EP1478480A1 - Druckgiessmaschine und verfahren zur kolbenschmierung - Google Patents

Druckgiessmaschine und verfahren zur kolbenschmierung

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EP1478480A1
EP1478480A1 EP03706409A EP03706409A EP1478480A1 EP 1478480 A1 EP1478480 A1 EP 1478480A1 EP 03706409 A EP03706409 A EP 03706409A EP 03706409 A EP03706409 A EP 03706409A EP 1478480 A1 EP1478480 A1 EP 1478480A1
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EP
European Patent Office
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filling chamber
piston
tube
release agent
casting machine
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EP03706409A
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English (en)
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Inventor
Georg Plötz
Johann Fackler
Elisabeth Wenzel
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3A Composites International AG
Original Assignee
Alcan Technology and Management Ltd
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Publication date
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Classifications

    • 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
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/2038—Heating, cooling or lubricating the injection unit

Definitions

  • the invention relates to a die casting machine with a movable and a fixed mold half, which in the closed position delimit a mold cavity, a filling chamber for receiving liquid metal, a piston which is slidably displaceable in the filling chamber and sits on a plunger rod for ejecting the liquid metal from the filling chamber and Shoot into the mold cavity, and a device for supplying lubricant for the piston in the filling chamber.
  • the invention further relates to a method for lubricating the piston in the filling chamber of a die casting machine.
  • liquid metal is metered into the filling chamber, ejected from the filling chamber with the piston and injected into the mold cavity.
  • the pistons sliding on the hot cylindrical inner wall of the filling chamber or its piston rings are exposed to high loads. Lubrication of the piston is therefore essential.
  • Today's pistons are made of a Cu-Be alloy or steel. Piston greases and oils as well as granules or pellets are used as lubricants. Graphite-free or graphite-containing piston oils are applied by drip or spray lubrication. With drip lubrication, the piston is applied while it is at the beginning of its stroke. With spray lubrication, the piston is also at the start of its stroke, and spraying takes place through the metal filler opening, i.e. in front of the piston.
  • the piston lubricants commonly used today are based on mineral oil and are therefore not very environmentally friendly.
  • the invention is based on a first object of developing a die casting machine of the type mentioned at the outset in such a way that a piston lubricant is optimally applied to the piston and the inner wall of the filling chamber.
  • a second object of the invention is to provide an improved lubrication method in a die casting machine of the type mentioned at the outset with an environmentally compatible lubricant.
  • the process should at least achieve the lubricating properties of the mineral oil-based lubricants.
  • the object of the invention is that at least one tube or a nozzle with an opening directed against the piston is fixed on the stamp rod, and the tube or the nozzle is connected to a supply container for the lubricant via a feed line.
  • the lubricant can be applied in a simple manner to the piston and the inner wall of the filling chamber.
  • the tube or nozzle is therefore preferably made of thin metal tube or plastic.
  • the tube or the nozzle and possibly part of the feed line may prove expedient to arrange the tube or the nozzle and possibly part of the feed line in a longitudinal groove in the plunger rod.
  • the pipe or the nozzle can be fastened to the stamp rod by means of at least one fastening element, which should also have the lowest possible mass.
  • fastening elements are for example plastic straps such as cable ties or pipe clips made of plastic or metal.
  • a water-based mold release agent during a period in which the piston is at its stroke end after the liquid metal has been shot into the mold cavity, into the space between the plunger rod and the cylindrical inner wall of the Filling chamber is sprayed in the direction of the piston.
  • the mold release agent is preferably a polyethylene primary dispersion with anionic and nonionic emulsifiers, known under the trade name HORDAMER PE 34.
  • the mold release agent can contain waxes such as polyethylene wax and / or oils such as silicone oil.
  • composition of the mold release agent is expediently chosen such that a foam forms in the filling chamber when sprayed. This leads to an optimal wetting of the piston, possibly the piston rings and the inner wall of the filling chamber. The excess water / release agent mixture is removed from the filling chamber when the piston moves back.
  • the mold release agent sprayed into the filling chamber advantageously contains 0.5 to 5% by weight of solids, preferably 1 to 2% by weight of solids, and water as the remainder.
  • FIG. 2 shows a detail of the die casting machine from FIG. 1.
  • a die casting machine 10 shown in FIG. 1 for die casting aluminum alloys has a fixed mold half 14 and a movable mold half 16 which are clamped on a fixed machine plate 12a and on a movable machine plate 12b and which delimit a mold cavity 18 in the closed position.
  • a filling chamber 20 extends in the fixed mold half 14, in which a piston 22 is arranged displaceably.
  • the filling chamber 20 can be filled manually or automatically with liquid metal via an opening 24.
  • the mold cavity 18 is delimited on the side of the filling chamber 20 by a shaped gate 28 and on the opposite side by a vacuum run or mold exit channel 26.
  • the mold cavity 18 is connected via the mold outlet channel 26 to a vacuum valve 30, which in turn is connected to a vacuum container 34 via a suction channel 32 and a shut-off valve 33 connected into the suction channel 32.
  • the vacuum container 34 is evacuated by means of a vacuum pump 36.
  • the piston 22 sits on a plunger rod 38 which is actuated axially in both directions by means of a hydraulic cylinder 40.
  • the piston 22 consists, for example, of a Cu-Be alloy and can be equipped with piston rings 42.
  • the filling chamber 20 is usually made of steel.
  • a pipe piece 44 is mounted on the stamp rod 38, for example in the form of a thin metal pipe or made of plastic.
  • the attachment is carried out via plastic straps 46, for example in the form of cable ties, or via pipe clips.
  • a flexible line 48 for example a Plastic hose or a flexible metal tube connects the tube 44 to a storage vessel 52 for a separating agent 54.
  • a pressure booster 50 is connected to the flexible line 48.
  • Fig. 2 shows the position of the piston at its stroke end in the area of the shaped gate 28, i.e. after the liquid metal has been shot into the mold cavity 18.
  • the separating agent / water mixture 54 is sprayed against the piston 22 from the opening 45 of the pipe piece 44 directed against the piston 22 within the space between the plunger rod 38 and the inner wall of the filling chamber 20 ,
  • the plunger rod 38 with the spray device attached thereon and the piston 22 is then withdrawn in preparation for the next shot until the piston 22 is at the start of its stroke.
  • excess release agent / water mixture is expelled by means of the piston 22 through the open end of the filling chamber 20.
  • a thin release agent film thus remains on the inner wall of the filling chamber 20 after the remaining water has evaporated.
  • a comparison test carried out on a die casting machine with an aluminum alloy showed that the service life of piston rings was around 300 rounds with a conventional graphite-containing lubricant based on mineral oil, while the service life could be increased up to 15,000 rounds with a water-based mold release agent.
  • a water-based mold release agent for piston lubrication has the advantage that a uniform release agent / lubricant can be used for the mold and for the filling chamber or the piston.

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Description

Druckgiessmaschine und Verfahren zur Kolbenschmierung
Die Erfindung betrifft eine Druckgiessmaschine mit einer beweglichen und einer festen Formhälfte, welche in geschlossener Stellung einen Formhohlraum begrenzen, einer Füllkammer zur Aufnahme von flüssigem Metall, einem in der Füllkammer gleitend verschiebbaren, auf einer Stempelstange sitzenden Kolben zum Ausstossen des flüssigen Metalls aus der Füllkammer und Einschiessen in den Formhohlraum, und einer Einrichtung zur Zuführung von Schmiermittel für den Kolben in die Füllkammer. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schmieren des Kolbens in der Füllkammer einer Druckgiessmaschine.
Bei einer Druckgiessmaschine wird flüssiges Metall in die Füllkammer dosiert, mit dem Kolben aus der Füllkammer ausgestossen und in den Formhohlraum eingeschossen. Bei diesem Vorgang sind der an der heissen zylinderförmigen Innenwand der Füllkammer gleitende Kolben bzw. dessen Kolbenringe hohen Belastungen ausgesetzt. Eine Schmierung des Kolbens ist daher unerlässlich.
Die heute üblichen Kolben bestehen aus einer Cu-Be-Legierung oder aus Stahl. Als Schmiermittel kommen Kolbenfette und -öle sowie Granulate oder Pellets zum Einsatz. Grafitfreie oder grafithaltige Kolbenöle werden durch Tropf- oder Sprühschmierung appliziert. Bei der Tropfschmierung erfolgt die Applikation auf den Kolben, während sich dieser an seinem Hubanfang befindet. Bei der Sprühschmierung befindet sich der Kolben ebenfalls an seinem Hubanfang, und die Sprühung erfolgt durch die Metalleinfüllöffnung, d.h. vor dem Kolben.
Die heute üblichen Kolbenschmiermittel sind auf Mineralölbasis aufgebaut und demzufolge wenig umweltverträglich. Der Erfindung liegt eine erste Aufgabe zugrunde, eine Druckgiessmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein Kolbenschmiermittel optimal auf den Kolben und die Innenwand der Füllkammer aufgetragen wird.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines verbesserten Schmierverfahrens bei einer Druckgiessmaschine der eingangs genannten Art mit einem umweltverträglichen Schmiermittel. Das Verfahren soll mindestens die Schmiereigenschaften der Schmiermittel auf Mineralölbasis erreichen.
Bezüglich der Druckgiessmaschine führt zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe, dass auf der Stempelstange wenigstens ein Rohr oder eine Düse mit einer gegen den Kolben gerichteten Öffnung festgelegt ist, und das Rohr oder die Düse über eine Zuleitung mit einem Vorratsgefass für das Schmiermittel verbunden ist.
Mit der erfindungsgemässen Anordnung eines Rohres direkt auf der Stempelstange kann das Schmiermittel auf einfache Art auf den Kolben und die Innenwand der Füllkammer appliziert werden.
Da der Kolben beim Einschiessen des flüssigen Metalls in den Formhohlraum stark beschleunigt wird, ist die Masse der auf der Stempelstange montierten Teile möglichst gering zu halten. Das Rohr oder die Düse ist daher vorzugsweise aus dünnem Metallrohr oder aus Kunststoff gefertigt.
Bei geringem Abstand zwischen der Stempelstange und der Innenwand der Füllkammer kann es sich als zweckmässig erweisen, das Rohr oder die Düse und ggf. ein Teil der Zuleitung in einer Längsnut in der Stempelstange anzuordnen.
Das Rohr oder die Düse können mittels wenigstens eines Befestigungselementes, welches ebenfalls eine möglichst geringe Masse aufweisen sollte, an der Stempelstange befestigt sein. Mögliche Befestigungselemente sind bei- spielsweise Kunststoffbänder wie, z.B. Kabelbinder, oder Rohrschellen aus Kunststoff oder Metall.
Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe bezüglich des Verfahrens führt, dass ein Formentrennmittel auf Wasserbasis während einer Zeitdauer, in wel- eher der Kolben nach dem Einschiessen des flüssigen Metalls in den Formhohlraum an seinem Hubende steht, in den Zwischenraum zwischen der Stempelstange und der zylinderförmigen Innenwand der Füllkammer in Richtung des Kolbens gesprüht wird.
Bevorzugt ist das Formentrennmittel eine Polyäthylen-Primärdispersion mit anionischen und nichtionogenen Emulgatoren, bekannt unter dem Handelsnamen HORDAMER PE 34. Zusätzlich kann das Formentrennmittel Wachse wie Polyäthylenwachs und/oder Öle wie Silikonöl enthalten.
Zweckmässigerweise wird die Zusammensetzung des Formentrennmittels so gewählt, dass sich beim Einsprühen in der Füllkammer ein Schaum bildet. Dies führt zu einer optimalen Benetzung des Kolbens, ggf. der Kolbenringe sowie der Innenwand der Füllkammer. Das überschüssige Wasser/Trennmittel-Gemisch wird beim Zurückfahren des Kolbens aus der Füllkammer entfernt.
Durch die Verdünnung des Trennmittels mit Wasser wird eine sehr gute Benetzung bei geringer Schmierstoffmasse erreicht. Die durch das Verdampfen des Wasser bewirkte Abkühlung führt zu einer Standzeitverlängerung der Füllkammer, der Kolbenringe und des Kolbens.
Vorteilhafterweise enthält das in die Füllkammer gesprühte Formentrennmittel 0,5 bis 5 Gew.% Feststoffe, vorzugsweise 1 bis 2 Gew.-% Feststoffe, und Wasser als Rest.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt schematisch in - Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Druckgiessmaschine;
- Fig. 2 ein Detail der Druckgiessmaschine von Fig. 1.
Eine in Fig. 1 dargestellte Druckgiessmaschine 10 zum Druckgiessen von beispielsweise Aluminiumlegierungen weist je eine auf einer festen Maschinenplatte 12a und auf einer beweglichen Maschinenplatte 12b aufgespannte feste Formhälfte 14 und bewegliche Formhälfte 16 auf, die in geschlossener Stellung einen Formhohlraum 18 begrenzen. In die feste Formhälfte 14 erstreckt sich eine Füllkammer 20, in welcher ein Kolben 22 verschiebbar angeordnet ist. Die Füllkammer 20 ist über eine Öffnung 24 von Hand oder automatisch mit Flüssigmetall füllbar.
Der Formhohlraum 18 ist auf der Seite der Füllkammer 20 von einem Forman- schnitt 28 und auf der entgegengesetzten Seite von einem Vakuumlauf oder Formaustrittskanal 26 begrenzt. Der Formhohlraum 18 steht über den Formaustrittskanal 26 mit einem Vakuumventil 30 in Verbindung, welches seinerseits über einen Saugkanal 32 und über ein in den Saugkanal 32 geschaltetes Sperrventil 33 mit einem Vakuumbehälter 34 verbunden ist. Der Vakuumbehäl- ter 34 wird mittels einer Vakuumpumpe 36 evakuiert.
Der Kolben 22 sitzt auf einer Stempelstange 38, welche mittels eines Hydraulikzylinders 40 axial in beiden Richtungen betätigt wird.
Der Kolben 22 besteht beispielsweise aus einer Cu-Be-Legierung und kann mit Kolbenringen 42 bestückt sein. Die Füllkammer 20 besteht üblicherweise aus Stahl.
Gemäss Fig. 2 ist auf der Stempelstange 38 ein Rohrstück 44 beispielsweise in der Form eines dünnen Metallrohres oder aus Kunststoff montiert. Die Befestigung erfolgt über Kunststoffbänder 46, beispielsweise in der Form von Kabelbindern, oder über Rohrschellen. Eine flexible Leitung 48, beispielsweise ein Kunststoffschlauch oder ein flexibles Metallrohr, verbindet das Rohr 44 mit einem Vorratsgefass 52 für ein Trennmittel 54. In die flexible Leitung 48 ist ein Druckverstärker 50 geschaltet.
Fig. 2 zeigt die Stellung des Kolbens an seinem Hubende im Bereich des Formanschnittes 28, d.h. nach erfolgtem Einschiessen des flüssigen Metalls in den Formhohlraum 18. In dieser Stellung wird das Trennmittel/Wasser-Gemisch 54 aus der gegen den Kolben 22 gerichteten Öffnung 45 des Rohrstückes 44 innerhalb des Zwischenraumes zwischen Stempelstange 38 und Innenwand der Füllkammer 20 gegen den Kolben 22 gesprüht. Anschliessend wird die Stempelstange 38 mit der darauf befestigten Sprüheinrichtung und dem Kolben 22 zur Vorbereitung des nächsten Schusses zurückgezogen, bis der Kolben 22 an seinem Hubanfang steht. Bei diesem Zurückziehen des Kolbens 22 wird überschüssiges Trennmittel/Wasser-Gemisch mittels des Kolbens 22 durch das of- fene Ende der Füllkammer 20 ausgestossen. Auf der Innenwand der Füllkammer 20 verbleibt somit nach dem Abdampfen des restlichen Wassers ein dünner Trennmittelfilm.
Ein auf einer Druckgiessmaschine mit einer Aluminiumlegierung durchgeführter Vergleichsversuch hat gezeigt, dass mit einem üblichen grafithaltigen Schmiermittel auf Mineralölbasis die Standzeit von Kolbenringen bei etwa 300 Schuss lag, während mit einem Formentrennmittel auf Wasserbasis die Standzeit bis zu 15000 Schuss erhöht werden konnte.
Durch die Erhöhung der Standzeiten von Kolben, Kolbenringen und Füllkammer ergibt sich für diese Teile eine geringere Wechselhäufigkeit und damit eine Reduzierung der Stillstandzeiten einer Druckgiessmaschine.
Die Verwendung eines Formentrennmittels auf Wasserbasis für die Kolben- Schmierung hat neben einem positiven Umweltaspekt den Vorteil, dass für die Form und für die Füllkammer bzw. den Kolben ein einheitliches Trennmittel / Schmiermittel eingesetzt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Druckgiessmaschine mit einer beweglichen (16) und einer festen Formhälfte (14), welche in geschlossener Stellung einen Formhohlraum (18) begrenzen, einer Füllkammer (20) zur Aufnahme von flüssigem Metall, einem in der Füllkammer (20) gleitend verschiebbaren, auf einer Stempelstange (38) sitzenden Kolben (22) zum Ausstossen des flüssigen Metalls aus der Füllkammer (20) und Einschiessen in den Formhohlraum (18), und einer Einrichtung zur Zuführung von Schmiermittel für den Kolben (22) in die Füllkammer (20),
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Stempelstange (38) wenigstens ein Rohr (44) oder eine Düse mit einer gegen den Kolben (22) gerichteten Öffnung (45) festgelegt ist, und das Rohr (44) oder die Düse über eine Zuleitung (48) mit einem Vorratsgefass (52) für das Schmiermittel (54) verbunden ist.
2. Druckgiessmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (44) oder die Düse eine möglichst geringe Masse aufweisen.
3. Druckgiessmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (44) oder die Düse und ggf. ein Teil der Zuleitung (48) in einer Längsnut in der Stempelstange (38) angeordnet ist.
4. Druckgiessmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (44) oder die Düse mittels wenigstens eines Befestigungselementes (46) mit möglichst geringer Masse an der Stempelstange (38) befestigt ist.
5. Verfahren zum Schmieren des Kolbens (22) in der Füllkammer (20) einer Druckgiessmaschine mit einer beweglichen (16) und einer festen Form- hälfte (14), welche in geschlossener Stellung einen Formhohlraum (18) begrenzen, einer Füllkammer (20) zur Aufnahme von flüssigem Metall, einem in der Füllkammer (20) gleitend verschiebbaren, auf einer Stempelstange (38) sitzenden Kolben (22) zum Ausstossen des flüssigen Metalls aus der Füllkammer (20) und Einschiessen in den Formhohlraum (18), und einer Einrichtung zur Zuführung von Schmiermittel für den Kolben (22) in die Füllkammer (20),
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Formentrennmittel (54) auf Wasserbasis während einer Zeitdauer, in welcher der Kolben (22) nach dem Einschiessen des flüssigen Metalls in den Formhohlraum (18) an seinem Hubende steht, in den Zwischenraum zwischen der Stempelstange (38) und der zylinderförmigen Innenwand der Füllkammer (20) in Richtung des Kolbens (22) gesprüht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formentrennmittel (54) eine Polyäthylen-Primärdispersion mit anionischen und nicht ionogenen Emulgatoren ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Formentrennmittel (54) zusätzlich Wachse wie Polyäthylenwachs und/oder Öle wie Silikonöl enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formentrennmittel (54) schaumförmig in die Füllkammer (20) gesprüht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Füllkammer (20) gesprühte Formentrennmittel (54) 0,5 bis 5 Gew.-% Feststoffe, vorzugsweise 1 bis 2 Gew.-% Feststoffe, und Wasser als Rest enthält.
0. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Formentrennmittel (54) beim Zurückfahren des Kolbens (22) an seinen Hubanfang gleichmässig an der Wand der Füllkammer (20) verteilt und überschüssiges Formentrennmittel (54) aus der Füllkammer (20) entfernt wird.
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