird im Extruder einer Scherung ausgesetzt, die
ausreichend ist, die Dendriten wenigstens teilweise aufzulösen. Eine ähnliche Verfah
rensweise offenbart die US-A-5040589, allerdings mit den wesentlichen Unterschieden,
dass die Erwärmung kleiner als die Liquidustemperatur ist und dass die Scherung durch
ein Aufstauen in einer "accumulating zone" unterbrochen wird.
Nach der DE-C-11 47 832 ist es aber auch bekannt, das Material nur bis zur Pressfliess
druckgrenze zu erwärmen, so dass ein Kühlen gemäss der vorgenannten US-Patente
entfallen kann. Nach der US-A-2249353 kann das Material auch schon vor dem Extru
dieren erhitzt werden.
Nach der US-A-5501266 erfolgt eine Kühlung erst während einer Scherung im Extruder.
Das zu extrudierende Material kann durch eine Spülung mit Inertgasen geschützt sein.
Auf Grund der verwendeten Einwellenextruder ist die Mischwirkung jedoch vergleichsweise
gering, die immanente Schleppströmung verhindert eine Selbstreinigung des Ex
truders.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Thixoextrusion von
Leichtmetallen zu entwickeln, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet
und zudem ein Recycling von Abfallmaterial ermöglicht. Diese Aufgabe wird mit dem
Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Extruder zur Thixoextrusion zu entwickeln.
Durch ein Extrudieren im Mehrwellenextruder, bevorzugt ein Zweiwellenextruder, ergibt
sich nicht nur eine gute Mischwirkung, sondern infolge der Zwangsförderung auch eine
Selbstreinigung. Ebenso ist die Gefahr der Verstopfung niedrig. Das Verweilzeitspek
trum ist gering und die erzielbare Produktqualität konstant. Es entsteht nur wenig Ab
fallprodukt und die Betriebskosten sind niedrig.
Es kann beliebig strukturiertes Ausgangsmaterial verwendet werden, so dass auch Re
cyclingmaterial verwendet werden kann.
Es muss allerdings in Kauf genommen werden, dass die Investitionskosten für den Ex
truder höher sind als bei einem Einwellenextruder.
Auf Grund der sehr unterschiedlichen Verfahrensweisen ergibt der Stand der Technik
keine naheliegenden Hinweise auf die Verwendung eines Mehrwellenextruders.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung
näher beschrieben, ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform begrenzt. Die Zeichnung
zeigt in der einzigen Figur in einer Teildarstellung einen Zweiwellenextruder 1 mit zwei
gegenläufig angetriebenen Schneckenwellen 2, 3. Die Schneckenwellen 2, 3 sind in
üblicher Weise in einem Arbeitsraum 6 in einem Gehäuse 4 des Extruders angeordnet.
Das Gehäuse 4 enthält übliche Heizelemente 5.
Die Beschickung des Zweiwellenextruders 1 kann durch bekannte volumetrische oder
gravimetrische Dosiersysteme erfolgen.
Das Beschickungsmaterial kann flüssig oder fest sein welches jedoch den Eingus
strichter und die Schnecken nicht verstopfen darf. Bevorzugt sind nadelförmige Granu
late mit einer Breite zwischen 1,5 und 2 mm und einer Länge zwischen 4 und 4,5 mm.
Recyclingmaterial sollte vor der Verarbeitung über einen gewissen Zeitraum auf erhöh
ten Temperaturen (z. B. grösser 150°C) gelagert werden, damit sich eventuell vorlie
gende Feuchtigkeit verflüchtigen kann.
Innerhalb des Extruders wird das Material gefördert, (zumindest teilweise) erschmolzen
und geschert.
Im Falle eines gegenläufigen Zweiwellenextruders 1, wird das Material der einen Kam
mer ohne nennenswerten Austausch mit der anderen Kammer vom Trichter bis zum
Schneckenende gefördert.
Der gleichlaufende Zweiwellenextruder 1 übergibt bei jeder Umdrehung das Material
vom Kanal der einen in den der anderen Schnecke. Durch die Umlagerung legt das
Material längere Wege zurück und erfährt eine höhere Scherbelastung, was zur Erzeu
gung eines globulitischen Gefüges relevant ist.
Das Eingiessen (Einspritzen) kann auf unterschiedliche Weise erfolgen:
Die werkzeugseitige Öffnung wird zunächst durch eine Düse geschlossen. Daher ent
steht durch das schon geförderte Material ein Druck auf die Schnecken, die sich axial
nach hinten bewegen (Verdrängung). Der nun vor den Schnecken liegende Raum
(Schneckenvorraum) füllt sich mit der für einen Schuss notwendigen Masse. Daraufhin
wird die Düse geöffnet.
Auf die im Schneckenvorraum befindliche Masse wird nun ein Einspritzdruck ausgeübt,
der gross genug ist, um die Form zu füllen. Dies geschieht in dem die Schnecken axial
nach vorne bewegt werden.
Zum Einpressen kann auch die Schneckengeschwindigkeit erhöht werden, so dass das
dann schnell nachfliessende Material den hohen Druck auf das Material im vorderen
Bereich ausübt., hierzu ist keine axiale Bewegung der Schnecken notwendig.
In einem anderen Fall kann das teilflüssige oder flüssige Material in eine herkömmliche
Druckgusskammer extrudiert werden und dann mit einem Giesskolben in die Form ge
schossen werden. Die Extrusion in die Giesskammer kann von oben, unten oder jeder
seitlichen Position aus erfolgen. Um Sauerstoffzutritt zu vermeiden, ist die Giesskam
mer nur an dieser Stelle geöffnet.
Zur Vermeidung einer Oxidation im Extruder wird Schutzgas, z. B. eine Mischung aus
CO2, SF6, N2 oder Ar möglichst mit einem Druck < 1 bar so eingesetzt, dass oberhalb
des flüssigen Bereiches eine inerte Gasatmosphäre herrscht. Man erhält einen konti
nuierlichen Fluss indem an dem gegenüberliegenden Ende des Einflusses das Gas
durch Abluftrohre oder Entlüftersysteme abgesaugt wird. Hierdurch kann die Form ohne
Oxidhautabscheidung konzipiert werden, was gegenüber dem konventionellen Thixo
cast (SSM) einen geringeren Giessrest zur Folge hat.
Durch die Zylinderheizung (Heizelemente 5) wird der Zweiwellenextruder 1 aufgeheizt
und an die günstigste Materialtemperatur angepasst. Dabei liegt die Heiz- und Kühllei
stung abhängig vom eingesetzten Material/Legierung und der Ausgangstemperatur zwi
schen 20 und 50 kW. Die abgeschätzte Motorleistung von bis zu 50 kW ist stark abhän
gig von der Extrudergrösse. Als Temperiersystem dienen Widerstandsheizelemente 5,
es können aber auch andere elektrische Aufheizmethoden angewandt werden. Zur
Kühlung kann ein Wärmeträgermedium verwendet werden, das in direktem Kontakt mit
der Zylinderaussenwand steht.
Der Zweiwellenextruder 1 wird in mehrere Abschnitte, die getrennt voneinander tempe
riert werden können, unterteilt, so ist es möglich, entlang des Zylinders einen Tempe
raturgradienten einzustellen.
Die Anschnittgeschwindigkeit liegt zwischen 50 und 60 m/s und ist stark abhängig von
der Form, der Formtemperatur und dem Flüssiganteil im Werkstoff.
Eine Demontage des Zweiwellenextruders 1 bei Legierungswechsel ist nicht erforder
lich. Durch beispielsweise 3 Fehlschüsse des neuen Legierungsmaterials selbst kann
die Reinigung des Zweiwellenextruders 1 erfolgen.
Claims (11)
1. Verfahren zur Thixoextrusion von Leichtmetallen, insbesondere von Ma
gnesium- oder Aluminiumwerkstoffen durch Beschickung eines Extruders mit dem Aus
gangsmaterial, Aufheizung und Längsförderung des Materials im Extruder, wobei das
aufgeheizte Material im Verlauf der Förderbewegung eine Scherbeanspruchung unter
hohem Druck erfährt und anschliessend den Extruder durch eine Austrittsdüse oder ein
Formwerkzeug verlässt, dadurch gekennzeichnet, dass das Material einer Zwangsför
derung unterzogen wird und die Aufheiztemperatur mindestens oberhalb Tsolid liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aus
gangsmaterial in fester Form oder schmelzflüssig dem Extruder zugeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Austrittsgeschwindigkeit des Materials im Anschnitt 5-100 m/s beträgt und
dass das Abfahren eines vorgegebenen Profils echtzeitgeregelt erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austritts
geschwindigkeit durch Vorfahren oder in einer Relativbewegung erreicht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherung
durch Schnecken und/oder Scheibenelemente und/oder durch mechanische Umlen
kung erfolgt.
6. Verfahren zur Thixoextrusion von Leichtmetallen, insbesondere von Alu
miniumwerkstoffen oder Magnesiumwerkstoffen in einem Extruder dadurch gekenn
zeichnet, dass als Extruder ein Zwei- oder Mehrwellenextruder verwendet wird.
7. Extruder zur Thixoextrusion von Leichtmetallen, insbesondere von Alumi
nium- oder Magnesiumwerkstoffen, der eine Beschickungsöffnung für das Material, eine
Schneckenwelle mit Schnecken- und/oder Scheibenelementen, ein beheizbares Gehäuse,
mindestens eine Entgasungsöffnung und eine Austrittsdüse oder dergleichen für
das Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder mindestens zwei
Schneckenwellen (2, 3) enthält.
8. Extruder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnec
kenwellen (2, 3) gleich- oder gegenläufig antreibbar sind.
9. Extruder nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
dass in einem Arbeitsraum (6) mechanische Umlenkelemente (7) angeordnet sind.
10. Extruder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkelemente (7)
winklig zueinander angeordnet sind.
11. Extruder nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass er ein Zweiwellenextruder (1) ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000105122 DE10005122A1 (de) | 2000-02-07 | 2000-02-07 | Verfahren und Extruder zur Thixoextrusion von Leichtmetallen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000105122 DE10005122A1 (de) | 2000-02-07 | 2000-02-07 | Verfahren und Extruder zur Thixoextrusion von Leichtmetallen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10005122A1 true DE10005122A1 (de) | 2001-08-09 |
Family
ID=7629951
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2000105122 Withdrawn DE10005122A1 (de) | 2000-02-07 | 2000-02-07 | Verfahren und Extruder zur Thixoextrusion von Leichtmetallen |
Country Status (1)
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DE (1) | DE10005122A1 (de) |
Cited By (1)
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- 2000-02-07 DE DE2000105122 patent/DE10005122A1/de not_active Withdrawn
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