DE3940560C2

DE3940560C2 - Verfahren zur Qualitätsüberprüfung von Druckgußteilen beim Einfüllen des flüssigen Metalls in die Gießform

Info

Publication number: DE3940560C2
Application number: DE19893940560
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Lutze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-12-05
Filing date: 1989-12-05
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2009-12-06
Also published as: DE3940560A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätsüberprüfung von Druckgußteilen beim Einfüllen des flüssigen Metalls in die Gießform.

Es ist bekannt, die Gießform für Druckgußteile mit einander gegenüberliegenden Elektroden auszustatten, über die durch das eingepreßte flüssige Metall ein Stromkreis geschlossen wird, so daß erkennbar ist, daß und zu welchem Zeitpunkt das flüssige Metall an die betreffende Stelle der Gießform gelangt ist. Auf diese Weise kann überprüft werden, ob eine ausreichende Füllung der Gießform mit dem flüssigen Metall erfolgt ist. Eine halbwegs vollständige Qualitätsüberprüfung der Druckgußteile ist mit diesem Verfahren nicht möglich. Hierzu muß das Druckgußteil nach der Fertigstellung überprüft und ggf. mit zerstörungsfreien Prüfmethoden untersucht werden. Diese Qualitätssicherung ist aufwendig und nur in Ausnahmefällen unter wirtschaftlichen Aspekten hundertprozentig durchführbar.

Es ist beispielsweise aus der Zeitschrift "Maschinenmarkt", 85 (1979), Seite 843 bis Seite 845 bekannt, eine Schallemissions analyse für die Strömungsvorgänge beim drucklosen Eingießen von Metall in eine Form vorzunehmen. Durch diese Untersuchung im hörbaren Frequenzbereich soll ermittelt werden, ob eine eher laminare oder eine eher turbulente Strömung zustandegekonmen ist und ob sich Konvektionsströmungen ausbilden. Eine Auswertung kann durch eine nachträgliche Analyse der Kurvenformen erfolgen oder für die Strömungsvorgänge durch die Ermittlung einer mittleren Amplitude der aufgenommene Geräusche.

In der genannten Druckschrift ist ferner beschrieben, daß Erstar rungsvorgänge ebenfalls zu charakteristischen Geräuschen führen, wenn sich beispielsweise Lunker ausbilden. Hierfür ist die Ermittlung einer Impulsrate eine geeignete Auswertemethode, da beim Erstarren mit impulsartigen Geräuschen zu rechnen ist. Ein ähnlicher Hinweis findet sich in der Zeitschrift "Schweißtechnik" 1/76 auf Seite 12, wo Risse oder plastische Verformungen eines Körpers - beispielsweise aufgrund eines äußeren Druckes - mit Hilfe von Ultraschallwellen registriert werden können. Gemessen wird dabei die Impulsrate oder Impulssumme im Ultraschallbereich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Qualitätsprüfungs verfahren anzugeben, das eine Überwachung des Einspritzvorganges des flüssigen Metalls in die Gießform beim Druckgießverfahren ermöglicht und die sofortige Aussonderung fehlerhafter Druckgußteile unmittelbar nach dem Gießvorgang erlaubt.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte auf:

- Aufnahme der Ultraschallemissionen mit einem an der Gießform angebrachten Körperschallmikrophon,
- Unterdrückung der Ultraschallsignale, die einen vorgegebenen Schwellwert nicht überschreiten,
- Bildung der Impulssumme der verbleibenden Ultraschallimpulse,
- Korrelation der festgestellten Impulssumme zum zeitlichen Ablauf des Einspritzvorganges.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Echtzeit-Überprüfung des nur Sekundenbruchteile dauernden Einspritzvorganges beim Druckgießen mit einer zuverlässigen Feststellung von Fehlern, die während des Einspritzvorganges auftreten. Überraschenderweise ist ein Charakteristikum für einen fehlerhaften Einspritzvorgang die Höhe und die Dauer des Anstiegs der Impulssumme der gemessenen Ultraschallimpulse. Während man bisher davon ausging, daß Ultraschallimpulse nur für ruckartige Vorgänge an Festkörpern charakteristisch seien, während für Strömungsmessungen allenfalls die Stärke aufgenommener Schallsignale aussagekräftig sein könnten, geht die vorliegende Erfindung von der Erkenntnis aus, daß beim Druckgießvorgang während der Strömungsvorgänge beim Einspritzen Ultraschallimpulse auftreten, die auf Störungen hindeuten. Zur Unterdrückung von Störimpulsen kann es zweckmäßig sein, einen geeigneten Frequenzbereich für die Erkennung der Ultraschallimpulse auszufiltern.

Die Impulssumme ist insbesondere aussagekräftig am Ende der Einspritzphase, am Ende der Nachverdichtungsphase und in dem Zeitraum, der sich unmittelbar an die Nachverdichtungsphase anschließt. Die Impulssumme, die im Anschluß an die Einspritz phase ansteigt, läßt nämlich eindeutig erkennen, daß die Form nicht ausreichend geschlossen war, so daß es zu einem Ausspritzen von Metall gekommen ist. Ein derartiges Ausspritzen macht ein Druckgußteil regelmäßig unbrauchbar. Das Ausspritzen selbst konnte bisher nur durch Beobachtung der Form festgestellt werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist dieser Fehler durch die Beobachtung der Impulssumme im Anschluß an die Einspritzphase sofort und eindeutig erkennbar.

Die Impulssumme, die während der Kolbenbewegung entsteht, deutet auf ein beginnendes Fressen des den Spritzdruck erzeugenden Gießkolbens hin. Dieser Fehler kann daher frühzeitig festgestellt und behoben werden, bevor sich der Gießkolben endgültig festfrißt.

Erfindungsgemäß lassen sich durch die Bildung der Impulssumme beim Druckgießvorgang Überprüfungen vornehmen, die bisher gar nicht oder nur mit zusätzlichem Aufwand möglich waren. Wird der Formfüllungsvorgang mit einer Zwangsentlüftung vorgenommen, hat bisher keine Überprüfungsmöglichkeit existiert, die Funktion der Zwangsentlüftung bereits während des Gießvorganges zu überprüfen. Häufig hat sich eine fehlerhafte Zwangsentlüftung erst herausgestellt, wenn das Druckgußteil wärmebehandelt werden sollte, weil bei einer fehlerhaften Zwangsentlüftung Gas in dem Druckgußteil gelöst bleibt, das während der Zwangsentlüftung zu einer Blasenbildung an der Oberfläche führt. Erfindungsgemäß läßt sich die Funktion der Zwangsentlüftung dadurch überprüfen, daß die Zunahmerate einer eventuellen Zunahme der Impulssumme im Anschluß an den Formfüllungsvorgang ausgewertet wird. Spritzt das Material aus einer nicht dicht schließenden Gießform aus, nimmt die Impulssumme zu, und zwar mit etwa der Steigung, mit der die Impulssumme auch beim Formfüllungsvorgang zugenommen hat. Erfindungsgemäß wird nun ausgenutzt, daß eine Zunahme der Impulssumme im Anschluß an die Formfüllungsphase auch auftritt, wenn die Zwangsentlüftung nicht funktioniert hat. Die Zunahme der Impulssumme aufgrund der nicht funktionierenden Zwangsentlüftung erfolgt jedoch mit einer geringeren Zuwachsrate der Impulssumme, also mit einer geringeren Steigung des Kurvenverlaufs der Impulssumne, als beim Spritzen. Die Zunahme der Impulssumme im Anschluß an den Formfüllungsvorgang bei einer nicht erfolgten Zwangsentlüftung dürfte darauf zurückzuführen sein, daß frühzeitig Erstarrungsgeräusche durch Lunkerbildung auftreten, während die Erstarrungsgeräusche bei einer funktionierenden Zwangsentlüftung aufgrund der Gasporosität des Materials verzögert auftreten. Durch Auswertung der Zunahmerate der Impulssumme im Anschluß an die Formfüllungsphase läßt sich somit erkennen, ob ein Fehler der relativ anfälligen Zwangsentlüftung während des Druckgießvorganges vorgelegen hat oder ob die Zunahme der Impulssumme auf einen anderen Effekt zurückzuführen ist, beispielsweise auf das Spritzen durch eine nicht dichte Gießform.

Überraschenderweise hat sich ferner gezeigt, daß der Verlauf der Zunahme der Impulssumme während der Formfüllungsphase auch ein Indiz für die geeignete Temperatur des in die Gießform einströmenden Materials ist. Ist die beim Formfüllungsvorgang entstehende Impulssumme gering, ist dies ein Zeichen für kälteres einströmendes Material. Auf die geringe Impulssumme während des Formfüllungsvorganges folgt dann eine relativ starke Zunahme der Impulssumme in der anschließenden Gießphase. Die letztgenannte Zunahme der Impulssumme ist auf eine schlechtere Speisung und verstärkte Lunkerbildung durch die zu niedrige Temperatur des einströmenden Materials zurückzuführen.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von gemessenen Kurvenver läufen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine vergleichende Darstellung von typischen Kurvenverläufen für verschiedene Parameter des Druckgießvorganges mit der gemessenen Impulssumme der Ultraschallemission,

Fig. 2 eine Darstellung der Parameter, Kolbenweg, Hydraulikdruck und Impulssumme für einen einwandfreien Druckgießvorgang

Fig. 3 eine Darstellung analog Fig. 2 für einen Gießvorgang mit Ausspritzen des flüssigen Metalls aus der nicht abgedichteten Form.

Fig. 1 zeigt Kurvenverläufe für die Kolbenstellung s_K, den Hydraulikdruck P_H, den Forminnendruck P_i und die gemessene Ultra schallemission SEA. Alle Kurven sind über der Zeit aufgetragen. Mit der Kolbenbewegung wird das flüssige Metall in der 1. Phase aufgestaut und anschließend in der 2. Phase in die geschlossene Druckgußform hineingeschoben. Erst am Beginn der zweiten Phase nach ca. 0,95 s baut sich der das flüssige Metall pressende Hydraulikdruck P_H auf und erzeugt nach Füllung des eigentlichen Formhohlraumes einen entsprechenden Forminnendruck, für den in Fig. 1 zwei Kurven eingezeichnet sind, weil er an zwei verschie denen Stellen der Form gemessen worden ist. Durch die anschlie ßende Füllung eines Entlüftungskanals geht der Forminnen druck etwas zurück und steigt gegen Ende der zweiten Fhase noch einmal an ("Nachverdichtung", 3. Phase). Da der Hydrau likdruck ab dem Ende der zweiten Fhase nach ca. 1,2 s etwa konstant bleibt, sollte der Forminnendruck nach dem Ende der zweiten Phase ebenfalls konstant bleiben. Bei einem ordnungs gemäßen Druckgießvorgang dürfte sich der Kolben nach dem Ende der zweiten Phase, also nach knapp 1,2 s nicht mehr bewegen.

In Fig. 1 ist der Fall dargestellt, daß etwas Schmelze aus der Form ausspritzt. Der Kolben bewegt sich daher weiter bis etwa 1,7 s. Der Innendruck P_i fällt stark ab, obwohl der Hydraulikdruck P_H konstant bleibt. Das durch Herausspritzen des flüssigen Metalls entstandene Volumendefizit wird nicht hinreichend ausgeglichen.

Die Kurve der Ultraschallemissionen SEA, die hier als Impulssumme eingetragen ist, zeigt eine geringe Ultraschallemission in der ersten Phase bei ca. 0,7 s, was auf ein beginnendes Klemmen des Gießkolbens hindeutet. In der Formfüllungsphase (2. Phase) steigt die Impulssumme naturgemäß an, was noch nicht auf einen Fehler schließen läßt. Die Impulssumme müßte aber nach dem Ende der zweiten Phase im wesentlichen konstant bleiben, wenn ein ordnungsgemäßer Druckgießvorgang stattgefunden hätte. Da im vorliegenden Fall Schmelze aus der Form ausgespritzt ist, ist die Impulssumme in dem Zeitraum zwischen 1,2 s-1,7 s stark weiter angestiegen, so daß klar erkennbar war, daß ein Fehler des Druckgußteils vorliegt. Aufgrund der durchgeführten Überwachung kann das fertiggestellte Druckgußteil sofort ausgesondert werden.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Verläufe von Meßsignalen, die sofort die Qualitätsbeurteilung der Druckgußteile aufgrund des Einspritzvorganges ermöglichen.

In Fig. 2 ist die Impulssumme während der zweiten Phase ange stiegen, nach Ende der zweiten Phase jedoch konstant geblieben. Dies ist der Kurvenverlauf von SEA für einen ordnungsgemäßen Gießvorgang, was am Forminnendruck, der üblicherweise nicht gemessen wird, ebenfalls zu erkennen ist.

In Fig. 3 hat ein Ausspritzen stattgefunden. Die Impulssumme SEA ist nach Ende der zweiten Phase weiter angestiegen, auch der Kolben hat sich noch bewegt. Der Forminnendruck ist nach dem Ende der zweiten Phase stark abgefallen.

Es ist erkennbar, daß der zeitliche Verlauf der Impulssumme SEA allein die Beurteilung ermöglicht, ob der Druckgießvorgang feh lerfrei verlaufen ist oder zu einem Ausschußteil geführt hat. Die einfach gebildete Impulssumme läßt sich ohne weiteres schnell auswerten und zur Aussonderung fehlerhafter Gußteile sowie zur Anzeige beginnender Klemmvorgänge des Gießkolbens verwenden.

Claims

1. Verfahren zur Qualitätsüberprüfung von Druckgußteilen beim Einfüllen des flüssigen Metalls in die Gießform mit folgenden Merkmalen:

- Aufnahme der Ultraschallemissionen mit einem an der Gießform angebrachten Körperschallmikrophon,
- Unterdrückung der Ultraschallsignale, die einen vorge gebenen Schwellwert nicht überschreiten,
- Bildung der Impulssumme der verbleibenden Ultraschall impulse,
- Korrelation der festgestellten Impulssumme zum zeitlichen Ablauf des Einspritzvorganges.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Fest stellung der Impulssumme in dem an die Formfüllungsphase unmittelbar anschließenden Zeitraum.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, bei dem die Funktion einer Zwangsentlüftung beim Einfüllen des flüssigen Metalls in eine Druckgießform überprüft wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme der Impulssumme im Anschluß an die Formfüllungsphase ausgewertet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bei dem die Temperatur beim Einfüllen des flüssigen Metalls in eine Druckgießform überprüft wird, dadurch gekennzeichnet, daß der absolute Wert der Impulssumme des Formfüllungsvorganges ausgewertet und mit der Zunahme der Impulssumme im Anschluß an die Formfüllphase korreliert wird.