EP1201334A1 - Verfahren zum Betrieb einer Warmkammerdruckgiessmaschine und Warmkammerdruckgiessmaschine hierfür - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer Warmkammerdruckgiessmaschine und Warmkammerdruckgiessmaschine hierfür Download PDF

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EP1201334A1
EP1201334A1 EP00123326A EP00123326A EP1201334A1 EP 1201334 A1 EP1201334 A1 EP 1201334A1 EP 00123326 A EP00123326 A EP 00123326A EP 00123326 A EP00123326 A EP 00123326A EP 1201334 A1 EP1201334 A1 EP 1201334A1
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EP
European Patent Office
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casting
pressure
hot chamber
die casting
drive
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Oskar Frech GmbH and Co KG
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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
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/32—Controlling equipment
    • 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
    • B22D17/02—Hot chamber machines, i.e. with heated press chamber in which metal is melted
    • B22D17/04—Plunger machines

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a hot chamber die casting machine with the metal melting from the casting tank via a riser hole, a mouthpiece and a connection is pressed into a mold.
  • the invention relates also a hot chamber die casting machine using this method can be carried out.
  • the liquid metal is passed through a Casting container and a plunger conveyed into the mold.
  • the The casting container and the casting piston are constantly there in the metal bath.
  • the piston movement and also at the end of the Piston movement occurs depending on the molten metal temperature Losses between piston rings and casting container bore.
  • At the Warm chamber processes can therefore be used when casting zinc, which has a metal bath temperature of about 420 ° C, about 300bar metal pressure can be generated at the end of the filling process.
  • die casting magnesium with a metal bath temperature of approx. 650 ° C only about 250bar metal pressure can also be used Be reached at the end of the filling process.
  • cold chamber die casting processes (DE 29 22 914 C2), in which the mold filling phases take place in a similar manner, such as in the hot chamber die casting process.
  • cold chamber processes in the case of the casting container and casting piston not in the liquid Located in the melt, it is possible to have higher final pressures of the order of 400 bar to 700 bar. This means, that because of the high metal pressure in the cold chamber process it is possible to manufacture parts with higher density. This in turn means less porosity in the die casting, higher strength and elongation values and higher surface density.
  • the filling process takes Form about 7ms to 20ms.
  • the maximum casting pressure acts on the already in the mold cavity through the connection metal.
  • the thickness of the connection depends on the wall thickness and surface quality of the parts as well post-processing is and the thinnest wall thickness of the Connection is the thickness of the gate, the molten metal freeze first at this point. This will make the Connection from the mold cavity completed and that from the casting piston reprint can no longer or not more fully effective.
  • the thinnest wall thickness of a gate e.g. with a zinc part 0.3mm to 0.6mm and with a magnesium part is 0.4mm to 0.8mm. By in this area Any cooling that occurs solidifies the material at this point quite fast.
  • the present invention is based on the object to ensure a process of the type mentioned at the outset that despite the lower in the hot chamber die casting process Final pressures can be achieved by die casting have the same properties as those used in the cold chamber process have been produced.
  • one of the methods described in the introduction mentioned type suggested that at the end of the mold filling process at least in the narrowest cross-section of the connection a pressure oscillation is generated, which the melt on prevents rapid freezing.
  • a pressure oscillation is generated, which the melt on prevents rapid freezing.
  • the timer can Pressure can be increased after a certain period of time, whereby the pulsation is maintained, so that when the Melt has reached the so-called semi-solid phase, which highest compression occurs. In this phase it forms no more burrs on the outer contours of the die-cast part.
  • the pulsating pressure by superimposing the Drive generated with a vibration.
  • This vibration can be approximately 300 Hz in a development of the invention and can with a predetermined deceleration of the plunger speed be initiated.
  • the plunger speed can be determined in a known manner depending on the path, so that there is no problem in determining the time at which the pulsating pressure is required.
  • the pressure compared to the maximum casting pressure can be pulsedly reduced or increased. whereby, as previously indicated, the pressure in the final phase decreased during a first short period of time and is increased during a second period of time before the complete Solidification of the melt occurs.
  • the invention also relates to a hot chamber die casting machine, with which the new procedure can be carried out.
  • This Hot chamber die casting machine has a casting piston drive and a control device therefor, the casting piston drive a switchable in the final phase of the filling process Is assigned to the pulsation device, whose vibrations the drive axis of the casting piston act.
  • the casting piston drive with an electromotive driven plunger is provided, the pulsation device from the electrical Servo drive and from an acting on it Control device exist, this control device as one operated by a suitably designed software can be electronic calculator.
  • the servo drive itself can be a brushless electric motor with low momentum his. Such a drive largely avoids the impact of inertial forces on the casting piston, but which in known manner by the interposition of a resilient Element between drive motor and casting piston or mitigated by controlled delimitation of the servo drive can be.
  • Fig. 1 shows the press-in unit of a hot chamber die casting machine for processing metal melts, the rest arranged in a known manner in the melt bath Pouring container, one that can be moved in it via the press-in unit Pouring piston and with a riser hole and one the ends of which are provided with a mouthpiece.
  • Mouthpiece fed the molten metal via a connection to the mold become.
  • the threaded spindle 3 is sealed in a protective housing 5.
  • Nut 4 out with a guide cam 6 in a groove 7th engages within the housing 5 and thereby in the housing 5 is guided non-rotatably.
  • the mother 4 stands over the one free end of the spindle 3 overlapping extension 8 with a Push rod 9 in connection, which in turn seals led out of the housing 5 and with an extension 10 with smaller diameter is provided.
  • a first disc 11 On the extension 10 is movably guided a first disc 11, which is connected to a pressure sensor 12 is present, for example in the manner of a piezoelectric Element can be executed.
  • This pressure sensor 12 stands over a signal line 13 with a multi-parameter controller 20 in connection, via which the engine 1 in its Speed is regulated.
  • a sleeve 14 with an end plate 15 slidably mounted, between the end plate 15 and the disk 11 bearing on the pressure sensor 12 a spring element in the form of a plastic ring 16 is arranged which is also penetrated by the extension 10.
  • the sleeve 14 is at the end facing away from the disc 15 with a connection end 17 for connection to the not shown
  • Provide casting piston with the free end of the extension 10 provided with a shoulder 18 of larger diameter is that holds the sleeve on the extension 10 and also for a certain Biasing of the plastic ring 16 can serve.
  • This Paragraph 18 is the distance a from an inner end surface 19 of the sleeve 14 removed.
  • This press-in unit is put into operation set when the molten metal in a known manner the crucible of a hot chamber die casting machine pressed into the mold shall be.
  • the electric drive 1 is the Multi-parameter controller 20 stimulated to rotate the spindle 3, which causes the nut 4 from the shown Position runs down along the spindle 3 and while doing so the push rod 9 also presses down, with the speed required for filling the mold.
  • the spindle When the mold is filled, the spindle must turn 3 switched from speed control to torque control become. To avoid the pouring plunger in in this case due to the mass moment of inertia of the drive to that in the mold presses incompressible melt and thereby undesirable Pressure peaks occur in the drive mechanism, leading to a
  • the spring element 16 can cause damage provided that compresses and takes the path that otherwise the pouring plunger would have had to travel back.
  • the arrangement is such that the drive distance traveled is smaller than dimension a.
  • the spring element 16 therefore expresses itself slightly by an amount less than a together and is put under tension.
  • the arrangement can be designed so that the spring element 16 exerted reaction force on the sleeve 14 and on the plunger is large enough to melt the required force due to a force, for example in the order of 7 to 8 tons (70 to 80 kilos N) to effect.
  • Fig. 2 shows that to control the speed and the Torque of the electric motor 1, the controller 20, the target position 21 is specified for the casting piston, with the actual position 22 is compared, which at the output of the drive is removed.
  • the controller 20 is also supplied with the Target speed and the target torque.
  • the resulting one Target speed 24 is a digital, not shown or analog speed and torque control for the motor 1 supplied and the actual speed 25 and the actual torque then leads in a known manner to the supply of Melting material (filling process), for example in the three known mold filling phases.
  • an actual position is reached (22) in which the mold is filled is described in the above Switched to torque control and now here at the time when the ram speed is a predetermined Deceleration value has reached a torque Vibration superimposed.
  • FIG. 3 shows how this press-in process takes place in detail.
  • the mold filling time is plotted on the abscissa and both the piston speed v and the pressure p generated in the melt by the forward-moving casting piston are plotted on the ordinate.
  • FIG. 3 shows that in a first period up to the time period identified by line 26, the filling phase initially takes place at three - or even more - different speeds, then between the time indicated by line 26 and the time indicated by line 27 there is a significant increase in the piston and filling speed. From the point in time on line 27, the mold is filled over the period of time t F. This filling process is therefore carried out at high speed, with the pressure p inevitably also increasing in order to rise again to the final pressure shortly before its final rise when the mold is full, when the piston speed v decreases again to zero.
  • this measure leads to pressure fluctuations occurring during the time periods t 1 and t 2 in the connection between the mold cavity and the mouthpiece of the hot-chamber die casting machine, but also in the entire space occupied by the melt, when the mold is filled.
  • the pressure increase occurring during the period t 2 can therefore still have an effect on the entire mold cavity and on the melt located there.
  • the melt is in the so-called semi-solid phase and the invention makes it possible to achieve the highest compression here.
  • the method according to the invention is based on an exemplary embodiment have been explained, in which the press-in unit over an electric servo motor is operated.
  • a braking point to be specified at the end of the filling process. You can see the appearance Avoid pressure peaks that - like at the beginning mentioned - arise at the end of an unbraked filling process would. The filling speed is therefore before the end of the mold filling reduced, so with this measure parts without Burr can be produced.
  • This braking point to which So there is a predetermined delay, can be the starting point be provided for the pressure vibrations.
  • pouring plunger is very easy to implement because it is sufficient to have appropriate control software to be made available via an electronic computer, which then at the point in time explained with reference to FIG switching to torque control the desired Initiates vibrations.

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Betrieb einer Warmkammerdruckgießmaschine, bei dem nach der Füllung der Form zumindest im engsten Querschnitt der Anbindung zwischen Steigbohrung und Mundstück und Form eine Druckschwingung erzeugt wird, die die Schmelze am schnellen Erstarren hindert. Auf diese Weise wird es möglich, den Nachdruck auf die Schmelze in der Form gegenüber herkömmlichen Warmkammerdruckgießverfahren zu erhöhten, um dadurch Gussteile höherer Qualität zu erreichen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Warmkammerdruckgießmaschine bei dem Metallschmelzen vom Gießbehälter aus über eine Steigbohrung, ein Mundstück und eine Anbindung in eine Form gepresst wird. Die Erfindung betrifft auch eine Warmkammerdruckgießmaschine, mit der dieses Verfahren durchgeführt werden kann.
Beim Warmkammerverfahren wird das flüssige Metall über einen Gießbehälter und einen Gießkolben in die Form gefördert. Der Gießbehälter und der Gießkolben befinden sich dabei ständig im Metallbad. Während der Kolbenbewegung und auch am Ende der Kolbenbewegung entstehen je nach Metallschmelzentemperatur Verluste zwischen Kolbenringen und Gießbehälterbohrung. Beim Warmkammerverfahren können deshalb beim Vergießen von Zink, das eine Metallbadtemperatur von ca. 420°C aufweist, etwa 300bar Metalldruck am Ende des Füllvorganges erzeugt werden. Beim Druckgießen von Magnesium mit einer Metallbadtemperatur von ca. 650°C können nur etwa 250bar Metalldruck ebenfalls am Ende des Füllvorganges erreicht werden.
Es gibt auch Kaltkammerdruckgießverfahren (DE 29 22 914 C2), bei denen die Formfüllphasen in ähnlicher Weise ablaufen, wie beim Warmkammerdruckgießverfahren. Bei Kaltkammerverfahren, bei dem Gießbehälter und Gießkolben sich nicht in der flüssigen Schmelze befinden, ist es möglich, höhere Enddrücke in der Größenordnung von 400bar bis 700bar zu erzeugen. Dies bedeutet, dass es wegen des hohen Metalldruckes beim Kaltkammerverfahren möglich ist, Teile mit höheren Dichte herzustellen. Dies wiederum bedeutet weniger Porosität im Druckgussteil, höhere Festigkeit und Dehnwerte und höhere Oberflächendichte.
Beim Warmkammerdruckgießverfahren dauert der Füllvorgang der Form ca. 7ms bis 20ms. Am Ende des Füllvorganges baut sich, wie bereits erwähnt, der maximale Gießdruck auf. Dieser Gießdruck wirkt über die Anbindung auf das bereits im Formhohlraum befindliche Metall. Da die Dicke der Anbindung abhängig von der Wandstärke und der Oberflächenqualität der Teile sowie der Nachbearbeitung ist und die dünnste Wandstärke der Anbindung die Dicke des Anschnittes ist, wird die Metallschmelze zuerst an dieser Stelle erstarren. Dadurch wird die Anbindung vom Formhohlraum abgeschlossen und der vom Gießkolben her aufgebrachte Nachdruck kann nicht mehr, oder nicht mehr voll zur Wirkung kommen. Zur Erläuterung sei darauf hingewiesen, dass die dünnste Wandstärke eines Anschnittes z.B. bei einem Zinkteil 0,3mm bis 0,6mm und bei einem Magnesiumteil bei 0,4mm bis 0,8mm liegt. Durch die in diesem Bereich auftretende Abkühlung erstarrt das Material an dieser Stelle relativ schnell.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dafür zu sorgen, dass trotz der beim Warmkammerdruckgießverfahren niedrigeren Enddrücke Druckgussteile erreicht werden können, die die gleichen Eigenschaften wie solche aufweisen, die im Kaltkammerverfahren hergestellt worden sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass am Ende des Form-Füllvorganges zumindest im engsten Querschnitt der Anbindung eine Druckschwingung erzeugt wird, die die Schmelze am schnellen Erstarren hindert. Durch Variieren des Druckes wird eine Bewegung in der Metallschmelze erreicht, was dazu führt, dass der vorher erwähnte Anschnittsquerschnitt mit seiner dünnen Wandstärke nicht so schnell zum Erstarren kommt, also nicht "einfriert". Auf diese Weise kann der Druck länger in die Form ein- und damit auch der volumenbedingten Schrumpfung der Schmelze entgegenwirken.
In Weiterbildung der Erfindung kann über ein Zeitglied der Druck nach einer bestimmten Zeitspanne erhöht werden, wobei die Pulsation aufrechterhalten bleibt, so dass dann, wenn die Schmelze die sogenannte Semisolidphase erreicht hat, die höchste Verdichtung eintritt. In dieser Phase bildet sich an den Außenkonturen des Druckgussteiles kein Grat mehr. Durch die Schwingungen, die mit relativ hoher Frequenz eingeleitet werden können, wird der Druck auf das in der Form befindliche Metall voll übertragen. Es entsteht auf diese Weise eine Art Hämmern auf die gefüllte Form, das zu einer Endverdichtung des Materiales führt.
In Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Verfahren, bei dem ein über einen elektromotorischen Antrieb bewegter Gießkolben vorliegt, der pulsierende Druck durch Überlagern des Antriebes mit einer Schwingung erzeugt werden. Diese Schwingung kann in Weiterbildung der Erfindung ca. 300Hz betragen und kann bei einer vorgegebenen Verzögerung der Gießkolbengeschwindigkeit eingeleitet werden. Die Gießkolbengeschwindigkeit lässt sich in bekannter Weise wegabhängig ermitteln, so dass es keine Probleme bereitet, den Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem der pulsierende Druck erforderlich wird.
In Weiterbildung der Erfindung kann der Druck gegenüber dem maximalen Gießdruck pulsierend erniedrigt oder erhöht werden. wobei, wie vorher bereits angedeutet, der Druck in der Endphase während einer ersten kurzen Zeitspanne erniedrigt und während einer zweiten Zeitspanne erhöht wird, ehe die völlige Erstarrung der Schmelze eintritt.
Die Erfindung betrifft auch eine Warmkammerdruckgießmaschine, mit der das neue Verfahren durchgeführt werden kann. Diese Warmkammerdruckgießmaschine besitzt einen Gießkolbenantrieb und eine Steuereinrichtung hierfür, wobei dem Gießkolbenantrieb eine in der Endphase des Füllvorganges zuschaltbare Pulsationseinrichtung zugeordnet ist, deren Schwingungen auf die Antriebsachse des Gießkolbens wirken. Wenn der Gießkolbenantrieb mit einem elektromotorisch angetriebenen Gießkolben versehen ist, kann die Pulsationseinrichtung aus dem elektrischen Servoantrieb und aus einer auf diesen einwirkenden Steuereinrichtung bestehen, wobei diese Steuereinrichtung als ein von einer entsprechend ausgelegten Software betriebener elektronischer Rechner sein kann. Der Servoantrieb selbst kann ein bürstenloser Elektromotor mit niedrigem Schwungmoment sein. Ein solcher Antrieb vermeidet weitgehend die Auswirkung von Trägheitskräften auf den Gießkolben, die aber in bekannter Weise auch durch die Zwischenschaltung eines federnden Elementes zwischen Antriebsmotor und Gießkolben oder durch gesteuerte Abgrenzung des Servoantriebes abgemindert werden können.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
die schematische Darstellung eines Gießkolbenantriebs mit einem Elektromotor und einer Steuereinrichtung zur Erzeugung einer Schwingung,
Fig. 2
eine schematische Blockdarstellung eines Teils der Steueraggregate und
Fig. 3
die Darstellung des Druck- und Volumenverlaufes des Einpressvorganges nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 1 zeigt das Einpressaggregat einer Warmkammerdruckgießmaschine zur Verarbeitung von Metallschmelzen, die im übrigen in bekannter Weise mit einem im Schmelzebad angeordneten Gießbehälter, einem in diesem über das Einpressaggregat bewegbaren Gießkolben und mit einer Steigbohrung und einem an deren Enden angeordneten Mundstück versehen ist. Beim Gießvorgang selbst soll ebenfalls in bekannter Weise über das Mundstück die Metallschmelze über eine Anbindung der Form zugeleitet werden.
Bei dem Einpressaggregat nach Fig. 1 ist ein Elektromotor 1, beispielsweise ein Asynchronmotor oder auch eine andere Variante eines Servomotors mit einem nicht näher gezeigten Getriebe und mit einem Kopplungsteil 2 vorgesehen, der eine Gewindespindel 3 zu einer Drehbewegung antreibt. Die Gewindespindel 3 ist in einem Schutzgehäuse 5 abgedichtet geführt. Auf ihr ist ein mit dem Gewinde der Spindel 3 zusammenwirkende Mutter 4 geführt, die mit einem Leitnocken 6 in eine Nut 7 innerhalb des Gehäuses 5 eingreift und dadurch im Gehäuse 5 unverdrehbar geführt ist. Die Mutter 4 steht über eine das freie Ende der Spindel 3 übergreifende Verlängerung 8 mit einer Schubstange 9 in Verbindung, die ihrerseits abgedichtet aus dem Gehäuse 5 herausgeführt und mit einem Fortsatz 10 mit geringerem Durchmesser versehen ist. Auf dem Fortsatz 10 ist beweglich eine erste Scheibe 11 geführt, die an einem Drucksensor 12 anliegt, der beispielsweise in der Art eines piezoelektrischen Elementes ausgeführt sein kann. Dieser Drucksensor 12 steht über eine Signalleitung 13 mit einem Mehrparameterregler 20 in Verbindung, über den der Motor 1 in seiner Drehzahl geregelt wird.
Auf dem Fortsatz 10 ist außerdem eine Hülse 14 mit einer Endscheibe 15 verschiebbar gelagert, wobei zwischen der Endscheibe 15 und der am Drucksensor 12 anliegenden Scheibe 11 ein Federelement in der Form eines Kunststoffringes 16 angeordnet ist, der ebenfalls von dem Fortsatz 10 durchsetzt ist. Die Hülse 14 ist an dem von der Scheibe 15 abgewandten Ende mit einem Anschlußende 17 zur Verbindung mit dem nicht gezeigten Gießkolben versehen, wobei das freie Ende des Fortsatzes 10 mit einem Absatz 18 größeren Durchmessers versehen ist, der die Hülse am Fortsatz 10 hält und auch für eine gewisse Vorspannung des Kunststoffringes 16 dienen kann. Dieser Absatz 18 ist um die Wegstrecke a von einer inneren Endfläche 19 der Hülse 14 entfernt. Dieses Einpressaggregat wird in Betrieb gesetzt, wenn die Metallschmelze in bekannter Weise aus dem Tiegel einer Warmkammerdruckgießmaschine in die Form gedrückt werden soll. Der Elektroantrieb 1 wird dabei über den Mehrparameterregler 20 zu einer Drehung der Spindel 3 angeregt, was dazu führt, dass die Mutter 4 aus der gezeigten Stellung an der Spindel 3 entlang nach unten läuft und dabei die Schubstange 9 ebenfalls nach unten drückt, und zwar mit der für den Füllvorgang der Gießform notwendigen Geschwindigkeit.
Wenn die Form gefüllt ist, so muss der Drehantrieb der Spindel 3 von Geschwindigkeitsregelung auf Drehmomentregelung umgeschaltet werden. Um zu vermeiden, dass der Gießkolben in diesem Fall bedingt durch das massebedingte Trägheitsmoment des Antriebes weiter auf die in der Form befindliche inkompressible Schmelze drückt und dadurch unerwünschte Druckspitzen im Antriebsmechanismus auftreten, die zu einer Beschädigung führen können, ist das Federelement 16 vorgesehen, das sich zusammendrückt und den Weg aufnimmt, den sonst der Gießkolben zusätzlich zurücklegen hätte müssen.
Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass der vom Antrieb noch zurückgelegte Weg kleiner als das Maß a ist. Das Federelement 16 drückt sich daher um einen Betrag geringfügig kleiner als a zusammen und wird unter Spannung gesetzt. Dabei kann die Anordnung so ausgelegt werden, dass die dann vom Federelement 16 ausgeübte Reaktionskraft auf die Hülse 14 und auf den Gießkolben ausreichend groß ist, um in der Schmelze den erforderlichen Nachdruck aufgrund einer Kraft beispielsweise in der Größenordnung von 7 bis 8 Tonnen (70 bis 80 Kilo N) zu bewirken.
Die Fig. 2 zeigt, dass zur Regelung der Drehzahl und des Drehmomentes des Elektromotors 1 dem Regler 20 die Sollposition 21 für den Gießkolben vorgegeben wird, die mit der Ist-Position 22 verglichen wird, welche am Ausgang des Antriebes abgenommen wird. Zugeführt wird dem Regler 20 außerdem die Sollgeschwindigkeit und das Solldrehmoment. Die daraus resultierende Solldrehzahl 24 wird einer nicht näher gezeigten digitalen oder analogen Drehzahl- und Drehmomentregelung für den Motor 1 zugeführt und die Ist-Drehzahl 25 und das Ist-Drehmoment führt dann in bekannter Weise zur Zufuhr des Schmelzenmaterials (Füllvorgang), beispielsweise in den drei bekannten Formfüllphasen. Beim Erreichen einer Ist-Position (22), bei der die Form gefüllt ist, wird in der vorher erläuterten Weise auf Drehmomentregelung umgeschaltet und hier nun zu dem Zeitpunkt, wo die Gießkolbengeschwindigkeit einen vorgegebenen Verzögerungswert erreicht hat, dem Drehmoment eine Schwingung überlagert.
Die Fig. 3 zeigt, wie dieser Einpressvorgang im einzelnen vor sich geht. In Fig. 3 ist dabei auf der Abszisse die Formfüllzeit aufgetragen und auf der Ordinate sowohl die Kolbengeschwindigkeit v als auch der in der Schmelze durch den vorwärts bewegten Gießkolben erzeugte Druck p. Fig. 3 zeigt, dass in einem ersten, bis zu der durch die Linie 26 gekennzeichneten Zeitabschnitt, die Füllphase zunächst mit drei - oder auch mehr - unterschiedlichen Geschwindigkeiten erfolgt, wobei dann zwischen dem mit der Linie 26 und dem mit der Linie 27 angedeuteten Zeitpunkt eine erhebliche Steigerung der Kolben und Füllgeschwindigkeit stattfindet. Vom Zeitpunkt an der Linie 27 ab erfolgt der Füllvorgang der Form über die Zeitdauer tF. Dieser Füllvorgang erfolgt daher mit hoher Geschwindigkeit, wobei zwangsläufig auch der Druck p entsprechend ansteigt, um kurz vor seinem Endanstieg bei gefüllter Form, wenn die Kolbengeschwindigkeit v wieder bis auf null abnimmt, noch einmal auf den Enddruck anzusteigen.
Die Fig. 3 zeigt nun, dass beim Erreichen eines bestimmten, vorgegebenen Verzögerungswertes VZ von 0,1m pro Sekunde der (vom Wert von etwa 1,2m pro Sekunde abfallenden) Kolben- und Füllgeschwindigkeit dem vom Einpressaggregat (Fig. 1) ausgeübten Druck während einer ersten Zeitspanne t1 eine Schwingung derart überlagert wird, dass ein um den Wert Δp pulsierender Druck steht, dessen Maximalwert bei dem zunächst erreichten Enddruck liegt. In einem zweiten Zeitabschnitt t2 dagegen wird der Druck um einen Wert Δp gegenüber dem ursprünglichen Enddruck erhöht und bleibt dabei aber der ausgelösten Schwingung ausgesetzt.
Diese Maßnahme führt, wie auch eingangs schon erwähnt, dazu, dass bei gefüllter Form in der Anbindung zwischen Formhohlraum und Mundstück der Warmkammerdruckgießmaschine, aber auch im gesamten von der Schmelze eingenommenen Raum Druckschwankungen während der Zeitabschnitte t1 und t2 auftreten. Dies führt dazu, dass auch im engsten Querschnitt der Anbindung, der im Anschnitt auftritt, zu diesem Zeitpunkt ein pulsierender Druck auftritt, der verhindert, dass hier die Schmelze frühzeitig erstarrt und daher die Verbindung zum Formhohlraum abschließt. Die während des Zeitraumes t2 erfolgende Druckerhöhung kann sich daher noch auf den gesamten Formhohlraum und auf die dort befindliche Schmelze auswirken. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Schmelze in der sogenannten Semisolidphase und es wird durch die Erfindung möglich, hier die höchste Verdichtung zu erreichen. In dieser Phase bildet sich an den Außenkonturen des Druckgussteiles in der Form kein Grat mehr. Durch die Schwingungen um den Wert Δp wird der vom Gießkolben auf die Schmelze ausgeübte Druck in einer Art Hammerwirkung auf das sich in der Form befindliche Metall übertragen, das dadurch mehr als sonst beim Warmkammerdruckgießverfahren üblich verdichtet werden kann. Es hat sich gezeigt, dass mit dem neuen Verfahren Druckgussteile erreicht werden können, deren Dichte, Festigkeit und Porosität jenen entspricht, die sonst nur im Kaltkammerdruckgießverfahren herstellbar waren.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert worden, bei dem das Einpressaggregat über einen elektrischen Servomotor betrieben wird. Bei solchen servogesteuerten Maschinen ist es möglich, einen Bremspunkt am Ende des Füllvorgang vorzugeben. Man kann dadurch das Auftreten von Druckspitzen vermeiden, die - wie eingangs auch erwähnt - am Ende eines ungebremsten Füllvorganges entstehen würden. Die Füllgeschwindigkeit wird also vor Ende der Formfüllung reduziert, so dass mit dieser Maßnahme Teile ohne Grat produziert werden können. Dieser Abbremspunkt, zu dem also eine vorgegebene Verzögerung vorliegt, kann als Startpunkt für die Druckschwingungen vorgesehen werden.
Es ist aber durchaus auch denkbar, dass bei Warmkammerdruckgießmaschinen mit einem hydraulisch beaufschlagten Gießkolben die Hydraulik nach Füllung der Form unter entsprechende Druckschwankungen gesetzt wird, so dass auch mit solchen Einpressaggregaten die Erfindung verwirklichbar ist. Denkbar ist es schließlich aber auch, dass gezielt über gesonderte Einrichtungen in der Anbindung und im Anschnitt in der entscheidenden Phase nach Füllung der Form die Schwingungen erregt werden, um auch dann das sogenannte "Einfrieren" der Schmelze in der Anbindung zu verhindern. Eine pulsierende Druckbeaufschlagung über den Gießkolben wäre dann nicht erforderlich.
Die dargestellte Anwendung des neuen Gießverfahrens bei einem Einpressaggregat mit einem elektromotorisch angetriebenen Gießkolben ist allerdings sehr einfach zu verwirklichen, weil es ausreicht, eine entsprechende Software für die Steuerung über einen elektronischen Rechner zur Verfügung zu stellen, der dann zu dem anhand der Fig. 3 erläuterten Zeitpunkt bei der Umschaltung auf Drehmomentsteuerung die gewünschten Schwingungen einleitet.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Warmkammerdruckgießmaschine, bei dem Metallschmelze vom Gießbehälter aus über eine Steigbohrung, ein Mundstück und eine Anbindung in eine Form gepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Form-Füllvorganges zumindest im engsten Querschnitt der Anbindung eine Druckschwingung erzeugt wird, die die Schmelze am schnellen Erstarren hindert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Gießkolben während des Einpressvorgangs in den entsprechenden Formfüllphasen bewegt und am Ende des Füllvorganges mit dem maximalen Gießdruck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkolben am Ende des Füllvorganges mit einem pulsierenden Druck (Δp) beaufschlagt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, mit einem über einen elektromotorischen Antrieb (1) angetriebenen Gießkolben, dadurch gekennzeichnet, dass der pulsierende Druck durch Überlagerung des Antriebes mit einer Schwingung erzeugt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung mit ca. 300Hz erfolgt und einer vorgegebenen Verzögerung (VZ) der Gießkolbengeschwindigkeit eingeleitet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p) gegenüber dem maximalen Gießdruck (pmax) pulsierend erniedrigt oder erhöht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p) in der Endphase während einer ersten kurzen Zeitspanne (t1) erniedrigt und während einer zweiten Zeitspanne (t2) erhöht wird, ehe die völlige Erstarrung der Schmelze eintritt.
  7. Warmkammerdruckgießmaschine für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Gießkolbenantrieb und einer Steuerungseinrichtung hierfür, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gießkolbenantrieb (1) eine in der Endphase des Füllvorganges (tF) zuschaltbare Pulsationseinrichtung zugeordnet ist, deren Schwingungen auf die Antriebsachse (10) des Gießkolbens wirken.
  8. Warmkammerdruckgießmaschine nach Anspruch 7, mit einem elektromotorisch angetriebenen Gießkolben, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsationseinrichtung aus dem elektrischen Servoantrieb (1) und aus einer auf diese einwirkenden Steuereinrichtung (20) besteht.
  9. Warmkammerdruckgießmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) ein von einer entsprechend ausgelegten Software betriebener elektronischer Rechner in der Form eines Mehrparameterreglers (20) ist.
  10. Warmkammerdruckgießmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Servoantrieb (1) ein bürstenloser Elektromotor mit niedrigem Schwungmoment ist.
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