DE4239558A1 - Process for producing negative pressure in a die casting machine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Unterdrucks bei einer Druckgießmaschine insbesondere einer Vakuum-Druckgießmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing the Vacuum in a die casting machine, especially one Vacuum die casting machine according to the preamble of the claim 1.
Aus der EP 0 051 310 B1 ist eine Druckgießmaschine bekanntgeworden, die nach dem sogenannten Vakuum- Druckgießverfahren arbeitet. Bei diesem Verfahren wird die Metallschmelze aus einem Warmhalteofen über ein Ansaugrohr in die Gießkammer mittels Unterdruck angesaugt, wobei der Unterdruck über einen Absaugkanal in der Formteilungsfläche der Gießform aufgebracht wird. Wie in der zitierten Literaturstelle weiterhin beschrieben, stellt sich bei Druckgießmaschinen auch das Problem einer ausreichenden Entgasung der Schmelze während des Gießvorganges dar. Zwar wird durch Anwendung des Vakuum-Druckgießverfahrens eine Verbesserung durch ein Absaugen der im Saugrohr, in der Gießkammer sowie in der Gießform enthaltenen Gase erzielt. Versuche haben jedoch gezeigt, daß aufgrund von vorhandenem Restgas und von Verwirbelungen der Schmelze sowie sonstigen Verunreinigungen noch erhebliche Qualitätseinbußen hinzunehmen sind. Um eine Verbesserung zu erzielen, wurden in den in der oben genannten Literaturstelle weiterhin zitierten Veröffentlichungen vorgeschlagen, mehrere Vakuumanschlüsse zur Verbesserung der Evakuierung vorzusehen. Insbesondere schlägt diese zitierte Literaturstelle selbst vor, einen weiteren Vakuumanschluß durch den Gießkolben selbst vorzunehmen.EP 0 051 310 B1 is a die casting machine became known, which after the so-called vacuum Die casting process works. With this procedure the Molten metal from a holding furnace through an intake pipe sucked the casting chamber by means of negative pressure, the Negative pressure via a suction channel in the mold parting area the mold is applied. As quoted in the Literature continues to be described Die casting machines also have the problem of adequate Degassing the melt during the casting process becomes a by using the vacuum die casting process Improvement by suction in the suction pipe in the Casting chamber and gases contained in the mold. However, tests have shown that due to existing Residual gas and from turbulence in the melt and others Contamination still considerable loss of quality are to be accepted. To achieve an improvement, in those cited in the above-mentioned literature reference Publications suggested multiple vacuum ports to improve evacuation. Especially this cited reference itself proposes one further vacuum connection through the casting piston itself to make.
Der an die Gießform angelegte Unterdruck (Vakuum) kann so lange wirksam sein, bis die Gießform durch die Vorschubbewegung des Gießkolbens mit flüssigem Metall gefüllt ist, wobei sich an der Gießform ein Ventil mit einem hydraulisch betätigbaren Sperrkolben befindet, der ein Eindringen der Metallschmelze in den Absaugkanal verhindert.The vacuum (vacuum) applied to the casting mold can be so long effective until the mold through the Feed movement of the casting piston filled with liquid metal is, on the mold a valve with a hydraulically actuated locking piston, which is a Penetration of the molten metal into the suction channel is prevented.
Aus der Literaturstelle "Gießerei" 69 (1982) Heft 19, Seite 521/527 wird bei einem derartigen Gießverfahren darauf hingewiesen, daß die Zeitdauer des angelegten Vakuums von Bedeutung ist. Die Vakuumeinwirkzeit ist neben der Größe des eingestellten Unterdrucks demnach ein wichtiger Parameter, um eine richtige und effektive Evakuierung der einzelnen Teile, nämlich Saugrohr, Gießkammer und Druckgießform zu erzielen.From the literature "Gießerei" 69 (1982) Issue 19, page 521/527 is used in such a casting process indicated that the duration of the vacuum applied by Meaning is. The vacuum exposure time is next to the size of the set negative pressure is therefore an important parameter in order to correct and effective evacuation of the individual parts, namely to achieve suction pipe, casting chamber and die casting mold.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bezweckt und erreicht eine erhebliche Verbesserung beim Evakuieren der Luft insbesondere beim bekannten Vakuum-Druckgießverfahren. Das Verfahren kann auch beim normalen Druckgußverfahren zur Evakuierung der Luft angewandt werden.The inventive method with the characteristic Features of claim 1 aims and achieves one significant improvement in air evacuation in particular in the known vacuum die casting process. The procedure can also in the normal die casting process for evacuating the air be applied.
Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, daß das angelegte Vakuum nicht nur hinsichtlich seiner Größe, d. h. hinsichtlich des hergestellten Unterdrucks sowie hinsichtlich der Einschaltdauer berücksichtigt wird, sondern das Vakuum kann darüber hinaus den jeweiligen Bedingungen des Druckgießverfahrens genauestens angepaßt werden. Dies geschieht erfindungsgemäß durch eine Regelung des Vakuums über die Zeitdauer der Unterdruckbeaufschlagung, d. h. das angelegte Vakuum wird in seiner Größe sowie seiner Zeitdauer einer genauesten Regelung unterworfen. Hierdurch kann auch der Einlauf der Schmelze über das Saugrohr in die Gießkammer und in die Gießform zu jedem Zeitpunkt reguliert werden, so daß - gegebenenfalls in Verbindung mit weiteren Hilfsmaßnahmen - eine optimale Befüllung sowohl der Gießkammer als auch ein optimaler Gießprozeß beim Gießvorgang selbst erzielt werden kann. Weiterhin können Turbulenzen der Metallströmung vermieden werden. Grundsätzlich wird eine optimale Entgasung des Metalls erzielt. Durch eine kontinuierliche Regelung oder Steuerung des absoluten Druckes des Vakuums während des Gießprozesses werden damit erhebliche Verbesserungen an den Druckgießerzeugnissen erzielt. Gemäß der Erfindung wird insbesondere auch eine genaue Regulierung des Vakuums im Hinblick auf einen unerwünschten vorzeitigen Eintritt der Metallschmelze in den Formhohlraum während der Gießkammerbefüllung vermieden, was zu unerwünschten Fließspuren auf dem Gußteil führt.The invention is based on the main idea that applied vacuum not only in size, d. H. with regard to the negative pressure produced and with regard to the duty cycle is taken into account, but the vacuum can also meet the respective conditions of the Die casting process can be adjusted precisely. This happens according to the invention by regulating the vacuum over the duration of the vacuum application, d. H. the vacuum is applied in its size as well as its duration subject to the most precise regulation. This can also the melt flows into the casting chamber via the suction pipe and be regulated in the mold at any time that - possibly in conjunction with others Aid measures - an optimal filling of both the Casting chamber as well as an optimal casting process during the casting process can be achieved by yourself. Furthermore, turbulence Metal flow can be avoided. Basically, one optimal degassing of the metal achieved. By a continuous regulation or control of the absolute pressure of the vacuum during the casting process are therefore considerable Improvements in die cast products achieved. According to the invention is particularly precise regulation of the vacuum with regard to an undesirable premature Entry of the molten metal into the mold cavity during the Gun chamber filling avoided, leading to undesirable Flow marks on the casting leads.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben. Besonders vorteilhaft hierbei ist die kontinuierliche oder diskontinuierliche Regelung des Vakuums gegebenenfalls mit Einhaltung von Haltezeiten bei bestimmten Unterdrücken.In the subclaims are advantageous and expedient Developments of the inventive method specified. The continuous or discontinuous control of the vacuum if necessary Adherence to holding times at certain negative pressures.
Die Erfindung wird näher am Beispiel einer Vakuum- Druckgießmaschine beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt und unter Angabe weiterer Vorteile in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert ist. Es zeigtThe invention is illustrated by the example of a vacuum Die casting machine described in the drawing shown and with further advantages in the following description is explained in more detail. It shows
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Gießkammer mit Gießkolben sowie Ansaugrohrzuführung zu einer Warmhalteeinrichtung. Fig. 1 is a side view of a casting chamber with casting piston and intake pipe feed to a warming device.
Die Erfindung wird anhand einer Vakuum-Druckgießmaschine beschrieben. Sie läßt sich auch für die "Evakuierung" normaler Druckgießmaschinen verwenden, wenn der Gießkolben die Einfüllöffnung verschlossen hat.The invention is based on a vacuum die casting machine described. It can also be used for "evacuation" Use normal die casting machines when the plunger has closed the filling opening.
Bezüglich dem allgemeinen Aufbau sowie den wesentlichen Funktionsmerkmalen einer Vakuum-Druckgießmaschine wird auf die eingangs erwähnte Literaturstelle und insbesondere auf die EP 0 051 310 verwiesen.Regarding the general structure and the essential Features of a vacuum die casting machine is based on the reference mentioned at the beginning and in particular on refer to EP 0 051 310.
In Fig. 1 ist von einer nur angedeuteten Druckgießmaschine 1 die feste Aufspannplatte 2 mit der hieran befestigten festen Formhälfte 3 dargestellt, die mit der beweglichen Formhälfte 4 zusammenwirkt. Zwischen der festen 3 und der beweglichen Formhälfte 4 befindet sich der Formhohlraum 5, der mit Metallschmelze zu füllen ist. Hierfür ist eine Gießkammer 6 mit einem Gießkolben 7 vorgesehen, in welche die Metallschmelze 8 über ein Saugrohr 9 aus einer Warmhalteeinrichtung 10 angesaugt wird.In Fig. 1, the fixed platen 2 is shown with a fixed mold half 3 , which cooperates with the movable mold half 4 of a die casting machine 1 only indicated. The mold cavity 5 , which is to be filled with molten metal, is located between the fixed 3 and the movable mold half 4 . For this purpose, a casting chamber 6 with a casting piston 7 is provided, into which the molten metal 8 is drawn in from a holding device 10 via a suction pipe 9 .
Beim Vakuum-Druckgießverfahren wird die Metallschmelze nicht durch ein Eingießverfahren, sondern durch Anlegung eines Vakuums oder Unterdrucks aus der Warmhalteeinrichtung 10 angesaugt. Dabei geschieht der Ansaugvorgang durch das Ansaugrohr 9 über die Gießkammer 6 und den Formhohlraum 5. In the vacuum die casting process, the molten metal is not sucked out of the holding device 10 by a pouring process, but rather by applying a vacuum or negative pressure. The suction process takes place through the suction pipe 9 via the casting chamber 6 and the mold cavity 5 .
Hierfür befindet sich an den Formhälften 3, 4 ein Vakuumventil 11 mit einer Vakuumanschlußleitung 12, welches zu einem Schaltventil 13 führt. Die Vakuumleitung 12 wird vom Schaltventil 13 fortgeführt zu einem Vakuumtank 14, an welchem eine Vakuumpumpe 15 zur Herstellung des Unterdrucks angeschlossen ist.For this purpose, there is a vacuum valve 11 with a vacuum connection line 12 on the mold halves 3 , 4 , which leads to a switching valve 13 . The vacuum line 12 is continued from the switching valve 13 to a vacuum tank 14 , to which a vacuum pump 15 is connected to produce the negative pressure.
Das Vakuumventil 11 der Gießform dient zur Absperrung der gegebenenfalls bis zu diesem Ort mittels des Gießkolbens 7 eingepreßten Metallschmelze. Ein Eindringen des Metalls in die nachfolgende Vakuumanschlußleitung 12 wird damit vermieden.The vacuum valve 11 of the casting mold serves to shut off the metal melt, which may be pressed in up to this location by means of the casting piston 7 . Penetration of the metal into the subsequent vacuum connection line 12 is thus avoided.
Erfindungsgemäß wird das über das Vakuumventil 11 angelegte Vakuum über das Schaltventil 13 so in seinem Druckverlauf geregelt, daß sich der Druck im Formhohlraum 5, in der Gießkammer 6 und im Saugrohr 9 nach einer bestimmten einstellbaren Funktion pro Zeiteinheit regelt. Hierfür ist ein Rechner 16 vorgesehen, der die verschiedensten Parameter erfaßt. So wird der Unterdruck im Bereich des Vakuumventils 11 über eine zusätzliche Meßleitung 17 erfaßt und mittels einer Vakuum-Meßsonde gemessen. Diese Vakuum-Meßsonde 18 ist über ein zusätzliches Nebenschlußventil 19 an die Vakuum- Anschlußleitung 12 angeschlossen. Damit ist der Druck p in der Vakuum-Anschlußleitung 12 erfaßbar und über die Leitung 20 dem Rechner 16 zuführbar.According to the invention, the vacuum applied via the vacuum valve 11 is regulated via the switching valve 13 in its pressure profile so that the pressure in the mold cavity 5 , in the casting chamber 6 and in the suction pipe 9 is regulated according to a certain adjustable function per unit of time. For this purpose, a computer 16 is provided, which records a wide variety of parameters. The negative pressure in the area of the vacuum valve 11 is detected via an additional measuring line 17 and measured by means of a vacuum measuring probe. This vacuum measuring probe 18 is connected to the vacuum connecting line 12 via an additional shunt valve 19 . The pressure p in the vacuum connecting line 12 can thus be detected and fed to the computer 16 via the line 20 .
Der Vakuumdruck im System kann auch über andere Meßleitungen im System dem Rechner 16 zugeführt werden. Dies ist beispielsweise durch eine Meßleitung 21 zum Vakuumtank 14 angedeutet.The vacuum pressure in the system can also be supplied to the computer 16 via other measuring lines in the system. This is indicated, for example, by a measuring line 21 to the vacuum tank 14 .
Die Regelung des Vakuums, d. h. des Unterdrucks im System erfolgt nach einem vorgegebenen Regelprogramm p = f(t) oder m = f(t). Dabei kann der über die Zeit eingestellte Druckverlauf oder Massenstromverlauf einen progressiven, einen linearen oder einen degressiven Verlauf einnehmen. Über den Rechner 16 wird beispielsweise über die Steuerleitung 22 das Schaltventil 13 in der Vakuum-Anschlußleitung derart angesteuert, daß sich der gewünschte Druckverlauf oder Massenstromverlauf in der Vakuumleitung 12 einstellt. Gleichzeitig kann der Rechner 16 die Ansteuerung des Vakuumventils 11 über eine Steuerleitung 23 und die Ansteuerung des Nebenschlußventils 19 über eine weitere Steuerleitung 24 übernehmen. Schließlich kann die Herstellung des Vakuums selbst, d. h. der Betrieb der Vakuumpumpe 15 ebenfalls über eine weitere Steuerleitung 25 erfolgen.The vacuum, ie the vacuum in the system, is controlled according to a predetermined control program p = f (t) or m = f (t). The pressure curve or mass flow curve set over time can assume a progressive, a linear or a degressive curve. The switching valve 13 in the vacuum connecting line is controlled via the computer 16 , for example via the control line 22, in such a way that the desired pressure profile or mass flow profile is established in the vacuum line 12 . At the same time, the computer 16 can control the vacuum valve 11 via a control line 23 and control the shunt valve 19 via a further control line 24 . Finally, the production of the vacuum itself, ie the operation of the vacuum pump 15, can also take place via a further control line 25 .
Durch die erfindungsgemäße Möglichkeit der laufenden Meßung und Regelung des Vakuums können ganz bestimmte "Vakuumkurven" gefahren werden.Due to the possibility of ongoing measurement according to the invention and control of the vacuum can be very specific "vacuum curves" be driven.
Zunächst wird die Schmelze 8 aus der Warmhalteeinrichtung 10 über eine, am unteren Ende des Saugrohres 9 sich befindende Drossel 30 in die Gießkammer 6 durch Anlegen eines hohen Unterdrucks in der Größenordnung von p1 ∼150 bis 200 mbar absolut angesaugt. Dabei bestimmt die Größe der Drossel 30, die Ansaugzeit t1 sowie der Unterdruck p1 die in die Gießkammer angesaugte Menge m1 der Metallschmelze. Ein zusätzlicher Meßfühler z. B. ein Ultraschallmeßfühler 28 in der oberen Wandung der Gießkammer oder ein Widerstandsmeßfühler 28′ im Angußquerschnitt der Formhälfte 4 kann die Füllstandshöhe h1 in der Gießkammer 6 erfassen und diesen Wert über eine Meßleitung 29 dem Rechner 16 zur Auswertung zuführen.First, the melt 8 is sucked out of the warming device 10 into the casting chamber 6 via a throttle 30 located at the lower end of the suction pipe 9 by applying a high negative pressure in the order of magnitude of p 1 1150 to 200 mbar absolute. The size of the throttle 30 , the suction time t 1 and the negative pressure p 1 determine the amount m 1 of the molten metal drawn into the casting chamber. An additional sensor z. B. an ultrasonic sensor 28 in the upper wall of the casting chamber or a resistance sensor 28 'in the sprue cross section of the mold half 4 can detect the level h 1 in the casting chamber 6 and supply this value via a measuring line 29 to the computer 16 for evaluation.
Der Ansaugvorgang bei Vakuumdruckgießmaschinen kann als erster Regelungsabschnitt durch Überfahren des Gießkolbens 7 über die Ansaug- oder Eintrittsöffnung 27 in die Gießkammer 6 oder durch einen entsprechend verminderten Unterdruck (Druckanstieg) beendet werden. Er entspricht dem Einfüllvorgang von Metallschmelze in eine "normale" Druckgießvorrichtung. Hierfür kann die Stellung des Gießkolbens 7 über einen Wegerfassungsgeber 31 dem Rechner 16 über eine Leitung 32 zugeführt werden, um insbesondere auch bei "normalen" Gießkammern die Kolbenstellung nach Überfahren der Einfüllöffnung 27 zu erfassen und das Vakuum zu regeln. Sensoren zur Erfassung des Weges oder der Füllstandshöhe sind an sich bekannt (s. z. B. Lit. Maschinenmarkt 1992, 40, Seite 72-77).The suction process in vacuum pressure casting machines can be ended as the first control section by passing over the casting piston 7 via the suction or inlet opening 27 into the casting chamber 6 or by a correspondingly reduced negative pressure (pressure increase). It corresponds to the process of filling molten metal into a "normal" die casting device. For this purpose, the position of the casting piston 7 can be fed to the computer 16 via a line 32 via a travel detection sensor 31 , in order to detect the piston position after passing over the filling opening 27 and to regulate the vacuum, particularly in "normal" casting chambers. Sensors for detecting the path or the fill level are known per se (see, e.g., Maschinenmarkt 1992, 40, page 72-77).
Diesem ersten Einfüllzeitabschnitt t1 schließt sich ein weiterer "Haltezeitabschnitt" t2 an.This first filling period t 1 is followed by a further “holding period” t 2 .
Durch ein Halten bestimmter Unterdrücke kann das Ausgasen der Schmelze in der Gießkammer 6 und das Formevakuieren begünstigt werden. Hierfür wird über einen Zeitabschnitt t2 nach einem kontinuierlichen Abfall des Unterdrucks (Druckanstieg) auf ein Vakuum von vorzugsweise p2 ∼800 mbar absolut eine bestimmte Haltezeit des Vakuums von t2 ∼0,2 bis 3 sec eingestellt. Diese Haltezeit kann sich je nach spezifischem Metallgewicht, nach der Saugrohrhöhe h2 über oder der Füllstandshöhe h1 in der Gießkammer und der Formkontur bemessen. Durch diesen zwischenzeitlichen Haltevorgang des Unterdruckes kann das Austreten der Gase aus der Schmelze, der Gießkammer und den Formhohlräumen gefördert und geregelt werden.By keeping certain negative pressures, the outgassing of the melt in the casting chamber 6 and the mold evacuation can be promoted. For this purpose, a certain holding time of the vacuum of t 2 ∼0.2 to 3 seconds is set over a period of time t 2 after a continuous drop in the vacuum (pressure rise) to a vacuum of preferably p 2 ∼800 mbar absolute. Depending on the specific metal weight, the suction pipe height h 2 above or the fill level h 1 in the casting chamber and the shape contour, this holding time can be measured. This intermittent holding process of the negative pressure enables the escape of the gases from the melt, the casting chamber and the mold cavities to be promoted and regulated.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß in der ersten Ausgangsphase t1 beim Übertritt der Schmelze 8 aus dem Saugrohr 9 in die Gießkammer 6 an der Eintrittsöffnung 27 der Gießkammer eine stetige Schmelzegeschwindigkeit v 1 m/sec aufgrund des regelbaren Unterdrucks einstellbar ist, wobei Strömungswerte vorzugsweise in der Größenordnung von unter 1 m/sec gewählt werden. Dabei wird zur Vermeidung von Turbulenzen der Gießkolben 7 in seinem unteren Bereich mit einer Umlenkfläche 26 versehen, wie dies in der Vorveröffentlichung der Anmelderin gemäß DE 41 01 592 beschrieben ist.The invention further provides that in the first output phase t 1 when the melt 8 passes from the suction pipe 9 into the casting chamber 6 at the inlet opening 27 of the casting chamber, a constant melt speed v 1 m / sec can be set on the basis of the controllable negative pressure, flow values being preferred on the order of less than 1 m / sec. In order to avoid turbulence, the casting piston 7 is provided in its lower region with a deflection surface 26 , as described in the applicant's prior publication according to DE 41 01 592.
Das Befüllen der Gießform geschieht in an sich bekannter Weise durch die Verschiebung des Kolbens 7 in der Gießkammer 6 in einer Vorfüll- und Formfüllphase. Während der Vorfüllphase dient die Regelung des Unterdrucks über diesen dritten Zeitabschnitt t3 zur Absaugung der restlichen Luft- oder Gasanteile.The casting mold is filled in a manner known per se by the displacement of the piston 7 in the casting chamber 6 in a pre-filling and mold-filling phase. During the pre-filling phase, the regulation of the negative pressure over this third time period t 3 serves to extract the remaining air or gas components.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und Ergänzungen im Rahmen des erfinderischen Grundgedankens.The invention is not based on that shown and described Embodiment limited. Rather, it includes everyone professional training and additions within the framework of the inventive principle.
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