EP1080809A1

EP1080809A1 - Method for controlling the distribution of quantity of liquid metal

Info

Publication number: EP1080809A1
Application number: EP00114000A
Authority: EP
Inventors: Friedrich Georg Stummer
Original assignee: Mueller Weingarten AG
Current assignee: Mueller Weingarten AG
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-07-01
Publication date: 2001-03-07
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: EP1080809B1; DE50009534D1; JP4660660B2; ES2237367T3; DE19941430A1; US6379609B1; ATE289238T1; JP2001079654A

Abstract

Regulating the metal dosing in a vacuum die casting machine comprises measuring the metal melt (6) within the heat maintaining oven (7) by determining the actual value using as sensor (11, 12, 13) to exactly determine the melt dose in a casting chamber (9); comparing the measured values with theoretical values in a computer (14); and regulating an evacuation device (15) and/or a vacuum valve (5). Preferred Features: The flow through time and/or the flow through amount is regulated at the vacuum valve. The temperature of the melt is measured using a sensor (12), the sensor being connected to the computer.

Description

description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Metalldosierung von Druckgiessmaschinen bei denen die Dosierung durch Unterdruck erfolgt.The invention relates to a method for regulating the Metal dosing of die casting machines where the Dosing is done by negative pressure.

State of the art

Aus der EP 0 051 310 B1 ist eine Druckgiessmaschine bekannt geworden, die nach dem sogenannten Vakuum-Druckgiessverfahren arbeitet. Bei diesem Verfahren wird die Metallschmelze aus einem Warmhalteofen über ein Ansaugrohr in die Giesskammer mittels Unterdruck angesaugt, wobei der Unterdruck über einen Absaugkanal in der Formteilungsfläche der Gießform aufgebracht wird. Der an der Giessform angelegte Unterdruck soll im wesentlichen 2 Funktionen erfüllen:
Zum einen die Entgasung der Giesskammer und der Form durchführen und zum anderen die zur Teileherstellung erforderliche Metallmenge aus dem Warmhalteofen in die Giesskammer ansaugen. Ein wesentlicher Faktor für die Qualität der Gusswerkstücke ist dabei die Dosiergenauigkeit. Eine hohe Dosiergenauigkeit erfordert auch die entsprechende Einregelung der Maschinen-parameter zur Erzielung der gewünschten Prozess-Sicherheit. From EP 0 051 310 B1 a die casting machine has become known which works according to the so-called vacuum die casting method. In this method, the molten metal is sucked from a holding furnace into the casting chamber by means of a suction pipe by means of a vacuum, the vacuum being applied via a suction channel in the mold dividing surface of the casting mold. The negative pressure applied to the casting mold should essentially fulfill two functions:
On the one hand carry out the degassing of the casting chamber and the mold and on the other hand suck in the amount of metal required for the production of parts from the holding furnace into the casting chamber. An essential factor for the quality of the cast workpieces is the dosing accuracy. A high dosing accuracy also requires the corresponding adjustment of the machine parameters to achieve the desired process reliability.

Ein bewährtes Verfahren für eine gute Dosiergenauigkeit ist in der DE 41 12 753 A1 offenbart. Mittels einer Messeinrichtung wird durch einen Sensor der Füllstand in der Giesskammer gemessen. Dieses Verfahren ist jedoch nur geeignet für Kaltkammer-Druckgiessmaschinen, bei denen die Dosierung z.B. durch einen Dosierlöffel in eine Öffnung der Giesskammer erfolgt. Die Funktion und die Messgenauigkeit eines Sensors zur Niveaumessung ist in der EP 0 014 301 ausführlich beschrieben. Eine nach dem Vakuumverfahren betriebene Druckgiessmaschine arbeitet in einer Art geschlossenem System, d.h. eine externe Dosierung findet nicht statt. Eine in der Regel nach oben gerichtete Dosieröffnung in der Giesskammer, wie in der DE 41 12 753 beschrieben, ist nicht vorhanden und das Verfahren der Füllstandsmessung in der Giesskammer somit nicht problemlos anwendbar.A proven method for good dosing accuracy is disclosed in DE 41 12 753 A1. By means of a The level in the measuring device is checked by a sensor Casting chamber measured. However, this procedure is only suitable for cold chamber die casting machines where the Dosage e.g. through a measuring spoon into an opening of the Casting chamber takes place. The function and the measuring accuracy of a sensor for level measurement is in EP 0 014 301 described in detail. One after the vacuum process operated die casting machine works in a kind closed system, i.e. an external dosage is found not instead. Usually an upward one Dosing opening in the casting chamber, as in the DE 41 12 753 described is not available and that Process of level measurement in the casting chamber not easily applicable.

Object and advantage of the invention

Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 stellt sich die Aufgabe ein Verfahren vorzuschlagen, welches für Vakuum-Druckgiessmaschinen eine hohe Dosiergenauigkeit der Metallschmelze gewährleistet.The invention with the characterizing features of the claim 1 the task is to propose a method which is high for vacuum die casting machines Dosing accuracy of the molten metal guaranteed.

Das Wesen der Erfindung besteht nun darin, das Verfahren aus der DE 41 12 753 A1 des Erfinders so weiter zu entwickeln, dass eine Verwendung bei Vakuum-Druckgiessmaschinen möglich ist. Da eine Niveaumessung in der Giesskammer nicht auf einfache Weise durchführbar ist, wird die entsprechende Messung in dem Warmhalteofen durchgeführt. Zu diesem Zweck wird eine Sonde in den Warmhalteofen eingebaut, die die Füllhöhe der Schmelze und deren Veränderung während der Dosierphase erfasst. Da die Erfindung nicht auf die Messung einer Niveauveränderung beschränkt ist, sondern einen kompletten Regelkreis vorschlägt, wird aus dem Signal der Sonde ein Istwert gebildet und dieser mit einem Sollwert verglichen. Der Sollwert wird ermittelt aus den für eine optimale Teileproduktion erforderlichen Parametern und mit zulässigen Toleranzen versehen. Das Ergebnis des Vergleichs von Soll- und Istwert wird in einem Rechner derart verarbeitet, dass Dosierparameter wie z.B. Unterdruck und Dosierzeit für eine optimale Giessteilproduktion eingeregelt werden. Zu diesem Regelprozess sind im Rechner mathematische und physikalische Formeln und Regeln enthalten die durch giesstechnisches Fachwissen ergänzt werden. Der Rechner wird dadurch in die Lage versetzt, die jeweils optimalen Verfahrensparameter zu ermitteln und die Werte an die Maschinensteuerung zur Durchführung von Regelvorgängen weiterzuleiten. Die Niveaumessung kann dabei durch weitere Messparameter ergänzt werden.The essence of the invention now consists of the method to further develop the inventor's DE 41 12 753 A1, that use in vacuum die casting machines is possible is. Because a level measurement in the casting chamber does not show up is simple to carry out, the corresponding Measurement carried out in the holding furnace. To this end a probe is installed in the holding furnace, which Fill level of the melt and its change during the Dosing phase recorded. Since the invention is not based on measurement a level change is limited, but one proposes complete control loop, is from the signal of the An actual value is formed by the probe and this with a setpoint compared. The setpoint is determined from that for a optimal part production required parameters and with allowable tolerances. The result of the comparison In a computer, the setpoint and actual value become like this processed that dosing parameters such as Negative pressure and Dosing time adjusted for optimal cast part production become. There are mathematical calculations for this control process in the computer and physical formulas and rules contain the by technical expertise in casting. The calculator will thereby being able to find the optimal one Determine process parameters and the values to the Machine control for carrying out control processes forward. The level measurement can be done by further Measurement parameters can be added.

Beispielhaft kann die Ofenfüllung durch das Ofengewicht ermittelt werden oder die temperaturabhängige Viskosität der Metallschmelze durch die entsprechende Auswertung einer Temperaturmessung. Auch eine Überwachung der Ansaugzeit ist an einem Vakuumventil vorgesehen. Eine sollwertüberschreitung ist dabei ein Hinweis auf eine Funktionsstörung bzw. auf eine fehlerhafte Teileproduktion, wenn die erforderliche Dosiermenge in diesem Zeitraum nicht durch einen Niveausensor bestätigt wurde. Alle diese Massnahmen dienen dem Ziel der Qualitätserhöhung und somit der Minimierung von Ausschussteilen. Da der gesamte Giessprozess gekennzeichnet ist durch eine grosse Zahl von Einflüssen, ist es wichtig die einzelnen Parameter sicher zu beherrschen. So hängt von der Dosiergenauigkeit nicht nur die Geometrie und Gefügequalität des Giessteiles ab, sondern auch zu deren Erzielung etliche Einstellparameter der Druckgiessmaschine. Beispielhaft gilt dieses für die Umschaltpunkte der druck- oder wegabhängigen Zuschaltung der einzelnen Giessphasen, ebenso ist die Kenntnis von Temperatur und Viskosität der Metallschmelze erforderlich für die Regelung der Giessgeschwindigkeit und den spezifischen Giessdrücken. Die Einbringung von speziellen druckgiesstechnischem Fachwissen in Verbindung mit einem Rechnereinsatz ermöglicht auch eine wesentlich komplexere Analyse der Istdaten und deren Verwendbarkeit. So kann z.B. eine vermeintlich zu geringe Schmelzetemperatur durch eine Erhöhung des Unterdruckes und damit Reduzierung der Dosierzeit doch zu Gutteilen führen. Druckgiesstechnisches Fachwissen beinhaltet auch die Kenntnis des Strömungsverhaltens der Metallschmelze. So wird in der Ansaug- und Dosierphase ein hoher Unterdruck von z.B. 50 mbar angestrebt, wodurch im Bereich einer Drossel, die im Einströmbereich des Ansaugrohres angebracht ist, günstige Einströmgeschwindigkeiten von ca. 4 + 10 m/s auftreten.The furnace filling can be exemplified by the furnace weight be determined or the temperature-dependent viscosity of the Molten metal through the appropriate evaluation of a Temperature measurement. Monitoring of the suction time is also necessary provided on a vacuum valve. A setpoint violation is an indication of a malfunction or a defective parts production when required Dosing quantity during this period not by a level sensor has been confirmed. All of these measures serve the goal of Quality increase and thus the minimization of Committee parts. Because the entire casting process is marked is due to a large number of influences, it is important that to master individual parameters safely. So depends on the Dosing accuracy not only the geometry and structure quality of the casting part, but also several to achieve them Setting parameters of the die casting machine. The following applies as an example this for the switching points of the pressure- or path-dependent Activation of the individual casting phases, as is the Knowledge of the temperature and viscosity of the molten metal required for the regulation of the casting speed and the specific casting pressures. The introduction of special die casting know-how in connection with a Computer use also enables a much more complex Analysis of the actual data and its usability. For example, a supposedly too low melt temperature due to a Increasing the vacuum and thus reducing the Dosing time lead to good parts. Die casting technology Expertise also includes knowledge of the Flow behavior of the molten metal. So in the Suction and dosing phase a high negative pressure of e.g. 50 mbar aimed, whereby in the area of a choke, which in the Inflow area of the intake pipe is attached, cheap Inflow velocities of approx. 4 + 10 m / s occur.

Mit dem vorgeschlagenen Dosierverfahren ist durch geringen Aufwand eine hohe Prozess-Sicherheit erreichbar. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemässen Verfahrens angegeben.With the proposed dosing method is by low High process reliability can be achieved. In the Advantageous further developments and Improvements in the method according to the invention are indicated.

In der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sind weitere Einzelheiten und Vorteile näher erläutert.In the following description of an embodiment further details and advantages are explained in more detail.

Description of the invention

Die Figur zeigt die teilweise Darstellung einer Vakuum-Druckgiessmaschine. Auf der angedeutete festen Aufspannplatte 1 ist die feste Formhälfte 2 aufgespannt. Die bewegliche Formhälfte 3 ist auf der beweglichen Ausspannplatte 4 befestigt. Die Formhälften 2, 3 sind im geschlossenem Zustand dargestellt. Das die Entgasung und Dosierung regelndes Vakuumventil 5 ist auf der beweglichen Formhälfte 3 befestigt. Das Vakuumventil 5 steht in Wirkverbindung mit einer nicht näher dargestellten Evakuiereinrichtung 15. Die flüssige Schmelze 6 befindet sich im Warmhalteofen 7. Die Ansaugung der Schmelze 6, durch das regelbare Vakuum, findet über das Saugrohr 8 in die Giesskammer 9 statt. Das Saugrohr 8 ist so gestaltet, dass auf der Einströmseite eine Drosselstelle bzw. Querschnittsverengung angebracht ist. Das Mass für die Querschnittsverengung richtet sich nach dem gewünschten Ansaugvolumen und damit nach dem Teilegewicht. Insbesondere wird ein Querschnitt gewählt, der jeweils optimale Strömungsverhältnisse bzw. Einströmgeschwindigkeiten von ca. 4 + 10 m/s gewährleistet. Die eigentliche Einbringung der dann in der Giesskammer 9 befindlichen Schmelze in den Formhohlraum der Form 2, 3 geschieht durch das Vorverfahren von Giesskolben 10. Die Giesskolbengeschwindigkeit ist regelbar und abhängig von den Verfahrensschritten:

1. Überfahren der Ansaugöffnung mit geringer Geschwindigkeit

2. Hohe Geschwindigkeit zur Formfüllung

3. Reduzierende Geschwindigkeit bis auf Null, bei hohem Druck zur Schmelzeverdichtung im Formhohlraum.

The figure shows the partial representation of a vacuum die casting machine. The fixed mold half 2 is clamped on the indicated fixed platen 1. The movable mold half 3 is fixed on the movable clamping plate 4. The

mold halves

2, 3 are shown in the closed state. The vacuum valve 5 regulating the degassing and metering is fastened on the movable mold half 3. The vacuum valve 5 is operatively connected to an evacuation device 15, not shown in detail. The liquid melt 6 is located in the holding furnace 7. The suction of the melt 6, by means of the controllable vacuum, takes place via the suction pipe 8 into the casting chamber 9. The suction pipe 8 is designed such that a throttle point or cross-sectional constriction is provided on the inflow side. The measure for the cross-sectional constriction depends on the desired intake volume and thus on the part weight. In particular, a cross-section is selected which ensures optimal flow conditions and inflow velocities of approx. 4 + 10 m / s. The actual introduction of the melt then located in the casting chamber 9 into the mold cavity of the

molds

2, 3 takes place through the preliminary process of the casting piston 10. The casting piston speed is adjustable and depends on the process steps:

1. Passing over the suction opening at low speed

2. High speed for mold filling

3. Reducing speed to zero, at high pressure for melt compression in the mold cavity.

Massgeblich für die Dosierung der Schmelze 6 in der Giesskammer 9 ist das Vakuum, wobei die Ansaugzeit über das Vakuumventil 5 geregelt wird. Einfluss auf die Dosiermenge haben verschiedene Parameter wie z.B. die Größe des Unterdruckes, die Dosierzeit als Funktion der Regelung des Vakuumventil 5, das Niveau der Schmelze 6 im Warmhalteofen 7, die Ansaughöhe der Schmelze 6 bezogen auf die Einbauhöhe der Giesskammer 9, die Temperatur der Schmelze 6 auch als Rückschluss auf die Viskosität.Decisive for the dosing of the melt 6 in the Casting chamber 9 is the vacuum, the suction time over the Vacuum valve 5 is regulated. Influence on the dosing quantity have different parameters such as the size of the Vacuum, the dosing time as a function of the regulation of the Vacuum valve 5, the level of the melt 6 in the holding furnace 7, the suction height of the melt 6 based on the installation height of the Casting chamber 9, the temperature of the melt 6 also as Conclusion on the viscosity.

Zur Erfassung von Einflussgrössen sind im Warmhalteofen 7 beispielhaft Istwertaufnehmer 11, 12, 13 angedeutet. So kann Sonde 11 das jeweilige Niveau und dessen Veränderung während der Dosierung erfassen. Eine Temperaturmessung der Schmelze kann durch Messaufnehmer 12 erfolgen und die Gewichtsmessung des Schmelzebades erfolgt durch Wiegeeinrichtung 13. Diese Messwertaufnehmer sind zur Analyse und Verarbeitung der Istwerte mit einem Rechner 14 verbunden. Neben dem Soll-Istwertvergleich werden dann im Rechner 14 mit Hilfe der mathematischen, physikalischen, giesstechnischen und maschinenspezifischen Gegebenheiten die optimalen Regelparameter ermittelt. Diese Parameter dienen zur Regelung der Vakuumeinrichtung und damit zur Erzielung einer hohen Dosiergenauigkeit. Als Ausgabewert von Rechner 14 kann somit z.B. die Ansteuerzeit des Vakuumventil 5 oder die Grösse des Unterdruckes geregelt werden.In the holding furnace 7 Actual value pickups 11, 12, 13 are indicated by way of example. So can Probe 11 the respective level and its change during the dosage. A temperature measurement of the melt can be done by sensor 12 and the weight measurement of the melt pool is carried out by weighing device 13. This Measurement sensors are for analysis and processing of the Actual values are connected to a computer 14. In addition to the target / actual value comparison are then in the computer 14 using the mathematical, physical, casting and machine-specific conditions the optimal Control parameters determined. These parameters are used for regulation the vacuum device and thus to achieve a high Dosing accuracy. The output value from computer 14 can thus e.g. the activation time of the vacuum valve 5 or the size of the Negative pressure can be regulated.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel des Verfahrens beschränkt. Sie umfasst auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und Ausgestaltungen im Rahmen des erfinderischen Gedankens.The invention is not based on the described Embodiment of the method limited. it includes also rather all professional training and Refinements within the scope of the inventive idea.

Claims

Process for regulating metal dosing in vacuum die casting machines, where the dosage by vacuum and by actuating a vacuum valve (5), characterized in that for the precise determination of the Metering of the molten metal (6) in a casting chamber (9) Molten metal (6) within a holding furnace (7) Actual value determination by sensor (11, 12, 13) is measured and that a comparison of the measured values with target values in a computer (14) is carried out and via computer (14) Evacuation device (15) and / or vacuum valve (5) regulated becomes.

A method according to claim 1, characterized in that on the vacuum valve (5) the flow time and / or the Flow rate is adjustable.

A method according to claim 1, characterized in that in the event of a deviation that is outside the tolerance value the computer (14) determines a control value as Control variable on an evacuation device (15) and / or Vacuum valve (5) acts.

A method according to claim 1, characterized in that a measurement of the fill level of the melt (6) in the Holding furnace (7) during the melt suction Level sensor (11) takes place and the level sensor (11) in Connection to a computer (14) is.

A method according to claim 1, characterized in that a measurement of the temperature of the melt (6) in the holding furnace (7) by temperature sensor (12) and the Temperature sensor (12) in connection with a computer (14) stands.

A method according to claim 1, characterized in that a weight measurement of the melt (6) by a Weighing device (13) takes place and this in connection with a computer (14).

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the measured values of the Sensors (11, 12, 13) in the computer (14) can be evaluated and possibly a controlled variable via an algorithm can be generated.

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the controlled variable Vacuum and / or the switching function of the vacuum valve (5) and / or regulates the movement of the casting piston 10.

A method according to claim 1, characterized in that an actual value violation, in particular a deviation of the Dosing time at the vacuum valve (5) based on the suction volume the melt (6) in the casting chamber (9) this as Malfunction and / or for good or reject analysis is usable.

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the negative pressure of the Evacuation device (15) is regulated so that the Inflow rate of the molten metal (6) into the Suction pipe (8) is 4 to 10 m / s.