DE4412867A1 - Druckgießverfahren und -vorrichtung zur Herstellung von Gußstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel­ lung von Gußstücken, insbesondere aus Aluminium, mittels einer Druckgießmaschine, bei dem das schmelzflüssige Metall in dosierter Menge aus einem Schmelzofen in eine Füllkammer eingebracht und von dort mittels eines Gießkolbens in einen die Kontur des späteren Werkstücks bestimmenden, vorzugs­ weise mit der Füllkammer evakuierbaren, Formhohlraum ge­ preßt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen der vorstehend beschriebenen Art - man vergleiche hierzu beispielsweise die Deutsche Offenlegungsschrift DE 41 23 463 - erfolgt das Einbringen der Aluminiumschmelze in die Füllkammer dadurch, daß die Füllkammer, meist gemeinsam mit der Formkammer eva­ kuiert wird und die Schmelze direkt vom Schmelzofen in die Füllkammer eingesaugt wird. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Dosierung von der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Schmelzofen und dem Druck in der Füllkammer, sowie der relativ genau einstellbaren Ansaugzeit, abhängt, so daß Probleme mit der Formdichtigkeit und damit mit dem erzielbaren Vakuum in der Form und damit auch der Füllkam­ mer zu erheblichen Abweichungen der Füllmenge führen. Dar­ aus ergibt sich eine sehr hohe Ausschußquote, da immer wie­ der Fehlgüsse durch eine fehlerhafte Dosierung der Schmelz­ menge in der Füllkammer auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß das flüssige Metall einfacher und vor allem exakter dosierbar in die Füllkammer eingebracht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das flüssige Metall aus dem Schmelzofen in eine über der Füllkammer angeordnete Stopfenpfanne gefördert wird, aus der es dosiert in die Füllkammer einläuft.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensausgestaltung hängt das Einbringen der Schmelze in die Füllkammer nicht mehr entscheidend von dem Druck in der Füllkammer und dem ei­ gentlichen Formhohlraum ab, selbst wenn man beide vorevaku­ iert, wodurch dann natürlich dieses Vorvakuum auch das Ein­ laufen des flüssigen Metalls aus der Stopfenpfanne fördert. Es ist aber etwas völlig anderes, ob auf diese Art und Weise das Metall von der darüberliegenden Pfanne etwas stärker mit angesaugt wird, als das bekannte Verfahren mit einem direkten Ansaugen des flüssigen Metalls von dem unter der Füllkammer liegenden Schmelzofen, da dort ja der Unter­ druck ganz entscheidend dazu benötigt wird, um das Metall überhaupt von unten nach oben zu fördern. Bei nicht ausrei­ chendem Vakuum erfolgt dann nicht etwa nur eine langsamere Förderung, sondern überhaupt keine, da das Metall im Ver­ bindungsrohr gar nicht hoch genug bis in die Füllkammer steigen kann. Alle diese Nachteile vermeidet das erfin­ dungsgemäße Verfahren, wobei bevorzugt das flüssige Metall jeweils nach einer vorgegebenen Anzahl von Gießvorgängen, vorzugsweise nach jedem Gießvorgang, aus dem als Überdruck­ dosierofen ausgebildeten Schmelzofen in die Stopfenpfanne bis zu einem vorgegebenen Metallspiegelniveau nachgefüllt wird.

Zur weiteren Reduzierung der Gefahr von Fehlgüssen kann in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß das Ventil zur Betätigung des Freigabestopfens der Stopfenpfanne mit einer Druckmeßvorrichtung zur Bestimmung des Forminnen­ drucks verbunden ist, wobei eine Freigabe nur bei Druckwer­ ten unter einem vorgebbaren Sollwert erfolgt. Dadurch las­ sen sich Fehlgüsse infolge einer zu geringen Formdichtig­ keit zuverlässig vermeiden, und zwar wesentlich wirksamer als bei herkömmlichen Verfahren, selbst wenn diese eben­ falls mit einer Druckmeßvorrichtung zur Bestimmung des For­ minnendrucks versehen sind. Da dort der Forminnendruck ja auch zum Ansaugen der Schmelze in die Füllkammer dienen muß, läßt sich, wenn man beim Ansaugen erkennt, daß der Un­ terdruck doch nicht ausreicht um sowohl die Schmelze anzu­ saugen als auch noch einen genügenden Unterdruck aufrecht­ zuerhalten, der Gießprozeß nicht mehr abbrechen, so daß dann automatisch ein Fehlguß in Kauf genommen werden muß, der beim erfindungsgemäßen Verfahren in Kombination mit der Druckmeßvorrichtung zur Bestimmung des Forminnendrucks ver­ meidbar ist.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Druckgießmaschine mit einer mit der Gießform verbundenen, einen Gießkolben enthaltenden Füllkammer und einem Schmelz­ ofen für das flüssige Metall, ist in Ausgestaltung der Er­ findung vorgesehen, daß über der Füllkammer eine beheizbare Stopfenpfanne angeordnet ist, die durch eine Einfülleitung mit dem Schmelzofen verbunden ist und deren Auslaß, vor­ zugsweise von oben, in die Füllkammer einmündet. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß die Stopfenpfanne von der Form unabhängig evakuierbar ist, wobei die Füllkammer bevorzugt eine etwa in der Ebene der Einfüllöffnung unter dem Füllkammerauslaß liegende, seitliche Druckmeßöffnung aufweist, die an eine Druckluftleitung zum Ausblasen an­ schließbar ist. Das Vorsehen eines von der Form unabhängi­ gen Vakuums auch in der Stopfenpfanne hat zum einen den Vorteil, daß die Schmelze nicht zu schnell in die Füllkam­ mer und die Form einläuft, sondern sie wirkt Oxidationen wegen eingeschlossener Luft entgegen und außerdem kommt es auf diese Art und Weise nicht so leicht zu Auswaschungen.

Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, die Ausbildung so zu treffen, daß das Ausblasen automatisch er­ folgt, nachdem der Gießkolben die Einfüllöffnung und die Druckmeßöffnung passiert hat.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä­ ßen Metallgießvorrichtung,

Fig. 2 einen Detailausschnitt aus der Vorrichtung nach Fig. 1, und

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Gießver­ fahrens.

In den schematischen Fig. 1 und 2 erkennt man eine Druckgießvorrichtung mit einer aus zwei Formhälften beste­ henden Gießform 1, in deren, der Kontur des späteren Werk­ stücks entsprechenden, evakuierbaren Formhohlraum 2 die flüssige Schmelze mittels eines Gießkolbens 3 zugeführt wird, der in einer Füllkammer 4 verschiebbar ist, in welche vor dem Betätigen des Gießkolbens 3 zunächst eine dosierte Menge an Metallschmelze, vorzugsweise flüssigem Aluminium, eingebracht worden ist. Die flüssige Metallschmelze 5 be­ findet sich in einem Überdruckdosierofen 6, von dem eine Steigleitung 7 zu einer oberhalb der Füllkammer 4 liegenden Stopfenpfanne 8 führt, aus der das flüssige Metall in do­ sierter Form, je nachdem wie lange das Dosierventil Y3 den Stopfen 9 öffnet, in die Füllkammer 4 gelangt. Der Unter­ druck in der Füllkammer und der Gießform braucht im vorlie­ genden Fall nicht zur Förderung des flüssigen Metalls in die Füllkammer zu sorgen, sondern er unterstützt diese al­ lenfalls hinsichtlich der Geschwindigkeit des Einlaufens etwas, hat aber letztendlich keine entscheidende Bedeutung dafür, ob und welche Menge an flüssigem Metall in die Füll­ kammer 4 gelangt. Dies wiederum ermöglicht es, einen Druck­ meßverstärker P1 seitlich an die Füllkammer 4 anzuschlie­ ßen, um den Forminnendruck zu bestimmen, wobei eine Frei­ gabe des Stopfens 9 der Stopfenpfanne 8 nur bei Druckwerten unter einem gegebenen Sollwert erfolgt. Durch Anschließen an eine Druckluftleitung 10 über das Luftventil Y5 kann die Stichleitung zum Druckmeßverstärker jedesmal nach einer solchen Messung und dem Verpressen des flüssigen Metalls in der Füllkammer 4 ausgeblasen werden, so daß die Stichlei­ tung sich nicht mit der Zeit zusetzen kann.

Die Evakuierung der Form und der Füllkammer erfolgt durch eine Vakuumpumpe 11, die über einen Motor 12 angetrieben wird, wobei der Vakuumpumpe ein Vakuumkessel 13 als Puffer vorgeschaltet ist, von dem die Verbindungsleitung 14 zu den zu evakuierenden Räumen führt. Dabei läuft eine Stichlei­ tung 15 über ein Vakuumventil Y1 zu dem die Restfüllung der Form besorgenden Waschbrett 16, während eine weitere Stichleitung 17 über ein Vakuumventil Y2 zum Hydraulikven­ til Y4 geführt wird, das die erste Vakuumphase bestimmt, in der die querschnittlich stärkere Stichleitung 17 im Einsatz ist.

Mit dem Kommando "Form geschlossen" bzw. "preßbereit" be­ ginnt die Formevakuierung sowohl über das Waschbrett 16 und das Ventil Y1 als auch über das Formventil Y2, Y4. Nach Er­ reichen des vorgegebenen Forminnendruckes startet die sog. Ausgleichszeit, die im allgemeinen etwa 2 sec. beträgt. Der Evakuierungsvorgang wird über den Druckmeßdosen enthalten­ den Druckmeßverstärker P1 mit einem Meßbereich von 0 bis etwa 2000 mbar abs. überwacht. Nach Ablauf der Ausgleichs­ zeit wird das Ventil Y3 gestartet, so daß die dosierte Ein­ bringung des flüssigen Metalls in die Füllkammer beginnt. Dabei wird das flüssige Metall aus der Stopfenpfanne in die Füllkammer gesaugt.

Nach Ablauf der Dosierzeit, wobei der eingestellte Formin­ nendruck gehalten wird, beginnt die Abtropfzeit, nach deren Ablauf wiederum der Einpreßvorgang startet.

Sobald der Preßkolben 3 die Einfüllöffnung 18 der Füllkam­ mer 4 verschlossen hat, öffnet das Ventil Y5 und die Meß­ öffnung wird belüftet (ausgeblasen).

Kurz vor Beendigung der Formfüllung wird das Formventil Y4 geschlossen. Die Restfüllung wird über das Waschbrett 16 abgesaugt. Der Forminnendruck wird somit bis zum Schluß ge­ halten. Mit dem Start Kühlzeit 2 schließt das Ventil Y1.

Die Auslösung der zweiten Gießphase über den Elektrodenkon­ takt 19 (Fig. 2) macht prinzipiell von der Preßresthöhe des Gußteiles unabhängig.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Stopfenpfanne ist gene­ rell auf jeder Druckgießmaschine möglich, und vorteilhaft sowohl beim vorstehend im einzelnen beschriebenen Vakuum- als auch im konventionellen Druckgußverfahren. Die wesent­ lichen Vorteile der Dosierung mittels der Stopfenpfanne liegen in der Erzielung einer Dosiergeschwindigkeit wie beim Schöpflöffel, einer hohen Dosiergenauigkeit, geringer Oxidbildung, niedriger Temperaturverluste der Schmelze beim Dosieren, der Erzielung einer kurzen Abtropfzeit, einer kurzen Zykluszeit durch schnelle Dosierung und der hervor­ ragenden Eignung des Verfahrens auch für Magnesium wegen des geschlossenen Systems. Schließlich liegt ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung einer Stopfenpfanne zur Dosierung in der Sicherheit gegen ein Ausschußgießen bei zu großem Forminnendruck.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Gußstücken, insbesondere aus Aluminium, mittels einer Druckgießmaschine, bei dem das schmelzflüssige Metall in dosierter Menge aus einem Schmelzofen in eine Füllkammer eingebracht und von dort mittels eines Gießkolbens in einen die Kontur des späteren Werkstücks bestimmenden, vorzugsweise mit der Füllkammer evakuierbaren, Formhohlraum gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall aus dem Schmelzofen (6) in eine über der Füllkammer (4) angeordnete Stopfenpfanne (8) gefördert wird, aus der es dosiert in die Füllkammer einläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall jeweils nach einer vorgegebenen Anzahl von Gießvorgängen, vorzugsweise nach jedem Gießvorgang, aus dem als Überdruckdosierofen ausgebil­ deten Schmelzofen (6) in die Stopfenpfanne (8) bis zu einem vorgegebenen Metallspiegelniveau nachgefüllt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ventil (Y3) zur Betätigung des Freigabestopfens (9) der Stopfenpfanne (8) mit einer Druckmeßvorrichtung zur Bestimmung des Forminnendrucks verbunden ist, wobei eine Freigabe nur bei Druckwerten unter einem vorgebbaren Sollwert erfolgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Druckgießmaschine mit einer mit der Gießform (1) verbundenen, einen Gießkol­ ben (3) enthaltenden Füllkammer (4) und einem Schmelz­ ofen (6) für das flüssige Metall, dadurch gekennzeich­ net, daß über der Füllkammer (4) eine beheizbare Stop­ fenpfanne (8) angeordnet ist, die durch eine Einfüll- Leitung (7) mit dem Schmelzofen (6) verbunden ist und deren Auslaß, vorzugsweise von oben, in die Füllkammer (4) einmündet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfenpfanne (8) von der Form unabhängig eva­ kuierbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Füllkammer (4) eine etwa in der Ebene der Einfüllöffnung (18) unter dem Füllkammeraus­ laß liegende, seitliche Druckmeßöffnung aufweist, die an eine Druckluftleitung (10) zum Ausblasen anschließ­ bar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausblasen automatisch erfolgt, nachdem der Gießkolben (3) die Einfüllöffnung (18) und die Druck­ meßöffnung passiert hat.