DE4040032A1 - Pressure diecasting filling bush prodn. - by hot isostatic pressing of tungsten alloy or ceramic lining or body - Google Patents
Pressure diecasting filling bush prodn. - by hot isostatic pressing of tungsten alloy or ceramic lining or bodyInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Füllbüchsen für Druckgußmaschinen. Die Füllbüchsen werden mit einer Schutzschicht aus pul vermetallurgischem, W enthaltendem Material oder aus ke ramischem Material hergestellt. Die erfindungsgemäß hergestellten Füllbüchsen besitzen eine hohe Lebensdauer und werden durch das bei der Verwendung mit der Füll büchse in Kontakt kommende, flüssige Metall kaum ange griffen.The present invention relates to a method for the production of stuffing boxes for die casting machines. The stuffing boxes are made with a protective layer of pul metallurgical, W-containing material or ke made of Raman material. The invention produced filling cans have a long service life and by that when using with the filling bushing coming into contact, liquid metal barely on attacked.
Die heutigen Druckgießmaschinen zur Herstellung formgenauer Aluminium- oder Zinkdruckgußteile besitzen zum Einfüllen des flüssigen Materials eine Füllkammer oder Füllbüchse. Ein in der Füllbüchse geführter Kolben drückt das durch die Füllöffnung eingefüllte flüssige Metall in den Formhohlraum. Darin erstarrt die Schmelze und der Kolben wird zurückgezogen und gibt die Einfüll öffnung frei für den nächsten Einfüllvorgang. Während dieses Prozesses wird die Füllbüchse mehrfach belastet:Today's die casting machines for the production own more accurate aluminum or zinc die-casting for filling the liquid material, a filling chamber or stuffing box. A guided in the Füllbüchse piston pushes the filled through the filling opening liquid Metal in the mold cavity. The melt solidifies in it and the piston is withdrawn and gives the filling Opening free for the next filling process. While In this process, the stuffing box is loaded several times:
- a) eine Temperaturwechselbelastung durch das Einfüllen des flüssigen Materials und das anschließende Weg drücken des heißen Materials und wieder Freigabe der Füllöffnung an zirkulierende Luft;a) a change in temperature by the filling of the liquid material and the subsequent route pressing the hot material and releasing the again Filling opening to circulating air;
- b) Angriff der Füllbüchse unterhalb der Einfüllöffnung durch Einfüllen des flüssigen Materials. Der Gieß strahl trifft immer die gleichen Örtlichkeiten, heizt das Material auf und transportiert beim Weg laufen gelöste Teile der Füllbüchse mit in die Form;b) Attack of the filling box below the filling opening by filling the liquid material. The casting Strahl always hits the same places, heats the material and transports the way Run loose parts of the filling can with in the form;
- c) Angriff der Füllbüchse während des Druckvorganges durch das sich bewegende flüssige Metall; c) Attack of the stuffing box during the printing process by the moving liquid metal;
- d) mechanische Druckbelastung der Füllbüchse, wenn der Kolben das flüssige Material durch die Einfüllöff nung in den Formhohlraum drückt.d) mechanical pressure load on the stuffing box when the Piston the liquid material through the filling holes tion in the mold cavity presses.
Üblicherweise besteht eine solche Füllbüchse aus den Werkstoffen 1.2344 oder 1.2343, die auf eine Härte von HRC = 40-46 gebracht werden. Leider führen aber Aus waschungen unter der Füllöffnung zu vorzeitiger Außer betriebnahme der Füllbüchsen und verursachen außer den direkten Reparaturkosten für die Flickarbeiten (ausdre hen auf einen größeren Durchmesser) zusätzliche Still standszeiten der Druckgußmaschinen, die einen hohen Stundensatz aufweisen.Usually, such a stuffing box is made the materials 1.2344 or 1.2343, which have a hardness of HRC = 40-46. Unfortunately, but lead out washings under the fill opening too premature start-up of the filling cans and cause except the direct repair costs for the patchwork (excl hen on a larger diameter) additional Still standing times of the die casting machines, the high Hourly rate.
Es wurde deshalb seit längerer Zeit versucht, die Standzeiten der Füllbüchsen durch eine Verbesserung der Verschleißeigenschaften an der Innenseite zu verlän gern. Dies wurde in erster Linie durch ein zusätzliches Nitrieren des Stahls versucht, brachte aber nicht den durchschlagenden Erfolg. Weitere Experimente mit PVD- oder CVD-Schichten (<15 µm) brachten eher Verschlechte rungen, da nach dem ersten Aufbrechen der Schicht der darunterliegende Stahl überhaupt nicht mehr geschützt war.It has therefore been tried for a long time, the Service life of the filling cans by improving the Wear features on the inside to extend gladly. This was primarily through an additional Nitriding the steel tried, but did not bring the resounding success. Further experiments with PVD or CVD layers (<15 μm) were more likely to cause deterioration because after the first break up of the layer underlying steel is no longer protected was.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Füllbüchsen zur Verfügung zu stellen, die frei von den obengenannten Nachteilen sind. Gegenstand der Erfindung ist das in Anspruch 1 de finierte Verfahren.Object of the present invention is a Method of making stuffing boxes available to provide, free from the above disadvantages are. The invention is the in claim 1 de Finished procedures.
Erfindungsgemäß wurde dieses Problem nun gelöst, indem wiederum als tragendes Material Stahl gewählt wur de, wobei die Stahlqualität nur nach den Festigkeitsbe dürfnissen festgelegt werden muß. Bei niedrigen spezi fischen Flächendrücken reicht ein Stahl der Qualität St 52. Wird eine höhere Festigkeit verlangt, wird ein Ver gütungsstahl der Qualitäten 1.2344 oder 1.2343 gewählt, der durch eine entsprechende Wärmebehandlung auf die ge wünschte Festigkeit gebracht wird.According to the invention, this problem has now been solved in turn choosing steel as the supporting material de, the steel quality only after the Festigkeitsbe must be determined. At low speci A surface quality St 52. If higher strength is required, a Ver tempered steel grades 1.2344 or 1.2343 are selected, by a corresponding heat treatment on the ge desired strength is brought.
Erfindungsgemäß wird mittels heißisostatischem Pressen eine selbsttragende Verschleißschicht von vor zugsweise <0,5 mm in einen Hohlkörper eingebracht. Nor malerweise beträgt die Schichtdicke 2 mm. Dadurch wird dem Material in sich eine genügende Festigkeit verliehen und bei Beanspruchungen wird das Abplatzen der Schicht verhindert. Zusätzlich wird diese Schicht noch mittels des HIP-Verfahrens mit dem Grundmaterial durch Bildung einer Diffusionsschicht verbunden. Dies verhindert wie derum Abplatzungen.According to the invention by means of hot isostatic Press a self-supporting wear layer of before preferably introduced <0.5 mm in a hollow body. Nor Usually the layer thickness is 2 mm. This will the material in itself given a sufficient strength and under stress, the popping of the layer prevented. In addition, this layer is still using of the HIP process with the base material by formation connected to a diffusion layer. This prevents how in turn flaking off.
Die Schichtzusammensetzung bildet aber die ent scheidende Frage für die Lebensdauer der Füllbüchse. Gu te mechanische Haftung, genügend große Schichtstärke sind eine Voraussetzung.However, the layer composition forms the ent Outstanding question for the life of the filling can. Gu te mechanical adhesion, sufficiently large layer thickness are a requirement.
Eine Materialwahl, die garantiert, daß die
Schicht nicht durch das flüssige Material angegriffen
wird, ist erfindungsgemäß durch folgende Überlegungen
ausgelöst worden:
Wolfram + Mo besitzen einen hohen Schmelzpunkt
und werden durch flüssiges Aluminium und Zink kaum an
gegriffen. Das Einbringen von Wolfram oder Mo in eine
Stahlbüchse erweist sich aber als sehr schwierig und
aufwendig. Eine Lösung bietet die Pulvermetallurgie
durch heißisostatisches Pressen. Aber auch da bietet
der hohe Schmelzpunkt von W + Mo Probleme, denn um eine
hohe Dichte bei geringer Porosität zu erreichen, sind
Sintertemperaturen zu wählen, die über dem Schmelzpunkt
des Stahls liegen. Aus diesem Grunde wurde dem Material
Co beigegeben, um die Sinteraktivität zu erhöhen und die
Sintertemperatur in den Bereich unterhalb des Schmelz
punktes von Stahl zu setzen. Die Zugabe von C erhöht die
Härte der Verschleißschicht durch Bildung von Karbiden.A choice of material which guarantees that the layer is not attacked by the liquid material has been triggered according to the invention by the following considerations:
Tungsten + Mo have a high melting point and are hardly attacked by liquid aluminum and zinc. The introduction of tungsten or Mo in a steel can, however, proves to be very difficult and expensive. One solution is powder metallurgy by hot isostatic pressing. But even here, the high melting point of W + Mo poses problems, because in order to achieve a high density with low porosity, sintering temperatures above the melting point of the steel must be selected. For this reason, Co was added to the material to increase the sintering activity and set the sintering temperature in the range below the melting point of steel. The addition of C increases the hardness of the wear layer by forming carbides.
Da eine Sinterung nicht ausreicht, um eine genü gend hohe Dichte der Schutzschicht und einen Verbund mit dem Grundmaterial zu erreichen, wurde das heißisostati sche Preßverfahren gewählt, das während des Sinterns zusätzlich auf das zu sinternde Material einen hohen Druck ausübt.Since a sintering is not sufficient to a genü high density of the protective layer and a bond with To reach the basic material became the hot isostati selected during the sintering in addition to the material to be sintered a high Pressure exerts.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Zeich nungen näher erläutert. Es zeigt:In the following the invention with reference to drawing explained in more detail. It shows:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß hergestellte Füllbüchse;1 shows a longitudinal section through an inventively prepared shot sleeve.
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Festkerns und Fig. 2 is a longitudinal section through an arrangement for carrying out the method according to the invention using a solid core and
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Hohlkerns. Fig. 3 shows a longitudinal section through an arrangement for carrying out the method of the invention using a hollow core.
In dem in Fig. 1 dargestellten Werkzeug besitzt die Füllbüchse 1 die Schutzschicht 2 aus Wolfram-halti gen Sinterwerkstoff oder aus keramischem Material. Der Kolben 3 drückt das durch die Füllöffnung 4 in den Hohl raum 5 der Füllbüchse eingefüllte flüssige Metall durch die Werkzeugeinfüllöffnung 6 in den Formhohlraum 7. Nach der Erstarrung der Schmelze in diesem Formhohlraum wird der Kolben 3 zurückgezogen und die Einfüllöffnung 4 wird für den nächsten Einfüllvorgang freigegeben.In the tool shown in Fig. 1, the Füllbüchse 1 has the protective layer 2 made of tungsten Halti conditions sintered material or ceramic material. The piston 3 presses the filled through the filling opening 4 in the hollow space 5 of the filling sleeve liquid metal through the tools filling opening 6 in the mold cavity. 7 After the solidification of the melt in this mold cavity, the piston 3 is withdrawn and the filling opening 4 is released for the next filling operation.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung zur Herstellung einer Füllbüchse mit einer inneren Schutzschicht aus Sinterme tall. Hier werden feste Kerne 9, 10 auf der Innenseite und bei der Einfüllöffnung verwendet. Zwischen dem Grundkörper 12 und dem inneren Festkern 9 befindet sich der Zwischenraum 11, welcher zur Aufnahme der Schutz schicht dient. Dieser Raum ist mit dem pulverförmigen Ausgangsmaterial für die Sinterung aufgefüllt. Bei ge fülltem Zustand wird der Zwischenraum mit dem pulverför migen Material durch die Deckel 13 und 14 verschlossen. Fig. 2 shows an arrangement for producing a stuffing box with an inner protective layer of Sinterme tall. Here solid cores 9 , 10 are used on the inside and at the filling opening. Between the base body 12 and the inner solid core 9 is the intermediate space 11 , which serves to receive the protective layer. This space is filled with the powdery raw material for sintering. When ge fülltem the gap with the powderför-shaped material through the lid 13 and 14 is closed.
Fig. 3 zeigt ebenfalls einen Schnitt durch eine Anordnung zur Herstellung einer Füllbüchse mit einer verstärkten Innenschicht. Im Gegensatz zu der Anordnung gemäß Fig. 2 wird hier ein Hohlkern 15 verwendet, wel cher zur Bildung des Hohlraums 17 zwischen dem Grund körper 16 und der Wand des Hohlkerns dient. Durch die Ausgestaltung am unteren Ende des Hohlkörpers ist ledig lich ein oberer Deckel 18 erforderlich. Durch die Anwen dung von Druck wird das Pulvermaterial durch die Wand 15 des Hohlkernes zusammengedrückt. Fig. 3 also shows a section through an arrangement for producing a stuffing box with a reinforced inner layer. In contrast to the arrangement of FIG. 2 here is a hollow core 15 is used, wel cher to form the cavity 17 between the base body 16 and the wall of the hollow core is used. Due to the design at the lower end of the hollow body is single Lich an upper lid 18 is required. By the appli cation of pressure, the powder material is compressed by the wall 15 of the hollow core.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfin dung werden spezielle Ausführungsbeispiele erläutert:For a better understanding of the present invention Special embodiments are explained:
Ein Stahl der Qualität St 52 wurde innen um das aufzutragende Maß der gewünschten Schichtstärke aus gedreht und mit einem Hohlrohr oder Festkern gemäß Fig. 2 gekapselt. Der Hohlraum wurde mit einem Gemisch vonA steel of quality St 52 was turned inside out by the amount of the desired layer thickness to be applied and encapsulated with a hollow tube or solid core according to FIG . The cavity was filled with a mixture of
gefüllt und der Deckel oben angeschweißt.filled and the lid welded on top.
Dieser derartig gefertigte Körper wurde in eine heißisostatische Presse eingebracht und während 3 h einem Druck von <1000 MPa bei einer Temperatur von 1340°C ausgesetzt. Dies war ausreichend, um einen Ver bund zwischen den beiden Materialien zu erhalten und eine dichte Schutzschicht zu bilden. Die nachfolgende Bearbeitung brachte den Körper in die gewünschte Füll büchsenform. Der Einsatz in einer Druckgußmaschine er brachte eine Standzeit von ca. 60 000 Schuß, was einer Standzeitverbesserung von 4× entspricht.This body made in such a way was in a introduced hot isostatic press and during 3 h a pressure of <1000 MPa at a temperature of 1340 ° C exposed. This was enough to get a ver to obtain a bond between the two materials and to form a dense protective layer. The following Machining brought the body into the desired filling bush form. The use in a die-casting machine he brought a life of about 60 000 shot, which is a Life time improvement of 4 × corresponds.
Da derartige Körper nicht leicht zu bearbeiten und relativ teuer sind, wurde versucht, auf Eisenbasis eine neue Legierung zu entwickeln, die Kompromisse an die Verschleißfestigkeit zuläßt, aber einfacher her zustellen und zu bearbeiten ist.Because such bodies are not easy to work with and relatively expensive, was tried on an iron basis to develop a new alloy that compromises the wear resistance allows, but easier ago to deliver and to process.
Gewählt wurden wiederum die Grundelemente W + Mo, die mit flüssigem Aluminium und Zink schlecht reagieren. Um eine direkte Herstellungsart zu ermöglichen, wurden diese Elemente mit reinem Eisen legiert. Chrom, Kohlen stoff und Vanadium wurden beigegeben, um die Ver schleißfestigkeit wie auch die reine Festigkeit des Ma terials zu verbessern.In turn, the basic elements W + Mo, which react badly with liquid aluminum and zinc. To enable a direct production, were alloying these elements with pure iron. Chrome, carbon and vanadium were added to the Ver wear resistance as well as the pure strength of Ma materials.
Eine Legierung der AnalyseAn alloy of analysis
wurde verdüst. Die entstandenen Kugeln in der Größe von 0-1000 µm wurden in eine Stahlkapsel gefüllt, ver schweißt und heißisostatisch verpreßt.was atomized. The resulting balls in the size of 0-1000 microns were filled in a steel capsule, ver welds and hot isostatically pressed.
Ein derartig hergestellter Rohling wurde zu einer Füllbüchse bearbeitet, wärmebehandelt und wiederum bei einer Druckgießmaschine eingesetzt. Die erreichten Standzeiten lagen bei 40 000 Schuß, was einer Verdoppe lung der gewöhnlichen Standzeit entspricht.Such a blank prepared became a Füllbox processed, heat treated and turn at a die casting machine used. The reached Service life was 40,000 rounds, which is a doubling normal life.
Metallische Schutzschichten können langzeitig dem Angriff des flüssigen Metalls nicht standhalten. Der Einsatz von höher schmelzenden Metallen bringt zwar eine bedeutende Verbesserung, ist aber noch nicht die opti malste Lösung. Es wurde darum überlegt, ob nicht eine keramische Masse noch besseren Schutz bietet. Die Be netzbarkeit von Keramik gegenüber Stahl ist klein und bei gewissen Typen ausgesprochen gering. Als Nachteil der Keramik sind die schlechte mechanische Bearbeitbar keit und die niedrige Zugfestigkeit zu erwähnen. Mittels eines durch heißisostatisches Pressen hergestellten Verbundkörpers ist aber auch für diese Probleme eine Lö sung anzubieten.Metallic protective coatings can be used for a long time Attack of the liquid metal can not withstand. The Use of higher-melting metals does bring one significant improvement, but is not yet the opti very first solution. It was therefore considered, if not one ceramic mass offers even better protection. The Be The wettability of ceramics over steel is small and very low for certain types. As a disadvantage the ceramic are the poor mechanical machinable and the low tensile strength. through one produced by hot isostatic pressing Composite body is also a Lö for these problems offer.
Ein Körper aus St 52 nach Skizze 2, Variante Festkern, wurde hergestellt und der Hohlraum mit einem Pulver der Qualität Si AlON, Korngröße <10 µm, gefüllt. Mit den beiden Deckeln wurde dieser Körper gasdicht ver schweißt und bei 1300°C während 3 h mit 1000 MPa heiß isostatisch gepreßt. Nach dem HIP′en wurde der Festkern aus Stahl ausgebohrt und die Innenform durch Honen auf den gewünschten Durchmesser gebracht. Ein relativ billi ger Bearbeitungsaufwand an der harten Keramik wurde durch den der Endkontur nahen Stahlinnenkern möglich. Die Fertigbearbeitung erfolgte am Stahl problemlos, da auch die Einfüllöffnung durch das Einbringen eines Fest kerns endkonturnahe gebracht werden konnte.A body of St 52 after sketch 2, variant Solid core, was manufactured and the cavity with a Powder of quality Si AlON, grain size <10 μm, filled. With the two lids, this body was gas-tight ver welds and at 1300 ° C for 3 h with 1000 MPa hot isostatically pressed. After the HIP'en became the hard core drilled out of steel and the inner shape by honing up brought the desired diameter. A relatively cheap ger processing effort on the hard ceramic was by the near the end contour near inner steel core possible. The finishing took place on the steel without problems, because also the filling opening by introducing a hard kerns near net shape could be brought.
Durch die Kombination einer festen Stahlschicht außen und der Keramikbeschichtung innen gelang es, im Praxisversuch die Standzeit um ein mehrfaches der ge wöhnlichen zu verbessern.By combining a solid steel layer outside and the ceramic coating inside succeeded in the Practical test the service life by a multiple of ge ordinary to improve.
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