DEP0042435DA - Schmelzpressverfahren - Google Patents

Description

Um aus geschmolzenem Metall genaue Formkörper herzustellen, verwendet man bereits das bekannte Druckgussverfahren. Hierbei wird die Metallschmelze, die sich nicht in hoch flüssigem Zustand zu befinden braucht, unter Druck aus einer Vorkammer über eine Düse, einen Anschnitt oder eine sonstige Verengung in die Form hineingeschleudert. Die ersten Metallteilchen legen sich an der Innenfläche der Form an. Die ihnen dann folgenden Metallteilchen schweißen an die bereits erstarrten und gegebenenfalls oberflächlich oxidierten Teilchen, je nach deren Zustand, nur teilweise an. Dabei ist ein gleichmäßiges Gefüge durch den ganzen Körper hindurch nicht zu erreichen. Durch eingeschlossene Luft und schwindend der Kristallkörner entsteht Porosität, welche die festigkeiten und die Dehnungseigenschaften des Gesamtkörpers sehr nachteilig beeinflusst. Es wird also kein gleichmäßiges, lichtes und feinkörniges Gefüge erreicht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es jedoch gelungen, eine wesentliche Verbesserung und zugleich eine Vergleichmäßigung des Gefüges zu erreichen, im wesentlichen dadurch, dass die in die Form eingebrachte Metallschmelze anschließend in der heiß gehaltenen Form unter Druck gesetzt wird und solange unter Druck gehalten wird, bis sie erstarrt.

Die Kokille wird nicht gekühlt, sondern beheizt und heiß gehalten, dass auch an ihrer Innenfläche während dieser ganzen Zeit kein vorzeitiges, wenn auch nur teilweises Erstarren des Metalls eintreten kann. Insbesondere wird keine Vorkammer und keine Düse, Anschnitt oder sonstige Verengung angewendet. Die Metallschmelze kann unmittelbar in die heiß gehaltene Form selbst eingebracht werden. Auch während der Erstarrung bleibt sie solange unter sehr hohem Druck (1000 bis 10000 atü) bis das Gefüge durchweg verfeinert ist. So wird ein Metallkörper erhalten, der die Form ganz gleichmäßig und glatt ausfüllt, dicht und sehr feinkörnig ist und entsprechend hohe Festigkeit und Dehnungseigenschaften aufweist.

In den beigefügten Zeichnungen sind zunächst bekannte Verfahren veranschaulicht und dann zum Vergleich ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des neuen Verfahren darstellt.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Druckguss-Einrichtung beim Beginn des Einbringens der Metallschmelze,

Fig. 2 zeigt dieselbe Einrichtung nach Beendigung des Druckgusses,

Fig. 3 ist eine andere bekannte Einrichtung zu Beginn des Einfüllvorgangs,

Fig. 4 zeigt den Zustand nach dem Ausstoßen des gegossenen Formkörpers,

Fig. 5 ist eine dritte bekannte Einrichtung beim Arbeitsbeginn,

Fig. 6 nach beendetem Formguss,

Fig. 7 und 8 zeigen endlich eine vierte bekannte Einrichtung zum Beginn und nach Beendigung des Druckgusses,

alle diese Figuren sind schematische Schnittdarstellungen.

Fig. 9, 10 und 11 zeigen die neue Schmelzpresseinrichtung zu Beginn des Einfüllens bzw. während der Anwendung des hohen statischen Druckes bzw. nach dem Ausstoßen des hergestellten Formkörpers.

Die Form oder Kokille besteht in allen Fällen aus dem Hauptteil 1 und dem Deckelteil 2 der Form.

Nach Fig. 1 und 2 ist die angewandte Druckkammer 3 zum Teil im Deckel 2 angeordnet. Sie mündet über einen Ausschnitt, eine Düse oder eine sonstige Verengung 4 in den Formhohlraum 5 und hat selbst eine Einfüllöffnung 6. Die durch sie in die Druckkammer 3 eingefüllte Metallschmelze, welche entsprechend dem Formhohlraum bemessen sein muss, wird mittels eines Druckstempels 7 über den Abschnitt 4 in den Formhohlraum 5 in einem scharfen Strahl hineingeschleudert und erstarrt darin. Der Formkörper kann nach Öffnen der zweiteiligen Form 1, 2 mittels des Auswerfers 8 aus der Form herausgehoben werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 mündet die Druckkammer 3 nicht unmittelbar in einen entsprechenden Kanal des Deckels 2, der die Weite der Druckkammer hat, sondern in einen wesentlichen engeren Kanal, der die Metallschmelze wieder über einen Anschnitt 4 in den Formhohlraum gelangen lässt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 ist die Vorkammer oder Druckkammer 3 durch eine Ausnehmung 9 mit dem Formhohlraum 5 verbunden, die selbst als sogenannter Anschnitt bzw. Verengung wirkt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 und 8 ist die Druckkammer 3 so zwischen den beiden Formteilen 1 und 2 angebracht, dass die zur Hälfte ihres Querschnittes im Hauptkörper und zur anderen Hälfte im Deckel verläuft, und als Düse bzw. Anschnitt dient sogar ein enger, zwischen den beiden Formteilen frei bleibender Kanal 9.

Das Druckverfahren geht also so vor sich, dass die Metallschmelze zunächst in die Druckkammer 3 eingegossen wird, wobei der Hohlraum 5 noch unberührt bleibt. Dann wird mittels Druckkolbens 7 die Metallschmelze aus der Druckkammer durch den Anschnitt 4 in den Formhohlraum 5 gespritzt.

Durch den Spritzvorgang zerstäubt der Metallstrahl, sodass viele Metallpartikelchen vorzeitig erstarren und oxydieren. Ferner entsteht durch eingeschlossene Luft und Schwindung der Kristallkörner Porosität, welche die Festigkeit und die Dehnungseigenschaften des Formkörpers sehr nachteilig beeinflusst. Die vorzeitige Erstarrung der Schmelze verhindert, dass der vom Druckkolben 7 ausgeübte Nachdruck zur Wirkung kommt. Der Kolbendruck dient in der Hauptsache nur dazu, die Metallschmelze durch den Anschnitt bzw. die Düse 4 in den Formhohlraum 5 zu spritzen.

Gemäß der neuen Erfindung wird grundsätzlich anders verfahren. Gemäß Fig. 9 bis 11 ist zum direkten Einfüllen der Metallschmelze in den Formhohlraum 5 eine reichlich weite Einfüllöffnung 10 vorgesehen, deren Mittelachse in der Stossfuge zwischen den Teilen 1 und 2 der Form liegt. Diese Einfüllöffnung bildet zugleich den Druckzylinder 11, in welchem nach dem Vorfüllen der Form der Stempel 7 wirkt. Wesentlich ist, dass die metallschmelze durch die Einfüllöffnung 10 direkt in den Formhohlraum gelangt, um diesen auszufüllen. Der Pressstempel 7 presst dann die flüssige Metallschmelze derart, dass Luft, Gas und Schwindungsporen geschlossen und die Formteilkonturen genau ausgefüllt werden.

Durch einen zweiten Pressstempel 12 werden die Formteile 1 und 2 an ihrer Teilfuge dicht geschlossen gehalten. Der Schließdruck ist in Fig. 10 durch einen Pfeil angedeutet.

Die Erstarrung des unter hohem statischem Druck (beispielsweise 10000 bis 10000 atü) stehenden Metalls erfolgt unter diesem hohen Druck. Eigenartig ist, dass die Hochdruckwirkung in dem noch flüssigen Metall in der genügend warmgehaltenen Form allseitig dadurch erzielt wird, dass in das Metall hinein ein Stempel, der verhältnismäßig kleinen Durchmesser haben kann, hineingedruckt wird, wobei durch eine niedere Pressdruckkraft ein spezifisch hoher Druck erzeugt wird, welcher sich in der flüssigen Metallschmelze allseitig fortpflanzt. Hierdurch wird während der Kristallisation der in der Kokille befindlichen Metallschmelze das Gefüge durch und durch sehr feinkörnig und diese führt zu einer erheblichen und wertvollen Erhöhung der Festigkeit und der Dehnungseigenschaften.

Unterschiedlich gegenüber dem Druckguss ist besonders, dass die Schmelze nicht erst durch Kolbendruck in den Formhohlraum gespritzt wird, sondern das die Schmelze frei durch die Einguss- bzw. Stempelbohrung in den Formhohlraum fließen kann und erst hierauf dem das Gefüge verbessernden statischen Druck ausgesetzt wird.

Wenn auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 bis 11 der Einguss in senkrechter Richtung geschieht, so ist es doch auch möglich, den Einguss und damit die Einfüll- oder Stempelbohrung in geneigter oder horizontaler Lage anzuordnen.

Claims (5)

1) Schmelzpressverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Form eingebrachte Metallschmelze anschließend in der heiß gehaltenen Form unter Druck gesetzt wird und solange unter Druck gehalten wird, bis sie erstarrt.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hohe statisch wirkende Druck durch einen Pressstempel erzeugt wird, der in den Einfüllkanal eingeführt wird.

3) Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zylindrische, unmittelbar in den Formhohlraum mündende Einfüllöffnung, welche als Presszylinder für einen in sie einzuführenden Presskolben dient.

4) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung in der Stoßfuge der Formteile verläuft.

5) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Presskolben als Tauchkolben ausgebildet ist.00