EP0033901B1 - Process and apparatus for pressure casting fusible metals - Google Patents

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Publication number
EP0033901B1
EP0033901B1 EP81100594A EP81100594A EP0033901B1 EP 0033901 B1 EP0033901 B1 EP 0033901B1 EP 81100594 A EP81100594 A EP 81100594A EP 81100594 A EP81100594 A EP 81100594A EP 0033901 B1 EP0033901 B1 EP 0033901B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mold
cooling
shell
thin
evaporation
Prior art date
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Expired
Application number
EP81100594A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0033901A1 (en
Inventor
René Zimmermann
Peter Näf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buehler AG
Original Assignee
Buehler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Buehler AG filed Critical Buehler AG
Publication of EP0033901A1 publication Critical patent/EP0033901A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0033901B1 publication Critical patent/EP0033901B1/en
Expired legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/2218—Cooling or heating equipment for dies

Definitions

  • the present invention relates to a method for die-casting molten metal into a die, which has at least one mold cavity which is enclosed by a thin-walled molded shell made of a metallic material with high thermal conductivity and the casting to be molded therein with the aid of at least one of the two Mold cavity adjacent cooling space of the die is cooled to the demolding temperature on the thin-walled mold shell, which evaporates, the coolant fills the cooling space if necessary and to a pressure exceeding the atmospheric pressure! is biased.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method on a die casting machine with a die, which has at least one mold cavity enclosed by thin walls made of a metallic material with high thermal conductivity and at a distance from the heatable thin-walled mold shell, with the same via at least one axially compressible load Support body connected outer mold plates and devices for cooling the mold shell by evaporation of a cooling liquid on the outer surface.
  • Fig. 1 discloses a method and a device of the type mentioned, which are intended for thermoplastic foam casting.
  • the mold is heated by means of steam to a temperature before each mold filling process, which is above the melting point of the thermoplastics to be processed.
  • the heat required for this must be dissipated again during the cooling process, which requires additional installations in addition to an increased energy requirement.
  • the US-PS 3760864 further describes a process for the production of castings with extremely thin wall cross-sections and low porosity.
  • the casting mold proposed for this purpose according to US Pat. No. 3,858,641 consists of two half-shell-like, thin-walled mold halves made of a good heat-conducting metal alloy.
  • the sprue opens into the mold cavity from above with a very thin gate and is connected to a crucible from which the melt is pressed into the mold cavity at low pressure.
  • the closed mold is heated by the heating elements to at least half the melting temperature of the cast metal before the start of the casting process.
  • the chambers of the cooling jacket are filled with a cooling liquid, increasing from bottom to top, whereby progressive directional cooling of the casting takes place in the direction of the cutout via the thin wall of the mold cavity.
  • a disadvantage of the method carried out with this device is that the heating of the mold halves with external heating requires time and energy.
  • Another major disadvantage is that the melt supplied in the uppermost region of the mold cavity dissolves into drops when it falls, which leads to considerable porosity and oxidation of the cast metal.
  • directional cooling results in thermal stresses in the mold wall, which are extremely detrimental to the life of the die.
  • the die casting mold proposed for carrying out this method initially has main channels into which mold heating elements are immersed and which are connected via inlet and outlet valves to a pump and a water tank in a closed cooling circuit. Secondary channels leading from the main channels into the vicinity of the wall surface of the mold cavity are branched off.
  • the cooling water temperature is constantly set at 200 ° C. So that there is no evaporation of the cooling water before the start of the casting process, it is kept under a pressure which is correspondingly increased above atmospheric pressure.
  • the evaporation then begins during the mold filling process by locally overheating the cooling water at the thin cross-sectional locations of the mold wall, the locally evaporating cooling water escaping through the outlet valve being continuously replaced by the pump.
  • the object of the present invention is to provide a method which avoids the said disadvantages and enables the production of castings with improved quality features.
  • the castings, with good dimensional stability should have an increased surface quality and a fine crystalline structure with significantly reduced porosity, so that their thermal aftertreatment is possible. It should also be possible to achieve a cycle time at most equal to that in known methods.
  • this object is achieved in that the molten metal is heated to above its melting temperature and fed to the mold cavity, the mold shell being heated only by the metal to a temperature close to the solidification temperature of the metal, and in one of the completed mold filling processes subsequent cooling phase, the evaporation of the liquid coolant is triggered on the outer surface of the thin-walled molded shell.
  • the mold is heated up only during the mold filling process and the casting is cooled from the solidification temperature to the demolding temperature only after the mold filling process.
  • the energy required for the manufacturing process is reduced and the time for preheating the die can also be saved.
  • the melt is overheated to such an extent that it can cool down in the mold cavity during the mold filling process only to a temperature close to the solidification temperature of the cast metal, whereby the mold warms up to about this temperature at the same time. Further cooling takes place after the mold filling process.
  • the longer liquid keeping of the melt due to the low heat capacity of the thin-walled molded shell, allows a considerably reduced filling speed in comparison to the press-in speeds customary in pressure casting and thus, in the interest of a substantially reduced porosity of the cast part to be molded, a longer lasting, better ventilation of the mold cavity. Since the cooling from the solidification temperature to the demolding temperature takes place rapidly by removing the heat of vaporization of the coolant, the duration of the cooling phase can be shortened considerably.
  • the mold filling process takes place with evacuation of the mold cavity, which largely prevents the absorption of air and gases by the melt during the mold filling process.
  • the hereby increased suppression of the formation of gas inclusions in the cast part further contributes to the possibility of a thermal aftertreatment of the cast part which is already given by the invention.
  • the same advantages result if the mold filling process takes place against a gas pressure.
  • the gas back pressure causes a denser casting structure and at the same time improves the surface quality of the casting.
  • the evaporation of the cooling liquid in the cooling phase is preferably triggered by spraying the outer surface of the thin-walled molded shell.
  • the coolant consumption can be kept low if the coolant evaporates completely by correct dosing. In this case, there is no need to remove non-evaporating coolant. If water is used as a coolant, the water vapor generated can be released into the atmosphere without special equipment.
  • the evaporation of the cooling liquid on the outer surface of the thin-walled molded shell can be carried out in a targeted manner with a locally variable intensity, depending on the local heat accumulation, by spraying the molded shell. This can force the shrinkage cavities to be moved to places where they do not have any disadvantages, provided that one does not want to or cannot completely suppress them.
  • the evaporation is triggered by depressurization of a cooling liquid filling the cooling space of the die, which was prevented from evaporating by excess pressure during the previous mold filling process.
  • the molded shell can in turn be initially intensively cooled at those points on its outer surface where the greatest heating occurs during the mold filling phase.
  • the molded shell can be cooled to a greater or lesser extent over its entire outer surface in accordance with the local heat build-up and the cooling rate can be selected so that a stress-free solidification of the cast part is ensured.
  • the mold filling process is preferably carried out at a low speed of 5 to 20 cm / s.
  • the liquid metal is subject to significantly less turbulence during the mold filling phase than in conventional die casting.
  • the metal does not spatter in the mold cavity, which means that considerably less air and gases are whirled into the melt.
  • the cast structure becomes correspondingly denser and more suitable for later heat treatment.
  • the wear of the die-casting mold, in particular that of the gate can also be markedly reduced. It will also protect the mold half sprayed release agent possible, so that several casting cycles can be carried out after a spraying process.
  • the device according to the invention is characterized in that, instead of a mold heating device, the cast metal is provided as a heat donor for heating the thin-walled mold shell supported against the outer mold plates; -_ t and that means for regulating the intensity of the evaporation of the cooling liquid are arranged.
  • a coherent cooling space can be formed between the mold shell and the outer mold plates, which is in constant communication with the free atmosphere, so that the evaporating cooling liquid can escape directly into the atmosphere. Installations for the return and condensation of the evaporated coolant are not necessary.
  • the thin wall thereof can expediently be supported against the outer molded plates by means of support rods penetrating the cooling space.
  • the cooling space between the mold shell and the outer mold plates can also be divided into two self-contained halves, which are constantly filled with a cooling liquid. Both measures make it possible to produce the molded shell with a small wall thickness, if necessary also from a material of low strength, since the already low pressure half to be transmitted between the outer molded plates and the molded shell is either by the support rods or partly by the stop faces of the outer molded plates along the circumference the molded shell and partially absorbed by the incompressible coolant.
  • support rods When using support rods, these are particularly advantageously formed from a material with low thermal conductivity and with a large ratio to the diameter. As a result, the support rods dissipate only a small amount of heat and do not influence the cooling process in the mold cavity.
  • a number of spray nozzles each aligned with the opposite wall surface of the molded shell are preferably arranged in the outer mold plates, so that the two-sided wall surfaces of the molded shell can be sprayed simultaneously and without gaps in the cooling phase.
  • the storage of the spray nozzles is expediently provided in such a way that the distance of the nozzles from the molded shell is adjustable. This enables uniform cooling of the entire outer surface of the mold or a part thereof, or individual points can be cooled more or less intensively by adjusting the nozzle spacing.
  • a liquid can advantageously be provided as the coolant, the evaporation temperature of which is higher than that of the water at atmospheric pressure.
  • cooling spaces per mold shell half are preferably each assigned an inlet valve and a common outlet valve, which serve to adjust the pressure of the cooling liquid. This allows cooling to be carried out in a targeted manner and the cooling rate to be set using simple, commercially available components.
  • the molded shell is expediently made from a high-temperature resistant material. This allows the construction of a warp-resistant, thin-walled shape with little tendency to surface cracks and therefore a long service life.
  • castings can be produced with the properties required at the outset with regard to surface quality, structure and dimensional accuracy.
  • the reference numerals 1 and 2 designate two outer mold plates, of which the mold plate 1 is fastened to the fixed platen F and the mold plate 2 to the movable platen B.
  • a plurality of support rods 3 are fastened, which carry a fixed or a movable mold shell half 4 or 5 at their mutually facing other ends.
  • the support rods 3 have a small diameter in relation to their length, so that they are flexible and their heat-dissipating effect is low.
  • the support rods 3 are screwed at their ends to the mold shell halves 3, 4 or the outer mold plates 1, 2.
  • a sheet metal jacket 6 is also attached to the fixed platen F, which overlaps a second sheet metal jacket 7 when closed, which is attached to the movable platen B.
  • B coolant lines 10 are arranged, in the mouths of which a spray nozzle 11 is screwed with a threaded shaft 12. The nozzle openings are directed against the opposite wall surface of the mold shell halves 4 and 5.
  • the ends of the coolant lines 10 are preferably at the intersection of a network-shaped grid and are designed so that they can be optionally closed or provided with a spray nozzle 11 as required.
  • the two mold shell halves 4, 5 are very thin-walled in comparison to conventional die casting molds and are made of a heat-resistant material with a significantly higher thermal conductivity than that of mold steels.
  • the wall thickness and / or the material of the mold shell halves 4, 5 are to be coordinated so that during the mold filling process, the melt filled into the mold cavity 16 heats the wall of the mold shell halves 4 and 5 at least to a temperature close to the solidification temperature of the casting metal.
  • the melt must be overheated noticeably above the solidification temperature so that the mold shell and the melt reach approximately the same temperature at the end of the mold filling process. The desired course of the solidification process can then be forced in the subsequent cooling phase.
  • the heat content of the melt between the overheating temperature and the lower temperature present at the end of the mold filling process should be sufficient for heating the mold shell 4, 5 to approximately the same temperature that the melt has at the end of the mold filling process. This temperature should be close to the solidification temperature of the metal alloy to be cast.
  • the poured casting metal is at least still in the viscous state in the mold cavity 16.
  • the coolant which can be water or a liquid with a higher evaporation temperature, is sprayed against the outer surfaces of the mold shell halves 4 and 5 by means of the spray nozzles 11, and a rapid cooling of the mold shell 4, 5, including the solidification therein, is carried out by evaporation thereon Casting causes.
  • Fig. 2 shows in principle the temperature profile in the mold shell 4, 5 on the one hand and in the melt on the other hand during a casting cycle. It can be seen from this illustration that the melt in the mold cools from the superheating temperature to a temperature close to the solidification temperature during the mold filling phase, the mold temperature heating up to an at least approximately the same temperature due to the heat emitted by the melt.
  • the evaporation of the cooling liquid on the outer surfaces of the mold shell 4, 5, which is triggered according to the invention after the mold filling process has been completed, causes the latter to cool down steeply and, because of its high thermal conductivity, also that of the cast part, as can be seen from the curves in the cooling phase which descend closely to one another until the demolding temperature is. By doing this, the duration of the cooling phase can be shortened considerably and thus the total cycle time can be reduced, since there is no need to heat the mold shell 4, 5 before the mold filling process.
  • the figure shows a second exemplary embodiment of an apparatus for carrying out the method according to the invention. Parts which are the same as or equivalent to those in the first exemplary embodiment are marked with corresponding reference numbers.
  • the outer mold plates 1 'and 2' with the associated mold shell halves 4 'and 5' each form a pressure-resistant cooling space 8 'which is permanently provided with a cooling liquid, which can be the same as in the first embodiment according to FIG. 1, are filled.
  • Each of the cooling rooms 8 ' is connected via a feed line 18 or 19 to the pressure side of a continuously operating pump 20, a check valve 21, 22 being arranged in each of the feed lines 18, 19.
  • a return line 23 with a pressure relief valve 24, an electromagnetically actuated shut-off valve 25 and a safety valve 31 is provided, which opens into a storage container 26 3 .
  • a steam discharge line 27 or 28 leads from the upper end of each cooling space 8 'to a collecting line 29 with an electromagnetically actuated discharge valve 30, which returns the steam formed in the cooling spaces 8' to the storage container 26.
  • the shut-off valve 25 is closed and the drain valve 30 is opened.
  • the pump 20 fills the cooling spaces 8 ′ with the cooling liquid through the feed line 18 and 19, the air displaced from the cooling spaces 8 ′ flowing out via the steam discharge lines 27 and 28 and the collecting line 29.
  • the shut-off valve 25 is opened and the drain valve 30 is closed. Since the pump 20 operates continuously, the pressure relief valve 24 now determines the pressure prevailing in the cold rooms 8 '.
  • the cooling liquid in the cooling spaces 8 ' is pressurized by a corresponding setting of the pressure relief valve 24 so that it does not evaporate when the mold cavity 16 is filled with liquid metal. If, after the mold filling process has been completed, the pressure of the cooling liquid in the cooling spaces 8 'is lowered by initially opening the drain valve 30 slightly, the cooling liquid first begins to evaporate at the hottest points on the outer surface of the mold shell halves 4' and 5 '.
  • the casting which is formed in the mold cavity 16 ' has a hub in its center which has a larger material accumulation than the peripheral regions of the casting.

Landscapes

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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, das dabei verdampft, das Kühlmittel ggf. den Kühlraum ausfüllt und auf einen den atmosphärischen Druck übersteigenden Druc! vorgespannt ist. 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 druckbelastbaren Stützkörper verbundene äußere Formplatten sowie Einrichtungen zur Kühlung der Formschale durch Verdampfung einer Kühlflüssigkeit an deren Außenfläche aufweist.The present invention relates to a method for die-casting molten metal into a die, which has at least one mold cavity which is enclosed by a thin-walled molded shell made of a metallic material with high thermal conductivity and the casting to be molded therein with the aid of at least one of the two Mold cavity adjacent cooling space of the die is cooled to the demolding temperature on the thin-walled mold shell, which evaporates, the coolant fills the cooling space if necessary and to a pressure exceeding the atmospheric pressure! is biased. The invention also relates to a device for carrying out the method on a die casting machine with a die, which has at least one mold cavity enclosed by thin walls made of a metallic material with high thermal conductivity and at a distance from the heatable thin-walled mold shell, with the same via at least one axially compressible load Support body connected outer mold plates and devices for cooling the mold shell by evaporation of a cooling liquid on the outer surface.

Die Zeitschrift »Kunststoffe«, Bd. 63, 1973, H. 10, S.660, Abs. und Abb.1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung der erwähnten Art, 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.The magazine "Kunststoffe", vol. 63, 1973, H. 10, p. 660, para. And Fig. 1 discloses a method and a device of the type mentioned, which are intended for thermoplastic foam casting. In this method, the mold is heated by means of steam to a temperature before each mold filling process, which is above the melting point of the thermoplastics to be processed. The heat required for this must be dissipated again during the cooling process, which requires additional installations in addition to an increased energy requirement.

Die US-PS 3760864 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 Metallegierung. Der Angußkanal mündet mit einem sehr dünnen Anschnitt von oben in den Formhohlraum 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 andererseits 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.The US-PS 3760864 further describes a process for the production of castings with extremely thin wall cross-sections and low porosity. The casting mold proposed for this purpose according to US Pat. No. 3,858,641 consists of two half-shell-like, thin-walled mold halves made of a good heat-conducting metal alloy. The sprue opens into the mold cavity from above with a very thin gate and is connected to a crucible from which the melt is pressed into the mold cavity at low pressure. The outside of the mold halves, with the wall areas surrounding the mold cavity, each adjoin a chamber of the cooling jacket, which have heating elements that can be switched on and off on the one hand, and inflow and outflow channels for a cooling medium on the other. In this device, the closed mold is heated by the heating elements to at least half the melting temperature of the cast metal before the start of the casting process. After the casting process has taken place, the chambers of the cooling jacket are filled with a cooling liquid, increasing from bottom to top, whereby progressive directional cooling of the casting takes place in the direction of the cutout via the thin wall of the mold cavity. A disadvantage of the method carried out with this device is that the heating of the mold halves with external heating requires time and energy. Another major disadvantage is that the melt supplied in the uppermost region of the mold cavity dissolves into drops when it falls, which leads to considerable porosity and oxidation of the cast metal. Finally, directional cooling results in thermal stresses in the mold wall, which are extremely detrimental to the life of the die.

Es wurde auch vorgeschlagen, die Kühlung des Gußteiles durch Verdampfen von Wasser in den Kühlkanälen einer Druckgießform vorzusehen (DE-OS 2850229). 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 Überhitzung 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.It has also been proposed to provide cooling of the cast part by evaporating water in the cooling channels of a die casting mold (DE-OS 2850229). The die casting mold proposed for carrying out this method initially has main channels into which mold heating elements are immersed and which are connected via inlet and outlet valves to a pump and a water tank in a closed cooling circuit. Secondary channels leading from the main channels into the vicinity of the wall surface of the mold cavity are branched off. The cooling water temperature is constantly set at 200 ° C. So that there is no evaporation of the cooling water before the start of the casting process, it is kept under a pressure which is correspondingly increased above atmospheric pressure. The evaporation then begins during the mold filling process by locally overheating the cooling water at the thin cross-sectional locations of the mold wall, the locally evaporating cooling water escaping through the outlet valve being continuously replaced by the pump.

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.A disadvantage of this proposal is that with the evaporation, the cooling effect also begins in parallel with the mold filling process. As a result, partial solidification occurs in the cast part areas with a thin wall cross section, which not only promotes the occurrence of thermal stresses in the cast part, but is also a hindrance to the degassing of the melt. This results in porosity in the cast structure. Because of the uneven mold wall thickness between the mold cavity and the cooling channels, this also results in a different heat transfer. The thicker parts of the mold wall extend the cooling time of the casting. In order to avoid the early partial solidification and to achieve a shorter total cycle time, high filling speeds must be used, which lead to increased wear of the Guide die casting mold.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, das die besagten Nachteile vermeidet und die Herstellung von Gußteilen mit verbesserten 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.The object of the present invention is to provide a method which avoids the said disadvantages and enables the production of castings with improved quality features. In particular, the castings, with good dimensional stability, should have an increased surface quality and a fine crystalline structure with significantly reduced porosity, so that their thermal aftertreatment is possible. It should also be possible to achieve a cycle time at most equal to that in known methods.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das schmelzflüssige Metall über seine Schmelztemperatur hinaus erhitzt dem Formhohlraum zugeführt wird, wobei die Formschale nur durch das Metall auf eine in der Nähe der Erstarrungstemperatur des Metalls 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.According to the invention, this object is achieved in that the molten metal is heated to above its melting temperature and fed to the mold cavity, the mold shell being heated only by the metal to a temperature close to the solidification temperature of the metal, and in one of the completed mold filling processes subsequent cooling phase, the evaporation of the liquid coolant is triggered on the outer surface of the thin-walled molded shell.

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.According to the invention, the mold is heated up only during the mold filling process and the casting is cooled from the solidification temperature to the demolding temperature only after the mold filling process. By avoiding a special mold heating, the energy required for the manufacturing process is reduced and the time for preheating the die can also be saved. In order to get a solidification of all areas of the casting, which occurs simultaneously and free of thermal stresses, the melt is overheated to such an extent that it can cool down in the mold cavity during the mold filling process only to a temperature close to the solidification temperature of the cast metal, whereby the mold warms up to about this temperature at the same time. Further cooling takes place after the mold filling process. The longer liquid keeping of the melt, due to the low heat capacity of the thin-walled molded shell, allows a considerably reduced filling speed in comparison to the press-in speeds customary in pressure casting and thus, in the interest of a substantially reduced porosity of the cast part to be molded, a longer lasting, better ventilation of the mold cavity. Since the cooling from the solidification temperature to the demolding temperature takes place rapidly by removing the heat of vaporization of the coolant, the duration of the cooling phase can be shortened considerably.

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.It can be provided that the mold filling process takes place with evacuation of the mold cavity, which largely prevents the absorption of air and gases by the melt during the mold filling process. The hereby increased suppression of the formation of gas inclusions in the cast part further contributes to the possibility of a thermal aftertreatment of the cast part which is already given by the invention.

Gleiche Vorteile, wenn auch nicht im gleichen Ausmaß ergeben sich, wenn der Formfüllvorgang entgegen einem Gasdruck erfolgt. Der Gasgegendruck bewirkt ein dichteres Gußgefüge und verbessert zugleich die Oberflächenbeschaffenheit des Gußteils.The same advantages, if not to the same extent, result if the mold filling process takes place against a gas pressure. The gas back pressure causes a denser casting structure and at the same time improves the surface quality of the casting.

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.The evaporation of the cooling liquid in the cooling phase is preferably triggered by spraying the outer surface of the thin-walled molded shell. With this procedure, the coolant consumption can be kept low if the coolant evaporates completely by correct dosing. In this case, there is no need to remove non-evaporating coolant. If water is used as a coolant, the water vapor generated can be released into the atmosphere without special equipment.

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.The evaporation of the cooling liquid on the outer surface of the thin-walled molded shell can be carried out in a targeted manner with a locally variable intensity, depending on the local heat accumulation, by spraying the molded shell. This can force the shrinkage cavities to be moved to places where they do not have any disadvantages, provided that one does not want to or cannot completely suppress them.

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 Überdruck 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 örtlichen Wärmeanfall mehr oder weniger stark gekühlt und die Abkühlungsgeschwindigkeit gewählt werden, damit eine spannungsfreie Erstarrung des Gußteiles sichergestellt ist.It can also be provided that the evaporation is triggered by depressurization of a cooling liquid filling the cooling space of the die, which was prevented from evaporating by excess pressure during the previous mold filling process. As a result, with a low coolant consumption and a slight pressure relief of the cooling medium, the molded shell can in turn be initially intensively cooled at those points on its outer surface where the greatest heating occurs during the mold filling phase. With a greater pressure relief, the molded shell can be cooled to a greater or lesser extent over its entire outer surface in accordance with the local heat build-up and the cooling rate can be selected so that a stress-free solidification of the cast part is ensured.

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. Das Gußgefüge wird entsprechend 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.The mold filling process is preferably carried out at a low speed of 5 to 20 cm / s. As a result, the liquid metal is subject to significantly less turbulence during the mold filling phase than in conventional die casting. In particular, the metal does not spatter in the mold cavity, which means that considerably less air and gases are whirled into the melt. The cast structure becomes correspondingly denser and more suitable for later heat treatment. With the significant reduction in the filling speed, the wear of the die-casting mold, in particular that of the gate, can also be markedly reduced. It will also protect the mold half sprayed release agent possible, so that several casting cycles can be carried out after a spraying process.

Nach vollendetem Formfüllvorgang genügt ein relativ geringer Enddruck von max. 2 . 106 Pa. 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 108 Pa arbeiten.After the mold filling process has been completed, a relatively low final pressure of max. 2nd 10 6 Pa. Together with the speed reduction, the lower pressure load allows a much lighter machine construction than that of the conventional die casting machines, which are known to work with final pressures of at least several hundred bar, but mostly of well over 10 8 Pa.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle einer Formheizeinrichtung das Gießmetall als Wärmespender für die Beheizung der gegen die äußeren Formplatten abgestü.zten dünnwandigen Formschale vorgesehen ;-_t und daß Mittel zur Regulierung der Intensität der Verdampfung der Kühlflüssigkeit angeordnet sind.The device according to the invention is characterized in that, instead of a mold heating device, the cast metal is provided as a heat donor for heating the thin-walled mold shell supported against the outer mold plates; -_ t and that means for regulating the intensity of the evaporation of the cooling liquid are arranged.

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.In the device according to the invention, a coherent cooling space can be formed between the mold shell and the outer mold plates, which is in constant communication with the free atmosphere, so that the evaporating cooling liquid can escape directly into the atmosphere. Installations for the return and condensation of the evaporated coolant are not necessary.

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 Druckhälfte entweder durch die Stützstäbe oder teilweise durch die Anschlagflächen der äußeren Formplatten längs des Umfanges der Formschale und teilweise durch die inkrompressible Kühlflüssigkeit aufgenommen werden.To stiffen the molded shell for the purpose of absorbing the axial load from the mold closing force, the thin wall thereof can expediently be supported against the outer molded plates by means of support rods penetrating the cooling space. However, the cooling space between the mold shell and the outer mold plates can also be divided into two self-contained halves, which are constantly filled with a cooling liquid. Both measures make it possible to produce the molded shell with a small wall thickness, if necessary also from a material of low strength, since the already low pressure half to be transmitted between the outer molded plates and the molded shell is either by the support rods or partly by the stop faces of the outer molded plates along the circumference the molded shell and partially absorbed by the incompressible coolant.

Bei Verwendung von Stützstäben werden diese besonders vorteilhaft aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitfähigkeit und mit einem großen Verhältnis zu Durchmesser ausgebildet. Hierdurch leiten die Stützstäbe nur eine geringe Wärme ab und beeinflussen den Abkühlvorgang im Formhohlraum nicht.When using support rods, these are particularly advantageously formed from a material with low thermal conductivity and with a large ratio to the diameter. As a result, the support rods dissipate only a small amount of heat and do not influence the cooling process in the mold cavity.

Vorzugsweise sind in den äußeren Formplatten je eine Anzahl jeweils gegen die gegenüberliegenden 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 Einstellung des Druckes der Kühlflüssigkeit dienen. Dadurch kann die Abkühlung gezielt vorgenommen und die Abkühlungsgeschwindigkeit mit einfachen, handelsüblichen Bauteilen eingestellt werden.A number of spray nozzles each aligned with the opposite wall surface of the molded shell are preferably arranged in the outer mold plates, so that the two-sided wall surfaces of the molded shell can be sprayed simultaneously and without gaps in the cooling phase. The storage of the spray nozzles is expediently provided in such a way that the distance of the nozzles from the molded shell is adjustable. This enables uniform cooling of the entire outer surface of the mold or a part thereof, or individual points can be cooled more or less intensively by adjusting the nozzle spacing. A liquid can advantageously be provided as the coolant, the evaporation temperature of which is higher than that of the water at atmospheric pressure. When using cooling liquid filled, self-contained cooling spaces per mold shell half, these are preferably each assigned an inlet valve and a common outlet valve, which serve to adjust the pressure of the cooling liquid. This allows cooling to be carried out in a targeted manner and the cooling rate to be set using simple, commercially available components.

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.The molded shell is expediently made from a high-temperature resistant material. This allows the construction of a warp-resistant, thin-walled shape with little tendency to surface cracks and therefore a long service life.

Mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen lassen sich Gußteile mit den eingangs geforderten Eigenschaften hinsichtlich Oberflächengüte, Gefügebeschaffenheit und Maßgenauigkeit herstellen.With the help of the measures provided according to the invention, castings can be produced with the properties required at the outset with regard to surface quality, structure and dimensional accuracy.

Anhand der beiligenden schematischen Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigt

  • 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.
The invention is explained, for example, with reference to the accompanying schematic drawing. It shows
  • 1 shows a section of a die casting machine with a die casting mold according to the invention,
  • Fig. 2 is a temperature-time diagram to explain the method according to the invention and
  • Fig. 3 is the same representation as Fig. 1 of a second embodiment of the device according to the invention.

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 wärmeableitende Wirkung gering ist. Die Stützstäbe 3 sind an ihren Enden mit den Formschalenhälften 3, 4 bzw. den äußeren 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 Kühlmitteleitungen 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, um so 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 jeweiligen 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.The reference numerals 1 and 2 designate two outer mold plates, of which the mold plate 1 is fastened to the fixed platen F and the mold plate 2 to the movable platen B. On the outer mold plates 1 and 2, a plurality of support rods 3 are fastened, which carry a fixed or a movable mold shell half 4 or 5 at their mutually facing other ends. The support rods 3 have a small diameter in relation to their length, so that they are flexible and their heat-dissipating effect is low. The support rods 3 are screwed at their ends to the mold shell halves 3, 4 or the outer mold plates 1, 2. A sheet metal jacket 6 is also attached to the fixed platen F, which overlaps a second sheet metal jacket 7 when closed, which is attached to the movable platen B. The two sheet metal shells 6 and 7, in conjunction with the mold plates 1 and 2, delimit a cooling space 8 surrounding the two mold shell halves 4 and 5. Between the overlapping sheet metal shells 6 and 7, an annular gap 9 is provided, through which the cooling space 8 with the Outside atmosphere communicates. In the mold mounting plates F, B coolant lines 10 are arranged, in the mouths of which a spray nozzle 11 is screwed with a threaded shaft 12. The nozzle openings are directed against the opposite wall surface of the mold shell halves 4 and 5. The ends of the coolant lines 10 are preferably at the intersection of a network-shaped grid and are designed so that they can be optionally closed or provided with a spray nozzle 11 as required. This makes it possible to select a nozzle arrangement with the required number of nozzles within the cooling space 8 corresponding to the molded shell 4, 5. Due to the threaded connection between the spray nozzle 11 and the coolant line 10, the spray nozzles 11 can be moved in the direction of the double arrow shown towards and away from the adjacent mold shell halves 4 and 5. The closer the spray nozzle 11 the Formschalenhä l ften 4 and 5 are, the stronger the effect of exiting from the nozzle orifice the coolant at the same time shrinking the size of the besprühbaren wall surface of the shell mold 4, 5 each spray nozzle 11. Conversely, weakens the effect of the coolant and the sprayable wall area per spray nozzle 11 is increased by increasing the distance between the nozzle opening and the respective mold shell half 4 or 5. The lower end of the mold cavity 16 enclosed by the mold shell halves 4, 5 is connected via a vertically rising sprue 15 and a cavity 14 for the casting residue to the casting chamber 13 of the casting unit of the die casting machine (not shown). From the mold cavity 16, a ventilation channel 17 leads upwards, which can be connected to a ventilation device.

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 Erstarrungsvorgang erzwungen werden. Der Wärmeinhalt der Schmelze zwischen der Überhitzungstemperatur 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 Metallegierung liegen. Nach vollendetem Formfüllvorgang befindet sich im Formhohlraum 16 das eingefüllte Gießmetall mindestens noch in zähflüssigem Zustand. In der unmittelbar anschließenden 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 Dosierung 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.The two mold shell halves 4, 5 are very thin-walled in comparison to conventional die casting molds and are made of a heat-resistant material with a significantly higher thermal conductivity than that of mold steels. The wall thickness and / or the material of the mold shell halves 4, 5 are to be coordinated so that during the mold filling process, the melt filled into the mold cavity 16 heats the wall of the mold shell halves 4 and 5 at least to a temperature close to the solidification temperature of the casting metal. For this purpose, the melt must be overheated noticeably above the solidification temperature so that the mold shell and the melt reach approximately the same temperature at the end of the mold filling process. The desired course of the solidification process can then be forced in the subsequent cooling phase. The heat content of the melt between the overheating temperature and the lower temperature present at the end of the mold filling process should be sufficient for heating the mold shell 4, 5 to approximately the same temperature that the melt has at the end of the mold filling process. This temperature should be close to the solidification temperature of the metal alloy to be cast. After the mold filling process has been completed, the poured casting metal is at least still in the viscous state in the mold cavity 16. In the immediately following cooling phase, the coolant, which can be water or a liquid with a higher evaporation temperature, is sprayed against the outer surfaces of the mold shell halves 4 and 5 by means of the spray nozzles 11, and a rapid cooling of the mold shell 4, 5, including the solidification therein, is carried out by evaporation thereon Casting causes. It is advisable to cool those parts of the outer surfaces where there is more heat. Such locations usually correspond to thick-walled locations on the casting. As a result, these can be cooled at the same speed as the weak cross-sections, so that the solidification of the cast parts takes place in all its areas simultaneously and without causing thermal stresses. The metering of the cooling liquid is particularly advantageously chosen so that it completely evaporates when it hits the outer surface of the mold shell halves 4, 5. The resulting steam can escape through the annular gap 9 into the atmosphere without the need for special discharge installations. There is also no need for a return device for the excess coolant.

Die Fig. 2 zeigt im Prinzip den Temperaturverlauf in der Formschale 4, 5 einerseits und in der Schmelze andererseits während eines Gießzyklus. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß die Schmelze in der Form während der Formfüllphase von der Überhitzungstemperatur 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.Fig. 2 shows in principle the temperature profile in the mold shell 4, 5 on the one hand and in the melt on the other hand during a casting cycle. It can be seen from this illustration that the melt in the mold cools from the superheating temperature to a temperature close to the solidification temperature during the mold filling phase, the mold temperature heating up to an at least approximately the same temperature due to the heat emitted by the melt. The evaporation of the cooling liquid on the outer surfaces of the mold shell 4, 5, which is triggered according to the invention after the mold filling process has been completed, causes the latter to cool down steeply and, because of its high thermal conductivity, also that of the cast part, as can be seen from the curves in the cooling phase which descend closely to one another until the demolding temperature is. By doing this, the duration of the cooling phase can be shortened considerably and thus the total cycle time can be reduced, since there is no need to heat the mold shell 4, 5 before the mold filling process.

Die Fig. 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 3inmündet. 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 Kühlflüssigkeit in den Kühlräumen 8' wird durch eine entsprechende Einstellung des Druckbegrenzungsventils 24 unter Überdruck 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 Öffnen 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 Kühlmitteldruukes 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.The figure shows a second exemplary embodiment of an apparatus for carrying out the method according to the invention. Parts which are the same as or equivalent to those in the first exemplary embodiment are marked with corresponding reference numbers. In this exemplary embodiment, the outer mold plates 1 'and 2' with the associated mold shell halves 4 'and 5' each form a pressure-resistant cooling space 8 'which is permanently provided with a cooling liquid, which can be the same as in the first embodiment according to FIG. 1, are filled. Each of the cooling rooms 8 'is connected via a feed line 18 or 19 to the pressure side of a continuously operating pump 20, a check valve 21, 22 being arranged in each of the feed lines 18, 19. In parallel to the feed lines 18, 19, a return line 23 with a pressure relief valve 24, an electromagnetically actuated shut-off valve 25 and a safety valve 31 is provided, which opens into a storage container 26 3 . A steam discharge line 27 or 28 leads from the upper end of each cooling space 8 'to a collecting line 29 with an electromagnetically actuated discharge valve 30, which returns the steam formed in the cooling spaces 8' to the storage container 26. To fill the cooling chambers 8 'with the cooling liquid, the shut-off valve 25 is closed and the drain valve 30 is opened. The pump 20 fills the cooling spaces 8 ′ with the cooling liquid through the feed line 18 and 19, the air displaced from the cooling spaces 8 ′ flowing out via the steam discharge lines 27 and 28 and the collecting line 29. After filling the cooling rooms 8 ', the shut-off valve 25 is opened and the drain valve 30 is closed. Since the pump 20 operates continuously, the pressure relief valve 24 now determines the pressure prevailing in the cold rooms 8 '. The cooling liquid in the cooling spaces 8 'is pressurized by a corresponding setting of the pressure relief valve 24 so that it does not evaporate when the mold cavity 16 is filled with liquid metal. If, after the mold filling process has been completed, the pressure of the cooling liquid in the cooling spaces 8 'is lowered by initially opening the drain valve 30 slightly, the cooling liquid first begins to evaporate at the hottest points on the outer surface of the mold shell halves 4' and 5 '. When the coolant pressure is lowered further, the evaporation then spreads over the entire outer surface of the molded shell 4 '. 5 'off. The more coolant evaporates due to the pressure drop, the faster the casting in the mold cavity 16 'is cooled. The steam generated in the cooling rooms 8 'can flow back via the steam discharge lines 27 and 28 and collecting lines 29 to the storage container 26, where it condenses again. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the casting which is formed in the mold cavity 16 'has a hub in its center which has a larger material accumulation than the peripheral regions of the casting. If, for example, you now want the hub to cool to the demoulding temperature as quickly as the adjacent areas, it is sufficient to lower the coolant pressure in the cooling spaces 8 'only to such an extent that the evaporation of the coolant is initially only triggered in the area of the hub, which initially only results in cooling of this area. If the pressure is subsequently reduced further until the evaporation of the cooling liquid starts on the entire outer surface of the molded shell 4, 5, not only the cooling rate in the hub but also that in the adjacent cast part areas is further accelerated. In this embodiment, too, those parts of the molded shell 4, 5 are cooled most intensely where the heat accumulation is greatest and thus the same cooling rate is brought about in the cast part regions of different cross-section.

Bei diesem Ausführungsbeispiel übernimmt die in den Kühlräumen 8' gefangene Kühlflijssig- keit 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. 1, bei der ein Dampfdruck angenähert gleich dem Atmosphärendruck auftritt, hierbei bis zur Höhe des Einpreßdruckes ansteigen.In this embodiment, in the cooling spaces 8 'jssig- caught Kühlfl i ness together with the abutment surfaces of the outer mold plates 1' takes over, 2 'along the circumference of shell mold the function of the supporting rods 3 in the first embodiment. In contrast to the embodiment according to FIG. 1, in which a steam pressure occurs approximately equal to the atmospheric pressure, the pressure of the steam generated in the cooling phase can rise up to the level of the injection pressure.

Claims (18)

1. A method of die casting a molten metal in a die casting mold which comprises at least one mold cavity (16) surrounded by a thin-walled shell-like mold of a metallic material of high thermal conductivity and wherein the casting to be formed therein is cooled to mold release temperature with assistance from a cooling medium acting upon the thin-walled shell-like mold from at least one cooling chamber (8) of the die casting mold which is adjacent to the mold cavity with attendant evaporation of the cooling medium, the cooling medium eventually filling the cooling chamber (8) and being precompressed to a pressure exceeding atmospheric pressure, characterised in that the molten metall is admitted into the mold cavity (16) while its temperature exceeds the melting temperature whereby the shell-like mold is heated exclusively by the metall to a temperature approaching the solidification temperature of the metal, and in that the evaporation of liquid cooling medium at the external surface of the thin-walled shell-like mold is initiated during a cooling stage which follows the completion of the mold filling operation.
2. A method according to Claim 1, characterised by such magnitude of the superatmospheric pressure which is applied to the cooling liquid filling the cooling chamber (8) that it prevents evaporation of the cooling liquid during filling of the mold cavity.
3. A method according to Claim 1 wherein the evaporation of cooling liquid during the cooling stage is initiated by spraying the external surface of the thin-walled shell-like mold, characterised in that spraying of the shell-like mold takes place at a locally variable intensity in dependency on the wall thickness of the casting which undergoes solidification in the mold cavity.
4. A method according to Claims 1 and 2 or 3, characterised in that the evaporation is initiated simultaneously along the entire external surface of the shell-like mold.
5. A method according to Claim 1, characterised in that the mold filling operation takes place simultaneously with evacuaf an of the mold cavity.
6. A method according to Claim 1, characterised in that the mold filling operation takes place against the counterpressure of a gas.
7. A method according to Claim 2, characterised in that the cooling velocity is selected by influencing the pressure of the cooling liquid.
8. A method according to one of Claims 1, 5 or 6, characterised in that the mold filling operation is carried out at a velocity of 5 to 20 cm/s.
9. A method according to one of Claims 1, 5, 6 or 8, characterised in that, upon completion of the mold filling operation, the cast metal is subjected to a final pressure of at most 2 . 106 Pa.
10. Apparatus for the practice of the method according to one of claims 1 to 9 in a die casting machine with a die casting mold which comprises at least one mold cavity (16,16') which is surrounded by thin walls consisting of a metallic material having a high thermal conductivity and outer mold plates (1, 2, 1', 2') which are disposed at a distance from the heatable thin-walled shell-like mold (4, 5, 4', 5') and each of which is connected therewith by at least one supporting body (3, 26) which is capable of withsanding axial pressures, as well as devices for cooling the shell-like mold (4, 5, 4', 5') by evaoperation of a cooling liquif (26) at its external surface, characterised in that in lieu of a mold heating device the metal of the casting constitutes a heat donor for the heating of the thin-walled shell-like mold (4, 5, 4', 5') which is braced against the outer mold plates (1, 2, 1', 2'), and by the provision of means for regulating the intensity of evaporation of the cooling liquid (26).
11. Apparatus according to Claim 10, characterised by the provision of a single coherent cooling chamber (8) which is disposed between the shell-like mold (4, 5) and the outer mold plates (1, 2) and is in continuous direct communication with the surrounding atmosphere.
12. Apparatus according to claims 10 and 11 with supporting rods (3) which extend through the cooling chamber (8) to brace the thin wall of the shell-like mold (4, 5) against the outer mold plates (1, 2), characterised in that the supporting rods consists of a material having a low thermal conductivity and exhibit a large length-to-diameter ratio.
13. Apparatus according to Claims 10 to 12 wherein a plurality of spray nozzles (11) is provided on each of the outer mold plates (1, 2) and such nozzles are directed against the confronting wall surfaces of the shell-like mold (4, 5), characterised by such disposition of spray nozzles (11) that their spray cones overlap one another in order to ensure gap-free spraying of wall surfaces at both sides of the shell-like mold (4,5).
14. Apparatus according to Claims 13, characterised by individual adjustability of the distance between the spray nozzles (11) and the shell-like mold (4,5).
15. Apparatus according to Claim 10, characterised in that the cooling chamber between the shell-like mold (4', 5') and the outer mold plates (1', 2') is divided into two self-contained halves (8') which are continuously filled by a cooling liquid (26).
16. Apparatus according to Claims 15, characterised by discrete inlet valves (21, 22) and an outlet valve (30) for the regulation of the pressure of the cooling liquid (26).
17. Apparatus according to Claims 15 and 16, characterised in that the cooling medium constitutes a liquid (26) whose evaporation temperature at atmospheric pressure exceeds that of water.
18. Apparatus according to one of Claims 10 to 17, characterised in that the material of the thin-walled shell-like mold (4, 5, 4', 5') is resistant to elevated temperatures.
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