DE3041340C2

DE3041340C2 -

Info

Publication number: DE3041340C2
Application number: DE3041340A
Authority: DE
Inventors: Edgar Dr.-Ing. 5300 Bonn De Lossack; Jochen Dr.-Ing. 5305 Alfter De Spriestersbach; Josef Baur; Wilfried 7987 Weingarten De Schwab
Original assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Current assignee: Maschinenfabrik Mueller Weingarten AG
Priority date: 1980-11-03
Filing date: 1980-11-03
Publication date: 1987-06-25
Also published as: EP0051310B1; US4476911A; EP0051310A1; NO157129B; JPS57152361A; DE3041340A1; ATE11381T1; JPS61117351U; NO157129C; JPH0337812Y2; DE3168537D1; NO813701L

Description

Druckgießverfahren zur Herstellung gasarmer, poren armer und oxydarmer Gußstücke mittels einer Kaltkammer- Druckgießmaschine, bei dem der Transport des Metalls aus einer Schmelz- bzw. Warmhaltevorrichtung in die Gießkammer mittels Evakuierens über ein Saugrohr er folgt, und bei dem Falschluft gesondert abgesaugt wird.

Das Druckgießverfahren z. B. für Aluminium ist ein sehr wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung auch von kompliziert geformten Teilen in wenigen Arbeitsgängen.

Die mit herkömmlichen Druckgießverfahren erzeugten Guß teile weisen aber verfahrensbedingt aufgelockerte, porige und stark verunreinigte Gefügebereiche auf, was Festig keitsmängel und Blasenbildung bei Wärmebehandlungen zur Folge hat. Die Ausnutzung der bei Aluminium-Gußwerk stoffen möglichen Eigenschaften durch notwendige Ver gütungsmaßnahmen wie z. B. das Lösungsglühen ist durch diese Erscheinungen nicht möglich.

Um eine Güteverbesserung zu erzielen, wurde das soge nannte Pore-Free-Verfahren entwickelt (DE-PS 15 58 261). Hierbei wird ein Verdrängungsgas, vorzugsweise Sauer stoff, in die Füllkammer und in den Formhohlraum einge lassen und dadurch die Luft verdrängt. Anschließend wird das flüssige Aluminium in die Füllkammer eingefüllt und durch die Verwirbelung des flüssigen Aluminiums mit dem Sauerstoff eine Reaktion zu Aluminium-Oxydpartikeln erzeugt, welche dann als Reststoffpartikel verteilt in dem Gußstück vorliegen. Obwohl die Gußstücke vergütbar und von guter Qualität sind, hat das Verfahren den Nachteil, daß nur mineralölfreie Schmiermittel einge setzt werden können, da sonst Explosionsgefahr während der Füllphase besteht. Daraus ergeben sich Schwierig keiten bei der Verteilung des Schmiermittels, da vorzugs weise anorganisch feste Schmierstoffe eingesetzt werden können. Die Verfahrensweise der Spülung und das Auf bringen des Schmiermittels bezogen auf den Gießzyklus erfordert sehr viel Zeit, so daß die Produktionsleistung bei diesem Verfahren nicht sehr hoch ist. Desweiteren zeichnen sich die Gußstücke, die nach diesem Verfahren hergestellt werden, durch einen hohen Oxydgehalt aus. Bei unzureichenden Formfüllgeschwindigkeiten können Schwankungen in der Oxydverteilung auftreten, die die Gußstück-Qualität beeinträchtigen.

Um eine erhöhte Gußstückausbringung zu erzielen, hat man weiterhin Druckgießverfahren entwickelt, bei welchen die Metallschmelze mittels eines Vakuums über ein Saug rohr in die Füllkammer gezogen wird (DE-OS 14 58 151). Hierbei muß während der Formfüllphase und der Dosier phase ein ausreichendes Vakuum vorhanden sein, damit der Wasserstoffgehalt der Schmelze und die im Formhohl raum und in der Füllkammer vorhandene Luft sowie die während des Kontaktes mit dem flüssigen Aluminium ent stehenden Gießgase abgesaugt werden können. Dieses Ver fahren zielt darauf ab, den Oxydgehalt im Gußteil zu senken.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren (Zeitschrift Gießerei 64 (1977) Nr. 9, Seiten 236 ff.) wird mit einer sehr kurzen Vakuumzeit von etwa 1,5 Sek. ge arbeitet. Hierbei ist es zwar möglich, beispielsweise die Luft und die ersten Gießgase abzusaugen, jedoch reicht die Verweilzeit des Vakuums nicht aus, eine ausreichende Entgasung während des Gießens vorzunehmen. Hieraus ergibt sich, daß während der Formfüllphase noch erhebliche Gasgehalte und Verunreinigungen in den Gußstücken eingeschlossen werden. Dies hat zur Folge, daß die Gußstücke, die nach diesem Verfahren herge stellt werden bei hohen Temperaturen nicht vergütet werden können, da sich Blasenbildung feststellen läßt.

Hier setzt nun die vorliegende Erfindung ein und hat sich zur Aufgabe gestellt ein Druckgießverfahren zu ent wickeln, mit dem Gußstücke in der Qualität des bereits erwähnten Pore-Free-Verfahrens geschaffen werden können, wobei jedoch eine erheblich höhere Produktivität erzielt wird. Die Nachteile der bekannten Vakuum-Gießverfahren sollen dabei vermieden und außerdem der Oxydgehalt in den Gußstücken herabgesetzt werden.

Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, daß im zylindrischen Spakt zwischen Gießkolben und Gieß kammer ein weiteres Vakuum angelegt wird, das mit dem vom Formhohlraum her angelegten Vakuum zusammenwirkt, und daß die beim Einlaufen der Schmelze in die Gießkammer ent stehenden Schmiermitteldämpfe und Gase im zylindrischen Spalt zwischen Gießkolben und Gießkammer nahezu voll ständig abgesaugt werden.

Dabei ist es von Vorteil, daß im zylindrischen Spalt zwischen Gießkolben und Gießkammer ein weiteres Vakuum angelegt wird, das mit dem Formhohlraum her angelegten Vakuum zusammenwirkt, und daß dieses zweite Vakuum in der Gießkammer bis zum Anschluß der Form füllphase in vollem Umfang aufrechterhalten wird. Weiter hin wird vorgeschlagen, daß beim Eintritt der Schmelze in die Füllkammer eine laminare Strömung eingehalten wird. Auch ist es von Vorteil, daß die Dosierzeit mindestens 3 Sekunden beträgt.

Ein weiterer Verfahrensschritt der Erfindung wird darin gesehen, daß die Geschwindigkeit der Metallschmelze beim Übergang vom Schmelz- bzw. Warmhalteofen in das Saugrohr mittels einer auswechselbaren Drossel ange paßt wird. Dabei ist es von Vorteil, daß eine Drossel mit einer Öffnungsweite im Bereich von 4 bis 8 mm verwendet wird. Ein weiterer Verfahrensschritt der Er findung wird darin gesehen, daß die Temperatur der Metallschmelze im Schmelz- bzw. Warmhalteofen mindestens 50°C über der Liquidustemperatur liegt. Zusätzlich wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das flüssige Metall während des Flusses durch das Saugrohr einen zusätzlichen Wärmezufluß erfährt. Das Metall wird hierbei vorzugs weise induktiv beheizt.

Eine besondere Art des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Aluminium- Legierungen auf der Basis von Aluminium-Silizium, Aluminium-Silizium-Magnesium sowie Aluminium-Silizium- Kupfer oder ähnlichen Legierungen üblicher Viskosität als Metallschmelze

a) der Füllkammer über das Saugrohr ca. 0,40 bis 0,55 kg Metallschmelze pro Sekunde vom Beginn des Vakuum aufbaues bis zur Schußauslösung zugeführt wird, und
b) die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze am kleinsten Querschnitt (Düse) des Saug rohres ca. 6,5 bis 8,0 m/sec beträgt, wobei
c) für die Werte von a und b eine Düse von 6 mm Durch messer zugrunde gelegt ist.

Hierzu ist folgendes auszuführen:

Bei langsamer Zufuhr der Metallschmelze mit Werten unter halb von 0,40 kg/sec. besteht die Gefahr des partiellen Einfrierens der Schmelze. Dabei bilden sich Schiefer plättchen von erkalteter Schmelze, die vor der Schmelz front hergeschoben werden und einen Teil des Schmierfilms abdecken, so daß dieser nicht verdampft. Auf diese Weise können beim Vorgehen des Gießkolbens Teile des Schmiermittels unverdampft in die Schmelze aufgenommen werden und dadurch die in der Beschreibungseinleitung ge nannten Nachteile auftreten.

Bei höheren Zufuhrgeschwindigkeiten der Metallschmelze mit Werten oberhalb von 0,55 kg/sec besteht die Gefahr des Aufwirbelns bzw. Verwirbelns der Schmiermitteldämpfe und Schmiermittelgase. Diese können dadurch in die Schmelze eintreten und dort die genannten nachteiligen Effekte bewirken.

Ferner ist bei schneller Zufuhr der Metallschmelze die Zeit für das Absaugen der Schmiermittelgase zu kurz. Zwar kann durch Vorfahren des Gießkolbens die weitere Zufuhr der Metallschmelze gestoppt werden (Kolbenstop) und gleichzeitig das Vakuum zur weiteren Entgasung der Schmelze aufrechterhalten werden. Diese Verfahrensweise hat jedoch den nachteiligen Effekt, daß durch die ruck artige Beschleunigung des Kolbens ein "Überschwappen" der Schmelze auftreten kann und dabei gleichzeitig ein Teil der Schmelze in die Form gelangt.

In ähnlicher Weise wirken die Grenzen bei den Angaben über die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze am kleinsten Querschnitt des Saugrohres. Eine Unterschreitung der Strömungsgeschwindigkeit führt zum Einfrieren im Saugrohr, wobei auch eine zusätzliche Beheizung bei Werten unter 6,5 m/sec nicht mehr ausreicht. Bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten von mehr als 8,0 m/sec wird der Druckverlust im Saugrohr sehr hoch, und die Ver wirbelung am Anschlußteil des Saugrohres mit der Füll kammer führt zu nachteiligen Effekten.

Eine Abwandlung dieses Verfahrens besteht darin, daß bei Verwendung von Legierungen mit einer geringeren Viskosität als die im Anspruch 1 erwähnten Aluminium- Legierungen

a) der Füllkammer über das Saugrohr ca. 0,35 bis 0,45 kg Metallschmelze pro Sekunde vom Beginn des Vakummauf baues bis zur Schußauslösung zugeführt wird, und
b) die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze am kleinsten Querschnitt (Düse) des Saugrohres ca. 6,0 bis 7,0 m/sec beträgt, wobei
c) für die Werte von a und b eine Düse von 6 mm Durchmesser zugrunde gelegt ist.

Schließlich wird erfindungsgemäß ebenfalls vorge schlagen, daß bei Verwendung von Legierungen mit einer größeren Viskosität als die im Anspruch 1 erwähnten Aluminium-Legierungen

a) der Füllkammer über das Saugrohr ca. 0,50 bis 0,60 kg Metallschmelze pro Sekunde vom Beginn des Vakuumaufbaues bis zur Schußauslösung zuge führt wird, und
b) die durschnittliche Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze am kleinsten Querschnitt (Düse) des Saugrohres ca. 8,0 bis 9,0 m/sec beträgt, wobei
c) für die Werte von a und b eine Düse von 6 mm Durchmesser zugrunde gelegt ist.

Wird eine Düse eingesetzt mit geringerem Querschnitt als 6 mm, so verändern sich die zuvor eingegebenen Werte für die Dosiermenge zu kleineren Werten, während die Werte für die Strömungsgeschwindigkeit steigen. Umgekehrt ver halten sich die Werte bei einer Vergrößerung des Düsen querschnittes.

Ein Vorteil bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gußstücke ist darin zu sehen, daß diese eine Qualität aufweisen, die eine thermische Vergütung bei Temperaturen zuläßt, wie sie beim Lösungsglühen von Aluminium-Werkstoffen erforderlich sind. Aufgrund dieser Vergütungsmaßnahme besitzen die mit diesem Verfahren hergestellten Gußstücke hohe mechanische Eigenschaften und können ohne Schwierigkeiten eine Ober flächenveredelung unterworfen werden. Einer dekorativen und funktionellen Oberflächenveredelung wie Eloxieren, PTFE- und Email-Beschichtung steht hier nichts mehr im Wege.

Desweiteren ermöglicht dieses Druckgießverfahren jede mögliche Auswahl der formfüllbedingten Gießeinstellung. Entsprechend der Gußstück-Geometrie kann eine schnelle oder eine langsame Formfüllung erfolgen. Außerdem kann die Verweilzeit des Vakuums noch zusätzlich nach der abgeschlossenen Dosierung in entsprechenden Grenzen verlängert werden. Ganz wesentlich ist, daß man bei diesem Verfahren auf den Einsatz von festen mineralöl freien Kolbenschmier- und Formtrennteilen verzichten kann.

In der Zeichnung ist eine Druckgießmaschine zum Teil dargestellt, mit welcher das erfindungsgemäße Druckgieß verfahren ausgeführt werden kann. Es zeigt

Fig. 1 in einer perspektivischen Schrägansicht den Form bereich der Druckgießmaschine z. T. geschnitten,

Fig. 2 als Einzelheit eine besondere Ausbildung der Kolbenstange mit Gießkolben und

Fig. 3 die Lage der Vakuum-Anschlüsse im Bereich des Ausschnittes der Formgravur anhand eines Gußstückes.

In Fig. 1 wird im wesentlichen von der Druckgießmaschine nur der Bereich der festen Aufspannplatte 31 mit der festen Formhälfte 14 und bewegliche Formhälfte 16 dargestellt. Um den Bereich der Füllkammer 10 besser dar stellen zu können, sind die feste Aufspannplatte 31, die feste Formhälfte 14, die Füllkammer 10, das eigentliche Saugrohr 6 und der Warmhalteofen 9 mit Schmelztiegel 8 z. T. aufgeschnitten dargestellt. Mit 17 ist das Ventil für den Vakuum-Anschluß für die Form angedeutet.

Die innerhalb der Form endenden Vakuum-Leitungen liegen oberhalb des An schnittes. Um dieses besser darstellen zu können, wird in Fig. 3 ein Guß stück 33 gezeigt, beispielsweise eine Pfanne, wobei der Anschittbereich mit 28 und die beiden Vakuum-Anschlüsse mit 29 und 30 bezeichnet sind. Der Gießlauf trägt die Nr. 18.

Der vordere Vakuum-Anschluß im Bereich des Gießkolbens 4 ist mit 2 be zeichnet. In diesem Bereich endet auch ein Anschluß 11 für die Kolben schmierung. Stirnseitig ist am Gießkolben 4 ein konischer Ansatz 4 a vorge sehen. Hierdurch wird das aus dem Saugrohr 6 in die Füllkammer 10 ein tretende Metall zur Kammerlängsachse 2 umgelenkt, wodurch Verwirbelungen vermieden werden. Der hintere Bereich 10 a der Füllkammer 10 ist mit einer hitzebeständigen Dichtung 3 ausgekleidet. Die Aufhängung des Saugrohres 6 erfolgt mittels einer Klammer 22. Diese Klammer 22 greift mit einer unteren hakenförmigen Nase 24 unter einen Ringflansch 25 des Saugrohres 6. Von oben her ist durch die Klammer 22 ein Federbolzen 1 geführt. Hierdurch er gibt sich eine elastische Verspannung des konischen Endes 6 b innerhalb des entsprechenden konischen Anschlusses an der Füllkammer 10.

Mit 23 ist eine Isolierauskleidung des Saugrohres 6 bezeichnet, welche chemisch inert ist und mit einer geringeren Benetzbarkeit gegen Aluminium- Legierungen ausgebildet ist. Zur Heizung des Saugrohres 6 dient eine Heizung 13, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Gasheizung ange deutet ist. Anstelle der Gasheizung kann auch bevorzugt eine Induktivheizung vorgesehen werden, wobei es wichtig ist, daß die Heizung bis in den oberen Anschlußbereich 6 b zur Füllkammer 10 reicht. Der Warmhalteofen 9 ist in der Höhe verstellbar ausgebildet, was jedoch der Einfachheit halber nicht ge sondert dargestellt ist. Hierdurch kann immer eine gewünschte Eintauchtiefe des Saugrohres 6 in die Metallschmelze sichergestellt werden. Auch zum erleichterten Ausbau bzw. Auswechseln des Saugrohres 6 kann der Warmhalte ofen 9 nach unten abgesenkt und seitlich herausgefahren werden.

Mit 7 ist die Drossel des Saugrohres 6 bezeichnet. Der eigentliche Düsen querschnitt 7 a sowie die Länge des Düsenbereiches können dabei unter schiedlich ausgebildet sein. Anstelle der Düse kann auch an sich bekanntes Filtermaterial verwendet werden.

In Fig. 2 ist eine Kolbenstange 21 mit Gießkolben 4 als Einzelheit darge stellt. Mit 27 ist hierbei die Bohrung einer an sich bekannten Kolben-Kühl vorrichtung angedeutet. Der eigentliche Ausaugkanal 20 für das Vakuum wird hier durch die Kolbenstange 21 hindurchgeführt und endet mit ihrem Endbe reich 20 a in einem Ringkanal 26. Diese Ausbildung gegenüber der Konstruktion nach der Fig. 2 hat den Vorteil, daß auch noch während des Vorwärtsfahrens des Gießkolbens 4 weiterhin das Vakuum am Gießkolben 4 erhalten bleiben kann.

Claims

1. Druckgießverfahren zur Herstellung gasarmer, poren armer und oxydarmer Gußstücke mittels einer Kalt kammer-Druckgießmaschine, bei dem der Transport des Metalles aus einer Schmelze- bzw. Warmhalte vorrichtung (9) in die Gießkammer (10) mittels Evakuierens über ein Saugrohr (6) erfolgt, und bei dem Falschluft gesondert abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im zylindrischen Spalt zwischen Gießkolben (4) und Gießkammer (10) ein weiteres Vakuum angelegt wird, das mit dem vom Formhohlraum her angelegten Vakuum zusammenwirkt, und daß die beim Einlaufen der Schmelze in die Gießkammer (10) entstehenden Schmiermitteldämpfe und Gase im zylindrischen Spalt zwischen Gießkolben (4) und Gießkammer (10) nahezu vollständig abgesaugt werden.

2. Druckgießverfahren zur Herstellung gasarmer, poren armer und oxydarmer Gußstücke mittels einer Kalt kammer-Druckgießmaschine, bei dem der Transport des Metalles aus einer Schmelz- bzw. Warmhaltevor richtung (9) in die Gießkammer (10) mittels Vakuum über ein Saugrohr (6) erfolgt und bei dem Falsch luft gesondert abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im zylindrischen Spalt zwischen Gießkolben (4) und Gießkammer (10) ein weiteres Vakuum angelegt wird, das mit dem vom Formhohlraum her angelegten Vakuum zusammenwirkt, und daß dieses zweite Vakuum in der Gießkammer (10) bis zum Anschluß der Form füllphase in vollem Umfang aufrechterhalten wird.

3. Druckgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Eintritt der Schmelze in die Füllkammer (10) eine laminare Strömung eingehalten wird.

4. Druckgießverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierzeit mindestens 3 Sekunden beträgt.

5. Druckgießverfahren nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Metallschmelze beim Übergang vom Schmelz- bzw. Warmhalteofen (8) in das Saugrohr (6) mittels einer auswechselbaren Drossel (7) angepaßt wird.

6. Druckgießverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drossel (7) mit einer Öffnungsweite im Bereich von 4 bis 8 mm verwendet wird.

7. Druckgießverfahren nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Metallschmelze im Schmelz- bzw. Warmhalteofen (8) mindestens 50°C über der Liquidustemperatur liegt.

8. Druckgießverfahren nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall während des Flusses durch das Saugrohr (6) einen zusätzlichen Wärmezufluß erfährt.

9. Druckgießverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall induktiv beheizt wird.

10. Druckgießverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Aluminium-Legierungen auf der Basis von Aluminium-Silizium, Aluminium- Silizium-Magnesium sowie Aluminium-Silizium-Kupfer oder ähnlichen Legierungen üblicher Viskosität als Metallschmelze,

a) der Füllkammer (19) über das Saugrohr (6) ca. 0,40 bis 0,55 kg Metallschmelze pro Sekunde vom Beginn des Vakuumaufbaues bis zur Schuß auslösung zugeführt wird, und
b) die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze am kleinsten Querschnitt (Düse 7) des Saugrohres (6) ca. 6,5 bis 8,0 m/sec beträgt, wobei
c) für die Werte von a und b eine Düse von 6 mm Durchmesser zugrunde gelegt ist.

11. Druckgießverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Legierungen mit einer ge ringeren Viskosität als die im Anspruch 1 erwähnten Aluminium-Legierungen

a) der Füllkammer (19) über das Saugrohr (6) ca. 0,35 bis 0,45 kg Metallschmelze pro Sekunde vom Beginn des Vakuumaufbaues bis zur Schußauslösung zugeführt wird, und
b) die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze am kleinsten Querschnitt (Düse 7) des Saugrohres (6) ca. 6,0 bis 7,0 m/sec be trägt, wobei
c) für die Werte von a und b eine Düse von 6 mm Durchmesser zugrunde gelegt ist.

12. Druckgießverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Legierungen mit einer größeren Viskosität als die im Anspruch 1 erwähnten Aluminium-Legierungen

a) der Füllkammer (19) über das Saugrohr (6) ca. 0,50 bis 0,60 kg Metallschmelze pro Sekunde vom Beginn des Vakuumaufbaues bis zur Schuß auslösung zugeführt wird, und
b) die durschnittliche Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze am kleinsten Querschnitt (Düse 7) des Saugrohres (6) ca. 8,0 bis 9,0 m/sec beträgt, wobei
c) für die Werte von a und b eine Düse von 6 mm Durchmesser zugrunde gelegt ist.