DE69923630T2

DE69923630T2 - Druckgussverfahren und dabei erhaltene Produkte

Info

Publication number: DE69923630T2
Application number: DE69923630T
Authority: DE
Inventors: Yukio Kuramasu; Takaaki Ikari
Original assignee: Alcan Technology and Management Ltd; Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: 3A Composites International AG; Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: MY114648A; ES2237068T3; EP0972594B1; DE69923630D1; ATE288802T1; US6176294B1; TW475910B; JP3508627B2; JP2000084648A; EP0972594A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckgiessverfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei einem konventionellen Druckgiessverfahren wird geschmolzenes Aluminium oder geschmolzene Aluminiumlegierung (nachfolgend als „geschmolzenes Metall" bezeichnet) nach dem Eingiessen in eine Füllkammer mittels eines Kolbens unter Druck in einen Hohlraum einer Druckgiessform eingespritzt. Der grösste Teil der Gase, wie beispielsweise Luft und Wasserdampf; werden als Reaktion auf das Einspritzen des geschmolzenen Metalls aus dem Hohlraum gespült, jedoch verbleibt ein Teil der Gase als solche auch nach dem Einspritzen im Hohlraum. Insbesondere Druckgiessformen, die für die Produktion von dünnwandigen Erzeugnissen oder Erzeugnissen mit komplizierten Konfigurationen gestaltet wurden, haben Teile, die als Flaschenhälse gegen einen Gasfluss wirken, so dass es schwierig ist, Gase vollständig aus dem Hohlraum zu entfernen.
Gase, die im Hohlraum gefangen sind, werden in einem Gusserzeugnis eingeschlossen, wenn das eingespritzte geschmolzene Metall gekühlt und im Hohlraum verfestigt wird. Der Einschluss von Gasen verursacht in Druckgusserzeugnissen Fehler, wie beispielsweise Blasen und Porosität. Deshalb sind die auf diesem Weg erhaltenen Druckgusserzeugnisse wegen ungenügender mechanischer Eigenschaften als ungeeignete Teile für funktionelle Anwendungen, wie beispielsweise Rollen, Kolben, Zylinderblöcke, Verbindungsstangen oder Aufhängungsteile, betrachtet worden. Wenn Gussdefekte, die von Gaseinschlüssen herrühren, unterdrückt werden, kann ein hinsichtlich Produktivität vorzügliches Druckgiessverfahren in verschiedenen Technologiebereichen angewendet werden.
Um die von Gaseinschlüssen herrührenden schädlichen Einflüsse zu eliminieren, wurde ein Vakuumdruckgiessverfahren vorgeschlagen. Gemäss dem Va kuumdruckgiessverfahren wird ein Hohlraum einer Druckgiessform vor dem Einspritzen von geschmolzenem Metall evakuiert, um Gase aus dem Hohlraum zu entfernen. Der Hohlraum wird durch Evakuieren auf einem Vakuumniveau im Bereich von 200 bis 500 Millibar gehalten. Ein Innendruck im Hohlraum kann jedoch wegen Eindringen von Luft durch enge Spalten von Kokillen nicht unter diesen Wert reduziert werden. Ein Eindringen von Luft erfolgt auch während des Eingiessens von geschmolzenem Metall in eine Füllkammer. Als Ergebnis werden Gussdefekte, wie beispielsweise durch Gaseinschlüsse verursachte Porosität, sogar in Erzeugnissen festgestellt, die mit einem Vakuumdruckgiessverfahren erhalten werden, obschon der Einschluss von Gasen etwas erniedrigt ist im Vergleich zu Erzeugnissen, die mit einem konventionellen Druckgiessverfahren erhalten werden. In dieser Hinsicht sind die Erzeugnisse für die Verwendung als funktionelle Teile nicht gut genug.
Ein Sauerstoffdruckgiessverfahren wurde entwickelt, um Fehlen beim Vakuumdruckgiessverfahren zu eliminieren. Nach dem Sauerstoffdruckgiessverfahren, wie es in der japanischen Offenlegungsschrift 50-21143 offenbart ist, wird ein Hohlraum einer Druckgiessform mit Sauerstoff bei einem höheren Druck als dem Atmosphärendruck mit Sauerstoff gefüllt, um die Gase vor dem Einspritzen von geschmolzenem Metall durch Sauerstoff zu ersetzen. Da das in den Hohlraum geführte Gas sowohl durch schmale Spalten von Kokillen als auch durch eine Einspritzbohrung ausströmt, kann das Eindringen von Atmosphärengas durch die engen Spalten oder durch die Einspritzbohrung verhindert werden. Zudem reagiert das in den Hohlraum geführte Sauerstoffgas mit geschmolzenem Metall, und ein Reaktionsprodukt Al₂O₃ wird im Gusserzeugnis, ohne schädliche Einflüsse auf ein so erhaltenes Druckgusserzeugnis, in der Form reiner Partikel dispergiert.
Ein vollständiges Ersetzen von Gasen aus dem Hohlraum einer Druckgiessform durch Einspritzen von Sauerstoff ist praktisch unmöglich, sogar wenn Sauerstoff mit einem höheren Druck als dem atmosphärischen Druck zugeführt wird. Gase bleiben oft an für den Austausch im Hohlraum schwierigen Stellen zurück. Eine zur Herstellung eines Erzeugnisses mit einer komplizierten Konfiguration gestaltete Druckgiessform hat schwierige Stellen, die vom Sauerstoff kaum erreicht werden, so dass Gase, wie beispielsweise Luft und Wasserdampf, durch die Zufuhr von Sauerstoff nicht ersetzt werden können, sondern als solche bleiben. Die Restgase und Wasserdampf von Trennmitteln werden in Erzeugnisse eingeschlossen und verursachen Fehler.
Restluft kann durch Sauerstoffeinleiten während des Evakuierens wirksam entfernt werden, wie dies in der japanischen Offenlegungsschrift 57-140 offenbart ist. Ein gleichzeitiges Sauerstoffeinleiten zusammen mit einer Evakuation ist jedoch zur Entfernung von Wasserdampf nicht wirksam. Tatsächlich werden durch den Einschluss von Gasen verursachte Einschlüsse in einem mit diesem Verfahren erhaltenen Erzeugnis immer noch beobachtet. Die japanische Offenlegungsschrift 1-46224 offenbart ein anderes Druckgiessverfahren, bei dem nach dem Evakuieren Sauerstoff eingeleitet wird. In einem Gusserzeugnis werden jedoch auch einige Giessfehler festgestellt, da ein Hohlraum einer Druckgiessform während des Sauerstoffeinleitens auf einem erniedrigten Druck gehalten wird.
Einschlüsse des gefangenen Gases verursachen auch Blasen in Druckgusserzeugnissen, wenn die Druckgusserzeugnisse zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften beispielsweise mit einer T6 Behandlung wärmebehandelt werden (d.h. Lösungsglühen, Abschrecken und anschliessend Auslagern). Um solche Blasen zu vermeiden, werden die meisten Druckgusserzeugnisse nicht wärmebehandelt.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist in JP-A-55008382, JP-A-08215822 und JP-A-57072764 offenbart.
Aus der WO-A-90/1056 ist es bekannt, dass der Gasgehalt in Druckgusserzeugnissen typischerweise unter 5 ml/100g liegt.
Die vorliegende Erfindung zielt auf eine Vermeidung der oben erwähnten Probleme.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, den Einschluss von Gasen durch Kombinieren der Vorteile des Vakuumdruckgiessens und des Sauerstoffdruckgiessens bei Druckgusserzeugnissen, die als funktionelle Teile eingesetzt werden können, spürbar zu vermindern.
Ein Druckgiessverfahren gemäss vorliegender Erfindung ist gekennzeichnet durch die Merkmale von Anspruch 1.
Zunächst wird der Hohlraum der Druckgiessform auf ein Vakuum evakuiert, das nicht höher ist als 100 Millibar. Gase werden wirksam aus dem Hohlraum entfernt, wenn die Absauggeschwindigkeit höher ist als 100 Millibar/Sekunde. Der Hohlraum wird sodann gefüllt mit Sauerstoffgas bei einem Druck, der wenig höher ist als der atmosphärische Druck. Wenn der Druck innerhalb des Hohlraumes den atmosphärischen Druck übersteigt, wird das Einspritzen von geschmolzenem Metall in dem Hohlraum gestartet.
Da geschmolzenes Metall in einen auf diese Weise konditionierten Hohlraum eingespritzt wird, werden Gase, die in einem Gusserzeugnis eingeschlossen werden können, beachtlich auf ein Niveau von weniger als einem 1 cm³/100 g Al reduziert. Dementsprechend haben die erhaltenen Gusslegierungserzeugnisse ausgezeichnete, für funktionelle Teile benötigte mechanische Eigenschaften. Zudem können die Druckgusserzeugnisse zu einem Wärmebehandlungszustand T6 wärmebehandelt werden, ohne dass die eingeschlossenen Gase Blasen verursachen.
In einem Druckgusserzeugnis eingeschlossene Gase stammen von Luft, die bei einem konventionellen Druckgiessverfahren im Hohlraum einer Druckgiessform verbleiben. Diese Restluft kann durch Vakuum- oder Sauerstoff-Druckgiessen wesentlich reduziert werden. Durch eingeschlossene Gase verursachte Giess fehler treten jedoch in einem so erhaltenen Druckgusserzeugnis unvermeidbar auf, sogar wenn die Restluft wesentlich reduziert wird.
Die Erfinder haben eine Wirkung gasförmiger Komponenten auf Gussfehler und deren Ursprung, im Vergleich zu einem Druckgusserzeugnis, bei dem von Restluft stammende schädliche Einflüsse mit dem Vakuum- oder Sauerstoff-Druckgiessverfahren eliminiert werden, aus verschiedenen Aspekten erforscht und geprüft. Als ein Ergebnis haben die Erfinder gefunden, dass zur Verdünnung von Trennmitteln verwendetes Wasser, das an einer inneren Oberfläche der Druckgiessform haftet, ein Hauptgrund für das Entstehen von Gussfehlern ist, und dass der Einfluss von Wasser auf die Gussfehler mit abnehmender Restluft im Hohlraum verstärkt beobachtet wird.
Wasser in einem Trennmittel wird verdampft und als Dampf aus dem Hohlraum entfernt, wenn der Hohlraum evakuiert wird. Handelsübliche wasserbasierte Trennmittel benötigen jedoch selbst unter Vakuumbedingungen eine gewisse Zeit, um vollständig zu trocknen. Wenn der Hohlraum nur evakuiert wird, ist das Verdampfen von Wasser wahrscheinlich auf eine Oberfläche des Trennmittels beschränkt, ohne aus dem Innern des Trennmittels zu verdampfen, so dass das Trennmittel nicht genügend austrocknet. Zudem wird erzeugter Wasserdampf teilweise im Hohlraum zurückgelassen und entsprechend in dem in den Hohlraum eingespritzten Metall eingeschlossen.
Gemäss vorliegender Erfindung wird das Wasser aus dem Trennmittel hauptsächlich als Wasserdampf durch Vakuumevakuieren aus einem Hohlraum einer Druckgiessform entfernt, und das Trennmittel wird genügend ausgetrocknet. Der noch im Hohlraum zurückbleibende Wasserdampf diffundiert in das Sauerstoffgas und wird zusammen mit dem Sauerstoffgas im nachfolgenden Sauerstoffeinleitschritt aus dem Hohlraum entfernt. Wasser wird durch Kombination von Vakuumevakuieren und Sauerstoffeinleiten vollständig aus dem Trennmittel entfernt, so dass Gasgehalte in einem so erhaltenen Druckgusserzeugnis überraschend reduziert werden. Das Verdampfen von Wasser aus dem Trennmittel zum Trocknen des Trennmittels wird wirksam gefördert, wenn der Hohlraum auf ein Vakuum von weniger als 100 Millibar evakuiert wird und die Absauggeschwindigkeit auf 500 Millibar/Sekunde oder höher eingestellt wird. Dieses Hochgeschwindigkeitsevakuieren induziert das Prallen von Wasser, was zu einer raschen Dehydrierung führt.
Bevor geschmolzenes Metall in einen Hohlraum einer Druckgiessform eingespritzt wird, wird der Hohlraum zu einem solchen Zustand konditioniert, dass Luft und Wasserdampf erheblich vermindert sind. Dies führt zu einer überraschenden Unterdrückung des Einschlusses von Gasen in einem Druckgusserzeugnis, und das Erzeugnis ist frei von Gussfehlern, die von gasförmigen Einschlüssen stammen.
1 ist eine schematische Ansicht einer Druckgiessmaschine, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird.
2 ist eine Ansicht zur Erläuterung des Durchleitens von Luft durch eine Füllkammer in einen Hohlraum einer Druckgiessform.
3 ist eine Ansicht zur Erklärung des Eingiessens eines geschmolzenen Metalls in eine Füllkammer.
Bei einem Druckgiessverfahren ist eine an einem Hohlraum 2 befestigte Füllkammer 3 mit einer Druckgiessform 1 verbunden, wie in 1 gezeigt. Die Füllkammer 3 hat eine Einfüllöffnung 4, durch die geschmolzenes Metall 5 in die Füllkammer 3 eingefüllt wird. Das geschmolzene Metall 5 in der Füllkammer 3 wird von einer an einer Kolbenstange 6 befestigten Spitze 7 unter Druck gesetzt und unter Druck in den Hohlraum 2 eingespritzt. Nachdem der Hohlraum 2 mit dem geschmolzenen Metall 5 gefüllt ist, wird das geschmolzene Metall 5 gekühlt und erstarrt zu einem durch die innere Oberfläche der Druckgiessform 1 definierten Profil. Ein auf diesem Weg erhaltenes Druckgusserzeugnis wird aus der Druckgiessform 1 entnommen, indem die Auswerferstifte 8 in den Hohlraum 2 gedrückt werden, nachdem das Druckgusserzeugnis abgekühlt ist.
Erfindungsgemäss ist ein Saugventil 11 an der Druckgiessform 1 an einer geeigneten Stelle wie beispielsweise an ihrer Trennstelle befestigt, um den Hohlraum 2 über das Saugventil an eine Vakuumpumpe 12 anzuschliessen. Wenn der Hohlraum 2 über das Saugventil 11 evakuiert wird, tritt möglicherweise während des Evakuierens Atmosphärenluft durch Teile, in welche die Auswerferstifte 8 eingesetzt sind. Dieses Eindringen von Luft wird verhindert durch das Abdichten der Spalten zwischen den Auswerferstiften 8 und den Kokillenteilen mit einem Dichtmittel 13. Andererseits wird die Eingiessöffnung 4 mit der Kolbenspitze 7 geschlossen, so dass Atmosphärenluft nicht durch die Eingiessöffnung 4 in das Innere der Füllkammer 3 eindringen kann.
Um nach dem Evakuieren Sauerstoff in den Hohlraum einzuleiten, wird. ein Sauerstoffventil 14 gegen das Innere der Füllkammer 3 geöffnet. Das Sauerstoffventil ist über ein Regulierventil 15 an eine Sauerstoffquelle angeschlossen.
Wenn der Hohlraum 2 durch das Saugventil 11 evakuiert wird, werden Gase, wie beispielsweise Luft und Wasserdampf, sowohl aus dem Hohlraum 2 als auch aus dem Inneren der mit dem Hohlraum 2 verbundenen Füllkammer 3 ausgeschlossen. Sogar wenn der Hohlraum 2 eine komplizierte Konfiguration aufweist, werden Gase vollständig aus jedem Winkel und jeder Ecke des Hohlraumes 2 durch Einstellen einer bevorzugt in einem Bereich von 500 Millibar/Sekunde oder höher liegenden Absauggeschwindigkeit ausgeschlossen. Dieses Hochgeschwindigkeitsevakuieren induziert das Prallen von Wasser bei einem an der inneren Oberfläche der Druckgiessform 1 haftenden Trennmittel, was zu einer wesentlichen Verminderung von Wasserdampf im Hohlraum 2 führt.
Das Evakuieren wird vorzugsweise während etwa 1-2 Sekunden fortgesetzt, unter der Bedingung, dass die Einfüllöffnung 4 mit der Kolbenspitze 7 geschlossen ist. Die Zeitdauer des Evakuierens wird relativ länger gewählt im Vergleich zu einem konventionellen Vakuumdruckgiessverfahren, bei dem der Hohlraum während einer Zeitdauer von weniger als einer Sekunde ohne Schliessen der Einfüllöffnung 4 evakuiert wird. Der Hohlraum 2 wird wegen der längeren Evakuierdauer auf ein Vakuum von weniger als 100 Millibar evakuiert. Wasserdampf, der von einem an der inneren Oberfläche der Druckgiessform 1 haftenden Trennmittel stammt, wird von der inneren Oberfläche der Druckgiessform getrennt und nach aussen abgeführt.
Das Entfernen von Wasserdampf wird wirkungsvoller durch Evakuieren statt durch Einleiten von Sauerstoffgas in. den Hohlraum durchgeführt, da ein Gasstrom mit höherer Geschwindigkeit in den Hohlraum 2 fliesst. Wenn jedoch der Hohlraum 2 auf ein ungenügendes Vakuum oberhalb von 100 Millibar evakuiert wird, verbleibt eine relativ grosse Menge an Gasen im Hohlraum 2. Eine grosse Menge der im Hohlraum 2 verbleibenden Gase werden beim nachfolgenden Sauerstoffeinleitschritt nicht durch Sauerstoff ersetzt, sondern oft in einem Gusserzeugnis eingeschlossen. Wenn andererseits der Hohlraum auf ein Vakuum von weniger als 100 Millibar evakuiert wird, wird das Wasser in einem Trennmittel beschleunigt verdampft und als Dampf aus dem Hohlraum 2 entfernt. Die Verminderung von Wasser wird überraschenderweise durch Hochgeschwindigkeitsevakuieren oberhalb von 500 Millibar/Sekunde beschleunigt, was das Prallen von Wasser induziert. Das Prallen ermöglicht das Verdampfen von Wasser nicht nur von einer Oberfläche, sondern auch aus dem Innern des Trennmittels, so dass das Restwasser extrem reduziert ist. Eine obere Grenze der Absauggeschwindigkeit liegt etwa bei 800 Millibar/Sekunde, je nach Kapazität der zur Verfügung stehenden Vakuumanlage.
Nach dem Evakuieren wird Sauerstoffgas durch die Düse 14 in den Hohlraum 2 eingeleitet. Die Sauerstoffzufuhr wird während vorzugsweise 3-4 Sekunden fortgesetzt, bis Gase und Sauerstoff durch die Trennteile der Druckgiessform 1 ausgeblasen werden. Da Sauerstoffgas in den Hohlraum 2 in im vorangehenden Schritt dekomprimierten Zustand in den Hohlraum 2 eingeleitet wird, fliesst der Sauerstoff als Hochgeschwindigkeitsstrom in jeden Winkel und in jede Ecke des Hohlraums 2. Wasserdampf, der von Wasser aus dem Trennmittel stammt und im Hohlraum 2 zurückgeblieben ist, diffundiert in das Sauerstoffgas und tritt zusammen mit dem Sauerstoffgas aus dem Hohlraum 2 aus. Dieser Effekt des Einleitens von Sauerstoff auf das Entfernen von Wasserdampf wird nicht von jedem der in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 57-140 oder in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 1-46224 offenbarten Verfahren, bei denen Sauerstoffgas in einen unter dekomprimierten Bedingungen gehaltenen Hohlraum eingeleitet wird, erwartet.
Die Kolbenspitze 7 geht während fortgesetztem Sauerstoffeinleiten zur Öffnung der Einfüllöffnung 4 zurück. Wenn die Einfüllöffnung 4 offen ist, wird Sauerstoffgas durch die Einfüllöffnung 4 ausgeblasen, wie in 2 gezeigt. Das Ausströmen des Sauerstoffgases verhindert wirksam das Eindringen von Atmosphä renluft durch die Einfüllöffnung 4 in die Füllkammer 3.
Nach dem Öffnen der Einfüllöffnung 4 wird geschmolzenes Metall 5 von einem Schöpflöffel 16 in die Füllkammer 3 eingefüllt. Da das Sauerstoffgas während des Einfüllvorgangs kontinuierlich ausgeblasen wird, verhindert das Ausströmen des Sauerstoffgases wirksam das Einfliessen von atmosphärischer Luft zusammen mit dem geschmolzenen Metall 5.
Die Druckgiessform 1 wird vor dem Einfüllschritt auf 150-200°C vorgeheizt, um den durch das Einfüllen des geschmolzenen Metalls 5 verursachten thermischen Schock zu reduzieren und die Produktivität zu verbessern.
Nachdem das geschmolzene Metall in einer für einen Druckgiesszyklus erforderlichen Menge in die Füllkammer 3 eingefüllt worden ist, wird eine Kolbenstange 6 vorwärts bewegt. Die Eingiessöffnung 4 wird durch Vorwärtsbewegung der Kolbenstange 6 geschlossen. Da der geschlossene Zustand das Einströmen von Atmosphärenluft durch die Einfüllöffnung 4 in die Füllkammer 3 nicht ermöglicht, kann die Zufuhr von Sauerstoffgas gestoppt werden. Nachdem Gase, wie beispielsweise Luft und Wasserdampf, wie oben beschrieben, voll ständig aus dem Hohlraum 2 und dem Inneren der Füllkammer 3 ausgeschlossen sind, wird die Kolbenstange 6 vorwärts bewegt, um das geschmolzene Metall mit Druck in den Hohlraum 2 einzuspritzen. Das eingespritzte geschmolzene Metall 5 wird zu einem der inneren Oberfläche der Druckgiessform 1 nachgebildeten Profil geformt. Der Körper wird abgekühlt und erstarrt zu einem Druckgusserzeugnis mit vorbestimmter Konfiguration. Gussfehler, wie beispielsweise durch den Einschluss von Gasen verursachte Blasen oder Porositäten, werden im Druckgusserzeugnis nicht erzeugt, da Gase, wie beispielsweise Luft und Wasserdampf, vollständig aus dem Hohlraum 2 ausgeschlossen sind. Im Hohlraum 2 zurückbleibendes Sauerstoffgas reagiert mit dem eingespritzten geschmolzenen Metall, und das Reaktionsprodukt Al₂O₃ wird in der Form feiner Partikel im Druckgusserzeugnis dispergiert, ohne irgendwelche schädlichen Einflüsse zu verursachen. Dementsprechend weisen die auf die sem Weg erhaltenen Druckgusserzeugnisse ausgezeichnete Eigenschaften auf.
BEISPIEL
Eine in diesem Beispiel verwendete Druckgiessform 1 hatte einen Hohlraum 2 von 150 mm Durchmesser und 120 mm Länge. Geeignete Wasserkühlmittel wurden für die Druckgiessform 1 bereitgestellt, um diese partiell zu kühlen.
Nachdem der Hohlraum 2 durch Einleiten von Luft gereinigt worden war, wurde ein mit Wasser verdünntes Trennmittel während 5 Sekunden auf eine innere Oberfläche der Druckgiessform 1 gespritzt. Die Druckgiessform 1 wurde dann auf 180°C vorgewärmt und an einer geeigneten Position in einer Druckgiessmaschine positioniert. Die umgebenden Teile der Auswerferstifte 8 wurden mit einem Dichtmittel 13 abgedichtet, und ein Saugventil 11 wurde an einem Trennteil der Druckgiessform 1 befestigt.
Die Einfüllöffnung 4 wurde mit einer Kolbenspitze 7 geschlossen, und Gase wurden durch das Saugventil 11 aus dem Hohlraum 2 und dem Inneren der Füllkammer 3 durch Evakuieren des Hohlraums 2 mit einer Absauggeschwindigkeit von 700 Millibar/Sekunde gesaugt. Ein an einem Vakuumsystem 12 angeschlossenes Vakuummessgerät (nicht dargestellt) zeigte 75 Millibar.
Nach dem Evakuieren wurde ein Regulierventil 15 geöffnet, um Sauerstoffgas durch ein Sauerstoffventil 14 in den Hohlraum 2 einzuleiten. Das Sauerstoffeinleiten wurde fortgesetzt, bis Sauerstoffgas durch den Trennteil der Druckgiessform 1 ausströmte.
Nachdem das Sauerstoffeinleiten während 3,5 Sekunden fortgesetzt wurde, ging die Kolbenspitze 7 zurück, um die Einfüllöffnung 4 zu öffnen. Danach wurde eine durch konventionelle Metallschmelzebehandlung vorbereitete geschmolzene Aluminiumlegierung ADC12 durch die Einfüllöffnung 4 in die Füllkammer 3 eingefüllt. Während das geschmolzene Metall während 5 Sekunden in die Füllkammer 3 eingefüllt wurde, wurde Sauerstoffgas kontinuierlich durch die Sauerstoffdüse 14 in die Füllkammer 3 eingeleitet.
Nach Beendigung des Einfüllvorgangs wurde die Zufuhr von Sauerstoffgas gestoppt, und die Kolbenstange 6 wurde vorwärts bewegt, um das geschmolzene Metall 5 unter Druck in den Hohlraum 2 einzuspritzen. Das Einspritzen des geschmolzenen Metalls 5 war in einer sehr kurzen Zeit von etwa 0,1 Sekunden beendet.
Es dauerte 5 Sekunden, um das eingespritzte geschmolzene Metall 5 in der Druckgiessform 1 zu verfestigen. Nachdem das Druckgusserzeugnis abgekühlt war, wurde es aus der Druckgiessform 1 genommen. Das auf diesem Weg erhaltene Druckgusserzeugnis Nr. 1 wurde einem Ransley Test zur Messung der eingeschlossenen Gase und auch einem mechanischen Test unterzogen.
Zum Vergleich wurden ein mit einem konventionellen Vakuumdruckgiessverfahren erhaltenes Druckgusserzeugnis Nr. 2 und ein mit einem konventionellen Sauerstoffdruckgiessverfahren erhaltenes Druckgusserzeugnis Nr. 3 aus derselben Aluminiumlegierung ebenfalls den gleichen Ransley und mechanischen Tests unterzogen. Beim Vakuumdruckgiessverfahren wurde der Hohlraum 2 während 1,5 Sekunden evakuiert, bevor das geschmolzene Metall 5 einge spritzt wurde. Beim Sauerstoffdruckgiessverfahren wurde Sauerstoffgas während 2 Sekunden in den Hohlraum 2 eingeleitet, und das geschmolzene Metall 5 wurde dann während weiterer 5 Sekunden in den Hohlraum 2 unter Einleiten von Sauerstoffgas eingespritzt.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Aus Tabelle 1 geht hervor, dass eine Menge von Gasen wie beispielsweise N₂ und H₂ im Druckgusserzeugnis Nr. 1 erfindungsgemäss extrem reduziert wurde im Vergleich mit den Werten in den Druckgusserzeugnissen Nr. 2 und 3. Das Druckgusserzeugnis Nr. 1 hatte im Vergleich zu den Werten der Druckgusserzeugnisse Nr. 2 und 3 bessere Duktilität und Bruchspannung. Zudem zeigte das Druckgusserzeugnis Nr. 1 eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften bei einer T6 Behandlung (d.h. Aufheizen während 3 Stunden bei 480°C, Abschrecken in Wasser und dann Aushärten während 5 Stunden bei 160°C) ohne Bildung von Blasen als Folge der extrem reduzierten gasförmigen Verunreinigungen.
TABELLE 1: WIRKUNG VON DRUCKGIESSVERFAHREN AUF DIE EIGENSCHAFTEN VON DRUCKGUSSERZEUGNISSEN
BEMERKUNG:

Rm bedeutet Bruchspannung (kg/mm²)
A bedeutet Bruchdehnung (%)

Weiter wurde das Druckgiessen unter denselben Bedingungen durchgeführt, mit Ausnahme, dass die Absauggeschwindigkeit im Bereich von 100-800 Millibar/Sekunde variiert wurde. Jedes Druckgusserzeugnis wurde dem Ransley Test zur Messung der Menge an eingeschlossenen Restgasen unterzogen. Eine deutliche Reduktion von Restgasen zeigte sich bei einer Absauggeschwindigkeit über 500 Millibar/Sekunde. Das Ergebnis bedeutet, dass das Hochgeschwindigkeitsevakuieren das Prallen von Wasser in einem an einer inneren Oberfläche der Druckgiessform haftenden Trennmittel induziert und den Ausschluss von Wasser aus dem Hohlraum 2 beschleunigt.
Erfindungsgemäss werden, wie oben erwähnt, Gase wie beispielsweise Luft und Wasserdampf, die aus einem an der inneren Oberfläche einer Druckgiessform haftenden Trennmittel stammen, vollständig aus dem Hohlraum der Druckgiessform ausgeschlossen, indem im Anschluss an das Evakuieren Sauerstoff eingeleitet wird, bis der Druck im Hohlraum den Atmosphärendruck übersteigt. Da das geschmolzene Gas in den Hohlraum, der sich in einem Zustand frei von schädlichen Gasen befindet, eingespritzt wird, weist ein so erhaltenes Druckgusserzeugnis keine Fehler, wie beispielsweise durch die Gase, wie beispielsweise Restluft oder Wasserdampf, verursachte Blasen oder Porositäten, auf. Demzufolge ist dieses neue Druckgiessverfahren zur Herstellung funktioneller Teile wie auch struktureller Teile unter Nutzung der Vorteile einer hohen Produktivität anwendbar.

Claims

Verfahren zum Druckgiessen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen, umfassend die Schritte Evakuieren eines Hohlraums einer Druckgiessform auf ein Vakuum von weniger als 100 Millibar, um Gase aus jenem Hohlraum zu entfernen, Einleiten von Sauerstoffgas in jenen Hohlraum, bis ein Innendruck in jenem Hohlraum den atmosphärischen Druck übersteigt, und nachfolgend Einspritzen von geschmolzenem Aluminium oder Aluminiumlegierung unter Druck in jenen Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum der Druckgiessform mit einer Absauggeschwindigkeit von 500 Millibar/Sekunde oder höher evakuiert wird.
Druckgusserzeugnis hergestellt mit dem Druckgiessverfahren nach Anspruch 1 und umfassend gasförmige Verunreinigungen in einer Konzentration von weniger als 1 cm³/100 g Aluminium.