DE69033755T2 - Process and device for vacuum pressure casting - Google Patents
Process and device for vacuum pressure castingInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vakuumdruckgießen sowie ein Verfahren für Gießprozesse, speziell Hochdruck-Druckgießprozesse. Die Erfindung findet speziell Anwendung auf einen solchen Zweig des Gebietes des Druckgießens, wo zur Erleichterung des Druckgussbetriebs und/oder zur Verbesserung des Produktes Vakuum eingesetzt wird.The present invention relates to a device for vacuum die casting and a method for casting processes, especially high-pressure die casting processes. The invention is particularly applicable to a branch of the field of die casting where vacuum is used to facilitate the die casting operation and/or to improve the product.
Morgenstern offenbart eine Vakuumdruckgussvorrichtung in der US-P-2 864 140. Eine Vakuumdruckgussvorrichtung mit ähnlichem Aufbau wie die Vorrichtung von Morgenstern wird in der US-P-1 476 911 beschrieben (die Patentschrift von Lossak et al.). Das volle Vakuum wird, während die Form gefüllt wird, mit Hilfe von Vakuumkanälen an beiden Seiten der Kolbenstirnseite aufrecht erhalten und die Schmelzflussgeschwindigkeit sorgfältig mit Hilfe einer Drossel oder eines Filters kontrolliert, um eine Verunreinigung der Schmelze durch Luft und Schmiermitteldämpfen zu vermeiden. Eine Kolbenkühlung wird vorgesehen, um zu verhindern, dass "Schlieren" von Schmelze in die Hülse des Kolbens austreten, wobei auch ein hitzebeständiges Dichtungsmaterial eingesetzt wird, um ein Eintreten von Luft in die Füllkammer durch die Kolbenhülse nach der Patentschrift von Lossak et al. zu vermeiden.Morgenstern discloses a vacuum die casting apparatus in U.S. Patent No. 2,864,140. A vacuum die casting apparatus of similar construction to the Morgenstern apparatus is described in U.S. Patent No. 1,476,911 (the Lossak et al. patent). Full vacuum is maintained while the mold is being filled by means of vacuum channels on both sides of the piston face and the melt flow rate is carefully controlled by means of a restrictor or filter to prevent contamination of the melt by air and lubricant vapors. Piston cooling is provided to prevent "streaks" of melt from escaping into the piston sleeve, and a heat resistant sealing material is also used to prevent air from entering the filling chamber through the piston sleeve of the Lossak et al. patent.
Die US-P-4 583 5679 von Miki et al. betrifft das Messen der Temperatur und die Berechnung des Spielraums für einen Druckkolben, der Druckkammer und der Spulbüchse in einer Druckgussvorrichtung, um die Druckkolbenrückbewegung zu kontrollieren und das Bestehen anormaler Betriebsbedingungen festzustellen. Die US-P-3 544 355 offenbart ein Verfahren und einen Apparat zum Schmieren eines Schusszylinders in einer Druckgussvorrichtung. Eine Spritzkopfvorrichtung ist so ausgelegt, dass sie in eine Stellung bewegt wird, um das Schmiermittel direkt in den Innenraum des Schusszylinders zu spritzen. Nach der vorliegenden Erfindung wird gewährt: eine Vakuumdruckgussvorrichtung, die eine Druckgussform-Seklion hat; eine Füllkammer, die eine Bohrung hat, die an einem ersten Ende mit der Druckgussform-Sektion und mit einer an dem zweiten Ende der Füllkammer angrenzenden Einlassöffung in kommunizierender Verbindung steht; einen Kolben, der in dieser Bohrung zwischen einer zurückgezogenen Stellung über der Einlassöffnung in Richtung auf das zweite Ende und einer in Richtung auf das erste Ende verlängerten Stellung gleitfähig ist, wobei der Kolben eine Kolbenstange hat, die aus der Bohrung über das zweite Ende der Füllkammer hinausragt; sowie Mittel zum Druckregeln, um in der Füllkammerbohrung vor dem Kolben mit dem Kolben in der zurückgezogenen Stellung ein Vakuum zu erzeugen, um schmelzflüssiges Metall durch die Einlassöffnung in die Füllkammerbohrung abzuziehen; welche Vorrichtung gekennzeichnet ist durch eine im Eingriff mit dem Kolben befindliche Kolbenstangendichtung; durch eine Gehäusevorrichtung, die sich von dem zweiten Ende der Füllkammer zu der Kolbenstangendichtung erstreckt und hinter dem Kolben ein luftdichtes Gehäuse bildet, wobei das Mittel zum Druckregeln simultan ein Vakuum an das Gehäuse hinter dem Kolben anlegt, wenn ein Vakuum in der Füllkammerbohrung vor dem Kolben erzeugt ist.U.S. Patent No. 4,583,5679 to Miki et al. relates to measuring the temperature and calculating the clearance for a plunger, plunger chamber and spool sleeve in a die casting apparatus to control plunger retraction and to detect the existence of abnormal operating conditions. U.S. Patent No. 3,544,355 discloses a method and apparatus for lubricating a shot cylinder in a die casting apparatus. A spray head device is designed to be moved into a position to spray the lubricant directly into the interior of the shot cylinder. According to the present invention there is provided a vacuum die casting apparatus having a die section; a fill chamber having a bore communicating at a first end with the die section and with an inlet opening adjacent the second end of the fill chamber; a plunger movable in said bore between a retracted position over the inlet opening toward the second end and an extended position toward the first end. position, the piston having a piston rod extending from the bore beyond the second end of the fill chamber; and pressure regulating means for creating a vacuum in the fill chamber bore forward of the piston with the piston in the retracted position to withdraw molten metal through the inlet opening into the fill chamber bore; the apparatus characterized by a piston rod seal engaged with the piston; housing means extending from the second end of the fill chamber to the piston rod seal and forming an airtight housing behind the piston, the pressure regulating means simultaneously applying a vacuum to the housing behind the piston when a vacuum is created in the fill chamber bore forward of the piston.
Ferner wird nach der vorlegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Druckgussvorrichtung gewährt, bei welcher ein Kolben, der in eine Druckgussform schmelzflüssiges Metall einspeist, in eine Bohrung in einer Füllkammer über eine Einlassöffnung hinaus zurückgezogen wird und ein Vakuum an der Füllkammerbohrung vor dem zurückgezogenen Kolben angelegt wird, um schmelzflüssiges Metall durch die Einlassöffnung in die Bohrung der Füllkammer anzusaugen, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Vakuum hinter dem Kolben angelegt wird, und zwar während des Anlegens eines Vakuums vor dem Kolben.Furthermore, according to the present invention, there is provided a method of operating a die casting apparatus in which a piston feeding molten metal into a die is retracted into a bore in a filling chamber beyond an inlet opening and a vacuum is applied to the filling chamber bore in front of the retracted piston to suck molten metal through the inlet opening into the bore of the filling chamber, which method is characterized in that a vacuum is applied behind the piston while a vacuum is applied in front of the piston.
Ein Druckgussprozess unter Einbeziehung der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Punkte:A die casting process incorporating the present invention includes the following points:
1. Zusammensetzung des zu vergießenden Materials:1. Composition of the material to be cast:
2. Schmelzbetrieb einschließlich Entgasung und Filtration der Schmelze;2. Melting operation including degassing and filtration of the melt;
3. Zuführung des schmelzflüssigen Materials zur Druckgussvorrichtung3. Feeding the molten material to the die casting device
4. Die Füllkammersektion4. The filling chamber section
5. Schmiermittel und Überzüge für die Füllkammer und Druckgussform5. Lubricants and coatings for the filling chamber and die casting mold
6. Das Gussstück, einschließlich sein Putzen. Wärmebehandlung und Eigenschaften.6. The casting, including its finishing, heat treatment and properties.
Die Ausführungen zu jedem dieser Punkte sind folgende:The comments on each of these points are as follows:
Obgleich Teile der vorliegenden Erfindung für das Druckgießen jedes beliebigen Materials anwendbar sind, beispielsweise Magnesiumlegierungen, werden sich andere bevorzugte Ausführungsformen im Zusammenhang mit bestimmten Legierungen des Aluminiums erweisen, von denen ein besonders vorteilhaftes Beispiel eine Aluminium-Silicium-Magnesium-Druckgusslegierung ist (nachfolgend bezeichnet als AlSi10Mg. 1-Legierung) mit der folgenden prozentualen Zusammensetzung:Although parts of the present invention are applicable to die casting of any material, for example magnesium alloys, other preferred embodiments will prove to be in connection with certain alloys of aluminum, a particularly advantageous example of which is an aluminum-silicon-magnesium die casting alloy (hereinafter referred to as AlSi10Mg.1 alloy) having the following percentage composition:
Si 9,5-10,5S 9.5-10.5
Mg 0,11-0,18Mg 0.11-0.18
Fe 0,4 MaximumFe 0.4 maximum
Sr 0,015-0,030Sr 0.015-0.030
Andere Elemente können vorhanden sein, einige als Verunreinigungen, einige für besondere Aufgaben. Beispielsweise kann Ti im Bereich von 0,05 ... 0,10% vorliegen. Ebenfalls kann B vorliegen. Eine angemessene Grenze für solche anderen Elemente in einer exemplarischen Legierung bestehen insofern, als insgesamt 0,25% nicht überschritten werden. Eine andere Wahl der Grenzen könnte sein: andere ((Elemente)) jeweils 0,05% max., andere ((Elemente)) insgesamt 0,15% max.Other elements may be present, some as impurities, some for special purposes. For example, Ti may be present in the range 0.05 ... 0.10%. B may also be present. A reasonable limit for such other elements in an exemplary alloy is that a total of 0.25% is not exceeded. Another choice of limits could be: other ((elements)) 0.05% each max., other ((elements)) a total of 0.15% max.
Sofern nicht anders angegeben, sind hierin alle Anteile und Prozentangaben durchweg auf Gewicht bezogen.Unless otherwise stated, all parts and percentages are by weight.
Die Aufgaben der Bestandteile der Legierung sind in der Regel folgende. Das Silicium vermittelt der Schmelze Fluidität, um die Operation des Gießens zu erleichtern sowie um dem Gussstück Festigkeit zu verleihen. Das Strontium gewährt ein Abrunden der eutektischen Silicium-Partikel zur Verbesserung der Duktilität. Magnesium dient dem Härten während des Alterns, was auf Mg&sub2;Si- Ausscheidung beruht.The functions of the alloy components are generally as follows. Silicon imparts fluidity to the melt to facilitate the operation of casting and to give strength to the casting. Strontium rounds off the eutectic silicon particles to improve ductility. Magnesium serves to harden during aging, which is based on Mg₂Si precipitation.
Ein Zusatz von Eisen unterdrückt das Anhaften der Legierung an der Form aus Eisen und an Rohrleitungen oder Behältern aus Eisen auf dem Weg zur Form. Das Anhaften führt dazu, dass das Gussteil an der Oberfläche klebt, führt zu einem Aufrauhen der Formen und der Wandungen der Füllkammern der Druckgussvorrichtung; führt zum Ausfall des Abdichtens, zum Verschleiß der Kolben der Druckgussvorrichtungen und für zum Aufrauhen der Oberfläche auf den Gussstücken, die sich der Oberflächenrauheit der Formen anpassen.An addition of iron suppresses the adhesion of the alloy to the iron mold and to iron pipes or containers on the way to the mold. Adhesion causes the casting to stick to the surface, leads to roughening of the molds and the walls of the filling chambers of the die casting device; leads to failure of the seal, wear of the Pistons of the die casting devices and for roughening the surface on the castings, which adapt to the surface roughness of the molds.
Das Anhaften ist besonders beim Gießen von Gussstücken ein Problem, bei denen relativ zu anderen Gießmethoden hohe Anschnittgeschwindigkeiten auftreten. Druckgüsse haben in der Regel eine hohe Metallgeschwindigkeit durch den Anschnitt im Bereich von etwa 15... 70 m/s (50... 200 ft/s). Hohe Anschnittgeschwindigkeiten können aus einer Reihe von Gründen erforderlich sein.Sticking is particularly a problem when casting castings that have high gate speeds relative to other casting methods. Die castings typically have high metal speeds through the gate in the range of approximately 15...70 m/s (50...200 ft/s). High gate speeds may be required for a number of reasons.
Beispielsweise sind dünne Anschnitte von Vorteil und werden bei der Massenfertigung von Druckgussstücken angestrebt, da sich das Anschnittmaterial dann leicht und einfach von dem Druckgussstück während des Abgratens wegbrechen läßt. Leider erfordern dünne Anschnitte (maximale Dicke ≤ etwa 2 Millimeter) durch sie hindurch hohe Metall-Strömungsgeschwindigkeiten und höhere Metalldrücke und -temperaturen, speziell beim Gießen von kompliziert geformten Teilen, wobei festgestellt wurde, dass diese Bedingungen insgesamt das Anhaften fördern. Ein weiterer Grund für hohe Anschniltgeschwindigkeiten kann das Erfordernis sein, ein vollständiges Füllen einer Form zur Herstellung dünnwandiger Gussstücke zu erreichen, z. B. Gussstücke, die Wandstärken einer Dicke von 5 mm enthalten.For example, thin gates are advantageous and are sought after in mass production of die castings because the gate material can then be easily and simply broken away from the die casting during trimming. Unfortunately, thin gates (maximum thickness ≤ about 2 millimeters) require high metal flow velocities and higher metal pressures and temperatures therethrough, especially when casting intricately shaped parts, and these conditions have been found to promote sticking. Another reason for high gate velocities may be the need to achieve complete filling of a mold for producing thin-walled castings, e.g. castings containing wall thicknesses of 5 mm.
Die üblicherweise zur Anwendung gelangende Gegenmaßnahme gegen das Anhaften ist ein erhöhter Eisengehalt bis zu 1 oder sogar 1,3% Eisen.The countermeasure commonly used against adhesion is an increased iron content up to 1 or even 1.3% iron.
Im Vergleich zu dem bei Druckgussstücken mit hoher Anschnittgeschwindigkeit üblicherweise verwendeten Eisengehalt ist der Zusammensetzungsbereich für Eisen bei Zusammensetzungen, die in der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, gering. Dieses stellt einen bedeutenden Aspekt dar, d. h. die Entdeckung von Möglichkeiten zum Druckgießen von eisenärmeren, Nichteisen-, z. B. Leichtmetall-, oder Aluminium-Druckgussstücken mit hoher Anschnittgeschwindigkeit. Damit kann, was den vorhandenen Eisengehalt betrifft, dieser einen nachteiligen Einfluss auf die Duktilität der Legierung und auf die Fähigkeit der Druckgussteile haben, in Druckversuchen zu bestehen. Als eine allgemeine Daumenregel gilt, je niedriger der Eisengehalt gehalten werden kann, um so besser für eine hohe Dehnung und Druckfestigkeit. Die Möglichkeit, Fertigungsdurchläufe des Druckgießens mit hoher Anschnittgeschwindigkeit von kommerziell annehmbarer Dauer zu erzielen, bei eisenarmen Aluminiumgusslegierungen, macht die Idee eines Fahrzeugbaus auf der Basis von Aluminiumkonstruktionen noch attraktiver, beispielsweise bei Verbindungen eines Kfz-Gitterrohrrahmens, wie er in der US-P-4 618 163 offenbart wurde.Compared to the iron content typically used in high gating speed die castings, the compositional range for iron is small in compositions preferred in the present invention. This represents an important aspect, i.e. the discovery of ways to die cast lower iron, non-ferrous, e.g. light metal, or aluminum die castings at high gating speed. Thus, as far as the iron content present is concerned, it can have a detrimental effect on the ductility of the alloy and on the ability of the die castings to pass compression tests. As a general rule of thumb, the lower the iron content can be kept, the better for high elongation and compressive strength. The ability to manufacture high gating speed die casting runs from commercial The ability to achieve a high level of thermal stability and an acceptable durability in low-iron cast aluminium alloys makes the idea of vehicle construction based on aluminium structures even more attractive, for example in the case of automotive space frame joints as disclosed in US-P-4 618 163.
Im Gegensatz dazu können Gussstücke mit dickem Anschnitt und geringer Anschnittgeschwindigkeit durch Druckgießen ohne größere Sorge hergestellt werden, dass ein Anhaften hervorgerufen wird. Selbstverständlich müssen dann die Anschnitte abgesägt, anstelle weggebrochen zu werden. Beim Druckgießen mit geringer Anschnittgeschwindigkeit werden Eisengehalte im Bereich von 0,3... 0,4% verwendet, wobei Eisen sogar bis herab zu 0,15% betragen kann.In contrast, castings with thick gates and low gate speeds can be produced by die casting without much concern about causing sticking. Of course, the gates must then be sawn off rather than broken away. In die casting with low gate speeds, iron contents in the range of 0.3...0.4% are used, with iron even being as low as 0.15%.
Geht man davon aus dass etwas Eisen vorhanden sein muss, wenn beispielsweise Formen aus Eisen verwendet werden sollen, und speziell im Fall des Druckgießens mit hoher Anschnittgeschwindigkeit, so kann es vorteilhaft sein, der vorgenannten Zusammensetzung bestimmte Elemente zuzusetzen, die den Einfluss des Eisens auf die mechanischen Eigenschaften verändern. Zum Beispiel kann ein Element zugesetzt werden, um die Morphologie von Partikeln, die plättchenförmiges Eisen aufweisen, von einer Plättchenform zu einer mehr sphäroidalen Form zu beeinflussen, um bei höheren Eisengehalten Duktilität zu bewahren. Elemente, die als Kandidaten zum Verändern des Einflusses von Eisen in Frage kommen, sind: Ni, Co, Be, B, Mn und Cr in Mengen im Bereich von etwa 0,05... 0,1, 0,2 oder sogar 0,25 Prozent.Given that some iron must be present, for example if iron molds are to be used, and especially in the case of high-speed die casting, it may be advantageous to add certain elements to the above composition that modify the influence of iron on mechanical properties. For example, an element may be added to modify the morphology of particles containing platelet iron from a platelet shape to a more spheroidal shape in order to maintain ductility at higher iron contents. Elements that are candidates for modifying the influence of iron are: Ni, Co, Be, B, Mn and Cr in amounts in the range of about 0.05...0.1, 0.2 or even 0.25 percent.
Wie zu Beginn dieses Kapitels ausgeführt, können andere Zusammensetzungen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann Eisen in einem Bereich variiert werden, beginnend bei 0,5% abwärts, und in einigen Fällen kann Eisen bis herab zu 0,2% und sogar bis herab zu 0,1% betragen. Silicium kann bis auf rund 8% gesenkt werden. Auch Magnesium kann bis zu 0,10% herabgesetzt werden. Damit könnte eine alternative Zusammensetzung lauten:As stated at the beginning of this chapter, other compositions can be used in connection with the present invention. For example, iron can be varied over a range starting from 0.5% and down, and in some cases iron can be as low as 0.2% and even as low as 0.1%. Silicon can be reduced to around 8%. Magnesium can also be reduced to as low as 0.10%. Thus, an alternative composition could be:
Si 7,5-8,5S 7.5-8.5
Mg 0,08-0,12Mg 0.08-0.12
Fe 0,15-0,25Fe 0.15-0.25
Sr 0,015-0,25; Rest Al.Sr 0.015-0.25; balance Al.
Bei bestimmten Anwendungen kann die vorliegende Erfindung auch genauso gut auf das Druckgießen der Klasse von Aluminiumlegierungen angewendet werden, die 7... 11% Magnesium enthält.In certain applications, the present invention may also be equally applicable to die casting of the class of aluminum alloys containing 7...11% magnesium.
Produkte von Legierungen, die in variierenden Ausführungsformen vergossen werden können, sind: 356, 357, 369,1, 409,2 und 413,2, wie sie aufgeführt sind in den "Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingots", die von der Aluminum Association, Washington, DC, veröffentlicht werden.Products of alloys which can be cast in varying configurations are: 356, 357, 369.1, 409.2 and 413.2 as listed in the "Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingots" published by the Aluminum Association, Washington, DC.
2. Schmelzbetrieb, einschließlich Entgasung und Filtration der Schmelze Es wurde Material (wie beispielsweise die vorstehend beschriebene AlSi10Mg. 1-Legierung) in korrekter Zusammensetzung geschmolzen, in der Zusammensetzung nach den Anforderungen eingestellt und danach für die Zuführung zu einer Druckgussvorrichtung nach Erfordernis gehalten. Die Einstellung der Zusammensetzung umfasst drei Teile: Entfernung von aufgelöstem Gas, Zusatz von Legierungskomponenten und Entfernung von festen Einschlüssen.2. Melting operation, including degassing and filtration of the melt Material (such as the AlSi10Mg. 1 alloy described above) was melted in the correct composition, adjusted in composition as required and then held for feeding to a die casting device as required. Adjustment of the composition comprises three parts: removal of dissolved gas, addition of alloy components and removal of solid inclusions.
In dem Fall einer Aluminiumlegierung kommt es beispielsweise aus einer Reihe von Gründen, wie z. B. hervorragende mechanische Eigenschaften zu erhalten, Vermeidung von Blasenbildung während der Wärmebehandlung und gute Schweißeigenschaften, darauf an, dass das geschmolzene Metall zur Entfernung von aufgelöstem Wasserstoff behandelt wird. Es gibt verschiedene Möglichkeiten dieses zu tun, wie beispielsweise Vakuumschmelzen, Umsetzen mit Chlor, das in die Schmelze eingeperlt wird, oder physikalische Entfernung, indem ein inertes Gas durch die Schmelze durchgeperlt wird, wie beispielsweise Argon. Chlor entfernt zusätzlich Natrium und erzeugt ein trockenes Gekrätz von Aluminiumoxid, wobei die Trockene zur guten Entfernung des Gekrätzes von Vorteil ist, um feste Einschlüsse in den Gussstücken zu vermeiden. Ein Gekrätz, das durch geschmolzenes Aluminium benetzt ist, ist schwieriger zu entfernen.In the case of an aluminium alloy, for example, for a number of reasons, such as obtaining excellent mechanical properties, avoiding blistering during heat treatment and good welding properties, it is important that the molten metal is treated to remove dissolved hydrogen. There are various ways of doing this, such as vacuum melting, reaction with chlorine bubbled into the melt, or physical removal by bubbling an inert gas through the melt, such as argon. Chlorine also removes sodium and produces a dry dross of aluminium oxide, the dryness being an advantage for good dross removal to avoid solid inclusions in the castings. Dross wetted by molten aluminium is more difficult to remove.
Ein Modifikationsmittelzusatz, z. B. Strontium, Natrium, Caicium oder Antimon, zum Modifizieren der Form der Silicium-Phase kann beispielsweise in Form eines Vorlegierungsdrahtes der Zusammensetzung 3... 4% Sr, Rest weitgehend Aluminium, zu einer Rinne zugesetzt werden, wo die Schmelze aus einem Schmelzofen, wo das Schmelzen und die Wasserstoffentfernung ausgeführt werden, zu einem Warmhalteofen fließt, wo die Schmelze in Vorbereitung zum Gießen aufbewahrt wird. Da Chlor mit Sr reagiert, ist es nützlich, inertes Gas, wie beispielsweise Argon, nach der Flussmittelbehandlung mit Chlor durch die Schmelze hindurchzuperlen, um Chlor so weit wie möglich vor dem Sr-Zusatz zu entfernen.A modifier additive, e.g. strontium, sodium, calcium or antimony, for modifying the shape of the silicon phase can be added, for example in the form of a master alloy wire of composition 3...4% Sr, balance largely aluminum, to a runner where the melt flows from a melting furnace where melting and hydrogen removal are carried out to a holding furnace where the melt is held in preparation for casting. Since chlorine reacts with Sr, it is useful to bubble inert gas such as argon through the melt after fluxing with chlorine in order to remove as much chlorine as possible before Sr addition.
Die Zusammensetzung des Vorlegierungsdrahtes von 3,5% Sr, Rest Aluminium, hat sich für diese Modifizierung des Siliciums in dem eutektischen Gemisch als wirksamer erwiesen als eine Zusammensetzung eines Vorlegierungsdrahtes mit 9% Sr, Rest Aluminium.The master alloy wire composition of 3.5% Sr, balance aluminum, has been shown to be more effective for this modification of the silicon in the eutectic mixture than a master alloy wire composition of 9% Sr, balance aluminum.
Nach dem Zusatz von Sr wird eine Inkubationszeit benötigt. Bis zum Ablauf der Inkubationszeit ist die Modifikation der Silicium-Morphologie unzureichend. Außerdem gibt es einen Zeitpunkt, nachdem die Schmelze insofern schal wird, dass die Wirkung des Sr für die Modifizierung der Silicium-Form nicht mehr länger wirksam ist. Wenn dieser Zeitpunkt erreicht ist, wird das Gießen abgebrochen. Bei einer Temperatur der Metallschmelze von 715ºC... 760ºC (1.320ºF... 1.400ºF) kann die Inkubationszeit bis zu etwa 5 Minuten für eine Vorlegierung mit 3,5% Sr und etwa 1 Stunde für eine Vorlegierung mit 9% Sr betragen. Bei einer Haltetemperatur von 760ºC (1.320ºF) gibt es eine Verweilzeit von z. B. 6 bis 7 Stunden, während der die Silicium-Modifikation zufriedenstellend ist; nach einer solchen Verweildauer wird die Schmelze schal und ist für die Silicium- Modifikation nicht mehr länger wirksam. Die Verweilzeit einer zufriedenstellenden Silicium-Modifikation ist bei 732ºC (1.350ºF) größer als bei 760ºC (1.400ºF), Der Strontium-Gehalt in dem geschmolzenen Metall und in dem Gussstück liegt für eine wirksame Silicium-Modifikation vorzugsweise im Bereich von etwa 0,01...0,03%.After the addition of Sr, an incubation period is required. Until the incubation period has elapsed, the modification of the silicon morphology is insufficient. In addition, there is a point in time after the melt becomes stale to the extent that the action of the Sr to modify the silicon shape is no longer effective. When this point is reached, the casting is stopped. At a molten metal temperature of 715ºC...760ºC (1,320ºF...1,400ºF), the incubation time can be up to about 5 minutes for a 3.5% Sr master alloy and about 1 hour for a 9% Sr master alloy. At a holding temperature of 760ºC (1,320ºF), there is a residence time of, for example, 6 to 7 hours during which the silicon modification is satisfactory; after such a residence time, the melt becomes stale and is no longer effective for silicon modification. The residence time of a satisfactory silicon modification is longer at 732ºC (1,350ºF) than at 760ºC (1,400ºF). The strontium content in the molten metal and in the casting is preferably in the range of about 0.01...0.03% for effective silicon modification.
Feste Einschlüsse, die durch die Gekrätzentfernung in der Schmelzpfanne nicht eliminiert worden sind, werden durch Filtration entfernt, beispielsweise durch Keramikschaum- oder durch Feinstfilter. Dieses kann ausgeführt werden, wenn sich die Schmelze von der Rinne in den Behälter im Warmhalteofen bewegt. Im Fall von Metall-, z. B. Aluminiumlegienings--, Gussstücken, speziell Druckgussstücken, ist es vorteilhaft, die Einschlüsse auf beispielsweise etwa 12 ≤ ein 20-Mikrometer-Einschluss pro cm³ Metall in dem Gussstück und vorzugsweise ≤ ein 15-Mikrometer- oder sogar ≤ ein 10-Mikrometer-Einschluss pro cm³ Metall zu begrenzen. Filterporenweite und/oder Korngröße werden so gewählt, dass der gewählte Standard eingehalten wird. Die gewünschte Durchflussgeschwindigkeit durch das Filter wird sodann durch geeignete Filterfläche und Druckhöhe erhalten. Der Einschlussgehalt des Metalls wird mit Hilfe metallographischer Untersuchung einer statistisch angemessenen Probe bestimmt, die aus dem Bereich des Warmhalteofens genommen wird, aus dem das Metall in die Druckgussvorrichtung gebracht wird. Die Probe wird unter Verwendung einer Einrichtung erhalten, wie sie beispielsweise von R. D. Blackburn et al. in Veröffentlichungen beschrieben wurde, die auf der Konferenz "Pacific Northwest Metais and Minerals Conference" am 27. April 1979 präsentiert wurden, und umfasst das Ansaugen einer statistisch angemessenen Menge von Metall durch ein Filter und das Analysieren der auf dem Filter zurückgehaltenen Einschlüsse. In dem 20-Mikrometer-Versuch wird beispielsweise die Zahl dieser gefundenen Einschlüsse durch die Metallmenge dividiert, die durch das Filter gesaugt wurde; die Anwesenheit von Einschlüssen, die größer sind als 20 Mikrometer bedeutet, dass das Metall den Test nicht besteht.Solid inclusions that have not been eliminated by the dross removal in the melting ladle are removed by filtration, for example by ceramic foam or by micro filters. This can be carried out as the melt moves from the trough into the vessel in the holding furnace. In the case of metal, e.g. aluminium alloy, castings, especially die castings, it is advantageous to limit the inclusions to, for example, about 12 ≤ one 20 micron inclusion per cm³ of metal in the casting and preferably ≤ one 15 micron or even ≤ one 10 micron inclusion per cm³ of metal. Filter pore size and/or grain size are selected to meet the chosen standard. The desired flow rate through the filter is then obtained by suitable filter area and pressure head. The inclusion content of the metal is determined by metallographic examination of a statistically adequate sample taken from the area of the holding furnace from which the metal is transferred to the die casting apparatus. The sample is obtained using equipment such as that described by RD Blackburn et al. in papers presented at the Pacific Northwest Metals and Minerals Conference on April 27, 1979, and involves drawing a statistically appropriate amount of metal through a filter and analyzing the inclusions retained on the filter. In the 20 micron test, for example, the number of such inclusions found is divided by the amount of metal drawn through the filter; the presence of inclusions larger than 20 microns means that the metal fails the test.
Das schmelzflüssige Material wird durch ein Absaugrohr aus dem Warmhalteofen zu der Druckgussvorrichtung gebracht. Das Absaugrohr erstreckt sich vorzugsweise in einen Bereich des Warmhalteofen-Behälters, wo die Schmelzdruckhöhe beim Entnehmen der Schmelze zum Gießen bewirkt, dass sich die Schmelzenachfüllung durch ein Filter in diesem Bereich bewegt. Das Absaugrohr erstreckt sich von dem Warmhalteofen zu einer Füll- oder Beschickungskammer, auch bezeichnet als Schusszylinder, zu einer Öffnung in der Füllkammer, die als die Einströmdüse bezeichnet wird.The molten material is brought from the holding furnace to the die casting apparatus through an exhaust pipe. The exhaust pipe preferably extends into a region of the holding furnace vessel where the melt pressure head when the melt is removed for casting causes the melt refill to move through a filter in that region. The exhaust pipe extends from the holding furnace to a filling or charging chamber, also referred to as a shot cylinder, to an opening in the filling chamber referred to as the inlet nozzle.
Das Absaugrohr wird vorzugsweise aus Graphit (auf seiner äußeren Oberfläche zum Schutz gegen Oxidation beschichtet) oder Keramik gefertigt, um eine Eisenkontamination der Schmelze zu verhindern und die Wartung des Absaugrohres zu erleichtern.The suction pipe is preferably made of graphite (coated on its outer surface to protect against oxidation) or ceramic to prevent iron contamination of the melt and to facilitate maintenance of the suction pipe.
Es kann ein Einstromdüseneinsatz aus Keramik, z. B. Bornitrid, verwendet werden, um den Wärmeübergang zu vermindern und so gegen ein Erstarren des Metalls in der Einströmdüse zu schützen und die Erosion an dieser Stelle zu reduzieren. Dieses kann mit einem Keramikeinsatz im Schusszylinder im Bereich der Einströmdüse verbunden sein, um ebenfalls die Erosion zu verhindern Die Erosion kann genauso gut an dieser Stelle mit einer Auswechselausfütterung aus Stahl vom H13-Typ beherrscht werden.An inlet nozzle insert made of ceramic, e.g. boron nitride, can be used to reduce heat transfer and thus protect against solidification of the metal in the inlet nozzle and reduce erosion at this point. This can be combined with a ceramic insert in the shot cylinder in the area of the inlet nozzle to also prevent erosion. The erosion can be controlled just as well at this point with a replacement lining made of H13 type steel.
Es kann auch zum Schutz gegen Erstarren des Metalls an der Einströmdüse eine elektrische Heizung für die Einströmdüse verwendet werden. Diese sogenannte "Flachspulen"-Heizvorrichtung funktioniert in der Weise, wie nachfolgend beschriebenen wird.An electric heater for the inlet nozzle can also be used to prevent the metal from freezing at the inlet nozzle. This so-called "flat coil" heater works in the manner described below.
Es kann auch ein Graben in der Außenwandung der Füllkammer in dem Abschnitt der Außenwandung verwendet werden, der die Einströmdüse umgibt, um den Wärmeübergang aus diesem Bereich der Einströmdüse heraus zu verringern.A trench may also be used in the outer wall of the filling chamber in the section of the outer wall surrounding the inlet nozzle to reduce heat transfer out of this area of the inlet nozzle.
Es kann eine sekundäre, zusammendrückbare, formgestanzte (durch Kompression von Band) Graphitfaserdichtung an der Außenseite der Primärdichtungen der Einströmdüse verwendet werden, um gegen eine Luftundichtigkeit an den Primärdichtungen in die Schmelze an der Verbindung zwischen dem Absaugrohr und dem Schusszylinder zu schützen.A secondary, compressible, die-cut (by compression of tape) graphite fiber seal may be used on the outside of the inlet nozzle primary seals to protect against air leakage from the primary seals into the melt at the connection between the exhaust pipe and the shot cylinder.
Mehrere wichtige Aspekte des Druckgussverfahrens umfassen das Einfüllen oder Beschicken, die Kammer oder den Schusszylinder der Druckgussvorrichtung. Beispielsweise hat die Füllkammer eine Auflage für einen Kolben oder Stempel, die vorzugsweise aus Beryllium-Kupfer gefertigt ist. Der Kolben dient zum Befördern der Schmelze von der Füllkammer zur Druckgussform oder Gießform. In Verbindung mit dieser Sektion der Druckgussvorrichtung gibt es zusätzlich Vorrichtungen zum Aufbringen von Überzügen oder Schmiermitteln, um die Zwischenräume zwischen der Füllkammer Lind dem Kolben und zwischen der Füllkammer und der Schmelze auszufüllen.Several important aspects of the die casting process include the filling or charging, the chamber or the shot cylinder of the die casting device. For example, the filling chamber has a support for a piston or die, which is preferably made of beryllium copper. The piston serves to convey the melt from the filling chamber to the die or mold. In connection with this section of the die casting device there are additional devices for applying coatings or lubricants, to fill the gaps between the filling chamber and the piston and between the filling chamber and the melt.
Es tragen mehrere Merkmale der Füllkammersektion speziell zur hohen Qualität der Druckgussstücke bei. Im Zusammenhang mit dem Kolben ist ein wichtiger Aspekt der Schutz davor, dass er zu einer Quelle schädlicher Gase wird, beispielsweise Luft aus der Umgebung, die in das geschmolzene Material, das in der Füllkammer unter Vakuum gehalten wird, einströmen. Der Kolben muss zur Ausführung seiner unterschiedlichen Funktionen in der Lage sein, die Schmelze zunächst zu halten und danach zur Druckgussform zuzuführen. Er muss beweglich sein und dennoch soweit wie möglich gegen das Eindringen von Verunreinigungen in die in der Füllkammer enthaltene Schmelze abdichten, wie in der Patentschrift von Lossek et al. ausgeführt wurde.There are several features of the filling chamber section specifically that contribute to the high quality of the die castings. In relation to the piston, an important aspect is protection from becoming a source of harmful gases, such as ambient air, entering the molten material held under vacuum in the filling chamber. The piston, in order to perform its various functions, must be able to initially hold the melt and then feed it to the die. It must be movable and yet seal as much as possible against the ingress of contaminants into the melt contained in the filling chamber, as stated in the Lossek et al. patent.
Vorteilhafte Merkmale für den Kolben, die von der vorliegenden Erfindung gewährt werden, schließen ein: 1) Aspekte des Abdichtens; 2) eine Verbindung zwischen dem Kolben und der Kolbenstange und 3) Maßnahmen zur Kontrolle der Temperatur, um den gleitenden Pass-Sitz zwischen der Füllkammerbohrung und dem Äußeren des Kolbens zu stabilisieren.Advantageous features for the piston provided by the present invention include: 1) sealing aspects; 2) a connection between the piston and the piston rod, and 3) temperature control measures to stabilize the sliding fit between the fill chamber bore and the exterior of the piston.
Entsprechend einer bevorzugten Form des peripheren Abdichtens des Kolbens erstreckt sich die Dichtung zwischen der Füllkammer und der Kolbenstange. Dieses Merkmal gewährleistet ein Abdichten, solange wie es während des Kolbenlaufes gewünscht wird.According to a preferred form of peripheral sealing of the piston, the seal extends between the filling chamber and the piston rod. This feature ensures sealing as long as desired during piston travel.
In einer weiteren Entwicklung des Abdichtens des Kolbens nimmt eine flexible Hülle zwischen der Füllkammer und der Kolbenstange die unterschiedlichen Ausrichtungen des Kolbens und der Stange an. Diese Anordnung verhindert außerdem eine Beschädigung an dichtenden Flachdichtungen durch Aluminiumlot oder Gussgrat, die durch Bewegung des Kolbens erzeugt werden. In einer anderen Ausführungsform schließt der Kolben eine flexible Schürze zum Anpassen an Schwankungen der Bohrung der Füllkammer ein, um die Grenzfläche Kolben/Füllkammerbohrung besser gegen eine Entweichen von Gas in die Schmelze in der Füllkammer abzudichten.In a further development of piston sealing, a flexible sleeve between the filling chamber and the piston rod accommodates the different orientations of the piston and rod. This arrangement also prevents damage to sealing gaskets by aluminum solder or flash created by piston movement. In another embodiment, the piston includes a flexible skirt to accommodate variations in the filling chamber bore to better seal the piston/filling chamber bore interface against gas leakage into the melt in the filling chamber.
Es kann auch ein Scharnier oder eine Kugel, ein Gelenk oder gelenkige Verbindung zwischen dem Kolben und der Kolbenstange vorgesehen werden, um dem Kolben zu ermöglichen, der Bohrung der Füllkammer zu folgen.A hinge or ball, joint or articulated connection may also be provided between the piston and the piston rod to enable the piston to follow the bore of the filling chamber.
Der Kolben ist gekühlt, wobei dieses beispielsweise beim Erstarren des sogenannten "Gießrestes" hilft, gegen den er in dem abschließenden Füllen der Druckgussform anstößt.The piston is cooled, which helps, for example, with the solidification of the so-called "casting residue" against which it collides during the final filling of the die-casting mold.
Die Temperatur und speziell Temperaturdifferenzen zwischen dem Kolben und der Füllkammerbohrung werden kontrolliert, um eine Verunreinigung der Schmelze durch Gas abzuwehren, das durch die Grenzfläche zwischen Kolben und Bohrung hindurch tritt. Zur Anwendung gelangende Maßnahmen schließen die direkte Beobachtung und das Kontrollieren der Kolbentemperatur ein, was wiederum die Kontrolle der Strömung des Kühlfluids zum Kolben auf der Grundlage von Zeittakt oder Temperatur des Kühlfluids ermöglicht.The temperature, and especially temperature differences between the piston and the fill chamber bore, are controlled to prevent contamination of the melt by gas passing through the piston-bore interface. Measures used include direct observation and control of the piston temperature, which in turn allows control of the flow of cooling fluid to the piston based on timing or temperature of the cooling fluid.
Die Füllkammer selbst kann wie die Druckgussform aus H13-Stahl gefertigt sein, der vorzugsweise ein Nitrid-Überzug unter Anwendung der Ionen- Nitridierungsmethode gegeben wurde.The filling chamber itself, like the die-casting mold, can be made of H13 steel, which has preferably been given a nitride coating using the ion nitriding method.
Die Füllkammer kann wahlweise zur Gewährung einer verringerten Erosion, reduzierte Anwendung von Trennmittel (Schmiermittel) oder reduzierten Wärmeverlust eine keramische Ausfütterung aufweisen. Obgleich die Erfindung, so wie sie offenbart ist, hauptsächlich im Zusammenhang mit der sogenannten "Kaltkammer"-Technologie präsentiert wird, d. h. die Maschinentemperaturen sind derart, dass das Metall vom Warmhalteofen grundsätzlich Wärme verliert, wenn es sich zur Druckgussform bewegt, hat die Anwendung der "Kaltkammer"- Technologie, wo die Füllkammer beispielsweise etwa die gleiche Temperatur hat wie das geschmolzene Metall, eine Wirkung zum Schutz keramischer Ausfütterungen gegen Abplatzen und andere Beeinträchtigung als Folge von Temperaturgradienten. Beispielsweise kann die Ausfütterung 20 in Fig. 1 der US-P-2 671 936 von Sundwick in keramischer Form gemeinsam mit dem Ersatz anderer Teile ihrer Zuführeinrichtung von schmelzflüssigem Metall im Zusammenhang mit der Zielstellung bereitgestellt werden, eine Warmkammer-Druckgussvorrichtung zu schaffen, die gegenüber dem Angriff durch zu vergießendes Metall, speziell Aluminiumlegierung, beständig ist. Keramische Ausfütterungen gewähren Auswahlmöglichkeiten in der Zusammensetzungen, die keiner Aluminium/Eisen-Wechselwirkung unterliegen und daher länger glatt bleiben können, was beispielsweise von Vorteil zur Verhütung von Verschleiß in der flexiblen Schürze ist.The filling chamber may optionally have a ceramic lining to provide reduced erosion, reduced use of release agent (lubricant) or reduced heat loss. Although the invention as disclosed is presented primarily in the context of so-called "cold chamber" technology, i.e. the machine temperatures are such that the metal from the holding furnace basically loses heat as it moves to the die, the use of "cold chamber" technology where the filling chamber, for example, is at approximately the same temperature as the molten metal, has an effect of protecting ceramic linings against spalling and other deterioration as a result of temperature gradients. For example, the liner 20 in Fig. 1 of Sundwick's U.S. Patent No. 2,671,936 may be provided in ceramic form along with the replacement of other parts of its molten metal feeder in connection with the objective of providing a hot chamber die casting apparatus that is resistant to attack by the metal being cast, especially aluminum alloy. Ceramic liners provide choices in the compositions that are not subject to aluminium/iron interaction and can therefore remain smooth for longer, which is advantageous, for example, for preventing wear in the flexible apron.
Die Füllkammersektion umfasst zusätzlich Möglichkeiten zum Anwenden und Aufrechterhalten von Vakuum. Vakuum wird durch entsprechendes Pumpen erzielt und, was noch wichtiger ist, er wird unter Beachtung einer ausreichenden Abdichtung aufrechterhalten. Allgemein ist es eine fragliche Praxis, das Pumpen zu verstärken und die Dichtungen nicht genügend zu beachten. Ein unzureichendes Dichten bedeutet, dass größere Gasmengen durch die evakuierte Füllkammer getrieben werden bei gleichzeitigem Risiko einer Kontamination der Schmelze. Die Vakuumqualität kann durch Druckablesungen überwacht werden (Unterdruckwerte werden bei 40... 60 mmHg absoluten Druck, vorzugsweise weniger als 50 mmHg absoluten Druck gehalten, bis herab sogar zu weniger als 25 mmHg absoluter Druck) und zusätzlich durch Maßnahmen, wie beispielsweise durch Gas-Verfolgung, beispielsweise Verfolgen von Argon und/oder Helium, sowie durch Gasmengen-Durchflussmessung entweder unter Steuerung mit Rückführung oder Steuerung mit Stellantrieb.The filling chamber section additionally includes means for applying and maintaining vacuum. Vacuum is achieved by adequate pumping and, more importantly, it is maintained with due regard to adequate sealing. In general, it is questionable practice to increase pumping and not pay enough attention to seals. Inadequate sealing means that larger quantities of gas are forced through the evacuated filling chamber with the risk of contamination of the melt. Vacuum quality can be monitored by pressure readings (vacuum levels are maintained at 40...60 mmHg absolute pressure, preferably less than 50 mmHg absolute pressure, down to even less than 25 mmHg absolute pressure) and additionally by means such as gas tracking, e.g. tracking of argon and/or helium, and gas volume flow measurement under either closed-loop or actuator control.
Ein wichtiger Aspekt der Füllkammersektion umfasst die Aufbringung von Überzügen oder Schmiermitteln. Methoden, wie beispielsweise Ionen-Nitridierung, werden einmalig ausgeführt und dienen zur Herstellung vieler Gussstücke. Andere Überzüge und Schmiermittel werden mehrfach beispielsweise vor der Formgebung jedes Gusses aufgebracht.An important aspect of the fill chamber section involves the application of coatings or lubricants. Methods such as ion nitriding are performed once and are used to produce many castings. Other coatings and lubricants are applied multiple times, for example before forming each casting.
Überzüge und Schmiermittel können von Hand aufgebracht werden, indem Düsen verwendet werden, die durch Öffnen eines Ventils versorgt werden. Oder sie können durch Anwendung sogenannter "Reiterrohre" aufgebracht werden, die mit dem Kolben zum Schmieren der Bohrung der Füllkammer mitfahren. Reiterrohre beziehen normalerweise die Verwendung eines nichtproduktiven Kolbenhubes zwischen jedem Gussform-Beschickungshub zum Schmieren der Füllkammerbohrung vorbereitend zur nächsten Füllung von Schmelze in die Füllkammer mit ein. Eine weitere Möglichkeit zum Schmieren ist die "Tropföler"- Methode, wo Öl auf die Seiten des Kolbens aufgebracht wird, wenn er exponiert ist, und zwar für eine nachfolgende Verteilung in der Bohrung der Füllkammer während des Kolbenhubs.Coatings and lubricants can be applied by hand using nozzles supplied by opening a valve. Or they can be applied by using so-called "rider tubes" that ride with the piston to lubricate the fill chamber bore. Rider tubes typically involve the use of a non-productive piston stroke between each mold loading stroke to lubricate the fill chamber bore in preparation for the next charge of melt into the fill chamber. Another method of lubrication is the "drip oiler" method where oil is applied to the sides of the piston as it is exposed. for subsequent distribution in the bore of the filling chamber during the piston stroke.
Nach einer der besonders vorteilhaften Ausführungsformen wird eine Füllkammer-Formende-Schmiervorrichtung vorgesehen. Sie wird als eine "Formende"-Schmiervorrichtung bezeichnet, da sie in die Füllkammerbohrung vom Ende der Füllkammer in der Nähe der Druckgussform gelangt, wenn die Druckgussformhälften geöffnet sind. Mit der Formende-Schmiervorrichtung wird der nichtproduktive Hub eliminiert. Weitere bedeutende Vorteile der Formende-Schmiervorrichtung sind gleichförmige und gründliche Aufbringung von Überzügen und Schmiermitteln, das Trocknen der Wasser- und/oder Alkoholkomponente von Überzügen und Schmiermitteln auf Wasser- und/oder Alkoholbasis und das Ausblasen oder Evakuieren von Lot oder Grat und verdampftem Wasser und/oder Alkohol aus der Füllkammerbohrung durch Einblasen von Druckgas.According to one of the particularly advantageous embodiments, a fill chamber mold end lubricator is provided. It is referred to as a "mold end" lubricator because it enters the fill chamber bore from the end of the fill chamber near the die when the die halves are opened. With the mold end lubricator, the non-productive stroke is eliminated. Other significant advantages of the mold end lubricator are uniform and thorough application of coatings and lubricants, drying of the water and/or alcohol component of water and/or alcohol based coatings and lubricants, and blowing or evacuating solder or flash and vaporized water and/or alcohol from the fill chamber bore by blowing in pressurized gas.
Die in der vorliegenden Erfindung für die Füllkammer und die Druckgussform verwendeten Schmiermittel und Überzüge haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, ein Hochdruckgiessen von Teilen aus ausscheidungshärtbarer Aluminiumlegierung mit geringem Eisengehalt zu ermöglichen. Die Druckgussstücke haben einen geringen Gasgehalt und können zu Zuständen mit kombinierter hoher Dehngrenze und hoher Druckfestigkeit wärmebehandelt werden.The lubricants and coatings used in the present invention for the fill chamber and die have been found to be particularly advantageous in enabling high pressure casting of low iron precipitation hardenable aluminum alloy parts. The die castings have a low gas content and can be heat treated to conditions with a combined high yield strength and high compressive strength.
Sowohl die Füllkammerbohrung als auch die das Gießmetall aufnehmenden Seiten der Druckgussform erhalten vorzugsweise einen Nitrid-Überzug unter Anwendung der Ionen-Nitridierungsmethode. Die Ionen-Nitridierung, die auch als Plasma-Nitridierung bekannt ist, ist eine häufig eingesetzte Oberflächenbehandlung beim Druckgießen. Die Ionen-Nitridierung wird beim konventionellen Druckgießen hauptsächlich angewendet, um den Abrieb der Druckgussform zu reduzieren, der durch Hochgeschwindigkeitserosion hervorgerufen wird. Diese Oberflächenbehandlung der Füllkammerbohrung und der Druckgussform hat sich vorzugsweise in Kombination mit der Verwendung von Schmiermittel und speziell dem Halogensalz enthaltenden Schmiermittel als besonders wirksam erwiesen, das Anhaften im Hochdruckgießen von eisenarmer, ausscheidungshärtbarer Aluminiumlegierung zu hemmen.Both the filling chamber bore and the sides of the die that receive the casting metal are preferably given a nitride coating using the ion nitriding method. Ion nitriding, also known as plasma nitriding, is a frequently used surface treatment in die casting. Ion nitriding is mainly used in conventional die casting to reduce the abrasion of the die caused by high-speed erosion. This surface treatment of the filling chamber bore and the die has proven to be particularly effective, preferably in combination with the use of lubricant and especially the lubricant containing the halogen salt. to inhibit adhesion in high pressure casting of low-iron, precipitation hardenable aluminum alloy.
Die Schmierung ist wichtig für lange und erfolgreiche Läufe, die das Anhaften vermeidet, d. h. den Angriff der Stahl-Füllkammer und der Formgusswände durch schmelzflüssige Aluminiumlegierung. Während daher Druckgussform- und Schusszylinder-Schmiermittel zum größten Teil sehr schwierige Aufgaben erfüllen, haben beide Schmiermittel die gemeinsame Aufgabe, dass sie die Reaktion des Anhaftens auf ein Minimum herabsetzen müssen.Lubrication is important for long and successful runs, avoiding sticking, i.e. the attack of the steel filling chamber and the mold casting walls by molten aluminum alloy. Therefore, while die casting mold and shot cylinder lubricants for the most part perform very difficult tasks, both lubricants have the common task of minimizing the sticking reaction.
In einer der Ausführungsformen wird ein Halogensalz eines Alkalimetalls den Druckgussform- und Füllkammer-Schmiermitteln zugesetzt, um eine merkliche Herabsetzung des Anhaftens zu erzielen, speziell im Fall des Druckgießens von eisenarmenAluminium-Silicium-Legierungen. Beispielsweise inhibiert Kaliumiodid, das dem Schmiermittel (2 bis 7% im Schusszylinder-Schmiermittel und 0,5 bis 3% im Druckgussschmiermittel) die Bildung von sich aufbauendem Lot und ermöglicht eine Reduktion bei den Schmiermittelvertretern, beispielsweise den organischen, die für die Leistung benötigt werden. Die Schmiermittelvertreter in den Schmiermitteln auf Wasserbasis, denen es zugesetzt wird (Emulsion, wasserlösliche synthetische Stoffe, Dispersion oder Suspension), dienen lediglich dazu, die Reibungsverringerung zu gewähren, die zum Trennen des Teils aus der Druckgussform und zur Verringerung des Wärmeübergangs in dem Schusszylinder benötigt werden. Ein Beispiel für Schmiermittelvertreter ist Polyethylenglykol bei 1% in der Wassergrundlage. Ein weiterer Schmiermittelvertreter ist Graphit, der zur Erleichterung des Trennens der Gussstücke aus der Druckgussform zugesetzt werden kann. Schmiermittel, die Halogensalz eines Alkalimetalls enthalten, gewähren eine Gesamtherabsetzung des Gasgehalts in den Druckgussteilen.In one embodiment, a halogen salt of an alkali metal is added to the die and fill chamber lubricants to provide a significant reduction in sticking, especially in the case of die casting low-iron aluminum-silicon alloys. For example, potassium iodide added to the lubricant (2 to 7% in the shot cylinder lubricant and 0.5 to 3% in the die casting lubricant) inhibits the formation of build-up solder and allows a reduction in the lubricant species, such as organic ones, needed for performance. The lubricant species in the water-based lubricants to which it is added (emulsion, water-soluble synthetics, dispersion or suspension) serve only to provide the friction reduction needed to separate the part from the die and to reduce heat transfer in the shot cylinder. An example of lubricant agents is polyethylene glycol at 1% in the water base. Another lubricant agent is graphite, which can be added to facilitate the separation of the castings from the die. Lubricants containing a halogen salt of an alkali metal provide an overall reduction in the gas content in the die castings.
Ein wichtiger Schritt in der Herabsetzung des Gasgehalts in diesen Druckgussteilen war die Entwicklung der hierin beschriebenen Formende-Schmiervorrichtung zur Aufbringung von Schmiermittel in der Füllkammerbohrung. Die Vorrichtung ermöglicht die Verwendung von Schmiermitteln für die Bohrung auf wässriger Basis und/oder alkoholischer Basis. Dadurch hat die Formende- Schmiervorrichtung Konsistenz in die Schmiermittelanwendung eingebracht und bietet die Möglichkeit zur Anwendung anorganischer Substanzen, wie beispielsWeise Kaliumiodid. Von Bedeutung ist, dass der durch die Verdampfung des Wassers erzeugte Dampf aus dem Schusszylinder durch die austreibende Wirkung der aus ihrer Düse ausgestoßenen Trocknungsluft entfernt wird.An important step in reducing the gas content in these die castings was the development of the end-of-mold lubrication device described herein for applying lubricant to the fill chamber bore. The device allows the use of water-based and/or alcohol-based bore lubricants. As a result, the end-of-mold lubrication device has brought consistency to the lubricant application and offers the possibility of applying inorganic substances such as Potassium iodide. Importantly, the steam generated by the evaporation of the water is removed from the shot cylinder by the expelling action of the drying air ejected from its nozzle.
Bei der Entnahme der Druckgussstücke aus der Druckgussform kann man das Druckgussstück, sofern erwünscht, auf Raumtemperatur kühlen lassen und einem Sandstrahlblasen unterziehen, um an der Oberfläche eingeschlossenes Schmiermitttel zu entfernen, um Auswirkungen des Gases während der nachfolgenden Behandlung zu vermindern, z. B. die Blasenbildung während der nachfolgenden Wärmebehandlung und das Ausgasen während des Schweißens zu reduzieren. Mit dem Sandstrahlblasen lassen sich auch Mikrorisse an der Oberfläche auf den Gussstücken entfernen, was zu verbesserten mechanischen Eigenschaften in den Gussstücken führt und speziell zu einer verbesserten Druckfestigkeit.When removing the die castings from the die, the die casting can be allowed to cool to room temperature if desired and subjected to sandblasting to remove any lubricant trapped on the surface to reduce the effects of gas during subsequent processing, such as reducing blistering during subsequent heat treatment and outgassing during welding. Sandblasting can also remove surface microcracks on the castings, resulting in improved mechanical properties in the castings and especially improved compressive strength.
Die Wärmebehandlung von Druckgussstücken der Aluminiumlegierung AlSi10Mg.1 ist beispielsweise so bemessen, dass sowohl Duktilität als auch Festigkeit verbessert werden. Die Wärmebehandlung umfasst eine Lösungsglühbehandlung und eine Alterungsbehandlung.For example, the heat treatment of die castings of the aluminum alloy AlSi10Mg.1 is designed to improve both ductility and strength. The heat treatment includes a solution heat treatment and an aging treatment.
Das Lösungsglühen wird im Bereich von 482... 510ºC (900... 950ºC) für eine ausreichende Dauer ausgeführt, um eine Silicium-Kornvergröberung zu erzielen, was zu der angestrebten Duktilität führt und eine Auflösung der Magnesium-Phase gewährt. Es wurde festgestellt, dass das untere Ende dieses Bereichs die gewünschten Ergebnisse mit einer sehr stark reduzierten Neigung zum Auftreten von Blasenbildung liefert. Die Blasenbildung ist eine Funktion der Fließspannung, und die Behandlung bei niedrigerer Temperatur (was einhergeht mit einer geringeren Fließspannung) unterstützt daher die Sicherung gegen Blasenbildung. Das untere Ende dieses Bereichs gewährt außerdem eine bessere Kontrolle über die Silicium-Kornvergröberung, wobei die Geschwindigkeit der Vergröberung bei den niedrigeren Temperaturen merklich geringer ist. Der Lösungsglühbehandlung folgt die Alterungs- oder die Ausscheidungshärtung. Die Alterung wird bei Temperaturen ausgeführt, die niedriger sind, als die für die Lösung eingesetzten, wobei zur Verfestigung Mg&sub2;Si ausgeschieden wird. Zur Bestimmung der geeigneten Kombinationen der Zeiten und Temperaturen zur Alterung kann das Konzept des Alterungsintegrators eingesetzt werden, wie es in der US-P-3 645 804 ausgeführt wurde. Sollte das Gussstück später Behandlungen bei erhöhten Temperaturen zum Anstrich-Einbrennen unterzogen werden, läßt sich der Alterungsintegrator anwenden, um den Einfluss dieser Behandlungen auf die Festigkeit des fertigen Teils zu bestimmen.Solution heat treatment is carried out in the range of 482...510ºC (900...950ºC) for a time sufficient to achieve silicon grain coarsening, resulting in the desired ductility and providing dissolution of the magnesium phase. The lower end of this range has been found to give the desired results with a very greatly reduced tendency for blistering to occur. Blistering is a function of flow stress and treating at lower temperature (which is associated with lower flow stress) therefore helps to prevent blistering. The lower end of this range also provides better control over silicon grain coarsening, with the rate of coarsening being noticeably slower at the lower temperatures. Solution heat treatment is followed by ageing or precipitation hardening. Ageing is carried out at temperatures lower than those used for the solution, with Mg₂Si precipitating to strengthen it. The concept of the aging integrator as set forth in US-P-3,645,804 can be used to determine the appropriate combinations of times and temperatures for aging. If the casting is later subjected to treatments at elevated temperatures for paint baking, the aging integrator can be used to determine the effect of these treatments on the strength of the finished part.
Es hat sich gezeigt, dass diese Lösungsglühbehandlung plus Alterungsbehandlung die Auswahl von kombinierter hoher Duktilität und hoher Festigkeit ermöglicht, wobei die Duktilität von der Lösungsglühbehandlung kommt und die Festigkeit von der Alterungsbehandlung kommt, so dass ein breiter Bereich von Druckfestigkeit erreicht werden kann, wie beispielsweise bei kastenförmigen Druckgussstücken.It has been shown that this solution heat treatment plus ageing treatment allows the selection of combined high ductility and high strength with the ductility coming from the solution heat treatment and the strength coming from the ageing treatment, so that a wide range of compressive strength can be achieved, such as in box-shaped die castings.
Wie vorstehend ausgeführt wurde, werden vorzugsweise Temperaturen der Lösungsglühbehandlung am unteren Ende des Temperaturbereichs zur Lösungsglühbehandlung angewendet. Einen Einfluss hat derzeitpunkt der Temperatur der Lösungsglühbehandlung. Die durch Alterung erreichbare Dehngrenze nimmt mit zunehmender Zeitdauer bei der Temperatur der Lösungsglühbehandlung ab. Die erreichbare Dehngrenze fällt schneller mit der Zeit bei der Lösungsglühbehandlungstemperatur bei den höheren Lösungsglühbehandlungstemperaturen ab, z. B. 510ºC (950ºF), als dies der Fall bei niedrigeren Lösungsglühbehandlungstemperaturen ist, beispielsweise bei 493ºC(920ºF). Die erreichbare Dehngrenze fängt im Fall der Lösungsglühbehandlung bei 510ºC (950ºF) höher an, fällt jedoch unterhalb derjenigen, die bei zunehmender Zeit derLösungsglühbehandlungstemperatur durch Lösungsglühbehandlung bei 493ºC (920ºF) erreichbar ist. Die Eigenschaften von Druckgussstücken nach der Wärmebehandlung der vorgenannten AlSi10Mg.1-Legierung sind folgende:As stated above, solution heat treatment temperatures at the lower end of the solution heat treatment temperature range are preferably used. The time of solution heat treatment temperature has an influence. The yield strength achievable by aging decreases with increasing time at solution heat treatment temperature. The yield strength achievable decreases more rapidly with time at solution heat treatment temperature at the higher solution heat treatment temperatures, e.g. 510ºC (950ºF), than it does at lower solution heat treatment temperatures, e.g. 493ºC (920ºF). The yield strength achievable starts higher in the case of solution heat treatment at 510ºC (950ºF), but falls below that achievable by solution heat treatment at 493ºC (920ºF) as time at solution heat treatment temperature increases. The properties of die castings after heat treatment of the above-mentioned AlSi10Mg.1 alloy are as follows:
Dehngrenze unter Spannung (0,2% bleibende Dehnung): ≥ 110 MPa (typische Dehngrenze: 120... 135 MPa)Yield strength under tension (0.2% permanent strain): ≥ 110 MPa (typical yield strength: 120... 135 MPa)
Dehnung 10% (typisch 15... 20%)Elongation 10% (typically 15... 20%)
Verformung im freien Biegeversuch ≥ 25 mm, sogar ≥ 30 mm; Gesamtgasgehalt ≤ 5 ml/100 g MetallDeformation in free bending test ≥ 25 mm, even ≥ 30 mm; Total gas content ≤ 5 ml/100 g metal
Schweißbarkeit: A oder BWeldability: A or B
Korrosionsbeständigkeit ≥ EBCorrosion resistance ≥ EB
Dehngrenze und Dehnung wurden nach dem Standard A3TM-B557 bestimmt.Yield strength and elongation were determined according to standard A3TM-B557.
Die Verformung im freien Biegeversuch wurde unter Anwendung eines Versuchsaufbaus bestimmt, wie er in Fig. 15 gezeigt wurde. Die Radien an den Köpfen, gegen die sich die Probe auslenkt, betragen 1,27 cm (0,5 Inch). Die Probe mit einer Dicke von 2 mm und einer Länge von 7,62 cm (3 Inch) und einer Breite von 1,52 cm (0,6 Inch) erhält eine leichte Auslenkung derart, dass die Probe ausbaucht, wie es sich zeigt, wenn sich die Lastköpfe aufeinander zubewegen. Proben, die dicker sind als 2 mm, werden auf lediglich einer Seite bis zu einer Dicke von 2 mm heruntergeschliffen und so gebogen, dass sich die Außenseite der Krümmung auf der ungeschliffenen Seite befindet. Die oberen und unteren Lastköpfe schließen bei einer konstanten geregelten Hubgeschwindigkeit von 50 mm/min. Als "Verformung im freien Biegeversuch" wird die Millimeterzahl der Kopfbewegung bei einsetzendem Reißen der Probe aufgezeichnet. Die Verformung im freien Biegeversuch ist ein Maß für die Druckfestigkeit.Free bending strain was determined using a test setup as shown in Fig. 15. The radii at the heads against which the specimen deflects are 1.27 cm (0.5 inches). The specimen, 2 mm thick and 7.62 cm (3 inches) long and 1.52 cm (0.6 inches) wide, is given a slight deflection such that the specimen bulges as seen when the load heads move toward each other. Specimens thicker than 2 mm are ground down to a thickness of 2 mm on one side only and bent so that the outside of the bend is on the unground side. The upper and lower load heads close at a constant controlled stroke rate of 50 mm/min. The number of millimeters of head movement when the sample begins to tear is recorded as "deformation in the free bending test". The deformation in the free bending test is a measure of the compressive strength.
Die mechanischen Eigenschaften, z. B. Dehngrenze und freier Biegeversuch, werden mit Proben bestimmt, die aus den Wandungen komplexer Druckgussstücke geschnitten wurden im Gegensatz zu der Praxis des direkten Gießens von Prüfkörpern, die im wesentlichen prüffertig sind, wie sie gegossen wurden.The mechanical properties, e.g. yield strength and free bending, are determined using specimens cut from the walls of complex die castings, as opposed to the practice of directly casting test specimens that are essentially ready for testing as cast.
Der Gasgehalt wird durch "Metallschmelzgasanalyse" des Gesamtgussstückes bestimmt, einschließlich massenspektrographische Analyse der Bestandteile. Eine typische Gasmenge ist kleiner als 5 ml, bei Standardtemperatur und'- druck (STP), d. h. 101,325 kPa (1 Atm Druck) und 24ºC (75ºF) pro 100 g Metall. Die Praxis des Schmelzens des Gesamtgussstückes steht im Kontrast zu der Möglichkeit der Prüfung einzelner Abschnitte, die aus dem Gussstück geschnitten wurden. Das Schmelzen des Gesamtgussstückes liefert ein gutes Maß für die reale Qualität, die durch die Schmelzeinrichtung und den Schmelzprozess erhalten werden kann.The gas content is determined by "melt metal gas analysis" of the whole casting, including mass spectrographic analysis of the constituents. A typical amount of gas is less than 5 ml, at standard temperature and pressure (STP), i.e. 101.325 kPa (1 atm pressure) and 24ºC (75ºF) per 100 g of metal. The practice of melting the whole casting contrasts with the possibility of testing individual sections cut from the casting. Melting the whole casting provides a good measure of the real quality that can be obtained by the melting equipment and melting process.
Die Schweißbarkeit wird durch Untersuchung der Schweißschmelze- Blasenbildung unter Verwendung einer Bewertungsskala A, B, C bestimmt, wobei A einer nicht sichtbaren Gasbildung zugeordnet wird, B einer geringen Menge des Ausgasens, ein leicht sprühender Effekt, jedoch immer noch schweißbar, und C für Ausgasen mit großen Mengen und Verpuffen von Wasserstoff die das Gussstück unschweißbar machen. Andererseits ist die Gasmenge ein Maß für die Schweißbarkeit, wobei die Schweißbarkeit umgekehrt proportional der Gasmenge ist.Weldability is determined by examining the weld melt blistering using a rating scale A, B, C, where A is associated with no visible gas formation, B with a small amount of outgassing, a slight spraying effect but still weldable, and C for outgassing with large amounts and explosions of hydrogen which make the casting unweldable. On the other hand, the amount of gas is a measure of the weldability, whereby the weldability is inversely proportional to the amount of gas.
Die Korrosionsbeständigkeit wird nach dem EXCO-Test, ASTM-Standard G34-72 bestimmt.Corrosion resistance is determined according to the EXCO test, ASTM standard G34-72.
Repräsentativ für die Qualität von ausscheidungsgehärteten Druckgussstücken mit hoher Anschnittgeschwindigkeit aus AiSi10Mg.1-Legierung sind die folgenden Ergebnisse der mechanischen Prüfung an Gussstücken, die aus zwei Durchläufen erhalten wurden: The following results of mechanical testing on castings obtained from two runs are representative of the quality of precipitation hardened high speed die castings made of AiSi10Mg.1 alloy:
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Druckgussvorrichtung;Fig. 1 Side view, partly in section, of a die casting device;
Fig. 2 ein Gussstück aus der Druckgussform in Fig. 1;Fig. 2 shows a casting from the die-casting mould in Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Schmelzpraxis;Fig. 3 is a schematic representation of the melting practice;
Fig. 4 eine Detailansicht im Aufriss für eine der Ausführungsformen des Bereichs um das Füllkammerende des Absaugrohres in Fig. 1;Fig. 4 is a detailed elevational view of one of the embodiments of the area around the filling chamber end of the suction pipe in Fig. 1;
Fig. 5 eine Detailansicht im Aufriss einer zweiten Ausführungsform des Bereichs um das Füllkammerende des Absaugrohres in Fig. 1;Fig. 5 is a detailed elevational view of a second embodiment of the area around the filling chamber end of the suction pipe in Fig. 1;
Fig. 5A schematische, perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform des Bereichs um das Füllkammerende des Absaugrohres in Fig. 1;Fig. 5A schematic perspective view of a third embodiment of the area around the filling chamber end of the suction pipe in Fig. 1;
Fig. 6 eine Detailansicht im Aufriss einer Dichtung für das Abdichten der Grenzfläche Kolben/Füllkammer;Fig. 6 a detailed view in elevation of a seal for sealing the piston/filling chamber interface;
Fig. 6A und 6B Ansichten von Modifikationen in Fig. 6;Fig. 6A and 6B are views of modifications in Fig. 6;
Fig. 7 ein axialer Querschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Kolbens:Fig. 7 is an axial cross-section of a second embodiment of a piston:
Fig. 8 ein axialer Querschnitt einer dritten Ausführungsform eines Kolbens;Fig. 8 is an axial cross-section of a third embodiment of a piston;
Fig. 9 eine schematische Qi lerschnittansicht in Draufsicht einer Druckgussvorrichtung, wie sie unter Verwendung einer horizontalen Schnittebene in Fig. 1 zu sehen ist, die die Achse der Füllkammer 10 enthält;Fig. 9 is a schematic top sectional view of a die casting apparatus as seen using a horizontal cutting plane in Fig. 1 containing the axis of the filling chamber 10;
Fig. 10 eine Ansicht wie in Fig. 9, die mehr Details zeigt sowie eine nachfolgende Arbeitsstufe;Fig. 10 is a view like Fig. 9 showing more details and a subsequent working step;
Fig. 11 eine Ansicht, bezogen auf die Schnittebene XI-XI von Fig. 10;Fig. 11 is a view related to the section plane XI-XI of Fig. 10;
Fig. 12 eine Ansicht, bezogen auf die Schnittebene XII-XII von Fig. 10;Fig. 12 is a view related to the section plane XII-XII of Fig. 10;
Fig. 13 eine Ansicht, bezogen auf die Schnittebene XIII-XIII von Fig. 10;Fig. 13 is a view related to the section plane XIII-XIII of Fig. 10;
Fig. 14 eine Ansicht, bezogen auf die Schnittebene XIV-XIV von Fig. 13;Fig. 14 is a view related to the section plane XIV-XIV of Fig. 13;
Fig. 15 eine Seitenansicht im Aufriss des Prüfaufbaus zum Messen der Verformung im freien Biegeversuch;Fig. 15 is a side elevational view of the test setup for measuring the deformation in the free bending test;
Fig. 16 eine schräge Ansicht eines Gussstückes;Fig. 16 is an oblique view of a casting;
Fig. 17A eine schematische Querschnittansicht, teilweise im Schnitt, eines Kolbens mit Innenkühlung in einer beheizten Füllkammerbohrung;Fig. 17A is a schematic cross-sectional view, partially in section, of a piston with internal cooling in a heated filling chamber bore;
Fig. 17B bis 17D Steuerungsdiagramme.Fig. 17B to 17D Control diagrams.
Die Diskussion der Ausführungsarten der Technik wird in die folgenden Kapitel gegliedert:The discussion of the implementation types of the technology is divided into the following chapters:
a. Die Druckgussvorrichtung im allgemeinena. The die casting device in general
b. Anlage zum Schmelzenb. Melting plant
c. Einströmdüsec. Inlet nozzle
d. Dichten von Füllkammer gegen Kolbenstanged. Sealing of filling chamber against piston rod
e. Alternative Kolbene. Alternative pistons
f. Formende-Schmiervorrichtungf. Mold end lubrication device
g. Kontrollieren des Kolben-Füllkammerspielraumsg. Check the piston filling chamber clearance
h. Beispielh. Example
Nachfolgend die Kapitel:The following chapters:
Bezug nehmend auf Fig. 1 wird dort im Zusammenhang mit einer horizontalen, selbtsladenden Kaltkammer-Vakuumdruckgussvorrichtung im wesentlichen gezeigt: lediglich der Bereich der festen Einspannplatte 1 oder Aufspannplatte mit der fest angeordneten Druckgussform oder Gießform, die Hälfte 2 und die bewegliche Einspannplatte 3 oder Aufspannplatte mit der beweglichen Druckgussform oder Gießform, Hälfte 5 der Druckgussvorrichtung gemeinsam mit dem Kolben 4, Absaugrohr 6 für die Zuführung von geschmolzenem Metall, Warmhalteofen 8 und Füllkammer 10.Referring to Fig. 1, there is shown in connection with a horizontal, self-loading cold chamber vacuum die casting device essentially: only the area of the fixed clamping plate 1 or clamping plate with the fixedly arranged die casting mold or casting mold, the half 2 and the movable clamping plate 3 or clamping plate with the movable die casting mold or casting mold, half 5 of the die casting device together with the piston 4, suction pipe 6 for the supply of molten metal, holding furnace 8 and filling chamber 10.
Die Vakuumleitung 11 zur Entfernung von Luft und anderen Gasen in Richtung des Pfeils ist mit der Druckgussform in dem Bereich verbunden, wo die Druckgussform zuletzt durch das ankommende schmelzflüssige Metall gefüllt wird. Leitung 11 wird geöffnet und geschlossen unter Verwendung von Ventil 12, das über eine Steuerleitung 13 über eine Regelanlage (nicht gezeigt) betätigt werden kann.The vacuum line 11 for removing air and other gases in the direction of the arrow is connected to the die in the area where the die is last filled by the incoming molten metal. Line 11 is opened and closed using valve 12 which can be operated via a control line 13 by a control system (not shown).
Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines nichtentgrateten Druckgussstückes, beispielsweise in der Form eines Hutes, mit dem Anschnittbereich 14, der den Hutabschnitt 15 von dem Einguss 16 und dem Gießrest 17 trennt. Die Vakuumverbindung erscheint als Ansatz 18. Es wird angestrebt, dass der Anschnittbereich 14 dünn ist, z. B. ≤ etwa 2 mm dick, so dass er von dem Gussteil weggebrochen werden kann. Auch ist der Vakuumansatz zur leichten Entfernung bemessen.Fig. 2 shows an example of a non-deburred die casting, for example in the shape of a hat, with the gate area 14 separating the hat section 15 from the sprue 16 and the casting residue 17. The vacuum connection appears as a lug 18. It is desirable that the gate area 14 is thin, e.g. ≤ about 2 mm thick, so that it can be broken away from the casting. Also, the vacuum lug is sized for easy removal.
Wiederum Bezug nehmend auf Fig. 1 ist an der Vorderseite des Kolbens 4 ein konischer oder kugelförmiger Vorsprung 4a vorgesehen. Die Rückseite des Kolbens ist mit der Kolbenstange 21 verbunden. Der rückseitige Bereich 10a der Füllkammer 10 zeigt eine Dichtungsvorrichtung 90, die nachfolgend im Detail bei der Diskussion von Fig. 6 erklärt wird. Das Absaugrohr 6 ist mit der Füllkammer 10 über eine Spannvorrichtung 22 verbunden. Diese Spannvorrichtung 22 hat eine untere, hakenförmige, gegabelte Zunge 24, die unter den Ringflansch 25 auf das Absaugrohr 6 reicht. Von oben wird eine Schraube 26 durch die Spannvorrichtung 22 geschraubt. Dieses ermöglicht ein Festspannen des Endes des Absaugrohres 6 an der Einströmdüse der Füllkammer 10.Referring again to Fig. 1, a conical or spherical projection 4a is provided on the front of the piston 4. The rear of the piston is connected to the piston rod 21. The rear area 10a of the filling chamber 10 shows a sealing device 90, which is explained in detail below in the discussion of Fig. 6. The suction pipe 6 is connected to the filling chamber 10 via a clamping device 22. This clamping device 22 has a lower, hook-shaped, forked tongue 24 which extends under the annular flange 25 onto the suction pipe 6. From above, a screw 26 is passed through the clamping device 22. This allows the end of the suction pipe 6 to be tightened to the inlet nozzle of the filling chamber 10.
Die Formende-Schmiervorrichtung 170 wird zur Aufbringung von Schmiermittel auf die Bohrung der Füllkammer 10 von dem Formende der Füllkammer benutzt, wenn die bewegliche Druckgussform und Aufspannplatte, plus Ejektorform (nicht gezeigt) von der fest angeordneten Druckgussform und Aufspannplatte separiert werden. Für zusätzliche Information im Zusammenhang mit dieser Schmiervorrichtung sei auf Fig. 9 verwiesen.The mold end lubricator 170 is used to apply lubricant to the bore of the fill chamber 10 from the mold end of the fill chamber when the movable die and platen, plus ejector die (not shown) are separated from the fixed die and platen. For additional information relating to this lubricator, see Fig. 9.
Der Betrieb der Druckgussvorrichtung nach Fig. 1 umfasst allgemein eine erste und zweite Phase, wobei eine nachfolgende dritte Phase einbezogen werden kann. In Phase 1 wird Unterdruck zum Evakuieren der Druckgussform und der Füllkammer und zum Absaugen des Metall aufgebracht, das für das Gießen aus dem Warmhalteofen in die Füllkammer benötigt wird. Phase 1 schließt ferner eine Bewegung des Kolbens mit einer relativ geringen Geschwindigkeit zum Bewegen der schmelzflüssigen Charge in Richtung auf den Formhohlraum der Druckgussform ein. Phase 2, die durch eine Bewegung des Kolbens mit hoher Geschwindigkeit zum Einspritzen des schmelzflüssigen Metalls in den Formhohlraum gekennzeichnet ist, wird zu einem Zeitpunkt eingeleitet, oder etwas davor, zu dem das Metall den Anschnitt erreicht, wo das Metall in den Formhohlraum eintritt und das endgültige Teil geformt wird. Phase 3 umfasst einen erhöhten Kolbendruck am Gießrest; die Kolbenbewegung wird in Phase 3 im wesentlichen angehalten.The operation of the die casting apparatus of Figure 1 generally includes a first and second phase, with a subsequent third phase being included. In phase 1, vacuum is applied to evacuate the die and fill chamber and to draw the metal required for pouring from the holding furnace into the fill chamber. Phase 1 also includes relatively low speed movement of the piston to move the molten charge toward the die cavity of the die. Phase 2, characterized by high speed movement of the piston to inject the molten metal into the die cavity, is initiated at or slightly before the metal reaches the gate, where the metal enters the die cavity and the final part is formed. Phase 3 includes increased piston pressure on the casting residue; piston movement is essentially stopped in phase 3.
Weitere Einzelheiten der verschiedenen Aspekte des in Fig. 1 gezeigten maschinellen Aufbaus werden nachfolgend erläutert.Further details of the various aspects of the machine structure shown in Fig. 1 are explained below.
Fig. 3 veranschaulicht ein Beispiel einer Anlage zum Schmelzen, die zur Gewährung einer geeigneten Zufuhr von schmelzflüssiger Legierung, z. B. AlSi10Mg.1, für das Druckgießen verwendet wird.Fig. 3 illustrates an example of a melting system used to provide an appropriate supply of molten alloy, e.g. AlSi10Mg.1, for die casting.
Es wird festes Metall in dem Schmelzofen 40 geschmolzen und einer Flussmittelbehandlung unterzogen, beispielsweise unter Anwendung einer 15- minütigen Zuströmung von Argon + 3 Volumenprozent Chlor von den Behältern 42 und 44, gefolgt von einer 15-minütigen Zuströmung von nur Argon. Es werden ein Volumendurchsatz und ein Gasverteilungssystem angewendet, die für das verwendete Volumen von schmelzflüssigem Metall geeignet sind.Solid metal is melted in the furnace 40 and subjected to a flux treatment, for example using a 15-minute flow of argon + 3 volume percent chlorine from vessels 42 and 44, followed by a 15-minute flow of argon only. a volume flow rate and a gas distribution system suitable for the volume of molten metal used.
Nach Erfordernis wird für die Aufbereitung des zu gießenden Metalls das Metall vom Schmelzofen 40 in die Rinne 46 geleitet, wo der Strontium-Zusatz von dem Vorlegierungsdraht 48 erfolgt.If required, for the preparation of the metal to be cast, the metal is led from the melting furnace 40 into the trough 46, where the strontium addition takes place from the master alloy wire 48.
Der Metallfluss von der Rinne wird durch ein Einlassfilter 50 bei seinem Eintritt in den Warmhalteofen 8 und nachfolgend durch ein Austrittsfilter 54 filtriert, bevor er durch das Absaugrohr 6 abgezogen wird. Alternativ kann Filter 50 in einer separaten Einheit im Inneren des Warmhalteofens 8 vorgesehen werden. Die Filterporenweiten können gleich oder verschieden sein. Beispielsweise kann das Einlassfilter 50 ein grobporiges Karamik-Schaumfilter sein und das Austrittsfilter 54 ein feinporiges Feinstfilter. Alternativ können beide Filter feinporige Feinstfilter sein. Die Filterporenweiten werden so gewählt, dass die vorstehend festgelegte Metallqualität in bezug auf den Einschlussgehalt in den Gussstücken gewährt wird. Filter 54 könnte auf dem Boden des Rohres 6 angeordnet und das Unterabteil 56 eliminiert werden, wobei jedoch die gezeigte Konstruktion insofern vorteilhaft ist, dass sie die Verwendung einer größeren Ausdehnung des feinporigen Filters 54 erlaubt, was es leichter macht, eine angemessene Zuführung von reinem schmelzflüssigem Metall zum Gießen zu gewährleisten.The metal flow from the trough is filtered by an inlet filter 50 as it enters the holding furnace 8 and subsequently by an outlet filter 54 before being withdrawn through the exhaust pipe 6. Alternatively, filter 50 can be provided in a separate unit inside the holding furnace 8. The filter pore sizes can be the same or different. For example, the inlet filter 50 can be a coarse-pored ceramic foam filter and the outlet filter 54 can be a fine-pored micro-filter. Alternatively, both filters can be fine-pored micro-filters. The filter pore sizes are selected so that the metal quality specified above is ensured in terms of the inclusion content in the castings. Filter 54 could be placed on the bottom of tube 6 and sub-compartment 56 eliminated, however the construction shown is advantageous in that it allows the use of a larger expanse of fine pore filter 54 making it easier to ensure an adequate supply of pure molten metal for casting.
Fig. 4 zeigt Details einer Ausführungsform der Einströmdüse 60 in Füllkammer 10. Drei wichtige Aspekte dieser Ausführungsform schützen gegen 1) Erstarren des Metalls an den Wandungen der Einströmdüse, 2) Erosion der Wandungen der Einströmdüse durch den Fluß von schmelzflüssigem Metall und 3) Vakuumverlust im Inneren der Füllkammer.Fig. 4 shows details of an embodiment of the inlet nozzle 60 in fill chamber 10. Three important aspects of this embodiment protect against 1) solidification of the metal on the walls of the inlet nozzle, 2) erosion of the walls of the inlet nozzle by the flow of molten metal, and 3) loss of vacuum inside the fill chamber.
Ein Bornitrid-Einsatz 62 trägt speziell zu den Aspekten 1 und 2 bei. Primärdichtungen 64 und 66 tragen speziell zum Aspekt 3 bei, indem sie die Einströmdüse am Sitzring 68, am Anschluss-Stück 70 und der Keramikausfütterung 72 abdichten.A boron nitride insert 62 specifically contributes to aspects 1 and 2. Primary seals 64 and 66 specifically contribute to aspect 3 by sealing the inlet nozzle to the seat ring 68, the connector 70 and the ceramic lining 72.
In das Anschluss-Stück /O wird mit Hilfe von Heizspule 71, z. B. eine elektrische Ohm'sche oder induktive Heizschlange, Wärme zugeführt.Heat is supplied to the connection piece /O by means of heating coil 71, e.g. an electrical ohmic or inductive heating coil.
Eine zusammendrückbare Graphitfaserdichtung 74 wird zwischen Füllkammer 10 und Anschluss-Stück 70 zusammengedrückt und schützt gegen eine Falschluftstelle an den Primärdichtungen.A compressible graphite fiber seal 74 is compressed between the filling chamber 10 and the connection piece 70 and protects against a false air point at the primary seals.
Eine Flachspulen-Heizvorrichtung 80 wird von einem Rillenring 82 gebildet. Die Heizvorrichtung wird an der Ebene 86 gehalten, bei der es sich um eine flache Oberfläche handelt, die auf der Außenseite der äußeren Oberfläche der Füllkammer bearbeitet ist. Stahlbänder 88 umfassen die Füllkammer, um die Heizung festzuhalten.A flat coil heater 80 is formed by a grooved ring 82. The heater is held on the plane 86, which is a flat surface machined on the outside of the outer surface of the fill chamber. Steel bands 88 encircle the fill chamber to hold the heater in place.
Flansch 25 ist vorgesehen, damit die Spannvorrichtung 22 von Fig. 1 das Ende des Absaugrohres fest dichtend an der Füllkammer 10 halten kann.Flange 25 is provided so that the clamping device 22 of Fig. 1 can hold the end of the suction pipe tightly sealing against the filling chamber 10.
Fig. 5 zeigt Details einer zweiten Ausführungsform der Einströmdüse 60 in die Püllkammer 10. Diese Ausführungsform veranschaulicht die Verwendung eines luftgefüllten Grabens 26, der die Einströmdüse umgibt. Alternativ kann der Kanal 76 mit einem anderen isolierenden Material als Luft gefüllt sein. Der Kanal mildert die Wärmeabfuhrwirkung der Wandungen der Füllkammer und wirkt einer Neigung der Schmelze zum Erstarren und Blockieren der Einströmdüse entgegen. Die Ausführungsform von Fig. 5 veranschaulicht außerdem die Idee einer keramischen oder austauschbaren Stahl-Ausfütterung 78 für die Bohrung der Füllkammer.Fig. 5 shows details of a second embodiment of the inlet nozzle 60 into the filling chamber 10. This embodiment illustrates the use of an air-filled trench 26 surrounding the inlet nozzle. Alternatively, the channel 76 may be filled with an insulating material other than air. The channel mitigates the heat dissipation effect of the walls of the filling chamber and counteracts a tendency for the melt to solidify and block the inlet nozzle. The embodiment of Fig. 5 also illustrates the idea of a ceramic or replaceable steel lining 78 for the bore of the filling chamber.
Die konstruktiven Details in Fig. 5, die gleich oder weitgehend ähnlich denen der Ausführungsform von Figur A sind, haben die gleichen Nummern erhalten, wie sie in Figur A verwendet wurden.The structural details in Fig. 5 which are the same or substantially similar to those of the embodiment of Figure A have been given the same numbers as used in Figure A.
Aus den Diskussionen von Fig. 4 und 5 geht hervor, dass ein Hauptthema die Aufrechterhaltung einer ausreichend hohen Temperatur an der Einströmdüse ist. Fig. 5A veranschaulicht eine Ausführungsform, die dem Problem der Aufrechterhaltung der Temperatur auf einzigartige Weise genügt. Nach dieser Ausführungsform ist das Absaugrohr 6 relativ kurz im Vergleich zu seiner Länge in den Ausführungsformen von Fig. 4 und 5, und der Behälter 130 für schmelzflüssiges Metall wird nach oben zur Einströmdüse 60 so angebracht, dass der Wärme- Übergang von dem schmelzflüssigen Metall in den Behälter die Einströmdüse 60 von verfestigtem Metall frei hält. Der Behälter ist in Form einer Rinne vorgesehen, durch die das schmelzflüssige Metall in einem Kreislauf entsprechend den Angaben der Pfeile zirkuliert. Das Pumpen und die Wärmeaufbereitung werden in der Station 132 ausgeführt. Alle Behälter können abgedeckt sein (nicht gezeigt) und Öffnungen vorgesehen sein, z. B. für den Zutritt von Absaugrohr 6. Die Metallaufbereitung für den Kreislauf kommt von dem Grobfilter 50 von Fig. 3, wobei das Feinfilter 54 entsprechend der Darstellung vorgesehen wird, um ein kontinuierliches Filtern des umlaufenden Metalls zu bewirken.From the discussions of Figs. 4 and 5, it is clear that a major issue is maintaining a sufficiently high temperature at the inlet nozzle. Fig. 5A illustrates an embodiment that uniquely addresses the problem of temperature maintenance. In this embodiment, the exhaust pipe 6 is relatively short compared to its length in the embodiments of Figs. 4 and 5, and the molten metal container 130 is mounted upwardly toward the inlet nozzle 60 so that the heat Passage of the molten metal into the vessel keeps the inlet nozzle 60 free of solidified metal. The vessel is provided in the form of a trough through which the molten metal circulates in a circuit as indicated by the arrows. Pumping and heat preparation are carried out in station 132. All vessels may be covered (not shown) and openings provided, e.g. for the access of suction pipe 6. The metal preparation for the circuit comes from the coarse filter 50 of Fig. 3, the fine filter 54 being provided as shown to effect continuous filtering of the circulating metal.
Fig. 6 veranschaulicht mehrere Merkmale, von denen ein Merkmal speziell eine besonders vorteilhafte Dichtung zum Dichten der Grenzfläche von Kolben/Füllkammer gegen Außenluft und Schmutz ist.Fig. 6 illustrates several features, one feature in particular being a particularly advantageous seal for sealing the piston/filling chamber interface against outside air and dirt.
In Fig. 6 wird Kolben 4 gezeigt, der in der Füllkammer 10 an dem von der Druckgussform am weitesten entfernten Ende der Füllkammer sitzt. In dieser Zeichnung erscheint die Einströmdüse 60. Es ist offensichtlich, dass sich der in Fig. 6 gezeigte Kolben in der gleichen, zurückgezogenen oder hinteren Stellung befindet, in der er in Fig. 1 sitzt. Anstelle oder zusätzlich zu der Dichtungspackung, die an der Grenzfläche zwischen Kammer 10 und Kolben 4 vorgesehen werden könnte, gewährt die Ausführungsform von Fig. 6 eine Dichtung 90, die sich zwischen der Füllkammer 10 und der Kolbenstange 21 erstreckt.In Fig. 6, piston 4 is shown seated in the filling chamber 10 at the end of the filling chamber furthest from the die. In this drawing, the inlet nozzle 60 appears. It will be apparent that the piston shown in Fig. 6 is in the same retracted or rearward position as it is in Fig. 1. Instead of or in addition to the packing seal that could be provided at the interface between chamber 10 and piston 4, the embodiment of Fig. 6 provides a seal 90 extending between the filling chamber 10 and the piston rod 21.
Weiterführend von der Füllkammer umfasst die Dichtung 90 mehrere Elemente. Zunächst gibt es einen Füllkammer-Anschlussring 92, der mit der Füllkammer verschraubt ist. Eine Flachdichtung (nicht gezeigt) füllt den Zwischenraum zwischen Ring 92 und der Füllkammer aus, um trotz etwaiger Oberflächenunregelmäßigkeiten zwischen diesen beiden eine Gasdichtheit zu gewährleisten. Hermetisch zwischen Ring 92 und einem Mitnehmer-Verbindungsring 93 verschweißt, befindet sich eine flexible, luftdichte Umhüllung 94. Wie gezeigt, wird Umhüllung 94 in Form von Bälgen vorgesehen. Ring 93 ist wiederum ebenfalls in Zwischenposition mit einer Flachdichtung mit dem Kolbenstangenmitnehmer 96 verschraubt. Eine luftdichte Packungsdichtung 98 liegt zwischen dem Mitnehmer 96 und der Stange 21.Continuing from the filling chamber, the seal 90 comprises several elements. First, there is a filling chamber connecting ring 92 which is bolted to the filling chamber. A flat gasket (not shown) fills the space between ring 92 and the filling chamber to ensure gas tightness despite any surface irregularities between the two. Hermetically welded between ring 92 and a driver connecting ring 93 is a flexible, airtight enclosure 94. As shown, enclosure 94 is provided in the form of bellows. Ring 93 is in turn also bolted to the piston rod driver 96 in an intermediate position with a flat gasket. An airtight packing seal 98 is located between the driver 96 and the rod 21.
Einen Teil der Dichtung 90 bilden auch eine Leitung 100 von der Umhüllung 94 zu einer Vakuumquelle, eine Leitung 102 zu einer Argon-Quelle und dazugehörige Ventile 104, 106, die über die Leitungen entsprechend der Darstellung mit Hilfe des programmierbaren Reglers 103 gesteuert werden, die mit Signalen von Leitung 110 beaufschlagt werden, die die verschiedenen Zustände der Druckgussvorrichtung anzeigen.Also forming part of the seal 90 are a line 100 from the enclosure 94 to a vacuum source, a line 102 to an argon source and associated valves 104, 106 which are controlled via the lines as shown by means of the programmable controller 103 which are supplied with signals from line 110 which indicate the various conditions of the die casting apparatus.
Dichtung 90 arbeitet folgendermaßen. Der Mitnehmer 96 "reitet" auf der Stange 21, wenn der Kolben seine Bewegung in der Bohrung der Füllkammer 10 zur Druckgussform hin und zurück ausführt. Entweder unter Einflüssen, wie beispielsweise einer bananenähnliche Krümmung der Bohrung der Füllkammer 10 oder infolge der Auslenkung der Kolbenstange unter der Belastung ihres Antriebs (nicht gezeigt) und sogar beeinflusst durch mögliche gelenkige Verbindungen des Kolbens mit der Kolbenstange (wie in den nachfolgend beschriebenen Ausführungen vorgesehen ist) kann eine Neigung der Kolbenstange bestehen, mit der sie bestrebt ist, sich um Achsen senkrecht zu ihr zu drehen. Aufgrund der flexiblen Umhüllung wird das Auftreten dieser Rotationsneigungen ohne nachteiligen Einfluss auf die durch die Dichtungspackung 98 vorgesehene Dichtung ohne weiteres zugelassen. Der Mitnehmer bewegt sich in Fig. 6 einfach auf und ab oder wie in Fig. 6 rein oder raus, um der Kolbenstange zu folgen, in welcher Form sie auch immer von den Achsen des Kolbens und der Füllkammerbohrung abweichen mag.Seal 90 operates as follows. The follower 96 "rides" on the rod 21 as the piston makes its movement in the bore of the filling chamber 10 towards and backwards towards the die. Either under influences such as a banana-like curvature of the bore of the filling chamber 10 or as a result of the deflection of the piston rod under the load of its drive (not shown) and even influenced by possible articulated connections of the piston to the piston rod (as provided in the embodiments described below), there may be an inclination of the piston rod with which it tends to rotate about axes perpendicular to it. Due to the flexible casing, the occurrence of these rotational inclinations is readily permitted without adversely affecting the seal provided by the packing 98. The follower simply moves up and down or in and out as in Fig. 6 to follow the piston rod in whatever way it may deviate from the axes of the piston and the filling chamber bore.
Was den Regler 108 betrifft, so führt dieser die folgende Funktion aus. Wenn sich der Kolben in seiner dargestellten zurückgezogenen Stellung befindet, hält der Regler 108 das Ventil 104 geöffnet und das Ventil 106 geschlossen. Es herrscht sowohl in der Bohrung der Füllkammer als auch im Inneren der Umhüllung 94 ein Unterdruck. Durch die Einströmdüse 60 gelangt die erforderliche Menge des geschmolzenen Metalls in die Bohrung, wonach die Kolbenstange 21 angetrieben wird, um Kolben 4 nach vorn in Richtung auf die Druckgussform zu bewegen. Die Zuführung von geschmolzenem Metall wird beendet, wenn sich der Kolben in die Stellung zum Schließen der Einströmdüse bewegt. Wenn der Kolben weiter in Richtung auf die Druckgussform bewegt wird, so daß er sich über die Einströmungsdüse hinweg bewegt und sie in das Innere der Umhüllung 94 öffnet, während das Innere noch unter Unterdruck steht, würde schmelzflüssiges Metall durch die Einströmungsdüse in den Innenraum der Umhüllung gezogen werden und dort erstarren und die Umhüllung beschädigen. Der programmierbare Regler verhindert dieses, indem die Information vom Maschinenzustand von Leitung 110 zum Schließen von Ventil 104 und Öffnen von Ventil 106 verwendet wird. Die Umhüllung 94 wird zur Entfernung des Unterdrucks mit Argon gefüllt, wodurch die Schmelze daran gehindert wird, durch die Einströmungsdüse 60 angesaugt zu werden.As regards the regulator 108, it performs the following function. When the piston is in its retracted position shown, the regulator 108 holds the valve 104 open and the valve 106 closed. A vacuum is maintained both in the bore of the filling chamber and inside the enclosure 94. The required amount of molten metal is introduced into the bore through the inlet nozzle 60, after which the piston rod 21 is driven to move the piston 4 forwardly towards the die. The supply of molten metal is terminated when the piston moves to the position for closing the inlet nozzle. When the piston is moved further towards the die so that it moves over the inlet nozzle and pushes it into the interior of the enclosure 94 opens while the interior is still under negative pressure, molten metal would be drawn through the inlet nozzle into the interior of the enclosure where it would solidify and damage the enclosure. The programmable controller prevents this by using machine status information from line 110 to close valve 104 and open valve 106. The enclosure 94 is filled with argon to remove the negative pressure, thereby preventing the melt from being drawn through the inlet nozzle 60.
Das Vorhandensein von Argon in dem System wird zur Überwachung der Wirksamkeit der Dichtungen verwendet. Helium ist ein alternatives Gas, das auf diese Weise verwendet werden kann. Beispielsweise läßt sich die Dichtheit des gleitenden Pass-Sitzes zwischen Füllkammerbohrung und Koben beobachten und/oder kontrollieren. Es wurden Helium-Sensoren in die Vakuumleitungen, die mit der Druckgussform und der Füllkammer verbunden sind, angeschlossen, so dass die Kenntnis davon, wo Helium eingeführt worden ist, das Verfolgen und das Feststellen der Dichtung des Kolbens mit der Füllkammer möglich machen. Die Metallschmelze-Gasanalyse unter Einsatz der Massenspektrometer-Technologie ermöglicht den Nachweis von Argon in einem Gussstück, wobei mit der Kenntnis, wo Argon während des Gießprozesses vorhanden ist, eine Information über die Dichtheit der dazwischen befindlichen Dichtungen erhalten werden kann.The presence of argon in the system is used to monitor the effectiveness of the seals. Helium is an alternative gas that can be used in this way. For example, the tightness of the sliding fit between the filling chamber bore and the piston can be observed and/or controlled. Helium sensors have been connected to the vacuum lines connected to the die and the filling chamber so that knowing where helium has been introduced makes it possible to track and determine the seal of the piston to the filling chamber. Molten metal gas analysis using mass spectrometer technology enables the detection of argon in a casting, whereby knowing where argon is present during the casting process can provide information on the tightness of the seals between them.
In einer alternativen, in Fig. 6A gezeigten Ausführungsform wird Leitung 102 ersetzt oder unterstützt durch einen oder mehrere Längsschlitze 103 an dem Außendurchmesser der Kolbenstange 21. Eine Alternative oder Ergänzung der Wirkung der Schlitze kann durch eine Verringerung des Durchmessers der Stange erzielt werden. Die Anwendung der Verringerung des Durchmessers ist insofern vorteilhaft im Vergleich zu dem Schlitz, weil die Kanten des Schlitzes, sofern diese nicht abgerundet sind, die Packungsdichtung schneiden können. Die Schlitze oder Verringerung werden derart angebracht, dass, gerade wenn Kolben 4 etwa die Einströmdüse freigibt ungeschmolzenes Metall in die Umhüllung 94 angesaugt werden würde, die Schlitze ein in der Dichtungspackung 98 vorgesehenen Bypass öffnen. Der durch die Schlitze 103 geschaffene Bypass öffnet an die Umgebungsluft.In an alternative embodiment shown in Fig. 6A, conduit 102 is replaced or assisted by one or more longitudinal slots 103 on the outside diameter of piston rod 21. An alternative or supplement to the effect of the slots can be achieved by reducing the diameter of the rod. The use of the reduction in diameter is advantageous compared to the slot in that the edges of the slot, if they are not rounded, can cut the packing seal. The slots or reduction are arranged in such a way that just as piston 4 releases the inlet nozzle, for example, unmolten metal would be sucked into the casing 94, the slots open a bypass provided in the packing seal 98. The bypass created by the slots 103 opens to the ambient air.
In der Alternative von Fig. 6B öffnen die Schlitze 103 in den Innenraum von 90A, das im wesentlichen ein Austauschstück der Bauteile 92, 93, 96, 98 ist, die Argon im wesentlichen bei Luftdruck auf der Basis von Leitung 102 und Ventil 106 enthalten. Es können Drücke etwas oberhalb von Luftdruck verwendet werden, wenn, beispielsweise bei Argon-Spülung durch Leitung 102, wenn das Volumen infolge des durch die Schlitze 103 geschaffenen Zuganges größer wird, nicht schnell genug ist, um auf andere Weise den erforderlichen Druckabfall aufrecht zu erhalten und die Metallhöhe unterhalb der Einströmdüse 60 zu halten. Die flexible Umhüllung 94 des Austauschstücks und die Länge der Schlitze 103 sind ausreichend, so dass das Argon in den Zylinder 10 unmittelbar durch das Anschlagen des Kolbens gegen den Gießrest zugeführt werden kann. Das Austauschstück von 92 wird mit dem Mitnehmer 96 der Konstruktion von Fig. 6 verbunden. Die Umhüllung dieser Austauschstück-Konstruktion wird außerdem ausreichend lang gewählt, so daß der Schlitz 103 die Argon-Kammer (die es bereitstellt) nicht an die Außenluft öffnet, wenn sich der Kolben in seiner zurückgezogenen Stellung befindet, d. h. in seiner in Fig. 6B gezeigten Stellung. Weitere Merkmale von Fig. 6 schließen eine Hilfsdichtung 112 am Mitnehmer 96 ein. Der Kolben drückt gegen die Dichtung 112, wenn er sich in seiner zurückgezogenen Stellung befindet.In the alternative of Fig. 6B, the slots 103 open into the interior of 90A, which is essentially a replacement piece of components 92, 93, 96, 98, containing argon essentially at atmospheric pressure based on line 102 and valve 106. Pressures slightly above atmospheric pressure may be used if, for example, in argon purging through line 102, when the volume increases due to the access provided by the slots 103, is not fast enough to otherwise maintain the required pressure drop and maintain the metal level below the inlet nozzle 60. The flexible enclosure 94 of the replacement piece and the length of the slots 103 are sufficient so that the argon can be fed into the cylinder 10 directly by the impact of the piston against the casting residue. The replacement piece of 92 is connected to the driver 96 of the design of Fig. 6. The enclosure of this replacement piece design is also chosen to be sufficiently long so that the slot 103 does not open the argon chamber (which it provides) to the outside air when the piston is in its retracted position, i.e., in its position shown in Fig. 6B. Other features of Fig. 6 include an auxiliary seal 112 on the driver 96. The piston presses against the seal 112 when it is in its retracted position.
Ebenfalls werden in Fig. 6 die konzentrischen Zufuhr- und Rückführleitungen 114, 116 für Kühlfluid (beispielsweise Wasser und Ethylenglykol) zum Kolben gezeigt. Es werden Thermoelemente (nicht gezeigt) in den Füllkammerwänden, Kolben-Metallkontakt- und Bohrungskontakt-Wänden (die Leitungen dieser Thermoelemente werden durch die Kühlfluidleitungen zurückgeführt) und in dem Wasserstrom verwendet, um den gleitenden Pass-Silz zwischen Füllkammerbohrung und Kolben im offenen oder geschlossenen Regelkreis zu stabilisieren. Andere Faktoren, wie beispielsweise die zur Bewegung des Kolbens erforderliche Kraft (diese ist ein Maß für die Reibung zwischen Bohrung und Kolben), oder die in den Vakuumleitungen, die an der Druckgussform und der Füllkammer angeschlossen sind, erscheinende Menge Argon können ebenfalls in Überwachungs- und Regelungssystemen zum Stabilisieren des gleitenden Pass- Sitzes verwendet werden, um Gas-Undichtheit durch die Grenzfläche zwischen Kolben und Bohrung auf ein Minimum herabzusetzen.Also shown in Fig. 6 are the concentric supply and return lines 114, 116 for cooling fluid (e.g., water and ethylene glycol) to the piston. Thermocouples (not shown) in the fill chamber walls, piston metal contact and bore contact walls (the leads of these thermocouples are returned through the cooling fluid lines) and in the water stream are used to stabilize the sliding fit between the fill chamber bore and piston in open or closed loop control. Other factors, such as the force required to move the piston (which is a measure of the friction between the bore and piston), or the amount of argon appearing in the vacuum lines connected to the die and the fill chamber, can also be used in monitoring and control systems to stabilize the sliding fit. seat to minimize gas leakage through the piston-bore interface.
In Fig. 6 werden weitere Merkmale veranschaulicht. Die Hinterkante des Kolbens wurde mit einem Grat- oder Lotreaktionsprodukt-Entferner 118 versehen. Dieser Entferner ist aus einem harteren Material gefertigt, das an seiner Kante 120 seine Schärfe besser bewahrt als das Grundmaterial des Kolbens und auf der Grundlage anderer Bemessungskriterien ausgewählt wird, wie beispielsweise hohe Wärmeleitfähigkeit. Beim Rückwärtshub des Kolbens ist die Aufgabe des Entferners 118, losen Grat oder Lot abzustreifen oder abzutrennen, die während des Vorwärtshubs zur Metallzuführung des Kolbens zurückgelassen wurden. Zu beachten ist, daß die Vorderkante 122 ebenfalls scharf ist, wobei dieses aber, wie angezeigt, im fall des Entferners 118 eine leichtere Aufgabe ist.Additional features are illustrated in Fig. 6. The trailing edge of the piston has been provided with a flash or solder reaction product remover 118. This remover is made of a harder material that retains its sharpness at its edge 120 better than the base material of the piston and is selected based on other design criteria such as high thermal conductivity. During the return stroke of the piston, the function of the remover 118 is to strip or cut off any loose flash or solder left behind during the forward metal feed stroke of the piston. Note that the leading edge 122 is also sharp, but as indicated, this is an easier task in the case of the remover 118.
Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Kolbens. Dieser Kolben wird mit der Zahl 4' bezeichnet, um die Absicht anzugeben, daß der als ein Austauschkolben für Kolben 4 dient und eine flexible Schürze 140 zum Anpassen an Schwankungen in der Bohrung der Füllkammer einschließt.Fig. 7 shows a second embodiment of a piston. This piston is designated by the number 4' to indicate the intention that it serves as a replacement piston for piston 4 and includes a flexible skirt 140 for adapting to variations in the bore of the filling chamber.
Schürze 140 ist beispielsweise aus dem gleichen Material gefertigt wie der Kolben selbst. Sie ist insofern flexibel, daß sie im Vergleich zu dem übrigen Kolben dünn ist und lang ist. Ihre Dicke kann beispielsweise 0,0381 cm (0,015 Inch) betragen, die insgesamt über den übrigen Kolben hervorragt, d. h. der Außendurchmesser der Schürze ist z. B. 0,0762 cm (0,030 Inch) größer als der Außendurchmesser des übrigen Kolbens. Vorzugsweise hat die Schürze einen Außendurchmesser, der etwa 0,0025 cm (0,001 Inch) größer ist als der Innendurchmesser der Bohrung der Füllkammer 10, d. h. es gibt nominell einen geringfügigen Festsitz der Schürze mit der Bohrung. Die Flexibilität der Schürze vermeidet jegliches Zusammenkleben.For example, skirt 140 is made of the same material as the piston itself. It is flexible in that it is thin and long compared to the rest of the piston. Its thickness may be, for example, 0.0381 cm (0.015 inches) which protrudes overall beyond the rest of the piston, i.e., the outer diameter of the skirt is, for example, 0.0762 cm (0.030 inches) larger than the outer diameter of the rest of the piston. Preferably, the skirt has an outer diameter that is about 0.0025 cm (0.001 inch) larger than the inner diameter of the bore of the filling chamber 10, i.e., there is nominally a slight interference fit of the skirt with the bore. The flexibility of the skirt prevents any sticking.
Es gilt als selbstverständlich, dass Schürze 140 in Kompression relativ schwach ist. Damit ein Aufbau von Lot oder Grat die Schürze auf dem Rückwärtshub des Kolbens nicht zum Zusammenfallen bringt, ist in die Schürze ein Saum 142 einbezogen. Der Innendurchmesser des Saums 142 ist kleiner als der eines angrenzenden Sockels 144 auf dem Gehäuse des Kolbens. Sofern die Schürzen irgendeinen größeren Widerstand beim Rückwärtshub des Kolbens erfahren, der die Schürze anderenfalls kompressiv belasten würde, überträgt der Anschlag eine solche Last auf das Gehäuse des Kolbens und schützt auf diese Weise die Schürze vor irgendwelcher Gefahr des Zusammenfallens.It is understood that skirt 140 is relatively weak in compression. To prevent a build-up of solder or flash from collapsing the skirt on the return stroke of the piston, a seam 142 is incorporated into the skirt. The inside diameter of the seam 142 is smaller than that of an adjacent socket 144 on the housing of the piston. If the Should skirts experience any major resistance during the return stroke of the piston which would otherwise compressively load the skirt, the stop transfers such load to the housing of the piston and thus protects the skirt from any danger of collapse.
Die Gewinde an den Stellen 146 und 148 werden zum Zusammensetzen des Kolbens verwendet. Die Bohrungen 150 dienen zur Verwendung eines Bolzenschlüssels.The threads at points 146 and 148 are used to assemble the piston. The holes 150 are used to use a bolt wrench.
Vor dem Zusammenbau können Metalldrehtechniken zum Einsatz gelangen, um eine Ausbauchung des dünnen Abschnittes der Schürze 140 nach außen zu ermöglichen. Das Metalldrehen umfaßt das Drehen der Schürze bei hoher Drehzahl um ihre zylindrische Achse und Aufbringen eines Formwerkzeuges, z. B. ein Stück Hartholz, in Kontakt mit der Innenseite des Schürzenteils 140, um den Durchmesser nach außen aufzuweiten. Während dieses zur Erhöhung des Nennmaßes mit der Füllkammerbohrung beiträgt, verhindert die dünne Beschaffenheit des Materials das Ankleben des Kolbens in der Bohrung. Dieses zusätzliche Ausbauchen erhöht den Dichtungseffekt der Schürze.Prior to assembly, metal turning techniques may be used to allow the thin portion of the skirt 140 to bulge outward. Metal turning involves rotating the skirt at high speed about its cylindrical axis and placing a forming tool, such as a piece of hard wood, in contact with the inside of the skirt portion 140 to expand the diameter outward. While this helps to increase the nominal dimension with the fill chamber bore, the thin nature of the material prevents the piston from sticking in the bore. This additional bulging increases the sealing effect of the skirt.
Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Kolbens, Dieser Kolben 4" liefert einige Merkmale zusätzlich zu denen, die für den Kolben 4' in Fig. 7 gezeigt wurden. Beispielsweise hat der Kolben eine Kugel oder Scharnier- Gelenkverbindung 160 von Kolbenstange zu Kolben. Diese enthält eine kugelförmige Segmentkappe 162, die an der peripheren Verbindung 164 angeschweißt ist, um ein Behältnis für Kühlfluid zu gewähren.Fig. 8 shows a third embodiment of a piston. This piston 4" provides some features in addition to those shown for the piston 4' in Fig. 7. For example, the piston has a ball or hinge joint 160 from piston rod to piston. This includes a spherical segment cap 162 welded to the peripheral joint 164 to provide a reservoir for cooling fluid.
Die dem Anschlag und dem Saum zugewandten Oberflächen in Fig. 8 werden als konische Oberflächen bearbeitet, um eine verbesserte Aufnahme zu gewähren, wenn sich die Schürze nach oben um näherungsweise 0,90º maximale Drehung auslenkt, wie in der Zeichnung mit "A" bezeichnet ist. Der Zusammenbau von Kolben 4" wird folgendermaßen ausgeführt. Das Anschluss-Stück des Kugelgelenkes wird der Kolbenstirnseite 266 und der Kolbenseitenwand 268 zugeführt, die über Gewinde 269 verbunden sind. Zwischenlagen oder Zwischenscheiben 270 steuern über ihre Dicke den Betrag, mit dem die Gewinde eingreifen, um einen geeigneten Paßsitz zwischen der Kugel und dem Anschluss-Stück zu schaffen. Das Anziehen des Gewindeeingriffes wird erhalten, indem ein Spannschlüssel auf den Außendurchmesser des stirnseitigen Abschnittes 66 aufgesetzt wird und ein Bolzenschlüssel in die Schlitze 272, die in Längsrichtung in die rückseitige Wand 268 eingeschnitten sind.The stop and skirt facing surfaces in Fig. 8 are machined as tapered surfaces to provide improved accommodation when the skirt deflects upwardly through approximately 0.90º of maximum rotation as indicated by "A" in the drawing. Assembly of piston 4" is carried out as follows. The ball joint connector is fed to the piston face 266 and piston side wall 268 which are connected by threads 269. Shims or washers 270 control by their thickness the amount by which the threads engage to provide a proper snug fit between the ball and connector. Tightening of the thread engagement is obtained by placing a spanner on the outer diameter of the front portion 66 and a bolt wrench in the slots 272 which are cut longitudinally into the rear wall 268.
Danach wird die Hülse 274 auf das Auslaufende 276 der Kugel aufgeschraubt, indem ein Bolzenschlüssel in den Bohrungen 278 verwendet wird. Die Kugel wird daran gehindert, sich relativ zur Hülse zu drehen, indem der Sechskantgriff eines Schlüssels für Innensechskantschrauben in die Bohrung 280 mit ebenfalls hexagonalem Querschnitt eingesetzt wird.The sleeve 274 is then screwed onto the outlet end 276 of the ball by using a bolt wrench in the holes 278. The ball is prevented from rotating relative to the sleeve by inserting the hexagonal handle of a hexagon socket wrench into the hole 280, which also has a hexagonal cross-section.
Das nächste in dem Zusammenbau ist das Einselzen der Schürze 282 im Gewindeeingriff mit der Seitenwand 268 unter Verwendung der Gewinde 284. Die Kolbenstange 285 mit dem aufgesetzten Gratentfernerring 286 wird auf die Hülse 274 geschraubt. Eine ringförmige Aussparung 288 in der Bohrung der Hülse gewährleistet, dass es einen festen Eingriff zwischen dem Auslautende 276 und der Kolbenstange 285 gibt. O-Ringe 290 dichten gegen ein Entweichen des Kühlfluids.The next step in the assembly is to thread the skirt 282 into engagement with the side wall 268 using the threads 284. The piston rod 285 with the deburring ring 286 fitted is screwed onto the sleeve 274. An annular recess 288 in the bore of the sleeve ensures that there is a tight engagement between the discharge end 276 and the piston rod 285. O-rings 290 seal against leakage of the cooling fluid.
Fig. 9 zeigt eine allgemeine Ansicht der Formende-Schmiervorrichtung 170 der Erfindung. Sie ist an der festen Einspannplatte 31 angebracht und kann mit Hilfe des Hydraulikzylinders oder Pneumatikzylinders 172 in die mit Hilfe der gestrichelten Darstellung gezeigten Arbeitsstellung gebracht werden, wenn die Formhälften geöffnet werden. In der Arbeitsstellung ist ein Kopf in der Form von Düse 174 bereit, in die Füllkammerbohrung eingeschoben zu werden, um seine Funktionen als Applikator, des Trocknens und des Ausblasens auszuführen.Fig. 9 shows a general view of the mold end lubricating device 170 of the invention. It is mounted on the fixed clamping plate 31 and can be brought into the operative position shown by the phantom line by means of the hydraulic cylinder or pneumatic cylinder 172 when the mold halves are opened. In the operative position, a head in the form of nozzle 174 is ready to be inserted into the filling chamber bore to perform its applicator, drying and blowing functions.
In Fig. 10 wird die Formende-Schmiervorrichtung detaillierter gezeigt. Der programmierbare Regler 108 hat die Information von der Druckgussvorrichtung über Leitung 110 bereits erhalten, daß sich die Vorrichtung bereits in einem entsprechenden Zustand befindet (d. h. die Formhälften sind geöffnet und das letzte Gussstück ist ausgestoßen worden) und ist in Wechselwirkung mit der Fluiddruckeinheit 176 über Leitung 178 getreten, um zu bewirken, daß der Hydraulikzylinder die Schmiervorrichtung in ihre Arbeitsstellung bringt. Darüber hinaus hat der Regler nacheinander den Servomotor 180 auf Leitung 182 angewiesen, das Zeitgeberband 184 in Bewegung zu setzen und dadurch die Riemenscheibe 186 und den Arm 188 zu drehen, der mit der Riemenscheibe fest verbunden ist, damit sich die Düse 174 in die Bohrung der Füllkammer 10 bewegt.In Fig. 10 the end of mold lubricator is shown in more detail. The programmable controller 108 has already received information from the die casting machine via line 110 that the machine is already in an appropriate state (ie the mold halves are open and the last casting has been ejected) and has interacted with the fluid pressure unit 176 via line 178 to cause the hydraulic cylinder to move the lubricator to its working position. In addition, the controller has sequentially instructed the servo motor 180 on line 182 to set the timing belt 184 in motion and thereby rotating the pulley 186 and the arm 188 which is fixedly connected to the pulley so that the nozzle 174 moves into the bore of the filling chamber 10.
Die Verbindung von Düse 174 mit Arm 188 umfasst z. B. aus einer Länge eines flexiblen Rohres 190, das vier Rohre 192 mitführt, nachfolgend speziell bezeichnet mit 192a, 192b, 192c und 192d, die für verschiedene noch zu erklärende Zwecke dienen.The connection of nozzle 174 to arm 188 comprises, for example, a length of a flexible tube 190 carrying four tubes 192, specifically designated hereinafter as 192a, 192b, 192c and 192d, which serve various purposes to be explained.
Düse 174 führt eine Hülse 194 aus Polytetrafluorethylen (PTFE) mit, um sie in die Bohrung der Füllkammer 10 einzuführen. Die Hülse hat in der Regel einen polygonalen Querschnitt, beispielsweise einen quadratischen Querschnitt, wie er in Fig. 11 gezeigt wird, und kommt mit der Bohrung lediglich an den polygonalen Ecken in Berührung und läßt auf diese Weise Zwischenräume 126 für Aufgaben, die nachfolgend offensichtlich werden.Nozzle 174 carries a sleeve 194 made of polytetrafluoroethylene (PTFE) for insertion into the bore of the filling chamber 10. The sleeve typically has a polygonal cross-section, for example a square cross-section as shown in Fig. 11, and contacts the bore only at the polygonal corners, thus leaving gaps 126 for tasks which will become apparent hereinafter.
Fig. 12 zeigt, dass das flexible Rohr 190 eingespannt ist, um sich auf einer Kreisbahn durch den Kanal 198 zu bewegen, der PTFE-Schienen 200, 201, 202 enthält, wenn es durch den Arm 188 angetrieben wird. Fig. 12 zeigt ebenfalls die vier Rohre, die nun beschrieben werden. Die Rohre 192a und 192b sind Zuführleitungen und Rückführleitungen für beispielsweise Schmiermittel auf Wasserbasis oder Schichtstoffzuführung zur Düse 174. Das Rohr 192c ist die Düsenluftzufuhr und Rohr 192d eine Pneumatikversorgungsleitung für ein Ventil 204 (Fig. 13) in Düse 174. Die Rohre 192 erstrecken sich zwischen Düse 174, durch die Leitung 190 und zu ihren Ausgangspunkten an der Stelle 206 nach innen in Richtung auf die Gelenkstelle von Arm 188. An der Stelle 206 ist an den Rohren 192 eine flexible Schlauchleitung (nicht gezeigt) angeschlossen, wobei die flexible Schlauchleitung zu den Luft- und Schmiermittel-Versorgungsgefäßen (nicht gezeigt) führt.Fig. 12 shows that the flexible tube 190 is constrained to move in a circular path through the channel 198 containing PTFE rails 200, 201, 202 when driven by the arm 188. Fig. 12 also shows the four tubes which will now be described. Tubes 192a and 192b are supply and return lines for, for example, water-based lubricant or laminate supply to nozzle 174. Tube 192c is the nozzle air supply and tube 192d is a pneumatic supply line for a valve 204 (Fig. 13) in nozzle 174. Tubes 192 extend between nozzle 174, through line 190 and to their starting points at location 206 inwardly toward the hinge point of arm 188. Flexible hose (not shown) is connected to tubes 192 at location 206, the flexible hose leading to air and lubricant supply vessels (not shown).
Fig. 13 zeigt detaillierter die Düse 174 der Formende-Schmiervorrichtung. Düsenkopf 208, der bei Betrachtung in Richtung des Pfeiles B kreisrund ist, verfügt über eine ausreichende Zahl von Sprühdüsenöffnungen 210, die an seinem Umfang verteilt sind, so daß ein im wesentlichen zusammenhängender konischer Mantel eines nach hinten gerichteten Strahls gewährt wird. Ein Beispiel für einen Düsenkopfdurchmesser von 5,715 cm (2,25 Inch) sind 18 gleichmäßig beabstandete Düsenöffnungen, die jeweils einen Bohrungsdurchmesser von 0,061 cm (0,024 Inch) haben. Winkel C beträgt vorzugsweise etwa 40º. Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung können durch Winkel im Bereich von 30... 50º und vorzugsweise im Bereich von 35... 45º gelöst werden.Fig. 13 shows the die end lubricator nozzle 174 in more detail. Nozzle head 208, which is circular when viewed in the direction of arrow B, has a sufficient number of spray nozzle orifices 210 distributed around its circumference to provide a substantially continuous conical envelope of a rearwardly directed jet. An example for a nozzle head diameter of 5.715 cm (2.25 inches) is 18 evenly spaced nozzle orifices, each having a bore diameter of 0.061 cm (0.024 inches). Angle C is preferably about 40º. The objects of the present invention can be achieved by angles in the range of 30...50º and preferably in the range of 35...45º.
Die Düsenmischkammer 212 nimmt z. B. Schmiermittel auf Wasserbasis oder Schichtstoff aus dem Rohr 214 und Luft aus Rohr 216 auf oder nur Luft aus Rohr 216, was davon abhängt, ob das Ventil 204 das Rohr 214 durch Betätigung der Pneumatikleitung 192d geöffnet oder geschlossen hat.For example, the nozzle mixing chamber 212 receives water-based lubricant or laminate from the tube 214 and air from the tube 216 or only air from the tube 216, depending on whether the valve 204 has opened or closed the tube 214 by actuating the pneumatic line 192d.
Die Düse 174 ist mit der flexiblen Schlauchleitung an der Verbindung 218 verbunden. Die Leitung 192c verläuft direkt zum Rohr 216. Die Leitungen 192a und 192b sind an der Verbindung kurzgeschlossen, um einen anhaltenden Umlauf von Schmiermittel oder Schichtstoff zu verhindern, was hilfreich ist, um ein Absetzen von Suspensionen oder Emulsionen zu vermeiden. Das Kurzschließen 220 ist in Fig. 14 gezeigt. Rohr 214 ist kontinuierlich zum Kurzschluss geöffnet, zieht jedoch lediglich von diesem Punkt durch Anweisung von Ventil 204, zu welchem Zeitpunkt Regler 108 ein Steuerventil (nicht gezeigt) in der Rückführleitung zum Schließen bringt, um eine maximale Zuführung von Schmiermittel oder Schichtstoff zur Düse zu erzielen.Nozzle 174 is connected to the flexible hose at connection 218. Line 192c runs directly to tube 216. Lines 192a and 192b are shorted at the connection to prevent continued recirculation of lubricant or coating, which is helpful in preventing settling of suspensions or emulsions. Shorting 220 is shown in Figure 14. Tube 214 is continuously open to short circuit, but only draws from that point by command of valve 204, at which time controller 108 causes a control valve (not shown) in the return line to close to achieve maximum delivery of lubricant or coating to the nozzle.
Der programmierbare Regler 108 von Fig. 10 steht in Wechselwirkung mit der Pneumatik-Druckversorgung für Leitung 192c, um Luft zum Öffnen von Ventil 204 zu schicken, so dass ein Schmiermittel- oder Schichtstoff-Aerosol auf die Bohrung der Füllkammer gespritzt wird, wenn sich die Düse in Richtung auf die Druckgussform in der Bohrung bewegt. Der Regler steuert den Servomotor zum Antrieb der Düse nicht so weit, daß er Schmiermittel nach unten zur Einströmdüse 60 spritzen würde. Die Düse wird kurz vor dieser Stelle angehalten, wobei jedoch ausreichend Aerosol in den Bereich ausgestoßen wurde, so dass ein Teil der Bohrung an der Einströmdüse angemessen überzogen worden ist. Der Regler gewährt zusätzlich die Möglichkeit zum Variieren der Düsengeschwindigkeit entlang der Bohrung, um problematischen Stellen mehr Schichtstoff zuzuführen, sollte dieses angestrebt werden.The programmable controller 108 of Fig. 10 interacts with the pneumatic pressure supply for line 192c to send air to open valve 204 so that an aerosol of lubricant or laminate is sprayed onto the bore of the fill chamber as the nozzle moves toward the die in the bore. The controller does not control the servo motor to drive the nozzle far enough to spray lubricant down toward the inlet nozzle 60. The nozzle is stopped short of this point, but sufficient aerosol has been sprayed into the area so that a portion of the bore at the inlet nozzle has been adequately coated. The controller also provides the ability to vary the nozzle speed along the bore to deliver more laminate to problem areas, should this be desired.
Sobald die Düse so weit gefahren ist, wie sie sollte, unmittelbar kurz vor der Einströmdüse, wird sie danach wieder zurückgezogen. Während des Zurückziehens sorgt der Regler dafür, daß das Pneumatikventil 204 die Zufuhr von Schmiermittel und Beschichtungsstoff abschaltet, so dass lediglich Luft aus Leitung 192c, Rohr 216, durch die Düsen 210 austritt. Diese Luft trocknet Wasser aus dem Schmiermittel auf Wasserbasis, dem Überzug auf der Bohrung und bläst es im gasförmigen Zustand gemeinsam mit losem Lot oder Grat aus der Bohrung heraus. Wenn die Düse in ihrer zurückgezogenen Stellung wieder zurückgekommen ist, wie das durch die gestrichelte Darstellung in Fig. 9 gezeigt wird, betätigt der Regler 108 den Zylinder 172, um die Schmiermittelvorrichtung aus dem Weg zurückzuschwenken, die Gussformhälften sind geschlossen, und die Druckgussvorrichtung ist für den nächsten GUSS betriebsbereit,As soon as the nozzle has moved as far as it should, just before the inlet nozzle, it is then retracted again. During the retraction, the controller ensures that the pneumatic valve 204 switches off the supply of lubricant and coating material, so that only air from line 192c, tube 216, through the nozzles 210. This air dries water from the water-based lubricant coating on the bore and blows it out of the bore in a gaseous state along with any loose solder or flash. When the nozzle has returned to its retracted position, as shown by the dashed line in Fig. 9, the controller 108 operates the cylinder 172 to swing the lubricant assembly back out of the way, the mold halves are closed, and the die casting assembly is ready for the next CASTING.
Die Zwischenräume 196 bieten Raum, so dass der Gasstrom aus den Düsen am Formende der Füllkammer austreten kann.The gaps 196 provide space for the gas flow to exit the nozzles at the mold end of the filling chamber.
Die vorliegende Technik weicht von der Arbeit von Miki et al., die in der vorgenannten Patentschrift 4 583 579 ('579) beschrieben wird, indem man sich dort auf den Pass-Sitz zwischen Kolben und Füllkammer während des Metallzuführhubs des Kolbens als eine Gasquelle in Gussstücken konzentriert, die in Vakuum-Druckgussvorrichtungen gefertigt werden.The present technique departs from the work of Miki et al. described in the aforementioned patent 4,583,579 ('579) by focusing on the interference fit between the piston and the fill chamber during the metal feed stroke of the piston as a gas source in castings made in vacuum die casting apparatus.
Wie aus Fig. 5 der Patentschrift '579 und der Diskussion im Text dieser Patentschrift hervorgehl, hat es in der bekannten Praxis eine erhebliche Abweichung der Temperatur des Kolbens oder Druckkolbens nach oben gegeben, und zwar relativ zu der Temperatur der Füllkammerbohrung, d. h. dem Schusszylinder, wenn sich der Kolben durch den Metallzuführungshub bewegt, um schmelzflüssiges Metall in die Druckgussform einzuspritzen. Bezug nehmend auf Fig. 5 der Patentschrift '579 von einem Zeitpunkt an, zu dem die Temperaturen des Kolbens und der Füllkammerbohrung näherungsweise gleich sind, steigt die Temperatur der Bohrung auf einen Maximalwert an und fällt dann ab, während die Kolbentemperatur auf ein sehr viel höheres Maximum ansteigt, um danach mit der Temperatur der Bohrung auf einen Wert abzufallen, wo die Temperaturen näherungsweise gleich sind. Wie in der Patentschrift '579 ausgeführt wird, kann der relative Temperaturanstieg des Kolbens im Vergleich zu dem der Bohrung beide dazu veranlassen, einen Paßsitz anzunehmen, so dass das Zurückziehen des Kolbens solange verzögert wird, bis ein Kühlen den Pass-Sitz wieder freigibt.As can be seen from Figure 5 of the '579 patent and the discussion in the text of that patent, in prior practice there has been a significant upward drift of the temperature of the piston or plunger relative to the temperature of the fill chamber bore, i.e., the shot cylinder, as the piston moves through the metal feed stroke to inject molten metal into the die. Referring to Figure 5 of the '579 patent, from a time when the temperatures of the piston and fill chamber bore are approximately equal, the bore temperature rises to a maximum and then falls while the piston temperature rises to a much higher maximum and then falls with the bore temperature to a value where the temperatures are approximately equal. As pointed out in the '579 patent, the relative temperature rise of the piston compared to that of the bore can cause both to assume a snug fit, so that piston retraction is delayed until cooling releases the snug fit.
Der Pass-Sitz zwischen dem Kolben und der Bohrung während des Zuführhubs des Kolbens wird so gesteuert, dass einem Entweichen von Gas durch die Kolben/Bohrung-Grenzfläche in das Metall widerstanden wird, das durch den Kolben, während es unter Vakuum steht, in die Druckgussform gedrückt wird. Um diese Kontrolle zu erreichen, können unterschiedliche Maßnahmen ergriffen werden. Eine der Maßnahmen besteht darin, das Kühlen des Kolbens derart zu regulieren, dass der Temperaturaufschwung des Kolbens im Verlaufe des Gießzyklusses verringert wird. Obgleich somit ein blockierter Pass-Sitz nicht akzeptiert werden kann, kann das Kühlen so reguliert werden, dass die Kolbentemperatur aufrechterhalten wird, so dass ein gleitender, Gas-Undichtheit auf ein Minimum herabsetzender Pass-Sitz erreicht wird anstelle eines loseren, Gas durchlassenden Sitzes.The fit between the piston and the bore during the piston’s delivery stroke is controlled to prevent gas escaping through the piston/bore interface is resisted in the metal being forced into the die by the piston while under vacuum. To achieve this control, various measures can be taken. One of the measures is to regulate the cooling of the piston so as to reduce the temperature rise of the piston during the casting cycle. Although a blocked fit cannot thus be accepted, the cooling can be regulated to maintain the piston temperature so that a sliding fit minimizing gas leakage is achieved rather than a looser fit allowing gas to pass through.
Eine zweite Maßnahme, die sich im Zusammenhang mit der ersten Maßnahme anwenden läßt, schließt die Schaffung einer Presspassung oder eines ansonsten engen oder gleitenden Paßsitzes des Kolbens in der Füllkammerbohrung bei einer bestimmten Bezugstemperatur ein, beispielsweise Raumtemperatur, und das Heizen der Füllkammer, um den Kolben mit festem Sitz in der Füllkammerbohrung beweglich zu machen. Mit der beheizten Füllkammer wird die Kolbentemperatur relativ zur Temperatur der Bohrung weniger stark aufschwingen, und es kann ein gegen Gas beständiger Pass-Sitz während des Metallzuführhubs aufrechterhalten werden.A second measure that can be used in conjunction with the first measure involves creating an interference fit or otherwise tight or sliding fit of the piston in the fill chamber bore at a certain reference temperature, for example room temperature, and heating the fill chamber to allow the piston to move with a tight fit in the fill chamber bore. With the fill chamber heated, the piston temperature will swing less relative to the bore temperature and a gas resistant fit can be maintained during the metal feed stroke.
Beide Maßnahmen können in Abhängigkeit von den speziellen Materialien der Konstruktion abgestimmt werden, z B. auf die Wärmeausdehnungskoeffizienten, mit denen die Materialien charakterisiert werden. Die zugrunde liegende Basis für die Auslegung ist das Prinzip, den Spielraum zwischen Kolben und Füllkammerbohrung während des Zuführhubs des Kolbens gasdicht zu halten im Ausgleich mit den Anforderungen an die Kraft, die benötigt wird, um den Kolben zu bewegen und den Verschleiß des Kolbens und der Füllkammerbohrung zu kontrollieren.Both measures can be tailored depending on the specific materials of the design, e.g. the thermal expansion coefficients that characterize the materials. The underlying basis for the design is the principle of keeping the clearance between the piston and the filling chamber bore gas-tight during the feed stroke of the piston in balance with the requirements for the force needed to move the piston and to control the wear of the piston and the filling chamber bore.
Fig. 17A bis 17D veranschaulichen die Steuerung des Spielraums von Kolben zu Füllkammer. Kolben 4 ist innen gekühlt oder wird durch Wasser oder anderes Fluid beheizt, das durch die Zuführleitung 114 eintritt und durch Leitung 116 zurückkehrt. Es wird eine Vorkehrung für eine kontinuierliche Strömung von Wasser durch eine Bypass-Leitung 300 getroffen, die ein handgesteuertes Ventil 302 und ein Rückschlagventil 304 enthält. Regler 306 betätigt ein Zweistellungsventil oder Folgeregelungsventil 308 (zur Verwendung im Fall einer Proportionalregelung, Proportional-Integral-Regelung, PID-Regelung, usw.), und zwar auf der Grundlage seines Programmes und seiner vom Thermoelement 310 erhaltenen Information, dessen Leitungen zum Regler aus den Leitungen "114 oder 116 herausgeführt werden können. Zusätzlich werden eine Heizvorrichtung oder Kühlung 312 an der Füllkammer 10 vorgesehen und vom Regler 306 unter Anwendung des Thermoelements 314 geregelt.Fig. 17A to 17D illustrate the control of piston to fill chamber clearance. Piston 4 is internally cooled or heated by water or other fluid entering through supply line 114 and returning through line 116. Provision is made for a continuous flow of water through a bypass line 300 which includes a hand-operated valve 302 and a check valve 304. Controller 306 operates a two-position valve or sequence control valve 308 (for use in the case of proportional control, Proportional-integral control, PID control, etc.) based on its program and information received from thermocouple 310, whose leads to the controller may be led out from lines 114 or 116. In addition, a heater or cooler 312 is provided on the filling chamber 10 and controlled by the controller 306 using the thermocouple 314.
Fig. 17B bis 17D sind Beispiele für unterschiedliche Regelungssysteme, die zum Regeln der Kolbentemperatur verwendet werden können. Allgemein wird die Regelung des Spielraums von Kolben zu Füllkammer auf dem Wege von Wechselwirkungen des Kolbens bevorzugt, da er schneller als die Füllkammer aufgrund seines Kupfermaterials und seiner geringeren Größe anspricht. Unter Bezugnahme auf Fig. 17B kann die Regelung im geschlossenen Kreis mit Rückführung unter Verwendung der Information der Kolbentemperatur von Thermoelement 310 erfolgen. Veranschaulicht wird eine Zweipunktregelung mit Hysterese. Der Bediener wählt den Sollwert für die Kolbenlemperatur, Tsp, sowie die Temperaturabweichungen A2 und A1 aus, deren Summe den Differentialspalt bestimmt. In einer Variation der Regelung nach Fig. 17B wird eine geschlossene Regelung auf der Grundlage der Ausgangswassertemperatur des Kolbens verwendet, wo es somit einen Sollwert für die Wassertemperatur gibt. Das Rückführsignal ist die Ausgangswassertemperatur des Kolbens.Figures 17B through 17D are examples of different control systems that can be used to control piston temperature. Generally, controlling the piston to fill chamber clearance through piston interactions is preferred because it responds faster than the fill chamber due to its copper material and smaller size. Referring to Figure 17B, closed loop control can be done with feedback using piston temperature information from thermocouple 310. A two-point control with hysteresis is illustrated. The operator selects the piston temperature set point, Tsp, and the temperature deviations A2 and A1, the sum of which determines the differential gap. In a variation of the Figure 17B control, closed loop control based on the piston's exit water temperature is used, where there is thus a set point for the water temperature. The feedback signal is the piston's exit water temperature.
Fig. 17C und 17D veranschaulichen eine rückführungslose Steuerung mit variablen Impulsbreiten 11- und T2-Eingang durch den Bediener. Der Zeitpunkt 320 ist der Start des Vakuums oder der Phase 2, wobei Phase 2 der Abschnitt des Kolbenzuführhubs für Metall ist, wo eine höhere Kolbenlaufgeschwindigkeit verwendet wird, sobald das Metall den Anschnitt/die Anschnitte in dem Abschnitt des Formhohlraums erreicht hat oder dabei ist zu erreichen, wo das eigentliche ((Guss))Teil geformt wird. Der Zeitpunkt 322 ist das Ende des Vakuums.Figures 17C and 17D illustrate open loop control with variable pulse widths 11 and T2 input by the operator. Time 320 is the start of vacuum or phase 2, where phase 2 is the portion of the piston feed stroke for metal where a higher piston travel speed is used once the metal has reached or is about to reach the gate(s) in the portion of the mold cavity where the actual part is formed. Time 322 is the end of vacuum.
Das folgende Beispiel dient zur weiteren Veranschaulichung:The following example serves to further illustrate this:
Ein komplexes, veranschaulichendes Druckguss-Stück hatte die Konfiguration, wie sie in Fig. 16 gezeigt wird. Wegen der Namensgebung wurde es als das "Hut"-Gussstück bezeichnet. Es besteht aus einer 100 mm-Sektion 330 mit einer Wandstärke von 5 mm und aus einer 200 mm-Sektion 332 mit einer Wandstärke von 2 mm. Das Gußstück hat eine Höhe 334 und eine Tiefe 336, die beide 120 mm betragen. Der Hauptanschnitt 342 hat eine Querschnittabmessung von 4 mm · 60 mm, während die zwei seitlichen Anschnitte 344 jeweils Querschnitte von 2 mm · 10 mm haben. Das Gußstück wurde als der 32ste Guß eines Durchlaufes von 95 Güsse in einer Vakuum-Druckgussvorrichtung hergestellt, wie sie in Fig. 1 gezeigt wird, indem die folgenden Parameter verwendet wurden: Taktzeit 0,9 Minuten, Unterdruck während Phase 1 etwa 20 mmHg absolut, Kolbendurchmesser 70 mm, Kolbengeschwindigkeit in Phase 1 etwa 325 mm/s, Kolbengeschwindigkeit in Phase 2 etwa 1.785 mm/s, Metall-Überdruck in Phase 3 868 bar (12,580 psig), 141 ml 1%iges KI-Schmiermittel auf die Außenseiten der Druckgussform, 7,6 ml 5%iges KI-Schmiermittel auf die Füllkammerbohrung und eine Metalltemperatur im Warmhalteofen von 710ºC (1.310ºF). Die Metallanalyse im Warmhalteofen lautete: 10,1% Si, 0,3% Fe, 0,13% Mg, 0,03% Sr, 0,052% T1. In die Druckgussvorrichtung einbezogen ist die Balg-Dichtung von Fig. 6 und die Formende-Schmiermittelvorrichtung von Fig. 9 bis 14. Das gesamte Gussstück, geputzt allerdings vom Überlauf 338 und Anschnitt bis zur Gießrestsektion 340 wurde auf Gasgehalt getestet, indem das Gesamtteil geschmolzen wurde und die folgenden Ergebnisse in Milliliter Gas (Standardtemperatur und -druck) pro 100 Gramm Aluminiumlegierung lieferte: 1,29 Wasserstoff, 1,66 Stickstoff, 0,74 Stickstoff, 0,72 Sonstige, gesamt 4,4 = 0,5 ml/100 g. Die mechanischen Eigenschaften für den Durchlauf, der durch Schneiden von Prüfkörpern von dem 2 mm dicken Wandungsabschnitt mehrerer Gussstücke nach Wärmebehandlung der Gußstücke für 1 Stunde bei 165ºC (950ºF) abschrecken auf 57ºC (100ºF) in 40%iger wäßriger Lösung von Ucon-A, ein Polyglykol-Produkt der Union Carbide, gefolgt von 1 Stunde bei 307ºC (400ºF) erhalten wurde, waren: A complex, illustrative die-cast piece had the configuration shown in Fig. 16. Because of the name, it was called the "hat" casting. It consists of a 100 mm section 330 with a wall thickness of 5 mm and a 200 mm section 332 with a wall thickness of 2 mm. The casting has a height 334 and a depth 336, both of which are 120 mm. The main gate 342 has a cross-sectional dimension of 4 mm x 60 mm, while the two side gates 344 each have cross-sections of 2 mm x 10 mm. The casting was made as the 32nd pour of a run of 95 pours in a vacuum die casting apparatus as shown in Fig. 1 using the following parameters: cycle time 0.9 minutes, vacuum during phase 1 about 20 mm Hg absolute, piston diameter 70 mm, piston speed in phase 1 about 325 mm/s, piston speed in phase 2 about 1,785 mm/s, metal gauge pressure in phase 3 868 bar (12,580 psig), 141 ml of 1% KI lubricant on the outside of the die, 7.6 ml of 5% KI lubricant on the fill chamber bore, and a metal temperature in the holding furnace of 710ºC (1,310ºF). The holding furnace metal analysis was 10.1% Si, 0.3% Fe, 0.13% Mg, 0.03% Sr, 0.052% T1. The die casting apparatus includes the bellows seal of Fig. 6 and the end of die lubricant apparatus of Figs. 9 through 14. The entire casting, trimmed but cleaned from the overflow 338 and gate to the cast tail section 340, was tested for gas content by melting the entire part and gave the following results in milliliters of gas (standard temperature and pressure) per 100 grams of aluminum alloy: 1.29 hydrogen, 1.66 nitrogen, 0.74 nitrogen, 0.72 other, total 4.4 = 0.5 ml/100 g. The mechanical properties for the run obtained by cutting test specimens from the 2 mm thick wall section of several castings after heat treating the castings for 1 hour at 165ºC (950ºF), quenching to 57ºC (100ºF) in 40% aqueous solution of Ucon-A, a polyglycol product of Union Carbide, followed by 1 hour at 307ºC (400ºF) were:
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