DE3502895A1 - Druckgussform - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf Druckgußformen, die aus Formhälften mit jeweils einer Hochdruck-Wärmeaustauschkammer aufgebaut sind. Die erfindungsgemäßen Halbformen weisen zwischen der Druckgußzone der jeweiligen Halbform und der Wärmeaustauschkammer eine dünne Wand auf, die sich im wesentlichen über den gesamten Oberflächenbereich zwischen der Druckgußzone und der Kammer erstreckt.

Eine Hochdruck-Wärmeaustauschkammer gestattet es, das Wärmeaustauschmittel in der Kammer bei hoher Temperatur relativ zu derjenigen Temperatur, bei der das zu vergießende Metall in die Form eingebracht wird, im flüssigen Zustand zu halten. Eine Halbform mit einer dünnen Wand großen Oberflächenbereichs zwischen der Druckgußzone der Halbform und * der Wärmeaustauschkammer wurde geschaffen, um den verhältnismäßig geringeren Temperaturunterschied zwischen dem zu vergießenden Metall und dem Wärmeaustauschmittel zum Abführen der aufgenommenen Wärme auszunutzen, indem ein Wärmeaustauschmittel mit verhältnismäßig hoher Temperatur verwendet wird. Gegenwärtig eingesetzte Druckgußformen arbeiten mit Wasser bei Atmosphärendruck als Wärmeaustauschmittel zur Beseitigung der Wärme aus der Formkammer. Der Wärmeaustausch erfolgt dadurch, daß in den Formblock eine Reihe von Leitungen gebohrt wird, die eine Wasserzirkulation durch den Formblock und damit eine Abkühlung der Formkammer gestatten.

Da die zur Wärmeabfuhr aus der Formkammer benutzten Systeme drucklos arbeiten, muß zur ausreichenden Kühlung der Formkammer genügend Kühlwasser durch den Formblock zirkulieren, damit das Gießmetall in die Formkammer eingespritzt, abgekühlt, verfestigt und herausgenommen werden kann. Die Temperatür des in die Formkammer eingeleiteten heißen Metalls hängt von der Metallart ab. Zink wird gewöhnlich bei etwa 430 C,

Aluminium dagegen bei etwa 65O°C eingebracht, während die Temperatur des zirkulierenden Wassers normalerweise zwischen 20 und 9O°C liegt. Die sich ergebende Temperaturdifferenz zwischen den heißesten und den kältesten Teilen einer herkömmlichen Form beim Gießen von Zink bzw. Aluminium liegt bei etwa 320 bzw. 54O°C.

Bei herkömmlichen Formen sind die Wärmeaustauschleitungen normalerweise in einem Abstand von mindestens mehreren Zoll (2,54 mm) sowohl von der Formkammer als auch voneinander angeordnet, so daß der Stahl zwischen den Leitungen und der Formkammer die Kühlwirkung des durch die Leitungen strömenden Kühlwassers ausbreitet, bevor die Kühlwirkung die Formkammer erreicht. Je dicker bei herkömmlichen Formen der Stahl zwischen der Formkammer und den Leitungen ist, desto gleichmäßiger verläuft das Temperaturprofil innerhalb der Formkammer. Andererseits wird mit zunehmender Dicke des Stahls zwischen den Leitungen und der Formkammer der Wärmeaustausch verlangsamt.

Werden bei herkömmlichen Formen die Wärmeabführleitungen nahe an der Formkammer angeordnet, so besteht eine erhöhte Gefahr thermischer Ermüdung in der Form, da die erhebliche Temperaturdifferenz über eine geringe Dicke hinweg auftritt. Ein weiterer Nachteil einer solchen Anordnung herkömmlicher Wärmeabfuhrleitungen in dichter Nähe der Formkammer besteht in der Erzeugung von TemperaturverZerrungen aufgrund großer Temperaturunterschiede zwischen denjenigen Bereichen der Formkammer, die sich am nächsten an den Leitungen befinden, und solchen Bereichen, die am weitesten davon entfernt sind.

Bei einer Druckgußform mit einer unter Druck stehenden Wärmeaustauschkammer läßt sich die Temperatur des Wärmeaustauschmittels auf jede beliebige Temperatur bis hinauf zu 24O°C anheben. Der Temperaturunterschied zwischen der Formkammer und einer solchen Hochdruck-Wärmeaustauschkammer über die Druckgußzone der Stirnwand hinweg ist wesentlich kleiner als bei Formen, die mittels durch Leitungen in der Form strömendes Wasser gekühlt werden. Der geringere Tempera-

türunterschied hat zur Herstellung einer Form geführt, die eine Formwand mit einer geringen Dicke bis hinunter zu 7,6 mm je nach den Abmessungen des Gußstücks und der von .diesem zu entfernenden Wärme aufweist. Die Gußzone umfaßt gewöhnlich denjenigen gesamten Teil der Stirnwand, der mit dem heißen Gußmaterial beaufschlagt wird.

Der geringere Wärmeunterschied zwischen der Formkammer und der Hochdruck-Wärmeaustauschkammer hat es ferner ermöglicht, den mit der Gußzone der Stirnwand in Berührung stehenden Oberflächenbereich der Hochdruck-Wärmeaustauschkammer zu vergrößern. Bei dem Oberflächenbereich der dünnen Wand handelt es sich um die Gußzone der mit der heißen Flüssigkeit beaufschlagten Stirnwand.

Durch Vergrößerung dieses mit der Guß zone der Form in Berührung stehenden Oberflächenbereichs der Wärmeaustauschkammer ist es möglich, sowohl eine größere Wärmeaustauschfläche als auch ein verbessertes Temperaturprofil an der Gußzone der Form zu erzielen.

Die in Druckgußformen herzustellenden Gußstücke weisen unendliche Variationen bezüglich Form und Dicke auf. Die Menge an zu kühlendem heißen Metall nimmt mit der Dicke des Gußstücks zu und steht in einem direkten Zusammenhang mit dessen Oberflächengröße. Durch Anwendung einer Hochdruck-Wärmeaustauschkammer und eines Hochtemperatur-Wärmeaustauschmittels wird es möglich, die Haupt-Wärmeaustauschwand in der Wärmeaustauschkammer derart zu gestalten, daß an dem Druckgußteil der Form ein Temperaturprofil erzeugt wird, das im wesentlichen mit der von den verschiedenen Teilen des Gußstücks zu entfernenden Wärme übereinstimmt.

Bei den dickeren Teilen des Gußstücks ist eine höhere Wärmeabfuhr, bei den dünneren Teilen eine geringere Wärmeabfuhr erforderlich. Dadurch, daß die Wandstärke der Wärmeaustauschkammer im Innern der Form umgekehrt proportional zu der von den verschiedenen Teilen der Gießzone abzuführenden Wärme gestaltet wird, läßt sich ein Kühlprofil erzielen, bei dem von denjenigen Teilen des Gußstücks, die

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bei der Verfestigung einen stärkeren Wärmeentzug erfordern, mehr Wärme abgeführt wird als von denjenigen Teilen, die zur Verfestigung einen geringeren Wärmeentzug benötigen.

Eine weitere Schwierigkeit bei. länglichen rohrförmigen Wärmeabfuhrleitungen herkömmlicher Formen besteht darin, daß die kontinuierliche Wasserströmung durch diese Leitungen zu einer Verschlammung oder Verkalkung an den Innenwänden der Leitungen führt. Dieses Problem läßt sich zwar durch vorherige Aufbereitung oder Behandlung des Kühlwassers lindern. Kalk und Schlamm verringern den normalen Wärmeübergang zwischen dem Wasser und der Form und führen zu einer ungleichmäßigen Wärmeverteilung in der Form. Daher muß die Form laufend entschlammt bzw. entkalkt werden, um einen befriedigenden Wärmeübergang aufrecht zu erhalten. Bei einem unter Druck stehenden Wärmeaustauschmittel wie etwa Wasser braucht lediglich so viel Wasser der Wärmeaustauschkammer zugeführt zu werden, wie ausreicht, um den beim Wärmeaustausch entweichenden Dampf zu ersetzen, was bei jedem Einspritzen von Metall in die Formkammer passiert. Daher tritt Verschlammung oder Verkalkung nicht auf, so daß bei Druck-Wäririeaustauschkammern das obige Problem nicht existiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei Figur 1 einen Querschnitt durch eine Hälfte einer Dauerform und

Figur 2 einen Querschnitt durch die Dauerform einschließlich der die Formhälften in Fluchtung haltenden Mittel zeigt.
Die in Figur 1 gezeigte Formhälfte 1 weist eine Stirnwand 2, Seitenwände 3 und ein am Boden der Seitenwände 3 durch Bolzen 5 befestigtes Abschlußteil 4 auf. Zwischen den Boden der Seitenwände 3 und das Abschlußteil 4 ist vor dem Festziehen der Bolzen 5 eine dünne Hochdruckdichtung 6 eingebracht, die hohe Temperaturen und hohe Drücke aushält.

Die Stirnwand 2, die Seitenwände 3 und das Abschlußteil 4 bilden miteinander eine Hochdruck-Wärmeaustauschkammer 7.

In der Seitenwand 3 ist ein Einlaßventil 8 vorgesehen, um der Wärmeaustauschkammer 7 bei Bedarf Strömungsmittel zuzuführen. Ferner ist in der Seitenwand 3 ein Auslaßventil 9 vorgesehen, um nach jeder Gießfolge aus der Wärmeaustauschkammer 7 Gas zu entfernen. Die Stirnwand 2 weist eine Druckgußzone 10 auf, die mit der heißen Gießflüssigkeit beaufschlagt wird. Der mittlere Teil der Druckgußzone 10 bildet einen Teil der Formkammer, in der das Gießstück geformt wird. Die Gestalt der Stirnwand 2 und der Druckgußzone 10 hängt von der jeweiligen Form ab, die sich nach der Gestalt des Gußstücks richtet. Die zwischen der Druckgußzone 10 und der Wärmeaustauschkammer 7 vorhandene dünne Wand 11 kann je nach der Größe und Gestalt des Gußstücks und entsprechend der von den einzelnen Teilen der Druckgußzone 10 zu entfernenden Wärme eine Dicke bis hinunter zu 7,6 mm haben. In der in Figur 1 gezeigten Formhälfte 1 ist ferner eine die Wärmeaustauschkammer 7 durchsetzende Säule 12 ausgebildet, die eine zusätzliche Abstützung der Stirnwand 2 vermittelt. Durch die Säule 12 verläuft ein Auswerfstift 13.

In Figur 2 sind zwei Formhälften 14 und 15 in der die Formkammer 16 bildenden geschlossenen Stellung gezeigt. Die Formhälfte 14 ist an einem Block 17 befestigt, der seinerseits an einer der Druckplatten 18 der Druckgußmaschine befestigt ist, die die Formhälfte 14 in Richtung der Formhälfte 15 bewegt, gegenüber dieser geschlossen hält oder von ihr wegbewegt. In ähnlicher Weise ist die Formhälfte 15 an einem Block 19 befestigt, der seinerseits an der anderen Druckplatte 20 der Druckgußmaschine befestigt ist, die die Formhälfte 15 auf die Formhälfte 14 zu bewegt, mit dieser geschlossen hält bzw. von ihr wegbewegt. Die Formhälfte 14 umfaßt eine Stirnwand 21, Seitenwände 22 und ein Abschlußteil 23, die miteinander eine Hochdruck-Wärmeaustauschkammer 24 bilden. Die Formhälfte 15 weist zwei oder mehrere Führungszapfen 25 und 26 auf, die in Buchsen 27 bzw. 28 geführt sind, um die Formhälften 14 und 15 in Fluehtung zu halten. Sind die Formhälften 14 und 15 gemäß Figur 2 geschlossen,

so besteht die Formkammer 16 zwischen den Formkammerzonen 29 und 30 der Formhälften 14 bzw.15.

In der geschlossenen Stellung der Formhälften 14 und wird über einen Einlaß 31 das heiße Gußmetall eingebracht, und an einer Entlüftungsöffnung 32 strömt Luft aus, bis die Formkammer 16 und ein überlauf 33 mit der heißen Gießflüssigkeit gefüllt sind. Das heiße Gußmetall wird bei einem Druck von bis zu 140 bar und 43O°C bei Zink bzw. bis zu 350 bar und 65O°C bei Aluminium eingebracht. Beim Zinkguß enthält die Wärmeaustauschkammer 24 ein unter Druck stehendes Wärmeaustauschfluid 34 mit einer Temperatur bis hinauf zu 24O°C. Das gleiche gilt für die Formhälfte 14.

Beim Gießen von Zink in der Formkammer 16 strömt bei einem Temperaturunterschied von etwa 200⁰C und dem Wärmeaustauschfluid 34 in der Wärmeaustauschkammer 24 die Wärme über die Formkammerzone 29 zu dem Wärmeaustauschfluid 34 und bewirkt, daß ein kleiner Teil des Wärmeaustauschfluids verdampft. Der Dampf wird durch das in Figur 1 angedeutete Druckregelventil an die Atmosphäre abgelassen.

Nach Verfestigung des Gußstücks werden die .Formhälften 14 und 15 durch die Druckplatten 18 und 19 auseinanderbewegt, und das Gußstück wird durch Auswerfstifte 13 und 36 oder ähnliche, in der Zeichnung nicht dargestellte Stangen aus der Formkammer ausgeworfen.

Ein weiterer Vorteil der Hochdruck-Wärmeaustauschkammer 24 besteht darin, daß das Wärmeaustauschfluid 34 vor Beginn des Gießvorgangs unter Druck erwärmt und die Temperatur der beiden Formhälften auf 24O°C bzw. den jeweils gewünschten Wert angehoben werden kann. Die Temperatur der Form läßt sich durch Drucksteuerung am Einlaßventil 8 und am Auslaßventil 9 der Wärmeaustauschkammer 7 (Figur 1) in Kombination mit einer in die Kammer eintauchenden Heizeinrichtung steuern.

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Claims (13)

PATENTANWÄLTE STREHL SCHÜBEL-HOPF SCHULZ 3502895 WIDENMAYERSTRASSE 17, D-8000 MÜNCHEN 22 DBM Industries Limited 29. Januar 1985 DEA-26 980 Druckgußform PATENTANSPRÜCHE

1. Metallische Druckguß-Halbform, gekennzeichnet durch eine eine Druckgußzone (10) bildende Stirnwand (2), von dieser nach hinten verlaufende Seitenwände (3), ein |ί die Basis der Seitenwände (3) verschließendes Abschlußelement (4), eine Einrichtung (5) zur Befestigung des Abschlußelements (4) an der Rückseite der Seitenwände (3), wobei die Stirnwand (2), die Seitenwände (3) und das Abschlußteil (4) eine Hochdruck-Wärmeaustauschkammer (7) bilden, ferner ein Ventil (8) zur Zuführung eines Fluids unter Druck in die Wärmeaustauschkammer (7) und ein Ventil (9) zur Entnahme von Gas unter Druck aus der Wärmeaustauschkammer (7).

2. Halbform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (3) mit der Stirnwand (2) aus einem einzigen Metallblock geformt sind.

3. Halbform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet, daß die Stirnwand (11) in der Druckgußzone (10) dünn ist und die Unterseite der Druckgußzone (10) der Stirnwand (2) die Oberseite der Wärmeaustauschkammer (?) bildet.

4. Halbform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Stirnwand (11) in der Druckgußzone (10) umgekehrt proportional zu der dem Gußstück zu entziehenden Wärme ist.

5. Halbform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e kennzeichnet, daß die Dicke der Stirnwand (11) der Druckgußzone (10) unter Berücksichtigung des Metalldrucks und der Form des Gußstücks so gering wie möglich ist.

6. Halbform nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e kennzeichnet, daß die Dicke der Stirnwand (JT) in der Druckgußzone (10) zwischen etwa 7,6 und etwa 12,7 mm

liegt. .

7. Halbform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g ekennzeichnet, daß die Oberfläche der dünnen Wand

(11) in der Druckgußzone (10) der Stirnwand (2) im wesentlichen gleich groß ist wie in der Wärmeaustauschkammer (7).

8. Halbform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn zeichnet durch ein Wärmeaustauschmittel, dessen

Druck in der Wärmeaustauschkammer (7) auf einem derartigen Wert gehalten ist, daß sein Siedepunkt derjenigen Tempera- ' tür entspricht, auf dem die Form gehalten werden soll.

9. Halbform nach einem der Ansprüche 1 bis 8, g e k e η η zeichnet durch ein Wärmeaustauschmittel, dessen

Druck in der Wärmeaustauschkammer (7) auf einem derartigen Wert gehalten ist, daß sein Siedepunkt zwischen etwa 130 und etwa 260⁰C''liegt.

10. Halbform nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußteil (4) durch eine Reihe von Bolzen (5) an den Seitenwänden (3) unter Zwischenfügung einer Dichtung (6) befestigt ist.

11. Halbform nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch mindestens eine die Wärmeaustausch- kammer (7) durchsetzende hohle Säule (12) mit einem Auswerfstift (13) .

12. Halbform nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch mindestens eine die Druckkammer (7) bis zur Stirnwand (2) durchsetzende und die Stirnwand (2) stützende Säule (12).

13. Halbform nach Anspruch 11 oder 12, dadurch g e kenn zeichnet , daß die Säule (12) an die Stirnwand (2) angeformt ist.