EP0033901A1

EP0033901A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Druckgiessen von schmelzflüssigem Metall

Info

Publication number: EP0033901A1
Application number: EP81100594A
Authority: EP
Inventors: René Zimmermann; Peter Näf
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 1980-02-01
Filing date: 1981-01-28
Publication date: 1981-08-19
Also published as: CH646355A5; EP0033901B1; ES8302499A1; JPS57500055A; ES508852A0; WO1981002124A1; DE3161668D1

Abstract

Die Druckgussteile werden in einer dünnwandigen Formschale (4, 5) aus einem metallischen Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit gegossen. An die Formschale schliesst ein Kühlraum (8) an. Aus diesem wirkt ein Kühlmittel gegen die Formschale und kühlt sie auf die Entformungstemperatur ab. Das Kühlmittel kann vorgewärmt und auf einen den atmosphärischen Druck übersteigenden Druck vorgespannt sein und beim Kühlvorgang in den dampfförmigen Zustand übergehen. Um eine möglichst grosse Freiheit in der Wahl der Erstarrungsrichtung zu haben wird das schmelzflüssige Metall dem Formhohlraum unter Vermeidung einer besonderen Formbeheizung zugeführt und die dünnwandige Formschale durch das Metall auf eine in der Nähe von dessen Erstarrungstemperatur liegende Temperatur erhitzt. In einer an den vollzogenen Formfüllvorgang anschliessenden Kühlphase wird dann das Verdampfen des flüssigen Kühlmittels an der Aussenfläche der dünnwandigen Formschale ausgelöst.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Druckgiessen von schmelzflüssigem Metall in eine Druckgiessform, die mindestens einen Formhohlraum aufweist, der durch eine dünnwandige Formschale aus einem metallischen Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit umschlossen ist und der darin zu formende Gussteil mit Hilfe eines aus mindestens einem an den Formhohlraum angrenzenden Kühlraum der Druckgiessform auf die dünnwandige Formschale einwirkenden Kühlmittels auf die Entformungstemperatur abgekühlt wird, wobei das Kühlmittel vorgewärmt und auf einen den atmosphärischen Druck übersteigenden Druck vorgespannt sein und beim Kühlvorgang in den dampfförmigen Zustand übergehen kann. Die Erfindung betrifft ferner auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens an einer Druckgiessmaschine mit einer Druckgiessform, die mindestens einen durch dünne Wände aus einem metallischen Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit umschlossenen Formhohlraum und im Abstand von der beheizbaren dünnwandigen Formschale angeordnete, mit derselben über mindestens je einen axial durckbelastbaren Stützkörper verbundene äussere Formplatten sowie Einrichtungen zur Kühlung der Formschale durch Verdampfung einer Kühlflüssigkeit an deren Aussenfläche aufweist.
Die Zeitschrift "Kunststoffe", Bd. 63, 1973, H. 10, S. 660, Abs. 2 und Abb. 1 offenbart ein Verfahren und ein Formwerkzeug, die für das Thermoplastschaumgiessen vorgesehen sind. Bei diesem Verfahren wird das Formwerkzeug mittels Dampf vor jedem Formfüllvorgang auf eine Temperatur aufgeheizt, die über dem Schmelzpunkt der zu verarbeitenden Thermoplaste liegt. Die hierzu erforderliche Wärme muss während des Kühlvorganges wieder abgeführt werden, was nebst einem erhöhten Energiebedarf zusätzliche Installationen erfordert.
Die US-PS 3 760 864 beschreibt weiter ein Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit extrem dünnen Wandquerschnitten und niedriger Porosität. Die hierzu gemäss der US-PS 3 858 641 vorgeschlagene Giessform besteht aus zwei halbschalenartigen, dünnwandigen Formhälften aus einer gut wärmeleitenden Metalllegierung. Der Angusskanal mündet mit einem sehr dünnen Anschnitt von oben in den Formhöhlraum ein und ist an einen Schmelztiegel angeschlossen, aus dem Schmelze mit geringem Druck in den Formhohlraum gedrückt wird. Die Formhälften.grenzen aussenseitig mit den den Formhohlraum umschliessenden Wandbereichen an je eine Kammer des Kühlmantels an, die einerseits ein- und ausschaltbare Heizelemente und anderseits Zu- und Abflusskanäle für ein Kühlmedium aufweisen. Bei dieser Vorrichtung wird die geschlossene Form jeweils vor Beginn des Giessvorganges durch die Heizelemente mindestens auf die halbe Schmelztemperatur des Giessmetalls aufgeheizt. Nach erfolgtem Giessvorgang werden die Kammern des Kühlmantels von unten nach oben steigend mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt wodurch sich über die dünne Wandung des Formhohlraumes eine progressive Direktionalkühlung des Gussteils in Richtung des Ausschnittes vollzieht. Ein Nachteil des mit dieser Vorrichtung ausgeführten Verfahrens besteht darin, dass das Aufheizen der Formhälften mit einer Fremdbeheizung Zeit und Energie erfordert. Ein weiterer gewichtiger Nachteil ist, dass sich die im obersten Bereich des Formhohlraumes zugeführte Schmelze beim Herunterfallen in Tropfen auflöst, welcher Sachverhalt zu erheblicher Porosität und Oxydation des Giessmetalls führt. Schliesslich hat die Direktionalkühlung Wärmespannungen in der Formwand zur Folge, die der Lebensdauer der Druckgiessform stark abträglich sind.
Es wurde auch vorgeschlagen, die Kühlung des Gussteiles durch Verdampfen von Wasser in den Kühlkanälen einer Druckgiessform vorzusehen (DE-OS 2 850 229). Die zur Durchführung dieser Methode vorgeschlagene Druckgiessform weist zunächst Hauptkanäle auf, in die Formheizelemente eintauchen und welche über Ein- und Auslassventile an eine Pumpe und einen Wasserbehälter in einem geschlossenen Kühlkreislauf angeschlossen sind. Von den Hauptkanälen sind jeweils bis in die Nähe der Wandfläche des Formhohlraumes heranführende Nebenkanäle abgezweigt. Die Kühlwassertemperatur wird konstant auf 200°C eingestellt. Damit es nicht vor Beginn des Giessvorganges zu einer Verdampfung des Kühlwassers kommt, -wird dieses unter einem entsprechend über den atmosphärischen Druck erhöhten Druck gehalten. Die Verdampfung setzt dann während des Formfüllvorganges durch örtliche Ueberhitzung des Kühlwassers an den dünnquerschnittigen Stellen der Formwandung ein, wobei das örtlich verdampfende und über das Auslassventil entweichende Kühlwasser kontinuierlich durch die Pumpe ersetzt wird.
Nachteilig bei diesem Vorschlag ist, dass mit der Verdampfung auch der Kühleffekt bereits parallel mit dem Formfüllvorgang beginnt. Dadurch tritt in den Gussteilbereichen mit dünnem Wandquerschnitt eine partielle Erstarrung ein, die nicht nur dem Entstehen von Wärmespannungen im Gussteil Vorschub leistet, sondern auch der Entgasung der Schmelze hinderlich ist. Porosität im Gussgefüge ist die Folge davon. Wegen der ungleichmässigen Formwandstärke zwischen Formhohlraum und Kühlkanälen findet hierdurch auch ein unterschiedlicher Wärmeübergang statt. Die dickeren Formwandpartien bewirken eine Verlängerung der Abkühlzeit des Gussteils. Um die frühzeitige partielle Erstarrung zu vermeiden und eine kürzere Gesamtzykluszeit zu erreichen muss mit hohen Füllgeschwindigkeiten gearbeitet werden, die zu einem erhöhten Verschleiss der Druckgiessform führen.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgäbe, ein Verfahren anzugeben, das die besagten Nachteile vermeidet und die Herstellung von Gussteilen mit verbesser- ten Qualitätsmerkmalen ermöglicht. Insbesondere sollen die Gussteile bei guter Masshaltigkeit eine erhöhte Oberflächenqualität und eine feinkristalline Gefügestruktur mit erheblich reduzierter Porosität aufweisen, so dass deren thermische Nachbehandlung möglich wird. Dabei soll auch eine Zykluszeit höchstens gleich derjenigen bei bekannten Verfahren erreicht werden können.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das schmelzflüssige Metall dem Formhohlraum unter Vermeidung einer besonderen Formbeheizung zugeführt und die dünnwandige Formschale durch das Metall auf eine in der Nähe von dessen Erstarrungstemperatur liegende Temperatur erhitzt wird, und dass in einer an den vollendeten Formfüllvorgang anschliessenden Kühlphase das Verdampfen des flüssigen Kühlmittels an der Aussenfläche der dünnwandigen Formschale ausgelöst wird.
Das Aufheizen der Form erfolgt nach der Erfindung erst während des Formfüllvorganges und das Abkühlen des Gussteiles von der Erstarrungstemperatur auf die Entformungstemperatur geschieht erst nach dem Formfüllvorgang. Durch Vermeidung einer besonderen Formbeheizung verringert sich der für den Herstellungsprozess benötigte Energiebedarf und es lässt sich auch die Zeit für die Vorheizung der Druckgiessform einsparen. Um eine gleichzeitig und frei von Wärmespannungen erfolgende Erstarrung aller Bereiche des Gussstückes in den Griff zu bekommen, wird die Schmelze soweit -überhitzt, dass sie sich im Formhohlraum während des Formfüllvorganges nur bis zu einer in der Nähe der Erstarrungstemperatur des Giessmetalls liegende Temperatur abkühlen kann, wobei sich gleichzeitig die Form bis etwa zu dieser Temperatur erwärmt. Die weitere Abkühlung erfolgt anschliessend an den Formfüllvorgang. Das längere Flüssighalten der Schmelze, bedingt durch die geringe Wärmekapazität der dünnwandigen Formschale, gestattet im Vergleich zu den beim Druckgiessen üblichen Einpressgeschwindigkeiten eine erheblich herabgesetzte Füllgeschwindigkeit und damit im Interesse einer wesentlich verringerten Porosität des zu formenden Gussteils eine länger andauernde, bessere Entlüftung des Formhohlraumes. Da das Abkühlen von der Erstarrungstemperatur auf die Entformungstemperatur durch Entziehen der Verdampfungswärme des Kühlmittels rasch vor sich geht, kann die Zeitdauer der Kühlphase erheblich gekürzt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der Formfüllvorgang unter Evakuierung des Formhohlraumes erfolgt, was die Aufnahme von Luft und Gasen durch die Schmelze während des Formfüllvorganges weitgehend verhindert. Die hierdurch verstärkte Unterdrückung des Entstehens von Gaseinschlüssen im Gussteil trägt zu der durch die Erfindung an sich bereits gegebenen Möglichkeit einer thermischen Nachbehandlung des Gussteils noch vermehrt bei.
Gleiche Vorteile, wenn auch nicht im gleichen Ausmass ergeben sich, wenn der Formfüllvorgang entgegen ei-. nem Gasdruck erfolgt. Das Gasgegendruck bewirkt ein dichteres Gussgefüge und verbessert zugleich die Oberflächenbe- schaffenheit des Gussteils.
Vorzugsweise wird das Verdampfen der Kühlflüssigkeit in der Kühlphase durch ein Bespritzen der Aussenfläche der dünnwandigen Formschale ausgelöst. Bei diesem Vorgehen kann der Kühlmittelverbrauch gering gehalten werden, wenn durch eine richtige Dosierung das Kühlmittel vollständig verdampft. In diesem Fall entfällt das Abführen von nichtverdampfendem Kühlmittel. Wird Wasser als Kühlmittel verwendet, kann der entstehende Wasserdampf ohne besondere Einrichtungen in die Atmosphäre entlassen werden.
Das Verdampfen der Kühlflüssigkeit an der Aussenfläche der dünnwandigen Formschale kann je nach dem örtlichen Wärmeanfall durch Bespritzen der Formschale gezielt mit einer örtlich veränderlichen Intensität erfolgen. Dadurch kann eine Verschiebung der Schwindungslunker an solche Stellen erzwungen werden, an denen sie keine Nachteile bewirken, sofern man sie nicht ganz unterdrücken will oder kann.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Verdampfen durch Druckentlastung einer den Kühlraum der Druckgiessform ausfüllenden Kühlflüssigkeit ausgelöst wird, die während des vorangegangenen Formfüllvorganges durch Ueberdruck am Verdampfen gehindert wurde. Hierdurch kann bei geringem Kühlmittelverbrauch mit einer geringen Druckentlastung des Kühlmediums die Formschale wiederum gezielt zunächst an jenen Stellen von deren Aussenfläche intensiv gekühlt werden, an denen während der Formfüllphase die grösste Erwärmung eintritt. Mit einer grösseren Druckentlastung kann die Formschale über seine ganze Aussenfläche entsprechend dem öitlichen Wärmeanfall mehr oder weniger stark gekühlt und die Abkühlungsgeschwindigkeit gewählt werden, damit eine spannungsfreie Erstarrung des Gussteiles sichergestellt ist.
Vorzugsweise erfolgt der Formfüllvorgang mit einer kleinen Geschwindigkeit von 5 bis 20 cm/s. Dadurch unterliegt das flüssige Metall während der Formfüllphase einer wesentlich geringeren Turbulenz als beim herkömmlichen Druckgiessen. Insbesondere zerspritzt das Metall nicht im Formhohlraum, wodurch wesentlich weniger Luft und Gase in die Schmelze eingewirbelt werden. Dass Gussgefüge wird entspre- . chend dichter und besser geeignet für eine spätere Wärmebehandlung. Mit der deutlichen Herabsetzung der Füllgeschwindigkeit lässt sich auch der Verschleiss der Druckgiessform, insbesondere der des Anschnittes merklich verringern. Es wird ferner eine Schonung des auf die Formhälften aufgesprühten Trennmittels möglich, so dass nach einem Formsprühvorgang mehrere Giesszyklen durchgeführt werden können.
Nach vollendetem Formfüllvorgang genügt ein relativ geringer Enddruck von max. 20 bar. Zusammen mit der Geschwindigkeitsreduktion gestattet die geringere Druckbelastung eine wesentlich leichtere Maschinenbauweise als die der herkömmlichen Druckgiessmaschinen, die bekanntlich mit Enddrücken von mindestens mehreren hundert bar, meistens jedoch von weit über 1000 bar arbeiten.
Die-erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle einer Förmheizeinrichtung das Giessmetall als Wärmespender für die Beheizung der gegen die äusseren Formplatten abgestützen dünnwandigen Formschale vorgesehen ist und dass Mittel zur Regulierung der Intensität der Verdampfung der Kühlflüssigkeit angeordnet sind.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung kann zwischen der Formschale und den äusseren Formplatten ein zusammenhängender Kühlraum ausgebildet sein, der mit der . freien Atmosphäre in stetiger Verbindung steht, so dass die verdampfende Kühlflüssigkeit direkt in die Atmosphäre entweichen kann. Installationen zur Rückführung und Kondensation der verdampften Kühlflüssigkeit entfallen.
Zur Versteifung der Formschale zwecks Aufnahme der Axialbelastung durch die Formschliesskraft kann zweckmässig deren dünne Wandung mittels den Kühlraum durchsetzender Stützstäbe gegen die äusseren Formplatten abgestützt sein. Es kann aber auch der Kühlraum zwischen der Formschale und den äusseren Formplatten in zwei in sich geschlossene Hälften geteilt sein, die ständig durch eine Kühlflüssigkeit ausgefüllt sind. Beide Massnahmen ermöglichen es, die Formschale mit einer geringen Wandstärke gegebenenfalls auch aus einem Material niederer Festigkeit herzustellen, da die ohnehin geringen, zwischen den äusseren Formplatten und der Formschale zu übertragenden Druckkräfte entweder durch die Stützstäbe oder teilweise durch die Anschlagslöcher der äusseren Formplatten längs des Umfanges der Formschale und teilweise durch die inkompressible Kühlflüssigkeit aufgenommen werden.
Bei Verwendung von Stützstäben werden diese besonders vorteilhaft aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitfähigkeit und mit einem grossen Verhältnis Länge zu Durchmesser ausgebildet. Hierdurch leiten die Stützstäbe nur eine geringe Wärme ab und beeinflussen den Abkühlvorgang im Formhohlraum nicht.
Vorzugsweise sind in den äusseren Formplatten je eine Anzahl jeweils gegen die gegenüberliegende Wandfläche der Formschale ausgerichtete Spritzdüsen angeordnet, so dass in der Kühlphase die beidseitigen Wandflächen der Formschale gleichzeitig und lückenlos besprühbar sind. Zweckmässig sieht man die Lagerung der Spritzdüsen derart vor, dass der Abstand der Düsen von der Formschale einstellbar ist. Dadurch ist eine gleichmässige Kühlung der ganzen Formaussenfläche oder eines Teiles davon möglich oder einzelne Stellen können durch ein Verstellen des Düsenabstandes mehr oder weniger intensiv gekühlt werden. Als Kühlmittel kann mit Vorteil eine Flüssigkeit vorgesehen sein, deren Verdampfungstemperatur bei dem atmosphärischen Druck höher als diejenige des Wassers liegt. Bei Verwendung durch Kühlflüssigkeit ausgefüllter, in sich geschlossener Kühlräume je Formschalenhälfte wird diesen vorzugsweise je ein Einlass- und ein gemeinsames Auslassventil zugeordnet, die der Einstellunq des Druckes der Kühlflüssigkeit dienen. Dadurch kann die Abkühlung gezielt vorgenommen und die Abkühlungsgeschwindigkeit mit einfachen, handelsüblichen Bauteilen eingestellt werden.
Die Formschale wird zweckmässig aus'einem hochtemperaturfesten Werkstoff hergestellt. Dies gestattet den Bau einer verzugsresistenten, dünnwandigen Form mit geringer Neigung zu Oberflächenrissen und daher von langer Standzeit.
Mit Hilfe der erfindungsgemäss vorgesehenen Massnahmen lassen sich Gussteile mit den eingangs geforderten Eigenschaften hinsichtlich Oberflächengüte, Gefügebeschaffenheit und Massgenauigkeit herstellen.
Anhand der beiliegenden schematischen Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Druckgiessmaschine mit einer Druckgiessform gemäss der Erfindung,
Fig. 2 ein Temperatur-Zeitdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens und
Fig. 3 eine gleiche Darstellung wie Fig. 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Die Hinweisziffern 1 und 2 bezeichnen zwei äussere Formplatten von denen die Formplatte 1 an der festen Aufspannplatte F und die Formplatte 2 an der beweglichen Formaufspannplatte B befestigt ist. An den äusseren Formplatten 1 und 2 ist eine Vielzahl von Stützstäben 3 befestigt, die an ihren einander zugewandten anderen Enden eine feste bzw. eine bewegliche Formschalenhälfte 4 bzw. 5 tragen. Die Stützstäbe 3 haben im Verhältnis zu ihrer Länge einen kleinen Durchmesser, so dass sie biegeweich sind und ihre wärmeableitande Wirkung gering ist. Die Stützstäbe 3 sind an ihren Enden mit den Formschalenhälften 3, 4 bzw. den äuss-ren Formplatten 1, 2 verschraubt. An der festen Formaufspannplatte F ist weiter ein Blechmantel 6 befestigt, der bei geschlossener Form einen zweiten Blechmantel 7 übergreift, welcher an der beweglichen Formaufspannplatte B befestigt ist. Die beiden Blechmäntel 6 und 7 begrenzen in Verbindung mit den Formplatten 1 und 2 einen die beiden Formschalenhälften 4 und 5 umschliessenden Kühlraum 8. Zwischen den sich übergreifenden Blechmänteln 6 und 7 ist ein Ringspalt 9 vorgesehen, durch den der Kühlraum 8 mit der Aussenatmosphäre in Verbindung steht. In den Formaufspannplatten F, B sind Kühlmittelleitungen 10 angeordnet, in deren Mündungen . je eine Spritzdüse 11 mit einem Gewindeschaft 12 eingeschraubt ist. Die Düsenöffnungen sind gegen die jeweils gegenüberliegende Wandfläche der Formschalenhälften 4 und 5 gerichtet. Die Enden der Kühlmittelleitungen 10 liegen vorzugsweise auf den Schnittpunkten eines netzförmigen Rasters und sind so ausgebildet, dass sie wahlweise nach Bedarf verschlossen oder mit einer Spritzdüse 11 versehen werden können. Dadurch ist es möglich, innerhalb des Kühlraumes 8 eine der Formschale 4, 5 entsprechende Düsenanordnung mit der erforderlichen Düsenzahl zu wählen. Durch die Gewindeverbindung zwischen Spritzdüse 11 und Kühlmittelleitung 10 können die Spritzdüsen 11 in Richtung des eingezeichneten Doppelpfeiles gegen die benachbarte Formschalenhälfte 4 bzw. 5 hin und von dieser weg bewegt werden. Je näher die Spritzdüse 11 den Formschalenhälften 4 bzw. 5 sind, umso stärker ist die Wirkung des aus der Düsenöffnung austretenden Kühlmittels bei zugleich schrumpfender Grösse der besprühbaren Wandfläche der Formschale 4, 5 je Spritzdüse 11. Umgekehrt wird die Wirkung des Kühlmittels geschwächt und die besprühbare Wandfläche je Spritzdüse 11 vergrössert, indem der Abstand zwischen der Düsenöffnung und der jeweilige'n Formschalenhälfte 4 oder 5 vergrössert wird. Das untere Ende des durch die Formschalenhälften 4, 5 umschlossenen Formhohlraumes 16 steht über einen senkrecht ansteigenden Angusskanal 15 und eine Kavität 14 für den Giessrest mit der Giesskammer 13 der nicht weiter dargestellten Giesseinheit der Druckgiessmaschine in Verbindung. Vom Formhohlraum 16 führt ein Entlüftungskanal 17 nach oben, der an eine Entlüftungseinrichtung angeschlossen sein kann.
Die beiden Formschalenhälften 4, 5 sind im Vergleich zu herkömmlichen Druckgiessformen sehr dünnwandig ausgebildet und aus einem hitzebeständigen Werkstoff mit einer gegenüber derjenigen von Formbaustählen erheblich grösseren Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Die Wandstärke und/ oder das Material der Formschalenhälften 4, 5 sind so aufeinander abzustimmen, dass während des Formfüllvorganges die in den Formhohlraum 16 eingefüllte Schmelze die Wandung der Formschalenhälften 4 und 5 mindestens auf eine in der Nähe der Erstarrungstemperatur des Giessmetalls liegende Temperatur aufheizt. Zu diesem Zweck muss die Schmelze merklich über die Erstarrungstemperatur überhitzt werden, damit am Ende des Formfüllvorganges Formschale und Schmelze annähernd die gleiche Temperatur erreichen. Es kann dann in der anschliessenden Kühlphase der angestrebte Verlauf des Ersterrungsvorganges erzwungen werden. Der Wärmeinhalt der Schmelze zwischen der Ueberhitzungstemperatur und der am Ende des Formfüllvorganges vorliegenden tieferen Temperatur soll für das Aufheizen der Formschale 4, 5 auf etwa die gleiche Temperatur ausreichen, welche die Schmelze am Ende des Formfüllvorganges hat. Diese Temperatur soll in der Nähe der Erstarrungstemperatur der zu vergiessenden Metallliegierung liegen. Nach vollendetem Formfüllvorgang befindet sich im Formhohlraum 16 das eingefüllte Giessmetall mindestens noch in zähflüssigem Zustand. In der unmittelbar anschliesenden Kühlphase wird das Kühlmittel, das Wasser oder eine Flüssigkeit mit einer höheren Verdampfungstemperatur sein kann, mittels der Spritzdüsen 11 gegen die Aussenflächen der Formschalenhälften 4 und 5 gespritzt und durch Verdampfen an denselben eine rasche Abkühlung von Formschale 4,5 samt darin erstarrendem Gussteil bewirkt. Dabei empfiehlt es sich, jene Stellen der Aussenflächen stärker zu kühlen, an denen ein grösserer Wärmeanfall auftritt. Solche Stellen entsprechen in der Regel dickwandigen Stellen des Gussteiles. Dadurch können diese mit der gleichen Geschwindigkeit wie die schwachen Querschnitte abgekühlt werden, so dass sich die Erstarrung der Gussteile in dessen allen Bereichen gleichzeitig und ohne Herbeiführung von Wärmespannungen vollzieht. Die
der Kühlflüssigkeit wird besonders vorteilhaft so gewählt, dass diese beim Auftreffen auf die Aussenfläche der . Formschalenhälften 4, 5 vollständig verdampft. Der entstehende Dampf kann durch den Ringspalt 9 in die Atmosphäre entweichen, ohne dass besondere Abführinstallationen erforderlich wären. Ebenso entfällt eine Rückführeinrichtung für die überschüssige Kühlflüssigkeit.
Die Fig. 2 zeigt im Prinzip den Temperaturverlauf in der Formschale 4, 5 einerseits und in der Schmelze anderseits während eines Giesszyklus. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass die Schmelze in der Form während der Formfüllphase von der Ueberhitzungstemperatur bis auf eine Temperatur nahe der Erstarrungstemperatur abkühlt, wobei sich die Formtemperatur, bedingt durch die von der Schmelze abgegebene Wärme auf eine mindestens angenähert gleichhohe Temperatur erwärmt. Die erfindungsgemäss nach vollendetem Formfüllvorgang ausgelöste Verdampfung der Kühlflüssigkeit an den Aussenflächen der Formschale 4, 5 bewirkt eine steil verlaufende Abkühlung der letzteren sowie wegen deren hoher Wärmeleitfähigkeit auch die des Gussteiles, wie dieser Sachverhalt aus den dicht nebeneinander bis zur Entformungstemperatur absteigenden Kurven in der Kühlphase ersichtlich ist. Durch ein derartiges Vorgehen kann die Dauer der Kühlphase erheblich gekürzt und damit auch die Gesamtzykluszeit verringert werden, da eine dem Formfüllvorgang vorangehende Aufheizung der Formschale 4, 5 entfällt.
Die Fig. 3 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dar. Teile die gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel oder zu jenen Teilen äquivalent sind, sind mit den entsprechenden Hinweisziffern versehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden die äusseren Formplatten 1' bzw. 2' mit den zugeordneten Formschalenhälften 4' bzw. 5' je einen druckfesten Kühlraum 8' die dauernd mit einer Kühlflüssigkeit, die gleich wie bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 beschaffen sein kann, gefüllt sind. Jeder der Kühlräume 8' ist über eine Speiseleitung 18 bzw. 19 an die Druckseite einer kontinuierlich arbeitenden Pumpe 20 angeschlossen, wobei in den Speiseleitungen 18, 19 je ein Rückschlagventil 21,22 angeordnet ist. Parallel zu den Speiseleitungen 18,19 ist eine Rücklaufleitung 23 mit einem Druckbegrenzungsventil 24, einem elektromagnetisch betätigbaren Absperrventil 25 und einem Sicherheitsventil 31 vorgesehen die in einem Vorratsbehälter 26 einmündet. Vom oberen Ende jedes Kühlraumes 8' führt je eine Dampfablassleitung 27 bzw. 28 zu einer Sammelleitung 29 mit einem elektromagnetisch betätigbaren Ablassventil 30, welche den in den Kühlräumen 8' gebildeten Dampf in den Vorratsbehälter 26 zurückführt. Zum Füllen der Kühlräume 8' mit der Kühlflüssigkeit wird das Absperrventil 25 geschlossen und das Ablassventil 30 geöffnet. Durch die Speiseleitung 18 und 19 füllt die Pumpe 20 die Kühlräume 8' mit der Kühlflüssigkeit, wobei die aus den Kühlräumen 8' verdrängte Luft über die Dampfablassleitungen 27 und 28 und die Sammelleitung 29 abströmt. Nach Auffüllen der Kühlräume 8' wird das Absperrventil 25 geöffnet und das Ablassventil 30 geschlossen. Da die Pumpe 20 kontinuierlich arbeitet, bestimmt nun das Druckbegrenzungsventil 24 den in den Kühlräumen 8' herrschenden Druck. Die Kühlfüssigkeit in den Kühlräumen 8' wird durch eine entsprechende Einstellung des Druckbegrenzungsventils 24 unter Ueberdruck gesetzt, so dass sie beim Füllen des Formhohlraumes 16 mit flüssigem Metall nicht verdampft. Wird nach vollendetem Formfüllvorgang der Druck der Kühlflüssigkeit in den Kühlräumen 8' durch ein zunächst geringfügiges Oeffnen des Ablassventils 30 gesenkt, so fängt die Kühlflüssigkeit zuerst an den heissesten Stellen der Aussenfläche der Formschalenhälfte 4' und 5' an zu verdampfen. Bei weiterem Senken des Kühlmitteldruckes breitet sich dann das Verdampfen über die ganze Aussenfläche der Formschale 4', 5' aus. Je mehr Kühlmittel bedingt durch die Drucksenkung verdampft, um so schneller erfolgt die Abkühlung des im Formhohlraum 16' befindlichen Gussteils. Der in den Kühlräumen 8' entstehende Dampf kann über die Dampfablassleitungen 27 und 28 und Sammelleitungen 29 zum Vorratsbehälter 26 zurückströmen, wo er erneut kondensiert. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das im Formhohlraum 16' entstehende Gussteil in seinem Zentrum eine Nabe auf, die gegenüber den peripheren Bereichen des Gussteils eine grössere Materialanhäufung aufweist. Will man nun beispielsweise erreichen, dass die Nabe gleich schnell auf die Entformungstemperatur abkühlt wie die angrenzenden Bereiche, so genügt es, den Kühlmitteldruck in den Kühlräumen 8' nur soweit zu senken, dass die Verdampfung des Kühlmittels zunächst nur im Bereich der Nabe ausgelöst wird, die vorerst eine Kühlung lediglich dieses Bereiches zur Folge hat. Wird der Druck in der Folge weiter gesenkt, bis die Verdampfung der Kühlflüssigkeit an der ganzen Aussenfläche der Formschale 4, 5 einsetzt, so wird nicht nur die Abkühlungsgeschwindigkeit in der Nabe sondern auch jene in den angrenzenden Gussteilbereichen weiter beschleunigt. Es werden also auch bei dieser Ausführungsform diejenigen Stellen der Formschale 4,5 am stärksten gekühlt, an denen der Wärmeanfall am grössten ist und damit in den Gussteilbereichen unterschiedlichen Querschnittes die gleiche Abkühlungsgeschwindigkeit herbeigeführt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel übernimmt die in den Kühlräumen 8' gefangene Kühlflüssigkeit zusammen mit den Anschlagsflächen der äusseren Formplatten 1', 2' längs des Formschalenumfanges die Funktion der Stützstäbe 3 beim ersten Ausführungsbeispiel. Der Druck des in der Kühlphase entstehenden Dampfes kann daher im Gegensatz zur Ausführungsform gemäss Fig. l, bei der ein Dampfdruck angenähert gleich dem Atmosphärendruck auftritt, hierbei bis zur Höhe des Einpressdruckes ansteigen.

Claims

1. Verfahren zum Druckgiessen von schmelzflüssigem Metall in eine Druckgiessform, die mindestens einen Formhohlraum aufweist, der durch eine dünnwandige Formschale aus einem metallischen Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit umschlossen ist und der darin zu formende Gussteil mit Hilfe eines aus mindestens einem an den Formhohlraum angrenzenden Kühlraum der Druckgiessform auf die dünnwandige Formschale einwirkenden Kühlmittels auf die Entformungstemperatur abgekühlt wird, wobei das Kühlmittel vorgewärmt und auf einen den atmosphärischen Druck übersteigenden Druck vorgespannt sein und beim Kühlvorgang in den dampfförmigen Zustand übergehen kann, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzflüssige Metall dem Formhohlraum unter Vermeidung einer besonderen Formbeheizung zugeführt und die dünnwandige Formschale durch das Metall auf eine in der Nähe von dessen Erstarrungstemperatur liegende Temperatur erhitzt wird, und dass in einer an den vollzogenen Formfüllvorgang anschliessenden Kühlphase das Verdampfen des flüssigen Kühlmittels an der Aussenfläche der dünnwandigen Formschale ausgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Giessmetall über seine Schmelztemperatur hinaus erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfen gleichzeitig an der gesamten Aussenfläche der Formschale ausgelöst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formfüllvorgang unter Evakuierung des Formhohlraumes erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formfüllvorgang entgegen einem Gasgegendruck durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, in dem das Verdampfen der Kühlflüssigkeit in der Kühlphase durch ein Bespritzen der Aussenfläche der dünnwandigen Formschale ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bespritzen der Formschale je nach der Wandstärke des darin erstarrenden Gussteiles mit einer örtlich veränderlichen Intensität erfolgt.

7.Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfen durch Druckentlastung einer den Kühlraum der Druckgiessform ausfüllenden Kühlflüssigkeit ausgelöst wird, die während des vorangegangenen Formfüllvorganges durch Ueberdruck am Verdampfen gehindert wurde.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlungsgeschwindigkeit durch Beeinflussung des Druckes in der Kühlflüssigkeit eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Formfüllvorgang mit einer Füllgeschwindigkeit von 5 bis 20 cm/s durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach vollendetem Formfüllvorgang auf das Giessmetall ein Enddruck von höchstens 20 bar ausgeübt wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 an einer Druckgiessmaschine mit einer Druckgiessform, die mindestens einen durch dünne Wände aus einem metallischen Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit umschlossenen Formhohlraum (16,16') und im Abstand von der beheizbaren dünnwandigen Formschale (4,5,4',5') angeordnete, mit derselben über mindestens je einen axial durckbelastbaren Stützkörper (3,26) verbundene äussere Formplatten (1,2,1',2') sowie Einrichtungen zur Kühlung der Formschale (4,5,4',5') durch Verdampfung einer Kühlflüssigkeit (26) an deren Aussenfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer Formheizeinrichtung das Giessmetall als Wärmespender für die Beheizung der gegen die äusseren Formplatten (1,2,1',2') abgestützten dünnwandigen Formschalen (4,5,4',5') vorgesehen ist und dass Mittel zur Regulierung der Intensität der Verdampfung der Kühlflüssigkeit (26) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Formschale (4,5) und den äusseren Formplatten (1,2) ein einziger zusammenhängender Kühlraum (8) ausgebildet ist, der mit der freien Atmosphäre in stetiger direkter Verbindung steht.

13. Vorrichtung nach Ansprüchen 11 und 12, mit den Kühlraum (8) durchsetzenden Stützstäben (3) zur Abstützung der dünnen Wandung der Formschale (4,5) gegen die äusseren Formplatten (1,2), dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstäbe (3) aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen und mit einem grossen Verhältnis Länge zu Durchmesser ausgebildet sind.

14. Vorrichtung nach Ansprüchen 11 bis 13, bei der in den äusseren Formplatten (1,2) je eine Anzahl jeweils gegen die zugewandte Wandfläche der Formschale (4,5) ausgerichteter Spritzdüsen (11) vorgesehen sind, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der Spritzdüsen (11), dass sich deren Spritzkegel zum lückenlosen Bespritzen der beidseitigen Wandflächen der Formschale (4,5) überschneiden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Spritzdüsen (11) von der Formschale (4,5) individuell einstellbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlraum zwischen der Formschale (4, 5) und den äusseren Formplatten (l',2') in zwei in sich geschlossenen Hälften (8') geteilt ist, die ständig durch eine Kühlflüssigkeit (26) ausgefüllt sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch je ein Einlassventil (21,22) und ein Auslassventil (30) zur Einstellung des Druckes der Kühlflüssigkeit (26).

18. Vorrichtung nach Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel eine Flüssigkeit (26) vorgesehen ist, deren Verdampfungstemperatur beim Atmosphärendruck höher als diejenige des Wassers liegt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der dünnwandigen Formschale (4,5) hochtemperaturfest ist.