DE2450805B2 - Druckgiessverfahren fuer ne-metalle und ne-legierungen und vorrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckgießverfahren für NE-Metalle und NE-Legierungen, bei dem die in die Druckgießform gedrückte Schmelze am Ende der Bewegung des Druckkolbens im zentralen Bereich der Kolbenfläche weiter unter Druck gesetzt wird.

Ein solches zum Gießen von beispielsweise Aluminium, Zink, Kupfer, Magnesium und deren Legierungen geeignetes Verfahren ist bereits bekannt (DT-OS 58 061). Bei diesem Verfahren wird mit einer der Gießform vorgeschalteten Eingießbüchse gearbeitet, in der ein Druckkolben und ein zentral im Druckkolben geführter und relativ zu diesem bewegbarer Speisekolben von kleinerem Durchmesser angeordnet und axia! verschiebbar sind. Der ringförmige Druckkolben und der zentrale Speisekolben werden getrennt hydraulisch angetrieben und dabei so gesteuert, daß zunächst der Druckkolben eingefahren und dann mit einer zeitlichen Verzögerung der Speisekolben betätigt wird, um die Schmelze in die Gießform zu drücken. Diese Ausbildung mit einem getrennt betätigten zentralen Speisekolben beriHcsichtigt den Umstand, daß die Schmelze zunächst im Umfangsbereich der Eingießbüchse erstarrt, wodurch der Kolben beim Vollhub abgebremst wird, während im zentralen Bereich der Eingießbüchse bzw. der Kolbenfläche die Schmelze noch flüssig ist und daher im Interesse eines ordnungsgemäßen Füllens der Gießform weiter unter Druck gesetzt werden sollte.

Bei dem bekannten Verfahren ist es jedoch nachteilig, daß eine komplizierte Antriebseinrichtung für die getrennte Betätigung und Steuerung des Druckkolbens und des Speisekolbens erforderlich ist Außerdem findet bei jedem Arbeitsspiel ein die zugehörige Gießvorrichtung stark belastender doppelter Druckstoß statt, wenn zunächst der Druckkolben und danach der Speisekolben auf die erstarrte Schmelze auftreffen und zum Stillstand kommen.

Es ist ferner bereits bekannt, den Antrieb für eine entsprechende Ausbildung mit in der Eingießbüchse bewegbarem ringförmigem Druckkolben und davon getrenntem zentralem Speisekolben dadurch zu vereinfachen, daß nur ein einziges direkt am Speisekolben angreifendes Antriebsteil angetrieben wird, an dem sich der ringförmige Druckkolben über Tellerfedern abstützt, so daß nach dem Stillstand des Druckkolbens der Speisekolben bei gleichzeitigem Zusammendrücken der Tellerfedern tiefer in die Eingießbüchse eingefahren wird (US-PS 36 05 871). Zwar können die Tellerfedern den Stoß beim Stillstand des Druckkolbens dämpfen, der Speisekoiben ist jedoch nicht abgefedert, so daß auf den gedämpften Stoß des Druckkolbens noch ein ungedämpfter Stoß beim Auftreffen des Speisekolbens auf die mehr oder weniger erstarrte Schmelze erfolgt. Daher findet auch hier je Arbeitsspiel ein doppelter Druckstoß statt, wodurch die Gießvorrichtung stark beansprucht wird, was zu einer Verringerung der Lebensdauer der Antriebsteile und der Formen führt.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so durchzuführen, daß bei vergleichsweise einfachem Antrieb und vollständiger Formenfüllung die Druckstoßbeanspruchung herabgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Ende der Bewegung der Kolbenfläche zwischen diese und die Schmelze ein inertes Druckgas eingeleitet wird.

Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist nur ein Druckkolben zu betätigen, was zu einer vergleichsweise einfachen Antriebseinrichtung führt. Da die Schmelze im zentralen Bereich der Eingießbüchse durch Druckgas unter Druck gesetzt wird, entfällt das Auftreffen eines zentralen Speisekolbens mit einem entsprechenden Druckstoß. Daher entfallen die entsprechenden Stoßbeanspruchungen bei den bekannten Verfahren. Ferner erweist es sich als vorteilhaft, daß das Druckgas innerhalb des zentralen Bereiches der Eingießbüchse an allen Punkten der mehr oder weniger erstarrten Schmelze mit gleichmäßiger Druckeinwirkung angreift. Bei den bekannten Verfahren treffen demgegenüber die Speisekolben nur an einzelnen Punkten der ungleichmäßig und nicht genau in einer Radialfläche erstarrenden

Schmelze an und übertragen ausschließlich dort den Druck. Daher wirkt das Druckgas in vorteilhafter Weise überhalb dort auf die Schmelze, wo diese noch flüssig und dementsprechend nachfließfähig ist Dabei wirkt das kompressible Gaspolster dämpfeid und vermeidet dementsprechend Druckstöße. Femsr bildet das Druckgas in vorteilhafter Weise einen Wärmeschild zwischen der Schmelze und dem Druckkolben, so daß dessen Lebensdauer größer ist Dabei führt die von der Schmelze an das Druckgas abgegebene Wärme zu einer Druckerhöhung im Gaspolster, die das Nachdrücken der Schmelze in die Form unterstützt

Zweckmäßigerweise wird das inerte Druckgas mit einem Anfangsdruck von 50 bis 500 bar, vorzugsweise 100 bis 150 bar, eingeleitet. _IS

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Druckgießverfahrens mit einer der Gießform vorgeschalteten Eingießbüchse, in der ein Druckkniben, der eine Kammer aufweist und ein zentral im Druckkolben geführter und relativ zu diesem bewegbarer Speisekolben von kleinerem Durchmesser angeordnet und mittels einer am Speisekolben angreifenden Antriebseinrichtung axial verschiebbar sind.

Diese bekannte Vorrichtung (US-PS 36 05 871), bei der die im Druckkolben vorgesehene Kammer allerdings der Kolbenkühlung dient und mit Kühlmittelanschlüssen versehen ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Speisekolben abdichtend in die der Gasverdichtung dienenden Druckkolbenkammer hineinragt von der eine in der schmelzseitigen Kolbenfläche des Druckkolbens mündende Bohrung ausgeht, der ein die schmelzseitige Kolbenfläche verschließendes Ventilorgan zugeordnet ist, das bei Erreichen einer in die Druckkolbenkammer eingefahrenen Kompressionsstellung des Speisekolbens von diesem aufsteuerbar ist.

Mit einer solchen, ohne besonderen Aufwand herstellbaren Vorrichtung läßt sich das vorbeschriebene erfindungsgemäße Verfahren in zweckmäßiger Weise durchführen, wobei die vorgenannten Vorteile erzielt werden und dementsprechend die Vorrichtung ruhig und verschleißarm arbeitet.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das Ventilorgan stangenförmig ausgebildet und axial verschiebbar in der Bohrung geführt, liegt in Schließstellung mit seiner dem Speisekolben abgewandten Stirnfläche in der Ebene der schmelzseitigen Druckkolbenfläche und weist axiale Umfangsnuten in einem Abstand zur Stirnfläche auf, der kleiner als die Bewegungsstrecke des Ventilorgans aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung ist. Auf diese einfache Weise erhält man das benötigte Ventil, welches das in der Druckkolbenkammer auf den geeignete druckverdichtete inerte Druckgas nach dem Stillstand des Druckkolbens zwischen diesen und die benachbarte Außenhaut der Schmelze einleitet. Eine solche Ausbildung ist robust und störungsunanfällig.

Ferner hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn im Speisekolben eine an eine Quelle für inertes Druckgas anschließbare Leitung angeordnet ist, deren Mündungsöffnung im Speisekolbenumfang bei aus der Druckkolbenkammer ausgefahrener Stellung des Speisekolbens über eine in der Druckkolbenkammer wand angeordnete Überströmnut mit der Druckkolbenkammer verbunden ist. Auch hierbei handelt es sich um einfache Ausbildungsmaßnahmen ohne besonderen Aufwand, die eine zur Erzielung des gewünschten Enddruckes erforderliche Füllung der Druckkolbenkammer mit inertem Gas vor dem Arbeitshub des Druckkolbens gewährleisten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 in einem Axialschnitt die Vorrichtung mit ausgefahrenem Druckkolben und

F i g. 2 in einer F i g. 1 entsprechenden Darstellung die Vorrichtung mit eingefahrenem Druckkolben und eingeleitetem inertem Druckgas.

An der linken Seite der Figuren ist an die Eingießbüchse 3, in die über eine Zuführöffnung 2 die flüssige Schmelze 1 eingeführt wird, die Gießform angeschlossen. In der Eingießbüchse 3 ist ein Druckkolben 5, mit dem ein austauschbarer Kolbenkopf 4 lösbar verbunden ist axial bewegbar geführt Im Druckkolben 5 ist ein zentraler Speisekolben 6 axial verschiebbar gelagert, der abdichtend in eine Druckkolbenkammer 7 hineinragt Der Kolbenkopf 4, der Druckkolben 5 und der Speisekolben 6 weisen eine koaxiale zylindrische Aussparung auf, die ein stangenförmiges Ventilorgan 8 mit einer Führungshülse 9 verschiebbar aufnimmt. Das zur schmelzseitigen Kolbenfläche weisende Ende des stangenförmigen Ventilorgans 8 ist mit axialen Umfangsnuten 10 versehen, die im Abstand zur gemäß F i g. 1 in der schmelzseitigen Kolbenfläche verlaufenden Stirnfläche des Ventilorgans 8 angeordnet sind und über radiale Nuten 11 und Bohrungen 12 mit der Druckkolbenkammer 7 in Verbindung stehen. Die Druckkolbenkammer 7 ist über eine Überströmnut 20 in der Kammerwand und einen sich durch den Speisekolben 6 erstreckenden Kanal 13 an eine öffnung 14 angeschlossen, die der Einleitung eines unter Druck siehenden inerten Gases in die Druckkolbenkammer 7 dient. Der Speisekolben 6 weist zur Aufnahme der Führungshülse 9 eine Bohrung 15 auf, deren der Druckkolbenkammer 7 abgewandtes Ende über einen Kanal 16 mit einer ins Freie führenden öffnung 17 verbunden ist.

In der Ausgangsstellung mit ausgefahrenem Druckkolben 5 gemäß F i g. 1 wird die Schmelze 1 in die Eingießbüchse 3 eingefüllt. Durch die öffnung 14 wird Stickstoff oder ein anderes, gegenüber der Schmelze 1 inertes Gas unter einem Druck von beispielsweise 100 bar eingeleitet. Dieses Gas strömt in die Druckkolbenkammer 7 und bewirkt, daß der Speisekolben 6 in der Zeichnung nach rechts bis in Anlage an einen am rechten Ende des Druckkolbens 5 vorgesehenen Haltering ausgefahren wird, der einem Anschlag 18 für das Ausfahren des Druckkolbens 5 gegenüberliegt. Auch das Ventilorgan 8 wird zusammen mit der Führungshülse 9 so weit nach rechts bewegt, bis eine am die Umfangsnuten aufweisenden Ende des Ventilorgans 8 vorgesehene Ringschulter 19 zur Anlage an der vorderen Stirnfläche des Druckkolbcns 5 kommt. In dieser Stellung sind die Umfangsnuten 10 innerhalb des Kolbenkopfes 4 abgedichtet so daß aus der Kammer 7 kein Druckgas in die Eingießbüchse 3 bzw. zur Schmelze 1 hin entweichen kann.

Nunmehr wird der Speisekolben 6 mittels einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung, die in bekannter Weise beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch betrieben werden kann, gemäß F i g. 1 nach links verlagert, wodurch der Druckkolben 5 in gleicher Richtung an der Füllöffnung 2 mitgenommen wird, so daß die Schmelze 1 in dem verbleibenden Teil die Eingießbüchse 3 über ihren ganzen Querschnitt ausfüllt

und in die angeschlossene Form gedrückt wird. An der Wand der Eingießbüchse 3 beginnt die Schmelze 1 zu erstarren und stoppt die Vorschubbewegung des Druckkolbens 5 mit dem Kolbenkopf 4. Der Speisekolben 6 setzt jedoch seine Einfahrbewegung fort, so daß sich das Volumen der Druckkolbenkammer 7 verkleinert und das in ihr befindliche inerte Druckgas nach dem Absperren der Überströmnut 20 auf einen Druck steigt, der um ein Mehrfaches höher als der Anfangsdruck in der Kammer 7 ist Dieses Druckgaspolster in der Kammer 7 dämpft den Stoß beim Auftreffen des Druckkolbens 5 bzw. des Kolbenkopfes 4 auf die erstarrende Schmelze, so daß die am Speisekolben 6 angreifende Antriebsvorrichtung nur geringen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Mit zunehmendem Einfahren des Speisekolbens 6 in die Druckkolbenkammer 7 nähert sich die am inneren Ende der Bohrung 15 vorhandene Ringschulter dem zugewandten Ende der Führungshülse 9, bis es zur Anlage kommt, wie sie in Fig.2 dargestellt ist. In diesem Moment ist der Speisekolben 6 jedoch noch nicht vollständig in die Kammer 7 eingefahren. Bei der weiteren Einwärtsbewegung des Speisekolbens 6 wird bei gleichzeitig weiterem Schließen der Druckkolbenkammer 7 über die Führungshülse 9 das stangenförmige Ventilorgan 8 mitgenommen und über die schmelzseitige Kolbenfläche hinaus bis in die in Fig.4 gezeigte Stellung vorgedrückt was deswegen möglich ist, weil die Schmelze im zentralen Bereich der Eingießbüchse 3 noch nicht erstarrt ist. Sobald die Umfangsnuten 10 über die schmelzseitige Kolbenfläche hinaustreten, strömt das in der Kammer 7 komprimierte inerte Druckgas aus, wie es in F i g. 2 durch Pfeile angedeutet ist. Dabei wird das Druckgas mit Hilfe des Speisekolbens 6 im wesentlichen vollständig aus der Kammer herausgedrückt, wie es F i g. 4 zeigt. Das zwischen die Schmelze 1 und den Kolbenkopf 4 austretende Druckgas, das in der

ίο Kammer 7 auf einen Druck von mehreren 100 bar zusammengedrückt war, verlagert die im zentralen Bereich der Eingießbüchse 3 noch flüssige Schmelze und ruft so die Steigerwirkung hervor, die um so stärker ist, als die hohe Temperatur der Schmelze den Gasdruck noch vergrößert. Das inerte Gas bildet somit einen zwischengeschalteten »Gaskolben«, der auf alle Stellen der unregelmäßigen Oberfläche des Lunkers gleichmäßig einwirkt bzw. drückt. Die Anlagefläche zwischen dem »Gaskolben« und dei* Schmelze ist in Fig.2 in Form einer Parabel eingezeichnet Anschließend wird die Vorrichtung mittels der am Speisekolben 6 angreifenden Antriebsvorrichtung wieder in die Ausgangsstellung gemäß F i g. 1 gebracht, wobei die Entlüftung der Bohrung 15 über den Kanal 16 und die

öffnung 17 in Verbindung mit der Druckgaszufuhr durch die Überströmnut 20 gewährleisten, daß auch das Ventilorgan 8 mit der Führungshülse 9 in die Ausgangsstellung zurückkehrt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Druckgießverfahren für NE-Metalle und NE-Legierungen, bei dem die in die Druckgießform S gedrückte Schmelze am Ende der Bewegung des Druckkolbens im zentralen Bereich der Kolbenfläche weiter unter Druck gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Bewegung der Kolbenfläche zwischen diese und die Schmelze ein inertes Druckgas eingeleitet wird.

2. Druckgießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Druckgas mit einem Anfangsdruck von 50 bis 500 bar, vorzugsweise von 100 bis 150 bar, eingeleitet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Drucfcgießverfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer der Gießform vorgeschalteten Eingießbüchse, in der ein Druckkolben, der eine Kammer aufweist, und ein zentral im Druckkolben geführter und relativ zu diesem bewegbarer Speisekolben von kleinerem Durchmesser angeordnet und mittels einer am Speisekolben angreifenden Antriebseinrichtung axial verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisekolben (6) abdichtend in die der Gasverdichtung dienende Druckkolbenkammer (7) hineinragt, von der eine in der schmelzseitigen Kolbenfläche des Druckkolbens (4, 5) mündende Bohrung ausgeht, der ein die schmelzseitige Kolbenfläche verschließendes Ventilorgan (8) zugeordnet ist, das bei Erreichen einer in die Druckkolbenkammer eingefahrenen Kompressionsstellung des Speisekolbens von diesem aufsteuerbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilorgan (8) stangenförmig ausgebildet und axial verschiebbar in der Bohrung geführt ist, in Schließstellung mit seiner dem Speisekolben (6) abgewandten Stirnfläche in der Ebene der schmelzseitigen Druckkolbenfläche liegt und axiale Umfangsnuten (10) in einem Abstand zur Stirnfläche aufweist, der kleiner als die Bewegungsstrecke des Ventilorgans aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Speisekolben (6) eine an eine Quelle für inertes Druckgas anschließbare Leitung (13) angeordnet ist, deren Mündungsöffnung im Speisekolbenumfang bei aus der Druckkolbenkammer (7) ausgefahrener Stellung des Speisekolbens über eine in der Druckkolbenkammerwand angeordnete Überströmnut (20) mit der Druckkolbenkammer verbunden ist.