DE69423596T2

DE69423596T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Druckgiessen

Info

Publication number: DE69423596T2
Application number: DE69423596T
Authority: DE
Inventors: Takao Kaneuchi; Ryoichi Shibata
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1993-12-13
Filing date: 1994-12-13
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2014-12-14
Also published as: DE69423596D1; JPH08187566A; JP3049648B2; US5579825A; EP0662361A1; EP0662361B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckgießverfahren und eine Druckgießmaschine zur Erzeugung eines Druckgußstücks von hoher Qualität.
Die Fig. 38 und 39 unter den beiliegenden Zeichnungen zeigen jeweils eine Schnittansicht des wesentlichen Teils allgemein verwendeter Druckgießmaschinen. Bei der Horizontal- Druckgießmaschine gemäß Fig. 38 wird durch eine Gießpfanne 37 aus einem Warmhalteofen entnommene Metallschmelze 31 aus einem Einlaß in eine Gießhülse 30 gegossen. Die eingegossene Metallschmelze 31 wird in einem frühen Stadium von einem Druckkolbenteil 33 mit einer geringen Geschwindigkeit eingespritzt und ein einem späteren Stadium durch Hochgeschwindigkeitseinspritzung in einen durch Schließen einer Gußform 34 und einer Gußform 35 gebildeten Hohlraum 36 gefüllt. Bei der Vertikal-Druckgießmaschine gemäß Fig. 39 wird Metallschmelze 31 in einen Napf 38 gegossen, Druckgußformen 34 und 35 werden geschlossen, und die Metallschmelze 31 wird auf die gleiche Weise wie bei der Horizontal-Druckgießmaschine in einen Hohlraum 36 gefüllt. In Fig. 39 sind die mit den in Fig. 38 dargestellten übereinstimmenden Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen wie die in Fig. 38 benutzten bezeichnet, und ihre Beschreibung erübrigt sich.
Die Gießhülse wird im allgemeinen auf einer niedrigen Temperatur gehalten, um ihre Bearbeitungsgenauigkeit aufrechtzuerhalten und eine Oxidation zu verhindern. Dies verursacht eine teilweise Verfestigung der Metallschmelze beim Gießen. Werden verfestigte Stücke zusammen mit der Metallschmelze in den Hohlraum zugeführt, werden Gießfehler verur sacht, und die mechanischen Eigenschaften eines Erzeugnisses können verschlechtert werden.
Die Gießhülsen, die eine einschichtige, einstückige Form aus Metall, beispielsweise rostfreiem Stahl, aufweisen, wie in den Fig. 38 und 39 gezeigt, weisen eine so hohe Wärmeleitfähigkeit auf, daß die Metallschmelze rasch abgekühlt und die Viskosität der Metallschmelze zur Verringerung der Flüssigkeit gesteigert werden, wodurch die Druckbeschickung durch einen Druckkolben schwierig wird.
Beim herkömmlichen Druckgießen schließen allgemein bekannte Verfahren das Rheocast-Verfahren und das Compocast- Verfahren, bei denen ein halbfestes Metall oder ein Verbundmaterial heftig gerührt wird, um Dendritstrukturen zu zerbrechen, um durchgehend ein aufgeschlämmtes Metall mit einer verringerten Viskosität zu erzeugen und das aufgeschlämmte Metall in die Druckgießmaschine zuzuführen, sowie das Thixocast-Verfahren und weitere Techniken ein, bei denen ein aufgeschlämmtes Metall einmal aushärtet und zur Zufuhr in die Druckgießmaschine erneut auf einen halbfesten Zustand erwärmt wird.
In den vorstehend genannten Fällen wird die Gießhülse auch, wie vorstehend beschrieben, auf einer niedrigen Temperatur gehalten, die Metallschmelze wird gekühlt und ihre Viskosität wird gesteigert, wodurch die Flüssigkeit verringert wird. Daher können dieser Druckgießprozesse nicht zur Herstellung eines dünnen und langen Elements verwendet werden, da bei derartigen Druckgießprozessen kurze Läufe und kalte Einschlüsse auftreten. Bei diesen bekannten Prozessen kann die Dendritstruktur auf der Oberflächenschicht der Metallschmelze verbleiben, wie in der JP-B-2-51703 offenbart, da diese Prozesse zum Verhindern eines Eintritts der Oberflächenschicht in das Erzeugnis ausgelegt sind.
Gemäß der JP-A-3-221253 und der JP-A-3-13260 wird verhindert, daß die Oberfläche der Metallschmelze in ein Erzeug nis gelangt, da die Oberfläche des Materials oxidiert ist, wenn vor dem Schmelzen eine Vorheizung erfolgt. Obwohl die Gießformen und die Druckgießverfahren besonders konzipiert sind, können nicht immer gute Ergebnisse erzielt werden.
Zur Behebung der vorstehend beschriebenen Probleme ist in der JP-B-54-43976 eine Druckgießmaschine offenbart, deren Gießhülse aus einem hitzebeständigen Material, wie einem Keramikmaterial, gefertigt ist.
Der innere Zylinder der Gießhülse ist aus einem hitzebeständigen Material, wie einem Keramikmaterial oder einem Keramik-Metall-Verbundwerkstoff, gefertigt, und sein äußerer Zylinder ist durch Dehnpassung oder umgekehrten Hartguß mit einem aus Eisen, Gußeisen, Gußstahl oder einer extrem hitzebeständigen Legierung, wie einer Legierung der Wolframgruppe oder einer Legierung der Molybdemgruppe, gefertigten Verstärkungselement ausgebildet, um eine Druckspannung zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit der Gießhülse aufzubringen. Die Druckgießmaschine ist mit einer Kühleinrichtung zum vollständigen oder teilweisen Kühlen des äußeren Umfangs des Verstärkungselements durch Wasser oder Luftversehen, wodurch die Druckspannung auf der Gießhülse durchgehend aufrechterhalten wird.
Gemäß Fig. 40 unter den beiliegenden Zeichnungen wird der vorstehend genannte Stand der Technik im Einzelnen beschrieben. Durch Schließen einer Gießform (einer beweglichen Gießform) 41 und einer an einem Hauptkörper (einer Gießformplatte) 43 der Druckgießmaschine befestigten Gießform (einer stationären Gießform) 42 wird ein Hohlraum 44 gebildet. Eine mit dem Hohlraum 44 verbundene Gießhülse 45 ist an der Gießform (der stationären Gießform) 42 befestigt. Die Gießhülse 45 ist aus Keramik oder einem Keramik-Metall-Verbundwerkstoff gefertigt, so daß sie eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Abriebbeständigkeit aufweist, durch die Metallschmelze kaum benetzt wird und eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat. An der Gießhülse 45 ist ein Einlaß ausgebildet, und ein Druckkolben 47 ist verschiebbar in der Gießhülse 45 angeordnet.
Die durch den Einlaß 46 eingegossene Metallschmelze wird zunächst in der Gießhülse 46 gespeichert, dann wird der Druckkolben 47 rasch nach vorne bewegt, um die Metallschmelze unter Druck in den Hohlraum 44 einzufüllen, und die eingefüllte Metallschmelze wird durch den Druckkolben 47 unter Druck gesetzt und härtet aus. Nach der Verfestigung der Metallschmelze werden die Gießform 41 und der Druckkolben 47 zurückbewegt, um ein Druckgußerzeugnis bereitzustellen.
Selbst die vorstehend beschriebene Druckgießmaschine hat jedoch Nachteile, da die Metallschmelze durch den inneren Zylinder der Gießhülse nach wie vor abgekühlt wird, wodurch verfestigte Stücke erzeugt werden, die Gießfehler verursachen können, die die mechanischen Eigenschaften eines Produkts verschlechtern, wenn sie zusammen mit der Metallschmelze in den Hohlraum zugeführt werden. Wenn die vorstehend beschriebene Druckgießmaschine für das Rheocast-, das Compocast- oder das Thixocast-Verfahren angewandt wird, wird die Metallschmelze durch den inneren Zylinder gekühlt, so daß beim Gießen eines dünnen und langen Gußstücks noch kurze Läufe und kalte Einschlüsse auftreten, wodurch die Anwendung der Maschine schwierig wird.
In der JP-B-6-83888 ist eine Druckgießmaschine offenbart, bei der ein hochfrequenter Strom verwendet wird, um Spulen in Schwingungen zu versetzen, um eine elektromagnetische Induktion zu verursachen, wodurch die Metallschmelze in bezug auf die Wand der Einspritzhülse und die Endfläche des Druckkolbenteils in einem kontaktfreien Zustand gehalten wird. Da die Metallschmelze nicht mit der Wand der Einspritzhülse und der Endfläche des Druckkolbenteils in Kontakt gelangt, ist die Metallschmelze wärmeisoliert, was dazu führt, daß eine ausgehärtete Schicht und fehlerhafte kalte Einschlüsse von Anfang an verhindert werden.
Gemäß Fig. 41, die die vorstehend beschriebene Druckgießmaschine zeigt, wird die Metallschmelze in einen Läufer 52 mit einem am unteren Teil einer Einspritzhülse 51 angeordneten Druckkolbenteil 50 gegossen, ein hochfrequenter Strom von 1000 Hz wird von einer Energieeinheit zugeführt, um jeweils an der Wand 53 der Hülse 51 und innerhalb des Druckkolbenteils 50 angeordnete Spulen S4 und 55 in Schwingungen zu versetzen, durch die Wirkung der elektromagnetischen Induktion wird aufgrund der Leitfähigkeit der Metallschmelze eine Abstoßkraft zwischen der Metallschmelze und der Wand 53 bzw. dem Druckkolbenteil 50 erzeugt, und die Metallschmelze wird aufgrund dieser Abstoßkraft in der Hülse 51 in einem Schwebezustand gehalten.
Bei der vorstehend erwähnten Druckgießmaschine treten Schwierigkeiten beim präzisen Halten der Metallschmelze in einem kontaktfreien Zustand in bezug auf die Wand 53 bzw. den Druckkolbenteil 50 durch die Wirkung eines hochfrequenten Stroms auf. Um die Metallschmelze zuverlässig in einem kontaktfreien Zustand zu halten, kann der Bereich für die Einstellung eines Wechselstroms, beispielsweise das Band für die Einstellung der Frequenz eines Wechselstroms, begrenzt werden. Dies kann dazu führen, daß ein elektromagnetisches Rühren der Metallschmelze unzureichend ausgeführt wird.
Zudem besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die Hülse 51 bei dem Prozeß der vorstehend beschriebenen elektromagnetischen Induktion durch eine Erwärmung durch die Metallschmelze verformt wird, was zu einer Verschlechterung der geeigneten Passung des Druckkolbenteils 50 in die Hülse 51 führt. Wenn die Hülse 51 gekühlt wird, um die durch die Induktionsheizung verursachte Verformung zu verhindern, wird die Metallschmelze in der Hülse 51 kaum erwärmt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Druckgießverfahren und eine Druckgießmaschine zu schaffen, bei denen ein Temperaturabfall des Materials vor dem Gießen aufgrund einer mittels Leitern und einer Induktionsspule verursachten Induktionsheizung klein ist, wodurch ein Produkt von hoher Qualität erzeugt wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Druckgießverfahren und eine Druckgießmaschine zu schaffen, durch die ein dünnes und langes Produkt erzeugt, die Temperatur einer Gießhülse niedrig gehalten und die Bearbeitungsgenauigkeit der Gießhülse aufrechterhalten werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Druckgießverfahren und eine Druckgießmaschine zu schaffen, bei denen ein Temperaturabfall des zu gießenden Werkstoffs gering ist, da der Werkstoff aufgrund einer mittels Leitern und einer Induktionsspule erzeugten elektromagnetischen Kraft in bezug auf die Innenfläche einer Gießhülse im wesentlichen in einem kontaktfreien Zustand gehalten wird, wodurch ein Produkt von einer hohen Qualität erzeugt wird, wobei die Herstellungsbedingungen, insbesondere die Frequenz eines an die Induktionsspule angelegten Wechselstroms, auf ein gewünschtes Band eingestellt werden können.
Das erfindungsgemäße Druckgießverfahren umfaßt die Schritte und Merkmale gemäß dem Patentanspruch 1.
Eine erfindungsgemäße Druckgießmaschine umfaßt die Merkmale des Patentanspruchs 15.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Vertikal-Druckgießmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht längs der Linie A - A in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel des Aufbaus von erfindungsgemäßen Leitern zeigt;
Fig. 4 ist ein Schnittdiagramm eines halbfesten Werkstoffs in einer erfindungsgemäßen. Gießhülse;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse eines Vergleichs der mechanischen Eigenschaften von erfindungsgemäß und gemäß dem Stand der Technik hergestellten Gußerzeugnissen zeigt;
Fig. 6 ist eine Mikrofotografie eines durch ein herkömmliches Verfahren hergestellten Gußerzeugnisses (in fünfzigfacher Vergrößerung);
Fig. 7 ist eine Mikrofotografie eines durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellten Gußerzeugnisses (in fünfzigfacher Vergrößerung);
Fig. 8 ist eine Mikrofotografie der Struktur eines durch ein erfindungsgemäßes Verfahren verarbeiteten Werkstoffs;
Fig. 9 ist eine Mikrofotografie der Struktur eines Werkstoffs vor der Wärmebehandlung;
Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse eines Vergleichs der mechanischen Eigenschaften von erfindungsgemäß und gemäß einer bekannten Technik hergestellten Gußstücken zeigt;
Fig. 11 ist eine Mikrofotografie der Struktur eines erfindungsgemäßen Gußstücks nach einer T6-Behandlung;
Fig. 12 ist eine Mikrofotografie der Struktur eines Gußstücks gemäß einem herkömmlichen Verfahren nach einer T6- Behandlung;
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels des erfindungsgemäßen Leiters;
Fig. 14 ist eine Schnittansicht, die Gießformen einer Vertikal-Druckgießmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 15 ist ein Diagramm, das zeigt, wie ein Werkstoff in eine erfindungsgemäße Gießhülse eingefüllt und erwärmt wird;
Fig. 16 eine Schnittansicht, die eine Vertikal- Druckgießmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 17 ist eine schematische Schnittansicht einer Horizontal-Druckgießmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 18 ist eine Schnittansicht längs der Linie Y-Y in Fig. 17;
Fig. 19 ist eine Ansicht, die einen Kurzlaufzustand eines mittels eines herkömmlichen Verfahrens gegossenen Produkts zeigt;
Fig. 20 ist eine Ansicht, die ein mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens gegossenes Erzeugnis zeigt;
Fig. 21 ist eine Schnittansicht einer Vertikal- Druckgießmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 22 ist eine Schnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 21;
Fig. 23 ist eine Mikrofotografie der Struktur eines durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellten Gußstücks (in fünfzigfacher Vergrößerung);
Fig. 24 ist eine Mikrofotografie der Struktur eines durch ein herkömmliches Verfahren hergestellten Gußstücks (in fünfzigfacher Vergrößerung);
Fig. 25 ist eine schematische Schnittansicht einer Horizontal-Druckgießmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 26 ist eine Mikrofotografie eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugten gegossenen Gefüges (in fünfzigfacher Vergrößerung);
Fig. 27 ist eine Mikrofotografie eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugten gegossenen Gefüges (in fünfzigfacher Vergrößerung);
Fig. 28 ist eine Mikrofotografie eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugten gegossenen Gefüges (in fünfzigfacher Vergrößerung);
Fig. 29 ist eine Mikrofotografie eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugten gegossenen Gefüges (in fünfzigfacher Vergrößerung);
Fig. 30 ist eine Mikrofotografie eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugten gegossenen Gefüges (in fünfzigfacher Vergrößerung);
Fig. 31 ist eine Mikrofotografie eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugten gegossenen Gefüges (in fünfzigfacher Vergrößerung);
Fig. 32 ist eine Schnittansicht einer Vertikal- Druckgießmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 33 ist eine teilweise vergrößerte, perspektivische Ansicht der Vertikal-Druckgießmaschine gemäß der in Fig. 32 gezeigten Ausführungsform;
Fig. 34 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht der Vertikal-Druckgießmaschine gemäß der in Fig. 32 gezeigten Ausführungsform;
Fig. 35 ist eine erläuternde Ansicht der Wirkung einer elektromagnetischen Kraft bei der Verwendung einer durchgehend leitfähigen Gießhülse;
Fig. 36 ist eine erläuternde Ansicht der Wirkung einer elektromagnetischen Kraft bei der Verwendung mehrerer Leiter, die nicht miteinander in Kontakt stehen;
Fig. 37 ist eine erläuternde Ansicht der Wirkung einer elektromagnetischen Kraft bei der Verwendung eines Leiters mit darin ausgebildeten Schlitzen;
Fig. 38 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Horizontal-Druckgießmaschine;
Fig. 39 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Vertikal-Druckgießmaschine;
Fig. 40 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Horizontal-Druckgießmaschine; und
Fig. 41 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Druckgießmaschine, bei der die Metallschmelze in einer Hülse durch elektromagnetische Induktion wärmeisoliert wird.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Ein erfindungsgemäßes Druckgießverfahren umfaßt die Schritte der nicht durchgehenden Anordnung mehrerer Leiter um einen zu gießenden Werkstoff, der Anordnung einer Induktionsspule außerhalb des Werkstoffs, der Erzeugung eines Magnetfelds an den Leitern mittels der Induktionsspule zur Erwärmung und/oder zum Warmhalten und Umrühren des zu gießenden Werkstoffs durch Induktionserwärmung zum Halten des Werkstoffs in einem halbfesten Zustand und des Einfüllens des Werkstoffs in einen Hohlraum durch eine Druckeinbringeinrichtung.
Ferner umfaßt ein erfindungsgemäßes Druckgießverfahren die Schritte der Anordnung eines Leiters mit mehreren Schlitzen um einen zu gießenden Werkstoff, der Anordnung einer Induktionsspule um den Leiter, der Erzeugung eines Magnetfelds an dem Leiter mittels einer Induktionsspule zur Erwärmung und/oder zum Warmhalten und Umrühren des in dem Leiter untergeordneten Werkstoffs durch Induktionsheizung zum Halten des Werkstoffs in einem halbfesten Zustand und des Einfüllens des Werkstoffs in einen Hohlraum durch eine Druckeinbringeinrichtung.
Bei den vorstehend erwähnten Verfahren kann das Erwärmen und/oder Warmalten und Umrühren des Werkstoffs in einer Gießhülse erfolgen.
Ferner umfaßt ein erfindungsgemäßes Druckgießverfahren die Schritte der Herstellung einer Gießhülse mit einem inneren Zylinder und einem äußeren Zylinder, der Herstellung zumindest eines Teils des inneren Zylinders aus einem Stoff mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit und zumindest eines Teils des äußeren Zylinders aus einem Leiter mit mehreren Schlitzen, der Anordnung einer Induktionsspule am äußeren Umfang des äußeren Zylinders, der Erzeugung eines Magnetfelds an dem Leiter mittels der Induktionsspule zur Erwärmung und/oder zum Warmhalten und Umrühren des Werkstoffs in der Gießhülse durch Induktionsheizung zum Halten des Werkstoffs in einem halbfesten Zustand und des Einfüllens des Werkstoffs in einen Hohlraum durch eine Druckeinbringeinrichtung.
Zudem umfaßt ein erfindungsgemäßes Druckgießverfahren die Schritte der Herstellung einer Gießhülse mit einem inneren und einem äußeren Zylinder, der Herstellung zumindest eines Teils des inneren Zylinders aus einem Stoff mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit, der nicht durchgehenden Anordnung mehrerer Leiter an zumindest einem Teil des äußeren Zylinders der Gießhülse, der Anordnung einer Induktionsspule am äußeren Umfang des äußeren Zylinders, der Erzeugung eines Magnetfelds an den Leitern mittels der Induktionsspule zur Erwärmung und/oder zum Warmhalten und Umrühren des Werkstoffs in der Gießhülse durch Induktionsheizung zum Halten des Werkstoffs in einem halbfesten Zustand und des Einfüllens des Werkstoffs in einen Hohlraum durch eine Druckeinbringeinrichtung.
Als Stoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit kann SIALON verwendet werden.
Es ist zulässig, daß die Leiter teilweise verbunden sind, um eine stabile Konstruktion der Maschine aufrechtzuerhalten oder um die Temperaturverteilung für den Werkstoff zu verbessern.
Bei den vorstehend erwähnten Druckgießverfahren können mehreren Leiter nicht durchgehend in der Druckeinbringeinrichtung angeordnet sein, die einen Werkstoff durch Druck in den Hohlraum einfüllt, oder die Druckeinbringeinrichtung kann aus einem Leiter mit mehreren Schlitzen gefertigt sein, so daß an der Druckeinbringeinrichtung mittels der äußeren Induktionsspule ein Magnetfeld erzeugt wird. Ein nicht magnetischer Isolator kann an einem dem zu gießenden Werkstoff entsprechenden Ende der Druckeinbringeinrichtung angebracht sein.
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, den zu gießenden Werkstoff durch eine zwischen dem Werkstoff und der Gießhülse bzw. der Druckeinbringeinrichtung erzeugte elektromagnetische Kraft teilweise oder vollständig von den Kontaktflächen der Gießhülse und der Druckeinbringeinrichtung fernzuhalten, wodurch ein durch seinen Kontakt mit der Innenfläche der Gießhülse verursachter Temperaturabfall des Werkstoffs verhindert wird.
Die Leiter sind vorzugsweise aus einem nicht magnetischen Werkstoff gefertigt. Dadurch kann der kontaktfreie Zustand des Werkstoffs und der Innenfläche der Gießhülse durch eine elektromagnetische Kraft sicherer und effizienter aufrechterhalten werden.
Der durch die Induktionsspule geleitete Wechselstrom weist vorzugsweise eine auf 300 bis 1000 Hz eingestellte Frequenz auf. Wenn die Frequenz weniger als 300 Hz beträgt, kann der kontaktfreie Zustand zwischen dem Werkstoff und der In nenfläche der Hülse nicht hinreichend aufrechterhalten werden. Wenn die Frequenz 1000 Hz übersteigt, kann der Werkstoff durch den Wechselstrom nicht ausreichend umgerührt werden.
Es ist wünschenswert, daß der zu gießende Werkstoff 10 bis 80% Festphase enthält, bevor er durch Druck in den Hohlraum gefüllt wird. Der Gießwerkstoff kann in einem halbfesten, geschmolzenen oder festen Zustand in die Gießhülse zugeführt werden. Selbst wenn in dem zugeführten Werkstoff teilweise oder vollständig eine Dentritstruktur verbleibt, wird zumindest die Oberfläche des Werkstoffs bei dem Heizvorgang fließfähig, und die Festphase granuliert beim Zerbrechen der Dendritstruktur.
Zur Steuerung der Temperatur in der Hülse wird inertes Gas, wie Argongas oder Stickstoffgas, in die Gießhülse geleitet, wodurch der Werkstoff in einem halbfesten Zustand gehalten wird. Der Leiter in der Gießhülse wird durch Luft oder Wasser gekühlt, um einen Anstieg seiner Temperatur zu verhindern, wodurch eine Verformung oder Oxidation des Leiters verhindert und die Präzision der Bearbeitung aufrechterhalten werden.
Eine erfindungsgemäße Druckgießmaschine umfaßt einen durch Schließen der Gießformen erzeugten Hohlraum, einen mit dem Hohlraum verbundenen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme und Erwärmung eines zu gießenden Werkstoffs, einen Leiterabschnitt in Form mehrerer nicht durchgehend am äußeren Umfang des Aufnahmeabschnitts angeordneter Leiter und eine auf den äußeren Umfang des Leiterabschnitts gewickelte Induktionsspule.
Ferner umfaßt eine erfindungsgemäße Druckgießmaschine einen durch Schließen der Gießformen gebildeten Hohlraum, einen mit dem Hohlraum verbundenen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme und zur Erwärmung eines zu gießenden Werkstoffs, einen am äußeren Umfang des Aufnahmeabschnitts ausgebildeten Leiter mit mehreren Schlitzen und eine auf den äußeren Umfang des Leiters gewickelte Induktionsspule.
Bei den vorstehend erwähnten Maschinen kann das Erwärmen und/oder Warmhalten und Umrühren des Werkstoffs in der Gießhülse erfolgen.
Überdies umfaßt eine erfindungsgemäße Druckgießmaschine einen durch das Schließen der Gießformen gebildeten Hohlraum, eine mit dem Hohlraum verbundene Gießhülse mit einem inneren Zylinder und einem äußeren Zylinder und eine auf den äußeren Umfang der Gießhülse gewickelte Induktionsspule. Der innere Zylinder der Gießhülse ist zumindest teilweise aus einem Stoff mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit gefertigt, und der äußere Zylinder besteht zumindest teilweise aus einem Leiter mit mehreren Schlitzen.
Zusätzlich umfaßt eine erfindungsgemäße Druckgießmaschine einen durch Schließen der Gießformen erzeugten Hohlraum für ein Produkt, eine mit dem Hohlraum verbundene Gießhülse mit einem inneren Zylinder und einem äußeren Zylinder und eine auf den äußeren Umfang der Gießhülse gewickelte Induktionsspule. Der innere Zylinder der Gießhülse ist zumindest teilweise aus einem Stoff mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit gefertigt, und der äußere Zylinder besteht zumindest teilweise aus nicht durchgehend angeordneten Leitern.
Bei den vorstehend beschriebenen Druckgießmaschinen können in der Druckeinbringeinrichtung mehrere Leiter nicht durchgehend angeordnet sein, oder die Druckeinbringeinrichtung kann aus einem Leiter mit mehreren Schlitzen gefertigt sein, so daß an der Druckeinbringeinrichtung mittels der äußeren Induktionsspule ein Magnetfeld erzeugt wird. An dem dem zu gießenden Werkstoff entsprechenden Ende der Druckeinbringeinrichtung kann ein nicht magnetischer Isolator angebracht sein.
Wünschenswerter Weise sind die Leiter aus einem nicht magnetischen Werkstoff gefertigt. Als Stoff mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit kann SIALON verwendet werden.
Vorzugsweise sind Kühlmittelleitungen zum Kühlen des Leiters in dem äußeren Zylinder angeordnet.
Bei den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Druckgießmaschinen wird zum Verhindern eines Austritts der Metallschmelze ein nicht leitender Stoff zwischen benachbarte Leiter eingefüllt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 35 bis 37 wird die Wirkung einer elektromagnetischen Kraft zum Verhindern eines Kontakts zwischen dem Werkstoff und der Gießhülse beschrieben.
Wenn ein zu gießender Werkstoff 1, wie in Fig. 35 gezeigt, in eine durchgehend leitfähige Gießhülse 2 gefüllt wird und einer Induktionsspule 7 Strom zugeführt wird, drehen sich sowohl der in der Gießhülse 2 als auch der in dem Werkstoff 1 induzierte Strom in der gleichen Richtung. Dadurch weisen die in der Gießhülse 2 und in dem Werkstoff 1 erzeugten Magnetfelder die gleiche Richtung auf, und es wird keine Abstoßkraft zwischen der Gießhülse 2 und dem Werkstoff 1 erzeugt.
Wenn der zu gießende Werkstoff 1 andererseits, wie in Fig. 36 dargestellt, in eine Gießhülse 2 gefüllt wird, die durch Einschließen des Umfangs mehrerer Leiter 9 durch einen Isolator 8 zur Trennung jedes der Leiter 9 erzeugt wird, und Gleichstrom an die Induktionsspule 7 angelegt wird, rotieren die in dem Werkstoff 1 und den Leitern 9 erzeugten induzierten Ströme entgegengesetzt, was dazu führt, daß eine Abstoßkraft zwischen dem Werkstoff 1 und den Leitern 9 erzeugt wird. Aufgrund dieser Abstoßkraft gelangt der Werkstoff 1 nicht mit der Innenfläche der Gießhülse 2 in Kontakt. Da die an den mehreren Leitern 9 erzeugten Magnetfelder den Werk stoff 1 direkt beeinflussen, wodurch der induzierte Strom in dem Werkstoff 1 fließt, kann der Werkstoff 1 selbst dann durch die elektromagnetische Induktion erwärmt werden, wenn die Gießhülse 2 gekühlt wird, wodurch die Genauigkeit der Maschine aufrechterhalten wird.
Ähnlich drehen sich, wie in Fig. 37 dargestellt, die in dem Werkstoff 1 und dem Leiter 9 induzierten Ströme einander entgegengesetzt, wenn der zu gießende Werkstoff 1 in eine in dem Leiter 9 mit darin ausgebildeten Schlitzen 21 angeordnete isolierende Gießhülse 2 gegossen wird und der Induktionsspule Wechselstrom zugeführt wird, was zur Erzeugung einer Abstoßkraft zwischen dem Werkstoff 1 und den Leitern 9 führt. Durch diese Abstoßkraft (elektromagnetische Kraft) wird der Werkstoff 1 von der Innenfläche der Gießhülse 2 ferngehalten. Da an den Leitern 9 erzeugten Magnetfeldern den Werkstoff 1 direkt beeinflussen, wodurch der induzierte Strom in dem Werkstoff 1 fließt, kann der Werkstoff 1 selbst dann durch die elektromagnetische Induktion erwärmt werden, wenn die Gießhülse 2 gekühlt wird, um ihre Bearbeitungsgenauigkeit aufrechtzuerhalten.
Erfindungsgemäß werden die um den Werkstoff angeordneten Leiter durch elektromagnetische Induktion erwärmt, wodurch zumindest die Oberfläche des Werkstoffs fließfähig gemacht wird. Da ein durch die elektromagnetische Induktion erzeugte Kriechstrom derart wirkt, daß er um die Oberfläche der Leiter fließt, ist es möglich, nur die Oberfläche des Werkstoffs zu schmelzen, und es ist ebenso möglich, den Werkstoff vollständig in einen fließfähigen Zustand zu bringen. Da durch die vorliegenden Verfahren ein Magnetfeld der Spule über die Leiter direkt an den Werkstoff in der Hülse übertragen werden kann, kann der Werkstoff effizient erwärmt werden. Die durch die in dem Werkstoff und den Leitern fließenden Ströme erzeugte elektromagnetische Kraft ermöglicht ein Fernhalten des Werkstoffs von der Innenwand der Gießhülse. Die Leiter können teilweise verbunden sein, wenn die vorstehend beschriebenen Wirkungen nicht verschlechtert werden.
Die Flüssigkeit des gegossenen Werkstoffs wird verbessert, wenn seine Temperatur in einem halbfesten Zustand gesteigert wird. Beim herkömmlichen Druckgießen tritt jedoch eine schlechte Verteilung des fließfähigen Zustands auf, wenn als Ergebnis der Erwärmung Flüssigphase in einer vorgeschriebenen Menge oder darüber in dem Werkstoff vorhanden ist, wodurch der Werkstoff an der Wand der Gießhülse haftet, was zu einem Temperaturabfall des Werkstoffs und einer Verringerung seiner Flüssigkeit aufgrund der Steigerung der Festphase führt. Dadurch werden ein mangelhafter Lauf eines Druckgusses und Gießfehler in einem Produkt verursacht, so daß die Heiztemperatur auf einen Bereich begrenzt ist, in dem der Werkstoff nicht teilweise geschmolzen ist. Bei den erfindungsgemäßen Verfahren wird hingegen, selbst wenn ein Werkstoff teilweise schmilzt, sein Haften an der Wandfläche durch die Wirkung der elektromagnetischen Kraft verhindert, wodurch der Temperaturabfall und die Verringerung der Flüssigkeit des Werkstoffs verhindert werden. Die Erwärmung des Materials kann dadurch unter verhältnismäßig weiteren Bedingungen ausgeführt werden. Daher kann ein dünnes und langes Erzeugnis gegossen werden.
Eine Oxidation des Werkstoffs kann verhindert werden, und seine Temperatur kann durch Einleiten eines inerten Gases, wie Argongas oder Stickstoffgas, in die Gießhülse oder durch Dekompression der des Inneren der Hülse von der Seite des Hohlraums aus gesteuert werden, um einen halbfesten Zustand aufrechtzuerhalten. Dadurch können ohne die Anwendung eines besonderen Verfahrens zur Entfernung der Oberflächenschicht des Werkstoffs überlegene Erzeugnisse erhalten werden.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden besonderen Beispiele und Ausführungsformen genauer be schrieben, die vorliegende Erfindung darf jedoch nicht als darauf begrenzt betrachtet werden.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt eine vertikale Schnittansicht einer Vertikal-Druckgießmaschine (mit einer Klemmkraft von 50 Tonnen) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Zur Erwärmung eines zu gießenden Werkstoffs 1 wird durch eine Induktionsspule 7 über in Abständen in der Umfangsrichtung einer Gießhülse 2 angeordnete Leiter 9 ein induzierter Strom in dem Werkstoff 1 erzeugt. Wie in Fig. 2 dargestellt, die eine Ansicht längs der Linie A-A in Fig. 1 ist, sind die Umfänge der Leiter 9 von einem Isolator 8 umschlossen und werden durch Wasser in durch das Innere der Leiter 9 verlaufenden Kühlwasserrohren 10 gekühlt. Anstelle der Wasserkühlung kann eine Luftkühlung verwendet werden. Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau der Leiter 9 zeigt, und Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Aufbaus der Leiter 9 und der Induktionsspule 7. Ein Rohr aus rostfreiem Austenitstahl, dessen Inneres durch Wasser gekühlt wird, ist in Keramik eingebettet, um deren Außenseite fünf Windungen einer wassergekühlten Kupferspule gewickelt sind. Der an die Spule 7 angelegte Strom hat ca. 500 A und eine Frequenz von 20 kHz. Die Hülse weist einen Innendurchmesser von 50 mm und einen Außendurchmesser von 80 mm auf. Ein zylindrischer AC4CH-Werkstoff, der bei der Verfestigung stark umgerührt wurde, wird eingefüllt, um eine Platte mit einer Breite von 50 mm, einer Länge von 100 mm und einer Dicke von 3 mm zu gießen. Die Torgeschwindigkeit beträgt 10 m/sec, und der aufgebrachte Druck beträgt 90 MPa.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren weist ein halbfester Werkstoff 1 in der Gießhülse die in Fig. 4 gezeigte Form auf und gelangt mit Ausnahme von deren Unterseite nicht mit der Gießhülse in Kontakt. Die Temperatur wird durch Induktionsheizung und Kühlgas auf 590ºC +/- 5ºC geregelt, und vor dem Druckgießen wird ein Induktionsrühren ausgeführt. Die Gießhülse weist im wesentlichen die gleiche Temperatur von ca. 250ºC wie beim Stand der Technik auf. Die mechanischen Eigenschaften der gemäß dem vorliegenden Verfahren gegossenen Erzeugnisse und der gemäß einem herkömmlichen Wiedererwärmungsverfahren gegossenen Erzeugnisse (der herkömmlichen Proben) werden verglichen. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gegossene Produkt hinsichtlich der Zugfestigkeit (A) und der Dehnung (B) überlegen. Fig. 6 (die herkömmliche Probe) und Fig. 7 (die vorliegende Probe) sind Mikrophotgrafien (in fünfzigfacher Vergrößerung), die das metallische Gefüge der Produkte zeigen. Da bei der vorliegenden eine gute Fließfähigkeit des Materials erzeugt wird, wird ein Produkt ohne Gießfehler erhalten. Andererseits kann der Werkstoff, da er bei dem herkömmlichen Verfahren eine mangelhafte Fließfähigkeit aufweist, nicht hinreichend zugeführt werden, wodurch Fehler (gemäß Fig. 6 massive schwarze Teile) verursacht werden.

Beispiel 2

Ein zylindrischer AC4CH-Werkstoff wird in die Maschine gemäß Fig. 1 (mit einer Klemmkraft von 100 Tonnen) eingefüllt und auf 590ºC erwärmt. Ein an die Spule 7 angelegter Strom beträgt ca. 30 kW und weist eine Frequenz von 10 kHz auf. Die Form des Werkstoffs in der Hülse wird derart verändert, daß ein halbfester Körper 1 erzeugt wird, wie in Fig. 4 dargestellt, wodurch eine Flüssigkeit des Werkstoffs verursacht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das Heizen eingestellt, der Werkstoff wird abgekühlt, und sein Gefüge wird untersucht. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 (einer Mikrofotografie des Gefüges in fünfzigfacher Vergrößerung) dargestellt.
Zum Vergleich ist in Fig. 9 eine Mikrofotografie des Gefüges des Werkstoffs vor der Erwärmung (in fünfzigfacher Vergrößerung) gezeigt. Der nicht erwärmte Werkstoff zeigt deutlich eine Dendritstruktur, aber bei dem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erwärmten Werkstoff sind die Dentriten zu einem Granulat degeneriert.

Beispiel 3

Es werden ein durch das elektromagnetische Umrühren vorgerührter AC4CH-Werkstoff und ein Dentriten enthaltender AC4CH-Werkstoff erzeugt. Der die Dentriten enthaltende Werkstoff wird unter den gleichen Bedingungen wie gemäß dem Beispiel 2 auf 590ºC +/-2ºC erwärmt und zu einer Platte mit einer Breite von 70 mm, einer Länge von 150 mm und einer Dicke von 3 mm gegossen. Die Torgeschwindigkeit beträgt 10 m/sec, und der aufgebrachte Druck beträgt 90 MPa. Der vorgerührte Werkstoff wird durch ein herkömmliches Wiedererwärmungsverfahren ebenfalls zu einer Platte mit einer Breite von 70 mm, einer Länge von 150 mm und einer Dicke von 3 mm gegossen. Jedes Erzeugnis wird einer T6-Verarbeitung unterzogen und auf seine mechanischen Eigenschaften untersucht. Das Ergebnis ist, daß das aus dem die Dendriten enthaltenden Werkstoff gefertigte Erzeugnis gute Eigenschaften aufweist, die, wie in Fig. 10 dargestellt, denen des aus dem vorgerührten Werkstoff hergestellten Vergleichsbeispiels ähneln. In Fig. 10 zeigt (A) die Zugfestigkeit, (B) die Ersatzstreckgrenze und (C) die Dehnung.
Fig. 11 zeigt eine Mikrofotografie des Gefüges des erfindungsgemäßen Erzeugnisses nach der T6-Verarbeitung, und
Fig. 12 zeigt eine Mikrofotografie des Gefüges des Erzeugnisses gemäß dem herkömmlichen Verfahren nach der T6- Verarbeitung. Das erfindungsgemäße Erzeugnis weist ein gleichmäßiges Granunlatgefüge auf.

Beispiel 4

Die Fig. 13 bis 16 zeigen eine weitere erfindungsgemäße Druckgießmaschine. Wie in Fig. 14 dargestellt, wird durch eine bewegliche Gießform 4, die sich horizontal öffnet und schließt, und eine befestigte stationäre Gießform 5 ein Hohlraum 6 gebildet. Fig. 13 zeigt eine aus einem Leiter gefertigte Hülse 20. In der Hülse 20 sind Schlitze 21 ausgebildet, die mit einem keramischen Klebstoff aufgefüllt sind. Ein verfestigter Werkstoff 17 wird in die Hülse 20 gefüllt, wie in Fig. 15 dargestellt, und in einer Atmosphäre aus Argongas durch Induktionsheizung erwärmt, wie in Fig. 16 dargestellt. Dann wird er zum Druckgießen unter Druck in den Hohlraum 6 aus den geschlossenen Gießformen eingespritzt.

Beispiel 5

Fig. 17 zeigt eine vertikale Schnittansicht einer Horizontal-Druckgießmaschine (mit einer Klemmkraft von 350 Tollen) gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung. Fig. 18 ist eine Ansicht längs der Linie Y-Y gemäß Fig. 17. Die Umfänge der Leiter 9 sind von einem Isolator 8 umschlossen und werden mit Wasser in Kühlwasserrohren 10 gekühlt, die durch das Innere der Leiter 9 verlaufen. Zum Heizen eines zu gießenden Werkstoffs wird in dem Werkstoff 1 in einer Hülse 2 durch eine Induktionsspule 7 über in Abständen in der Umfangsrichtung der Gießhülse angeordnete Leiter 9 ein induzierter Strom erzeugt. Ein Rundbalken aus AC4CH wird auf die gleiche Weise wie gemäß dem Beispiel 1 erwärmt, um ein Gehäuse zu erzeugen. Das andere Gehäuse, das gemäß einem herkömmlichen Wiedererwärmungsverfahren aus dem gleichen Werkstoff gegossen wurde, wies einen kurzen Lauf auf, wie in Fig. 19 dargestellt, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedoch ein gutes Erzeugnis hergestellt werden, wie in Fig. 20 gezeigt.

Beispiel 6

Fig. 21 zeigt eine vertikale Schnittansicht einer Vertikal-Druckgießmaschine gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung, und Fig. 22 ist eine Schnittansicht längs der Linie A-A gemäß Fig. 21. Eine Gießhülse 20 umfaßt einen teilweise aus SIALON 23 gefertigten inneren Zylinder 22 und einen aus einem nicht magnetischen, rostfreien Stahl auf Austenitbasis gefertigten äußeren Zylinder 24. In dem äußeren Zylinder 24 sind acht Schlitze 21 ausgebildet. Um den äußeren Umfang des äußeren Zylinders 24 ist eine Induktionsspule 7 gewickelt, und an die Induktionsspule 7 ist eine (nicht dargestellte) Induktionsheizeinrichtung angeschlossen. In dem äußeren Zylinder 24 sind Kanäle 12 zum Umwälzen von Kühlwasser ausgebildet. Die Induktionsheizeinrichtung elektrifiziert die Induktionsspule 7 mit einer Frequenz von ca. 300 bis 1000 Hz mit einem Strom von ca. 1000 bis 3000 A. Die Gießhülse weist einen Innendurchmesser von 80 mm und einen Außendurchmesser von 140 mm auf. Geschmolzener A357-Werkstoff wird mit einer Zufuhrtemperatur von 620ºC in die Hülse zugeführt, um eine Platte mit einer Breite von 50 mm, einer Länge von 100 mm und einer Dicke von 3 mm zu gießen. Die Torgeschwindigkeit beträgt 15 mm/sec und der aufgebrachte Druck 120 MPa. Das Innere der Gießhülse wird mit inertem Gas gefüllt, um eine Oxidation des zu gießenden Werkstoffs zu verhindern.
Durch das erfindungsgemäße Druckgießverfahren nimmt der geschmolzene A357-Werkstoff 1 in dem inneren Zylinder der Gießhülse die in Fig. 21 dargestellte Form an, und der Werkstoff 1 hat außer an deren Boden wenig Kontakt mit der aus SIALON 23 gefertigten Oberfläche des inneren Zylinders. Dadurch wird der Temperaturabfall des Werkstoffs relativ gering gehalten. Wenn bei einer herkömmlichen Druckgießmaschine die Metallschmelze mit 630ºC zugeführt wird, fällt die Temperatur in der Mitte des inneren Zylinders in 5 Sekunden auf 570ºC. Da die Metallschmelze wenig Kontakt mit der Gießhülse 20 hat, bildet sich eine geringe Anzahl an ausgehärteten Stücken auf der Oberfläche der Metallschmelze. Wenn der äußere Zylinder 24 durch das umgewälzte Kühlwasser gekühlt wird, weist der äußere Zylinder überdies eine Temperatur von ca. 100ºC auf, was annähernd der bei einer herkömmlichen Druckgießmaschine mit einem Kühlkanal entspricht.
Die mechanischen Eigenschaften eines aus einem AC4CH- Werkstoff gefertigten Gußstücks, dessen Gefüge durch das erfindungsgemäße Verfahren granuliert ist, werden mit denen eines gemäß einem herkömmlichen Verfahren aus einem AC4CH- Werkstoff gefertigten verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
Wie in Tabelle 1 gezeigt, weist das erfindungsgemäße Erzeugnis hinsichtlich der Zugfestigkeit und der Dehnung bessere Eigenschaften als das herkömmliche Verfahren auf. Fig. 23 ist eine Mikrofotografie (in fünfzigfacher Vergrößerung), die das Gefüge des vorliegenden Beispiels zeigt, und Fig. 24 ist eine Mikrofotografie (in fünfzigfacher Vergrößerung), die das Gefüge des Vergleichsbeispiels zeigt. Das in Fig. 23 gezeigte erfindungsgemäße Gußstück weist ein Granulatgefüge auf und hat ausgezeichnete mechanische Eigenschaften. Das in Fig. 24 gezeigte Gußstück gemäß dem herkömmlichen Verfahren weist hingegen eine Dentritstruktur auf.

Beispiel 7

Fig. 25 ist eine vertikale Schnittansicht einer Horizontal-Druckgießmaschine gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung. Diese Maschine hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die gemäß dem Beispiel 6 verwendete Maschine. Geschmolzener A357-Werkstoff wird von einer Gießpfanne 15 in die Gießhülse 20 zugeführt und bei einer Klemmkraft von 350 Tonnen gegossen. Wie beim Beispiel 6 weist ein erhaltenes Gußstück eine Granulatstruktur und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf.

Beispiel 8

Die Fig. 26 bis 31 sind Mikrofotografien (in fünfzigfacher Vergrößerung), die das Gefüge der mit der Ausnahme, daß die Metallschmelze jeweils mit 585ºC bzw. 620ºC zugeführt und durch die Induktionsheizung mit jeweiligen Frequenzen von ca. 300, 500 und 1000 Hz erwärmt wird, entsprechend der Prozedur gemäß dem Beispiel 6 aus A357-Werkstoff gegossenen Erzeugnisse zeigt. Die Fig. 26 bis 28 zeigen die bei der mit einer Zufuhrtemperatur von 585ºC zugeführten und durch Induktionsheizung mit jeweiligen Frequenzen von ca. 300, 500 und 1000 Hz erwärmten Metallschmelze erhaltenen Erzeugnisse. Die Fig. 29 bis 31 zeigen die bei der mit einer Zufuhrtemperatur von 620ºC zugeführten und durch Induktionsheizung mit jeweiligen Frequenzen von ca. 300, 500 und 1000 Hz erwärmten Metallschmelze erhaltenen Erzeugnisse.
Aus den Figuren ist ersichtlich, daß durch das Steuern der Heizbedingungen auf einen Bereich, in dem die Temperaturen der Metallschmelze auf 585ºC und 620ºC eingestellt werden und die Induktionsheizung mit Frequenzen von ca. 300 bis 1000 Hz erfolgt, jedes der Gußstücke eine Granulatstruktur und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften aufweist.

Beispiel 9

Die Fig. 32 bis 34 zeigen eine Vertikal- Druckgießmaschine gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung, Die Gießhülse dieser Maschine weist einen ähnlichen Aufbau wie die gemäß dem Beispiel 6 auf. Wie in den Fig. 33 und 34 gezeigt, ist ein Druckkolbenteil 25 zur Druckbeschickung eines Hohlraums 6 mit einem in der Gießhülse 2 untergebrachten Werkstoff 1 aus einem leitenden Material gefertigt, weist Schlitze 26 auf und ist über eine Isolationsschicht 27 an einem Druckkolben 19 befestigt. An der dem zu gießenden Werkstoff 1 entsprechenden Stirnseite des Druckkolbenteils 25 kann, wie in Fig. 33 dargestellt, ein nicht magnetischer Isolator 28 angebracht sein. Der nicht magnetische Isolator 28 kann in Kontakt mit dem Druckkolbenteil befestigt oder lediglich auf dem Druckkolbenteil angeordnet sein.
Bei der Druckgießmaschine gemäß diesem Beispiel weist die in der Gießhülse 2 angeordnete Metallschmelze die in Fig. 32 dargestellte Form und einen kleinen Kontaktbereich mit der Innenfläche der Gießhülse 2 auf, der die Unterseite einschließt. Dadurch wird ein verhältnismäßig geringer Temperaturabfall der Metallschmelze verursacht.
Wie vorstehend beschrieben, werden bei dem erfindungsgemäßen Druckgießverfahren und der erfindungsgemäßen Druckgießmaschine mehrere Leiter in Intervallen um den zu gießenden Werkstoff angeordnet, oder der innere Zylinder der Gießhülse ist aus einem leitenden Stoff ausgebildet, in dem Schlitze ausgebildet sind, so daß durch eine Induktionsspule über die Leiter ein induzierter Strom in dem zu gießenden Werkstoff erzeugt wird, wodurch der Werkstoff erwärmt und/oder auf einer konstanten Temperatur gehalten und umgerührt werden kann. Daher wird der feste Werkstoff auf einen halbfesten oder geschmolzenen Zustand erwärmt und kann umgerührt werden. Der geschmolzene Werkstoff kann durch Kühlung durch ein inertes Gas, das in die Gießhülse eingeleitet wird, während des Umrührens auf einen halbfesten Zustand abgekühlt werden. Bei dem vorstehend beschriebenen Prozeß wird eine in dem Werkstoff enthaltene Dentritstruktur zerbrochen, und es kann eine granulierte Kristallstruktur erhalten werden.
Aufgrund eines durch elektromagnetische Induktion in dem geschmolzenen oder halbfesten Werkstoff und den Leitern erzeugten Stromflusses wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die als Abstoßkraft zwischen dem Werkstoff und der Oberfläche der Gießhülse wirkt, was dazu führt, daß ein Kontakt zwischen dem Werkstoff und der Gießhülse verhindert wird. Daher kann ein Temperaturabfall des geschmolzenen Werkstoffs aufgrund seines Kontakts mit der Oberfläche der Gießhülse unterdrückt werden.
Da der Werkstoff durch das nicht durchgehende Anordnen mehrerer Leiter oder durch Anordnen eines Leiters mit darin ausgebildeten Schlitzen um den Werkstoff sicher außer Kontakt mit der Oberfläche der Gießhülse gehalten werden kann, kann ein durch die Induktionsspule geleiteter Wechselstrom auf einen Bereich eingestellt werden, durch den der Werkstoff nicht nur in einem Schwebezustand bzw. einem Zustand mit einem kleinen Kontaktbereich innerhalb der Hülse gehalten werden kann, sondern auch aufgeheizt, auf einer konstanten Temperatur gehalten und umgerührt werden kann.
Überdies ist zumindest ein Teil des inneren Zylinders der Gießhülse aus einem Werkstoff mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit ausgebildet, so daß der zu gießende Werkstoff nicht viel Wärme verliert und sich nur eine geringe Anzahl an verfestigten Stücken auf der Oberfläche des Werkstoffs bildet. Insbesondere wenn für einen Teil des inneren Zylinders SIALON verwendet wird, wird eine Benetzung durch den Werkstoff begrenzt, er weist eine Granulatstruktur mit weniger verfestigten Stücken auf und kann zu einem Produkt mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften gegossen werden.
Durch die vorstehend beschriebenen Wirkungen werden kurze Läufe und kalte Einschlüsse vermindert, wodurch die Erzeugung eines dünnen und langen Erzeugnisses ermöglicht wird.
Die Kühlmittelkanäle sind in dem äußeren Zylinder der Gießhülse angeordnet, so daß ein Temperaturanstieg des äußeren Zylinders aufgrund der elektromagnetischen Induktion unterdrückt werden kann und der innere und der äußere Zylinder in einem geeigneten Paßzustand gehalten werden können, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit der Gießhülse aufrechterhalten wird.
Insbesondere wenn der zu gießende Werkstoff bei der Erfindung eine Metallschmelze, eine Metallaufschlämmung mit granulierter Festphase oder eine Verbundaufschlämmung mit granulierter Festphase ist, weist ein gegossenes Erzeugnis eine Granulatstruktur und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf.
Das Gießen mit einem Werkstoff mit einer Dentritstruktur kann ohne ein vorheriges Rühren erfolgen, da das Umrühren des geschmolzenen Werkstoffs in der Hülse erfolgen kann, die Bearbeitbarkeit wird verbessert, und die Kosteneffizenz ist ausgezeichnet. Die Oxidation des Werkstoffs kann durch Bereitstellen einer Inertgasatmosphäre in der Gießhülse verringert werden, und diese Wirkung kann durch eine Kombination des Einleitens des inerten Gases mit einer Technik zur Verringerung des Drucks in dem Hohlraum verbessert werden.

Claims

1. Druckgießverfahren mit folgenden Schritten:

Einbringen eines zu gießenden Materials (1) in einen Aufnahmebereich (2; 20) einer Gießmaschine,

Induktionserwärmung des Materials (1) durch Zufuhr eines Wechselstroms an eine um den Aufnahmebereich gewickelte Induktionsspule (7) und

Einfüllen des durch Induktion erwärmten Materials in einen Produkthohlraum (6) durch eine Druckeinrichtung (3), dadurch gekennzeichnet, daß

in dem Schritt der Induktionserwärmung Magnetfelder an mehreren um das Materials (1) herum angeordneten Stellen induziert werden, um elektromagnetische Abstoßungskräfte zwischen dem Material (1) und dem Aufnahmebereich (2; 20) zu erzeugen.

2. Gießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfelder an Leitern (9) induziert werden, die durch Schlitze (21) voneinander getrennt sind.

3. Gießverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (1) durch die Induktionserwärmung auf einer konstanten Temperatur gehalten wird.

4. Gießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (1) in eine von den Leitern (9) umgebene Gießhülse (2) eingebracht und dort durch Induktion erwärmt wird.

5. Gießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (9) durch einen Fluidstrom gekühlt werden.

6. Gießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inertgas in den Aufnahmebereich (2; 20) eingeleitet wird.

7. Gießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Aufnahmebereichs (2; 20) dekomprimiert wird.

8. Gießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Magnetfelder an mehreren an der Druckeinrichtung (3) angeordneten Leitern induziert werden.

9. Gießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (1) durch die Abstoßungskräfte teilweise oder vollständig von der Wandfläche des Aufnahmebereichs getrennt ist.

10. Gießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (1) vor dem Einfüllen in den Produkthohlraum (6) 10 bis 80% einer festen Phase enthält.

11. Gießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (1) in einem halbfesten Zustand zugeführt wird.

12. Gießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (1) in einem geschmolzenen Zustand zugeführt wird.

13. Gießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (1) in einem festen Zustand zugeführt wird.

14. Gießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Induktionsspule (7) ge leitete Induktionsstrom eine Frequenz von 300 Hz bis 1000 Hz aufweist.

15. Druckgießmaschine mit

- einem durch geschlossene Gießformen (4, 5) gebildeten Produkthohlraum (6),

- einem Aufnahmebereich (2; 20) zur Aufnahme eines zu gießenden Materials (1),

- einem um den Aufnahmebereich (2) angeordneten Leitungsbereich (9),

- einer um den Außenumfang des Leitungsbereichs (2) gewickelten Induktionsspule (7) zum Induzieren von Strömen in dem Leitungsbereich und in dem Material, und

- einer Druckeinrichtung (3) zum Einfüllen des erwärmten Materials (1) in einen Produkthohlraum (6),

dadurch gekennzeichnet, daß

der Leitungsbereich mehrere um den Aufnahmebereich (2) herum angeordnete Leiter (9) zur Erzeugung einer Induktionswärme in dem Material (1) und elektromagnetischer Abstoßungskräfte zwischen dem Material (1) und dem Aufnahmebereich (2; 20) enthält.

16. Druckgießmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (9) in einem Isolator (8) angeordnet sind.

17. Gießmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (9) durch Schlitze (21) voneinander getrennt sind.

18. Gießmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebereich als Gießhülse (2; 20) ausgebildet ist und die Leiter (9) entlang des Innenumfangs der Gießhülse (2; 20) angeordnet sind.

19. Gießmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießhülse (20) einen inneren Zylinder (22), der zumindest teilweise aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht, und einen äußeren Zylinder (24) enthält, der zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht und in die durch die Schlitze (21) getrennten mehreren Leiter (9) unterteilt ist.

20. Gießmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des inneren Zylinders (22) mit der geringen Wärmeleitfähigkeit ein keramisches Material ist.

21. Gießmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (9) hohl sind.

22. Gießmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (9) mit einer Kühleinrichtung (12) versehen sind.

23. Gießmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (9) aus einem nichtmagnetischen Material bestehen.

24. Gießmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (21) zur Trennung der Leiter (9) mit einem Keramikkleber gefüllt sind.

25. Gießmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung (3) mehrere Leiter (25) enthält.

26. Gießmaschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung (3) einen Kolben (19) enthält, der in der Druckhülse (20) axial verschiebbar und an seiner Oberseite mit durch Schlitze (26) getrennten Leitern (25) und mit einem nichtmagnetischen Isolator (28) versehen ist.