DE2517140A1

DE2517140A1 - Druckgussverfahren

Info

Publication number: DE2517140A1
Application number: DE19752517140
Authority: DE
Inventors: Isao Miki; Masataka Miyoshi
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1974-04-19
Filing date: 1975-04-18
Publication date: 1975-11-20
Also published as: CA1048227A; JPS50136231A; FR2267846A1; GB1473279A; DE2517140C2; FR2267846B1

Description

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DR.-ING. GERALD KLOPSCH 50OO KÖLN

PATENTANWALT MARSPLATZ 11

Köln, den I7. April 1975 Kl/En

NIPPON LIGHT METAL COMPANY LIMITED,

No. >-5* 7-Chome, Ginza, Chuo-Ku, Tokyo, 104-91 (Japan) Druckgußverfahren

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Druckgußverfahren, das es ermöglicht, wirksam einwandfreie Gußdruckteile herzustellen, die nur äußerst geringe innere Fehler aufweisen, die durch Lunker, Schwindungshohlräume und Seigerungen verursacht werden können.

Das Druckgußverfahren ist ein wirksames Gießverfahren, das es ermöglicht, mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit in der Massenfertigung Gußteile mit höchster Maßgenauigkeit und gut aussehender Oberfläche herzustellen, jedoch galt das Druckgußverfahren bisher als ungeeignet für die Herstellung von Maschinenteilen, Konstruktionsteilen u.dgl., die einen hohen Grad von Präzision, Festigkeit, Luftdichtigkeit u.dgl. erfordern, weil Fehler, z.B. eine große Zahl von Lunkern und Seigerungen im Innern der hergestellten Gußteile vorhanden sind.

In'der US-PS 3 382 910 wird ein als porenfreies Druckgußverfahren oder "reactive gas die-casting method" bezeichnetes Druckgußverfahren, d.h. ein unter Verwendung eines reaktionsfähigen Gases durchgeführtes Druckgußverfahren vorgeschlagen, bei dem ein Gas, z.B. Sauerstoff, das mit dem zu gießenden geschmolzenen Metall in hohem Maße reaktionsfähig ist, vorher in die Druckgußmaschine eingeführt wird, aus der es die Luft verdrängt.

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Auf diese Weise wird der größte Teil des Gases, das mit der Metallschmelze in die Druckgußmaschine gesaugt wird, mit dem eingespritzten Metall umgesetzt und hierdurch in feine Feststoffteilchen umgewandelt, die in dem gesamten hierbei gebildeten festen Gußstück dispergiert sind. Durch Anwendung dieses Verfahrens wurden die Fehler, die auf die Anwesenheit von Gaseinschlüssen und Gußblasen in den nach dem Druckgußverfahren und mit der Druckgußmaschine hergestellten Gußteil zurückzuführen sind, in einem gewissen Maße ausgeschaltet. Es verbleibt jedoch noch das Problem, daß Schwindungshohlräume im Gußteil auftreten können, und damit das Problem der Maßgenauigkeit und einwandfreien Beschaffenheit, die bei Maschinenteilen oder Konstruktionsteilen erforderlich sind, die nach dem Druckgußverfahren hergestellt werden.

Die US-PS 3 106 002 beschreibt ein Druckgußverfahren, bei dem es möglich sein soll, einwandfreie porenfreie Gußteile herzustellen, indem die Temperatur im Innern des Gußteils unter den Schmelzpunkt gesenkt und anschließend das Metall an einer materialintensiven Stelle des Gußstücks verdrängt wird, indem ein Verdrängungsglied: unter Schmiededruck: in diese Stelle gepreßt wird. Irgendeine Methode zur Lösung des Problems der Gußblasen in den Gußstücken wird jedoch in dieser Patentschrift nicht erwähnt.

Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen guter, einwandfreier Druckgußteile, die frei von inneren Fehlern wie Lufteinschlüssen, Lunkern, Seigerungen u.dgl. sind. Dies wird erreicht, indem bei der Durchführung des Druckgußverfahrens in der oben genannten Weise unter Verwendung eines reaktionsfähigen Gases das geschmolzene Metall in den Formhohlraum gespritzt und anschließend ein Einpreßstab, der in der Form angeordnet ist, in den

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Formhohlraum getrieben wird, während ein Teil des Metalls im Formhohlraum sich noch im geschmolzenen oder unvollständig erstarrten Zustand "befindet, d.h. der Einpreßstab in das in der Erstarrung befindliche Metall getrieben wird.

Im allgemeinen beginnt beim Druckgußverfahren das Erstarren des in den Formhohlraum gespritzten geschmolzenen Metalls schnell am Oberflächenteil, der mit dem bei niedriger Temperatur befindlichen Formraum in Be-Rührung ist, worauf es zum Innern des Gußstücks hin fortschreitet. Der in dieser Weise zuerst erstarrte Teil pflegt auf Grund der Schrumpfung zur Zeit der Erstarrung Metall von anderen Teilen des Gußstücks, die langsamer erstarren, an sich zu ziehen, so daß nach vollständigem Erstarren eine erhebliche Menge des geschmolzenen Metalls in der Nähe des zentralen oder dickeren Teils des Gußstücks zum zuerst erstarrten Teil des Gußstücks strömt, wodurch Lunker oder Schwindung s hohlräume entstehen.

Gemäß der Erfindung wird bei der Herstellung von Druckgußteilen nach dem Reaktivgas-Druckgußverfahren ein Einpreßstab, der in der Form angeordnet ist, in den Formhohlraum getrieben. Dies geschieht zu dem Zeitpunkt, zu dem das in den Formhohlraum eingespritzte Metall noch nicht vollständig erstarrt und im Innern noch in einem genügend geschmolzenen Zustand gehalten wird, um den Einpreßstab in den noch geschmolzenen Teil treiben zu können. Der Einpreßstab wird in den noch geschmolzenen Teil des Gußstücks getrieben, indem er durch den erstarrten Teil an der Oberfläche der eingespritzten Metallschmelze geführt oder der erstarrte Teil der Oberfläche der eingespritzten Schmelze durch die Wirkung des vorgetriebenen Einpreßstabes in den geschmolzenen Teil gepreßt wird, so daß ein Teil der Schmelze mit sehr geringem Volumen erstarrt und die Schwindung,

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die normalerweise stattfinden würde, durch das Eindrücken des Einpreßstabes oder das Volumen, das das hierbei verdrängte erstarrte Metall einnimmt, ausgeglichen wird. Auf diese Weise werden durch Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung Lunker oder Schwindungshohlräume fast vollständig vermieden. Das Druckgußverfahren gemäß der Erfindung hat somit den Vorteil, daß durch Verwendung des vorstehend beschriebenen Einpreßstabes in Kombination mit dem bereits genannten Reaktivgas-Druckgußverfahren durch Verminderung oder Ausschaltung von Lunkern, Gußblasen und Schwindungshohlräumen in den Gußteilen gute, einwandfreie Gußteile, die fast vollständig frei von inneren Fehlern sind, erhalten werden. Als Metalle können nach dem Druckgußfahren Zink, Aluminium oder Magnesium oder Legierungen dieser Metalle verarbeitet werden.

Die ausgezeichneten Wirkungen der erfindunsgemäßen Maßnahmen, die durch Eintreiben des oben genannten Einpreßstabes in die eingepreßte Schmelze- bei gleichzeitiger Verwendung des reaktionsfähigen Gases bei dem beschriebenen Druckgußverfahren erzielt werden, werden nicht erhalten, wenn der Einpreßstab ohne das reaktionsfähige Gas verwendet wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß die in den Druckgußteilen vorhandenen Gußblasen oder Lufteinschlüsse durch Eintreiben des Einpreßstabes in die Gußteile weiter zusammengepreßt werden, wodurch sich Deformierungen der Gußteile durch Expansion der unter hohem Druck stehenden Gußblasen und Lufteinschlüsse ergeben, wenn die Gußteile aus der Form ausgeworfen werden, worauf durch die Ausdehnung des Gases in den Gußblasen und Gaseinschlüssen, insbesondere in den Gußblasen in der Mähe der Oberfläche des Gußteils, Deformierungen und "Pockennarben" in der Oberfläche des Gußteils entstehen. Die Gußteile dürfen daher erst dann aus der Form ausgeworfen werden, wenn

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die Gußteile so weit erstarrt sind, aaß sie ihre Form und einwandfreie Beschaffenheit der Oberfläche bewahren,

Es ist wichtig, daß der Einpreßstab gemäß der Erfindun£ zu einem Zeitpunkt, zu dem das Gußteil· innen noch nicht erstarrt ist, in das Gußteil· getrieben wird. Dies hat zur Foige, daß hoher Druck ähnlich dem beim Schmieden erforderlichen Druck nicht notwendig ist.

Die Erfindung wird nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die Abbiidungen beschrieben, die eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtuni darste^en.

Fig.1 ist ein Längsschnitt durch die Hauptteiie einer Druckgußmaschine für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Fig.2 zeigt perspektivisch ein Druckgußteil· (Deckel eines Hochdruckbehälters) gemäß einer spezie^en Ausführungsform der Erfindung.

Fig.3 ist ein Querschnitt durch das in Fig.2 dargeste^te Gußteil· l·ängs einer durch die Mitte des Gußteiis gel·egten senkrechten Ebene, wobei jedoch dieses Gußteil· nach einem bekannten Druckgußverfahren hergeworden ist.

Fig.4 ist ein Querschnitt ähniich derr. in Fi£.3 dargeste^ten durch ein gemäß der Erfindung hergestelltes Gußteil.

Fie.1 zeigt schematisch eine Druckgußmaschine für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Die dargesteirte Druckgußmaschine weist eine Formplatte 1, eine auf der Formplatte 1 montierte Eingußformhälfte 2, eine Auswerfformhäifte 3» die so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie mit einem (nicht dargeste^ten) geeigneten Bewegungsmechanismus in die

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d.h. in enge Berührung mit der Eingußformhälfte 2 gebracht werden kann, und einen Formhohlraum 4 auf, der in der Berührungsfläche zwischen der Eingußformhälfte und der Auswerfformhälfte 3 zur Bildung eines Gußteils mit der gewünschten Form vorhanden ist. Ein Gießlauf 5 für die Metallschmelze ist ebenfalls zwischen den Berührungsflächen vorgesehen. Eine Druckkammer 6 für die Metallschmelze ist durch die Formplatte 2 bis zum Gieilauf 5, der zwischen den Oberflächen der Formhalften vorhanden ist, geführt. An der Oberseite der Druckkammer 6 ist außerhalb der Form eine Eingießbüchse 7 für die Metallschmelze vorgesehen. Die Druckkammer 6 ist mit einem Druckkolben 8 versehen, der die durch die Eingießbüchse 7 zugeführte Metallschmelze M unter Druck durch den Gießlauf und den Einguß 5 in den -t'ormhohlraum 4 preßt. Ferner ist an der Eingießbüchse 7 eine Gaszuführungsdüse 9 vorgesehen, die dazu dient, die in der Druckgußmaschine vorhandene Luft durch ein reaktionsfähiges Gas zu verdrängen. In der Eingußformhälfte 2 ist ein Einpreßstab 10 angeordnet, dessen äußeres Ende in den Formhohlraum 4 ragt. Der Einpreßstab 10 ist mit einem hydraulischen Zylinder 11 verbunden, der ebenfalls in der Eingußformhälfte 2 so angeordnet ist, daß er mit nicht dargestellten Mitteln so betätigt werden kann, daß er den Einpreßstab 10 bis zu einer geeigneten Tiefe in den Formhohlraum 4 treiben kann.

Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung mit der vorstehend beschriebenen Druckgußmaschine wird ebenso wie beim üblichen Reaktivgas-Druckgußverfahren ein reaktionsfähiges Gas, z.B. Sauerstoff, zuerst durch die Gasζuführungsdüse 9 in die Druckkammer 6 eingeführt, um die in der Druckkammer 6, um im Formhohlraum 4 vorhandene Luft durch Sauerstoff zu verdrängen. Die Metallschmelze wird durch die Eingießbüchse 7 in die Druckkammer 6 eingeführt, worauf der Druckkolben 8 be-

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tätigt wird und die Metallschmelze aus der Druckkammer durch den Gießlauf und den Einguß 5 in den Formhohlraum 4 preßt. Hierbei wird der Sauerstoff, der mit der Metallschmelze zum Zeitpunkt des Einspritzens der Metallschmelze in den Formhohlraum 4 mit der Metallschmelze in den Formraum 4 gesaugt wird, in sofortige Reaktion mit der Metallschmelze im Formhohlraum 4 gebracht, wobei Metalloxyd gebildet wird, das dann im erstarrenden Metall dispergiert wird und im erstarrten Metall bleibt.

Unmittelbar nach Beendigung des Einpressens der Metallschmelze wird der an der Eingußformhälfte 2 angeordnete hydraulische Zylinder 11 betätigt, während die Metallschmelze im Formhohlraum 4 noch in einem genügend geschmolzenen Zustand gehalten wird, so daß der mit dem hydraulischen Zylinder 11 verbundene Einpreßstab 10 in den Formhohlraum 4 getrieben wird, wobei der Einpreßstab in die in der Erstarrung begriffene eingespritzte Metallschmelze gepreßt wird. Hierbei wird die Metallschmelze, die bisher den Raum einnahm, der nunmehr vom vorgetriebenen Einpreßstab 10 eingenommen wird, durch den erstarrten Teil der Oberfläche der eingespritzten Metallschmelze, der durch den Einpreßstab 10 oder dessen Vortrieb in den Formhohlraum gepreßt wird, entfernt. Gleichzeitig wird die in dem vorstehend genannten Teil vorhandene Metallschmelze verdrängt, und diese Metallschmelze nimmt den Raum ein, der andernfalls Lunker oder Schwindungsräume bilden würde, so daß hierdurch die Bildung von Lunkern und Schwindungshohlräumen in der Nähe des Teils des Gußteils, wo der Einpreßstab 10 in das Gußteil gepresst wird, sowie in dem angrenzenden Raum im wesentlichen vollständig verhindert wird.

Gemäß der Erfindung werden die Abmessungen, die Form und Länge des Einpreßstabes, der in das Gußteil ge-

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trieben wird, zweckmäßig in Abhängigkeit von der Form der Druckgußteile gewählt. Ferner wird die Stelle,, an der der Einpreßstab in die Metallschmelze im Formhohlraum gepresst wird, ebenfalls in Abhängigkeit von der Form der Druckgußteile bestimmt. Im allgemeinen wird jedoch der Einpreßstab an den dickeren Teilen des Gußstücks, wo im allgemeinen Lunker und Scbwindungshohlräume gebildet werden, in das Gußteil getrieben.

Der Zeitpunkt, zu dem der Einpreßstab in das Gußteil gepreßt wird, ist ebenfalls wichtig und hat einen Einfluß auf die auf das Gußteil· ausgeübte Wirkung. Wenn der Einpreßstab zu früh in die Metallschmelze getrieben wird, wenn die Schmelze am Einguß noch nicht genügend erstarrt ist, fließt die Metallschmelze durch den Einguß zurück, so daß die gewünschten Wirkungen der erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht erzielt werden. Wenn umgekehrt der Einpreßstab zu spät eingetrieben wird, ist ein übermäßig hoher Druck erforderlich, um den Einpreßstab in das Gußteil· zu treiben. Ferner kann die Erstarrung des Metals bereits bis zu dem Punkt fortgeschritten sein, an dem die Lunker und Schwindungshohlräume nicht mehr gefügt werden, wodurch ebenfalls die erfindunsgemäß gewünschten Ergebnisse nicht erzielt werden.

Versuche haben gezeigt, daß die Zeit, die erforderlich ist, bis die Schmeize am Einguß so weit erstarrt ist, daß sie durch die vom Einpreßstab ausgeübte Kraft nicht zurückließt, im allgemeinen 1 bis 3 Sekunden nach vo^endetem Einspritzen beträgt. Die Zeit, die bis zum voilständigen Erstarren der Metailschmelze im Formhohlraum an der Stelle erforderlich ist, an der der Einpreßstab eingetrieben wird, ist durch den ungefähren Wert S = (0,04 bis 0,06) χ D dargesteirt (hierin ist S die Erstarrungszeit in Sekunden und D die Dicke des Gußteiis in mm). Hieraus ergibt sich, daß das Ein-

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treiben des Einpreßstabes zwischen diesen Grenzen erfolgen muß. Zum Eintreiben des Einpreßstabes wird im allgemeinen der Druck angewendet, der notwendig ist, um die Oberflächenschicht nach der Erstarrung zu durchdringen. Ein Druck, von etwa 500 bis 3000 kg/cm am Ende des Einpreßstabes genügt, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.

Fi£.2 bis Fig.4 veranschaulichen die Wirkungen, die durch Anwendung der Erfindung bei einer Kaltkammer-Druckgußmaschine mit einer Formschließkraft von 300 t erzielt werden. Die in Pig.1 dargestellte Druckgußmaschine wird zum Gießen eines Deckels für einen Druckbehälter aus Aluminium verwendet. Wie bereits erwähnt, ist Pi?.2 eine perspektivische Ansicht des Deckels eines solchen Druckbehälters, und Pig.3 zeigt den inneren Teil des Druckbehälterdeckela, der nach dem bekannten Reaktivgas-Druckgußverfahren hergestellt worden ist. Fi^.4 zeigt den inneren Teil eines gleichen Deckels, der nach dem Druckgußverfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden ist.

Der in Fig.2 dargestellte Deckel des Druckbehälters besteht aus einem halbrunden Deckelkörper 12, einem Befestigungsflansch 13, mit dem der Deckel am Druckbehälter befestigt wird und der am unteren Umfang des Deckels 12 angeformt ist, und einem vorspringenden Befestigungsknopf 14 an der höchsten Stelle des Deckels 12. Wie die Abbildung zeigt, befindet sich der dickste Teil des Gußteils am Vorsprung 14. Die Dicke beträgt hier etwa 15 mm. Der vorspringende Befestigungsknopf ist ferner mit einer Vertiefung 15 versehen, die einen Durchmesser von etwa 12 mm und eine Tiefe von 10 mm hat.

Beim Gießen des Druckbehälterdeckels in der vorstehend 509847/0775

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beschriebenen Weise nach dem bekannten Reaktivgas-Druckgußverfahren werden keine feinen Gasblasen durch die Anwesenheit von Gaseinschlüssen gebildet, jedoch können zahllose Lunker und Schwindangshohlräume in der Nähe des Vorsprungs ^A, der, wie bereits erwähnt, die größte Dicke hat, gebildet werden» Abweichend hiervon wird bei Anwendung des Verfahrens gemäß der .Erfindung nach Ablauf von 4 Sekunden nach Beendigung des Einspritzens der Metallschmelze gemäß dem bekannten Reaktivgas-Druckgußverfahren der Einpreßstab 10, der einen Durchmesser von 12 mm hat, unter einem Druck von

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2250 kg/cm etwa 10 mm tief in die im Formhoblraum vorhandene eingespritzte Metallschmelze gepreßt. Der Einpreßstab 10 wird in den vorspringenden Befestigungsknopf 14 des Gußstücks gepreßt, der von allen Teilen des Gußteils die größte Dicke hat. Gerade in diesem Teil pflegen sich gewöhnlich Lunker und Schwindungshohlräume zu bilden. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden jedoch im Gußteil keine Lunker und Schwindungshohlräume gebildet. Dies ist in Pig.4 deutlich dargestellt. Es ist ferner festzustellen, daß als Folge des Einpressensdes Stabes 10 gleichzeitig die Vertiefung gebildet wird.

Messungen des spezifischen Gewichts von 20 Lruckgußteilen, die sowohl nach dem bekannten Reaktivgas-Druckgußverfahren als aucn nach dem Verfahren gemäß der Erfindung, d.h. sowohl unter Verwendung des reaktionsfähigen Gases als auch des Einpreßstabes hergestellt wurden, hatten die folgenden Ergebnisse, die Durchschnittswerte darstellen:

Bekanntes Verfahren 2,698

Verfahren gemäß der Erfindung 2,743

Wie die vorstehenden Ergebnisse zeigen, haben die erfindungsgemäß hergestellten Druckgußteile ein relativ höheres spezifisches Gewicht als die nach dem bekannten

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Verfahren hergestellten Druckgußteile. Dies bedeutet, daß "beim Verfahren gemäß der Erfindung viel weniger Lunker und Schwindungshohlräume als bei dem bekannten Verfahren entstehen.

Wie vorstehend ausgeführt, hat die Erfindung den Vorteil, daß gute, einwandfreie Druckgußteile, die im wesentlichen frei von inneren Fenlern sind, durch fast vollständige Verhinderung der Bildung von Gußblasen und Gaseinschlüssen gebildet werden. Ferner werden beim Verfahren gemäß der Erfindung verschiedene andere erwünschte Effekte erzielt. Einer dieser Effekte besteht darin, daß der Innendruck der Metallschmelze im Formhohlraum erhöht werden kann, indem der Einpreßstab in die in den Formraum eingespritzte Metallschmelze getrieben wird, wodurch das Auftreten von metallarmen Teilen im Gußstück sowie die Bildung von Oberflächenfehlern, z.B. durch Schwindun^j entstehenden Vertief ungen an der Außenseite als Folge ungenügender Einfüllung von Metallschmelze in die Form, wie es häufig bei großen Druckgußteilen, insbesondere solchen mit komplizierter Gestaltung, der Fall ist, verhindert wird.

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Claims

2517U0 Patentansprüche

1) Druckgußverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man die Luft aus dem Formhohlraum durch Spülen des Formhohlraums mit einem reaktionsfähigen Gas verdrängt, anschließend die Metallschmelze in den mit dem reaktionsfähigen Gas gefüllten Formhohlraum preßt, ein Einpreßglied in den Formhohlraum treibt, während die eingespritzte Metallschmelze im Innern noch in einem genügend geschmolzenen Zustand gehalten wird, um das Einpreßglied in die Metallschmelze pressen zu können.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Einpreßstab in den Formhohlraum innerhalb einer Zeit von 1 bis 3 Sekunden nach Beendigung des Einspritzens der Metallschmelze bis zu einem Zeitpunkt, der durch die Formel S =(0,04 bis 0,06) χ D gegeben ist, worin S die Erstarrungszeit in Sekunden und D die Dicke des Druckgußteils in mm ist, in den Formhohlraum preßt.

3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als reaktionsfähiges Gas Sauerstoff verwendet.

4) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3_f dadurch gekennzeichnet, daß man als Metallschmelze Zink, Aluminium, Magnesium, Zinklegierungen, Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen verarbeitet.

5) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Druckgußteile herstellt, die Teile von relativ größerer Dicke und Teile von relativ geringerer Dicke aufweisen, und den Einpreßstab in die Teile mit relativ größerer Dicke preßt.

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