EP1201334B1 - Warmkammerdruckgiessmaschine und Betriebsverfahren hierfür - Google Patents

Warmkammerdruckgiessmaschine und Betriebsverfahren hierfür Download PDF

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EP1201334B1
EP1201334B1 EP00123326A EP00123326A EP1201334B1 EP 1201334 B1 EP1201334 B1 EP 1201334B1 EP 00123326 A EP00123326 A EP 00123326A EP 00123326 A EP00123326 A EP 00123326A EP 1201334 B1 EP1201334 B1 EP 1201334B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
pressure
hot chamber
die casting
casting machine
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00123326A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1201334A1 (de
Inventor
Roland Fink
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.)
Oskar Frech GmbH and Co KG
Original Assignee
Oskar Frech GmbH and Co KG
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 Oskar Frech GmbH and Co KG filed Critical Oskar Frech GmbH and Co KG
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Priority to AT00123326T priority patent/ATE291513T1/de
Priority to ES00123326T priority patent/ES2235736T3/es
Priority to DE50009878T priority patent/DE50009878D1/de
Priority to JP2001296567A priority patent/JP4246423B2/ja
Priority to CZ20013827A priority patent/CZ302923B6/cs
Priority to PL350379A priority patent/PL199828B1/pl
Priority to US09/984,128 priority patent/US6793000B2/en
Publication of EP1201334A1 publication Critical patent/EP1201334A1/de
Priority to HK02105476.0A priority patent/HK1043757B/xx
Application granted granted Critical
Publication of EP1201334B1 publication Critical patent/EP1201334B1/de
Priority to JP2006297663A priority patent/JP2007021585A/ja
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Expired - Lifetime 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
    • 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 hot chamber die casting machine according to the The preamble of claim 1 and a method of operating such Hot chamber die casting machine, at the molten metal from Casting container via a riser hole, a mouthpiece and a connection is pressed into a mold.
  • the liquid metal is passed through a casting container and a casting piston conveyed into the mold.
  • the casting container and the casting piston are constantly in the metal bath. While the piston movement and also at the end of the piston movement arise depending on metal melting temperature losses between piston rings and casting vessel drilling.
  • warm chamber method can therefore when casting zinc, which has a metal bath temperature of approx. 420 ° C, about 300bar metal pressure at the end of the filling process be generated.
  • die casting magnesium at a metal bath temperature from about 650 ° C can only about 250bar metal pressure also be reached at the end of the filling process.
  • Kaltshudruckg intelligent compiler (DE 29 22 914 C2), in which the mold filling phases proceed in a similar manner as in the hot chamber die casting process.
  • the cold chamber method in the casting container and casting irons are not in the liquid melt, It is possible to have higher end pressures of the order of 400bar To produce 700bar. This means that it is because of the high metal pressure in the cold chamber method is possible, parts with higher density manufacture. This in turn means less porosity in the die-cast part, higher strength and elongation values and higher surface density.
  • US 5,560,419 discloses a cold chamber die casting machine and an associated method of operation in which the two mold halves against each other even when the mold is closed are axially movable by the one mold half through an opening in the other mold half is performed.
  • Melt is in the closed Shape over an overhead opening through a central hole introduced through a mold half. After introducing the Melt is a hydraulic pressure piston, on which one of the two Mold halves is fixed, offset in oscillating axial movement to to exert on the melt a pressure oscillation.
  • the filling process takes the form about 7ms to 20ms.
  • the maximum casting pressure on acts over the Connection to the metal already in the mold cavity.
  • the Thickness of the connection depending on the wall thickness and the surface quality the parts as well as the post-processing is and the thinnest Wall thickness of the connection is the thickness of the gate, the molten metal first freeze at this point. This will make the connection completed by the mold cavity and the casting from her applied reprint can no longer, or not fully, to the effect come.
  • the thinnest Wall thickness of a gate e.g. with a zinc part 0.3mm up 0.6mm and with a magnesium part at 0.4mm to 0.8mm. By the cooling occurring in this area solidifies the material this place relatively fast.
  • the present invention is based on the object, in a method of the type mentioned above to ensure that despite the Hot chamber die casting process lower final pressures die castings can be achieved, which have the same properties as those which have been produced in the cold chamber process.
  • the invention proposes a hot chamber die casting machine with the features of claim 1 and an operating method for this purpose with the features of claim 5.
  • a pressure oscillation is generated, which prevents the melt from rapidly solidifying.
  • the pressure can be applied via a timer a certain period of time, while maintaining the pulsation remains so that when the melt is the so-called Semisolid phase has reached the highest compression occurs.
  • this Phase is formed on the outer contours of the diecast no burr more. Due to the vibrations that are initiated at a relatively high frequency can be, the pressure on the metal in the mold fully transmitted. This creates a kind of hammering on the filled mold, which leads to a final compression of the material.
  • the pulsating pressure by superimposing the drive with a vibration be generated.
  • This vibration can in the development of the invention can be about 300Hz and can at a given delay the casting piston speed are initiated.
  • the casting piston speed can be determined in a known way path-dependent, so it does not cause any problems to determine the time, too which requires the pulsating pressure.
  • the pressure compared to the maximum Casting pressure pulsating lowered or increased. being as before already indicated, the pressure in the final phase during a first short period of time and increased during a second period of time becomes, before the complete solidification of the melt occurs.
  • This hot chamber die casting machine has a casting piston drive and a control device for this, wherein the casting piston drive one in the final phase associated with the filling operation switchable pulsation device, whose vibrations act on the drive axle of the casting piston.
  • the casting piston drive with an electric motor driven Casting piston is provided, the pulsation device from the electrical Servo drive and from acting on this control device exist, this control device as one of a corresponding designed software operated electronic computer can be.
  • the servo drive itself can be a brushless electric motor be with low momentum. Such a drive avoids largely the effect of inertial forces on the casting piston, but in a known manner by the interposition of a resilient element between the drive motor and casting piston or be reduced by controlled delimitation of the servo drive can.
  • Fig. 1 shows the Einpressaggregat a hot chamber die casting machine for the processing of molten metals, incidentally arranged in a known manner with a melt bath Casting container, a movable in this via the Einpressaggregat Casting piston and with a riser hole and a whose ends arranged mouthpiece is provided.
  • a melt bath Casting container a melt bath Casting container
  • a movable in this via the Einpressaggregat Casting piston and with a riser hole and a whose ends arranged mouthpiece is provided.
  • an electric motor 1 For example, an asynchronous motor or another variant a servomotor with a gear not shown in detail and provided with a coupling part 2, which is a threaded spindle 3 to a rotary motion drives.
  • the threaded spindle 3 is guided sealed in a protective housing 5.
  • Mother 4 On her is cooperating with the thread of the spindle 3 Mother 4 out with a Leitnocken 6 in a groove. 7 engages within the housing 5 and thereby in the housing. 5 is guided non-rotatably.
  • the mother 4 is about a free end of the spindle 3 cross-extension 8 with a Push rod 9 in conjunction, which in turn sealed led out of the housing 5 and with an extension 10 with is provided with a smaller diameter.
  • a first disc 11 On the extension 10 is movably guided a first disc 11, which is connected to a pressure sensor 12 is applied, for example, in the manner of a piezoelectric Element can be executed.
  • This pressure sensor 12 is connected via a signal line 13 with a multi-parameter controller 20 in connection, about which the engine 1 in his Speed is regulated.
  • a sleeve 14 with an end plate 15 slidably mounted, wherein between the end plate 15 and the voltage applied to the pressure sensor 12 disc 11th a spring element in the form of a plastic ring 16 is arranged is, which is also penetrated by the extension 10.
  • the sleeve 14 is at the end facing away from the disc 15 with a terminal end 17 for connection to the not shown Provided casting piston, the free end of the extension 10 provided with a paragraph 18 of larger diameter is that holds the sleeve on the extension 10 and also for a certain Bias of the plastic ring 16 can serve.
  • This Paragraph 18 is about the distance a from an inner end surface 19 of the sleeve 14 removed.
  • This injection unit is in 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 doing over the Multi-parameter controller 20 is excited to a rotation of the spindle 3, which causes the mother 4 from the shown Position on the spindle 3 along down and running the push rod 9 also pushes down, with the speed necessary for the filling of the mold.
  • the arrangement is made such that the drive distance traveled is less than the measure a.
  • the spring element 16 is therefore expressed slightly by an amount less than a together and is put under tension.
  • the arrangement can be designed so that then the spring element 16 exerted reaction force on the sleeve 14 and on the casting piston is sufficiently large to melt in the the required emphasis due to a force, for example in the order of 7 to 8 tons (70 to 80 kilos N).
  • Fig. 2 shows that for controlling the speed and the Torque of the electric motor 1 to the controller 20, the target position 21 is given 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 fed to the Target speed and the target torque.
  • the resulting Target speed 24 is a not shown in detail digital or analog speed and torque control for supplied to the engine 1 and the actual speed 25 and the actual torque then leads in a known manner to the supply of Melting material (filling), for example in the three known mold filling phases.
  • an actual position (22) in which the mold is filled, in the previously explained Way switched to torque control and here now at the time when the casting piston speed is a predetermined Delay value has reached the torque one Vibration superimposed.
  • FIG. 3 shows how this press-fitting process is going on in detail.
  • the form filling time is plotted on the abscissa and on the ordinate both the piston speed v and the pressure generated in the melt by the forwardly moving casting piston p.
  • FIG. 3 shows that in a first time segment up to the period indicated by the line 26, the filling phase initially takes place with three or more different speeds, in which case between the time indicated by the line 26 and the time indicated by the line 27 a significant increase in the piston and filling speed takes place. From the time at line 27 from the filling of the mold takes place over the period t F. Therefore, this filling process is carried out at high speed, which inevitably also increases the pressure p to increase again shortly before its final increase in filled form when the piston speed v decreases again to zero, once again to the final pressure.
  • this measure leads to pressure fluctuations during the time intervals t 1 and t 2 occurring 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.
  • the pressure increase occurring during the period t 2 can therefore still affect the entire mold cavity and the melt located there.
  • the melt is in the so-called semisolid phase and it is possible by the invention to achieve the highest compression here. In this phase, there is no longer any burr in the shape of the outer contours of the die-cast part.
  • the inventive method is based on an embodiment been explained, in which the Einpressaggregat over an electric servomotor is operated.
  • a braking point at the end of the filling process. You can thereby the occurrence avoid pressure peaks, which - as well as the beginning mentioned - arise at the end of an unrestrained filling would.
  • the filling speed is thus before the end of the mold filling reduced, so with this measure parts without Burr can be produced.
  • This braking point to which So a predetermined delay is present, as a starting point be provided for the pressure oscillations.
  • casting plunger is very easy to realize, because it is sufficient to have appropriate software for the controller via an electronic computer, then at the time explained with reference to FIG switching to torque control the desired Vibrations initiates.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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  • Die Bonding (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Warmkammerdruckgießmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Warmkammerdruckgießmaschine, bei der Metallschmelze vom Gießbehälter aus über eine Steigbohrung, ein Mundstück und eine Anbindung in eine Form gepresst wird.
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. Beim 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 höherer Dichte herzustellen. Dies wiederum bedeutet weniger Porosität im Druckgussteil, höhere Festigkeit und Dehnwerte und höhere Oberflächendichte.
In der Patentschrift US 5.560.419 sind eine Kaltkammerdruckgießmaschine und ein zugehöriges Betriebsverfahren beschrieben, bei denen die beiden Formhälften auch bei geschlossener Form gegeneinander axial beweglich sind, indem die eine Formhälfte durch eine Öffnung in der anderen Formhälfte durchgeführt ist. Schmelze wird in die geschlossene Form über eine oben liegende Öffnung durch eine mittige Bohrung der einen Formhälfte hindurch eingebracht. Nach dem Einbringen der Schmelze wird ein hydraulischer Druckkolben, an dem eine der beiden Formhälften befestigt ist, in oszillierende Axialbewegung versetzt, um auf die Schmelze eine Druckschwingung auszuüben.
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 schlägt die Erfindung eine Warmkammerdruckgießmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Betriebsverfahren hierfür mit den Merkmalen des Anspruchs 5 vor.
Bei dem Verfahren der Erfindung wird 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.
Mit der erfindungsgemäßen Warmkammerdruckgießmaschine kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden. 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. Warmkammerdruckgießmaschine mit einem Gießbehälter, einem Gießkolben, einem Gießkolbenantrieb (1) und einer Steuerungseinrichtung (20) hierfür, um Metallschmelze vom Gießbehälter aus über eine Steigbohrung, ein Mundstück und eine Anbindung in eine Form zu pressen, 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.
  2. Warmkammerdruckgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkolben elektromotorisch angetrieben ist und die Pulsationseinrichtung aus einem elektrischen Servoantrieb (1) und aus einer auf diese einwirkenden Steuereinrichtung (20) besteht.
  3. Warmkammerdruckgießmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) ein von einer entsprechend ausgelegten Software betriebener elektronischer Rechner in der Form eines Mehrparameterreglers (20) ist.
  4. Warmkammerdruckgießmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Servoantrieb (1) ein bürstenloser Elektromotor mit niedrigem Schwungmoment ist.
  5. Verfahren zum Betrieb einer Warmkammerdruckgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende eines Form-Füllvorganges zumindest im engsten Querschnitt der Anbindung eine Druckschwingung erzeugt wird, die die Schmelze am schnellen Erstarren hindert.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkolben während des Einpressvorgangs in den entsprechenden Formfüllphasen bewegt und am Ende des Füllvorganges mit einem pulsierenden maximalen Gießdruck (Δp) beaufschlagt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der pulsierende Druck durch Überlagerung des elektromotorischen Gießkolbenantriebs (1) mit einer Schwingung erzeugt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung mit ca. 300Hz erfolgt und bei einer vorgegebenen Verzögerung (Vz) der Gießkolbengeschwindigkeit eingeleitet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p) gegenüber dem maximalen Gießdruck (pmax) pulsierend erniedrigt oder erhöht wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, 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.
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