DE3909136A1

DE3909136A1 - Method and apparatus for casting shaped parts, for example motor vehicle wheels, from aluminium, magnesium and similar light metals in low-pressure casting machines

Info

Publication number: DE3909136A1
Application number: DE3909136A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Braach
Original assignee: Albert Braach & Co KG Mod GmbH
Current assignee: Albert Braach & Co KG Mod GmbH
Priority date: 1986-06-10
Filing date: 1989-03-20
Publication date: 1989-11-02
Anticipated expiration: 2009-03-21
Also published as: DE3909136C2; DE3619525C1

Abstract

Published without abstract.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Nieder druckgießmaschine zum Gießen von Formteilen, bei spielsweise Kraftfahrzeugrädern, aus Aluminium, Ma gnesium oder dergl. Leichtmetallen in Niederdruckgieß maschinen, die im wesentlichen aus einem Tiegel zur Warmhaltung der Schmelze, einer über dem Tiegel an geordneten Gußform sowie einem von der Gußform ausgehenden, den Deckel des Tiegels durchragenden und in die Schmelze einragenden Steigrohr bestehen, wobei das durch das Gießen des Formteils verbrauchte Metall in die Gießmaschine nachchargiert wird.The invention relates to a method and a low die casting machine for casting molded parts, at for example motor vehicle wheels, made of aluminum, Ma Magnesium or the like. Light metals in low pressure casting machines consisting essentially of a crucible for Keeping the melt warm, one above the crucible orderly mold as well as one from the mold outgoing, protruding through the lid of the crucible and there are riser pipes protruding into the melt, the consumed by casting the molding Metal is recharged into the casting machine.

Das Gießen von Formteilen aller Art aus Leichtme tall, insbesondere Aluminium, erfolgt heute in weiten Bereichen in Niederdruckgießmaschinen, wobei das Gußmetall in einem Schmelzofen vorgeschmolzen und flüssig unter Zuhilfenahme einer Gießpfanne in den Tie gel der Gießmaschine überführt und von dort über das Steigrohr mittels Unterdruckes in die Gießform ge drückt wird. Das Nachchargieren erfolgt hierbei - nach mehreren Abgüssen - jeweils nach Verbrauch von et wa ²/₃ der Füllmenge des Tiegels der Gießmaschine. Das bekannte Verfahren ist mit einer Reihe von wesentli chen Nachteilen behaftet.The casting of moldings of all kinds from Leichtme tall, especially aluminum, takes place today in wide areas in low-pressure casting machines, with the cast metal premelted in a melting furnace and transferred liquid with the help of a ladle into the gel of the casting machine and from there via the riser pipe by means of negative pressure the mold is pressed ge. The recharging is done in this case - after several casts - respectively after consumption of et wa ^_2/3 of the crucible capacity of the casting machine. The known method has a number of essential disadvantages.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Verfahrens weise besteht darin, daß bei der Überführung des Guß metalls aus dem Schmelzofen in den Tiegel der Gießma schine in einer offenen Gießpfanne erhebliche Wärme- bzw. Temperaturverluste unvermeidlich sind. Ein wei terer wesentlicher Nachteil ist jedoch auch darin zu sehen, daß das Gußmetall bei dieser Überführung in geschmolzenem und damit sehr reaktivem Zustand dem freien Sauerstoffzutritt ausgesetzt ist, so daß während der Überführung ein beachtlicher Materialverlust durch Oberflächenoxidation unvermeidlich ist. Dieser Nach teil ist um so schwerwiegender, als Leichtmetalle heute im wesentlichen als Legierungen aus Metallen mit un terschiedlicher Affinität zu Sauerstoff vergossen wer den. So enthält beispielsweise Gußaluminium heute zur Erzielung bestimmter Eigenschaften, beispielsweise der Erhöhung des Glanzes des Gußstücks Magnesium in Anteilen von beispielsweise 0,05 bis 0,2% Gew.-%, das eine wesentlich höhere Affinität zu Sauerstoff als Alu minium aufweist und demgemäß den wesentlichen An teil des bei der Überführung des Gießmetalles aus dem Schmelzofen in die Gießmaschine auftretenden Ab brandes ausmacht.A major disadvantage of the known method wise is that in the transfer of the casting metal from the melting furnace into the crucible of the pourer considerable heat in an open ladle or temperature losses are inevitable. A white However, there is also a major disadvantage see that the cast metal in this transfer in melted and thus very reactive state exposed to free oxygen so that during considerable material loss due to the transfer Surface oxidation is inevitable. This after part is all the more serious than light metals today essentially as alloys of metals with un different affinity to shed oxygen the. For example, cast aluminum today contains Achieve certain properties, such as the Increasing the gloss of the magnesium casting in Proportions of, for example, 0.05 to 0.2% by weight, the a much higher affinity for oxygen than aluminum minium and accordingly the essential An part of the transfer of the casting metal from the Melting furnace occurring in the casting machine makes fire.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens und einer Niederdruckgieß maschine zum Gießen von Formteilen, beispielsweise Kraftfahrzeugrädern, aus Aluminium, Magnesium oder dergl. Leichtmetallen zugrunde, mit dessen Hilfe der Metallabbrand wesentlich verringert und entsprechend die Qualität des Leichtmetallgusses erheblich verbessert werden kann. Die Erfindung besteht darin, daß vor je dem Abguß ein Metallblock (Masse) einer dem Gußge wicht im wesentlichen entsprechenden Masse in den Gasraum über dem Badspiegel der Gießmaschine und vor oder nach dem Ziehen bzw. Auswerfen des Guß stückes in das Bad der Gießmaschine eingebracht wird.The present invention has as its object Creation of a process and a low pressure casting machine for casting molded parts, for example Motor vehicle wheels, made of aluminum, magnesium or The like. Light metals on the basis of which the Metal erosion significantly reduced and accordingly the quality of the light metal casting considerably improved can be. The invention is that before each a metal block (mass) to the casting and the casting weight in the corresponding mass Gas space above the bath level of the casting machine and before or after pulling or ejecting the cast piece is introduced into the bath of the casting machine.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren geschaffen, mit dessen Hilfe der Kontakt des flüssigen Gießmetalls mit oxidierendem Luftsauerstoff weitgehend vermieden ist, so daß das Entstehen von Abbrand praktisch vollständig ausgeschlossen ist. Untersuchungen haben ergeben, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Ab brandrate von bisher im Durchschnitt etwa 1,6% des eingesetzten Materials auf unter 0,5% vermindert wer den kann. Nachdem nach der bisher angewendeten Ar beitsweise der Abbrand weit überproportional von sau erstoffaffinen Legierungsbestandteilen - etwa Magne sium - gebildet wird, ergibt sich auf diese Weise indi rekt darüber hinaus eine wesentliche Qualitätsverbesse rung des erzielten Gusses. Magnesiumlegierte Alumini umgußstücke weisen daher wegen des geringeren Ma gnesiumabbrandes gegenüber Gußstücken, die nach der herkömmlichen Arbeitsweise gegossen worden sind, wesentlich verbesserte Qualitätsmerkmale auf. Diese Wirkung wird weiterhin dadurch erhöht, daß durch das Verfahren der Erfindung Oberflächenwasser bereits vor dem Eintrag des Metalles in die Schmelze abgedampft wird, so daß die nach dem bekannten Verfahren auftre tende Bildung von Wasserstoffgas durch Reaktion von Oberflächenwasser mit Legierungsbestandteilen - im wesentlichen wiederum Magnesium - unter Bildung von Abbrand und Wasserstoff-Gas weitestgehend aus geschlossen wird. Es ergibt sich auch durch diese Wir kung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erhebli che Verbesserung der Qualität des Gußstückes nach Festigkeit und Oberflächenbeschaffenheit.The invention provides a method with whose help the contact of the liquid cast metal with oxidizing atmospheric oxygen is largely avoided, so that the occurrence of erosion is practically complete is excluded. Studies have shown that using the method according to the invention, the Ab fire rate of about 1.6% of the average used material reduced to less than 0.5% that can. After the previously applied Ar for example, the burn is far above average from sau alloy components with affinity for materials - such as magne sium - is formed in this way indi a significant improvement in quality casting achieved. Magnesium alloyed aluminum castings have therefore because of the lower Ma compared to castings made after the have been cast in the conventional way, significantly improved quality features. These Effect is further increased by the fact that Methods of the invention surface water before the entry of the metal evaporated into the melt is, so that occurs according to the known method formation of hydrogen gas by reaction of Surface water with alloy components - in again magnesium essentially - with formation from combustion and hydrogen gas as far as possible is closed. It also results from this we kung of the method according to the invention che improvement of the quality of the casting Strength and surface quality.

Hinzu kommen wesentliche apparative und wärme technische Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens. Durch die durch das frühzeitige Einbringen der Massel in den Gasraum des Tiegels der Gießmaschine und die unmittelbare Einbringung der auf diese Weise vorge wärmten Massel in die Schmelze entfällt die Notwend digkeit der Errichtung und des Betriebes eines geson derten Schmelzofens, wobei die für die Vorwärmung der Massel benötigte Wärme weitestgehend aus Abfall wärme gedeckt wird. Abgesehen von der sich hierdurch ergebenden Verringerung der Investitionskosten wegen des Entfall des Schmelzofens ergibt sich nach den ge wonnenen Erfahrungen insgesamt eine Verringerung des Energiebedarfs von mehr als 15%.Added to this are essential equipment and heat technical advantages of the method according to the invention. Through the early introduction of the pig in the gas space of the crucible of the casting machine and the immediate contribution of the pre-proposed in this way warmed pig in the melt eliminates the need the establishment and operation of a separate The melting furnace, which is used for preheating most of the heat needed from waste heat is covered. Except for this resulting reduction in investment costs the omission of the melting furnace results from the ge overall experience a reduction of energy requirements of more than 15%.

Die erzielten Ergebnisse können noch wesentlich ver bessert werden, beispielsweise dadurch, daß die Kokille während der Gieß- und Erstarrungsphase in Schwin gungen von vorzugsweise zwischen 15 000 und 25 000 Hz versetzt wird. Es wird auf diese Weise nicht nur eine Verdichtung des Gießmaterials in der Kokille während der Erstarrungsphase des Gusses erreicht, die in die Kokille eingeleiteten Schwingungen werden dar über hinaus auch über das Steigrohr in die Schmelze weitergeleitet und bewirken eine Entgasung der Schmelze, so daß das Gießmetall absolut blasenfrei in die Kokille eingedrückt wird.The results achieved can still significantly ver can be improved, for example, in that the mold during the casting and solidification phase in Schwin conditions of preferably between 15,000 and 25 000 Hz is offset. It won't be that way only a compaction of the casting material in the mold reached during the solidification phase of the casting, the Vibrations introduced into the mold are shown in addition, via the riser pipe into the melt forwarded and cause degassing of the Melt so that the casting metal is absolutely bubble-free the mold is pushed in.

Vorteilhaft ist die Füllöffnung des Tiegels der Nieder druckgießmaschine zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung als im wesentlichen horizontaler oder leicht geneigter Füllschacht einer die Stärke der Mas seln nur unwesentlich übersteigenden Höhe und einer solche Breite ausgebildet, daß die Masseln in dem Schacht nebeneinander mit ihrer überwiegenden Länge frei über das Bad auskragend in einer solchen Zahl ge halten werden können, daß ihre Masse mindestens zum Ausgleich des Gußgewichtes ausreicht. Es können auf diese Weise die Masseln aufgrund ihres Eigengewichtes kraftschlüssig und ohne besondere mechanische Hilfs mittel optimal, d. h. weit in den Gasraum über dem Bad einragend in der Gießmaschine gehalten werden, wo durch während der Abkühlungsphase des Gußstückes eine optimale Vorwärmung bis nahe an den Schmelz punkt und gegebenenfalls bereits unter teilweisem Ab schmelzen wird. Die Nutzung von Abwärme kann wei terhin dadurch verbessert werden, daß im Deckel der Gießmaschine eine Vorwärmkammer ausgebildet ist. Es kann auf diese Weise das Gießmaterial unter weiterer Nutzung von Abwärme bereits vor der Einbringung in den Vorwärmschacht angewärmt werden, so daß insge samt keinerlei Taktzeitverluste beim Vergießen eintre ten. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise beim Ein bringen der Masseln in das Bad ein Badtemperaturver lust von lediglich etwa 5°C eintritt, der während der Erstarrungsphase des Gußstückes ohne jeglichen Zeit verlust und unbedeutender Zusatzbeheizung ohne wei teres ausgeglichen werden kann.The filling opening of the crucible is advantageous die casting machine for performing the method of the invention as substantially horizontal or slightly inclined filling shaft one of the strengths of the mas only slightly exceeding height and one formed such a width that the ingots in the Shaft side by side with its predominant length cantilevered over the bathroom in such a number can be kept that their mass at least to Compensation of the casting weight is sufficient. It can on this way the ingots because of their own weight non-positive and without special mechanical aids medium optimal, d. H. far into the gas room above the bathroom be held outstandingly in the casting machine where through during the cooling phase of the casting optimal preheating up to the enamel point and possibly already under partial Ab will melt. The use of waste heat can terhin be improved in that in the lid Casting machine a preheating chamber is formed. It can the casting material under further Use of waste heat even before it is brought in the preheating shaft are warmed, so that in total including no loss of cycle time when potting ten. It has been shown that in this way when entering bring the pigs into the bath a bath temperature ver desire of only about 5 ° C, which occurs during the Freezing phase of the casting without any time loss and insignificant additional heating without white teres can be compensated.

Zur besseren Führung bzw. Halterung der Masseln im Füllschacht - etwas zum Schutz des den Gasraum durchragenden Steigrohres - ist zweckmäßig der Bo den oder die Decke des Füllschachtes mit Stegen verse hen, durch die Führungs- oder Lagerrinnen für jeweils eine Massel abgeteilt werden.For better guidance and mounting of the pigs in the filling shaft - something to protect the gas space protruding riser pipe - is the Bo verse the or the ceiling of the filling shaft with webs hen, through the guide or storage channels for each a pig can be divided.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise ver anschaulicht. Es zeigtThe invention is ver in the drawing, for example vividly. It shows

Fig. 1 den Schmelztiegel einer Niederdruckgießma schine im Längsschnitt, Fig. 1 shows the crucible of a Niederdruckgießma machine in longitudinal section;

Fig. 2 eine Sicht von oben auf den Deckel des Schmelztiegels, Fig. 2 is a view from above of the cover of the crucible,

Fig. 3 einen Schnitt nach A-B durch Fig. 2, Fig. 3 is a section AB of Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt nach C-D durch Fig. 2. Fig. 4 is a section CD by FIG. 2.

Die in der Zeichnung wiedergegebene Niederdruck gießmaschine zum Gießen vom Formteilen, beispiels weise Kraftfahrzeugrädern, aus Aluminium, Magnesium oder dergl. Leichtmetallen besteht im wesentlichen aus einem Tiegel 1 zur Warmhaltung der Schmelze, einer über dem Tiegel angeordneten Gießform 2 sowie einem von der Gießform ausgehenden, den Deckel 3 des Tie gels durchragenden und in die Schmelze einragenden Steigrohr 4, wobei das durch das Gießen des Formteils verbrauchte Metall über die Füllöffnung 5 in die Gieß maschine nachchargiert wird. Die Füllöffnung 5 des Tie gels ist im Deckel als leicht gegen den Tiegel geneigter Füllschacht einer die Stärke der Masseln nur unwesent lich übersteigenden Höhe und einer solchen Breite der art ausgebildet, daß die Masseln im Füllschacht neben einander mit ihrer überwiegenden Länge frei über das Bad auskragend in einer solchen Zahl gehalten werden können, daß ihre Masse mindestens zum Ausgleich des Gußgewichtes ausreicht. Hierbei ist im Füllschacht 5 eine Trennwand 6 vorgesehen, durch die im Beispielsfal le zwei Führungs- oder Lagerkanäle 7 für jeweils eine Massel im Füllschacht 5 abgeteilt sind. Es wird auf diese Weise sichergestellt, daß die Masseln beim Einbringen in den Füllschacht an dem Steigrohr 4 vorbeigeführt werden und nicht in Berührung mit dem Steigrohr - wodurch eine Beschädigung des Steigrohres verursacht werden könnte - gelangen können. Im Deckel der Gießmaschine sind weiterhin zwei Vorwärmkammern 8 ausgebildet, in der die Masseln bereits vor ihrem Ein bringen in den Füllschacht 5 vorgewärmt werden kön nen.The low-pressure casting machine shown in the drawing for casting molded parts, for example motor vehicle wheels, made of aluminum, magnesium or the like. Light metals essentially consists of a crucible 1 for keeping the melt warm, a casting mold 2 arranged above the crucible, and one starting from the casting mold, the cover 3 of the tie protruding and protruding into the melt riser pipe 4 , the metal consumed by the casting of the molded part being replenished via the filling opening 5 into the casting machine. The filling opening 5 of the tie gel is formed in the lid as a slightly inclined filling shaft towards the crucible of a height of the ingots only insignificantly exceeding height and such a width that the ingots in the filling shaft jut out freely with their predominant length over the bathroom can be kept in such a number that their mass is at least sufficient to compensate for the casting weight. In this case, a dividing wall 6 is provided in the filling shaft 5 , through which two guide or storage channels 7 for one ingot each are divided in the filling shaft 5 , by way of example. In this way it is ensured that the ingots are guided past the riser pipe 4 when they are introduced into the filling shaft and do not come into contact with the riser pipe - which could cause damage to the riser pipe. In the lid of the casting machine, two preheating chambers 8 are also formed, in which the ingots can be preheated before they are brought into the filling shaft 5 .

Während des Gießbetriebes wird jeweils vor jedem Abguß, d. h. in der Phase des Ausstoßens des erstarrten Gußstückes, in der die Gießmaschine unter Atmosphä rendruck steht, einerseits die bis auf Schmelztemperatur und gegebenenfalls an den Spitzen bereits abgeschmol zenen Masseln aus dem Füllschacht 5 in das Bad einge bracht und neue Masseln aus der Vorwärmkammer oder von Außerhalb in den Füllschacht derart eingelegt, daß sie mit ihr hinteren Ende im Füllschacht ge klemmt gehalten sind und mit ihrer überwiegenden Län ge in den Raum über der Schmelze einragen. Aufgrund der hierdurch eintretenden Vorwärmung der Massel bis praktisch auf Schmelztemperatur beträgt der Tempera turabfall des Bades beim Einbringen der Masseln bei entsprechender Bemessung der relativen Mengen nur wenige Grad, die in der Regel keine negative Rückwir kung auf den Gießvorgang haben und im übrigen ohne weiteres in der Aufheizphase nach dem Gießen des Formteiles berücksichtigt werden können. Es wird auf diese Weise das verbrauchte Gießmaterial kontinuier lich nachchargiert, wobei der Betrieb eines gesonderten Schmelzofens und die hierdurch verursachten Nachteile vermieden sind.During the casting operation is before each casting, ie in the phase of ejecting the solidified casting, in which the casting machine is under atmospheric pressure, on the one hand the melted down to the melting temperature and possibly at the tips from the filling shaft 5 into the bath Brings and new ingots from the preheating chamber or from outside in the filling shaft so that they are kept clamped with their rear end in the filling shaft and protrude with their predominant length in the space above the melt. Due to the resulting preheating of the ingot to practically the melting temperature, the temperature drop in the bath when the ingot is brought in, with appropriate dimensioning of the relative amounts, is only a few degrees, which generally have no negative effect on the casting process, and otherwise without further ado Heating phase after casting the molded part can be considered. In this way, the used casting material is continuously recharged, the operation of a separate melting furnace and the disadvantages caused thereby being avoided.

Claims

1. A method for casting molded parts, for example motor vehicle wheels, made of aluminum, magnesium or the like. Light metals in low pressure casting machines, which essentially consist of a crucible for keeping the melt warm, a casting mold arranged above the crucible and egg nem starting from the casting mold , the lid of the crucible protruding and a protruding riser pipe into the melt, the metal consumed by the casting of the molded part being recharged into the casting machine, characterized in that before each casting a metal block (ingot) is given to the casting weight in wesentli chen appropriate mass is introduced into the gas space above the bath level of the casting machine and is introduced into the bath of the casting machine before or after the drawing or ejection of the casting.

2. The method according to claim 1, characterized records that the mold during the casting and Solidification phase in vibrations of preference between 15 000 and 25 00 Hz.

3. Low-pressure casting machine for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the filling opening of the crucible is designed as a substantially horizontal or slightly inclined filling shaft ( 5 ) of a height of the ingots only insignificantly exceeding height and such a width that the Masses in the shaft next to each other with their predominant length can be kept cantilevered over the bathroom in such a number that their mass is at least sufficient to compensate for the casting weight.

4. Low pressure casting machine according to claim 3, characterized in that the bottom or the ceiling of the filling shaft with webs or walls ( 6 ) are provided, through the guide or bearing channels or channels ( 7 ) for a pig from divided are.

5. Low pressure casting machine according to claim 3 or 4, characterized in that at least one preheating chamber ( 8 ) is formed on the cover of the casting machine.