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Verfahren und Vorrichtung zum Gießenffivon Metallen und
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anderen Werkstoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Gießen von Metallen und anderen Werkstoffen, und insbesondere ein
Pneumo-Kolbenverfahren unter Verwendung von Kolbenmaschinen mit horizontaler Druckkammer,
die für das Gießen von Nichteisenmetallen und -legierungen, Silikatwerkstoffen u.a.
in Dauerformen aus Metall eingesetzt werden können.
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Es ist ein Pneumo-Kolbenverfahren für das Gießen von Metallen und
anderen Werkstoffen bekannt, bei dem ein Gasgegendruck während des Füllens der Gießform
bei laminarer oder nahezu laminarer Strömung der Schmelze erzeugt wird. Nach dem
Füllen der Gießform erfolgt das Erstarren des Gußstückes unter der Wirkung von zweiseitigem
Druck in den Grenzen von 15 bis 25 MPa (BG-PS 28 297).
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Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Erzeugung des
Gasdrucks im Hohlraum der Gießform während der Formfüllung nicht gleichzeitig mit
dem Eingießen der Schmelze erfolgt, so daß ein Gasgegendruck auf die Front der strömenden
Schmelze einwirkt, dessen Größe von Null bis zu einem vorgegebenen Enddruck variiert.
Das Ergebnis davon ist, daß, so schnell auch dieser Druck erzeugt wird, die thermischenund
physikalischenBedingungen der Füllung der einzelnen Bereiche der Gießform und die
Bedingungen der anfänglichen Erstarrung entlang der in Kontakt mit der Schmelze
kommenden Hohlraumwände der Gießform unterschiedlich sind. All dies beeinflußt in
negativem Sinne die Qualität der Gußstücke.
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Die bekannte Vorrichtungvzur Durchführung dieses Verfahrens hat eine
bewegliche und eine feststehende Formhälfte, die jeweils auf eine bewegliche und
eine feststehende Aufspannplatte einer Kolbendruckgießmaschine mit horizontaler
Druckkammer aufgespannt ist.
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Die feststehende Formhälfte ist mit der horizontalen Druckkammer verbunden,
die mit einer Öffnung für das Eingießen der Schmelze versehen ist. In der beweglichen
Formhälfte sind Auswerfer montiert. Außerdem ist eine Öffnung für den Träger des
Steigers ausgearbeitet.
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Der Träger des Steigers ist an einem vertikalen hydraulischen Zylinder
montiert, der starr an die bewegliche Formhälfte befestigt ist. Die Auswerfer sind
in der beweglichen Formhälfte abgedichtet. Die bewegliche Formhälfte ist in ihrer
Arbeitsposition über ein Paket von 0-Ringen in der feststehenden Formhälfte abgedichtet.
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In der feststehenden Formhälfte ist eine Angußbuchse eingesetzt, die
gegen den Frontteil der horizontalen Druckkammer abgedichtet ist. Die Kolbenstange
des Druckkolbens ist durch eine Andrückeinrichtung im Träger abgedichtet. Der Raum
der horizontalen Druckkammer hinter dem Druckkolben und der Raum, der den Formhohlraum,
das Steigervolumen und den Raum vor dem Druckkolben umfaßt, sind untereinander durch
eine Gasleitung verbunden. In der feststehenden Formhälfte ist eine Angußbuchse
montiert.
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Die Nachteile dieser Einrichtungen liegen darin, daß für das schnelle
Erzeugen des Gasdrucks der bewegliche Träger des.Steigers während des Formfüllvorgangs
sich in einem bestimmten Abstand von seiner Endposition befindet und erst am Ende
dieses Vorgangs in diese Position kommt. Dies erfordert eine Nachführeinrichtung
zum Folgen des Seweils erreichten Niveaus der strömenden Front der Schmelze und
Sicherheitsmaßnahmen gegen Pannen für den Fall, daß diese Einrichtung versagt.
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Das stoBartige Abdichten Metall gegen Metall des Trägers im speziellen
Sitz in beiden Formhälften führt zu einem schnellen Verschleiß der in Berührung
kommenden Stirnflächen, was eine häufige Instandsetzung der dort angeordneten Entlüftungskanäle
erfordert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
für das Gießen von Metallen und anderen Werkstoffen zu schaffen, bei denen das Erzeugen
des Gasdrucks im Hohlraum der Gießform unabhängig von der Strömung der Schmelze
erfolgt, wobei das Abdichten der Öffnung für das Eingießen der Schmelze in der Druckkammer
nicht vom Zustand der Abdichtungsfläche abhängig ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren, bei dem das Gießen unter Druck
und bei gleichzeitiger Einwirkung eines Gasgegendrucks erfolgt, während das Erstarren
der Schmelze in der Gießform unter Einwirkung eines zweiseitigen Drucks in den Grenzen
von 15 bis 25 MPa stattfindet, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor dem Beginn
des Gießens der Hohlraum der Gießform von dem Raum der horizontalen Druckkammer
getrennt wird, wonach im Hohlraum der Gießform ein Gasdruck erzeugt wird. Gleichzeitig
wird in der horizontalen Druckkammer die Schmelze eingegossen. Beim Beginn des Gießens
werden der Hohlraum der Gießform und der Raum der horizontalen Druckkammer verbunclen.
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Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens hat eine bewegliche
und eine.fes-tstehende Formhälfte, die jeweils auf eine bewegliche und eine feststehende
Aufspannplatte einer Kolbendruckgießmaschine mit horizontaler Druckkammer aufgespannt
sind. In der horizontalen Druckkanmer ist ein Drucldkolben mit Kolbenstange angeordnet,
wobei diese Kammer mit einer Öffnung für das Eingießen der Schmelze versehen ist.
In der feststehenden Formhälfte ist eine Angußbuchse montiert. Die feststehen-
de
Formhälfte ist mit der horizontalen Druckkammer verbunden. In der beweglichen Formhälfte
sind Auswerfer montiert.
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Erfindungsgemäß ist nun in der beweglichen Formhälfte ein beweglicher
Verschluß angeordnet, der mit einem horizontalen hydraulischen Zylinder verbunden
ist. Der horizontale hydraulische Zylinder ist an der beweglichen Formhälfte starr
befestigt. In der Angußbuchse ist ein Sitz für den vorderen Teil des beweglichen
Verschlusses ausgebildet. Die Öffnung für das Eingießen der Schmelze in die horizontale
Druckkammer ist zu einem Halbzylinder hin abgedichtet, der an r horizontalen Druckkammer
starr befestigt ist. Im Halbzylinder ist eine Rinne angeordnet, die durch Federn
an dem Halbzylinder und an einer beweglichen Abdichtplatte befestigt ist. Die bewegliche
Abdichtplatte ist mit horizontalen Säulen verbunden, die starr an dem Halbzylinder
und an einer Tragplatte befestigt sind. An der Tragplatte ist ein zweiter horizontaler
hydraulischer Zylinder montiert, der mit der beweglichen Abdichtplatte verbunden
ist. Der Raum im Halbzylinder und der Raum der horizontalen Druckkammer hinter dem
Druckkolben sind durch eine gemeinsame Gasleitung verbunden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß der Gasdruck im
Formhohlraum unabhängig vom Vorgang des Eingießens der Schmelze in der Druckkammer
erzeugt wird.
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Infolgedessen wirkt beim Füllen der Gießform auf die Front der einströmenden
Schmelze in jedem Augenblick ein Gasdruck gleicher Größe. Dies gewährleistet gleiche
Bedingungen für den Verlauf der anfänglichen Erstarrung im Bereich der Formhohlraumwände,
wodurch günstige Bedingungen für den Ausgleich des Volumenschwunds, zur Erzielung
eines entsprechenden Makrogefüges und verbesserter physikalischer und mechanischer
Eigenschaften der Gußstücke geschaffen werden.
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Das Verfahren erlaubt die Verwendung von Gasmischungen verschiedener
Zusammensetzung, die auf die Schmelze während ihres Eingießens in die Druckkammer
und während der Formfüllung wirken, was den positiven Effekt des Gaslegierens erhöht.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß durch den horizontal
beweglichen Verschluß das Abdichten des Hohlraums der Gießform und des Raums der
horizontalen Druckkammer einzeln und unabhängig voneinander erreichbar ist. Das
hat zur Folge, daß der Gasdruck gleichzeitig mit dem Eingießen der Schmelze erzeugt
wird. Der sich vertikal bewegende Träger des Steigers fährt zügig und stoßfrei in
seine Endposition, infolgedessen werden die in Kontakt komnenden Metalloberflächen
nicht beschädigt und die in ihnen ausgearbeitete Entlüftungskanäle behalten ihre
Maße bei.
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Die Vorrichtung benötigt keine Folge einrichtung für den Antrieb des
Trägers für den Steiger bis zu seiner Endposition in Abhängigkeit der Position der
Front der strömenden Schmelze, sowie kein Sicherungssystem gegen Pannen für den
Fall, daß dieses System versagt. Die Vorrichtung gewährleistet ein ständiges Abdichten
der Öffnung für das Eingießen der Schmelze, unabhängig von dem Zustand der Abdichtflächen.
Dadurch wird die Gefahr einer schlechten Abdichtung infolge von Tropfen und Spritzern
der Schmelze vermieden, die sich beim Eingiessen der Schmelze in die horizontale
Druckkammer bilden.
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Eine Beeinträchtigung der Verfahrensbedingungen durch Entfernen der
Tropfen besteht nicht.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung beim Eingießen der Schmelze in die
horizontale Druckkammer und dem Erzeugen eines Gasdrucks in der Gießform;
Fig.
2 schematisch die Vorrichtung beim Füllen der Gießform mit Schmelze und Fig. 3 einen
Längsschnitt durch einen Teil der beweglichen und der feststehenden Formhälften,
der horizontalen Druckkammer und der an ihr montierten Einrichtungen.
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Die in den Zeichnungen gezeigte Vorrichtung besteht aus einer beweglichen
Formhälfte 1 und einer feststehenden Formhälfte 2, die auf einer beweglichen bzw.
dner-feststehenden vertikalen Auf spannplatte einer Kolbendruckgießmaschine mit
horizontaler Druckkammer 3 aufgespannt sind. In der horizontalen Druckkammer 3 ist
ein Druckkolben 4 mit Kolbenstange angeordnet. Die feststehende Formhälfte 2 ist
mit der horizontalen Druckkammer 3 verbunden, wobei die Abdichtung durch eine große
flache Dichtung 5 zwischen der Angußbuchse 6 und der vorderen Stirnseite der horizontalen
Druckkammer 3 erfolgt. Die Angußbuchse 6 ist in der feststehenden Formhälfte 2 montiert.
Die bewegliche Formhälfte 1 ist im Betriebszustand durch ein Paket von O-Ringen
in der feststehenden Formhälfte 2 abgedichtet. Die Öffnung der Angußbuchse 6 zum
Hohlraum der Gießform ist im Betriebszustand stirnseitig mit einem beweglichen Verschluß
8 abgedichtet, der mit einem horizontalen hydraulischen Zylinder 9 verbunden ist,
der starr an der beweglichen Formhälfte 1 befestigt ist. Der bewegliche Verschluß
8 ist in der beweglichen Formhälfte 1 angeordnet. Die Kolbenstange des horizontalen
hydraulischen Zylinders 9 ist in der beweglichen Formhälfte 1 durch K-Manschetten
10 abgedichtet. Das hintere Ende der horizontalen Druckkammer 3 ist stirnseitig
durch eine kleine flache Dichtung 11 im Träger 12 abgedichtet, in welchem durch
ein Paket aus K-Manschetten 13 und eine Andrückvorrichtung 14 die Kolbenstange des
Druckkolbens 4 abgedichtet ist.
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Die Öffnung für das Eingießen der Schmelze 15 in der horizontalen
Druckkammer 3 ist über eine flache horizontale Dichtung 16 an einem Halbzylinder
17 abgedichtet, der starr an der horiontalen Druckkammer 3 befestigt ist. Im Halbzylinder
17 ist auf einer horizontalen Achse eine Rinne 18 für das Eingießen der Schmelze
montiert. An der flachen Wand des Halbzylinders 17 sind starr horizontale Führungssäulen
19 montiert, an deren hinterem Ende eine tragende Platte 20 starr befestigt ist.
Die Öffnung für die Rinne 18 im flachen Teil des Halbzylinders 17 ist durch einen
0-Ring 21 abgedichtet, der im Kanal einer beweglichen Abdichtplatte 22 angeordnet
ist, die auf den horizontalen Führungssäulen 19 angeordnet ist. Die bewegliche Abdichtplatte
22 ist mit einem zweiten horizontalen Zylinder 23 verbunden, der starr an der tragenden
Platte 20 befestigt ist. Die Rinne 18 ist durch Federn 24 mit der beweglichen Abdichtplatte
22 und durch eine Feder 25 mit dem Halbzylinder 17 verbunden. Der Raum der horizontalen
Druckkammer 3 hinter dem Druckkolben 4 ist mit dem Raum-des Halbzylinders 17 durch
eine gemeinsame Gasleitung 26 verbunden. Die gemeinsame Gasleitung 26 ist mit einer
Quelle für Hochdruckgas und mit der Atmosphäre verbunden0 Die gemeinsame Gasleitung
26 ist mit einem ersten elektromagnetischen Ventil 27, einem zweiten elektromagnetischen
Ventil 28 und mit einem dritten elektromagnetischen Ventil 29 versehen.
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In der Angußbuchse 6 ist ein Sitz 30 für die Stirnseite des beweglichen
Verschlusses 8 ausgearbeitet.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Nach dem Schließen der Gießform
wird der bewegliche Verschluß 8 durch den horizontalen hydraulischen Zylinder 9
frontal Metall auf Metall in der Angußbuchse 6 abgedichtet. Wenn das zweite elektromagnetische
Ventil 28 und das dritte elektromagnetische Ventil 29 geschlossen sind, wird das
erste elektromagnetische Ventil 27
geöffnet, wodurch die Quelle
für Hochdruckgs mit dem Hohlraum der Gießform verbunden wird. Nach dem Erreichen
eines bestimmten Drucks P1 wird das erste elektromagnetische Ventil 27 geschlossen
und der Träger des Steigers 31 durch einen vertikalen hydraulischen Zylinder zügig
abwärts bewegt bis zu seinem Abdichten. Metall gegen Metall in einem Sitz, der von
der beweglichen Formhälfte 1 und der feststehenden Formhälfte 2 gebildet wird. Gleichzeitig
mit dem Erzeugen eines drucks P1 im Hohlraum der Gießform wird durch die Rinne 18
in der horizontalen Druckkammer 3 eine Portion Schmelze eingegossen. In dem Raum
der horizontalen Druckkammer 3 vor und hinter dem Druckkolben 4 und in dem Raum
des Halbzylinders 17, der die Öffnung für das Eingießen der Schmelze 15 abdichtet,
ist der Druck gleich dem atmosphärischen Druck PO.
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Nach dem Eingießen der erforderlichen Menge der Schmelze wird die
vertikale Öffnung des Halbzylinders 17 durch die bewegliche Abdichtplatte 22 abgedichtet,
wobei die Rinne 18 um ihre horizontale Achse gedreht wird und im Inneren des Halbzylinders
17 ihre Ruhestellung einnimmt.
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In diesem Augenblick wird ein Kommando für die Vorwärtsbewegung des
Druckkolbens 4 gegeben. Nach dem Uberdecken der Öffnung 15 für das Eingießen der
Schmelze werden gleichzeitig zwei neue Kommandos gegeben, nämlich ein Kommando für
das Öffnen des zweiten elektromagnetischen Ventils 28, wodurch im Raum der horizontalen
Druckkammer 3 hinter dem Druckkolben 4 und in dem mit ihm verbundenen Raum des Halbzylinders
17 ein Gasdruck P1 erzeugt wird, der gleich dem Druck im Hohlraum der Gießform ist,
sowie ein Kommando für die Bewegung des beweglichen Verschlusses 8 in die linke
Sndposition, wobei die Schmelze infolge der Bewegung des Druckkolbens 4 den Hohlraum
der Gießform ausfüllt.
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Nach dem Erstarren der Schmelze bildet sich infolge der natürlichen
Schwindung der Legierung ein Spielraum
zwischen den Wänden der
Gießform und dem Gußstück.
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Dadurch wird eine Verbindung zwischen dem im Steiger komprimierten
Gas durch die Entlüftungskanäle mit dem Gas in der gemeinsamen Gasleitung 26 erzielt.
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Durch das Öffnen des dritten elektromagnetischen Ventils 29 wird der
Druck im System bis zum atmosphärischen Druck abgebaut. Dies löst ein Signal für
den RUckwärtshub des Trägers des Steigers 31 und der beweglichen Abdichtplatte 22
durch entsprechende hydraulische Zylinder aus. Es folgt ein Kommando für das Öffnen
der Gießform und das Betätigen des Auswerfermechanismus der Kolbenmaschine, wodurch
das Gußstück aus der beweglichen Formhälfte 1 ausgeworfen wird.
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Nach Abschluß der erforderlichen Vorbereitungsarbeiten wird die Gießform
für einen neuen Gießzyklus wieder geschlossen.