DE3300701A1

DE3300701A1 - Druckguss-verfahren und vorrichtung zu seiner durchfuehrung

Info

Publication number: DE3300701A1
Application number: DE19833300701
Authority: DE
Inventors: Takeshi Hanamatsu Shizuoka Miyata; Masanobu Yakosuka Kanagawa Mori; Shunsuke Tokyo Suzuki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-01-21
Filing date: 1983-01-11
Publication date: 1983-07-28
Also published as: GB2113587A; US4512383A; JPS58125359A; GB2113587B

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Druckguß-Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung. 5

Zum Stand der Technik soll bereits hier auf Figur 1 der Zeichnung Bezug genommen werden. Eine dort gezeigte herkömmliche Druckguß-Vorrichtung umfaßt einen feststehenden Form-Block 1 und einen beweglichen Form-Block 2, der in eine Position verschiebbar ist, in der er den feststehenden Form-Block 1 berührt und mit diesem einen Hohlraum bildet. In den beweglichen Form-Block 2 ist eine rohrförmige Einspritz-Hülse 4 eingepaßt, die einen in den Hohlraum 3 geöffneten Kanal aufweist und mit einem Einspritztr.ichter 5 versehen ist. Ein Kolben 6 ist axial in der Einspritz-Hülse 4 verschiebbar und an einen nicht gezeigten geeigneten Antrieb angeschlossen, durch den der Kolben 6 axial in der Hülse bewegt wird. Im Betrieb wird geschmolzenes Metall durch den Einspritztrichter 5 in die Einspritzhülse 4 eingefüllt, und anschließend wird der Kolben 6 in der Hülse 4 axial nach vorn oder nach innen verschoben, so daß die Schmelze aus der Hülse 4 in den Hohlraum 3 zwischen den fest miteinander verspannten Form-Blöcken 1 und 2 gepreßt wird. Nachdem die Schmelze in dem Hohlraum 3 erstarrt ist, wird der bewegliche Form-Block 2 von dem feststehenden Form-Block 1 abgezogen, so daß das in dem Holhraum 3 gebildete nicht gezeigte Gußteil entformt wird.

Ein Nachteil dieser herkömmlichen Vorrichtung besteht darin, daß sie nur die Herstellung solcher Gußteile erlaubt, die durch öffnen der Form-Blöcke 1 und 2 entformt werden können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die mit dieser Vorrichtung hergestellten Gußteile häufig

^5 Risse aufweisen. Dies liegt daran, daß das Gußteil während

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des Erstarrens der Schmelze in dem Hohlraum 3 mit groBer Kraft zwischen den Form-Blöcken 1 und 2 eingespannt ist, so daß durch die Schrumpfung während des Erstarrens Spannungen erzeugt werden. Weiterhin besteht die Gefahr, daß das Gußteil an der Oberfläche abgeschreckt und dadurch gehärtet wird, so daß die Lebensdauer von Werkzeugen und Einrichtungen verringert wird, mit denen das Gußteil nachträglich bearbeitet wird. Ferner wird nach dem herkömmlichen Verfahren das geschmolzene Metall mit einer so hohen Geschwindigkeit in den Hohlraum 3 eingespritzt, daß es zu Lufteinschlüssen in dem gegossenen Metall kommen kann.

Diese und andere Nachteile des Druckguß-Verfahrens, das mit der oben beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung durchgeführt wird, können überwunden werden durch ein Gußverfahren, bei dem eine luftdurchlässige Form verwendet wird, die beispielsweise in einem Wachs-Ausschmelzverfahren oder durch Gießen mit verlorener Form hergestellt wird. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist in der japanischen Patent-Veröffentlichung Nr. 52-38924 beschrieben. Gemäß dieser Veröffentlichung ist eine luftdurchlässige Form mit einem langgestreckten Gießlauf versehen, der mit einem Ende in eine Metallschmelze in einem Schmelztiegel eingetaucht ist. Die Form ist mit einer Vakuumleitung verbunden, durch die in dem Hohlraum der Form ein Vakuum erzeugt wird. Wenn auf diese Weise ein Vakuum in dem Hohlraum der Form erzeugt wird, wird die Metallschmelze durch den langgestreckten Gießlauf aus dem Schmelztiegel in den Hohlraum der Form gesogen. Ein weiteres Beispiel eines Gußverfahrens, bei dem eine luftdurchlässige Form verwendet wird, ist in der japanischen vorläufigen Patent-Veröffentlichung Nr. 56-47262 beschrieben. Nach diesem Verfahren ist ein Einspritz-Trichter der luftdurchlässigen Form in die in einem Schmelztiegel enthaltene Metallschmelze eingetaucht, und über dem Spiegel der Schmelze wird ein Gasdruck erzeugt, durch den das ge-

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schmolzene Metall über den eingetauchten Einspritztrichter in den Hohlraum der Form gedrückt wird.

Bei jedem dieser bekannten Verfahren ist es wesentlich, daß die luftdurchlässige Form und der zugehörige Schmelztiegel hermetisch abgedichtet sind, damit das Vakuum bzw. der Gasdruck in der Vorrichtung aufrecht erhalten werden kann. Dies erfordert Guß-Vorrichtungen mit insgesamt sehr großen Abmessungen und einer komplizierten Konstruktion.

Eine weitere Vergrößerung der Vorrichtung wird dadurch erforderlich, daß verhältnismäßig großvolumige Gießläufe und Angußverteiler und ein langgestreckter Steiger erforderlich sind, damit die erzeugten Gußteile eine ausreichende Festigkeit aufweisen.

Wenn ferner das geschmolzene Metall mit Hilfe des Vakuums oder des Gasdruckes nicht innerhalb eines geeigneten Zeitraumes eingespritzt wird, wird die Form nur unzureichend ausgefüllt oder die einmal in den Hohlraum der Form eingespritzte Schmelze fließt in den Gießlauf zurück. Wenn andererseits das Einspritzen der Schmelze in die Form sehr lange dauert, kann das eingespritzte Metall bereits in dem Gießlauf oder irgendeinem Leitungsabschnitt zwischen dem Einspritztrichter und dem Hohlraum der Form erstarren und so ein Hindernis für den Metall-Einspritzvorgang während des nächsten Arbeitszyklus bilden. Aus diesen Gründen ist eine genaue und angemessene Steuerung oder Vorprogrammierung der Dauer des Einspritzvorgangs bei der Durchführung von Gußverfahren mit einer luftdurchlässigen Form unerläßlich. Die präzise Steuerung der Dauer des Einspritzvorgangs ist jedoch schwierig, da sich aus der Verwendung von Vakuum oder Gasdruck als antreibende Kraft zum Einspritzen der Schmelze in die Form oft Unregelmäßigkeiten ergeben können. Ferner müssen die Temperaturen der Form und des geschmolzenen Metalls, das in die Form eingespritzt wird

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sorgfältig gesteuert werden.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, ein Druckguß-Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, das sämtliche Nachteile der oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen überwindet.

Insbesondere sollen die hergestellten Gußteile frei von Rissen und abgeschreckten Schichten sein. 10

Das Verfahren soll einfach ausführbar sein, ohne daß besondere Einrichtungen zur Erzeugung eines Vakuums oder eines Gasdruckes zur Förderung des geschmolzenen Metalls in den Hohlraum der Form erforderlich sind, so daß die Abmessungen der Druckguß-Vorrichtung verringert werden können.

Weiterhin soll durch die Erfindung die Möglichkeit geschaffen werden, die Abmessungen der Gießläufe, Angußverteiler und Steiger zu verringern.

Die Dauer und der zeitliche Ablauf des Einspritzens der Schmelze soll auf einfache Weise steuerbar sein. Schließlich soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die die Massenherstellung von Gußteilen mit geringen Kosten gestattet.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine luftdurchlässige Form hergestellt, deren Hohlraum einen nach unten geöffneten Gießlauf und wenigstens einen mit dem Gießlauf in Verbindung stehenden Form-Hohlraum aufweist. Das eingeschmolzene Metall wird in eine rohrförmige Hülse

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eingefüllt, die in Bezug auf ein feststehendes Teil festgelegt ist und eine in senkrechter Richtung verlaufende Axialbohrung aufweist. Anschließend wird die Form derart auf dem feststehenden Teil montiert, daß ihr Gießlauf mit dem oberen Ende der Axialbohrung der Hülse in Verbindung steht. Die Form wird auf das feststehende Teil aufgespannt, und die Schmelze wird aus der Axialbohrung der Hülse in den Hohlraum der Form gepreßt, indem mechanisch eine aufwärts gerichtete Kraft auf die in der Axialbohrung enthaltene Schmelze ausgeübt wird. Danach läßt man die Schmelze in dem Hohlraum der Form erstarren, entfernt die Form von dem feststehenden Teil und entformt die darin gebildeten Gußteile.

Bevorzugt wird vor dem Einführen der Schmelze ein Behälter aus zerbrechlichem,hitzebeständigen Material derart in die rohrförmige Elülse eingepaßt, daß eine Verbindung zwischen dem offenen oberen Ende des Behälters und dem Gießlauf der Form steht. Die aufwärts gerichtete Kraft zum Einspritzen der Schmelze in die Form beaufschlagt dann den Boden dieses Behälters. Der Behälter wird während des Einspritzes des Metalls nach oben in Richtung auf die Form verschoben und innerhalb der Axialbohrung der Hülse zerbrochen.

Bevorzugt wird die Form während des Gußvorganges in eine evakuierte Kammer eingeschlossen.

Zum Aufspannen der Form auf das feststehende Teil- wird bevorzugt eine abwärts gerichtete Kraft auf die Form ausgeübt. In diesem Fall kann das Lösen der Form von dem feststehenden Teil in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß die Form von der abwärts gerichteten Kraft entlastet wird, während die das eingespritzte Metall beaufschlagende aufwärts gerichtete Kraft auch nach dem Einspritzen aufrecht erhalten wird, so daß die Form über das feststehende Teil angehoben

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wird. In einer Abwandlung dieses Verfahrens wird die Ausübung der aufwärts gerichteten Kraft nach dem Einspritzen der Schmelze in die Form unterbrochen, damit ein noch nicht erstarrter Teil des Metalls aus dem Gießlauf der Form in die Axialbohrung der Hülse zurückfließen kann. Nach dem Erstarren der Schmelze wird durch erneutes Einschalten der aufwärts gerichteten Kraft die Form von dem feststehenden Teil gelöst.

in einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zur Erzeugung der aufwärts gerichteten Kraft vorzugsweise ein fluidbetätigter Einspritz-Zylinder unterhalb der Form vorgesehen. Der Zylinderkörper dieses Zylinders ist in Bezug auf das feststehende Teil festgelegt, während seine Kolbenstange nach oben in die Hülse ragt und in vertikaler Richtung in der Axialbohrung der Hülse verschiebbar ist. Das obere Ende der Kolbenstange steht innerhalb der Hülse entweder unmittelbar mit der Schmelze in Berührung oder drückt, sofern ein hitzebeständiger Behälter in die Hülse eingesetzt ist, gegen den Boden dieses Behälters.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. 25

Fig. 1 ist ein senkrechter Teilschnitt

durch eine herkömmliche Druckguß-Vorrichtung;

Fig. 2 ist ein senkrechter Teilschnitt

durch eine vertikale Druckguß-Vorrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel

der Erfindung; 35

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Fig. 3 ist ein Schnitt ähnlich Fig. 2 und

zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 ist ein senkrechter Teilschnitt durch

eine Vorrichtung gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 ist ein Schnitt durch Einzelheiten der

Vorrichtung aus Fig.2, während eines bestimmten Stadiums des Gußvorgangs gemäß einem ersten Beispiel des mit dieser Vorrichtung durchgeführten Verfahrens;

Pig. 6 und 7 sind Teilschnitte von Einzelheiten der Vorrichtung aus Fig. 2 in zwei, unterschiedlichen Stadien eines Gußvorgangs gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel des Verfahrens;

Fig. 8 zeigt Einzelheiten der Vorrichtung aus Fig. 3 während eines Stadiums eines Druckguß-Verfahrens;
25

Fig. 9 bis 13 zeigen Einzelheiten der Vorrichtung aus Fig. 3 in fünf verschiedenen Stadien gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel des Druckguß-Verfahrens; 30

Fig. 14 veranschaulicht graphisch die Konzentrationen von Sauerstoff- und Stickstoff-Gasen in Schmelzen, die unterschiedlich lange durch Hochfrequenz-Induktion geschmolzen wurden.

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Gemäß Fig. 2 umfaßt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen unteren Stützrahmen 10 mit einer angehobenen, ebenen oberen Wand 11 und einen oberen Stützrahmen 12, der auf der oberen Wand 11 des unteren Stützrahmens 11 befestigt ist und ebenfalls eine angehobene, ebene obere Wand 13 aufweist. Der untere Stützrahmen 10 trägt eine ringförmige Form-Halteplatte 14, die fest an der Oberfläche der oberen Wand 11 befestigt ist. Die Halteplatte 14 weist eine zentrale öffnung 15 mit senkrechter Mittelachse auf. Eine luftdurchlässige, hohle Form 16 ist mit einem unteren Endbereich 17 lösbar in die zentrale öffnung 15 der Halteplatte 14 eingepaßt und springt innerhalb des oberen Stützrahmens 12 axial von der Halteplatte 14 nach oben vor. Die Form 16 weist ferner eine ebene, mit dem unteren Endbereich 17 ausgerichtete obere Endfläche 18 auf. Die Form 16 umfaßt weiterhin einen senkrecht verlaufenden Gießlauf 19, der an seinem unteren Ende zu der öffnung 15 der Platte 14 hin geöffnet ist und an seinem oberen Ende in einen Angußverteiler 20 übergeht, sowie mehrere um den Angußverteiler 20 herum angeordnete und über diesen mit dom Gießlauf 19 in Verbindung stehende Form-Hohlräume 21. Die Form 16 ist in einem für sich bekannten Verfahren, wie etwa einem Wachsausschmelzverfahren oder durch Gießen mit verlorener Gießform hergestellt.

Die erfindungsgemäße Druckguß-Vorrichtung umfaßt ferner eine an der oberen Wand 11 des unteren Stützrahmens 10 befestigte und durch eine öffnung in der Wand 11 verlaufende rohrförmige Hülse 22. Die Hülse 22 erstreckt sich von der Wand 11 aus axial nach unten und weist eine am oberen Ende zu der zentralen öffnung 15 der Halteplatte

14 geöffnete Axialbohrung 23 auf, die über die Öffnung

15 mit dem Hohlraum in der Form 16 in Verbindung steht. Die zentrale öffnung 15 in der Halteplatte 14, der Gieß-

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lauf 19 des Hohlraums in der Form 16 und die Axialbohrung 23 in der Hülse 22 sind in senkrechter Richtung in einer Linie ausgerichtet- Die Hülse 22 ist von einer insgesamt becherförmig ausgebildeten Halterung 24 umgeben, die fest an der Unterseite der oberen Viand 11 des unteren Stützrahmens 10 montiert ist. Die Halterung 24 weist einen in Abstand unterhalb der oberen Wand 11 des unteren Stützrahmens 10 verlaufenden Boden 25 mit einer koaxial mit der Axialbohrung 2 3 der Hülse 22 ausgerichteten Öffnung 26 auf. Ein fluidbetätigter Metall-Einspritz-Zylinder 27 is^!t mit seinem Zylinderkörper derart an dem Boden 25 befestigt, daß sich der Zylinderkörper durch die öffnung 26 des Bodens nach unten erstreckt. Eine Kolbenstange 28 des Zylinders 27 ragt axial von dem Zylinderkörper auf und erstreckt sich in die Axialbohrung 23 der Hülse 22. Die Kolbenstange 28 ist in der Axialbohrung 23 aufwärts und abwärts auf die Öffnung der Halteplatte 14 zu und von dieser weg verschiebbar. Die Axialbohrung 23 der Hülse 22 weist im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Öffnung 15 in der Halteplatte 14 auf.

Die obere? Wand 13 des oberen Stützrahmens 12 ist oberhalb der auf dem unteren Stützrahmen 10 montierten Form 16 angebracht und weist eine in senkrechter Richtung mit der ebenen oberen Endfläche 18 der Form 16 ausgerichtete öffnung 29 auf. Der obere Stützrahmen 12 ist Teil einer Form-Aufspannvorrichtung, zu der ferner ein fluidbetätigter Form-Schließzylinder 30 gehört. Der Zylinderkörper des Schließzylinders 30 ist in aufragender Stellung an der oberen Wand 13 des Stützrahmens 12 befestigt und die axial aus dem Zylinderkörper austretende Kolbenstange 31 erstreckt sich durch die öffnung 29 der oberen Wand 13 in Richtung auf die Form 16. Die Kolbenstange 31 ist abwärts und aufwärts auf die Form 16 zu bzw. von dieser weg verschiebbar. Am unteren Ende ist an der Kolbenstange

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31 des Schließzylinders 30 ein Federsitz 32 befestigt, an dessen Unterseite eine Schrauben-Druck-Feder 33 abgestützt und mit ihrem oberen Ende befestigt ist. Die Feder 33 ist an ihrem unteren Ende fest mit einem Form-Spannstück 34 verbunden. Das Spannstück 34 weist eine in senkrechter Richtung mit der oberen Endfläche 18 der Form 16 ausgerichtete ebene Unterseite auf.

Nachfolgend soll die Arbeitsweise der oben beschriebenen Druckguß-Vorrichtung erläutert werden. Vor jedem Arbeits~ zyklus befindet sich der Einspritz-Zylinder 27 in einer Ruhestellung, in der sich die Kolbenstange 28 in ihrer untersten axialen Position in Bezug auf die Hülse 22 befindet. Entsprechend nimmt auch der Schließzylinder 30 eine Ruhestellung ein, in der sich seine Kolbenstange 31 in einer obersten axialen Position in Bezug auf den oberen Stützrahmen 12 befindet. Wenn sich die Zylinder 27, 30 in ihren Ruhestellungen befinden und die Form 16 von der Befestigungsplatte 14 entfernt ist, wird eine zur Herstellung der Gußteile wahrend eines Zyklus erforderliche Menge an Metallschmelze M in geeigneter Weise in die Axialbohrung 23 eingefüllt. Die eingefüllte Metallschmelze M sammelt sich in der Axialbohrung 23 über der oberen Endfläche der Kolbenstange 28 des Einspritz-Zylinders

27. Sodann wird die Form 16 in die zentrale öffnung 15 der Befestigungsplatte 14 eingesetzt, und der Schließzylinder 30 wird betätigt, so daß seine Kolbenstange 31 sich in Bezug auf den Stützrahmen 12 aus ihrer obersten axialen Position abwärts bewegt. Während der Abwärtsbewegung der Kolbenstange 31 wird das Spannstück 34 elastisch gegen die obere Endfläche 18 der Form 16 auf der Befestigungsplatte 14 angedrückt, so daß die Form 16 schließlich zwischen dem Spannstück 34 und der Befestigungsplatte 14 eingespannt ist. Anschließend wird der Einspritz-Zylinder 27 betätigt, so daß sich seine Kolbenstange 28 in der

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Axialbohrung 23 in der Hülse 22 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit aus ihrer untersten axialen Position nach oben bewegt. Durch diese Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 28 wird die oberhalb der oberen Endfläche der Kolbenstange 28 gesammelte Metallschmelze durch die öffnung 15 der Befestigungsplatte 14 in den Hohlraum der Form 16 gepreßt und durch den Angußverteiler 20 in die einzelnen Form-Hohlräume 21 verteilt. Die so in den Hohlraum der Form 16 eingespritzte Schmelze kühlt sich während eines vorgegebenen Zeitintervalls ab, bis sie schließlich erstarrt. Nach dem Erstarren der Metallschmelze M in der Form 16 wird der Schließzylinder 30 derart betätigt, daß sich seine Kolbenstange 31 von der Form 16 weg nach oben bewegt, bis sie wieder ihre ursprüngliche obere axiale Postion einnimmt. Dabei wird das Spannstück 3 4 von der Form 16 gelöst. Danach wird die Form 16 von der Halteplatte 14 entfernt und die in der Form 16 hergestellten nicht gezeigten Gußteile werden aus dem Hohlraum der Form entnommen.

Fig. 3 zeigt eine Druckguß-Vorrichtung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Ausführungsform ist eine Abwandlung der in Bezug auf Figur 2 beschriebenen Druckguß-Vorrichtung und umfaßt zusätzlich zu den dort beschriebenen Bauteilen und Einheiten eine hohle, zylindrische Form-Abdeckung 3 5 mit einer oberen Stirnwand 36 und einem offenen unteren Ende. Die Stirnwand 36 der Abdeckung 35 ist fest mit der Kolbenstange 31 des Schließzylinders 30 verbunden, und der Federsitz 32 an der Kolbenstange ist an der unteren oder inneren Oberfläche der Stirnwand 36 befestigt. Die Feder 3 3 und das Spannstück befinden sich somit innerhalb der Abdeckung 35. Die Abdeckung 35 weist an ihrem unteren Umfangsrand einen

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ringförmigen Flansch 37 auf. Der Innendurchmesser der Abdeckung 3 5 ist größer als der Außendurchmesser der Form 16. Eine beispielsweise in der oberen Stirnwand 36 der Abdeckung 35 angebrachte Saugleitung 38 ragt in das Innere der Abdeckung 35 und steht außen in nicht gezeigter Weise über eine mit Ventilen versehene Vakuumleitung mit einer geeigneten Vakuumquelle in Verbindung. Die Form-Halteplatte 14 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 weist eine größere Querschnittsfläche als die Halteplatte 14 nach Fig. 2 auf und ist an ihrer oberen Oberfläche mit einer fest angebrachten ringförmigen Dichtung 39 versehen. Die Dichtung 39 ist in senkrechter Richtung mit dem unteren Rand des Flansches 37 der Abdeckung 35 ausgerichtet.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 umfaßt ferner einen hohlen, zylindrischen Behälter aus hitzebeständigem, zerbrechlichen Material wie etwa Faserkeramik, dessen Fasergerüst vorzugsweise aus Aluminium oder Asbest besteht. Der Keramik-Behälter 40 ist dicht in die Axialbohrung 23 der Hülse 22 eingepaßt und liegt mit einer unteren Stirnwand auf der oberen Endfläche der Kolbenstange 28 des Einspritz-Zylinders 27 auf, während das obere Ende zu dem Gießlauf 19 des Hohlraums in der Form 16 geöffnet ist.

Im Betrieb wird in geeigneter Weise ein vorgegebenes Volumen an Metallschmelze M in den Behälter 40 in der Axialbohrung 23 der Hülse 22 eingefüllt, während sich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 - die KoI-benstangen 28 und 31 des Einspritz-Zylinders 27 bzw. des Schließzylinders 30 in ihrer unteren bzw. oberen Extremstellung in Bezug auf die oberen und unteren Stützrahmen 10,12 befinden und während die Form 16 noch nicht in die Halteplatte 14 eingesetzt ist. Die Metallschmelze M sammelt sich oberhalb der oberen Endfläche der Kolbenstange 28 des Einspritz-Zylinders 27

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in dem Behälter 40. Anschließend wird die Form 16 in die Öffnung 15 der Halteplatte 14 eingesetzt. Der Schließzylinder 30 wird betätigt, so daß die Kolbenstange 31 in Bezug auf den Stützrahmen 12 nach unten ausgefahren wird. Bei der Abwärtsbewegung der Kolbenstange 31 wird das Spannstück 34 elastisch an die obere Endfläche 18 der Form 16 auf der Halteplatte 14 angedrückt, so daß die Form 16 schließlich fest zwischen der Halteplatte und dem Spannstück 34 eingespannt ist. Während das Spannstück 34 gegen die obere Endfläche 18 der Form 16 angedrückt xvird, wird die an der Kolbenstange 31 des Schließzylinders 30 befestigte Abdeckung 35 mit ihrem Flansch 37 an die ringförmige Dichtung 3 9 auf der Halteplatte 14 angedrückt, so daß die Form 16 in einer hermetisch abgedichteten Kammer eingeschlossen ist, die durch die Abdeckung 35 und die Oberfläche der Halteplatte 14 gebildet ist. Alsdann wird das Ventil in der Leitung zwischen der Vakuumquelle und der Saugleitung 38 geöffnet und durch Absaugen von Luft ein Vakuum in der durch die Abdeckung 35 gebildeten Kammer erzeugt. Danach wird der Einspritz-Zylinder 27 derart betätigt, daß sich seine Kolbenstange 28 mit vorgegebener Geschwindigkeit in der Axialbohrung der Hülse 22 aus ihrer untersten Position nach oben bewegt. Bei der Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 28 innerhalb der Axialbohrung 28 wird die in dem Behälter 40 über der oberen Endfläche der Kolbenstange 28 gesammelte Schmelze durch die zentrale öffnung 15 der Halteplatte 14 in den Hohlraum der Form 16 gepreßt und durch den Angußverteiler 20 in die einzelnen Form-Hohlräume 21 der Form 16 verteilt. Während die Metallschmelze M in den Hohlraum der Form 16 gepreßt wird, wird der Behälter 40 in kleine Partikel zerbrochen, die in überschüssigen Bereichen der hergestellten Gußteile verbleiben. Die in den Hohlraum der Form 16 eingespritzte Metallschmelze M wird während

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eines vorgegebenen Zeitintervalls abgekühlt, bis sie schließlich erstarrt. Nach dem Erstarren der Schmelze in der Form 16 wird die Kolbenstange 31 des Schließzylinders 30 nach oben zurückgezogen, so daß das Spannstück 34 die Form 16 freigibt. Anschließend wird die Form 16 von der Halteplatte 14 entfernt, und die nicht gezeigten Gußteile werden aus dem Hohlraum der Form 16 entnommen.

Da bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Metallschmelze M in die Form 16 innerhalb der evakuierten Kammer der Abdeckung 35 eingeleitet wird, werden ursprünglich in dem Hohlraum der Form 16 vorhandene Gase durch Wandporen der Form 16 abgesaugt. Hierdurch werden Gaseinschlüsse in der in die Form-Hohlräume 21 der Form 16 gepreßten Metallschmelze vermieden. Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung ist aus diesem Grund besonders geeignet zur Herstellung von Gußteilen aus aktiven Legierungen wie etwa hochhitzebeständigen Legierungen auf Nickel-Basis. Der Behälter 40 aus Keramikmaterial verhindert ein Anschmelzen der Hülse 22 und der Kolbenstange 28 des Zylinders 27, das andernfalls aufgrund der hohen Temperatur der Schmelze insbesondere dann auftreten könnte, wenn Legierungen der oben genannten Art bei außergewöhnlich hohen Temperaturen gegossen werden. Bei dom in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Dichtung 39 an der oberen Oberfläche der Halteplatte 14 befestigt. Wahlweise kann die Dichtung jedoch auch an der Unterseite des Flansches 37 der Abdeckung befestigt sein, so daß sie beim Ausfahren der Kolbenstange 31 des Schließzylinders 30 an die Oberfläche der Halteplatte 14 angedrückt werden kann. Erforderlichenfalls kann ferner je eine Dichtung an der Halteplatte 14 und an dem Flansch 37 der Abdeckung 35 vorgesehen sein.

Fig. 4 zeigt Teile einer vertikalen Druckguß-Vorrichtung

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gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dort gezeigte Ausführungsbeispiel· ist ebenfalls eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 und zeichnet sich dadurch aus, daß die Form 16 lösbar in die Hülse 22 eingesetzt ist, die ihrerseits an der oberen Wand 11 des unteren Stützrahmens 10 befestigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann somit auf die Halteplatte 14 der Vorrichtung nach Fig. 2 verzichtet werden, und die Axialbohrung 23 der Hülse 22 ist oben unmittelbar in den Gießlauf 19 der Form 16 geöffnet. Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung kann auch zusammen mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 verwendet werden. In diesem Fall ist die Dichtung 39 entweder an der Oberfläche der oberen Wand 11 des unteren Stützrahmens 10 oder an der Unterseite des Flansches 37 der Abdeckung 35 angebracht und mit der Oberfläche der oberen Wand 11 des Stützrahmens in Berührung bringbar. Wahlweise kann je eine Dichtung an der oberen Wand 11 des Stützrahmens und an dem Flansch 37 der Abdeckung vorgesehen sein.

Zum besseren Verständnis der Merkmale und Vorteile einer senkrechten Druckguß-Vorrichtung gemäß der Erfindung sollen nachfolgend einige Beispiele von mit Hilfe dieser Vorrichtung durchgeführten Gußvorgängen beschrieben werden.

Beispiel 1

Eine luftdurchlässige Form 16 wurde im Wachsausschmelzverfahren oder durch Gießen mit verlorener Form hergestellt. Bei der Herstellung der Form 16 wurde zunächst eine baumähnliche Wachsstruktur hergestellt, die einen stabförmigen Abschnitt von 20 mm Durchmesser und 100 mm Länge zur Bildung des Gießlaufes 19, einen würfelförmigen

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Abschnitt mit 10 mm Kantenlänge zur Bildung des Angußverteilers 20 und eine Anzahl dünner quadratischer Abschnitte mit einer Kantenlänge von 30 mm und einer Stärke von 5 mm zur Bildung der Form-Hohlräume 21 der Form 16 umfaßte. Die Wachsstruktur wurde in einen feuerfesten Schlamm eingetaucht, mit Zirkonium-Sand beschichtet, erneut in den Schlamm eingetaucht und noch einmal mit Zirkonium-Sand beschichtet. Die so entstandene Form mit einer Wandstärke von etwa 10 mm wurde bei Zimmertemperatur getrocknet und anschließend erhitzt, so daß das Wachs ausgeschmolzen und ausgebrannt wurde. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Gießlauf 19 der in dieser Weise hergestellten Form 16 einen um etwa 30% kleineren Querschnitt als die Gießläufe in Formen aufweist, die in einem Schwerkraft-Gießverfahren hergestellt werden. Der Gießtrichter der Form wurde durch einen offenen Endabschnitt des Gießlaufes 19 gebildet und hatte somit einen Durchmesser von 20 mm.

in einem Schmelzofen wurde eine Gußaluminium-Legierung geschmolzen, die in ihrer Zusammensetzung JIS AC4C entsprach. Die geschmolzene Legierung wurde bei einer Temperatur von 710° Celsius in die Hülse 22 einer Vorrichtung der anhand von Figur 2 beschriebenen Konstruktion eingegössen. Dabei befanden sich die Kolbenstangen 28 und 31 des Einspritz-Zylinders 27 und des Schließzylinders 30 jeweils in ihrer unteren bzw. oberen zurückgezogenen Position. Die in der oben beschriebenen Weise hergestellte luftdurchlässige Form 16 wurde sodann in die öffnung 15 der Halteplatte 14 eingesetzt, und die Kolbenstange 31 des Schließzylinders 30 wurde nach unten ausgefahren. Die Form 16 wurde dadurch fest zwischen der Halteplatte 14 und dem mit der oberen Endfläche 18 der Form in Druckberührung stehenden Spannstück 34 eingespannt. Die Kolbenstange 28 des Einspritz-Zylinders 27 wurde in der

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Axialbohrung 23 der Hülse 22 mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 0,05 m pro Sekunde und 1,2 m pro Sekunde nach oben ausgefahren. Dadurch wurde das geschmolzene Metall, das sich auf der oberen Endfläche der Kolbenstange 28 befand, durch die zentrale öffnung 15 in der Halteplatte 14 in den Hohlraum der Form 16 mit einem Druck von etwa 5 kg pro Quadratzentimeter eingespritzt und durch den Angußverteiler 20 in die Form-Hohlräume 21 der Form 16 verteilt. 10

Etwa 60 Sekunden nach dem Einspritzen des geschmolzenen Metalls in den Hohlraum der Form 16 wurde die Kolbenstange 31 des Schließzylinders 30 nach oben zurückgezogen, wie durch einen Pfeil a in Fig. 5 angedeutet ist. Hierdurch wurde das Spannstück 34 von der Form 16 gelöst. Währenddessen wurde der Einspritz-Zylinder 27 in Betrieb gehalten, so daß die Form 16 durch den Druck der Kolbenstange 28 aus der öffnung 15 der Halteplatte 14 herausgedrückt wurde. Der Druck der Kolbenstange wurde durch einen überschüssigen Bereich oder Ansatz aus erstarrtem Metall, das sich gemäß Fig. 5 am unteren Ende des Gießlaufes 19 bildete, auf die Form 16 übertragen. Die in der Form 16 hergestellten Gußteile wurden aus dem Hohlraum der von der Halteplatte 14 entfernten Form 16 entnommen. Nach dem Abnehmen der Form 16 von der Halteplatte 14 wurde die Kolbenstange 28 des Einspritz-Zylinders 27 nach unten in ihre ursprüngliche Position zurückgezogen. Die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Gußteile hatten ein einwandfreies äußeres Erscheinungsbild und wiesen keine Risse auf.

Die mechanische Stabilität der Form 16 kann entsprechend den Eigenschaften der verwendeten Metallschmelze gewählt werden, wird jedoch vorzugsweise in erster Linie

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in Abhängigkeit von der gewünschten Wandstärke und chemischen Zusammensetzung des verwendeten Materials gewählt. Die Druckfestigkeit der in Beispiel 1 verwendeten Form 16 betrug etwa zwischen 200 und 250 kg pro Quadrat-Zentimeter, und die Schmelze wurde mit einem Druck von etwa 5 kg pro Quadratzentimeter zufriedenstellend eingespritzt. Bei der Auswahl des Einspritzdruckes wurden nicht nur die Formen der herzustellenden Gußteile, sondern auch die Eigenschaften der verwendeten Legierungen und die Temperatur der Form 16 berücksichtigt. In jedem Fall ist es wichtig, den Einspritzdruck derart einzustellen, daß er nicht höher als die mechanische Festigkeit der Form 16 ist.

Während des Einspritzens der Metallschmelze in die Form 16 wurde die Geschwindigkeit der Kolbenstange 28 des Einspritz-Zylinders 27 zwischen etwa 0,05 mm pro Sekunde und etwa 1,2 m pro Sekunde variiert. Dabei hat sich gezeigt, daß die Veränderung der Geschwindigkeit des KoI-bens 28 nicht zu Beschädigungen der Form 16 an sich führt, aber die Festigkeit der hergestellten Gußteile beeinflußt. Wenn die Kolbenstange 28 mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit nach oben ausgefahren wird, kann es vorkommen, daß die Schmelze die Ecken und Engstellen in den Form-Hohlräumen 21 der Form 16 nicht vollständig erreicht. Wenn andererseits die Kolbenstange 28 mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit ausgefahren wird, kann die ursprünglich in dem Hohlraum der Form 16 vorhandene Luft nicht vollständig entweichen, so daß es zu Lufteinschlüssen in den Gußteilen kommt.

Beispiel 2

Eine luftdurchlässige Form 16 wurde wie in Beispiel 1 durch ein Wachsausschmelzverfahren oder durch Gießen mit

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verlorener Form hergestellt. Eine Gußaluminium-Legierung, die in ihrer Zusammensetzung JIS AC4C entsprach, wurde in einem Schmelzofen geschmolzen und bei einer Temperatur von 710° Celsius in die Hülse 2 2 einer Druckguß-Vorrichtung der anhand von Fig. 2 beschriebenen Konstruktion eingegossen. Die luftdurchlässige Form 16 wurde in die Halteplatte 14 eingesetzt und anschließend durch Ausfahren der Kolbenstange 31 des Schließzylinders 30 fest zwischen der Halteplatte 14 und dem Spannstück 34 eingespannt. Sodann wurde die Kolbenstange 28 des Einspritz-Zylinders 27 mit einer konstanten Geschwindigkeit von etwa 0,01 m pro Sekunde in der Axialbohrung 2 3 der Hülse 22 nach oben ausgefahren. Das über der oberen Endfläche der Kolbenstange 28 gesammelte geschmolzene Metall wurde mit einem Druck von etwa 5 kg pro Quadratzentimeter durch die öffnung 15 der Halteplatte 14 in den Hohlraum der Form 16 gedrückt und durch den Angußverteiler 20 in die einzelnen Form-Hohlräume 21 der Form 16 verteilt.

Etwa 30 Sekunden nach dem Einspritzen des geschmolzenen Metalls in den Hohlraum der Form 16 wurde die Kolbenstange 28 des Einspritz-Zylinders 27 nach unten zurückgezogen, wie durch einen Pfeil b in Fig. 6 angedeutet ist. Dies führte dazu, daß das noch nicht erstarrte Material in dem Gießlauf 19 des Hohlraums der Form 16 in die Hülse 22 zurücklief. Etwa 30 Sekunden später wurde die Kolbenstange 31 des Schließzylinders 30 nach oben zurückgezogen und dadurch die Form 16 von dem Spannstück 34 freigegeben. Der Einspritzzylinder 27 wurde ein zweites Mal betätigt, so daß seine Kolbenstange durch die Hülse 22 noch oben bewegt wurde, wie durch einen Pfeil c in Fig. 7 dargestellt ist. Hierdurch wurde die Form 16 mit einer geringen Menge erstarrten Metalls zwischen der Kolbenstange 28 und dem unteren Endbereich 17 der Form 16 über die Halteplatte 14 angehoben. Die Gußteile wurden aus der

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in dieser Weise von der Halteplatte 14 entfernten Form 16 entnommen.

Eine Besonderheit des Verfahrens nach Beispiel 2 besteht darin, daß der Einspritz-Zylinder 27 einmal im Sinne einer Abwärtsbewegung der Kolbenstange 28 von der mit geschmolzenem Metall gefüllten Form 16 weg betätigt wird, so daß das in nicht erstarrtem Zustand in dem Gießlauf in dem Hohlraum der Form 16 verbleibende Metall aus der Form herausfließen kann. Lediglich in den Form-Hohlräumen 21 der Form 16 wird die einmal eingespritzte Metallschmelze zurückgehalten, so daß die jeweils in einem der Form-Hohlräume 21 hergestellten Gußteile voneinander getrennt sind. Die aus der Form 16 entnommenen Gußteile brauchen daher nicht mehr nach dem Entformen voneinander getrennt zu werden. Hierdurch werden die Arbeitschritte zum Trennen der Gußteile und zum Entfernen überschüssigen Materials nach dem Guß eingespart. Da ferner das geschmolzene Metall ausschließlich durch die Bewegung der Kolbenstange 28 des Zylinders 27 in die Form 16 eingspritzt wird, treten keine Unregelmäßigkeiten oder Fehler in der zeitlichen Abstimmung auf, die unvermeidlich bei dem herkömmlichen Gußverfahren auftraten, bei dem das geschmolzene Metall durch die Wirkung eines Vakuums oder eines Gasdruckes in die Form eingespritzt wurde. Wenn die zum Zurückziehen des noch nicht erstarrten Teils des einmal in die Form 16 eingespritzten Metalls erforderliche Zeit bei dem ersten Arbeitszyklus bestimmt wird, so kann, vorausgesetzt, daß die Betriebsbedingungen wie etwa die Temperatur der Schmelze und die Auslegung der Form 16 unverändert sind, das zu gießende Metall bei jedem der nachfolgenden Arbeitszyklen ausschließlich in die eigentlichen Form-Hohlräume 21 in dem Hohlraum der Form 16 verteilt werden.

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- 26 Beispiel 3

Wie bei dem Verfahren nach Beispiel 1 wurde eine luftdurchlässige Form 16 in einem Wachsausschmelzverfahren oder durch Gießen mit verlorener Form hergestellt. Die Form wurde bei einer Temperatur von etwa 450° Celsius bis etwa 500° Celsius vorerhitzt. Gußeisen mit einer Zusammensetzung entsprechend JIS FC25 wurde in einem Schmelzofen geschmolzen und auf einer Temperatur von 1380° Celsius gehalten. Das geschmolzene Metall wurde bei einer Temperatur von etwa 1380° Celsius mit einem in Fig. 8 gezeigten kleinen Gießlöffel 41 in den Keramik-Behälter 40 einer vertikalen Druckguß-Vorrichtung der anhand von Fig. 3 beschriebenen Konstruktion eingefüllt. Anschließend wurde die luftdurchlässige Form 16 in die Halteplatte 14 eingesetzt und durch Ausfahren der Kolbenstange 31 des SchließZylinders 30 zwischen dem Spannstück 34 und der Halteplatte 14 eingespannt. Anschließend wurde der Einspritz-Zylinder 27 derart betätigt, daß seine Kolbenstange 28 aus ihrer unteren axialen Position mit Geschwindigkeiten von 0,05 m pro \ Sekunde bis etwa 1,2 m pro Sekunde durch die Axialbohrung 23 der Hülse 22 nach oben bewegt wurde. Das in dem Behälter 40 über der oberen Endfläche der Kolbenstange 28 gesammelte geschmolzene Metall wurde mit einem Druck von etwa 12 kg pro Quadratzentxmeter in den Hohlraum der Form 16 gepreßt und durch den Angußverteiler 20 in die Form-Hohlräume 21 verteilt. Etwa 80 Sekunden nach dem Einspritzen des geschmolzenen Metalls in die Form 16 wurde die Kolbenstange 31 des Schließzylinders 30 nach oben zurückgezogen und dadurch das Spannstück 34 von der Form 16 gelöst. Dabei wurde der Einspritz-Zylinder 27 in Betrieb gehalten, so daß die Form 16 durch den auf die Kolbenstange 28 ausgeübten Druck aus der zentralen öffnung 15 der Halte-

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- 27

Platte 14 herausgedrückt wurde. Aus der auf diese Weise von der Halteplatte 14 entfernten Form 16 wurden die hergestellten Gußteile entnommen. Das Ventil in der Leitung zwischen der Saugleitung 38 und der Vakuumquelle wurde geschlossen gehalten, so daß die Form während des gesamten oben beschriebenen Gußvorgangs auf Atmosphärendruck blieb.

Bei dem Verfahren nach Beispiel 3 wurde während des Einspritzens des geschmolzenen Metalls in den Hohlraum der Form 16 der Keramik-Behälter 40 in kleine Partikel zerbrochen, wenn die Kolbenstange des Einspritz-Zylinders 27 nach oben auf die Form 16 zu bewegt wurde. Diese Partikel verblieben in überschüssigen Materialbereichen der hergestellten Gußteile. Der Keramik-Behälter 40 diente zur Verringerung des Temperaturabfalls des geschmolzenen Gußeisens und zum Schutz der Hülse 22 und der Kolbenstange 28 des Einspritz-Zylinders

27 vor der Wärme der Schmelze. Bei dem Verfahren nach Beispiel 3 zeigte sich ferner, daß Lufteinschlüsse in den Gußteilen auftreten können, wenn die Kolbenstange

28 des Einspritz-Zylinders 27 mit einer zu hohen Geschwindigkeit nach oben bewegt wurde. Andererseits wurden keine nachteiligen Auswirkungen auf die Festigkeit der Gußteile beobachtet, wenn die Kolbenstange 28 mit der oben genannten Geschwindigkeit angetrieben wurde.

Bei jedem der in Beispielen 1 bis 3 beschriebenen Verfahren wird das in die Hülse 22 oder den darin eingesetzten Keramik-Behälter 40 eingefüllte geschmolzene Material durch den mechanisch mit Hilfe der Kolbenstange 28 des Einspritz-Zylinders 27 auf das Material ausgeübten Druck in den Hohlraum der Form 16 eingespritzt. Dieses Verfahren hat erhebliche Vorteile gegenüber dem bekannten Schwerkraft-Gießverfahren, insbesondere wenn

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der Gießlauf 19 des Hohlraums in der Form 16 eine kleine Querschnittsfläche aufweist. Zum einen kann die Ausbeute des Verfahrens von ungefähr 30 Gewichtsprozent im Fall des herkömmlichen Gießverfahrens auf etwa 70 Gewichtsprozent bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteigert werden. Da ferner das geschmolzene Material durch die schnelle Bewegung der Kolbenstange 28 des Einspritz-Zylinders in die Form 16 gepreßt wird, ist der Einspritz-Vorgang nahezu in einem Augenblick abgeschlossen, so daß keine Unregelmäßigkeiten oder Fehler im zeitlichen Verlauf der Einspritzung auftreten können, wie sie bei herkömmlichen, mit Gasdruck oder Vakuum arbeitenden Gießverfahren unvermeidlich sind.

Bin weiterer durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichter Vorteil besteht darin, daß nur eine solche Menge an geschmolzenem Metall in die Hülse 22 oder in den Behälter 40 gefüllt zu werden braucht, wie für die Herstellung der in einem Arbeitszyklus erzeugten Gußteile erforderlieh ist. Zum Schmelzen des für die einzelnen Zyklen benötigten Metalls ist daher kein großer Schmelzofen erforderlich. Ferner braucht der Ofen nicht abgedichtet zu werden, da das geschmolzene Metall nicht durch einen über dem Spiegel der Metallschmelze erzeugten Gasdruck in die Form 16 eingespritzt wird.

Beispiel 4

Eine luftdurchlässige Form 16 wurde in einem Wachsausschmelzverfahren oder durch Gießen mit verlorener Form hergestellt. Hierzu wurde zunächst eine baumförmige Wachsstruktur hergestellt, die einen stabförmigen Abschnitt mit 20 mm Durchmesser und 100 mm Länge zur Bildung des Gießlaufes 19, einen würfelförmigen Abschnitt mit 10 mm Kantenlänge zur Bildung des Angußverteilers 20 und vier

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dünne rechteckige Abschnitte mit den Abmessungen 50 mm χ 60 nun χ 1,5 mm zur Bildung der Form-Hohlräume 21 umfaßte. Die Wachs-Struktur wurde in einen feuerfesten Schlamm eingetaucht, mit einer feuerfesten Hülle aus Sand umgeben, erneut in den Schlamm eingetaucht und nochmals mit einer feuerfesten Hülle aus Sand umgeben. Die so entstandene Form wurde erhitzt und dadurch die Wachs-Struktur ausgeschmolzen und ausgebrannt.

in der auf diese Weise hergestellten luftdurchlässigen Form 16 wurde eine hitzebeständige Legierung auf Nickel-Basis gegossen. Hierzu wurde Inconel 713C in einem Hochfrequenz-Induktionsofen 42 geschmolzen. Der Induktionsofen 42 umfaßt gemäß Fig. 9 ein Wasserbad 43, einen in dem Wasserbad angebrachten Schmelztiegel 44 und eine den Schmelztiegel umgebende, ebenfalls in dem Wasserbad 43 angebrachte wassergekühlte Induktionsspule 45. Das Wasserbad 43 weist einen Schaft 46 auf. Die Induktionsspule 45 ist an eine nicht gezeigte Hochfrequenz -Stromquelle angeschlossen. In dem Schmelztiegel 44 wurde eine Materialmenge geschmolzen, die zur Herstellung der Gußteile in einem einzelnen Arbeitszyklus erforderlich war. Wenn in einem begrenzten Zeitraum eine größere Menge an geschmolzenem Metall bereitgestellt werden müßte, so wäre ein großer Schmelzofen mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Vakuums in dem Ofen erforderlich, und es müßte eine sehr große Menge an elektrischer Energie zugeführt und verbraucht werden. Wenn dagegen wie im vorliegenden Beispiel nur eine verhältnismäßig kleine Materialmenge (von etwa 100 g bis 10kg) geschmolzen wird, wie sie zur Herstellung der Gußteile in nur einem einzigen Arbeitszyklus erforderlich ist, kann das Material in hinreichend kurzer Zeit und in geeigneter zeitlicher Abstimmung auf den Gußvorgang vollständig geschmolzen werden. Die Verringerung der zum Schmelzen des Materials erforderlichen Zeit ist nicht nur unter dem

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Gesichtspunkt einer Verbesserung der Produktivität in jedem Arbeitszyklus von Bedeutung, sondern dient auch dazu eine Beeinträchtigung der Bestandteile des aktiven Metalls wie etwa einer hitzebeständigen Legierung auf Nickel-Basis auszuschließen und das Eindringen von Gasen in das Metall zu verhindern. Im beschriebenen Beispiel wurden 2 kg Inconel 713C innerhalb von zwei Minuten in dem Hochfrequenz-Induktionsofen 42 geschmolzen, indem die der Induktionsspule 45 zugeführte Leistung derart geregelt wurde, daß das Material in dem Schmelztiegel 44 auf einer Temperatur von 200° Celsius gehalten wurde. Diese Temperatur ist etwas höher als die Schmelztemperatur des Materials. Die maximale Heizleistung des verwendeten Induktionsofens 42 betrug 150 Kilowatt.

Fig. 14 zeigt die Ergebnisse von Versuchen, die zur Bestimmung der Konzentrationen von Sauerstoff- und Stickstoff-Gasen in einem Kilogramm Inconel 713C-Schmelze ausgeführt wurden. Durch Veränderung der der Induktionsspule 45 zugeführten elektrischen Leistung wurde dabei die zum Schmelzen des Materials benötigte Zeit verändert. Die Gaskonzentrationen sind in Fig. 14 in ppm (Teile pro Million) angegeben. Die in Fig. 14 durch durchgezogene Linien dargestellte Kurve O„ gibt die Konzentration von Sauerstoffgas und die durch gestrichelte Linien dargestellte Kurve N die Konzentration von Stickstoff-Gas an. Wie aus diesen Kurven hervorgeht, weisen die Sauerstoff- und Stickstoff-Konzentrationen in dem Ausgangsmetall kaum einen Anstieg auf und die Stickstoff-Konzentration nimmt sogar eher leicht ab, wenn die Metalle verhältnismäßig schnell innerhalb eines Zeitintervalls von weniger als 180 Sekunden geschmolzen werden. Wenn dagegen der Zeitraum zum Schmelzen der Metalle länger als 180 Sekunden ist, ergibt sich sowohl bei der Sauerstoff- als auch bei der Stickstoff-Konzentration eine ansteigende Tendenz.

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Es sind ferner Experimente an Proben von Inconel 713C und GMR 235 in festem Zustand und in geschmolzenem Zustand nach einer Schmelzzeit von 3 Minuten ausgeführt worden, durch die untersucht werden sollte, welche Veränderungen in der Element-Zusammensetzung einschließlich der Anteile an aktiven Metallen wie etwa Aluminium, Titan und Zirkonium durch das schnelle Schmelzen der Legierungen hervorgerufen wurden. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Ergebnisse dieser Experimente.

Einheit: Gewichtsprozent

Inconel 713

Elemente der

Legierung Fest- Nach Schmelzkörper zeit von 3 Minuten

GMR 235

Festkörper

Nach Schmelzzeit von 3 minuten

C	0.10	0.11	0. 15	0.15
Si	0.09	0.09	0.39	0.34
Mn	0.04	0.03	0.25	0.22
Cr	14.27	14.28	15.46	15.40
Ni	*	*	*	*
Mo	4.35	4.28	5.10	4.09
Ti	0.88	0.86	1 .99	1 ,81
Al	5.80	5.71	3.69	3.52
Fe	1.06	1.03	10.04	10.06
B	0.014	0.016	0.033	0.032

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Co	0	.32	0	.33
Nb	2	.08	2	.05
Zr	0	.10	0	.08

* Fehlbeträge

Wie aus der obigen Tabelle hervorgeht, ergaben sich bei den untersuchten Proben im wesentlichen keine Änderungen der Zusammensetzung aufgrund des schnellen Schmelzens des Materials.

Darüberhinaus hat das in Beispiel 4 eingesetzte Verfahren, das Metall durch Hochfrequenz-Induktion zu schmelzen, den Vorteil, daß dem Metall innerhalb kurzer Zeit eine große Wärmemenge zugeführt werden kann. Wenn das Metall durch Hochfrequenz-Induktion geschmolzen werden soll, beträgt die dem Metall pro Zeiteinheit zugeführte Wärmemenge vorzugsweise mehr als 1,5 Kalorien pro Gramm und Sekunde, wenn das Metall unter Atmosphärendruck an der Luft geschmolzen wird. Die zuzuführende Wärmemenge kann jedoch in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und Geometrie des Legierungs-Materials veränderlich sein. 25

Wenn dem zu schmelzenden Metall die genannte Wärmemenge zugeführt wird, wird das Metall in dem Hochfrequenz-Induktionsofen 42 vorzugsweise in einer kürzeren Zeit als 180 Sekunden geschmolzen. Wenn das Metall in einem derart kurzen Zeitintervall geschmolzen wird, wird eine Verunreinigung des aktiven Metalls während des Schmelzrprozesses vermieden.

Das nach dem oben beschriebenen Verfahren in dem Hochfrequenz-Induktionsofen 42 geschmolzene Metall wurde in den Keramik-Behälter der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ein-

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gefüllt. Der Behälter 40 bestand aus gebranntem Faser-Keramik-Material mit Aluminiumoxyd (Al₂O₃) als Fasergerüst. Wahlweise kann jedoch auch Asbest als Fasergerüst verwendet werden. Wenn geschmolzenes Metall mit
einer höheren Temparatur als 1000° Celsius unmittelbar in die aus einer Legierung auf Wolfram-Basis bestehende Hülse 22 eingefüllt wird, beginnt die Schmelze zu
erstarren, sobald sie in die Hülse 22 eintritt und bildet eine feste Schale an der inneren Umfangsflache der Hülse 22. Die auf diese Weise gebildete feste Schale behindert das Einspritzen der Schmelze in die Form 16
und beeinträchtigt daher nicht nur das Einspritzen des geschmolzenen Metalls sondern verringert auch die Lebensdauer der Hülse 22. Diese Nachteile werden dadurch überwunden, daß in der Hülse 22 der Keramik-Behälter 40 vorgesehen wird.

Nachdem das geschmolzene Metall in den Behälter 40 eingefüllt war, wurde die nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellte luftdurchlässige Form 16 gemäß Fig. in die Halteplatte 14 eingesetzt. Durch Betätigung des Schließzylinders 30 wurde dessen Kolbenstange 31 abgesenkt und die Form 16 fest zwischen der Halteplatte 14 und dem Spannstück 3 4 eingespannt, während die an der Kolbenstange 31 befestigte Abdeckung 35 mit ihrem unteren Flansch 37 in dichte Berührung mit der ringförmigen Dichtung 39 auf der Halteplatte 14 gebracht wurde, wie in
Fig. 11 gezeigt ist. Anschließend wurde durch Betätigung des Einspritz-Zylinders 27 die Kolbenstange 28 in der

Axialbohrung 23 der Hülse 22 nach oben bewegt und dadurch die in dem Behälter 40 auf der oberen Endfläche der
Kolbenstange 28 enthaltene Schmelze in der in Fig. 12
gezeigten Weise mit einem Druck von etwa 2 kg pro Quadratzentimeter bis etwa 5 kg pro Quadratzentimeter in

den Hohlraum der Form 16 gepreßt und durch den Angußver-

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teiler 20 in die einzelnen Form-Hohlräume 21 der Form 16 verteilt. Der auf die Schmelze ausgeübte Einspritz-Druck ist gegeben durch das Verhältnis zwischen der durch die Kolbenstange 28 erzeugten Druckkraft und dein Innendurchmesser oder Querschnitt der Hülse 22. Die obere Grenze des Einspritz-Druckes hängt von der chemischen Zusammensetzung des Materials und der Form und der Wandstärke der Form 16 ab.

Eine untere Grenze für den Einspritz-Druck ist durch den zum vollständigen Ausfüllen der Form-Hohlräume 21 in der Form 16 erforderlichen Mindestdruck gegeben, der von der Form, Größe und Anzahl der Form-Hohlräume 21 in der Form 16 abhängig ist. Ferner ist bei der Auslegung und Konstruktion der Schließvorrichtung, die den Schließzylinder 30, die Feder 3 3 und das Spannstück 34 umfaßt, sicherzustellen, daß die Form 16 sicher gegen den auf die einzuspritzende Schmelze ausgeübten Druck abgestützt wird. Während sich beim Einspritzen der Schmelze in den Hohlraum der Form 16 die Kolbenstange 28 des Einspritz-Zylinders 27 aufwärts auf die Form 16 zubewegte, wurde der Keramik-Behälter 40 in kleine Partikel zerbrochen. Diese Patikel blieben in den Angüssen oder überschüssigen Materialbereichen der hergestellten Gußteile zurück.

Während die Schmelze in der beschriebenen Weise in den Hohlraum der Form 16 eingespritzt wurde, war das in der Leitung zwischen der Sauleitung 38 und der Vakuumquelle vorgesehene Ventil geöffnet, so daß die Luft in der durch die Abdeckung 35 und die Halteplatte 14 gebildeten, hermetisch abgedichteten Kammer abgesaugt und ein Vakuum in dieser Kammer gebildet wurde. Als Vakuumquelle wurde in diesem Beispiel ein Vakuumbehälter mit einem Vakuum

-2
von 10 Torr und mit einer Kapazität von 100 1 verwendet. Die Ausbildung eines Vakuums in der Umgebung der

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luftdurchlässigen Form 16 ist zweckmäßig zur Vermeidung von Luft-Einschlüssen in den hergestellten Gußteilen und zur Vermeidung einer Beeinträchtigung der Qualität der Gußteile aufgrund von Veränderungen der chemischen Zusammensetzung des in die Form 16 eingespritzten Materials.

Nach dem Erstarren des in die Form 16 eingespritzten Metalls wurde der Schließzylinder 30 derart betätigt, daß die Kolbenstange 31 in Richtung eines Pfeiles d in Fig. 13 zurückgezogen und dadurch das Spannstück 34 von der Form 16 gelöst wurde. Dabei blieb der Einspritz-Zylinder 27 in Betrieb, so daß die Form 16 durch den von der Kolbenstange 28 auf die Form 16 ausgeübten Druck aus der öffnung 15 der Haltplatte 14 herausgedrückt wurde. Aus der in dieser Weise von der Halteplatte 14 entfernten Form 16 wurden die hergestellten Gußteile entnommen.

Wenn bei dem Verfahren nach Beispiel 4 die Kolbenstange 28 des Einspritz-Zylinders 27 zu einem bestimmten Zeitpunkt, zu dem die in die Form 16 eingespritzte Schmelze in dem Gießlauf 19 der Form noch nicht erstarrt ist, so läuft das geschmolzene Metall aus dem Gießlauf 19 in die Hülse 22 zurück, wie mit Bezug auf Beispiel 2 beschrieben wurde. In diesem Fall wird die einmal in den Hohlraum der Form 16 eingespritzte Schmelze auschließlich in den Form-Hohlräumen 21 dieses Hohlraums zurückgehalten, so daß die jeweils in den einzelnen Form-Hohlräumen 21 hergestellten Gußteile voneinander getrennt sind und nach dem Entformen nicht mehr voneinander getrennt zu werden brauchen. Auf diese Weise werden die andernfalls erforderlichen Arbeitsschritte zum Trennen der einzelnen Gußteile und Entfernen der überschüssigen Angüsse nach Beendigung des GußVorgangs eingespart.

Die Ausbeute des Verfahrens nach Beispiel 4 betrug etwa

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84 Gewichtsprozent, wenn überschüssiges Material außerhalb der Form nicht berücksichtigt wurde. Wenn dieses überschüssige Material berücksichtigt wurde, ergab sich eine Ausbeute von etwa 7 2 Gewichtsprozent. Bei einem herkömmlichen Schwerkraft-Gießverfahren beträgt die Ausbeute bei Gußteilen ähnlicher Form und Größe unter Berücksichtigung des überschüssigen Materials etwa 40 Gewichtsprozent. Dies liegt daran, daß in diesem Fall Gießläufe und Angußverteiler in der Form einen größeren Querschnitt aufweisen müssen, damit eine ausreichende Festigkeit der Gußteile gewähr leistet ist.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, weist eine vertikale Druckguß-Vorrichtung gemäß der Erfindung die folgenden Vorteile auf.

(1) Die hergestellten Gußteile sind frei von Rissen und abgeschreckten Schichten.

(2) Es werden unverhältnismäßig große Abmessungen der Vorrichtung vermieden, da keine zusätzlichen Einrichtungen zur Erzeugung eines Vakuums oder eines Gasdruckes zur Einspritzung des geschmolzenen Metalis erforderlich sind.

(3) Da das geschmolzene Metall rein mechanisch eingespritzt wird, kann das Einspritzen zu wohldefinierten, korrekt ausgewählten Zeiten erfolgen, so daß Unregelmäßigkeiten oder Fehler im zeitlichen Ablauf vermieden werden, wie sie bei herkömmlichen Verfahren, bei denen zum Einspritzen ein Vakuum oder ein Gasdruck ausgenutzt wird, unvermeidlich sind.

(4) Gießläufe, Angußverteiler und dergleichen können in ihren Abmessungen kleiner gehalten werden, so daß sich eine erhebliche Steigerung der Material-Ausbeute ergibt.

- 37-Leerseite

Claims

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEVS Dipl.-Chem. Dr. N. tar Meer Dipl-Ing- H. Steinrneioter τΑ°βββ i M0"er Artur-LadebecK-Strasse 51 D-8OOO MÜNCHEN 22 D-4800 BIELEFELD 1 G82-247-114 St/Wi/sc NISSAN MOTOR COMPANY, LTD. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan DRUCKGUSS-VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZU SEINER DURCHFÜHRUNG PRIORITÄT: 21.01.1982 Japan No. 6753/1982 PATENTANSPRÜCHE

1. Druckguß-Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man eine luftdurchlässige Form herstellt, deren Hohlraum einen nach unten geöffneten Gießlauf und wenigstens einen mit dem Gießlauf verbundenen Form-Hohlraum aufweist, das Metall einschmilzt und in eine in Bezug auf ein feststehendes Bauteil festgelegte Hülse mit einer in vertikaler Richtung verlaufenden Äxialbohrung einfüllt, die Form derart lösbar auf dem feststehenden Bauteil montiert, daß die Hülse am oberen Ende mit dem Gießlauf der Form in Verbindung steht, die Form auf das feststehende Teil aufspannt, von unten einen mechanischen Druck auf das geschmolzene Metall in der Axialbohrung der Hülse ausübt und das Metall in den Hohlraum der Form einspritzt, das Metall in dem Hohlraum der Form erstarren läßt, die Form von

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dem feststehenden Teil löst und die entstandenen Gußteile entformt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Hülse einen oben offenen Behälter aus hitzebeständigem, zerbrechlichen Material derart einsetzt, daß seine obere öffnung mit dem Gießlauf der Form in Verbindung steht, daß man die Metall-Schmelze in den hohlen Behälter füllt und zum Einspritzen der Schmelze in die Form eine aufwärts gerichtete Kraft auf den Boden des Behälters ausübt und den Behälter während des Einspritzens innerhalb der Axialbohrung der Hülse zerbricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η nzeichnet, daß man die Form nach der Montage auf dem feststehenden Teil in eine geschlossene Kammer einschließt und in dieser Kammer ein Vakuum erzeugt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge k e η η ζ e i c h η e t, daß die Form in einem Wachs-Ausschmelzverfahren hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß man zum Aufspannen der Form auf das feststehende Teil eine abwärts gerichtete Kraft auf die auf dem feststehenden Teil befindliche Form ausübt und daß man die Form zum Lösen von dem feststehenden Teil nach dem Einspritzen des Metalls nach oben drückt, indem man die Form von der abwärts gerichteten Kraft entlastet während weiterhin die aufwärts gerichtete Kraft auf das Metall in dem ifohlraum der Form ausgeübt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Einspritzen der Schmelze in die Form aber vor dem Lösen der Form von dem feststehenden Teil

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die Ausübung der aufwärts gerichteten Kraft auf die in die Form eingespritzte Schmelze unterbricht und '.iineri noch nicht erstarrten Teil des Metalls aus dem Gießlauf der Form in die Axialbohrung der Hülse zurückfließen läßt. 5

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall an der Atmosphäre durch eine Wärmezufuhr von wenigstens etwa 1,5 Kalorien pro Gramm und Sekunde einschmilzt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall in einem Hochfrequenz-Induktions-Heizvorgang innerhalb eines Zeitraums von weniger als etwa 180 Sekunden geschmolzen wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein feststehendes Teil (14), eine lösbar auf dem feststehenden Teil (14) montierte luftdurchlässige Form (16), deren Hohlraum einen nach unten geöffneten Gießlauf (19) und wenigstens einen mit dem Gießlauf (19) in Verbindung stehenden Form-Hohlraum (21) umfaßt, eine Aufspann-Einrichtung (30,33,34), durch die die Form (16) in senkrechter Richtung gegen das feststehende Teil (14) spannbar ist, eine in ihrer Position in Bezug auf das feststehende Teil (14) festgelegte rohrförmige Hülse (22) mit einer Axialbohrung (23) , die nach oben mit dem Gießlauf der Form (16) in Verbindung steht, und einen unterhalb der Form (16) angebrachten, fluidbetätigten Metall-Einspritz-Zylinder (27), dessen Zylinderkörper in Bezug auf das feststehende Teil (14) festgelegt ist und dessen Kolbenstange (28) nach oben in die Hülse (22) ragt und in senkrechter Richtung in deren Axialbohrung (23) verschiebbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennze ich-

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net durch einen dicht in der Axialbohrung (23) der Hülse (22) aufgenommenen Behälter (40) aus zerbrechlichem, hitzebeständigen Material, der an seinem oberen Ende offen ist und mit dem Gießlauf (19) der Form (16) in Verbindung steht und dessen Boden durch das obere Ende der Kolbenstange (28) des Einspritz-Zylinders (27) beaufschlagbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (40) aus Keramikmaterial besteht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (40) aus Keramik-Fasermaterial besteht und ein Fasergerüst aus Aluminiumoxyd umfaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (40) aus Keramik-Fasermaterial besteht und ein Fasergerüst aus Asbest umfaßt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennze ichnet, daß die Aufspann-Einrichtung einen oberhalb der Form (16) angebrachten fluidbetätigten Schließzylinder (30) umfaßt, dessen Zylinderkörper in Bezug auf das feststehende Teil (14) festgelegt ist und dessen Kolbenstange (31) in senkrechter Richtung auf die Form (16) zu und von dieser weg verschiebbar ist und an ihrem unteren Ende ein Spannstück (34) trägt, das in der abgesenkten Stellung der Kolbenstange (31) gegen das obere Ende der Form (16) andrückbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch eine hohle Abdeckung (35) mit einer oberen Stirnwand (36) und einem offenen unteren Ende, welche Abdeckung (3^£j) zwischen einer über das feststehende

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Teil (14) angehobenen oberen Position und eJner- unteren Position verschiebbar ist, in der sie mit dem feststehfinden Teil (14) eine die Form (16) aufnehmende abgeschlossene Kammer bildet, und durch eine Verbindungseinrichtung (38) zur Verbindung der geschlossenen Kammer mit einer Vakuumque1Ie.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennze ichn e t durch eine an dem feststehenden Teil (14) befestigte und in senkrechter Richtung mit dem Querschnitt des unteren Endes der Abdeckung (35) ausgerichtete Dichtung (39), mit der die Abdeckung (35) in ihrer abgesenkten Stellung in Berührung bringbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch eine zwischen der Kolbenstange (31) des Schließzylinders (30) und dem Spannstück (34) angebrachte Druckfeder (33).

18. Vorrichtung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (35) an der Kolbenstange (31) des Schließzylinders (30) befestigt ist und daß das Spannstück (34) mit der Form (16) in Druckberührung steht, wenn die Abdeckung (35) sich in ihrer abgesenkten Stellung in Bezug auf das feststehende Teil (14) befindet.