DE3000486C2 - Druckgießmaschine - Google Patents
DruckgießmaschineInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
- B22D17/08—Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled
- B22D17/12—Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled with vertical press motion
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Description
Die Erfindung betrifft eine Druckgießmaschine mit einer lotrecht angeordneten Gießkammer, die in zwei
koaxiale Teilkammern unterteilt ist, von denen die obere, ortsfeste Teilkammer mit dem Formhohlraum in
Verbindung steht, während die untere auf einer lotrecht beweglichen Basis angeordnete Teilkammer mit der
oberen Teilkammer in abgedichtete Verbindung bringbar oder zur Aufnahme der zu vergießenden Metallmenge
wegbewegbar ist und einen Innendurchmesser aufweist, der etwa gleich demjenigen der oberen Teilkammer ist,
und mit einem Gießkolben, der in beiden Teilkammern beweglich ist und durch den die in der unteren Teilkammer
befindliche, flüssige Metallmenge durch die obere Teilkammer hindurch in den Formhohlraum hinein
förderbar ist.
Eine Druckgießmaschine der vorstehend angegebenen Art ist aus der DE-OS 27 05 607 bekannt. Bei dieser
bekannten Druckgießmaschine ist das Einbringen der zu vergießenden Metallmenge in die untere Teilkammer
erst möglich, nachdem die untere Teilkammer von der oberen Teilkammer zunächst nach unten und sodann
seitlich wegbewegt worden ist. Sodann wird eine flüssige Metallschmelze in die untere Teilkammer eingebracht,
wonach die untere Teilkammer durch Bewegungen in erst horizontaler und dann lotrechter Richtung in ihre
gegenüber der oberen Teilkammer abgedichtete Betriebstellung bewegt wird.
Beim Eingießen der flüssigen Metallschmelze aus einem Vorratsbehälter in die untere Teilkammer wird Luft
von der Schmelze mitgerissen, was die Qualität der hergestellten Druckgußerzeugnisse nachteilig beeinflussen
kann. Ferner führt das Einfüllen der flüssigen Metallschmelze in die untere Teilkammer und das Zurückbewegen
der gefüllten Teilkammer in ihre Betriebsstellung zu einem unerwünschten Temperaturverlust der Schmelze,
weshalb bei der bekannten Druckgießmaschine der untere Teilabschnitt mit einer Warmhaltevorrichtung für die
flüssige Metallschmelze versehen ist.
Zu beachten ist ferner, daß das Eingießen einer heißen Metallschmelze in die untere Teilkammer dort wegen
des plötzlichen Temperaturanstiegs zu Rißbildungen sowie zur Ausbildung von teilweise erstarrten Metallansätzen
an den Innenwandungen der unteren Teilkammer führen kann. Aus allen diesen Gründen ist besonders bei
hoher Schmelztemperatur der zu vergießenden Metalle mit Druckgußerzeugnissen von schlechterer Qualität
und mit kürzerer Standzeit der Teilkammern zu rechnen.
Aus der GB-PS 14 13 821 ist eine Druckgießmaschine bekannt, bei welcher das zu vergießende Metall in fester
Form, also ungeschmolzen, in eine Gießkammer eingesetzt und erst dort aufgeschmolzen wird. Ein Gießlauf
zwischen der Gießkammer und dem Formhohlraum wird bei dieser bekannten Druckgießmaschine erst dann
geöffnet, wenn das ursprünglich feste Metall in seine flüssige Form überführt worden ist. Mit Hilfe eines die
Metallschmelze von oben beaufschlagenden Druckkolbens wird die Metallschmelze sodann durch den Gießlauf
in den FormhobJraum gedrückt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Druckgießmaschine der eingangs genannten Art das
Einbringen der zu vergießenden Metallmenge in die Gießkammer zu vereinfachen und zu verkürzen und die
aufgeschmolzene Metallmenge dem Formhohlraum möglichst schnell zuzuführen, um dadurch qualitativ hochwertige
Druckgußerzeugnisse auch bei hohem Schmelzpunkt zu erhalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die untere Teilkammer als Einschmelzkammer zum
Schmelzen der in fester Form eingebrachten, zu vergießenden Metallmenge ausgebildet und soweit absenkbar
ist, daß die feste Metallmenge zwischen die beiden Teilkammern eingebracht und auf dem Gießkolben abgelegt
werden kann.
Bei der Druckgießmaschine nach der Erfindung ist in vorteilhafter Weise erreicht, daß die benötigte zu
vergießende Metallmenge erst in der Gießkammer aufgeschmolzen wird, wodurch das Oberführen einer an
einem anderen Ort hergestellten Schmelzmenge in die untere Teilkammer überflüssig wird. Das Einschmelzen
des Festmetalleinsatzes kann e-rfolgen, während sich die untere Teilkammer in ihrer abgedichteten Betriebsstellung
an der oberen Teilkammer befindet Mithin kann in die zu vergießende, flüssige Metallschmelze keine Luft
eintreten, und es ist nicht zu befürchten, daß die hergestellte Schmelze vor dem eigentlichen Druckgießvorgang
einen unerwünschten Temperaturverlust erfährt.
Zur Aufnahme der Festmetallmenge wird die untere Teilkammer lediglich lotrecht nach unt1^ soweit abgesenkt,
daß die Festmetaüjnenge zwischen die beiden Teilkammern eingebracht und auf dem Gießkolben abgelegt
werden kann. Da das Einschmelzen dts Festmetalles auf dem Gießkolben im unteren TeilaDschnitt der
Gießkammer erfolgt sind keine zeitraubenden Manipulationen und Transportvorgänge mit einer Metallschmelze
erforderlich, und es treten auch aus diesem Grunde keine unerwünschten Temperaturverluste in der Meuillschmelze
auf.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die Zeichnung näher
beschrieben. In dieser zeigt
F i g. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckgießmaschine,
F i g. 2 und 3 Schnitte durch die beiden Teilkammern der Gießkammer,
F i g. 4 und 5 entsprechende Schnitte zur Verdeutlichung der Heiz- und Kühleinrichtung an der Gießkamnier,
F i g. 6 Einzelheiten einer Verbindung zwischen den beiden Teilkammern,
F i g. 7 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckgießmaschine, und
F i g. 8 einen Teilschnitt durch wesentliche Teile der in F i g. 7 gezeigten Druckgießmaschine.
Erste Ausführungsform
Die in F i g. 1 gezeigte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckgießmaschine weist obere Mnd
untere Formhälften 1 und 2 auf, die den Formhohlraum 3 bilden. Die obere Formhälfte 1 ist beweglich und mit
Führungsuementen 6 über einen Kipphebelmechanismus 5 mit Hilfe eines Formschließzylinders 4 in vertikaler
Richtung beweglich geführt Die untere Formhälfte 2 ist orts'cst auf der oberen Fläche eines im wesentlichen
gestürzt U-förmigen Grundgestells 7 befestigt Die lotrecht angeordnete Gießkammer ist in eine obere Teilkammer
8 und eine untere Teilkammer 9 unterteilt. Die obere Teilkammer 8 durchzieht das Grundgestell 7 und den
Mittelabschnitt der ortsfesten Formhälfte 2 und steht über einen Verbindungsabschnitt Sa mit dem Formhohlraum
3 in Verbindung. Sie hat eine untere Öffnung, die mit der oberen öffnung der unteren Teilkammer 9
verbindbar ist Die untere Teilkammer 9 ist in vertikaler Richtung beweglich. Die beiden Teilkammern 8 und 9
haben eine gemeinsame Mittelachse /, längs der der Gießkolben 11 beweglich ist, der an dem oberen Ende der
Kolbenstange eines Antriebszylinders 10 vorgesehen ist. Dieser ist mit dem Mittelabschnitt eines U-förmigen
Haltebügels 12 fest verbunden, der von dem gestürzt U-förmig ausgebildeten Grundgestell 7 herabhängt und an
dessen Unterseite befestigt ist Zwischen dem Haltebügel 12 und dem Grundgestell 7 sind Spindeln 14 angeordnet,
die mittels eines Impulsmotors oder eines intermittierenden Preßluftmotors 13 in Drehbewegung versetzt
werden können und in Gewindeeingriff mit einer beweglichen Basis 15 stehe, die beim Arbeiten der Impulsmotore
in vertikaler Richtung beweglich ist. Die bewegliche Basis; ?-5 ist durch Kühlwasser gekühlt, das über
Wasserleitungen 29 zugeführt wird. Sie weist längs der Achse /einen Durchgang 17 für den Gießkolben 11 auf.
An den Durchgang 17 ist nach oben anschließend aufrechtstehend die untere Teilkammer 9 vorgesehen. Die
obere Endfläche der unteren Teilkammer 9 stößt beim Arbeiten der Impulsmotor 13 gegen die untere Endfläehe
der oberen Teilkammer 8 an (F i g. 1) oder bewegt sich von dieser weg. Die obere Fläche des Gießkolbens 11
und die Innenfläche der unteren Teilkammer 9 bilden zusammen eine Einschmelzkammer für die Festmetallmenge
M. Daher ist um die untere Teilkammer 9 eine an elektrische Leitungen 22 angeschlossene Hochfrequenzinduktionsspule
18 angeordnet, die die Festmetallmenge M in der Einschmelzkammer erwärmt und zum Schmelzen
bringt. Kühlwasser wird um die Spule 18 eingeleitet und über Wasserleitungen 22 zu- und abgeführt.* Die
Festmetailmenge Λ/wird mittels Greifarinen 21 einer Aufgabeeinrichtung 20 ergriffen, die neben fleit Grundgestell
7 angeordnet ist
Nachstehend werden die zuvor angegebenen zugeordneten Bauteile und Baugruppen näher beschrieben.
Untere Teilkammer (Einschmelzkammer)
Die als Einschmelzkammer ausgebildete untere Teilkammer 9 hat einen Innendurchmesser, der im wesentlichen
gleich demjenigen der oberen Teilkammer 8 ist. Das in der uhterün Teilkammer erschmolzene Metall wird
auf dem Gießkolben 11 gehalten, der zunächst nur als Bodenplatte der unteren Teilkammer dient, aber keine
Druckkraft ausübt. Daher braucht die Passung zwischen dem Gießkolben 11 und der Innenwand der unteren
Teilkammer 9 nicht so eng zu sein wie diejenige zwischen dem Gießkolben und der Innenwand der oberen
Teilkammer 8. Der Zwischenraum zwischen dem Gießkolben 11 und er Innenwand der unteren Teilkammer 9
s beträgt vorzugsweise 0,1 bis 0,3 mm. Die untere Teilkammer 9 muß feuerbeständig und hitzebeständig sowie
derart beschaffen sein, daß die Gefahr von Wärmerissen und mechanischem Abrieb gering ist. Deshalb ist sie
vorzugsweise aus einem keramischen Material hergestellt Bei Versuchen hat sich ergeben, daß SiliciumnitridkeraiTiik
bei diesem Anwendungszweck am besten geeignet ist. Jedoch sind auch andere hochfeste bzw. hochwertige
und eine hohe Reinheit aufweisende Ofenmaterialien, wie zum Beispiel Carbid, Tonerde bzw. Aluminiumoxid,
Siliciumoxid und Zirkonerde-Keramik verwendbar.
Nach den F i g. 2 und 3 weist die untere Teilkammer 9 an ihren oberen und unteren Enden Schultern 24 und 25
auf, auf die Dämm- bzw. Halteplatten 26 und 27 aufgepaßt sind, zwischen denen ein Tragrahmen 28 aufgenommen
und untergebracht ist. Die untere Halteplatte 27 ist an der beweglichen Basis 15 befestigt. Die Platten 26
und 27 und der Tragrahmen 28 sind vorzugsweise aus Asbestfüllmaterialien hergestellt. Insbesondere ist es
erwünscht, daß die untere Halteplatte 27 wärmedämmend ist, da sie in Berührung mit der beweglichen Basis 15
ist. Die Hochfrequenzinduktionsspule 18 befindet sich elektrisch isoliert zwischen der unteren Teilkammer 9 und
dem Tragrahmen 28. Hierzu dient ein feuerbetändiges, thermisch und elektrisch isolierendes Material, das
zwischen der Spüle iS und dem Außcnurnfang der unteren Teilkammer cdcr des Tragrahmen; 28 eingefüllt ist.
Zur genauen konzentrischen Verbindung der beiden Teilkammern 8, 9 sind bei dieser Ausführungsform an
den aneinanderstoßenden Stirnseiten der beiden Teilkammern stufenförmig abgesetzte, zueinander passende
Abschnitte 30 und 31 vorgesehen. Dadurch können die beiden Teilkammern 8, 9 dicht schließend miteinander
verbunden werden, und irgendwelches E odringen von Metall zwischen die Kammern ist vermieden. Anstelle
der stufenförmig abgesetzten Abschnitte kann nach F i g. 6 eine halbzylindrische Vemindung verwendet werden,
die ein oberes halbzylindrisches Führungsteil 8', das mit der oberen Teilkammer 8 verschraubbar ist, und ein
unteres halbzylindrisches Gegenführungsteil 9' umfaßt, das mit der unteren Teilkammer 9 verschraubbar ist.
Diese Teile lassen sich eng schließend zusammenfügen, und bei Versuchen haben sich hierbei gute Ergebnisse
feststellen lassen. Um einen glatten Übergang zwischen den Innej.ieiten der Kammern 8,9 zu erreichen, ist die
Innenseite des unteren Endes der Kammer 8 vorzugsweise konisch ausgebildet.
Zusätzlich zu der Hochfrequenzinduktionsspule 18 kann nach Fig.3 noch ein zusätzlicher gesonderter
Widerstandsheizkörper 32, beispielsweise ein Nichromdraht, vorgesehen sein, der die untere Teilkammer 9
umgibt. Dieser Widerstandsheizkörper verhindert Risse, die infolge der schnellen Wärmeleitung in dem Material
durch die Hochfrequenzinduktionsheizung auftreten können. Derartige Risse werden durch das wiederholte
schnelle Erwärmen und Abkühlen infolge der natürlichen Wärmestrahlung der unteren Teilkammer 9 verursacht.
Bei Verwendung von geringwertigem Ofenmaterial wird es deshalb bevorzugt, die untere Teilkammer
vorzuwärmen, um plötzliche Temperaturveränderungen zu vermeiden, wenn das Aufheizen zum Erschmelzen
beginnt. Durch das Vorwärmen wird die Haltbarkeit der unteren Teilkammer beträchtlich verbessert.
Obere Teilkammer
Die obere Teilkammer 8 ist dem hohen Druck der Metallschmelze ausgesetzt, wenn sie in den Formhohlraum
3 eingefüllt und verdichtet wird, so daß die Passung zwischen der Innenwand der oberen Teilkammer 8 und dem
Gießkolben 11 genau sein muß. Hierbei sind Zwischenräume in der Größenordnung von etwa 0,03 bis 0,15 mm
zweckmäßig. Unter Berücksichtigung der mechanischen Festigkeit gegen den hohen Druck der Metallschmelze
und unter Berücksichtigung der Verarbeitbarkeit, bei der derartige enge Toleranzen erreicht werden müssen,
haben sich keramische Materialien. Cermets (Metallkeramik) oder dergleichen als Material für die obere
Teilkammer 8 als äußerst zweckmäßig erwiesen. Ähnlich gut geeignet sind auch Wolfram, Molybdän, Nickel
oder Legierungen auf Eisenbasis. Bei der Verwendung der zuletzt genannten Legierungen besteht jedoch die
Gefahr von Dimensionsänderungen, wie zum Beispiel die Vergrößerung des Durchmessers unter der Wärmedehnung.
Um dies zu vermeiden, können Kühldurchlässe 33 oder 34 vorgesehen sein (F i g. 2 und 4). Nach F i g. 4
können die Küf.idurchlässe 34 in der ortsfesten Formhälfte 2 und in dem Grundgestell 7 vorgesehen sein. Hiei üei
wird vorzugsweise Luftkühlung verwendet, da sich zwischen den miteinander verbundenen und zugeordneten
Bauteilen nur unter Schwierigkeiten ein dichter Abschluß erzielen läßt In Fig.4 sind mit 34a Dichtungen
bezeichnet Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 zweigt ein Kühldurchlaß von einer Ringkammer 33 ab, um das
Grundgestell 7 und die ortsfeste Formhälfte 2 gleichzeitig zu kühlen.
In F i g. 1 sind noch Entlüftungseinrichtungen 46 mit einer Absaugleitung 47 und schmalen Nuten 46a sowie
eine Durchgangsleitung 48 für Inertgas angedeutet weil die erfindungsgemäße Druckgießmaschine auch für das
Druckgießen unter Vakuum und Inertgas geeignet ist
Gießkolben
Der Gießkolben muß vor einer übermäßigen Erwärmung und einem Erschmelzen geschützt werden. Bei den
Ausführungsformen nach den F i g. 2 bis 5 ist daher der Gießkolben mit einem Gießkolbenkopf 11 a versehen, der
aus demselben Material wie die untere Teilkammer 9 besteht Der Gießkolbenkopf 11a ist mit einem Gießkolbenhalter
116 mittels eines Bolzens, einer Schraube oder anderer Befestigungselemente lic verbunden. Der
Gießkolbenkopf 11 a und der Gießkolbenhalter 116 können auch durch ein Gewinde verbunden sein.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der Druckgießmaschine nach der Erfindung in der Abfolge der einzelnen
Arbeitsschritte unter Bezugnahme auf die F i g. 2 bis 5 näher erläutert
Einbringen des Festmetalls
Die Festmetallmenge M wird üblicherweise unter Raumtemperatur eingebracht. Bei Gießmetallen mit hohem
Schmelzpunkt, wie zum Beispiel Eisen, Speziallegierungert, Sonderlegierungen oder dergleichen, wird sie jedoch
auf etwa 600 bis 10000C vorgewärmt, um die Erschmelzungszeit und die für ein Arbeitsspiel zur Ausführung
eines Druckgießvorganges benötigte Zeit zu verkürzen.
Die Festmetallmenge M wird in die Nähe der Aufgabeeinrichtung 20 gebracht und dann von den Greifarmen
21 ergriffen. Beim Einschalten der Impulsmotore 13 wird die bewegliche Basis 15 abgesenkt, um die untere
Teilkammer 9 in ausreichendem Maße von der oberen Teilkammer 8 abzurücken, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist.
Die Impulsmotore 13 werden über Grenzschalter oder dergleichen gesteuert, die die tiefste Stellung oder die
Materialaufgabestellung und die höchste Stellung oder die Verbindungsstellung von beweglicher Basis 15 und
unterer Teilkammer 9 erfassen. Die Materialaufgabestellung wird durch einen gesonderten Grenzschalter oder
dergleichen erfaßt, der die Aufgabeeinrichtung steuert. Bei dieser Auslegung wird die Festmetallmenge M mit
Hilfe der Greifarme 21 unmittelbar über die abgesenkte untere Teilkammer 9 gebracht. Die Greifarme werden
dann geöffnet, um die Festmetallmenge M auf die Oberseite des Gießkolbenkopfes 11a zu legen. Wird die
Festmetallmenge in Form eines Barrens aufgegeben, so wird der Gießkolben 11 derart eingestellt, daß seine
Oberseite geringfügig über dem oberen Rand 9/4 der unteren Teilkammer 9 steht, um eine gleichmäßige
mäieriälbeSCMiCkürig ZU erreichen. Nach dem Äbicgcrl der FesiciieiuHinenge M auf der Guerse'iie des Gießküibens
11 wird die untere Teilkammer 9 angehoben, so daß sie gegen die obere Teilkammer 8 stößt (vgl. F i g. I).
Nunmehr kann der Schmelzvorgang beginnen.
Der Antriebszylinder 10 kann in mehreren Stufen betrieben werden.
Schmelzvorgang
Die Beendigung der Materialaufgabe kann beispielsweise durch das öffnen der Greifarme 21 ermittelt
werden. Auf ein entsprechendes Signal werden die Impulsmotore 13 eingeschaltet. Sie heben die untere Teilkammer
9 derart an, daß die stufenförmig abgesetzten Abschnitte 30 und 31 beider Teilkammern eng anliegend
ineinander passen. Die beiden Teilkammern sind dann mit ihren Rändern %A, 9A konzentrisch zueinander
ausgerichtet. In diesem Zustand bilden die beiden Teilkammern gemeinsam die Gießkammer. Durch Einschalten
Jer Hochfrequenzinduktionsspule 18 wird die Festmetallmenge M in der unteren Teilkammer 9 erwärmt und
aufgeschmolzen (F i g. 4).
Beim Erschmelzen eines Metalls mit hohem Schmelzpunkt sollte einerseits die zum Erschmelzen benötigte
Zeit so klein wie möglich gehalten und das Material mit einer relativ hohen Geschwindigkeit erwärmt werden.
Die zugeführte Wärmemenge pro Zeiteinheit beträgt — bezogen auf die zu verwendende und zu erschmelzende
Festmetallmenge — vorzugsweise 8,38 bis 83,74 J/(gs). Andererseits ist es wirtschaftlich, die zugeführte Wärmemenge
pro Zeiteinheit auf einen möglichst kleinen Wer! zu beschränken, um den Gießzyklus nicht unnötig zu
verlängern. Bei einer stärkeren Energiezufuhr wird es nämlich erforderlich, die Metallschmelze an einem
Verspritzen oder dergleichen zu hindern, das seine Ursache in der Aufwirbelung oder der Agitation bei der
magnetischen Induktion hat. Insbesondere ist es erforderlich, zu verhindern, daß das Magentfeld sich über die
untere Teilkammer ausbreitet. Bei Versuchen hat sich bei einer Festmetallmenge von 2 kg ergeben, daß das
Material durch die magnetische Induktion in Bewegung versetzt wird und die Schmelze verspritzt, wenn die
zugeführte elektrische Leistung größer als 150 kW war. Das entspricht einer pro Zeiteinheit und Festmetallmengc
zugeführten Wärmemenge von 83,74 J/(gs). Die zum Erschmelzen benötigte Zeit belief sich auf 15 Sekunden.
Die Endtemperatur der Schmelze unmittelbar vor dem Einbringen in den Formhohlraum wird so gewählt, daß
sie um etwa 100 bis 2000C höher als der Schmelzpunkt des Materials ist.
Gießvorgang
Unmittelbar nach Beendigung des Schmelzvorganges wird das Fördern der Schmelze durch Einschalten der
Gießeinrichtung bewirkt, die mit Hilfe eines Signals von einem Zeitschalter erfolgt, mit dem die Zeit für die
Energieversorgung eingestellt wird. Dadurch wird die Schmelzmenge M2 aus der unteren Teilkammer 9 in
Abhängigkeit von der Hubbewegung des Gießkolbens 11 bis in den Formhohlraum 3 gebracht (F i g. 4/5). Die
Phasen des Formfüllens und Nachdrückens erfolgen in der bei Druckgießmaschinen üblichen Weise. Dasselbe
gilt für das Auswerfen des fertigen Druckgußstückes M3 mit Hilfe der Auswerferstifte Xa. Zum Schluß kehrt der
Gießkolben 11 in seine Ausgangsstellung zurück. Die obere und untere Fonnhälfte 1, 2 sowie die obere
Teilkammer 8 werden dann gereinigt oder erforderlichenfalls mit Trennmitteln für das nächste Arbeitsspiel
überzogen.
Zweite Ausführungsform
Die F i g. 7 und 8 zeigen die zweite Ausführungsform der Erfindung mit der Besonderheit eines becherförmigen
Einsatzes 40 für die zu erschmelzende Festmetallmenge M. Die Druckgießform besteht hier aus einer
Vielzahl von durch einen Stellzylinder 45 beweglichen Formkörpern 41, die an einer oberen Formplatte 43
befestigt sind und einen gemeinsamen Gießlauf 42 bilden. Der Formhohlraum 44 steht hier über den Gießlauf 42
und den Verbindungsabschnitt Sa mit der oberen Teilkammer S in Verbindung.
Der becherförmige Einsatz 40 dient als eine Schale für das erschmolzene Metall, um die Innenwände der
beiden Teilkammern 8,9 vor Überhitzung zu schützen. Er ist aus anorganischen, wärmeisolierenden Fasermaterialien
hergestellt, die beispielsweise ein oder mehrere aus der Gruppe ausgewählter Stoffe enthalten, die
Kieselsäureanhydrid, Calciumfasern, Siliciumoxidfaser, Tonerdefaser. Siliciumoxidtonerdefaser, Kristallasbestfaser,
Zirkonerdefaser oder dergleichen umfaßt. Diese Fasern haben im aligemeinen einen Durchmesser von
etwa 1 bis 1 Ομπι und Längen von 2 bis 30 μιη. Sie werden im wesentlichen auf dieselbe Art und Weise wie bei der
Papierherstellung so verarbeitet, daß man papierähnliche Materialien erhält, die dann zu becherförmigen
Einsätzen geformt werden. Bei diesen Materialien erhält man durch die Art ihrer Einlagerung eine höhere
Wärmeisolation, die aus der Wärmeisolation der Materialien selbst in Verbindung mit der Wärmeisolation von
ebenfalls isolierend wirkenden Luftschichten resultiert. Der becherförmige Einsatz 40 ist vorzugsweise gesintert,
um ihn von gasförmigen Bestandteilen zu reinigen, die in organischen Materialien enthalten sind, die bei der
Papierherstellung verwendet werden. Durch dieses Sintern des Einsatzes 40 wird verhindert, daß die gasförmigen
Bestandteile sich mit dem Metall beim Schmelzvorgang vermischen und die Papierwand versteifen, so daß
kein frühzeitiges Brechen infolge des Gewichtes und infolge von Schwingungen der Metallschmelze zu befürchten
sind, bevor die Metallschmelze in die Druckgießform gefüllt wird.
Durch die Verwendung des becherförmigen Einsatzes 40 kann die Standzeit der unteren Teilkammer beträchtlich
verlängert werden. Der becherförmige Einsatz 40 hält die Metallschmelze wirksam auf der gewünschten
Temperatur, bis der Formfüllvorgang abläuft. Da aber noch immer die Wärme der Metallschmelze teilweise
über die obere Fläche des Gießkolbens 11 und die obere Teilkammer 8 während der Zeit zwischen dem
Erschmelzen und dem Gießen des Metalls verlorengeht, wird die Gießtemperatur vorzugsweise um 1000C
höher als der Schmelzpunkt des Metalls selbst auch dann gehalten, wenn der becherförmige F.insai? 40 7iir
Anwendung kommt.
Der becherförmige Einsatz 40 wird auf dem Gießkolben 11 angeordnet, und anschließend wird die Festmetallmenge
Mgenauso wie bei der ersten Ausführungsform eingegeben.
In den F i g. 7 und 8 ist der Zustand unmittelbar vor dem Beginn des Schmelzvorganges gezeigt.
Beim Einschalten der Hochfrequenzinduktionsspule 18 beginnt die Festmetallmenge M zu schmelzen. Nach
Ablauf der Energiezufuhr und dem vollständigen Einschmelzen der Festmetallmenge wird der Gießkolben 11
gehoben, so daß sich die Metallschmelze, die sich noch in dem becherförmigen Einsatz 40 befindet, dem Gießlauf
42 nähert, was zur Folge hat, daß das obere Ende des becherförmigen Einsatzes 40 gegen die Unterseite der
Gießform um den Gießlauf 42 herum anliegt, dessen Innendurchmesser kleiner als derjenige der oberen
Teilkammer 8 ist. Hierdurch wird bewirkt, daß die Seitenwand des becherförmigen Einsatzes ausknickt und
beschädigt wird, so daß nur die Metallschmelze selbst in den Formhohlraum 44 gelangt. Die weiteste Vorlaufstellung
des Gießkolbens 11 ist in F i g. 8 mit Pangedeutet. Die abgerissenen Stücke des becherförmigen Einsatzes
40 werden somit in zerstreuter Form in dem Gießrest gesammelt, der in der oberen Teilkammer 8 zwischen dem
Punkt fund dem Gießlauf 42 zurückbleibt.
Beispiele durchgeführter Gießvorgänge
Nachstehend werden Versuche erläutert, die mit der erfindungsgemäßen Druckgießmaschine durchgeführt
worden sind.
Mit einer erfindungsgemäßen Druckgießmaschine wurden unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen
Druckgußstücke hergestellt. Die untere Teilkammer bestand aus Si3N4 und hatte einen Innendurchmesser von
60 mm und einen Außendurchmesser von 90 mm. Die obere Teilkammer bestand aus einer Legierung auf
Wolframbasis. Der Gießkolbenkopf bestand aus demselben Material wie die untere Teilkammer.
Spritzdruck Spritzgeschwindigkeit
Temperatur der Formen
Abgabeleistung der Spule
Metall
Abgabeleistung der Spule
Metall
Form
147 bar
niedrige Vorschubgeschwindigkeit 0,2 m/s hohe Vorschubgeschwindigkeit
0,6 m/s 3800C 120 kW (4 kHz)
SUS 304 50 0 χ 90 mm
Eine Festmetallmenge von 1.4 kg rostfreiem Stahl nach Tabelle 1 wurde in die untere Teilkammer im wesentlichen,
wie für die erste Ausführungsform beschrieben, eingebracht. Während des Einbringens wurden die
Formhälften auf einer Temperatur von 3800C gehalten. Die gereinigten Oberflächen des Formhohlraums
wurden mit einem Trennmittel beschichtet und die Innenwände der oberen Teilkammer mit einem Schmiermittel
überzogen. Der Hochfrequenzinduktionsspule wurde eine elektrische Leistung von 120 kW etwa 40 s lang
zugeführt, um den rostfreien Stahl zu erschmelzen. Beim Gießvorgang wurde der Gießkolben zunächst mit einer
niedrigen Geschwindigkeit von 0,2 m/s vorgeschoben, bi* der Gießkolbenkopf die untere Teilkammer passiert
hatte, und dann lief die Vorschubbewegung mit einer höheren Geschwindigkeit von 0,6 m/s ab. Die Zeitdauer
von 40 s, während der die Leistung von 12OkW an die Hochfrequenzinduktionsspule angelegt wurde, wurde
zuvor aufgrund von gesondert durchgeführten Versuchen bestimmt, die zum Ziel hatten, eine Schmelze bei
Temperaturen von 1500 bis t600°C zu erhalten.
Das Gewicht der Druckgußstücke betrug bei diesen Versuchen entsprechend dem Volumen des Formhohlraums
900 g, und das Gewicht des Gießrestes (Metallschwämme mit einer Länge von 2,3 cm) belief sich auf
500 g. Vom Gießvorgang bis zum Trennen der Formhälften benötigte man etwa 7 bis 12 s. Die Zeit eines
vollständigen Arbeitsspiels betrug etwa 80 bii 90 s.
5 Beispiel 2
Als Druckgießmetalle wurden vakuum-erschmelzende Metalle auf Nickelbasis Inconel 718) und vakuüm-erschmelzbares
Metall auf Ferritbasis (A 286) verwendet. Hierbei wurden der Formhohlraum und die beiden
Teilkammern evakuiert. Dazu dienten Entlüftungseinrichtungen, die eine Tiefe von 0,2 mm und eine Breite von
15 mm hatten. Das Evakuieren begann zum Zeitpunkt der Leistungszuführung zu der Hochfrequenzinduktionsspule
und es wurde etwa 40 s lang bis zum Gießvorgang fortgesetzt, so daß die Innenräume der beim Gießvorgang
beteiligten Einrichtungen auf etwa 20 bis 30 Torr evakuiert wurden. Die beiden zuvor angegebenen
Metallsorten wurden im wesentlichen auf dieselbe Art und Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel verarbeitet.
In Tabelle 2 sind die Bestandteile der Metalle und der darin enthaltenen Gase angegeben.
Tabelle 2 | und Gase beim Ausgangsmaterial und beim fertigen Druckgußerzeugnis | Si | Mn | Cr | Mo | Ni | Fe | Ti | Al | Nb | B | Cu | (O) |
20
(N) |
Bestandteile | C | — | - | 19.02 19,00 |
3,15 3,06 |
Rest Rest |
18,51 18,49 |
0,92 0,93 |
0,39 0,38 |
4,86 4,87 |
- | 0,18 0,16 |
5 5 |
48
41 25 |
0,04 0,04 |
0,4? 0,39 |
1,45 1,16 |
15,76 15,81 |
1,27 1,31 |
27,10
27,13 |
Rest Rest |
2,15 2,18 |
0,22 0,19 |
— | 0,003 0,003 |
- | 33 41 |
86 92 |
|
Inconel 718 Material Erzeugnis |
0,05 0,05 |
|||||||||||||
A 286 Material Erzeugnis |
||||||||||||||
Tabelle 2 zeigt auffallend geringe Änderungen der Bestandteile und Gase durch das Druckgießen in der
erfindungsgemäßen Druckgießmaschine.
Ferner kann auch Argongas in die Vorrichtung zum Erschmelzen der Metalle eingeleitet werden, das dann
anschließend in einen Unterdruckbehälter bei 10~3 Torr gesondert unmittelbar vor dem Formfüllen abgesaugt
wird. Hierbei sind die Änderungen hinsichtlich der Bestandteile der Metalle noch geringfügiger als bei dem in
Tabelle 2 dargestellten Beispiel. Die insgesamt enthaltenen Gasmengen, insbesondere von Stickstoff, werden in
den Erzeugnissen tendenziell noch kleinen Das Arbeiten unter einer Inertgasumgebung ist wirksam, wenn die
Dichtung der Vorrichtung schlechter wird. Bei den Beispielen und Versuchen ergrb sich, daß die erzeugten
Druckgußstücke keine Mängel hatten, die auf eingeschlossene Gase zurückzuführen sind.
Hierbei wurden die becherförmigen Einsätze gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet. Sie hatten
einen Durchmesser von 59 mm, eine Höhe von 60 mm und eine Wandstärke von 0,8 mm. Der Einsatz wurde in
die untere Teilkammer eingebracht, die einen Innendurchmesser von 60 mm hatte. Die Feststoffmenge war ein
Barren mit einem Durchmesser von 40 mm und einer Länge von 15 mm. Die Druckgießmaschine entsprach im
wesentlichen derjenigen nach den F i g. 7 und 8. Der Gießlauf hatte einen um 20 mm kleineren Durchmesser als
die untere Teilkammer mit ihren 60 mm. An die Hochfrequenzinduktionsspule wurde 40 s lang eine Leistung von
12OkW angelegt (4 kHz). Die Auslegung der unteren Teilkammer war ähnlich derjenigen nach dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Beim Gießvorgang wurde eine niedrige Vorschubgeschwindigkeit von 0,06 m/s verwendet, bis der Gießkolbenkopf
die beiden Teilkammern passiert hatte, und anschließend wurde mit einer höheren Geschwindigkeit von
0,06 ms gearbeitet Bei einer derartigen zu Beginn niedrigen Vorschubgeschwindigkeit wird verhindert, daß die
Wände der unteren Teilkammer beschädigt werden, und zudem wird verhindert, daß der die Metallschmelze
enthaltende becherförmige Einsatz vorzeitig bricht Die im Vergleich zu dem Beispiel 1 beträchtlich geringere
Geschwindigkeit bei der Vorschubbewegung des Gießkolbens zu Beginn läßt sich bei diesem Ausführungsbeispiel
anwenden, da der becherförmige Einsatz wärmeisolierend ist
Hierzu 8 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Druckgießmaschine mit einer lotrecht angeordneten Gießkammmer, die in zwei koaxiale Teilkammern
unterteilt ist, von denen die obere, ortsfeste Teilkammer mit dem Formhohlraum in Verbindung steht,
während die untere auf einer lotrecht beweglichen Basis angeordnete Teilkammer mit der oberen Teilkammer
in abgedichtete Verbindung bringbar oder zur Aufnahme der zu vergießenden Metallmenge wegbewegbar
ist und einen Innendurchmesser aufweist, der etwa gleich demjenigen der oberen Teilkammer ist, und mit
einem Gießkolben, der in beiden Teilkammern beweglich ist und durch den die in der unteren Teilkammer
befindliche, flüssige Metallmenge durch die obere Teilkammer hindurch in den Formhohlraum hinein förderbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Teilkammer (9) als Einschmelzkammer zum
Schmelzen der in fester Form eingebrachten, zu vergießenden Metallmenge (M) ausgebildet und so weit
absenkbar ist, daß die Festmetallmenge (M) zwischen die beiden Teilkammern (8,9) eingebracht und auf den
Gießkolben (11) abgelegt werden kann.
Z Druckgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Teilkammer (8) hergestellt
ist aus wenigstens einem der Werkstoffe Wolframlegierungen, MolybdänJegierungen, Nickellegierungen,
Eisenlegierungen sowie Metallkeramiken und keramische Werkstoffe und daß die obere Teilkammer (8) im
Bereich ihres unteren Endes mit einer Kühleinrichtung (29) versehen ist
3. Druckgießmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Teilungsebene
zwischen den beiden Teilkammern (8, 9) ein mit der oberen Teilkammer (8) verbundenes, halbzylindrisches
Führungstei! (8') und ein mit der unteren Teilkammer (9) verbundenes, halbzylindrisches Gegenführungsteil
(9') vorgesehen sind, die zueinander passend ausgebildet sind.
4. Druckgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Teilkammer
(9) aus einem Keramikwerkstoff besteht, der sich aus wenigstens einem Material, ausgewählt aus
hochwertigen Ofenwerkstoffen aus Tonerde-, Siliciumdioxid- und Zirkonerde-Keramiken sowie carbidisehen
und nitridischen Werkstoffen zusammensetzt.
5. Druckgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießkolben
(11) einen Gießkolbenkopf (HaJ aus einem Keramikwerkstoff aufweist, der sich aus wenigstens einem
Material, ausgewählt aus hochwertigen Ofenwerkstoffen aus Tonerde-, Siliciumdioxid und Zirkonerde-Keramiken
sowie carbidischen und nitridischen Werkstoffen zusammensetzt
6. Druckgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Teilkammer
(9) eine Heizeinrichtung aufweist, die eine Induktionsspule (18) und einen Widerstandsheizkörper (32)
umfaßt, der zwischen der Induktionsspule und der Einschmelzkammer angeordnet ist und zum Vorwärmen
dient.
7. Druckgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einbringen der
Festmetallmenge (M) zwischen die Teilkammern (8,9) eine Greifarme (21,2IaJ aufweisende Aufgabeeinrichtung
(20) vorgesehen ist.
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