DE3000486C2

DE3000486C2 - Druckgießmaschine

Info

Publication number: DE3000486C2
Application number: DE3000486A
Authority: DE
Inventors: Mikiya Komatsu; Takasumi Yokosuka Maruyama; Shunsuke Yokohama Suzuki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-01-09
Filing date: 1980-01-08
Publication date: 1986-04-03
Also published as: GB2040196A; JPS5760108B2; JPS5594773A; US4347889A; DE3000486A1; FR2446145A1; GB2040196B; FR2446145B1

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.

Beispiel 1

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.

Tabelle 1

Spritzdruck Spritzgeschwindigkeit

Temperatur der Formen
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.

Beispiel 3

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

Patentansprüche:

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.