DE19830025B4

DE19830025B4 - Verfahren zum Druckgießen von Leichtmetalllegierungen

Info

Publication number: DE19830025B4
Application number: DE1998130025
Authority: DE
Inventors: German Dipl.-Ing. Buck; Klaus Dr. Heck; Josef Kreutmair; Martin Mayr; Georg Pfaller; Stefan Pfaller; Peter Dipl.-Ing. Wanke; Markus Dr. Zillgen
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1998-07-04
Filing date: 1998-07-04
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2018-07-05
Also published as: DE19830025A1

Abstract

Verfahren zum Druckgießen von Leichtmetalllegierungen in einer Gießform, mit einer ersten, durch einen Formantrieb gesteuert, beweglichen 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, und
in einem ersten Verfahrensschritt mit dem Gießkolben (6) schmelzflüssiges Metall in die Kavität (11) der geschlossenen Gießform (1, 2) gedrückt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem zweiten Verfahrensschritt die Gießform (1, 2) durch Ansteuerung des Formantriebs geöffnet wird, während noch nicht voll erstarrte, labile Teile des Gußwerkstücks (3) vorliegen, wobei das Gußwerkstück (3) in einer Gießformhälfte durch Druckbeaufschlagung auf die der ersten Gießformhälfte (1) zugewandten Gußwerkstückseite in der zweiten festen Gießformhälfte (2) verbleibt und dort völlig erstarrt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckgießen von Leichtmetalllegierungen 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 Gießkolben erstarrt sind.
Während eines Teils des Öffnungsvorgangs der Gießformhälften, die z.B. um etwa 400 bis 1.000 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 Auswerferbohrungen bewegbaren Auswerferstangen. Nach dem Öffnen der Gießformhälften 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 abgedrückt.

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 Koordination 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 druckbeanspruchbare Werkstückbereiche als Angriffspunkte bereitzustellen. Diese Angriffspunkte müssen durch außerhalb des fertigen Werkstücks liegende, stärker angebundene Überläufer zur Verfügung gestellt werden, oder, falls dies nicht genügen, in der Werkstückkonstruktion mitberücksichtigt werden. Dazu werden Auswerferangriffspunkte üblicherweise auf Rippenkreuzungspunkten 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 anzubringen, können selbst großflächige Auswerferkontakte zu Verformungen des Gußwerkstücks führen. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn großflächige, verrippte Werkstücke auf der bewegten Gießformhälfte durch ein notwendiges, langes Zuhalten der Gießformhälften aufschrumpfen.

Allgemein können Gußwerkstücke aus verschiedenen Gründen schwierig erstformbar 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;
– insbesondere bei großflächigen, dünnwandigen Werkstücken, die auch die Forderung nach besseren Verformungseigenschaften 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.
– Weiter ist es bekannt ( DE 39 05 266 A1 ) einen Speiser bei noch nicht vollständig erstarrtem Metall abzutrennen indem die Gießform bis auf das Niveau der Trennebene freigelegt wird und in den Freiraum ein Trennwerkzeug eingeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, 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 geführt haben. insbesondere können damit auch großflächige, dünnwandige Gußteile ohne besonders verstärkte Auswerferdruckpunkte gegossen werden. Dabei wird eine Druckbeaufschlagung auf die der ersten Gießformhälfte zugewandten Gußwerkstückseite durchgeführt, so daß das Gußwerkstück während der völligen Erstarrung in der zweiten festen Gießformhälfte verbleibt. Dort wird das Gußwerkstück durch den vor dem Gießkolben 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 teilflüssige Preßrest nicht ausfließen. Auch sind damit zu große, schrumpfungsbedingte Verzüge in den nun erreichten Freiheiten des Gußwerkstücks zu vermeiden. Erst nach dem vollständigen Erstarren des Metalls erfolgt eine vollständige Öffnung der Gießform und eine Entnahme des Gußwerkstücks durch ein Entnahmesystem.

In einer bevorzugten Ausführung nach Anspruch 3 wird das teilerstarrte Gußwerkstück mittels einer Gasdruckbeaufschlagung auf eine Gießformhälfte, 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 Druckaufbau erreicht werden. Dieser kann nach Anspruch 5 aus einem Pendeln zwischen 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 Verbindung mit einer Gasdruckbeaufschlagung ein Druckausbau und eine Druckbeaufschlagung über Auswerferstangen durchgeführt werden, die beim Öffnungsvorgang, insbesondere während des ersten Teilhubs der ersten Öffnungsstufe am Gußwerkstück anliegen und dieses während des Erstarrungsvorgangs festlegen. Vorzugsweise sind dabei die Stangen der zurückgefahrenen Grundstellung in kegeligen Ventilsitzen an den Öffnungen der Auswerferbohrungen gehalten,

In einer alternativen Ausführungsform nach Anspruch 5 kann der Druckaufbau indirekt über Auswerferstangen ausgeführt sein, die in den zugeordneten Auswerferbohrungen als Ventilelemente je ein Auswerferventil bilden, das jeweils bei einer Ansteuerung der Auswerferstange eine Gaswegverbindung zum Auswerferkasten schaltet. Dadurch wird das teilerstarrte Gußwerkstück durch eine Gasdruckbeaufschlagung bis zur völligen Erstarrung in der Gegenform festgelegt. Eine solche Gasdruckbeaufschlagung 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 Hochdruckleitung und einer Vakuumleitung verbunden, wobei das Schaltventil wechselweise umschaltbar ist.

Je nach den Gegebenheiten, insbesondere je nach den geometrischen Formen 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 aufrechtzuerhalten 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 Öffnungsstufe ohne bleibende Verformung des Gußwerkstücks möglich ist.

Der aufgebaute Druck soll 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 einfach eine Drucküberwachung und/oder Durchflußüberwachung eines Auswerfergasdrucks durchgeführt werden.

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

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen
1 eine schematische Seitenansicht eines Teils einer Druckgießvorrichtung zum Druckgießen von Leichtmetalllegierungen,
2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs A aus 1 in einer ersten Ausführungsform und
3 eine entsprechende vergrößerte Darstellung A in einer zweiten Ausführungsform.
In 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 entsprechend 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 Gießkolbens 6, wobei schmelzflüssiges Metall über ein Saugrohr 15 aus einem Warmhalteofen 16 zuführbar ist. Vor der letzten Gießposition des Gießkolbens 6 verbleibt ein Preßrest 14. Andererseits hat die Kavität 11 eine Vakuumanschlußverbindung 17.
Nachfolgend wird das Verfahren, das mit der Vorrichtung nach 1 durchführbar ist, zusammen mit einer zusätzlichen Erläuterung in der 2 und 3 beschrieben:
Zur Vorbereitung eines Druckgießvorgangs sind die beiden Gießformhälften 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 bewegliche Gießformhälfte 1 in einer ersten Öffnungsstufe um einen ersten Teilhub (c) geöffnet. Bereits vor Durchführung dieses Teilhubs (c) oder nach Ausführung des Teilhubs (c) wird auf die der ersten Gußformhälfte 1 zugewandten Gußwerkstückseite eine Druckbeaufschlagung durchgeführt. Dazu sind in den 2 und 3 zwei alternative Möglichkeiten dargestellt.
In 2 ist wiederum ein Teilausschnitt der Kavität 11 und des Gußwerkstücks 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 Gießvorgangs in ihrer Gießposition (a), wobei das Auswerferventil 4' geschlossen ist. Die Auswerferstange 4 ist bereits in ihrer Öffnungsposition (b) eingezeichnet, wobei über eine davorliegende, konische Erweiterung ein Gasdurchgang zum Auswerferkasten 7 hergestellt ist. Dieser ist über das Schaltventil 8 mit dem Hochdruckgasanschluß und dem Vakuumanschluß dergestalt verbunden, daß durch oszillierende Ansteuerung des Schaltventils 8 über den Auswerferkasten 7 und damit das Auswerferventil 4' das teilflüssige Gußwerkstück 3 mit oszillierendem Druck beaufschlagt wird.
In 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) ausgefahren, wobei auch hier eine Gaswegverbindung zum Auswerferkasten 7 für eine Gasdruckbeaufschlagung freigegeben wird.
Nach dem völligen Erstarren des Gußwerkstücks 3 erfolgt dann eine vollständige Öffnung der Gießformhälften 1, 2 für eine Entnahme des Gußwerkstücks 3 durch eine (nicht dargestellte) Entnahmevorrichtung.

Claims

Verfahren zum Druckgießen von Leichtmetalllegierungen in einer Gießform, mit einer ersten, durch einen Formantrieb gesteuert, beweglichen 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, und in einem ersten Verfahrensschritt mit dem Gießkolben (6) schmelzflüssiges Metall in die Kavität (11) der geschlossenen Gießform (1, 2) gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten Verfahrensschritt die Gießform (1, 2) durch Ansteuerung des Formantriebs geöffnet wird, während noch nicht voll erstarrte, labile Teile des Gußwerkstücks (3) vorliegen, wobei das Gußwerkstück (3) in einer Gießformhälfte durch Druckbeaufschlagung auf die der ersten Gießformhälfte (1) zugewandten Gußwerkstückseite in der zweiten festen Gießformhälfte (2) verbleibt und dort völlig erstarrt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsvorgang der Gießform (1, 2) in zwei Stufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe nur ein erster Teilhub (c) erfolgt und erst nach dem vollständigen Erstarren des Gußwerkstücks (3) eine vollständige Öffnung der Gießform (1, 2) für eine Entnahme des Gußwerkstücks (3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung durch einen Druckaufbau mittels einer Gasdruckbeaufschlagung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufbau oszillierend ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oszillierende Druckaufbau aus einem Pendeln zwischen Vakuum und Hochdruck besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten beweglichen Gießformhälfte (1) ein gasdichter Auswerferkasten (7) zugeordnet ist, mit einer betätigbaren Auswerferplatte (5), mit der in Auswerferbohrungen bewegbare Auswerferstangen (4) verbunden sind, und die Druckbeaufschlagung teilweise direkt oder indirekt mittels der Auswerferstangen (4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufbau zumindest teilweise direkt über Auswerferstangen (4) ausgeführt ist, die beim Öffnungsvorgang am Gußwerkstück (3) anliegen und die in ihrer Grundstellung mit ihren Stangenenden an den Öffnungen der Auswerferbohrungen gehalten sind.
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') bilden, das jeweils bei einer Ansteuerung der Auswerferstange (4) eine Gaswegverbindung zum druckbeaufschlagbaren Auswerferkasten (7) schaltet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerferkasten (7) über ein Schaltventil (8) mit einem Hochdruckgasanschluß (9) und einem Vakuumanschluß (10) verbunden ist und durch wechselweises Umschalten des Schaltventils (4') ein oszillierender Druckaufbau erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausbau für die Druckbeaufschlagung bereits vor dem Öffnen der Gießform (1, 2) durchgeführt wird und zumindest während eines Teils des Öffnungsvorgangs der Gießform (1, 2) aufrecht erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausbau für die Druckbeaufschlagung erst nach der ersten Öffnungsstufe erfolgt und in dieser Position das Gußwerkstück (3) völlig erstarrt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, 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.