DE4124021C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gußteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Herstellung von Ausschmelzkernen aus der Legierung MCP 137, die aus 59,9% Wismut, 39,8% Zinn und 0,01% Chrom bei einer Toleranz von ± 0,2% besteht sowie einen Schmelzpunkt von 138°C aufweist.

Für die Herstellung von Hohlräumen in Spritzgießteilen im Ausschmelzverfahren werden Ausschmelzkerne aus einer niedrigschmelzenden Metallegierung verwendet, nämlich aus der Legierung MCP 137 der HEK GmbH. Lübeck, die die vorgenannte Zusammensetzung aufweist (vgl. deren Informationsblatt 7/300 "Werkzeugbau nach dem MCP/TAFA- Spritzverfahren" aus 2/91 zusammen mit einer Analyse des Staatlichen Materialprüfungsamts Nordrhein- Westfalen, Dortmund). Bisher ist bekannt, diese Legierung mit Metallspritzpistolen zu versprühen, um eine metallgespritzte Oberfläche oder eine Hinter­ fütterung in einem Spritzgießwerkzeug herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe wirtschaftlich, d. h. bei vertretbarem Aufwand in kurzer Zeit und in relativ großen Stückzahlen, Ausschmelzkerne aus der Legierung MCP 137 hergestellt werden können. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ausschmelz­ kerne in einem Druckgießverfahren hergestellt werden, bei dem die Legierung MCP 137 den Formhohlräumen im Druckgießwerkzeug aber im Querschnitt sich verringernde und abgeflachte Gießkanäle zugeführt wird, das Druckgießwerkzeug mit seinem Angußsystem mit mindestens 20 l/min. gekühlt wird, und die Nachdruckzeit im Druckgießwerkzeug ca. 50 s beträgt.

Druckgießverfahren 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; Brunhuber "Praxis der Druckgußfertigung" 3. Aufl. 1980 S. 331).

Die bei der Erfindung verwendete Legierung MCP 137 ist eine niedrigschmelzende Legierung mit einem Schmelz­ punkt von 138°C. Sie wurde bisher für Druckgießver­ fahren nicht verwendet. Außerdem weist sie einen Legierungsbestandteil auf, der im Druckgießverfahren bisher nicht verarbeitet wurde, nämlich Wismut.

Die Probleme bei der Anwendung des Druckgießverfahrens auf die Herstellung von Ausschmelzkernen aus der niedrigschmelzenden, dabei dünnflüssigen Legierung MCP 137 bestehen im wesentlichen darin, daß weder bekannte Angußsysteme, noch herkömmliche maschinelle Einstelldaten, noch die übliche Kühlung übernommen werden können. Bei der Erfindung wird daher die Legierung MCP 137 den Formhohlräumen im Druckgieß­ werkzeug über die im Querschnitt sich verringernden und abgeflachten Gießkanäle zugeführt, wird das Druckgieß­ werkzeug, insbesondere sein Angußsystem, vermehrt gekühlt, und wird die Nachdruckzeit im Druckgieß­ werkzeug verlängert.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein aus mehreren Teilen gebildetes Druckgießwerkzeug, zwischen dessen eine Formteilungsebene definierenden Formhälften Formhohlräume angeordnet sind, die über im Querschnitt sich verringernde Gießkanäle in der beweglichen Formhälfte mit der Legierung MCP 137 füllbar sind, in deren werkzeugseitiger Angußbuchse die Gießkanäle verringerten und abgeflachten Querschnitts fortgesetzt sind, und in dessen Angußbuchse in Zahl und Ausbildung große Kanäle für ein Kühlmedium vorgesehen sind. Mit einer solchen Vorrichtung werden die geschilderten Probleme, die bei der Herstellung von Gußteilen aus niedrigschmelzenden 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 ein Druckgießwerkzeug.

Das als Ausführungsbeispiel gewählte Druckgießwerkzeug weist ein Düsenhinterteil 1 auf. Das Düsenhinterteil 1 ist Bestandteil einer Druckgießmaschine, bei der es sich sowohl um eine Warmkammer- als auch eine Kalt­ kammermaschine handeln kann. Von der Druckgießmaschine ist nur von Bedeutung, daß sie einen Gießkolben auf­ weist, der für die niedrigschmelzende und dünnflüssige Legierung MCP 137, aus der ein Ausschmelzkern hergestellt wird, eine erhöhte Nachdruckzeit aufweist, nämlich von ca. 50 s.

Für die Zufuhr der Legierung MCP 137 weist das Düsen­ hinterteil 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 Druckgießwerkzeugs ist. Der Übergang der Düsenspitze 2 in die Angußbuchse 3 erfolgt über eine Kegelstumpf-Fläche. In der Verlängerung der Kegel­ stumpf-Fläche ist die Düsenspitze 2 kopfartig ausgebildet.

Das Druckgießwerkzeug ist aus mehreren Teilen gebildet. Der Düsenspitze benachbart ist eine Aufspannplatte 4 vorgesehen, an die sich eine Formplatte 5 anschließt. Aufspannplatte 4 und Formplatte 5 nehmen den festen Teil 31 der Angußbuchse 3 auf. Der bewegliche Teil des Druckgießwerkzeugs 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 Druckgießwerkzeugs von nicht dargestellten üblichen Teilen, nämlich von Auswerfern, die in dem beweglichen Teil des Druckgießwerkzeugs geführt sind und mit ihren Spitzen in den Formhohl­ räumen 62 und dem Ringkanal 33 münden, Leisten und einer Aufspannplatte.

Zwischen den die Formteilungsebene definierenden Form­ platten 5; 6 sind Formhohlräume 51 angeordnet. Die Formhohlräume 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 Druckgießwerkzeug sind mehrere Gießkanäle 62, 34 vorgesehen, soweit es wirtschaftlich ist, mehrere Formhohlräume einzuar­ beiten, die von einem ringförmigen Gießkanal 33 in dem beweglichen Teil 32 der Angußbuchse 3 ausgehen. Für die Legierung MCP 137 hat der Ringkanal 33 einen Quer­ schnitt 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 Druckgießwerkzeug 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 Legierung MCP 137 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 Legierung MCP 137 sind wegen deren Dünnflüssigkeit kleiner als beispielsweise bei Zink-Druckguß. Zugleich sind diese Querschnitte aber so gehalten, daß es in einem vertretbaren Zeitraum überhaupt zu einer Erstarrung, zum "Abfrieren" der Legierung kommt. Die Querschnitte sind daher abgeflacht, was andererseits die "Fließreibung" erhöht. Bereits der Bereich des Übertritts der flüssigen, niedrigschmelzenden Legierung MCP 137 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 Druckgießmaschine 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 Legierung MCP 137. 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 der Legierung MCP 137, 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-Spritzgießmaschine gearbeitet werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Ausschmelzkernen aus der Legierung MCP 137, die aus 59,9% Wismut, 39,8% Zinn und 0,01% Chrom bei einer Toleranz von ± 0,2% besteht sowie einen Schmelzpunkt von 138°C aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschmelzkerne in einem Druckgießverfahren hergestellt werden, bei dem die Legierung MCP 137 den Formhohlräumen im Druck­ gießwerkzeug über im Querschnitt sich verringernde und abgeflachte Gießkanäle zugeführt wird, das Druckgießwerkzeug mit seinem Angußsystem mit mindestens 20 l/min. gekühlt wird, und die Nach­ druckzeit im Druckgießwerkzeug ca. 50 s beträgt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein aus mehreren Teilen gebildetes Druckgießwerkzeug, zwischen dessen eine Formteilungsebene definierenden Formhälften (5, 6) Formhohlräume (51) angeordnet sind, die über im Querschnitt sich verringernde Gießkanäle (62) in der beweglichen Formhälfte (6) mit der Legierung MCP 137 füllbar sind, in deren werkzeugseitiger Angußbuchse (3) die Gießkanäle verringerten und abgeflachten Querschnitts fortgesetzt sind, und in deren Angußbuchse (3) in Zahl und Ausbildung große Kanäle (39) für ein Kühlmedium vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgießwerkzeug 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.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Angußbuchse (3) um den Ver­ teilerzapfen (35) als Achse U-förmige Kühl­ bohrungen (38) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Fuß des als Kegelstumpfmantel ausgebildeten Zufuhrkanals ein ringförmiger Zufuhrkanal (33) mit sich verringerndem Querschnitt zwischen der Anguß­ buchse (3) und dem Verteilerzapfen (35) vorgesehen ist, von dem zwischen der festen (5) und der beweg­ lichen Formhälfte (6) angeordnete Gießkanäle (62) ausgehen, von denen jeder in einem Formhohlraum (51) mündet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Zufuhrkanal (33) einen Quer­ schnitt von ca. 2 × 2 mm² aufweist.