DE4124021A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von gussteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Herstellung von Gußteilen aus niedrigschmelzenden Metallegierungen.

Für die Herstellung von Hohlräumen in Spritzgießteilen im Ausschmelzverfahren werden Ausschmelzkerne aus niedrigschmelzenden Metallegierungen verwendet, z. B. die Legierung MCP 137 der HEK GmbH. Lübeck, die einen Schmelzpunkt von 138°C aufweist. Bisher ist bekannt, solche Legierungen mit Metallspritzpistolen zu versprühen, mit einem Löffel zu gießen oder in einer (Kunststoff)-Spritzgießmaschine zu vergießen.

Ausgehend von diesem speziellen Anwendungsfall liegt der Erfindung allgemein die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe wirtschaftlich, d. h. bei vertretbarem Aufwand in kurzer Zeit und in relativ großen Stückzahlen, Gußteile aus niedrig­ schmelzenden Metallegierungen hergestellt werden können. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gußteile in einem Druckgußverfahren hergestellt werden.

Druckgußverfahren sind bekannt (vgl. Betriebshütte I "Fertigungsverfahren" 1964 S. 73, 276). Sie werden angewendet z. B. bei der Serienfertigung von Gußteilen aus Aluminium, Zink, Kupfer, Messing, Magnesium, Blei und Zinn. Abgesehen von Blei und Zinn haben die Legierungen, aus denen die bekannten Gußteile herge­ stellt werden, Schmelztemperaturen von 380°C - Zink­ legierungen - und darüber (Hütte "Die Grundlagen der Ingenieur-Wissenschaften" 1989 S. D54). Nur Zinn und Blei haben Schmelzpunkte von 232°C und 327°C (Hütte "Grundlagen" S. D54). Dies ist ein Grund dafür, daß Druckgußteile aus Legierungen, die Zinn und Blei als Hauptkomponente aufweisen, nur untergeordnete Bedeutung haben (Hütte "Fertigungsverfahren" S. 73). Im Sinne der Erfindung sind daher "niedrigschmelzende" Legierungen solche mit einem Schmelzpunkt unter 200°C, vorzugsweise unter 150°C. Hinzu kommt, daß sie Legierungs­ bestandteile aufweisen, die im Druckgußverfahren noch nicht verarbeitet wurden, so die MCP-Legierung 137 Wismut.

Die Probleme bei der Anwendung des Druckgußverfahrens zur Herstellung der Gußteile aus niedrigschmelzenden, dabei dünnflüssigen Legierungen bestehen im wesentlichen darin, daß weder bekannte Angußsysteme, noch herkömmliche maschinelle Einstelldaten, noch die übliche Kühlung übernommen werden können. In Ausgestaltung der Erfindung wird daher die niedrig­ schmelzende Metallegierung Form-Nestern in einer Druckgußform über im Querschnitt verringerte und abgeflachte Gießkanäle zugeführt, wird die Druckgußform, insbesondere ihr Angußsystem, vermehrt gekühlt, und wird die Nachdruckzeit eines Gießkolbens der Druckgußform verlängert.

Die Vorrichtung zur Herstellung von Gußteilen, insbesondere von Ausschmelzkernen der eingangs genannten Art, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein als Stammform aus mehreren Teilen gebildetes Druckgußwerkzeug, zwischen dessen eine Form­ teilungsebene definierenden Formplatten Formnester angeordnet sind, die über einen im Querschnitt ver­ ringerten Gießkanal in der beweglichen Formplatte mit der Metallegierung gefüllt sind, in dessen werkzeug­ seitigen Angußbuchse die Gießkanäle verringerten und abgeflachten Querschnitts fortgesetzt sind, und in dessen Angußbuchse in Zahl und Ausbildung vergrößerte Kanäle für ein Kühlmedium vorgesehen sind. Mit einer solchen Vorrichtung werden die geschilderten Probleme, die bei der Herstellung von Gußteilen aus niedrig­ schmelzenden Metallegierungen aufgetreten sind, gelöst.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im einzelnen beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine Druckgußform.

Das als Ausführungsbeispiel gewählte Druckgußwerkzeug weist ein Düsenhinterteil 1 auf. Das Düsenhinterteil 1 ist Bestandteil einer Druckgußmaschine, bei der es sich sowohl um eine Warmkammer- als auch eine Kaltkammer­ maschine handeln kann. Von der Druckgußmaschine ist nur von Bedeutung, daß sie einen Gießkolben aufweist, der für die niedrigschmelzende und dünnflüssige Metall­ legierung, aus der ein Ausschmelzkern hergestellt werden soll, eine erhöhte Nachdruckzeit aufweist, z. B. für eine MCP-Legierungen 137 von ca. 50 s.

Für die Zufuhr der niedrigschmelzenden Metallegierung weist das Düsenhinterteil 1 axial einen Kanal 11 auf. An den Kanal 11 schließt ein Kanal 21 einer Düsenspitze 2 an. Die Düsenspitze 2 ist maschinenseitig gasdicht an das Düsenhinterteil 1 angepaßt. Werkzeugseitig greift die Düsenspitze 2 in eine Angußbuchse 3 ein, die Bestandteil des Druckgußwerkzeugs ist. Der Übergang der Düsenspitze 2 in die Angußbuchse 3 erfolgt über eine Kegelstumpf-Fläche. ln der Verlängerung der Kegel­ stumpf-Fläche ist die Düsenspitze 2 kopfartig ausgebildet.

Das Druckgußwerkzeug ist als Stammform aus mehreren Teilen gebildet. Der Düsenspitze benachbart ist eine Aufspannplatte 4 vorgesehen, an die sich eine Form­ platte 5 anschließt. Aufspannplatte 4 und Formplatte 5 nehmen den festen Teil 31 der Angußbuchse 3 auf. Der bewegliche Teil des Druckgußwerkzeugs ist von einer Formplatte 6 gebildet, die an der Formplatte 5 anliegt, sowie von einer Zwischenplatte 7. Sie nehmen den beweglichen Teil 32 der Angußbuchse 3 auf. Vervollständigt wird der bewegliche Teil des Druckgußwerkzeugs von nicht dargestellten üblichen Teilen, nämlich von Auswerfern, die in dem beweglichen Teil des Druckgußwerkzeugs geführt sind und mit ihren Spitzen in den Formnestern 62 und dem Ringkanal 33 münden, Leisten und einer Aufspannplatte.

Zwischen den die Formteilungsebene definierenden Form­ platten 5; 6 sind Formnester 51 angeordnet. Die Formnester werden mit der flüssigen Legierung über einen Gießkanal 62, 34 versorgt. Der Gießkanal 62, 34 ist in die - bewegliche - Formplatte 6 und die Angußbuchse 3 eingebracht. In dem Druckgußwerkzeug sind mehrere Gießkanäle 62, 34 vorgesehen, soweit es wirtschaftlich ist, mehrere Nester einzuarbeiten, die von einem ringförmigen Gießkanal 33 in dem beweglichen Teil 32 der Angußbuchse 3 ausgehen. Für die als Ausführungsbeispiel gewählte Legierung MCP 137 hat der Ringkanal 33 einen Querschnitt von ca. 2×2 mm². Der Gießkanal 62, 34 ist demgegenüber abgeflacht.

Bestandteil des in der beweglichen Formhälfte liegenden Teils 32 der Angußbuchse 3 ist ein Verteilerzapfen 35, der das Druckgußwerkzeug axial durchsetzt. Der Verteilerzapfen 35 endet in einer fingerartigen Spitze 36. Die Spitze 36 steht über den festen Teil 31 der Angußbuchse 3 vor und ragt in den Kanal 21 der Düsenspitze 2 hinein. Zwischen der Außenfläche der Spitze 36 und den Innenflächen von Düsenspitze 2 und Angußbuchse 3 sowie - in Fortsetzung - der Außenfläche des Verteilerzapfens 35 und der Innenfläche des festen Teils 31 der Angußbuchse 3 ist die Verlängerung des Zufuhrkanals für die flüssige Metallegierung gebildet. Dieser Zufuhrkanal hat im wesentlichen die Form eines dünnen Kegelstumpfmantels. An seinem Fuß geht der Kegelstumpfmantel in die ringförmigen Kanäle 33 um den Verteilerzapfen 35 über.

Innen ist der Verteilerkopf 35 von in Axialrichtung verlaufenden Kühlbohrungen 37 durchsetzt, die in Kühl­ bohrungen 38 in dem beweglichen Teil 32 der Angußbuchse 3 übergehen, die wiederum von quer angeordneten Kühlbohrungen 71 in der Zwischenplatte 7 gespeist sind. Um den Verteilerzapfen 35 als Achse sind außerdem U-förmige Kühlbohrungen 39 in dem beweglichen Teil 32 der Angußbuchse 3 vorgesehen. Als Kühlmittel ist kaltes Wasser, möglichst deutlich unter 10°C, eingesetzt. Der Durchfluß liegt - für vier Werkzeugplatten, Angußbuchse und Verteilerzapfen - bei 20 l/min. Die Zahl der Kühlkanäle kann erhöht werden.

Die Querschnitte der Kanäle für die Zufuhr der Metall­ legierung sind wegen deren Dünnflüssigkeit kleiner als beispielsweise bei Zink-Druckguß. Zugleich sind diese Querschnitte aber so gehalten, daß es in einem vertret­ barem Zeitraum überhaupt zu einer Erstarrung, zum "Abfrieren" der Metallegierung kommt. Die Querschnitte sind daher abgeflacht, was andererseits die "Fließ­ reibung" erhöht. Bereits der Bereich des Übertritts der flüssigen, niedrigschmelzenden Metallegierung aus der Düsenspitze 2 in die Angußbuchse 3 ist durch den Verteilerkopf 35 mit der Spitze 36 völlig neu gestaltet. Die Forderung nach einem kurzen Arbeitstakt, folglich auch einer kurzen Erstarrungszeit, - erst nach dem Erstarren der flüssigen Metallegierung kann der Gießkolben der Druckgußmaschine in seine Ausgangs­ position zurückfahren, weil sonst der Druck in dem Form-Hohlraum zusammenbricht und sogar flüssiges Metall aus der Form herausgesaugt werden kann - steht im Widerspruch zu der Dünnflüssigkeit der niedrig­ schmelzenden Metallegierungen. Trotz Abflachung der Kanäle und trotz eines dicht arbeitenden Kolbens ist die Nachdruckzeit von ca. 50 s bisher nicht zu unter­ schreiten.

Bei der Legierung MCP 137 gibt es nahezu eine ähnliche Gestaltungsfreiheit wie bei herkömmlichen Druck­ gußteilen. Man kann die MCP-Druckgußteile in Kunststoff-Formen einlegen, mit Kunststoff umspritzen, anschließend das gewonnene Kunststoffteil erwärmen und den MCP-Kern wieder ausschmelzen. Hierdurch gibt es die Möglichkeit, auf wirtschaftliche Weise eine weitgehend freie Hohlraumgestaltung zu betreiben. Druckgußteile aus niedrigschmelzenden Legierungen, die in einer Mehrfach-Form der beschriebenen Art gefertigt sind, sind wirtschaftlicher herzustellen als mit Hilfe der bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen. Mit der Vorrichtung nach der Erfindung kann auch in einer Kunststoff-Spritzgußmaschine gearbeitet werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Gußteilen aus niedrigschmelzenden Metallegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußteile in einem Druckgußverfahren hergestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigschmelzende Metallegierung Form- Nestern in einem Druckgußwerkzeug über im Quer­ schnitt verringerte und abgeflachte Gießkanäle zugeführt wird, daß das Druckgußwerkzeug, insbesondere sein Angußsystem, vermehrt gekühlt wird, und daß die Nachdruckzeit eines Gießkolbens des Druckgußwerkzeugs verlängert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2 für einen Ausschmelzkern aus der Legierung MCP 137, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt eines ringförmig in einen Verteilerzapfen des Angußsystems eingebrachten Verteilerkanals 2×2 mm², der Kühlmittelfluß mindestens 20 l/min. Wasser und die Nachdruckzeit des Gießkolbens ca. 50 s beträgt.

4. Vorrichtung zur Herstellung von Gußteilen aus niedrigschmelzenden Metallegierungen, gekenn­ zeichnet, durch ein als Stammform aus mehreren Teilen gebildetes Druckgußwerkzeug, zwischen dessen eine Formteilungsebene definierenden Formplatten (5, 6) Formnester (51) angeordnet sind, die über einen im Querschnitt verringerten Gießkanal (62) in der beweglichen Formplatte (6) mit der Metall­ legierung gefüllt sind, in deren werkzeugseitiger Angußbuchse (3) die Gießkanäle verringerten und abgeflachten Querschnitts fortgesetzt sind, und in deren Angußbuchse (3) in Zahl und Ausbildung vergrößerte Kanäle (39) für ein Kühlmedium vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgußwerkzeug axial von einem Verteiler­ zapfen (35) durchsetzt ist, dessen fingerartig über eine werkzeugseitige Angußbuchse (3) vorstehende Spitze (36) in den Zufuhrkanal (21) einer maschinen­ seitig angeordneten Düsenspitze (2) hineinragt, der außen mit der Angußbuchse (3) einen im wesentlichen als dünner Kegelstumpfmantel ausgebildeten Zufuhr­ kanal bildet und der innen von einer in Axial­ richtung bis in den Ansatz der Spitze (36) verlaufenden Kühlbohrung (37) durchsetzt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Angußbuchse (3) um den Ver­ teilerzapfen (35) als Achse U-förmige Kühl­ bohrungen (38) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Fuß des als Kegelstumpfmantel ausgebildeten Zufuhrkanals ein ringförmiger Zufuhrkanal (33) geringen Querschnitts zwischen der Angußbuchse (3) und dem Verteilerzapfen (35) vorgesehen ist, von dem zwischen der festen (5) und der beweglichen Formplatte (6) angeordnete Gießkanäle (62) ausgehen, von denen jeder in einem Formnest (51) mündet.