DE19830025A1 - Verfahren zum Druckgießen von Leichtmetalllegierungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckgießen von Leichtmetallegierungen in einer Gießform mit einer ersten, durch einen Formantrieb beweglichen Gießformhälfte (1) und einer zweiten, festen Gießformhälfte (2), die beide im geschlossenen Zustand eine Kavität (11) entsprechend der Form eines Gußwerkstücks (3) einschließen. Der zweiten Gießformhälfte (2) ist eine Gießkolbenanordnung und der ersten Gießformhälfte (1) eine Auswerferanordnung zugeordnet. In einem ersten Verfahrensschritt wird mittels des Gießkolbens (6) schmelzflüssiges Metall in an sich bekannter Weise in die Kavität (11) der geschlossenen Gießform (1, 2) gedrückt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird erfindungsgemäß die Gießform (1, 2) durch Ansteuerung des Formantriebs bereits geöffnet, während noch nicht voll erstarrte, labile Teile des Gußwerkstücks (3) und/oder des Gießsystems vorliegen, wobei das Gußwerkstück (3) in einer Gießformhälfte (2) verbleibt. Dazu erfolgt eine Gasdruckbeaufschlagung auf die der ersten Gießformhälfte (1) zugewandten Gußwerkstückseite. In dieser Position wird das teilflüssige Gußwerkstück (3) gehalten, bis es völlig erstarrt ist, und anschließend wird es aus der Gießform (1, 2) entnommen. Mit dieser Öffnung, vorzugsweise einer zweistufigen Öffnung der Gießform (1, 2), wird erreicht, daß auch großflächige, dünnwandige Teile ohne besonders verstärkte Auswerferdruckpunkte gegossen werden können und keine unzulässigen Spannungen bei der Erstarrung von Materialanhäufungen ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckgießen von Leichtmetall­ legierungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verfahren zum Druckgießen von Leichtmetalllegierungen sind allgemein bekannt. Dazu wird jeweils eine Gießform mit einer ersten, durch einen Formantrieb gesteuert beweglichen Gießformhälfte und einer zweiten festen Gießformhälfte verwendet, die beide im geschlossenen Zustand eine Kavität entsprechend der Form eines Gußwerkstücks einschließen. Der zweiten Gießformhälfte ist dabei regelmäßig eine Gießkolbenanordnung und der ersten Gießformhälfte eine Auswerferanordnung zugeordnet.

Beim Gießvorgang wird das schmelzflüssige Metall in die Kavität gedrückt, wo es bei geschlossener Gießform erstarrt. Die Gießformhälften bleiben dabei solange geschlossen, bis alle Partien des Werkstücks und seines Gießsystems, wie Verteiler, Läufer, Überläufer und ein Preßrest am Gieß­ kolben erstarrt sind.

Während eines Teils des Öffnungsvorgangs der Gießformhälften, die z. B. um etwa 400 bis 1000 mm öffenbar sind, wird der Gießkolben synchron mit dem Öffnungsvorgang bewegt und hält das Gußwerkstück mittels Druckbeaufschlagung des Preßrestes in der Kavität der bewegten ersten Gießformhälfte. Diese bewegte erste Gießformhälfte dient üblicherweise als die aufschrumpfende Formhälfte.

Der ersten beweglichen Gießformhälfte ist ein Auswerferkasten zugeordnet, mit einer betätigten Auswerferplatte und damit verbundenen, in Auswer­ ferbohrungen bewegbaren Auswerferstangen. Nach dem Öffnen der Gieß­ formhälften und nachdem der Gießkolben zurückgezogen worden ist, wird das Gußwerkstück mit den zusammenhängenden Angüssen, Läufern und Überläufen von den Kavitäten der ersten bewegten Gießformhälfte zum weiteren Handling durch ein üblicherweise installiertes Robotersystem ab­ gedrückt.

Auswerferanordnungen für bereits völlig erstarrte Gußwerkstücke sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt: Beispielsweise sind aus der DE 40 03 371 C2 zweistufig arbeitende Auswerfer bekannt, bei denen das Gußwerkstück in einer ersten Stufe für einen ersten Teilhub mit geringer Geschwindigkeit bereits während der Öffnungsbewegung der Gießform oder während der Einfahrbewegung eines Greifwerkzeugs abgedrückt wird. In einem zweiten Teilhub mit größerer Geschwindigkeit wird dann das Gußwerkstück außerhalb der Formvertiefung in eine Entnahmestellung bewegt. Damit soll der Auswerf- und Entnahmevorgang durch eine Koordi­ nation der Bewegungsabläufe schnell durchführbar werden. Zudem ist eine Anordnung mit einer Druckspeicher-Auswerferhülse bekannt (DE 32 00 015 A1).

Bei all diesen Auswerferanordnungen ist die konstruktive Freiheit durch die Notwendigkeit eingeengt, für die Auswerferelemente druckbeanspruch­ bare Werkstückbereiche als Angriffspunkte bereitzustellen. Diese Angriffs­ punkte müssen durch außerhalb des fertigen Werkstücks liegende, stärker angebundene Überläufer zur Verfügung gestellt werden, oder, falls diese nicht genügen, in der Werkstückkonstruktion mitberücksichtigt werden.

Dazu werden Auswerferangriffspunkte üblicherweise auf Rippenkreu­ zungspunkten angebracht. Dies stellt eine ungünstige, zusätzliche Massen­ anhäufung dar, die sich häufig durch Neigung zu inneren Lunkern und Einfallstellen auf der Gegenseite des Werkstücks negativ bemerkbar macht. Falls die Möglichkeit nicht besteht, stabile Auswerferdruckpunkte anzu­ bringen, können selbst großflächige Auswerferkontakte zu Verformungen des Gußwerkstücks führen. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn großflä­ chige, verrippte Werkstücke auf der bewegten Gießformhälfte durch ein notwendiges, langes Zuhalten der Gießformhälften aufschrumpfen.

Allgemein können Gußwerkstücke aus verschiedenen Gründen schwierig entformbar bzw. auswerfbar sein:

• - formbedingte Gründe sind Längenausdehnungen und dadurch bedingt große Schrumpfwege, die zu starkem Aufschrumpfen auf Elemente der Kavität bis zum Reißen des Bauteils führen können;
• - legierungsbedingte Gründe sind große Schrumpfwege bei der Erstarrung, die große Vorspannungen liefern, die erhöht um die unvermeidbaren Spannungen der weiteren Abkühlung in der Gießform zu Rissen führen können;
• - bei Werkstücken von großem Entwicklungspotential, die sowohl die Auf­ gabe der Großintegration als auch die Forderung nach besseren Verfor­ mungseigenschaften durch Wahl entsprechender Legierungen erfüllen, können sich die vorstehend genannten form- und legierungsbedingten Gründe hinsichtlich einer schwierigen Entformbarkeit addieren. Dies kann in ungünstigen Situationen dazu führen, daß mit der bisherigen Gießtechnologie solche Werkstücke nicht herstellbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die Entformung gießtechnisch schwierig herstellbarer Gußwerkstücke zu ermöglichen oder wenigstens zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dazu werden die Gießformhälften bereits geöffnet, bevor die größeren Materialanhäufungen erstarrt sind und noch bevor dadurch entstehende Spannungen zu Schädigungen bzw. zur Zerstörung des Gußwerkstücks ge­ führt haben. Insbesondere können damit auch großflächige, dünnwandige Gußteile ohne besonders verstärkte Auswerferdruckpunkte gegossen wer­ den.

Vorzugsweise wird dazu eine Druckbeaufschlagung auf die der ersten Gieß­ formhälfte zugewandten Gußwerkstückseite durchgeführt, so daß das Gußwerkstück während der völligen Erstarrung in der zweiten festen Gieß­ formhälfte verbleibt. Dort wird das Gußwerkstück durch den vor dem Gieß­ kolben befindlichen Preßrest gehalten und kann frei abkühlen, wobei der Gießkolben noch in der letzten Gießposition verbleibt. Der zu dem frühen Öffnungszeitpunkt noch teilweise schmelzflüssige Preßrest bleibt dann im Füllkammerende vor dem Gießkolben und kann während der Abkühlung des entspannten Gußwerkstücks völlig erstarren.

Gemäß Anspruch 2 ist es vorteilhaft, den Öffnungsvorgang der Gießform in zwei Stufen mit zwei Teilhüben durchzuführen, wobei in der ersten Stufe nur ein Teilhub um vorzugsweise 2 bis 5 mm erfolgt. Damit kann der teil­ flüssige Preßrest nicht ausfließen. Auch sind damit zu große, schrump­ fungsbedingte Verzüge in den nun erreichten Freiheiten des Gußwerk­ stücks zu vermeiden. Erst nach dem vollständigen Erstarren des Metalls er­ folgt eine vollständige Öffnung der Gießform und eine Entnahme des Guß­ werkstücks durch ein Entnahmesystem.

In einer bevorzugten Ausführung nach Anspruch 3 wird das teilerstarrte Gußwerkstück mittels einer Gasdruckbeaufschlagung auf eine Gießform­ hälfte, bevorzugt auf die zweite feste Gießformhälfte, gedrückt und dort bis zur völligen Erstarrung festgelegt.

Bei besonders schwierigen Entformungsvorgängen kann eine geeignete Entformung nach Anspruch 4 ggfs. durch einen oszillierenden Druckauf­ bau erreicht werden. Dieser kann nach Anspruch 5 aus einem Pendeln zwi­ schen Vakuum und Hochdruck bestehen.

Eine Druckbeaufschlagung ist nach Anspruch 6 unter Verwendung von Elementen einer an sich bekannten Auswerferanordnung möglich.

Nach Anspruch 7 können dabei zumindest teilweise und ggfs. in Verbin­ dung mit einer Gasdruckbeaufschlagung ein Druckaufbau und eine Druck­ beaufschlagung über Auswerferstangen durchgeführt werden, die beim Öffnungsvorgang, insbesondere während des ersten Teilhubs der ersten Öffnungsstufe am Gußwerkstück anliegen und dieses während des Erstar­ rungsvorgangs festlegen. Vorzugsweise sind dabei die Stangen der zurück­ gefahrenen Grundstellung in kegeligen Ventilsitzen an den Öffnungen der Auswerferbohrungen gehalten.

In einer alternativen Ausführungsform nach Anspruch 8 kann der Druck­ aufbau indirekt über Auswerferstangen ausgeführt sein, die in den zuge­ ordneten Auswerferbohrungen als Ventilelemente je ein Auswerferventil bilden, das jeweils bei einer Ansteuerung der Auswerferstange eine Gas­ wegverbindung zum Auswerferkasten schaltet. Dadurch wird das teiler­ starrte Gußwerkstück durch eine Gasdruckbeaufschlagung bis zur völligen Erstarrung in der Gegenform festgelegt. Eine solche Gasdruckbeaufschla­ gung ist ggfs. auch in Kombination mit der Druckbeaufschlagung durch Auswerferstangen nach Anspruch 7 möglich, wobei durch den dortigen kegeligen Ventilsitz ebenfalls eine Gaswegverbindung, insbesondere zu einem druckbeaufschlagten Auswerferkasten, schaltbar sein kann.

Ein solcher Auswerferkasten wird zweckmäßig für einen oszillierenden Druckaufbau nach Anspruch 9 über ein Schaltventil mit einer Hochdruck­ leitung und einer Vakuumleitung verbunden, wobei das Schaltventil wech­ selweise umschaltbar ist.

Je nach den Gegebenheiten, insbesondere je nach den geometrischen For­ men und Forderungen, kann ein Druckaufbau für die Druckbeaufschlagung nach Anspruch 10 bereits vor dem Öffnen der Gießform vorteilhaft sein, der dann zumindest während eines Teils des Öffnungsvorgangs aufrecht­ zuerhalten ist. Andererseits können gute Entformungsergebnisse auch ggfs. dann erreicht werden, wenn der Druckaufbau nach Anspruch 11 erst nach der ersten Öffnungsstufe, vorzugsweise nach 2 bis 5 mm erfolgt und in dieser Position das Gußwerkstück völlig erstarrt, sofern die erste Öff­ nungsstufe ohne bleibende Verformung des Gußwerkstücks möglich ist.

In einem weiterführenden Aspekt nach Anspruch 12 wird vorgeschlagen, auf das auszuwerfende Gußwerkstück gekühltes und/oder durch Flüssig­ keitsnebel angereichertes Gas aufzubringen, welches in der Lage ist, eine gezielte Abschreckung auf das gerade erstarrte Gußwerkstück auszuüben.

Der aufgebaute Druck soll nach Anspruch 13 erst nach einem völlig aus der Gießform ausgeworfenen Gußwerkstück abgebaut werden, so daß auch während des Entnahmevorgangs noch definierte Festlegungen erfolgen. Als Auswurfsensor kann dabei nach Anspruch 14 einfach eine Drucküber­ wachung und/oder Durchflußüberwachung eines Auswerfergasdrucks durchgeführt werden.

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Teils einer Druckgießvorrich­ tung zum Druckgießen von Leichtmetalllegierungen,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs A aus Fig. 1 in einer ersten Ausführungsform und

Fig. 3 eine entsprechende vergrößerte Darstellung A in einer zweiten Aus­ führungsform.

In Fig. 1 ist eine Druckgießvorrichtung mit einer Gießform gezeigt, die aus einer ersten beweglichen Gießformhälfte 1 und einer zweiten beweglichen Gießformhälfte 2 besteht, die beide im geschlossenen Zustand eine Kavität 11 entsprechend der Form eines Gußwerkstücks 3 einschließen. Die erste Gießformhälfte 1 ist über einen Formantrieb mit Zuhaltungen 12 entspre­ chend einem gesamten Öffnungshub (d) verschiebbar. Dem Formantrieb mit den Zuhaltungen 12 ist eine Auswerfereinheit vorgeschaltet, die aus einem gasdichten Auswerferkasten 7 besteht, in dem eine betätigbare Auswerferplatte 5 angebracht ist. Mit dieser sind zwei Auswerferstangen 4 verbunden, die in zugeordneten Auswerferbohrungen längsverschiebbar gelagert sind. Der Auswerferkasten 7 ist über ein Schaltventil 8 mit einem Hochdruckgasanschluß 9 und einem Vakuumanschluß 10 verbunden.

Die Kavität 11 hat einerseits Verbindung mit dem Zylinder eines Gießkol­ bens 6, wobei schmelzflüssiges Metall über ein Saugrohr 15 aus einem Warmhalteofen 16 zuführbar ist. Vor der letzten Gießposition des Gießkol­ bens 6 verbleibt ein Preßrest 14. Andererseits hat die Kavität 11 eine Vakuumanschlußverbindung 17.

Nachfolgend wird das Verfahren, das mit der Vorrichtung nach Fig. 1 durchführbar ist, zusammen mit einer zusätzlichen Erläuterung in der Fig. 2 und 3 beschrieben:
Zur Vorbereitung eines Druckgießvorgangs sind die beiden Gießformhälf­ ten 1, 2 geschlossen und in der Kavität 11 wird über den Vakuumanschluß 17 Vakuum hergestellt. Anschließend wird schmelzflüssiges Metall über das Saugrohr 15 zugeführt und mit Hilfe des Gießkolbens in die Kavität 11 eingedrückt, wobei vor dem Gießkolben 6 ein Preßrest 14 verbleibt. Bei noch nicht völlig erstarrtem Gußwerkstück 3, wobei insbesondere innere Bereiche größerer Metallansammlungen noch flüssig sind, wird die beweg­ liche Gießformhälfte 1 in einer ersten Öffnungsstufe um einen ersten Teil­ hub (c) geöffnet. Bereits vor Durchführung dieses Teilhubs (c) oder nach Ausführung des Teilhubs (c) wird auf die der ersten Gußformhälfte 1 zuge­ wandten Gußwerkstückseite eine Druckbeaufschlagung durchgeführt. Dazu sind in den Fig. 2 und 3 zwei alternative Möglichkeiten dargestellt.

In Fig. 2 ist wiederum ein Teilausschnitt der Kavität 11 und des Gußwerk­ stücks 3 dargestellt, mit bereits um den Teilhub (c) geöffneter Gießform. Die Druckbeaufschlagung erfolgt hier über ein Auswerferventil 4', das aus einer Auswerferstange 4 in einer zugeordneten Auswerferbohrung besteht. Die Auswerferstange 4 liegt mit ihrem vorderen Ende während des Gieß­ vorgangs in ihrer Gießposition (a), wobei das Auswerferventil 4' geschlos­ sen ist. Die Auswerferstange 4 ist bereits in ihrer Öffnungsposition (b) ein­ gezeichnet, wobei über eine davorliegende, konische Erweiterung ein Gas­ durchgang zum Auswerferkasten 7 hergestellt ist. Dieser ist über das Schaltventil 8 mit dem Hochdruckgasanschluß und dem Vakuumanschluß dergestalt verbunden, daß durch oszillierende Ansteuerung des Schaltven­ tils 8 über den Auswerferkasten 7 und damit das Auswerferventil 4' das teilflüssige Gußwerkstück 3 mit oszillierendem Druck beaufschlagt wird.

In Fig. 3 ist eine ähnliche Anordnung dargestellt, wobei die Auswurfstange 4 mit einem entsprechend geformten Stangenende in einem konischen Ventilsitz 13 während des Gießvorgangs gehalten ist. Während der ersten Öffnungsstufe beim ersten Öffnungshub (c) wird hier die Auswurfstange 4 unter Anlage am Gußwerkstück 3 mit in ihre Öffnungsposition (b) ausge­ fahren, wobei auch hier eine Gaswegverbindung zum Auswerferkasten 7 für eine Gasdruckbeaufschlagung freigegeben wird.

Nach dem völligen Erstarren des Gußwerkstücks 3 erfolgt dann eine voll­ ständige Öffnung der Gießformhälften 1, 2 für eine Entnahme des Guß­ werkstücks 3 durch eine (nicht dargestellte) Entnahmevorrichtung.

Claims (14)

1. Verfahren zum Druckgießen von Leichtmetalllegierungen in einer Gießform, mit einer ersten, durch einen Formantrieb gesteuert, beweg­ lichen Gießformhälfte (1) und einer zweiten, festen Gießformhälfte (2), die beide im geschlossenen Zustand eine Kavität (11) entsprechend der Form eines Gußwerkstücks (3) einschließen,
wobei der zweiten Gießformhälfte (2) eine Gießkolbenanordnung und der ersten Gießformhälfte (1) eine Auswerferanordnung zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem ersten Verfahrensschritt mit dem Gießkolben (6) schmelzflüssiges Metall in die Kavität (11) der geschlossenen Gießform (1, 2) gedrückt wird,
daß in einem zweiten Verfahrensschritt die Gießform (1, 2) durch An­ steuerung des Formantriebs geöffnet wird, während noch nicht voll er­ starrte, labile Teile des Gußwerkstücks (3) und/oder des Gießsystems vorliegen, wobei das Gußwerkstück (3) in einer Gießformhälfte, bevor­ zugt durch Druckbeaufschlagung auf die der ersten Gießformhälfte (1) zugewandten Gußwerkstückseite in der zweiten festen Gießformhälfte (2) verbleibt und dort völlig erstarrt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öff­ nungsvorgang der Gießform (1, 2) in zwei Stufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe nur ein erster Teilhub (c), vorzugsweise um 2 bis 5 mm, erfolgt und erst nach dem vollständigen Erstarren des Gußwerkstücks (3) eine vollständige Öffnung der Gießform (1, 2) für eine Entnahme des Gußwerkstücks (3) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung durch einen Druckaufbau mittels einer Gas­ druckbeaufschlagung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck­ aufbau oszillierend ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oszillie­ rende Druckaufbau aus einem Pendeln zwischen Vakuum und Hoch­ druck besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der ersten beweglichen Gießformhälfte (1) ein gasdichter Auswerferkasten (7) zugeordnet ist, mit einer betätigbaren Auswerfer­ platte (5), mit der in Auswerferbohrungen bewegbare Auswerferstan­ gen (4) verbunden sind, und die Druckbeaufschlagung teilweise direkt oder indirekt mittels der Auswerferstangen (4) erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck­ aufbau zumindest teilweise direkt über Auswerferstangen (4) ausge­ führt ist, die beim Öffnungsvorgang, insbesondere während der ersten Öffnungsstufe am Gußwerkstück (3) anliegen und die in ihrer Grund­ stellung mit ihren Stangenenden vorzugsweise in kegeligen Ventil­ sitzen (13) an den Öffnungen der Auswerferbohrungen gehalten sind.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufbau indirekt über Auswerferstangen (4) ausgeführt ist, die in den zugeordneten Auswerferbohrungen je ein Auswerferventil (4') bil­ den, das jeweils bei einer Ansteuerung der Auswerferstange (4) eine Gaswegverbindung zum druckbeaufschlagbaren Auswerferkasten (7) schaltet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus­ werferkasten (7) über ein Schaltventil (8) mit einem Hochdruckgasan­ schluß (9) und einem Vakuumanschluß (10) verbunden ist und durch wechselweises Umschalten des Schaltventils (4') ein oszillierender Druckaufbau erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Druckaufbau für die Druckbeaufschlagung bereits vor dem Öffnen der Gießform (1, 2) durchgeführt wird und zumindest während eines Teils des Öffnungsvorgangs der Gießform (1, 2) auf­ recht erhalten wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Druckaufbau für die Druckbeaufschlagung erst nach der ersten Öffnungsstufe, vorzugsweise nach einem Teilhub von 2 bis 5 mm, erfolgt und in dieser Position das Gußwerkstück (3) völlig er­ starrt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß auf das auszuwerfende Gußwerkstück (3) Gas aufgebracht wird, das gekühlt und/oder durch Flüssigkeitsnebel angereichert in der Lage ist, eine gezielte Abschreckwirkung auf das gerade erstarrte Gußwerkstück (3) auszuüben.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der aufgebaute Druck erst nach einem völlig aus der Gieß­ form (1, 2) ausgeworfenen Gießwerkstück (3) bei entsprechender Sen­ sormeldung eines Auswurfsensors abgebaut wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aus­ wurfsensor zur Überwachung des Werkstückauswurfs aus einer Drucküberwachung und/oder Durchflußüberwachung eines Auswer­ fergasdrucks besteht.