DE3050628A1 - Druckgiessmaschine zur herstellung von gasarmen, porenarmen und oxidarmen gussstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckgießmaschine zur Herstellung gas­ armer, porenarmer und oxydarmer Gußstücke insbesondere Gußstücke von ca. 1-3 kg Schußgewicht aus Metallen oder deren Legierungen wie Aluminium und Aluminium-Legierungen oder dergleichen, vorzugsweise hoizontale Kalt­ kammer-Druckgießmaschine, bei welcher der Transport des Metalles aus der Schmelz- bzw. Warmhaltevorrichtung (Warmhalteofen) in die Füllkammer mittels Vakuum über ein Saugrohr erfolgt und auch die Druckgießform unter Vakuum gehalten wird.

Das Druckgießverfahren für Aluminium ist ein sehr wirtschaftliches Ver­ fahren zur Herstellung auch von kompliziert geformten Teilen in wenigen Arbeitsgängen.

Die mit herkömmlichen Druckgießmaschinen erzeugten Gußteile weisen aber verfahrensbedingt aufgelockerte, porige und stark verunreinigte Gefügebe­ reiche auf, was Festigkeitsmängel und Blasenbildung bei Wärmebehandlungen zur Folge hat. Die Ausnutzung der bei Aluminium-Gußwerkstoffen möglichen Eigenschaften durch notwendige Vergütungsmaßnahmen wie z. B. das Lösungs­ glühen ist durch diese Erscheinungen nicht gegeben.

Um eine Güteverbesserung zu erzielen, wurde das sogenannte Pore-Free- Verfahren entwickelt (DE-PS 15 58 261). Hierbei wird ein Verdrängungsgas vorzugsweise Sauerstoff, 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-Oxyd­ partikeln erzeugt, welche dann als Feststoffpartikel verteilt in dem Guß­ stück 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 be­ steht. Daraus ergeben sich Schwierigkeiten bei der Verteilung des Schmier­ mittels, da vorzugsweise anorganisch feste Schmierstoffe eingesetzt werden können. Die Verfahrensweise der Spülung und das Aufbringen des Schmiermit­ tels 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 Formfüllgeschwindig­ keiten können Schwankungen in der Oxydverteilung auftreten, die die Guß­ stück-Qualität beeinträchtigen.

Um eine erhöhte Gußstückausbringung zu erzielen, hat man Druckgießmaschinen entwickelt, bei welchen die Metallschmelze mittels eines Vakuums über ein Saugrohr in die Füllkammer gezogen wird (DE-OS 14 58 151). Hierbei muß während der Formfüllphase und der Dosierphase ein ausreichendes Vakuum vor­ handen 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 entstehenden Gießgase abgesaugt werden können. Hierdurch soll der Oxydgehalt im Gußteil gesenkt werden.

Bei einer nach einem weiteren bekannten Verfahren (Zeitschrift Gießerei 64 (1977) Nr. 9, Seiten 236 ff.) arbeitenden Druckgießmaschine wird mi einer sehr kurzen Vakuumzeit von etwa 1,5 Sek. gearbeitet. 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 Gasgehalten und Verunreinigungen in den Guß­ stücken eingeschlossen werden. Dies hat zur Folge, daß die Gußstücke bei hohen Temperaturen nicht vergütet werden können, da sich Blasenbildung einstellt.

Hier setzt nun die vorliegende Erfindung ein und hat sich zur Aufgabe ge­ stellt eine Druckgießmaschine zu entwickeln, mit welcher Gußstücke in der Qualität des bereits erwähnten Pore-Free-Verfahren 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 einer Druckgießmaschine der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, zum Vakuum-Anschluß für die Form einen weiteren Vakuum-Anschluß vorzusehen, wie bereits bei vertikalen Druckgießmaschinen bekannt. Dieser zusätzliche Vakuum-Anschluß wird dabei vorzugsweise im Bereich des Gießkolbens an der Füllkammer vorgesehen. Durch diesen zusätzlichen Vakuum-Anschluß verkürzt sich die Vakuum-Aufbauzeit an der Füllkammer und damit dieVakuum-Aufbauzeit während der Dosierzeit. Gleichzeitig wird durch die dem formseitigen Vakuum-Anschluß entgegenge­ setzte Vakuum-Absaugung hinter dem Kolben eine gleichmäßige Ausbildung der flüssigen Metallschmelze in der Füllkammer gewährleistet.

Eine erfindungsgemäß besondere Ausbildung dieser zusätzlichen Vakuum- Anschluß-Ausbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß diese über eine Bohrung der Kolbenstange bis in den Bereich des Gießkolbens geführt ist und dort aus dem Gießkolben austritt. Hierdurch besteht die Möglichkeit, das Vakuum in der Füllkammer auch dann noch aufrecht zu erhalten, wenn sich der Kolben schon in Bewegung gesetzt hat.

Darüber hinaus ist es hierdurch von Vorteil, daß das Vakuum-Ventil für den weiteren Vakuum-Anschluß bereits vor dem Zusammentreffen der beiden Form­ hälften ansteuerbar ist. Dadurch wird vermieden, daß während des Form­ schließvorganges innerhalb der Füllkammer und damit innerhalb des Saug­ rohres ein stoßartiger Rückstau auftritt, der sich in der Schmelze aus­ wirken würde.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Geschwindigkeit der Metallschmelze beim Übergang vom Warmhalteofen in das Saugrohr durch Anordnung einer aus­ wechselbaren Drossel den jeweiligen Erfordernissen anpaßbar ist. Diese auswechselbare Drossel bewirkt nicht nur eine genaue Metalldosierung sondern hat auch die Aufgabe, die Kontaktzeit der flüssigen Aluminium-Schmelze gegenüber dem Vakuum über eine möglichst lange Zeit hinaus aufrecht zu er­ halten.

Die Drossel wird hierbei vorzugsweise im unteren Endbereich des Saugrohres angeordnet, um eine hohe Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Füllkammer- Eintrittes zu verhindern, da dieser Vorgang zu Auswaschungen in der Füll­ kammer führen würde. Weiterhin wird die Drossel vorzugsweise aus einem ver­ schleißfesten, feuerfesten Material hergestellt, wobei die Länge des Düsenbereiches der Drossel in der Länge unterschiedlich ausgebildet sein kann. Hierdurch wird es möglich, die jeweils erforderlichen Dosierzeiten noch exakter und gleichmäßiger einzustellen.

Es ist ebenfalls möglich, daß anstelle einer Drossel im Saugrohr Filter­ material angeordnet ist.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Saugrohr mit einer Heizvorrichtung ausgerüstet ist. Diese kann vorzugsweise als Induktivheizung oder Gas­ heizung ausgebildet sein und reicht erfindungsgemäß bis in den oberen Anschlußbereich des Saugrohres. Eine solche Heizvorrichtung garantiert einen einwandfreien Durchfluß der Metallschmelze durch das Saugrohr und verhindert auch bei längerer Produktionszeit ein sogenanntes "Zufrieren" des Saugrohres. Außerdem kann durch die Heizvorrichtung die Viskosität der Metallschmelze beeinflußt werden, nachdem sie den Warmhalteofen ver­ lassen hat.

Als eine besonders vorteilhafte Ausbildung wird nach der Erfindung ange­ sehen, daß das Saugrohr an der Füllkammer mit einer Klammer aufgehängt ist, wobei diese Klammer vorzugsweise mit Federbolzen gegen die Füllkammer wirkt. Durch die federnde Aufhängung kann an dem Übergang zwischen Saugrohr und Füllkammer eine optimale Abdichtung erreicht werden. Durch die thermische Beeinflussung ergeben sich nämlich unterschiedliche Aus­ dehnungsverhältnisse, die durch die federnde Aufhängung ausgeglichen werden können.

Darüber hinaus ist es ebenfalls von Vorteil, daß der Gießkolben mit einer an sich bekannten regulierbaren Kolbenkühlung ausgerüstet ist. Eine solche Kühlung garantiert ein minimales Kolbenspiel und unterdrückt dadurch die Entstehung von Schliefen zwischen dem Kolben und der Füllkammer.

Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgeschlagen, daß der Warmhalteofen in der Höhe verstellbar ausgebildet ist. Hierdurch kann beispielsweise durch einfaches Absenken des Warmhalteofens ein leichtes und schnelles Aus­ wechseln des Saugrohres erfolgen. Gleichzeitig kann eine Anpassung an die veränderte Höhe der Schmelze im Warmhalteofen erfolgen.

Auch ist es erfindungsgemäß von Vorteil, daß der Gießkolben stirnseitig einen konischen Ansaug aufweist, dessen großer Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Gießkolbens. Durch diese Ausbildung des Gießkolbens wird die Metallschmelze beim Eintritt in die Füllkammer in deren Längs­ richtung umgeleitet. Dadurch werden Wirbelungen an der Kammerinnenwand vermieden.

Der hintere Bereich der Füllkammer wird erfindungsgemäß mit einer an sich bekannten hitzebeständigen Dichtung, wie Asbest mit Graphit ausgekleidet, um auch bei hohen Füllkammertemperaturen während des Vakuum-Ansaugens einen Zutritt von Außenluft zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird auch die Innenwandung des Saugrohres mit einer feuer­ festen Isoliermasse ausgekleidet, oder das Saugrohr aus einer solchen herge­ stellt, die vorzugsweise chemisch inert und mit einer geringeren Benetzbar­ keit gegen Aluminium-Lgierungen ausgebildet ist. Diese feuerfeste Aus­ kleidung des Saugrohres gewährleistet eine lange Standzeit des Saugrohres. Außerdem werden durch die chemische Beständigkeit und geringe Benetzbar­ keit Querschnittsveränderungen während des Gießbetriebes vermieden.

Ein weiteres Merkmal nach der Erfindung wird darin gesehen, daß der Vakuum- Anschluß für die Form vorzugsweise oberhalb des Anschnittsystems an die Formgravur angeschlossen ist. Da die Metallschmelze während der Formfüllung mit noch in der Form vorhandenen Komponenten reagieren kann, werden die hierbei entstehenden Dämpfe und Gase durch die oberhalb des Anschnitt­ systems an der Formgravur angeschlossenen Vakuum-Leitung abgesaugt.

Weiterhin hat sich gezeigt, daß der Düsenquerschnitt der Drossel vorzugs­ weise einen Durchmesser von 4 bis 8 mm aufweist.

Ebenfalls ist es erfindungsgemäß von Vorteil, daß der Warmhalteofen unter­ halb der Füllkammer zwischen der festen Aufspannplatte und dem Gießkolben­ angeordnet ist.

Ein Vorteil bei den auf der erfindungsgemäßen Druckgießmaschine herge­ stellten Gußstücken ist darin zu sehen, daß diese eine solche Qualität aufweisen, die eine thermische Vergütung bei hohen Temperaturen zuläßt; wie sie beim Lösungsglühen von Aluminiumwerkstoffen erforderlich sind. Aufgrund dieser Vergütungsmaßnahme besitzen diese Gußstücke hohe mechanische Eigenschaften und können ohne Schwierigkeiten einer Oberflächenveredelung unterworfen werden. Einer dekorativen und funktionellen Oberflächenveredelung wie Eloxieren, PTFE- und Email-Beschichtung steht hier nichts im Wege.

Desweiteren wird jede mögliche Auswahl der formfüllbedingten Gießeinstellung ermöglicht. 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 auf den Einsatz von festen mineralölfreien Kolbenschmier- und Formtrennmitteln verzichten kann.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung, die z. T. perspektivisch einen Teilbereich einer erfindungsgemäß ausgebildeten Druckgießmaschine zeigt, näher erläutert. 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 Anschnittes 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 Anschnittbereich 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 sist. 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 Einfachheithalber 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 Ansaugkanal 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 (23)

1. Druckgießmaschine zur Herstellung gasarmer, porenarmer und oxydarmer Gußstücke, insbesondere Gußstücke von ca. 1-3 kg Schußgewicht aus Metallen oder deren Legierungen, vorzugsweise horizontale Kalt­ kammer-Druckgießmaschinen, bei welcher der Transport des Metalles aus der Schmelze- bzw. Warmhaltevorrichtung (Warmhalteofen) in die Füll­ kammer mittels Vakuum über ein Saugrohr erfolgt, und auch die Druck­ gießform unter Vakuum gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Vakuum-Anschluß (17) für die Form (14, 16) ein weiterer Vakuum-Anchluß (2), wie bei vertikalen Druckgießmaschinen bekannt, vorgesehen ist.

2. Druckgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Vakuum-Anschluß (2) im Bereich des Gießkolbens (4) an der Füllkammer (10) vorgesehen ist.

3. Druckgießmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Vakuum-Anschluß (2) über eine Bohrung (20) der Kolbenstange (21) bis in den Bereich des Gießkolbens (4) geführt ist und dort aus dem Gießkolben (4) austritt.

4. Druckgießmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum-Ventil für den weiteren Vakuum-Anschluß (2) bereits vor dem Zusammentreffen der beiden Formhälften (14, 16) ansteuerbar ist.

5. Druckgießmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Metallschmelze beim Übergang vom Warm­ halteofen (8) in das Saugrohr (6) durch Anordnung einer auswechsel­ baren Drossel (7) den jeweiligen Erfordernissen anpaßbar ist.

6. Druckgießmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (7) vorzugsweise im unteren Endbereich (6 a) des Saugrohres (6) angeordnet ist.

7. Druckgießmaschine nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (7) aus einem verschleißfesten, feuerfesten Material hergestellt ist.

8. Druckgießmaschine nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Düsenbereiches (7 a) der Drossel (7) in der Länge unterschiedlich ausbildbar ist.

9. Druckgießmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer Drossel (7) im Saugrohr Filtermaterial angeordnet ist.

10. Druckgießmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr (6) mit einer Heizvorrichtung (13) ausgerüstet ist.

11. Druckgießmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (13) vorzugsweise als Induktionsheizung oder Gasheizung ausgebildet ist.

12. Druckgießmaschine nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung bis in den oberen Anschlußbereich (6 b) des Saug­ rohres (6) reicht.

13. Druckgießmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr (6) an der Füllkammer (10) mit einer Klammer (22) aufgehängt ist.

14. Druckgießmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer (22) mit Federbolzen (1) gegen die Füllkammer (10) wirkt.

15. Druckgießmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießkolben (4) mit einer an sich bekannten regulierbaren Kolbenkühlung ausgerüstet ist.

16. Druckgießmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmhalteofen (9) in der Höhe verstellbar ausgebildet ist.

17. Druckgießmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießkolben (4) stirnseitig einen konischen Ansatz (4 a) aufweist, dessen großer Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Gießkolbens.

18. Druckgießmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Bereich (10 a) der Füllkammer (10) mit einer an sich bekannten hitzebeständigen Dichtung (3), wie Asbest mit Graphit oder dergleichen ausgekleidet ist.

19. Druckgießmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung des Saugrohres (6) mit einer feuerfesten Isoliermasse (23) ausgekleidet oder das Saugrohr selbst aus einem solchen Material hergestellt ist.

20. Druckgießmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliermasse (23) chemisch inert und mit einer geringeren Benetzbarkeit gegen Aluminium-Legierungen ausgebildet ist.

21. Druckgießmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuum-Anschluß (17) für die Form (14, 16) vorzugsweise oberhalb des Anschnittsystems an die Formgravur angeschlossen ist.

22. Druckgießmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenquerschnitt (7 a) der Drossel (7) vorzugsweise einen Durchmesser von 4 bis 8 mm aufweist.

23. Druckgießmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmhalteofen (9) unterhalb der Füllkammer (10) zwischen der festen Aufspannplatte (31) und dem Gießkolbenantrieb angeordnet ist.