DE2450805A1 - Giessverfahren fuer ne-metalle und ne-legierungen in verbindung mit einer kaltkammer-druckgiessmaschine und giessvorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Giessverfahren fuer ne-metalle und ne-legierungen in verbindung mit einer kaltkammer-druckgiessmaschine und giessvorrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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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 (3)
- P ATE FIANSPEÖCHB1· 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 gegenüber509818/0913/2- ? - 45 592dem Gießmetall (1) inertes Gas dank einer gleichachsig angeordneten Versehlußnadel (8) zwischen dem Druckkolben (5) und dem Speisekolben (6) eingeschlossen und zusammengedrückt ist.509818/091 3Leerseite
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