DE2450805A1

DE2450805A1 - Giessverfahren fuer ne-metalle und ne-legierungen in verbindung mit einer kaltkammer-druckgiessmaschine und giessvorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2450805A1
Application number: DE19742450805
Authority: DE
Inventors: Robert Portalier
Original assignee: Aluminium Pechiney SA
Current assignee: Rio Tinto France SAS
Priority date: 1973-10-29
Filing date: 1974-10-25
Publication date: 1975-04-30
Also published as: NO743844L; DE2450805B2; ES431433A1; NL7414142A; IT1025195B; FR2248896B1; JPS5074524A; DD114530A5; DK562474A; ATA863474A; FI311574A; PL92419B1; SE7413407L; LU71181A1; FR2248896A1; DE7435773U; SU553920A3; BE821494A

Description

Gießverfahren für NE-Metalle und NE-Legierungen in Verbindung mit einer Kaltkammer-Druckgießmaschine und Gießvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Gießverfahren in Verbindung mit Kaltkammer-Druckgießmaschinen sowie eine Gießvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere für NE-Metalle und NE-Legierungen, wie z.B. Aluminium, Zink, Kupfer, Magnesium und deren Legierungen.

Bei diesen Maschinen erfolgt das Pullen eines Formwerkzeuges dadurch, daß ein flüssiges Metall aus einem Vorratsbehälter in das Formwerkzeug hineingedrückt wird, wobei das flüssige Metall aus dem Vorratsbehälter mit einem Kolben unter einem Druck ausgeschoben wird, der im allgemeinen in der Größenordnung von einigen hundert Bar liegt. Das Füllen des Formwerkzeuges geht immer sehr rasch vor sich, und am Ende des Eingießvorganges treten zwei Störerscheinungen auf.

Die eine dieser Störerscheinungen besteht in einer Druckstoßwirkung, hervorgerufen durch das abrupte Anhalten des Kolbens und der mit ihm fest verbundenen Einrichtungen insgesamt

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alls. Diese

infolge der Inkompre ssibilitat des flüssigen Meta" Erscheinung hat zur Verwendung einer Formwerkzeug-Schließvorrichtung geführt, deren Schließkraft deutlich über dem berechneten Gießdruck liegt, und ist außerdem häufig mit Schwingungsbeanspruchungen des Kolbens verbunden.

Die andere Störerscheinung geht auf die Tatsache zurück, daß der Schub des Kolbens gleichmäßig auf den ebenen Teil der im Vorratsbehälter vor dem Kolbenkopf gebildeten scheibenförmigen Gießstoffmasse wirkt. Sobald der Umfangsteil der scheibenförmigen Gießstoffmasse erstarrt oder ausreichend zähflüssig wird, wird der Widerstand gegen den Kolbenvorschub so groß, daß der Kolben zum Stillstand kommt, während der zentrale Teil der scheibenförmigen Gießstoffmasse noch flüssig ist. Mit fortschreitender Abkühlung zieht sich dieser zentrale Teil in sich zusammen, ohne als "Steiger" zu wirken, d.h. ohne den Lunker im Gußstück mit dem noch verfügbaren flüssigen Metall auffüllen zu können.

Zur Überwindung dieser Nachteile sind verschiedene lösungen vorgeschlagen worden, insbesondere eine Vorrichtung mit zwei konzentrischen Kolben, bei der ein in der Achse des Hauptkolbens angeordneter kleiner Hilfskolben am Ende des Eingießvorganges so betätigt wird, daß er seinen Schub bzw. seine Schubkraft an dem noch flüssigen oder zähflüssigen Bereich der scheibenförmigen Gießstoffmasse aufträgt. Diese Vorrichtung, die in der französischen Patentschrift 1 397 882 beschrieben wird, ist unter der Bezeichnung "ACURAD-Verfahren" bekannt. Diese Lösung bringt jedoch eine enorme Verkomplizierung des hydraulischen Antriebs mit sich, macht eine einwandfreie Synchronisation der Bewegungen der beiden Kolben erforderlich und ruft einen doppelten Druckstoß hervor, der die Maschine hoch beansprucht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Gießvorrichtung für flüssiges Metall zu schaffen, der die

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"beiden vorgenannten Nachteile nicht anhaften und die keinen doppelten hydraulischen Antrieb benötigt.

Diese Aufgabe ist bei einer Gießvorrichtung für Kaltkammer-Druckgießmaschinen für NE-Metalle und NE-Legierungen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Speisekolben,.der mit der Kompressionskraft der Druckgießmaschine beaufschlagt ist, jedoch mit dem Metall nicht in Berührung kommt, im Innern eines Druckkolbens, der die Kompressionskraft auf das in einen Vorratsbehälter eingefüllte Metall überträgt, frei und gleichachsig verschiebbar ist und somit eine Kammer bildet, in der ein zuvor mit einem Anfangsdruck zwischen 50 und 500 bar, vorzugsweise von 100 bis 150 bar, eingeleitetes und gegenüber dem Gießmetall sich neutral verhaltendes Gas dank einer gleichachsig angeordneten Verschlußnadel gegen Ende des Gießvorganges zwischen dem Druckkolben, der durch das an den Wänden des Vorratsbehälters zu erstarren beginnende Metall stillgesetzt ist, und dem sich weitervorschiebenden Speisekolben stark zusammengedrückt ist und sodann durch das Vorschieben der Verschlußnadel, die durch den Speisekolben in dessen Endstellung geöffnet wird, in den Vorratsbehälter freigelassen und darin entspannt wird und dort die Steigerwirkung hervorruft.

Diese Vorrichtung stellt gegenüber herkömmlichen Ausbildungsformen eine bedeutende Verbesserung dar. Sie gestattet insbesondere

- die größtmögliche Ausnutzung der theoretischen Leistungsfähigkeit der Druckgießmaschinen infolge Wegfalls des Druckstoßes,

- eine Verminderung der mechanischen Beanspruchung der Formwerkzeuge und dadurch eine Erhöhung ihrer Lebensdauer,

- die Erzielung einer höheren Dichte der Gußstücke und die Unterdrückung jeglicher Lunkerbildung im Innern des Gußstückes durch Ausüben einer äußerst starken Steigerwirkung auf das noch flüssige Metall und durch einwandfreies Füllen des Formwerkzeuges,

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- eine Verminderung der Tendenz zur Grafbildung an den Trennstellen der Formwerkzeuge, und

- eine Verringerung des Verschleißes am Kopf des Druckkolbens durch die Luftkissen- und Wärmeschild-Wirkung zwischen der scheibenförmigen Gießstoffmasse und dem Kolben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die Gesamtheit der Gießvorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 2 bis 6 Darstellungen der während eines vollständigen Gießzyklus vom Hauptkolben, dem Speisekolben und der gleichachsig angeordneten Verschlußnadel nacheinander eingenommenen Stellungen.

Ein (nicht gezeichnetes) Formwerkzeug befindet sich in bezug auf die in Fig. 1 dargestellten Bauteile links von der Zeichnung. Die Gießvorrichtung ist in ihrer Ausgangsstellung gezeichnet. Ein mit dem Formwerkzeug verbundener und mit einer Zuführöffnung 2 versehener Vorratsbehälter 3 ist zur Aufnahme von flüssigem Metall 1 bestimmt. Die Gießvorrichtung weist einen Kopf 4 auf, der mit einem Druckkolben 5 fest, jedoch lösbar verbunden ist, um bei Verschleiß ausgetauscht werden zu können. Im Druckkolben 5 ist verschiebbar ein Speisekolben 6 aufgenommen, unter Bildung einer Kammer 7, deren Volumen mit der Relativstellung des Speisekolbens 6 und des Druckkolbens 5 veränderlich ist. Der Kopf 4, der Speisekolben 6 und der Druckkolben 5 sind mit einer in Achsenrichtung sich erstreckenden zylindrischen Aussparung versehen, in der mit Führung durch eine Nadelführung 9 eine Nadel 8 verschiebbar ist. Der Kopf der Nadel 8 weist über etwa der Hälfte seiner Länge Längsnuten 10 auf, die über gegenüberliegend angeordnete Nuten 11 und Öffnungen 12 mit

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der Kammer 7 in. Verbindung stehen. Die Kammer 7 ist ebenfalls über eine Nut 20 und einen Kanal 13 an eine Öffnung 14 angeschlossen, durch die ein unter Druck stehendes Gas einleitbar, ist. Hinter der Nadelführung 9 befindet sich eine Kammer 15, die über einen Kanal 16 mit einer Öffnung 17 verbunden ist, welche ins Freie führt.

In der folgenden Beschreibung der Arbeitsweise der Vorrichtung sei jegliche Bewegung der beweglichen Teile entsprechend der Zeichnung nach links als "Vorschub", entsprechend der Zeichnung nach rechts als "Rückstellung" und/oder mit analogen Ausdrücken bezeichnet.

Bei geschlossenem Formwerkzeug wird das flüssige Metall oder die flüssige Legierung 1 von Hand oder mit einer an sich bekannten Zuführungseinrichtung durch die Zuführöffnung 2 in solcher Menge' in den Vorratsbehälter 3 gefüllt, daß der Flüssigkeitsspiegel die Achse des Kolbens deutlich übersteigt und der bei beendeter Füllung des Formwerkzeuges verbleibende Metall- oder Legierungsüberschuß in Gestalt einer scheibenförmigen Gießstoffmasse eine Dicke aufweist, die ausreicht, um durch im Vergleich mit dem Gußstück längeres Verharren im flüssigen Zustand die Rolle als Steiger spielen zu können. Durch die Öffnung 14 hindurch wird vorzugsweise Stickstoff oder ein beliebiges anderes, gegenüber dem flüssigen Metall inertes Gas mit einem hohen Druck in der Größenordnung von 100 bar eingeleitet. Über den Kanal 13 und die Nut 20 beaufschlagt dieser Stickstoffdruck die Kammer 7 und bewirkt, daß der Speisekolben 6 bis zum Anschlag an einem Kranz 18 zurückgeht. Das Aggregat aus Nadel 8 und Nadelführung 9 wird gleichermaßen zurückgedrängt und geht zurück, bis eine Schulter 19 zur Anlage an der vorderen Stirnfläche des Druckkolbens 5 kommt. Da die Nuten im Nadelkopf kürzer sind als der Kolbenkopf 4 dick, ist ein dichter Abschluß gewährleistet und das unter Druck stehende Gas hat keinen Zugang zum flüssigen Metall 1.

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In Fig. 2 ist die zweite Phase des G-ießvorganges dargestellt. Unter der Wirkung des G-ießdruckes, der mit einer (nicht gezeichneten) beliebigen und an sich bekannten hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Vorrichtung aufgetragen wird, hat sich der Speisekolben 6 in die Gieß- oder Druckkammer 3 vorgeschoben, hat die Zuführöffnung 2 passiert und das flüssige Metall 1 in das Formwerkzeug ausgeschoben. An den kalten Kammerwänden beginnt das Überschußmetall zu erstarren und stoppt den Vorschub des Kopfes 4 und des Druckkolbens 5· Aufgrund der Kompressibilität des in der Kammer 7 befindlichen Gases und da der auf den Speisekolben 6 wirkende Druck um ein Mehrfaches höher ist als der Anfangsdruck in der Kammer 7» setzt andererseits der Speisekolben seinen Vorschub fort, unter Verkleinerung des Volumens der Kammer 7» in der der Druck ansteigt. Diese Verkleinerung der Kammer 7 wirkt als Dämpfung und schwächt den Druckstoß im Antriebsaggregat des Speisekolbens 6 sehr stark ab. Da der Speisekolben 6 die Nut 20 passiert hat, ist ein dichter Abschluß der Kammer 7 gewährleistet.

Da in der dritten Phase des Gießvorganges (Fig. 3) der Druck auf den Speisekolben 6 weiterhin ansteigt, kommt das hintere Ende der Nadelführung zur Anlage am Grund 21 der im Kolben in Achsenrichtung ausgebildeten zylindrischen Aussparung.

Fig. 4 stellt die vierte Phase des Gießvorganges dar. Durch das weitere Ansteigen des auf den Speisekolben 6 wirkenden Druckes wird die Nadel 8 nach vorn geschoben. Ihr Kopf dringt in den zentralen Teil der scheibenförmigen Gießstoffmasse ein, der noch flüssig ist, bis zu dem Augenblick, in dem der genutete Teil des Nadelkopfes durchstößt. Dadurch kann sich das Gas, das in der Kammer 7 unter einem Druck von mehreren hundert Bar zusammengedrückt war, entspannen und die Steigerwirkung hervorrufen, die umso stärker ist, als die hohe Temperatur der scheibenförmigen Gießstoffmasse den Gasdruck noch vergrößert. Das Speisen erfolgt daher mit einem zwischengeschalteten "Gaskolben", der sich an allen

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Stellen der unregelmäßigen Oberfläche des Lunkers einwandfrei anschmiegt.

Pig. 5 zeigt die fünfte Phase des Gießvorganges. Die scheibenförmige Gießstoffmasse ist erstarrt. Der Lunker befindet sich in der Zone, die mit dem Nadelkopf in Berührung ist, und hat somit keinerlei nachteiligen Einfluß auf das Gußstück, da die scheibenförmige Gießstoffmasse später abgetrennt und wieder eingeschmolzen wird.

In Fig. 6 ist die sechste Phase des Gießvorganges dargestellt, in der das System in seine Ausgangsstellung zurückkehrt. Der Speisekolben 6 wird durch den Antrieb der Maschine nach hinten zurückgeführt. Im Prinzip sollten sich der Druekkolben 5 und die Nadel 8 automatisch wieder in der Ausgangsstellung befinden. Wenn jedoch in der Kammer 7 kein Restdruck mehr vorhanden ist, könnte es sein, daß die Nadel 8 nicht in die "Schließstellung" zurückgeht. Dank des Anschlages bzw. Kranzes 18 kommt der Druekkolben 5 zum Stillstand, kurz bevor der Speisekolben 6 seine hintere Endstellung erreicht. Dadurch wird die Kammer 7 über den Kanal 13» die Nut 20 und die Öffnung 14 mit der Quelle für inertes Gas verbunden, das unter einem Druck in der Größenordnung von 100 bar steht. Der Druckanstieg in der Kammer 7 bewirkt, daß sich der Speisekolben 6 und der Druekkolben 5 voneinander lösen und daß die Nadelführung 9 nach rechts zurückgeht. Durch den Anschluß der Kammer 15 über den Kanal 16 und die Öffnung an die Umgebungsluft wird die Bildung eines die Bewegung der Nadel behindernden Luftkissens vermieden.

Das System befindet sich dann in der Ausgangsstellung für den nachfolgenden Gießvorgang.

Die Vorrichtung nach der Erfindung gestattet die Beibehaltung aller übrigen Merkmale der Kaltkammer-Druckgießmaschinen und verringert insbesondere nicht die Taktzeit, für die die Maschine vorgesehen ist.

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Claims

P ATE FIANSPEÖCHB

1· Gießverfahren für NE-Metalle und NE-Legierungen in Verbindung mit Kaltkammer-Druckgießmaschinen, dadurch g ek e nnz e ichne t, daß gegen Ende des Eingießens des Metalls (1) in eine Druckgießform ein in einer Kammer (7) eingeschlossenes inertes Gas zwischen einem Druckkolben (5), der durch das an den Wänden eines Vorratsbehälters (3) zu erstarren beginnende Metall (1) stillgesetzt ist, und einem sich weitervorschiebenden Speisekolben (6) stark zusammengedrückt und sodann durch eine Verschlußnadel (8), die durch den Speisekolben (6) in dessen Endstellung vorgeschoben wird, in den Vorratsbehälter (3) freigelassen und darin entspannt wird und dort die Steigerwirkung hervorruft.
2. Gießverfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das gegenüber dem Gießmetall (1) inerte Gas zuvor mit einem Anfangsdruck von 50 bis 500 bar, vorzugsweise von 100 bis 150 bar, in die Kammer (7) eingeleitet wird.
3. Gießvorrichtung für Kaltkammer-Druckgießmaschinen für NE-Metalle und NE-Legierungen, dadurch g e k e η η zeichnet, daß ein Speisekolben (6), der mit der Kompressionskraft der Druckgießmaschine beaufschlagt ist, jedoch mit dem Metall (1) nicht in Berührung kommt, im Innern eines Druekkolbens (5), der die Kompressionskraft auf das in einen Vorratsbehälter (3) eingefüllte Gießmetall (1) überträgt, frei und gleichachsig verschiebbar ist und somit eine Kammer (7) bildet, in der ein gegenüber

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dem Gießmetall (1) inertes Gas dank einer gleichachsig angeordneten Versehlußnadel (8) zwischen dem Druckkolben (5) und dem Speisekolben (6) eingeschlossen und zusammengedrückt ist.

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