DE2023454A1

DE2023454A1 - Spritzgussverfahren

Info

Publication number: DE2023454A1
Application number: DE19702023454
Authority: DE
Inventors: Foster Clyde Midland; Olson John David Jackson; Mich Bennett, (V.St.A,)
Original assignee: The Dow Chemical Company, Midland, Mich. (V.St.A.)
Priority date: 1969-05-14
Filing date: 1970-05-13
Publication date: 1970-11-19
Also published as: FR2044791A1; BE750415A; US3583467A; NL7006992A; GB1297108A; JPS4817414B1; AU1421670A; BR7019007D0

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. P."Weickmann,

D1PL.-ING. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr* K.. Fincke Dipl.-Ing. E A.WEICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber

S MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

The Dow Chemical Company, (|

929 East Main Street, Midland, Michigan / USA

Spritzgussverfahren

Die Erfindung betrifft ein Spritzgussverfahren, bei dem ein erhitztes Material in eine Spritzgussanordnung eingespritzt wird, die dadurch in einem Arbeitstemperaturbereich gehalten wird, dass eine Kühlflüssigkeit durch einen oder mehrere Kanäle in der Form strömt. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur automatischen Steuerung der Temperaturverteilung in einer Spritzgussanordnung, um die Herstellung von einwandfreien Gussstücken zu ermöglichen.

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Bei einem Spritzgussvorgang werden vorbestimmte Mengen geschmolzenen Metalls, genannt Schüsse, automatisch in die mit einem Kolben ausgerüstete Schussvertiefung einer Spritzgussmaschine dadurch eingebracht, dass die Schüsse von einem Schmelztiegel oder einer ähnlichen Quelle abgepumt werden» Die Schüsse können auch in die SchussVertiefung von Hand eingebracht werden, indem das erhitzte Metall in einer Giesspfanne oder einer ähnlichen Vorrichtung von dem Schmelztiegel in die Schussvertiefung transportiert wird. Der Kolben pumpt in Übereinstimmung mit der intermittierenden Wirkung der Pumpe den Metallschuss in die Gesenkvertiefung einer geschlossenen, mehrstückigen Spritzgussanordnung, die gewöhnlich aus zwei Formhälften besteht. Das Metall erstarrt gewöhnlich in der Gesenkvertiefung innerhalb weniger Millisekunden und das Gussstück wird aus der off«enen Form ausgestossen. Das Verfahren wird mit der geschlossenen Form wiederholt, um weitere Stücke zu giessen.

Der optimale Giesszyklus, der zur Erzeugung einwandfreier Gussstücke erforderlich ist, hängt von verschiedenen Faktorenab, wie z.B. der Form der Gesenkvertiefung, der GriSsse des Gussstücks, der Art des gegossenen Materials und insbesondere der in die Spritzgussanordnung eingebrachten Wärmemenge. Die in die Form eingebrachte Wärmemenge steht direkt zu der Materialmenge und der Zyklusgeschwindigkeit in Beziehung, so dass die Formtemperatur während des Giessens hauptsächlich von dieser eingebrachten Wärmemenge abhängt. Um die eingebrachte Wärmemenge zu regulieren, ist es üblich, eine Kühlflüssigkeit,

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gewöhnlich Wasser, durch hinter der Gesenkvertiefung,gelegene Kanäle zu führen. Der Wasserstrom in die Form wird gewöhnlich durch von Hand, geöffnete und geschlossene Ventile in den Wasserzuführleitungen gesteuert, um die Form kühl zu halten. Der Handbetrieb ist nicht zufriedenstellend, da er oft dazu führt, dass die Formtemperatur zu hoch oder zu niedrig ist, was zu für die Bedienungsperson sichtbaren Giessfehlern führt. Die beträchtliche Abfallmenge, die auf die bekannten Spritzgussverfahren zurückzuführen ist, führt daher zu der Notwendigkeit, ein Verfahren zu schaffen, das dieses Problem beseitigt.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein verbessertes Spritzgussverfahren geschaffen, das zu einer wesentlichen Verminderung der Anzahl der Abfallgussstücke führt, die bei einer zu hohen oder zu niedrigen Temperatur gegossen werden. Das verbesserte Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Giesszyklus und die Temperatur der Spritzgussanordnung durch Signale wenigstens eines Temperaturfühlers, der in der Spritzgussform in dem Bereich der höchsten Temperatur gelegen ist, und wenigstens eines Temperaturfühlers, der in der Spritzgussform in dem Bereich der niedrigsten Temperatur gelegen ist, gesteuert wird, und dass Einrichtungen zur Aufnahme der Signale und Änderung der Zyklusgeschwindigkeit und/oder der Temperatur der Spritzgussanordnung vorgesehen sind· Die Signale können vorteilhafterweise sichtbare Signale sein, die vorzugsweise von mehreren Lampen erzeugt werden, die angeben, wenn die mittlere Temperatur der Spritzgussanordnung eingehalten, über- oder unterschritten wird.

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Besonders gute Ergebnisse werden beim Spritzgiessen von Metall erreicht, wenn der Kühlflüssigkeitsstrom durch die Kanäle der Spritzgussanordnung so eingestellt wird, dass die Temperaturen in den Bereichen hoher und niedrger Temperatur innerhalb von 5>6 Cdes mittleren Arbeitstemperaturbereichs liegen. Die Temperaturfühler sollten 2,3 bis 3,2 mm von der Oberfläche der Form angeordnet sein, wobei vorzugsweise ein Temperaturfühler in jeder der gegenüberliegenden Hälften der Spritzgussanordnung liegen sollte. Es kann jedoch auch erwünscht sein, alle Temperaturfühler in einer Hälfte der Spritzgussanordnung anzuordnen.

Das Verfahren gemäss der Erfindung eignet sich insbesondere für das Spritzgiessen von Metallen und Legierungen. Sobald die Temperaturdifferenzzwisehen den Fühlern bestimmt ist, wird die untere und die obere Grenzgiesstemperatur an der Anzeigevorrichtung eingestellt. Der Spritzgusszyklus kann dann mit einer optimalen Geschwindigkeit aufrechterhalten werden, um die Temperatur der Spritzgussanordnung zwischen der unteren und der oberen Grenzgiesstemperatür zu halten, was durch eine visuelle Beobachtung des von der Signaleinrichtung der Anzeigevorrichtung erzeugten Signale erreicht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der anliegenden Zeichnung erläutert, die einen Aufriss einer Formhälfte einer Spritzgussanordnung und schematise!! ©ine Anzeigevorrichtung und das der Spritzgussanordnung zugeordnete Kühlflüssigkeits-Leitungssystem eines Ausführungsbeispiels zeigt.

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Die in der Zeichnung gezeigte Spritzgussvorrichtung besitzt eine stationäre Spritzgüssformhälfte 10einer zweiteiligen Spritzgussanordnung. Die Spritzgussform« hälfte 10 besitzt eine Gesenkvertiefung 12, die zum Zwecke der Erläuterung die Matrize eines Spritzgusshohlräume für ein Kettensägengehäuse darstellt· Die Gesenkvertiefung 12 besitzt au Boden einen Spritzsteg \k, der mit einem Schussbehälter 16 in Verbindung steht, wobei der Spritzsteg 14 die Einrichtung zur Füllung der Gesenkvertiefung mit dem geschmolzenen

Giesametall bildet, das von dem Schussbehälter einge- ■ -

spritzt wird·

Durch die Formhälfte 10 verläuft unmittelbar hinter dem Spritzsteg 14 ein Kanal 18, der mit einer Leitung 20 in Verbindung steht, die wiederum mit einer Haupt» zuführleitung 21 verbunden ist, um eine Einrichtung zu schaffen, mittels der eine Kühlflüssigkeit, gewöhnlich Wasser, durch die Formhälfto nahe dem Bereich geleitet wird, den der Spritzstegstrom füllt, in dem die Arbeitstemperatur der Form am höchsten ist· Bin Ventil 22 in der Leitung 20 reguliert den Kühlwasserstrom in dem Kanal 18, Am Ende der Gesenkvertiefung 12 gegenüber dem Spritzstegfüllbereich, in dem die Formarbeitstempe- % ratur am niedrigsten ist, befindet sich ein zweiter Kanal Zk, der durch die Fonahälfte unmittelbar hinter * der Gesenkvertiefung verläuft· Das Kühlwasser flieset in den Kanal Zk durch eine Leitung 26, von der die Leitung 20 abzweigt und auf die die Hauptleitung 21 trifft« Ein Solenoidventil 30 in der Leitung 21 kann, wie später erläutert wird, automatisch betätigt werden, um die . : Hauptwaaserzufuhr in den Leitungen 20 und 26 zu regulieren«

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Wenn es gewünscht ist, das Solenoidventil 30 zu rangehen und, wie später erläutert wird, Wasser nur durch, die Leitung 20 zu leiten, kann der Vas s er strom durch ein handbetätigtes Ventil 3² in der Leitung 20 reguliert werden· Die Wasserauslassleitungen für die Spritzgussanordnung liegen hoch» tun einen gleichmässxgen Kühlwasser strom durch die Form sicherzustellen.

Einrichtungen zur Feststellung der Temperatur der Form sind in Form von Temperaturfühlern, z.B. Thermoelementen oder Thermistoren vorgesehen, wobei sich ein Fühler vorzugsweise in Jeder Formhälfte der Spritzgussanordnung befindet. Bs können auch beide Fühler in der gleichen Formhälfte der Spri.t5BgussanordiJ.ung angeordnet werden. Z.B. ist ein Thermoelement 34 in einer Vertiefwuag unter der Geseiikvertiefung 12 nahe dem Spritzsteg l4 an ύ,&τ Formhälfte 10 der Spritzgusaanordntmg sm.g®&^um&t_e_ um die Arbeite temperatur iss. dem 5i©±s©est®n. Bereich. ~ d©r PorsH zu ermitteln® Ein, ssweites Thermoelement 36 ist in ähnlicher Weise in der gegenüberliegendem Formhalf te dejr SpritzgusaanerdnuKig, d.h. an dem Emdes der Gesenkvertiefung, das dem Spritzstegbereich gegenüberliegt, angeordnet, um die Arbeitstemperatur in dem Bereich der Form mit d«r niedrigsten Temperatur festzustellen. Das Thermoelement 36 befindet sich tatsächlich

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in der Patrize der Spritzgusaanordnung, der der Formhälfte 10 gegenüberliegenden Formhälfte, die in der Zeichnung der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Es kann z.B. mehr als ein Temperaturfühler in. jeder Formhälfte der Spritxguasanordnung verwendet werden, wenn z.B. die Grosse oder die Forp der Gösenkvertiefung zusätzliche Fühler erfordern, um die Arbeitβtemperatur der Form genauer zu nessen.

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Jedes Thermoelement ist in seiner Vertiefung in der Spritzgussanordnung so angeordnet, dass die temperaturempfindliche Spitze der Vorrichtung sich etwa 2,3 bis 3,2 mm von der Foreoberflache entfernt befindet. Wenn das Thermoelement näher als 2,3 mm von der Formoberflache entfernt ist, überschreitet die von der Anzeigevorrichtung 38 angegebene Amplitude, die von der Formtemperatur abhängt, den unteren und den oberen Grenztemperatur-Einstellpunkt an der Anzeigevorrichtung, so dass es schwierig ist, einen Betriebsgiesstemperaturbereich an der Anzeigevorrichtung einzustellen· Wenn dagegen die Spi-tze des Thermoelements mehr als 3t2 mm von der Formoberfläche entfernt angeordnet wird, wird die Temperaturwelle in die Formhälfte abgeleitet, so dass das Thermoelement nicht empfindlich genug auf die Temperatur anspricht, die von der Anzeigevorrichtung aufgenommen werden soll. Typische verwendbare Temperaturfühler bestehen aus Thermoelementen aus einer Niekel/Chrom-Legierung oder einer Eisen/Konstantan-Legierung· Die Anzeigevorrichtung 38 ist vorzugsweise ein übliches elektronisches Potentiometeranzeigegerät·

Das Thermoelement 36 ist an die Anzeigevorrichtung 38 durch eine Leitung 40 angeschlossen, die an eine Seite eines Wählschalters 42 führt. Der Schalter 42 ist an einen die Temperatur angebenden Zeiger 44 an der Anzeigevorrichtung 38 mittels einer Leitung 46 angeschlossen, die zu der anderen Seite des Wählschalter« 42 führt. Die Anzeigevorrichtung 38 besitzt eine Temperaturskala 50» die in Fahrenheltgraden mit einem Bereich von 0^D F bis 800° F eingeteilt ist. Ein Knopf 52 an der Anzeigevorrichtung 38 dient zur Handeinstel-

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lung des Zeigers 54, der auf der Skala 50 auf die untere Grenzgiesstemperatur der Spritzgussanordnung eingestellt wird. In gleicher Weise dient der Knopf 56 an der Anzeigevorrichtung 38 zur Handeinstellung des Zeigers 58» der auf der Skala 50 auf die obere Grenzgiesstemperatür eingestellt wird.

Die Anzeigevorrichtung 38 besitzt ferner eine Reihe von Anzeigelampen 60, 62, 64, die in Abhängigkeit von der entweder von dem Thermoelement 34 oder dem Thermoelement 36 festgestellten Formtemperatur ein sichtbares Signal erzeugen. Die Anzeigelampe 60, die rot ist, ist über Leitungen 66, 68 und ein Relais 70 an die Anzeigevorrichtung 38 angeschlossen. Die Anzeigelampe 62, die grün ist, ist über Leitungen 72, 74 an die Anzeigevorrichtung 38 angeschlossen, eine blaue Anzeigelampe 64 ist über Leitungen 76, 78 und ein Relais 80 an die Anzeigevorrichtung angeschlossen. Energie zum Betrieb der Anzeigevorrichtung wird mittels einer Leitung 82 zugeführt, die die Anzeigevorrichtung mit einer geeigneten Energiequelle verbindet.

Das Verfahren gemäss der Erfindung hat sich insbesondere für das Spritzgiessen von Magnesiumlegierungen als nützlich erwiesen, eignet sich jedoch auch zum Giessen von anderen geeigneten Spritzgussmetallen, z.B. Aluminium, Zink, Messing oder Legierungen dieser Metalle. Das vorliegende Verfahren ist auch auf das Spritzgiessen von Kunststoffmaterialien anwendbar.

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Bei einem typischen Spritzgussbetrieb gemäss der Erfindung mit einer Magnesiumlegierung wird die Spritzgussanordnung auf eine für das Giessen der Magnesiumlegierung geeignete Temperatur erhitzt. Diese Temperatur sollte zwischen 268°C und 280°C liegen; die mittlere Temperatur beträgt daher 274 C. Das geschmolzene Metall wird in den Schussbehälter 16 eingespritzt, um den Giesszyklus zu beginnen. Zur gleichen Zeit strömt Kühlwasser frei und kontinuierlich durch die Kanäle 18 und 24 der Spritzgussanordnung, das von der Hauptleitung und den zweiten Leitungen 20 und 26 aufgenommen wird. Der Kühlwasserstrom wird dadurch eingestellt, dass man das Ventil 22 in der Leitung 20 voll offen lässt und das Ventil 28 in der Leitung 26 nur so weit schliesst, dass der Wasserstrom ausreicht, um die Temperaturverteilung in der Spritzgussanordnung auszugleichen. Die Temperaturverteilung wird durch Einstellen der Ventile 28 und 22 ausgeglichen, bis die Formtemperatur in dem kühlen und dem heissen Bereich, die von den Thermoelementen 34 und 36 festgestellt und von dem Zeiger 44 auf der Skala 50 angezeigt wird, sich so nahe wie möglich auf die mittlere Temperatur von 2?4°0 einstellt. Der Zeiger 54 wird dann auf der Skala 50 auf den unteren Grenzgiesstemperatur-Einstellpunkt, d.h. 268 C, eingestellt. In gleicher Weise wird der Zeiger 58 auf der Skala 50 auf den oberen Grenzgiesstemperatur-Einstellpunkt eingestellt, der bei etwa 280 C liegt.

Sobald die Betriebsgiesstemperatur der Spritzgussanordnung bestimmt ist, kann der Giesszyklus mit optimaler Geschwindigkeit für jeden Giessvorgang dadurch aufrechterhalten werden, dass nur die von den Anzeige-

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lampen 60, 62 und 64 an der Anzeigevorrichtung 38 abgegebenen Signale beobachtet werden. Die Arbeitsgiesstemperatur für jeden Vorgang schwankt entsprechend der Art

Gussdes gegossenen Materials, der Grosse des Stücks und der Zykluszeit. Bei einem typischen Magnesiumspritzgusszyklus wird das Relais 70 betätigt, um die rote Anzeigelampe 60 zum Aufleuchten zu bringen, wenn die Spritzguss temperatur unter den unteren Grenzeinstellpunkt fällt, die entweder von dem Thermoelement 34 oder 36, je nach Wahl durch den Schalter 42, festgestellt wird, Die Giesszyklusgeschwindigkeit kann dann erhöht werden, um die Spritzgusstemperatur über den unteren Grenzeinstellpunkt, d.h. etwa zwischen 268 C und 28O C, zu bringen. Wenn die Formtemperatur in dem gewünschten Arbeitsbereich steigt, leuchtet die grüne Anzeigelampe 62 auf und leuchtet so lange, wie die Temperatur der Form in diesem Bereich bleibt. Die grüne Lampe gibt somit der Bedienungsperson ein sichtbares Signal? das sicherstellt, dass die Form mit der geforderten Temperatur arbeitet, um Gussstücke ohne Fehler zu erzeugen. Wenn dagegen die Formtemperatur den oberen Grenzeinstellpunkt von 280 C überschreitet, was von einem der beiden Thermoelemente festgestellt wird, wird das Relais 80 erregt und bringt die blaue Anzeigelampe 64 zum Aufleuchten. Die Giesszyklusgeschwindigkeit kann dann erniedrigt werden, bis die Giesstemperatur in den gewünschten Arbeitsbereich zurückfällt, worauf dann die grüne Anzeigelampe 62 wieder anzeigt, dass die Form wieder mit der richtigen Temperatur arbeitet.

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Die Regulierung des Kühlwasserstroms in der Spritzgus.sanordnung sollte derart erfolgen, dass das Solenoidventil 30 elektrisch betätigt wird, um das Ventil zu schliessen und die Hauptwasserzufuhr durch die Leitung 21 zu unterbrechen, wenn die Giesszyklusgeschwindigkeit zu sehr abfällt oder völlig unterbrochen wird. Das Wasser wird dann durch die Leitung 20 abgeleitet, die als Nebenleitung wirkt und in der der Strom durch das Ventil 32 von Hand reguliert werden kann. Durch diese Anordnung kann der Kühlwasserstrom zu der Form auf eine sichere Minimalmenge reduziert werden, um zu verhindern, dass die Form beim Wiederbeginn des Griesszyklus springt.

Es ist auch möglich, die Giesszykluszeit mit einer automatischen Steuervorrichtung zu regulieren, die mit den Temperaturfühlern in der Form gekoppelt ist, um dadurch die Formtemperatur in dem gewünschten Arbeitsbereich zu halten.

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Claims

Patentansprüche

1. Spritzgussverfahren, bei dem ein erhitztes Material in eine Sprit'zgussanordnung eingespritzt wird, die dadurch in einem Arbeitetemperaturbereich gehalten wird, dass eine Kühlflüssigkeit durch einen oder mehrere Kanäle in der Form strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Giesszyklus und die Temperatur der Spritzgussanordnung durch Signale wenigstens eines Temperaturfühlers (34), der in der Spritzgussform in dem Bereich der höchsten Temperatur gelegen ist, und wenigstens eines Temperaturfühlers(36) der in der Spritzgussform in dem Bereich der niedrigsten Temperatur gelegen ist, gesteuert wird, und dass Einrichtungen zur Aufnahme der Signale und Änderung der Zyklusgeschwindigkeit und/oder der Temperatur der Spritzgussanordnung vorgesehen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturfühler (34,36) Thermoelemente oder Thermistoren sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale sichtbare Signale sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sibhtbaren Signale von Lampen (60,62,64) erzeugt werden, die aufleuchten, wenn die mittlere Temperatur der Spritzgussanordnung eingehalten oder über- oder unterschritten wird.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom der Kühlflüssigkeit durch Spritzgussanordnung derart eingestellt wird, dass eine Temperatur erzeugt wird, die in den Bereichen der höchsten und niedrigsten Temperatur innerhalb von 5»6 C des mittleren Arbeit steraperaturbereichs liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturfühler (34,36) 2,3 bis 3i2 mm von der Formoberfläche entfernt angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler in jeder der einander gegenüberliegenden Hälften der Spritzgussanordnung angeordnet ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturfühler in einer Hälfte der Spritzgussanordnung angeordnet sind.

9· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erhitzte Material ein Metall oder eine Legierung ist.

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