DE1963102A1

DE1963102A1 - Verfahren zur Herstellung von komplizierten Spritzgussstuecken

Info

Publication number: DE1963102A1
Application number: DE19671963102
Authority: DE
Inventors: Bauer Alfred Ferdinand
Original assignee: NAT LEAD CO; NL Industries Inc
Current assignee: NAT LEAD CO; NL Industries Inc
Priority date: 1968-12-26
Filing date: 1967-04-24
Publication date: 1970-07-09
Also published as: SE357146B; BR6915535D0; CH497934A; US3595301A; NL6918993A; BE743676A; FR2027151A1; GB1273066A

Description

Verfahren zur Herstellung von komplizierten Spritzgußstücken

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum wiederholten Herstellen von komplizierten Spritzgußstücken
und betrifft insbesondere ein Verfahren, bei welchem eine in großem Maß vereinfachte Vorrichtung verwendet wird.

Bei den im Spritzgußverfahren hergestellten komplizierten Teilen, die Hinterschnitte und Ausnehmungen aufweisen, ist es
bisher üblich gewesen, die Spritzgußform mit einer Vielzahl von beweglichen Kernen auszustatten, die aus der Matrize der Spritzgußform herausgezogen werden können, um ein Ausdrucken des Gußstückes zu gestatten. Die beweglichen Kerne machen es notwendig, daß die Spritzgußmaschine häufig an allen sechs
Seiten der Spritzgußform bzw. der Kokille mit einem komplizierten Steuermechanismus ausgestattet wird, der zum richtigen Zeitpunkt im Arbeitsablauf der Maschine arbeitet, um die Kerne einzusetzen und herauszuziehen. Die vorliegende Erfindung gestattet die Beseitigung all dieser Kerne und ihrer
Steuer- •jahanlsraen.

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Weiterhin haben komplizierte Spritzgußstücke im allgemeinen verschiedene Teile mit sehr unterschiedlichen Wandstärken. Bei der Herstellung von gerippten Teilen für die Luftkühlung eines erhitzten Körpers, wie beispielsweise eines Zylinders einer Verbrennungsmaschine oder anderer Teile, die eng aneinander liegende Rillen haben, bilden die Rippen und Rillen Abschnitte, die lang und dünn sind, während der Grundkörper, von dem die Rippen vorstehen oder in welchem die Rillen ausgeformt sind, vergleichsweise verhältnismäßig dick und massiv ist. Bei den im Spritzgußverfahren hergestellten Teilen dieser Art ist es erforderlich, die verschiedenen Kokillenflächen unterschiedlich zu kühlen, da sich die Wärmeaufspeicherung in der Kokille von Fläche zu Fläche als eine Funktion der Oberflächenausdehnung der Kokille und der Masse des Metalls ändert, dem jede Flächenzunahme ausgesetzt ist. So muß bei einer gerippten Fläche nur eine geringe Wärmemenge vom Gußstück abgeführt und nur eine geringe Menge Kühlwasser zugeführt werden, während der Grundkörper des Gußstücks eine viel größere Wärmemenge enthält, die in die Kokille geleitet werden muß, und folglich die dem Grundkörper gegenüberliegende Kokillenfläche aufgrund der großen Menge an Schmelze, der sie ausgesetzt ist, rasch gekühlt werden muß. Diese Kokillenfläche braucht dann eine wesentlich größere Menge an Kühlwasser. Die vorliegende Erfindung beseitigt alle Kühlprobleme durch eine Kokille, die bei jedem Gießvorgang oder bei jeder Spritzung vollständig aus der Maschine herausgenommen, zerlegt, vorgekühlt oder vorgewärmt und wieder zusammengebaut und wieder in die Maschine für die nächste Spritzung eingesetzt wird.

Die Verwendung von losen Teilen zur Ausbildung von Hinterschnitten., in einem Spritzgußstück ist wohlbekannt· Manchmal werden die losen Teile als Ersatz für die vorher erwähnter* beweglichen Kerne oder in Verbindung mit diesen Keni-sa rerwendet. Diese losen Teile oder Stücke werden in die Kokille

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eingesetzt, während die starren Kokillenteile an den Masohinenplatten angeordnet sind und mit dem später zu entfernenden Gußstück ausgedrückt werden. Im allgemeinen werden die losen Teile oder Stücke nicht gern verwendet, da es sehr schwierig und unbequem ist, sie richtig in eine heiße Maschine einzubringen. Auch aus vielen anderen Gründen werden die losen Teile oder Stücke nicht gern verwendet,und man bedient sich ihrer nur als Notbehelf, wenn das Gußstück nicht auf eine andere wirtschaftliche Weise hergestellt werden kann.

Im großen und ganzen umfaßt die vorliegende Erfindung ein Verfahren, bei welchem eine Vielzahl von Kokillenkernen und Abdruckelementen vorgesehen ist. Die Kokillenelemente werden eingeschmiert und auf eine geeignete, vorgewählte Temperatur gebracht und zu einer einheitlichen Kokillenform zusammengebaut. Die einheitliche Kokillenform wird dann in oder zwischen die Pressentische einer herkömmlichen Spritzgußmaschine eingesetzt, die Maschine wird anschließend geschlossen und danach die Spritzung ausgeführt. Nach dem Einspritzen des Spritzgußmetalls wird die ganze Kokille mit ihrem darin enthaltenen Gußstück aus der Maschine herausgezogen und auseinandergebaut. Das Gußstück wird nun aus der Kokille entfernt und die Kokillenteile werden wieder durch die Heizung, die Einschmiervorrichtung und die zum Gießvorgang gehörenden Einrichtungen geführt.

Da alle Teile der Kokille, die in der zusammengebauten einheitlichen Kokille enthalten sind, für die Vorbehandlung außerhalb der Maschine verfügbar sind und vor dem Zusammenbau genau auf die gewünschte Temperatur gebracht werden können, braucht die Maschine nicht mit de» herkömmlichen Kühlwasserverbindungen ausgestattet zu werden. Es entsteht auch nicht das Problem, daß aufgrund der Wärmeaufspeicherung als Folge der aufeinander erfolgenden Spritzungen ein Kokillen-

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teil heißer als das andere wird· Ferner ist zu sehen, daß auch nicht das Problem auftritt, daß die Kokille ungenügend geschmiert wird, da jedes Element und Teil der Kokille in ein Schmiermittelbad getaucht werden kann, das auf einer geeigneten Temperatur gehalten wird, während jedes Element von den anderen Elementen getrennt gehalten wird, die vor dem Zusammenbau und Einsetzen in die Masohine zur Bildung der vollständigen Kokillenform abgezogen werden·

Die Bedienungsperson einer Maschine, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, braucht nicht bloße Teile oder Stücke in eine an den Maschinenplatten befestigte Kokille einzusetzen und ist so von der unerfreulichen Aufgabe entlastet, in einem heißen Raum zwischen den Kokillenplatten zu arbeiten, wenn die Maschine offen ist.

Viele andere Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung einer in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsform hervor. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Sarstellung in auseinandergezogene.r Form einer Vielzahl von Kokillenkernen und Abdruckelementen vor dem Zusammenbau zusammen mit einem fertiggestellten Gußstück;

Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine Spritzgußmaschine mit weggebrochenen Teilen, in welche die in Fig. 1 dargestellten und zusammengebauten Elemente eingebracht worden waren, und

Fig. 3 eine Teilansicht auf die geöffnete Spritzgußmaschine und die zusammengebauten Kokillenelemente während des Beschickens vor einem Spritzvorgang.

Die Zeichnungen zeigen nacheinander die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, Zur Erläuterung des er-

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findungsgemäßen Verfahrens wurde ein Spritzgußstück mit einem gerippten Teil gewählt, das mit Kernen versehen ist, die aufeinander senkrecht stehenden A: isen angeordnet sind. Dieses hypothetische Spritzgußteil wurde deshalb gewählt, weil es unterschiedliche Wandstärken aufweist und so gestaltet ist, daß normalerweise Seitenkerne erforderlich wären, und weil weiterhin bei diesem Teil normalerweise sorgfältig aufeinander abgestimmte Kerne erforderlich wären, die schwierig zu kühlen sind und darüberhinaus während ihrer Handhabung einer Bruchgefahr ausgesetzt sind. Das gewählte Teil ist so ausgestaltet, daß es sichtlich unmöglich wäre, es mit den bekannten Spritzgußverfahren und Spritzgußvorrichtungen herzustellen.

Pig. 1 zeigt im allgemeinen die Teile, die zur Bildung eines Spritzgußteils mit Rippen und Kernbohrungen erforderlich sind. Wie dargestellt, kann eine Abdruckplatte 10 als das Element genommen werden, auf das die restlichen Kernteile bezogen sind. Die Abdruckplatte 10 ist mit einem Mittelkernelement 11 versehen und ist Seitenkernelementen 12 und 13 zugeordnet, die zusammenwirken, um einen ringförmigen Kern zu bilden, der im Inneren eines Gußstücks von einem Ende zum anderen eine abgestufte Bohrung bildet. Das Mittelkernelement 11 bildet eine Bohrung, die auf einer Seite des Gußstücks eintritt und die von den Seitenkernelementen 12 und 13 gebildete Bohrung in einem rechten Winkel schneidet.

Gegenüber der Abdruckplatte 10 weist das Gußstück Rippenflächen auf, deren Rippen zu einer Mittelfläche konvergieren, die mit Rippen versehen ist, die senkrecht zur Teillinie des Gußstücks verlaufen. Bei jeder bekannten Spritzgußvorriohtung wäre es vollkommen unmöglich, ein derartiges Gußstück herzustellen, ohne auf eine außerordentlich komplizierte und kostspielige Maschine zurückgreifen zu müssen. Die gerippten Abschnitte werden durch die drei Kokillenteile 15.» 16 un* 17 gebildet.

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Um das Gußstück noch etwas komplizierter zu machen, wurde angenommen, daß obere und untere Kanäle 19 und 20 in einer Wand gegenüber der Rippenfläche ausgebildet werden müssen· Diese Kanäle werden durch Kernstifte 21 und 22 gebildet, die in der Abdruckplatte 10 gehalten sind und auf divergierenden Achsen in die Matrize vorstehen. Die Zapfen 21 und 22 müssen entfernt werden, bevor das Gußstück aus der Kokille genommen werden kann. Bei einer herkömmlichen Maschine, wo das Gußstück in Richtung der Achse der Maschine entfernt wird, besteht keine Möglichkeit, Kernzapfen zu verwenden, die divergierende oder konvergierende Kanäle in der gezeigten Form bilden. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch, wird das Ausbilden derartiger Kanäle eine einfache Sache, da die Kernzapfen außerhalb der Spritzgußmaschine in die Abdruckplatte eingesetzt und aus der Abdruckplatte entfernt werden.

Wenn die Kokillenteile zusammengesetzt worden sind, wird die einheitliche Anordnung, in Fig. 2 mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet, mit Hilfe irgendeiner geeigneten Beschickungsvorrichtung in die Spritzgußmaschine eingesetzt. In den Fig. 2 und 3 ist eine herkömmliche Spritzgußmaschine dargestellt, die einen ortsfesten Pressentisch 31 und einen beweglichen Pressentisch 32 aufweist, der in üblicher Weise von einem herkömmlichen, nicht dargestellten Betatigungszylinder betätigt wird. Eine herkömmliche Platte zur Betätigung von Ausdrückzapfen ist zwischen den Enden der Maschine angeordnet und wird von einem nicht dargestellten Ausdrückzylinder betätigt. Der Ausdrückzylinder und die Platte für die Ausdrückzapfen bewegen die Ausdrückzapfen 38 und 39 vorwärts, so daß die gesamte Anordnung 30 aus der Maschine in die in Fig. 3 dargestellte Lage nach der Vollendung des Spritzvorgangs bewegt wird.

Ein Kokillenhalter .40, der normalerweise ein Teil der -^esk~ kokille einer Maschine wäre, ist an dem ortsfesten I?ressen-

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tisoh 31 befestigt und ein zweiter Halte 41 ist an dem beweglichen Pressentisoh 32 der Maschine befestigt. Unter normalen Umständen würde der Kokillenhalter 41 die Kokillenhälfte zum Ausdrücken aufweisen und mit einer Kokillenmatrize und all den üblichen Kühlleitungen versehen sein, die erforderlich sind, um die Seile auf einer gewünschten Temperatur zu halten«

Eine Spritihülse 42 ist an dem ortsfesten Pressentisch 31 der Maschine befestigt und erstreckt sich durch den Fressentisch der Maschine und den Kokillenhalter 40. Die Spritzhülse endet an einer gewöhnlichen Eingußöffnung 43, die mit einem Eingußkanal 44 im unteren Ende der Platte 10 in Verbindung steht. Der Eingußkanal erstreckt sich nach oben in den Kokillenraum um den Kern 11 und den Raum zwischen dem Kern 11 und dem Best der Kokillenelemente, wenn die letzteren wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt zusammengebaut sind.

Wenn die zusammengebauten Kokillenelemente in die Maschine eingebracht worden sind, kann das Metall in die Spritzhülse 42 gegossen und auf normale Weise durch einen geeigneten Spritzzylinder 44 in die Kokille hineingedrückt und der Guß unter den bei Spritzguß üblichen hohen Drücken vollendet wer-

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den. Diese Drücke können zwischen 140 kgp/cm und 570 kgp/cm liegen.

Wenn der Guß vollendet ist, wird die gesamte Anordnung, wie in Fig. 3 gezeigt, aus der Maschine ausgedrückt. In diesem Fall schließen die zusammengebauten Kokillenelemente 30 zwischen sich das Gußstück ein.

Wenn die zusammengebauten Kokillenelemente und das Gußstück aus der Maschine entfernt worden sind, werden die Kokillenelemente, wie in Fig. 1 gezeigt, auseinandergenommen, damit

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das fertiggestellte Gußstück 45 von den Kokillenelementen entfernt werden kann. Die Art des Auseinandertaus ist auch in Fig. 1 dargestellt. Die Kokillenelemente werden in vier Richtungen auseinandergezogen. Der Kokillenteil 17» der die · mittlere Rippenfläche bildet, kann zuerst entfernt werden, worauf die Kokillenteile 15 und 16 für di* danebenliegenden Rippenflächen ohne Störung herausgezogen werden können. Daraufhin können die Kernzapfen 21 und 22 aus ihren öffnungen in der Platte 10 herausgezogen werden. Die Andrückplatte 10 kann zurückgezogen werden und die oberen und unteren Kokillenteile 12 und 13 werden schließlich zurückgezogen, um das Gußstück freizugeben.

Die Kokillenelemente 10, 12, 13, 15, 16, 17, 21 und 22 können dann in ein Schmiermittelbad, gebracht werden, das auf einer geeigneten Temperatur gehalten wird. Das Schmiermittelbad kann beispielsweise auf einer Temperatur von 15O⁰O (30O⁰P) gehalten werden und ein Sohaiermittel in der Form einer Graphitsuspension kann in dem Bad enthalten sein. Die Kokillenelemente sind bestrebt, die Temperatur des Bades anzunehmen. Im Bad legt sich auch auf den Kokillenelementen ein dünner Überzug des Schmiermittels ab. Nach einer vorherbestimmten Zeit werden die Teile aus dem Wärmebad herausgenommen und getrocknet und anschließend, wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, zusammengebaut. Da die Kokillenteile in warmem Zustand aus dem Bad herausgenommen werden, verdampft das Lösungsmittel auf der Oberfläche der Kokillenteile und hinterläßt einen einheitlichen, sehr dünnen Graphitüberzug auf den Stahlflächen der Kokillenelemente, um den Kokillenstahl gegen ein Anschmelzen während des nächsten Spritzvorgangs zu schützen. Bei der gegenwärtigen Übung, bei der die Schmierung durch eine Bedienungsperson erfolgt, welche die Kokille zwischen den einzelnen Spritzungen in der Maschine reinigt, erfolgt die Schmierung willkürlich und unverläßlich. Die Bedienungsperson schmiert die Kokille, wenn

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sie glaubt, daß eine Schmierung erforderlich ist, und häufig wird die Bedienungsperson nicht alle Teile schmieren, die eine Schmierung notwendig haben.

Die vorliegende Erfindung schafft also ein Spritzgußverfahren zur Herstellung von komplizierten Teilen und beseitigt das Kernheben, das bei derartigen Spritzgußverfahren normalerweise auftritt· Die komplizierte Matrize wird aus einer Vielzahl von einander zugeordneten Kokillenstücken gebildet, die aus der Spritzgußmaschine mit dem Gußstück ausgedrückt werden. Die Kokillenstücke, Kerne und Matrizenabdrucke kön-^r nen in der in Fig. 1 dargestellten Reihenfolge durch mechanische, pneumtaische oder hydraulische Kräfte auseinandergezogen und voneinander durch Schall- oder Ultraschallvibration gelöst werden, so daß das Gußstück von den Kokillenteilen mit einer verhältnismäßig geringen Kraft getrennt werden kann.

Es ist auch zu sehen, daß die vorliegende Erfindung das äußerst komplizierte Kühlwassersystem beseitigt, welches die Herstellungskosten der gegenwärtigen Kokillen erheblich erhöht und darüberhinaus den Betrieb der Kokillen sehr teuer macht. Die Löcher für die Wasserkühlung, die bis jetzt in eine Kokille gebohrt werden, sind durch die Form der Kokillenteile, durch die Lage der Ausdrückzapfen, durch die Kernöffnungen und die Einsetzstücke begrenzt, so daß das gegenwärtige Kühlwassersystem niemals vollkommen ist und zu ungleichen Temperaturen und Restspannungen führt, die eine Brandrißbildung im Kokillenstahl verursachen. Das herkömmliche Kühlwassersystem wird aufgrund der vorliegenden Erfindung durch ein einfaches Eintauchen der Kokillenteile zu einem vorherbestimmten Zeitpunkt, wie oben erläutert, ersetzt.

Je nach Wunsch können mechanische Beschickungsvorrichtungen verwendet werden, wenn die zusammengebauten Kokillenteile schwer sind.

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Es ist ein Charakteristik^ der Kokillenelemente, die zur Herstellung von schweren Gußstücken verwendet werden, daß sie sich leicht überhitzen und daß sie leicht anschmelzen und den Spritzgußvorgang verlangsamen, da sie zwischen den aufeinanderfolgenden Spritzungen eine längere Kühlzeit brauchen. Bei den erfindungsgemäßen beweglichen Kokillenteilen jedoch werden die dicken Abschnitte nur durch eine einzige Spritzung erwärmt und können dann in geeigneter Weise gekühlt und auf die gewünschte, einheitliche Anfangstemperatur gebracht werden. Bei den bisher üblichen Verfahren absorbieren die von der Schmelze umgebenen Kerne mit jeder Spritzung eine zusätzliche Wärmemenge. Wenn der Querschnitt des Kernteils und die Wasserkühlung nicht den gleichen Betrag an Wärmemenge vor der nächsten Spritzung abführen, erhöht sich die Wärmemenge und steigt die Temperatur des Kerns immer mehr, was bedeutet, daß der Spritzrhythmus verlangsamt werden muß, um die dünnen Kernteile abkühlen zu lassen und eine örtliche Überhitzung zu vermeiden» Auch bei langsamen Spritztakten überhitzen sich dünne Kernabschnitte häufig und schmelzen an und neigen zu vorzeitigem Ausfall.

Ein anderer wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß in vielen großen Kokillen kleine Kerne in der Deckkokille oder der Ausdrückkokille oder an einem der Seitenkerne liegen, die nur durch das Auseinandernehmen der gesamten Kokille ersetzt werden können, was Stunden oder auch Tage dauern kann. Wenn bei dem neuen Verfahren gemäß der Erfindung irgendein Kern ausfällt, kann er sofort während de& nächsten Zusammensetzvorgangs ersetzt werden, da die vorliegende Erfindung beabsichtigt, daß Kokillenersatzteile immer in der Anzahl verfügbar sind, die für den kontinuierlichen Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich ist» bei welchem eine vollständige Kokille zusammengebaut wird_? eine andere in der Spritzgußmaschine und eine dritte Kokille beim Auseinandernehmen ist.

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Der Vorteil eines geeigneten Vorwärmens der Matrizenteile Tor der ersten Spritzung beseitigt andere Nachteile, die un-Teränderlich die gegenwärtigen Spritzgußverfahren begleiten. Gegenwärtig werden die Kokillen mit Brennern vorgewärmt, aber die Kokillen erreichen nie die Arbeitstemperatur, bei der gute Spritzgußstücke hergestellt werden können, bevor nicht einige Spritzungevorgänge vorgenommen worden sind. Es 1st augenblicklich üblich, zwischen 5 und 30 Spritzgußstücke wegzuwerfen, wenn der Spritzgußvorgang beginnt. Die Beseitigung dieses Anfangeausschueses durch das erfindungsgemäße Verfahren erhöht den Wirkungsgrad des Systems.

Die vorliegende Erfindung beseitigt natürlich alle winkelförmigen mechanischen Kernstützen, die in der Maschine liegen, so daß die Spritzgußmaschine selbst viel einfacher gebaut werden kann.

Die Erfindung hat noch andere Vorteile, die für einen Fachmann selbstverständlich sind. Viele Abwandlungsformen der einzelnen Stufen dee erfindungsgemäßen Verfahrens können vorgenommen werden, ohne dabei jedoch den Umfang der Erfindung zu verlassen·

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Claims

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1. Verfahren zum wiederholten Herstellen von komplizierten Spritzgußstücken, dadurch gekennzeichnet , daß eine Gruppe von trennbaren Kokillenkernen und Abdruckteilen zu einer einheitlichen Kokille zusammengebaut werden, die mindestens eine vollständige Kokillenmatrize bzw. einen Kokillenhohlraum aufweist, und die einheitliche Kokille zwischen die Pressentische einer Spritzgußmaschine eingesetzt wird und anschließend die Pressentische der Spritzgußmaschine geschlossen werden, um die Teile der einheitlichen Kokille in zusammengebautem Zustand zu halten, und daß Metall unter hohem Druck in die Kokille zur Bildung eines Spritzgußstücks eingespritzt wird und die Kokille zusammen mit dem darin befindlichen Spritzgußstück aus der Spritzgußmaschine entfernt wird und anschließend die Kokille auseinandergebaut wird, um ihr das Spritzgußstück zu entnehmen und die Kerne und die Abdruckelemente zu trennen, und daß die Gruppe der trennbaren Kerne und Abdruckelemente für die Wiederholung des Vorgangs wieder zusammengebaut werften.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chn e t , daß jeder Kokillenkern und jedes Abdruckelement auf eine vorherbestimmte Arbeitetemperatur erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chn e t , daß jeder Kokillenkern und jedes Abdruckelement eingeschmiert und auf eine vorherbestimmte Arbeitstemperatur erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzei chn e t , daß das Einschmieren der Kokillenteile durch Eintauchen der Kokillenkerne und Abdruckelemente in ein eine Lösung enthaltendes Scnmiermittel erfolgt und die Kokillenkerne und die Abaruckelemente vor dem Zusammenbau getrocknet werden.

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