EP2620238A1 - Casting chamber for a die-casting machine - Google Patents

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EP2620238A1
EP2620238A1 EP12152720.4A EP12152720A EP2620238A1 EP 2620238 A1 EP2620238 A1 EP 2620238A1 EP 12152720 A EP12152720 A EP 12152720A EP 2620238 A1 EP2620238 A1 EP 2620238A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
inlay
chamber
casting chamber
piston
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12152720.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rupert Frech
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buehler AG
Original Assignee
Buehler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Buehler AG filed Critical Buehler AG
Priority to EP12152720.4A priority Critical patent/EP2620238A1/en
Priority to PCT/EP2013/050097 priority patent/WO2013110485A1/en
Publication of EP2620238A1 publication Critical patent/EP2620238A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • B22D17/08—Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled
    • 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
    • B22D17/2023—Nozzles or shot sleeves
    • 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
    • B22D17/203—Injection pistons

Definitions

  • the present invention relates to an improved casting chamber with a tribologically optimized piston system and preferably a solid lubrication.
  • a die casting machine comprises a casting mold, which consists of at least two mold halves (a fixed and a movable mold half), which together form a cavity corresponding to the component to be produced (also referred to as cavity or mold contour).
  • a molten metal is pressed by means of a casting piston under high speed and high pressure.
  • the mold is opened by moving the movable mold half and ejected the finished cast component by means of ejectors.
  • a hot chamber die casting machine In a hot chamber die casting machine, the casting container is held in a crucible with molten metal. A casting piston moves into the casting container and presses the molten metal through a casting container, which is likewise at least partially arranged in the crucible, into the casting mold. The casting container and casting piston are permanently exposed to molten metal in this process.
  • the casting unit of a hot chamber die casting machine is basically designed differently than that of a cold chamber die casting machine.
  • the present invention relates to cold chamber die casting machines.
  • a cold chamber die casting machine the metal is melted in a separate device or kept warm in the molten state.
  • the for the production of the required amount of molten metal required is introduced through a filling opening in a cold casting chamber and pressed by means of a casting piston movably arranged in the casting chamber into the mold.
  • Cold chamber die casting machines are well known to those skilled in the art.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a cold chamber die casting machine and will be explained in more detail below.
  • Cold chamber die casting machines have a significantly higher closing force of 0.26 to 45 MN compared to hot chamber die casting machines (up to 0.80 MN for hot chamber machines) and significantly higher temperatures (well above that of hot chamber die casting machines) Temperature of 650 ° C) and significantly higher pressures (up to 100 MPa compared to a maximum of 40 MPa in hot-chamber machines). With cold chamber die casting machines, therefore, significantly larger components (up to 50 kg in weight compared to about 1 kg in weight for components produced by the hot chamber method) can be cast. In addition, it is not possible to produce components made of aluminum alloys with a hot-chamber die casting machine.
  • the high temperature difference between the cold casting chamber and the molten metal introduced into this casting chamber leads to a high material load in the casting chamber.
  • the molten metal is metered into the casting chamber through a filling opening arranged essentially perpendicular to the longitudinal axis of the casting chamber.
  • a filling opening arranged essentially perpendicular to the longitudinal axis of the casting chamber.
  • the area of the casting chamber, which lies directly opposite the filling opening is particularly special exposed to high wear (washing out, ie corrosion and erosion by the molten metal).
  • organic lubricants are generally used for the tribological system of casting chamber and casting piston. This results in the uptake of gas into the melt, resulting in disadvantages in the heat treatment, weldability and mechanical properties of the melt-molded casting.
  • This casting chamber is made of an inner tube of, for example, high-strength steel with an external (ie on the chamber facing away from the inner tube applied) insulation layer made of ZrO 2 , wherein the thus coated inner tube is additionally surrounded by an outer steel shell. Opposite the filling opening a ceramic wear protection element is arranged.
  • the problem of heat dissipation is basically addressed here. However, it still comes to a contact of the inner tube with the molten metal and corresponding wear and heat loss, since the inner tube made of steel per se is a good heat conductor and storage.
  • the object of the present invention was to overcome the above-mentioned disadvantages of the prior art and to provide a cold chamber die casting machine, with which also very high-quality castings can be produced.
  • a casting chamber for a cold chamber die casting machine comprising a base body made of steel or cast iron, preferably steel, and a casting piston arranged movably in the base body, wherein the base body has a filling opening for molten metal, characterized in that the inside of the base body is at least partially covered with an inlay of one or more zirconia-containing materials.
  • the casting chamber according to the invention has such a reduced thermal conductivity that solidification of the molten metal in the casting chamber is prevented or at least so much delayed that the unwanted and disadvantageous edge shell described above does not form or its formation is at least considerably reduced.
  • casting chambers are made of metallic materials such as hot-work steel. To avoid wear, the surface of the casting chamber can be hardened or nitrided.
  • metallic materials are good heat conductors and also store heat well. These properties are undesirable in a casting chamber of a cold chamber die casting machine for reasons described above.
  • an inlay according to the invention of one or more zirconium dioxide-containing materials on the one hand prevents or at least considerably reduces the formation of an edge shell in the casting chamber on the one hand because of its heat-insulating properties.
  • the inlay according to the invention withstands the harsh conditions during the die casting process (high pressure, high temperature) excellently and complements the material of the main body (especially steel) perfectly.
  • the present invention thus also relates to an inlay for a casting chamber for a cold chamber die casting machine, consisting of one or more zirconia-containing materials.
  • an inlay is understood to mean a hollow-body-like, preferably hollow-cylinder-like body which can be accurately introduced in the casting chamber onto the inside of the main body of the casting chamber.
  • the inlay can have a maximum length which corresponds to the length of the interior of the casting chamber.
  • inlays of lesser length may be used, for example, multiple inlays may be combined (i.e., represent segments of a total inlay).
  • Zirconia is a very hard and durable ceramic material with a very high melting point of 2680 ° C. This makes it very suitable for use under harsh conditions, as they prevail in a casting chamber. In addition, it has a low thermal conductivity of 1.2-3.5 W / mK in the range of 30 to 1000 ° C. ZrO 2 therefore removes very little heat from the molten metal.
  • the inlay is preferably made of partially stabilized zirconium dioxide such as PSZ and TZP, preferably partially stabilized with titanium oxide (TiO 2 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • a partially stabilized zirconia zirconia which has been stabilized by the addition of other oxides such as magnesia, titania and alumina.
  • the material properties of the partially stabilized ZrO 2 can be adjusted and optimized by varying the mixing ratio of ZrO 2 and the other oxide.
  • Al 2 O 3 (alumina) in amounts of 1.0 to 2.5 (wt .-%) and TiO 2 (titanium dioxide) in amounts of 1.0 to 2.5 (wt .-%) are used.
  • partially stabilized Zirconia shows excellent strength and thermal shock resistance.
  • zirconia-containing materials described above complement each other very advantageously with the other materials used to make the casting chamber.
  • ZrO 2 has a very similar thermal expansion coefficient to steel (ZrO 2 : 9.2 ⁇ 10 -6 K -1 , steel: 10 ⁇ 10 -6 K -1 ).
  • a casting chamber base made of steel with an inlay made of ZrO 2 shows a very uniform expansion behavior; There is no increased stress build-up between the base body and the inlay.
  • the main body of the casting chamber from steel and to provide it with the inlay according to the invention of one or more zirconium dioxide-containing materials.
  • the inlay according to the invention is suitable for creating an optimum tribological system in the casting chamber.
  • the inlay building materials have a very high hardness, very good friction and wear resistance and thus an optimal surface finish.
  • the inlay may have a structured surface in order to avoid the known stick-slip effect.
  • the structured surface of the inlay can be produced in a known manner by laser treatment or etching process and, according to the invention, preferably has a thickness of from 1 to 10 ⁇ m.
  • the inlay according to the invention complements ideally with the piston rings described below for sealing the casting piston.
  • the inlay of the present invention may be composed of a single or several different of the zirconia-containing ones described above Be constructed materials.
  • the production of an inlay ie a hollow body, preferably a hollow cylinder) is known to the person skilled in the art and need not be described in detail here.
  • the inlay can be introduced in any known manner onto the inside of the main body, for example cast or glued.
  • the casting chamber according to the invention can advantageously be produced by heating the metallic base body and / or cooling the ceramic inlay. The process is known to the person skilled in the art.
  • the inlay is segmented.
  • several partial inlays are applied on the inside of the main body of the casting chamber, which together form an overall inlay.
  • These inlays are basically separated from each other and can be made of the same material or of different materials, wherein all inlay segments as described above must be made of a zirconia-containing material.
  • the individual inlay segments are in this case applied to the inside of the main body of the casting chamber, that no gaps or gaps between the inlay segments arise, in which molten metal could penetrate during the die casting process.
  • the entire inner side of the main body of the casting chamber is preferably provided with the inlay described above. But at least the sections of the body should be provided with an inlay, which stand during the die-casting process in long contact with the molten metal.
  • the casting chamber according to the invention has a filling opening through which the molten metal can be metered into the casting chamber.
  • the filling opening is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the casting chamber.
  • the area of the casting chamber below the filling opening is particularly susceptible to wear, since the metered-in molten metal falls on this area and washes it off with time (ie wears it off).
  • the inside of the main body of the casting chamber is provided at this point with a wear protection element.
  • this wear protection element is preferably a segment of the inlay according to the invention described above. But it can also be used conventional ceramic wear protection elements, as for example in the WO 2006/089442 is disclosed.
  • the casting chamber according to the invention preferably has a cylindrically shaped interior with a diameter in the range of 50 to 250 mm, preferably 50 to 200 mm.
  • the casting chamber may optionally have heating elements.
  • heating elements For example, electrically operated heating elements or heating with thermal oil can be provided. Such heating elements are known in the art.
  • a casting piston is movably arranged.
  • Giesskolben for cold chamber casting chambers are known. They are usually moved hydraulically.
  • a hydraulic arrangement for moving a casting piston of a cold chamber die casting machine is exemplary in the WO 2010/070053 described.
  • the casting piston may have a cooling circuit in its interior. This is known to the person skilled in the art.
  • the pressing process is also referred to as a shot.
  • the pressing process is usually controlled by means of an electronic control unit.
  • Such control units and associated control programs are commercially available, for example, the Applicant's Dataspeed and Dat @ net systems.
  • the casting piston according to the invention has one or more sealing rings (piston rings).
  • sealing rings to ensure efficient sealing, several piston rings are arranged on the casting piston.
  • two piston rings are preferably arranged on the casting piston.
  • the piston rings are preferably arranged on the casting piston at a certain distance from each other in order to achieve an optimum sealing effect. The distance can be determined and varied according to the requirements in the casting chamber in a manner known to the person skilled in the art.
  • the piston rings are applied in a known manner on the casting piston.
  • the piston rings can be shrunk or pushed onto the casting piston.
  • the piston rings are preferably made of a ceramic material selected from the group consisting of ZrO 2 -TZP, diamond-coated Si-SiC and nickel boride.
  • ZrO 2 -TZP is the name for tetragonal zirconia polycrystals. These are high-performance ceramics in which additives from the group of the rare earth oxides or other metal oxides (eg Y 2 O 3 , Ce 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 ) are added to the base material zirconium dioxide.
  • ZrO 2 -TZP and PSZ are well known to those skilled in the art.
  • these piston rings can be made of the same material or of different materials.
  • the piston rings used according to the invention are thermally conductive.
  • the piston rings can additionally be coated.
  • a casting piston is preferably used which has a front piston ring carrier section. On this piston ring support portion or the piston rings are arranged.
  • the tribological system in the casting chamber can be additionally optimized if solid lubrication is used instead of the conventionally used organic lubricant.
  • solid lubrication is used instead of the conventionally used organic lubricant.
  • a solid lubricant selected from the group consisting of graphite, boron nitride and molybdenum disulfide, preferably graphite and boron nitride, is preferably used for the lubrication of the casting piston in the casting chamber.
  • the solid lubricant is arranged in the form of a few mm thick reservoirs on the casting piston, preferably behind the piston or rings, viewed from the front end of the casting piston.
  • the lubrication takes place by means of abrasion of the solid lubricant, whereby a lubricating film forms on the surface of the casting piston.
  • the casting chamber according to the invention can have a suction device in order to evacuate the casting chamber or to draw off casting gases which arise during operation.
  • the present invention also relates to a cold chamber die casting machine comprising a casting chamber as described above.
  • the present invention also relates to the use of the above-described casting chamber, the inlay described above and the above-described cold chamber die casting machine for the production of castings.
  • Castings made of aluminum alloys, magnesium alloys, copper alloys or zinc alloys are preferably produced with the aid of the cold chamber die casting machine according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a cold chamber die casting machine 1.
  • the mold is of a fixed platen 2 and a movable platen 3 with it arranged solid mold half 4 and movable mold half 5 is formed.
  • the cavity 6 also referred to as a cavity or mold contour
  • the movable platen 3 can be guided on the pairs of pillar cylinders 7 and 8 (only the front pillar cylinders are shown by the pairs) to open or close the mold.
  • Molten metal 11 is metered into the cold casting chamber 9 for casting the casting and pressed into the cavity 6 of the mold by means of the casting piston 10.
  • Fig. 2 shows a casting chamber 9 according to the present invention.
  • a casting piston 10 is movably arranged.
  • the casting piston 10 is moved via its piston rod 10a by a hydraulic arrangement (not shown).
  • molten metal can be metered into the casting chamber 9.
  • the connecting channel 13 the molten metal from the casting chamber 9 in the cavity 6 of the mold (see Fig. 1 ) are pressed.
  • a piston ring carrier portion 14 is arranged, which has a larger diameter than the piston rod of the casting piston 10.
  • On the piston ring carrier portion 14 are in the embodiment according to Fig. 2 two piston rings 19 applied.
  • the casting piston 10 has a shoulder with a smaller diameter than the piston carrier section 14.
  • the solid lubricant 18 is attached as a ring-shaped body on the casting piston 10.
  • the solid lubricant body 18 may alternatively also (With correspondingly adapted thickness) are applied to a part of the piston support portion 14.
  • a segmented inlay 15 is applied by shrinking.
  • a Verschleisstikelement 16 is arranged on the filling opening 12 opposite region of the base body 20 of the casting chamber 9.
  • This may consist of the same material as the inlay 15.
  • An analogous wear protection element is according to the embodiment Fig. 2 also provided as a side boundary of the filling opening 12.
  • the casting chamber 9 comprises a fixing ring 17.
  • the fixing ring serves as a safeguard (floating bearing) against slippage of the inlay 15.
  • the inlay 15 is thus fixed in the casting chamber 9 by the collar serving as a locating bearing at the casting chamber end and by the fixing ring 17 serving as a floating bearing positioned.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

The casting chamber comprises a main body (20) made of steel, and a casting plunger (10) movably arranged in the main body, where the main body has a filling opening for molten metal, and an inner side of the main body is partially covered with an inlay (15) of materials containing zirconium dioxide. The inlay is shriveled into the main body. The inlay: is segmented, where the different segments are produced from the same material or from different materials; and comprises a structuring surface. The casting plunger comprises ceramic piston rings. The casting chamber comprises a main body (20) made of steel, and a casting plunger (10) movably arranged in the main body, where the main body has a filling opening for molten metal, and an inner side of the main body is partially covered with an inlay (15) of materials containing zirconium dioxide. The inlay is shriveled into the main body. The inlay: is segmented, where the different segments are produced from the same material or from different materials; and comprises a structuring surface. The casting plunger comprises ceramic piston rings. The piston rings are produced from the same material or from different materials. The casting chamber further comprises a solid lubricant (18). Independent claims are included for: (1) an inlay for a casting chamber; (2) a cold-chamber diecasting machine; and (3) a method for producing a casting chamber.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Giesskammer mit einem tribologisch optimierten Kolbensystem und vorzugsweise einer Feststoffschmierung.The present invention relates to an improved casting chamber with a tribologically optimized piston system and preferably a solid lubrication.

Mit Hilfe des Druckgussverfahrens werden heutzutage sehr viele Bauteile grosstechnisch hergestellt. Eine Druckgussmaschine umfasst eine Giessform, welche zumindest aus zwei Formhälften (einer festen und einer beweglichen Formhälfte) besteht, die zusammen einen dem herzustellenden Bauteil entsprechenden Hohlraum (auch als Kavität oder Formkontur bezeichnet) bilden. In diesen Hohlraum wird eine Metallschmelze mit Hilfe eines Giesskolbens unter hoher Geschwindigkeit und hohem Druck gepresst. Nach Erstarren der Metallschmelze im Hohlraum wird die Form durch Bewegung der beweglichen Formhälfte geöffnet und das fertige gegossene Bauteil mit Hilfe von Auswerfern ausgeworfen.With the help of the die casting process nowadays many components are produced industrially. A die casting machine comprises a casting mold, which consists of at least two mold halves (a fixed and a movable mold half), which together form a cavity corresponding to the component to be produced (also referred to as cavity or mold contour). In this cavity, a molten metal is pressed by means of a casting piston under high speed and high pressure. After solidification of the molten metal in the cavity, the mold is opened by moving the movable mold half and ejected the finished cast component by means of ejectors.

Man unterscheidet zwischen einer Kaltkammer- und einer Warmkammer-Druckgussmaschine. Bei einer Warmkammer-Druckgussmaschine wird der Giessbehälter in einem Tiegel mit geschmolzenem Metall gehalten. Ein Giesskolben bewegt sich in den Giessbehälter hinein und presst die Metallschmelze durch eine ebenfalls zumindest teilweise in dem Tiegel angeordneten Giessbehälter in die Giessform. Der Giessbehälter und Giesskolben sind bei diesem Verfahren dauerhaft der Metallschmelze ausgesetzt. Das Giessaggregat einer Warmkammer-Druckgussmaschine ist grundsätzlich anders konstruiert als das einer Kaltkammer-Druckgussmaschine.One distinguishes between a cold chamber and a hot chamber die casting machine. In a hot chamber die casting machine, the casting container is held in a crucible with molten metal. A casting piston moves into the casting container and presses the molten metal through a casting container, which is likewise at least partially arranged in the crucible, into the casting mold. The casting container and casting piston are permanently exposed to molten metal in this process. The casting unit of a hot chamber die casting machine is basically designed differently than that of a cold chamber die casting machine.

Die vorliegende Erfindung betrifft Kaltkammer-Druckgussmaschinen. Bei einer Kaltkammer-Druckgussmaschine wird das Metall in einer separaten Vorrichtung geschmolzen beziehungsweise in geschmolzenem Zustand warm gehalten. Die zur Herstellung des gewünschten Bauteils erforderliche Menge an Metallschmelze wird über eine Einfüllöffnung in eine kalte Giesskammer eingefüllt und mit Hilfe eines sich in der Giesskammer beweglich angeordneten Giesskolbens in die Giessform gepresst. Kaltkammer-Druckgussmaschinen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kaltkammer-Druckgussmaschine und wird nachstehend näher erläutert.The present invention relates to cold chamber die casting machines. In a cold chamber die casting machine, the metal is melted in a separate device or kept warm in the molten state. The for the production of the required amount of molten metal required is introduced through a filling opening in a cold casting chamber and pressed by means of a casting piston movably arranged in the casting chamber into the mold. Cold chamber die casting machines are well known to those skilled in the art. Fig. 1 shows a schematic representation of a cold chamber die casting machine and will be explained in more detail below.

Kaltkammer-Druckgussmaschinen können im Vergleich zu Warmkammer-Druckgussmaschinen mit einer deutlichen höheren Schliesskraft von 0,26 bis zu 45 MN (gegenüber bis zu 0,80 MN bei Warmkammer-Maschinen) und mit deutlich höheren Temperaturen (weit über der bei Warmkammer-Druckgussmaschinen maximalen Temperatur von 650°C) sowie deutlich höheren Drücken (bis zu 100 MPa im Vergleich von maximal 40 MPa bei Warmkammer-Maschinen) betrieben werden. Mit Kaltkammer-Druckgussmaschinen können deshalb deutlich grössere Bauteile (bis zu 50 kg Gewicht im Vergleich zu ca. 1 kg Gewicht bei nach dem Warmkammer-Verfahren hergestellten Bauteilen) gegossen werden. Zudem ist es nicht möglich, mit einer Warmkammer-Druckgussmaschine Bauteile aus Aluminiumlegierungen herzustellen.Cold chamber die casting machines have a significantly higher closing force of 0.26 to 45 MN compared to hot chamber die casting machines (up to 0.80 MN for hot chamber machines) and significantly higher temperatures (well above that of hot chamber die casting machines) Temperature of 650 ° C) and significantly higher pressures (up to 100 MPa compared to a maximum of 40 MPa in hot-chamber machines). With cold chamber die casting machines, therefore, significantly larger components (up to 50 kg in weight compared to about 1 kg in weight for components produced by the hot chamber method) can be cast. In addition, it is not possible to produce components made of aluminum alloys with a hot-chamber die casting machine.

Sofern nachstehend nicht ausdrücklich anders erwähnt, betreffen alle folgenden Beschreibungen ausschliesslich eine Kaltkammer-Druckgussmaschine.Unless otherwise stated below, all following descriptions refer to a cold chamber die casting machine only.

Der hohe Temperaturunterschied zwischen der kalten Giesskammer und der in diese Giesskammer eingefüllten Metallschmelze führt zu einer hohen Materialbelastung in der Giesskammer. Die Metallschmelze wird in der Regel durch eine im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Giesskammer angeordnete Einfüllöffnung in die Giesskammer dosiert. Besonders der Bereich der Giesskammer, welcher der Einfüllöffnung direkt gegenüber liegt, ist einem besonders hohen Verschleiss (Auswaschen, d.h. Korrosion und Erosion durch die Metallschmelzen) ausgesetzt.The high temperature difference between the cold casting chamber and the molten metal introduced into this casting chamber leads to a high material load in the casting chamber. As a rule, the molten metal is metered into the casting chamber through a filling opening arranged essentially perpendicular to the longitudinal axis of the casting chamber. Especially the area of the casting chamber, which lies directly opposite the filling opening, is particularly special exposed to high wear (washing out, ie corrosion and erosion by the molten metal).

Ein weiteres Problem stellt sich durch die kontinuierliche Wärmeabgabe der in der Giesskammer befindlichen Metallschmelze. Bei Kontakt der Metallschmelze mit der kalten Wand der Giesskammer kommt es zu einer Abkühlung der Metallschmelze und einer teilweisen Erstarrung an der Giesskammerwand. Es bildet sich eine so genannte Randschale. Wird die Metallschmelze durch die Bewegung des Giesskolbens in die Giessform gepresst, kommt es zu einer Zerstörung der Randschale, ohne dass die in der Randschale befindliche erstarrte Schmelze wieder verflüssigt wird. Somit gelangt bereits erstarrte Schmelze in die Giessform, wo sie den Aufbau des Giessteils stört und die Materialeigenschaften des Giessteils beeinträchtigt.Another problem arises from the continuous heat release of the molten metal in the casting chamber. Upon contact of the molten metal with the cold wall of the casting chamber, a cooling of the molten metal and a partial solidification of the casting chamber wall occurs. It forms a so-called marginal shell. If the molten metal is pressed into the casting mold by the movement of the casting piston, the peripheral shell is destroyed without the solidified melt in the peripheral shell being liquefied again. Thus already solidified melt enters the mold, where it interferes with the structure of the casting and affects the material properties of the casting.

In herkömmlichen Kaltkammer-Druckgussmaschinen werden für das tribologische System aus Giesskammer und Giesskolben in der Regel organische Schmiermittel eingesetzt. Dadurch kommt es zu einer Aufnahme von Gas in die Schmelze, wodurch sich bei der Wärmebehandlung, der Schweissbarkeit sowie bei den mechanischen Eigenschaften des aus der Schmelze geformten Gussteils Nachteile ergeben.In conventional cold chamber die casting machines, organic lubricants are generally used for the tribological system of casting chamber and casting piston. This results in the uptake of gas into the melt, resulting in disadvantages in the heat treatment, weldability and mechanical properties of the melt-molded casting.

Um das ursprünglich für die Herstellung von Massengütern mit eingeschränkten Qualitätsanforderungen entwickelte Kaltkammer-Druckgussverfahren auch zur Herstellung von Gussteilen mit höchsten Qualitätsanforderungen einsetzen zu können, müssen die vorstehenden Nachteile überwunden werden.In order to use the originally developed for the production of bulk goods with limited quality requirements cold chamber die casting process for the production of castings with the highest quality requirements, the above disadvantages must be overcome.

In der WO 2006/089442 wurde eine wärmeoptimierte Giesskammer vorgeschlagen. Diese Giesskammer ist aus einem Innenrohr aus beispielsweise hochfestem Stahl mit einer äusserlichen (d.h. auf der Kammerabgewandten Seite des Innenrohrs aufgebrachten) Isolationsschicht aus ZrO2 gefertigt, wobei das derart beschichtete Innenrohr zusätzlich von einem äusseren Stahlmantel umgeben ist. Gegenüber der Einfüllöffnung ist ein keramisches Verschleissschutzelement angeordnet. Es wird hier zwar das Problem der Wärmeabgabe grundsätzlich adressiert. Allerdings kommt es nach wie vor zu einem Kontakt des Innenrohrs mit der Metallschmelze und entsprechendem Verschleiss und Wärmeverlust, da das aus Stahl gefertigte Innenrohr per se ein guter Wärmeleiter und -speicher ist.In the WO 2006/089442 a heat-optimized casting chamber was proposed. This casting chamber is made of an inner tube of, for example, high-strength steel with an external (ie on the chamber facing away from the inner tube applied) insulation layer made of ZrO 2 , wherein the thus coated inner tube is additionally surrounded by an outer steel shell. Opposite the filling opening a ceramic wear protection element is arranged. Although the problem of heat dissipation is basically addressed here. However, it still comes to a contact of the inner tube with the molten metal and corresponding wear and heat loss, since the inner tube made of steel per se is a good heat conductor and storage.

In der US-7,284,592 B2 ist eine Kaltkammer-Druckgussmaschine beschrieben, bei welcher noch nicht aufgeschmolzene Metallstangen in eine Materialzuführeinheit eingebracht und mit Hilfe eines Kolbens in einen unter Vakuum stehenden Heizzylinder geschoben werden. In diesem Heizzylinder wird das Metall aufgeschmolzen und anschliessend in eine Giesskammer gepresst. Zur Vermeidung eines direkten Kontakts der Schmelze mit der Wand der Giesskammer kann in diese ein Schutzzylinder eingeschoben sein. Der Schutzzylinder kann beispielsweise aus keramischem Material wie Si3N4 gefertigt sein. Der Kolbenring kann zur besseren Dichtung Ringe aus Keramik aufweisen. Auch hier sind die bei einer Kaltkammer-Druckgussmaschine auftretenden Probleme noch nicht vollständig gelöst.In the US-7,284,592 B2 a cold chamber die casting machine is described in which not yet molten metal rods are introduced into a material feed unit and pushed by means of a piston in a standing under vacuum heating cylinder. In this heating cylinder, the metal is melted and then pressed into a casting chamber. To avoid a direct contact of the melt with the wall of the casting chamber, a protective cylinder can be inserted into it. The protective cylinder may for example be made of ceramic material such as Si 3 N 4 . The piston ring may have ceramic rings for better sealing. Again, the problems encountered in a cold chamber die casting machine are not completely solved.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, die vorstehend genannten Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und eine Kaltkammer-Druckgussmaschine bereitzustellen, mit welcher auch qualitativ äusserst hochwertige Gussteile hergestellt werden können.The object of the present invention was to overcome the above-mentioned disadvantages of the prior art and to provide a cold chamber die casting machine, with which also very high-quality castings can be produced.

Die vorstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Giesskammer für eine Kaltkammer-Druckgussmaschine, umfassend einen Grundkörper aus Stahl oder Gusseisen, vorzugsweise Stahl, und einen im Grundkörper beweglich angeordneten Giesskolben, wobei der Grundkörper eine Einfüllöffnung für Metallschmelze aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des Grundkörpers zumindest teilweise mit einem Inlay aus einem oder mehreren Zirkoniumdioxid-haltigen Materialien bedeckt ist.The above object is achieved by a casting chamber for a cold chamber die casting machine, comprising a base body made of steel or cast iron, preferably steel, and a casting piston arranged movably in the base body, wherein the base body has a filling opening for molten metal, characterized in that the inside of the base body is at least partially covered with an inlay of one or more zirconia-containing materials.

Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemässe Giesskammer eine derart reduzierte Wärmeleitfähigkeit aufweist, dass eine Erstarrung der Metallschmelze in der Giesskammer verhindert oder zumindest so sehr verzögert wird, dass sich die vorstehend beschriebene unerwünschte und nachteilige Randschale nicht ausbildet oder deren Ausbildung zumindest erheblich reduziert wird.It has been found that the casting chamber according to the invention has such a reduced thermal conductivity that solidification of the molten metal in the casting chamber is prevented or at least so much delayed that the unwanted and disadvantageous edge shell described above does not form or its formation is at least considerably reduced.

Herkömmliche Giesskammern werden aus metallischen Werkstoffen wie Warmarbeitsstahl gefertigt. Zur Vermeidung von Verschleiss kann die Oberfläche der Giesskammer gehärtet beziehungsweise nitriert sein. Als Gleitpartner werden herkömmlich Vollkolben (Giesskolben) und Kolbenringe aus Kupferwerkstoffen beziehungsweise Stahl eingesetzt. Metallische Werkstoffe sind jedoch gute Wärmeleiter und speichern Wärme auch gut. Diese Eigenschaften sind aus vorstehend beschriebenen Gründen in einer Giesskammer einer Kaltkammer-Druckgussmaschine unerwünscht.Conventional casting chambers are made of metallic materials such as hot-work steel. To avoid wear, the surface of the casting chamber can be hardened or nitrided. As sliding partners conventionally solid piston (casting piston) and piston rings made of copper materials or steel are used. However, metallic materials are good heat conductors and also store heat well. These properties are undesirable in a casting chamber of a cold chamber die casting machine for reasons described above.

Es hat sich gezeigt, dass ein erfindungsgemässes Inlay aus einem oder mehreren Zirkoniumdioxid-haltigen Materialien einerseits aufgrund seiner Wärmeisolierenden Eigenschaften die Ausbildung einer Randschale in der Giesskammer verhindert oder zumindest erheblich reduziert. Anderseits hält das erfindungsgemässe Inlay den harschen Bedingungen während des Druckgussvorgangs (hoher Druck, hohe Temperatur) ausgezeichnet stand und ergänzt sich mit dem Material des Grundkörpers (insbesondere Stahl) hervorragend. Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch ein Inlay für eine Giesskammer für eine Kaltkammer-Druckgussmaschine, bestehend aus einem oder mehreren Zirkoniumdioxid-haltigen Materialien.It has been found that an inlay according to the invention of one or more zirconium dioxide-containing materials on the one hand prevents or at least considerably reduces the formation of an edge shell in the casting chamber on the one hand because of its heat-insulating properties. On the other hand, the inlay according to the invention withstands the harsh conditions during the die casting process (high pressure, high temperature) excellently and complements the material of the main body (especially steel) perfectly. The present invention thus also relates to an inlay for a casting chamber for a cold chamber die casting machine, consisting of one or more zirconia-containing materials.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird unter einem Inlay ein hohlkörperartiger, vorzugsweise hohlzylinderartiger Körper verstanden, welcher in der Giesskammer auf die Innenseite des Grundkörpers der Giesskammer passgenau eingebracht werden kann. Das Inlay kann maximal eine Länge aufweisen, welche der Länge des Innenraums der Giesskammer entspricht. Gemäss der vorliegenden Erfindung können aber auch Inlays mit geringerer Länge verwendet werden, wobei beispielsweise mehrere Inlays kombiniert werden können (d.h. Segmente eines Gesamt-Inlays darstellen).According to the present invention, an inlay is understood to mean a hollow-body-like, preferably hollow-cylinder-like body which can be accurately introduced in the casting chamber onto the inside of the main body of the casting chamber. The inlay can have a maximum length which corresponds to the length of the interior of the casting chamber. In accordance with the present invention, however, inlays of lesser length may be used, for example, multiple inlays may be combined (i.e., represent segments of a total inlay).

Zirkoniumdioxid (ZrO2) ist ein sehr hartes und beständiges keramisches Material mit einem sehr hohen Schmelzpunkt von 2680°C. Damit eignet es sich sehr gut für den Einsatz unter harschen Bedingungen, wie sie in einer Giesskammer herrschen. Zudem weist es eine geringe Wärmeleitfähigkeit von 1,2-3,5 W/mK im Bereich von 30 bis 1000°C auf. ZrO2 entzieht der Metallschmelze daher sehr wenig Wärme.Zirconia (ZrO 2 ) is a very hard and durable ceramic material with a very high melting point of 2680 ° C. This makes it very suitable for use under harsh conditions, as they prevail in a casting chamber. In addition, it has a low thermal conductivity of 1.2-3.5 W / mK in the range of 30 to 1000 ° C. ZrO 2 therefore removes very little heat from the molten metal.

Erfindungsgemäss bevorzugt ist das Inlay aus teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid wie PSZ und TZP, vorzugsweise mit Titanoxid (TiO2) und Aluminiumoxid (Al2O3) teilstabilisiertem gefertigt. Unter einem teilstabilisierten Zirkoniumdioxid versteht man Zirkoniumdioxid, das durch Zusatz anderer Oxide wie Magnesiumoxid, Titanoxid und Aluminiumoxid stabilisiert wurde. Die Materialeigenschaften des teilstabilisierten ZrO2 können durch Variation des Mischungsverhältnisses von ZrO2 und dem anderen Oxid angepasst und optimiert werden. Vorzugsweise werden Al2O3 (Aluminiumoxid) in Mengen von 1,0 bis 2,5 (Gew.-%) und TiO2 (Titandioxid) in Mengen von 1,0 bis 2,5 (Gew.-%) eingesetzt. Teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid zeigt eine hervorragende Festigkeit und Thermoschockbeständigkeit.According to the invention, the inlay is preferably made of partially stabilized zirconium dioxide such as PSZ and TZP, preferably partially stabilized with titanium oxide (TiO 2 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ). By a partially stabilized zirconia is meant zirconia which has been stabilized by the addition of other oxides such as magnesia, titania and alumina. The material properties of the partially stabilized ZrO 2 can be adjusted and optimized by varying the mixing ratio of ZrO 2 and the other oxide. Preferably, Al 2 O 3 (alumina) in amounts of 1.0 to 2.5 (wt .-%) and TiO 2 (titanium dioxide) in amounts of 1.0 to 2.5 (wt .-%) are used. partially stabilized Zirconia shows excellent strength and thermal shock resistance.

Die vorstehend beschriebenen Zirkoniumdioxid-haltigen Materialien ergänzen sich sehr vorteilhaft mit den anderen Materialien, welche zur Herstellung der Giesskammer verwendet werden. So besitzt ZrO2 einen sehr ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizient wie Stahl (ZrO2: 9,2·10-6 K-1; Stahl: 10·10-6 K-1). Ein Giesskammer-Grundkörper aus Stahl mit einem Inlay aus ZrO2 zeigt ein sehr gleichförmiges Ausdehnungsverhalten; es kommt zu keinem erhöhten Spannungsaufbau zwischen Grundkörper und Inlay.The zirconia-containing materials described above complement each other very advantageously with the other materials used to make the casting chamber. For example, ZrO 2 has a very similar thermal expansion coefficient to steel (ZrO 2 : 9.2 · 10 -6 K -1 , steel: 10 · 10 -6 K -1 ). A casting chamber base made of steel with an inlay made of ZrO 2 shows a very uniform expansion behavior; There is no increased stress build-up between the base body and the inlay.

Es ist daher erfindungsgemäss besonders bevorzugt, den Grundkörper der Giesskammer aus Stahl zu fertigen und mit dem erfindungsgemässen Inlay aus einem oder mehreren Zirkoniumdioxid-haltigen Materialien zu versehen.It is therefore particularly preferred according to the invention to manufacture the main body of the casting chamber from steel and to provide it with the inlay according to the invention of one or more zirconium dioxide-containing materials.

Es hat sich zudem gezeigt, dass das erfindungsgemässe Inlay zur Schaffung eines optimalen tribologischen Systems in der Giesskammer geeignet ist. Die das Inlay aufbauenden Materialien weisen eine sehr grosse Härte, sehr gute Reibwerte und Verschleissbeständigkeit und damit eine optimale Oberflächenbeschaffenheit auf. Erfindungsgemäss bevorzugt kann das Inlay eine strukturierte Oberfläche aufweisen, um den bekannten Stick-slip-Effekt zu vermeiden. Die strukturierte Oberfläche des Inlays kann auf bekannte Weise durch Laserbehandlung oder Ätzverfahren erzeugt werden und weist erfindungsgemäss bevorzugt eine Dicke von 1 bis 10 µm auf. Das erfindungsgemässe Inlay ergänzt sich ideal mit den nachstehend beschriebenen Kolbenringen zur Abdichtung des Giesskolbens.It has also been found that the inlay according to the invention is suitable for creating an optimum tribological system in the casting chamber. The inlay building materials have a very high hardness, very good friction and wear resistance and thus an optimal surface finish. According to the invention, the inlay may have a structured surface in order to avoid the known stick-slip effect. The structured surface of the inlay can be produced in a known manner by laser treatment or etching process and, according to the invention, preferably has a thickness of from 1 to 10 μm. The inlay according to the invention complements ideally with the piston rings described below for sealing the casting piston.

Das erfindungsgemässe Inlay kann aus einem einzigen oder mehreren verschiedenen der vorstehend beschriebenen Zirkoniumdioxid-haltigen Materialien aufgebaut sein. Die Herstellung eines Inlays (d.h. eines Holkörpers, vorzugsweise Hohlzylinders) ist dem Fachmann bekannt und muss hier nicht näher beschrieben werden.The inlay of the present invention may be composed of a single or several different of the zirconia-containing ones described above Be constructed materials. The production of an inlay (ie a hollow body, preferably a hollow cylinder) is known to the person skilled in the art and need not be described in detail here.

Grundsätzlich kann das Inlay auf jede bekannte Weise auf die Innenseite des Grundkörpers eingebracht werden, beispielsweise eingegossen oder eingeklebt werden. Erfindungsgemäss besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn das Inlay in den Grundkörper eingeschrumpft wird. Es kommt hierbei zu einer besonders kraftschlüssigen Verbindung zwischen Grundkörper und Inlay, was die Lebensdauer der Giesskammer signifikant erhöht.In principle, the inlay can be introduced in any known manner onto the inside of the main body, for example cast or glued. However, it is particularly preferred according to the invention if the inlay is shrunk into the main body. This results in a particularly frictional connection between the base body and the inlay, which significantly increases the service life of the casting chamber.

Beim Einschrumpfen nutzt man aus, dass sich Materialien bei Temperaturerhöhung ausdehnen und bei Temperaturerniedrigung zusammenziehen. Man kann die erfindungsgemässe Giesskammer vorteilhaft herstellen, indem man den metallischen Grundkörper erhitzt und/oder das keramische Inlay abkühlt. Das Verfahren ist dem Fachmann bekannt.When shrinking, it is used that materials expand when the temperature increases and contract when the temperature is lowered. The casting chamber according to the invention can advantageously be produced by heating the metallic base body and / or cooling the ceramic inlay. The process is known to the person skilled in the art.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Inlay segmentiert. Es werden also auf der Innenseite des Grundkörpers der Giesskammer mehrere Teil-Inlays aufgebracht, welche zusammen ein Gesamt-Inlay bilden. Diese Inlays sind grundsätzlich voneinander separiert und können aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein, wobei sämtliche Inlay-Segmente wie vorstehend beschrieben aus einem Zirkoniumdioxid-haltigen Material gefertigt sein müssen. Die einzelnen Inlay-Segmente sind hierbei derart auf die Innenseite des Grundkörpers der Giesskammer aufzubringen, dass keine Zwischenräume oder Spalte zwischen den Inlay-Segmenten entstehen, in welche während des Druckgussvorgangs Metallschmelze eindringen könnte.According to a preferred embodiment of the present invention, the inlay is segmented. Thus, several partial inlays are applied on the inside of the main body of the casting chamber, which together form an overall inlay. These inlays are basically separated from each other and can be made of the same material or of different materials, wherein all inlay segments as described above must be made of a zirconia-containing material. The individual inlay segments are in this case applied to the inside of the main body of the casting chamber, that no gaps or gaps between the inlay segments arise, in which molten metal could penetrate during the die casting process.

Erfindungsgemäss bevorzugt ist die gesamte Innenseite des Grundkörpers der Giesskammer mit dem vorstehend beschriebenen Inlay versehen. Zumindest sollten aber die Abschnitte des Grundkörpers mit einem Inlay versehen sein, welche während des Druckgussvorgangs lange in Kontakt mit der Metallschmelze stehen.According to the invention, the entire inner side of the main body of the casting chamber is preferably provided with the inlay described above. But at least the sections of the body should be provided with an inlay, which stand during the die-casting process in long contact with the molten metal.

Die erfindungsgemässe Giesskammer weist eine Einfüllöffnung auf, durch welche die Metallschmelze in die Giesskammer dosiert werden kann. Erfindungsgemäss bevorzugt ist die Einfüllöffnung senkrecht zur Längsachse der Giesskammer angeordnet. Wie vorstehend ausgeführt ist der Bereich der Giesskammer unterhalb der Einfüllöffnung besonders verschleissanfällig, da die eindosierte Metallschmelze auf diesen Bereich fällt und ihn mit der Zeit auswäscht (d.h. abträgt). Zum Schutz dieses Bereichs ist die Innenseite des Grundkörpers der Giesskammer an dieser Stelle mit einem Verschleissschutzelement versehen. Erfindungsgemäss bevorzugt handelt es sich bei diesem Verschleissschutzelement um ein Segment des vorstehend beschriebenen erfindungsgemässen Inlays. Es können aber auch herkömmliche keramische Verschleissschutzelemente eingesetzt werden, wie es beispielsweise in der WO 2006/089442 offenbart ist.The casting chamber according to the invention has a filling opening through which the molten metal can be metered into the casting chamber. According to the invention, the filling opening is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the casting chamber. As stated above, the area of the casting chamber below the filling opening is particularly susceptible to wear, since the metered-in molten metal falls on this area and washes it off with time (ie wears it off). To protect this area, the inside of the main body of the casting chamber is provided at this point with a wear protection element. According to the invention, this wear protection element is preferably a segment of the inlay according to the invention described above. But it can also be used conventional ceramic wear protection elements, as for example in the WO 2006/089442 is disclosed.

Die erfindungsgemässe Giesskammer weist vorzugsweise einen zylindrisch geformten Innenraum mit einem Durchmesser im Beriech von 50 bis 250 mm, vorzugsweise 50 bis 200 mm auf.The casting chamber according to the invention preferably has a cylindrically shaped interior with a diameter in the range of 50 to 250 mm, preferably 50 to 200 mm.

Die Giesskammer kann optional Heizelemente aufweisen. Beispielsweise können elektrisch betriebene Heizelemente oder eine Beheizung mit Thermalöl vorgesehen sein. Derartige Heizelemente sind dem Fachmann bekannt.The casting chamber may optionally have heating elements. For example, electrically operated heating elements or heating with thermal oil can be provided. Such heating elements are known in the art.

In der erfindungsgemässen Giesskammer ist ein Giesskolben beweglich angeordnet. Giesskolben für Kaltkammer-Giesskammern sind bekannt. Sie werden in der Regel hydraulisch bewegt. Eine Hydraulikanordnung zur Bewegung eines Giesskolbens einer Kaltkammer-Druckgussmaschine ist beispielhaft in der WO 2010/070053 beschrieben.In the casting chamber according to the invention, a casting piston is movably arranged. Giesskolben for cold chamber casting chambers are known. They are usually moved hydraulically. A hydraulic arrangement for moving a casting piston of a cold chamber die casting machine is exemplary in the WO 2010/070053 described.

Der Giesskolben kann in seinem Innern einen Kühlkreislauf aufweisen. Dies ist dem Fachmann bekannt.The casting piston may have a cooling circuit in its interior. This is known to the person skilled in the art.

Mit Hilfe des Giesskolbens wird die durch die Einfüllöffnung in die Giesskammer dosierte Metallschmelze durch einen Verbindungskanal aus der Giesskammer heraus in die Giessform gepresst. Der Pressvorgang wird auch als Schuss bezeichnet. Der Pressvorgang wird in der Regel mit Hilfe einer elektronischen Steuereinheit kontrolliert. Derartige Steuereinheiten und zugehörige Steuerprogramme sind kommerziell erhältlich, beispielsweise die Systeme Dataspeed und Dat@net der Anmelderin.With the aid of the casting piston, the molten metal metered through the filling opening into the casting chamber is pressed out of the casting chamber into the casting mold through a connecting channel. The pressing process is also referred to as a shot. The pressing process is usually controlled by means of an electronic control unit. Such control units and associated control programs are commercially available, for example, the Applicant's Dataspeed and Dat @ net systems.

Damit während der Vorwärtsbewegung des Giesskolbens die in der Giesskammer befindliche Metallschmelze ausschliesslich in Richtung Verbindungskanal zur Giessform gepresst wird, weist der erfindungsgemässe Giesskolben einen oder mehrere Dichtungsringe (Kolbenringe) auf. Um eine effiziente Abdichtung zu gewährleisten, sind mehrere Kolbenringe auf dem Giesskolben angeordnet. Erfindungsgemäss bevorzugt sind zwei Kolbenringe auf dem Giesskolben angeordnet. Die Kolbenringe sind auf dem Giesskolben vorzugsweise in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet, um eine optimale Dichtungswirkung zu erzielen. Der Abstand kann entsprechend den Anforderungen in der Giesskammer auf dem Fachmann bekannte Weise bestimmt und variiert werden.So that during the forward movement of the casting piston the metal melt in the casting chamber is pressed exclusively in the direction of the connecting channel to the casting mold, the casting piston according to the invention has one or more sealing rings (piston rings). To ensure efficient sealing, several piston rings are arranged on the casting piston. According to the invention, two piston rings are preferably arranged on the casting piston. The piston rings are preferably arranged on the casting piston at a certain distance from each other in order to achieve an optimum sealing effect. The distance can be determined and varied according to the requirements in the casting chamber in a manner known to the person skilled in the art.

Die Kolbenringe werden auf bekannte Weise auf dem Giesskolben aufgebracht. Beispielsweise können die Kolbenringe auf den Giesskolben aufgeschrumpft oder aufgeschoben werden.The piston rings are applied in a known manner on the casting piston. For example, the piston rings can be shrunk or pushed onto the casting piston.

Es hat sich erfindungsgemäss gezeigt, dass ein optimales tribologisches System in der Giesskammer erhalten wird, wenn in Kombination mit den vorstehend beschriebenen Inlays Kolbenringe aus einem keramischen Material eingesetzt werden. Erfindungsgemäss bevorzugt sind die Kolbenringe aus einem keramischen Material gefertigt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ZrO2-TZP, diamantbeschichtetem Si-SiC und Nickelborid. ZrO2-TZP ist die Bezeichnung für tetragonale Zirkoniumdioxid-Polykristalle. Es handelt sich um Hochleistungskeramiken, in welchem dem Grundstoff Zirkoniumdioxid Additive aus der Gruppe der Seltenerdoxide bzw. anderer Metalloxide(z.B. Y2O3, Ce2O3, TiO2, Al2O3) zugesetzt sind. ZrO2-TZP und PSZ sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.It has been found according to the invention that an optimum tribological system is obtained in the casting chamber when piston rings made of a ceramic material are used in combination with the inlays described above. According to the invention, the piston rings are preferably made of a ceramic material selected from the group consisting of ZrO 2 -TZP, diamond-coated Si-SiC and nickel boride. ZrO 2 -TZP is the name for tetragonal zirconia polycrystals. These are high-performance ceramics in which additives from the group of the rare earth oxides or other metal oxides (eg Y 2 O 3 , Ce 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 ) are added to the base material zirconium dioxide. ZrO 2 -TZP and PSZ are well known to those skilled in the art.

Bei Ausführungsformen mit mehreren Kolbenringen auf dem Giesskolben können diese Kolbenringe aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein.In embodiments with multiple piston rings on the casting piston, these piston rings can be made of the same material or of different materials.

Die erfindungsgemäss eingesetzten Kolbenringe sind wärmeleitend. Die Kolbenringe können zusätzlich beschichtet sein.The piston rings used according to the invention are thermally conductive. The piston rings can additionally be coated.

Erfindungsgemäss bevorzugt wird ein Giesskolben eingesetzt, der einen vorderen Kolbenringträgerabschnitt aufweist. Auf diesem Kolbenringträgerabschnitt sind der oder die Kolbenringe angeordnet.According to the invention, a casting piston is preferably used which has a front piston ring carrier section. On this piston ring support portion or the piston rings are arranged.

Es hat sich weiterhin erfindungsgemäss gezeigt, dass das tribologische System in der Giesskammer zusätzlich optimiert werden kann, wenn anstelle der herkömmlich eingesetzten organischen Schmiermittel eine Feststoffschmierung verwendet wird. Wie vorstehend ausgeführt kommt es bei der Verwendung organischer Schmiermittel zu einer Aufnahme von Gas in die Schmelze, wodurch sich bei der Wärmebehandlung, der Schweissbarkeit sowie bei den mechanischen Eigenschaften des aus der Schmelze geformten Gussteils Nachteile ergeben.It has also been shown according to the invention that the tribological system in the casting chamber can be additionally optimized if solid lubrication is used instead of the conventionally used organic lubricant. As stated above, it comes with the use of organic lubricant to a gas intake in the melt, resulting in the heat treatment, the weldability and in the mechanical properties of the melt molded casting disadvantages.

Bei der erfindungsgemässen Feststoffschmierung werden hingegen keine Gase freigesetzt. Es wird nur eine geringe Menge an Schmierstoff an die Metallschmelze abgegeben. Erfindungsgemäss bevorzugt wird ein Festschmierstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Graphit, Bornitrid und Molybdändisulfid, vorzugsweise Graphit und Bornitrid, für die Schmierung des Giesskolbens in der Giesskammer eingesetzt.By contrast, no gasses are released in the solid lubricant according to the invention. Only a small amount of lubricant is released to the molten metal. According to the invention, a solid lubricant selected from the group consisting of graphite, boron nitride and molybdenum disulfide, preferably graphite and boron nitride, is preferably used for the lubrication of the casting piston in the casting chamber.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Festschmierstoff in Form von wenigen mm dicken Reservoiren auf dem Giesskolben angeordnet, vorzugsweise hinter dem oder den Kolbenringen, vom vorderen Ende des Giesskolbens betrachtet. Die Schmierung erfolgt mittels Abrieb des Festschmierstoffs, wodurch sich ein Schmierfilm auf der Oberfläche des Giesskolbens bildet.According to a preferred embodiment of the present invention, the solid lubricant is arranged in the form of a few mm thick reservoirs on the casting piston, preferably behind the piston or rings, viewed from the front end of the casting piston. The lubrication takes place by means of abrasion of the solid lubricant, whereby a lubricating film forms on the surface of the casting piston.

Zusätzlich kann die erfindungsgemässe Giesskammer eine Absaugvorrichtung aufweisen, um die Giesskammer zu evakuieren oder während des Betriebs entstehende Giessgase abzusaugen.In addition, the casting chamber according to the invention can have a suction device in order to evacuate the casting chamber or to draw off casting gases which arise during operation.

Die vorliegende Erfindung betrifft zudem eine Kaltkammer-Druckgussmaschine, umfassend eine vorstehend beschriebene Giesskammer.The present invention also relates to a cold chamber die casting machine comprising a casting chamber as described above.

Mit der erfindungsgemässen Kaltkammer-Druckgussmaschine können unter anderem folgende Vorteile erzielt werden:

  • Der Verschleiss der Giesskammer ist geringer; es können bis zu maximal 100'000 Schüsse mit einer Giesskammer durchgeführt werden.
  • Nachteile geringer Füllgrade werden gemindert
  • Es kann Metall mit einer vergleichsweise tiefen Temperatur eingegossen werden
  • Luft und Giessgase können länger abgesaugt werden; eine Evakuierung über die Giesskammer ist möglich.
  • Die Qualität der mit der erfindungsgemässen Kaltkammer-Druckgussmaschine hergestellten Gussteile ist verbessert und konstanter. Insbesondere zeigen die so hergestellten Bauteile eine erhöhte und gleichförmigere Verformungsfähigkeit, da es in der Giesskammer im Wesentlichen zu keiner Randschalenbildung und somit zu keinem Einbau von Resten dieser Randschale in das Bauteil kommt.
The following advantages can be achieved, inter alia, with the cold chamber die casting machine according to the invention:
  • The wear of the casting chamber is lower; Up to a maximum of 100,000 shots can be fired with a casting chamber.
  • Disadvantages of low fill levels are reduced
  • It can be cast metal at a relatively low temperature
  • Air and casting gases can be sucked off longer; an evacuation via the casting chamber is possible.
  • The quality of the castings produced with the cold chamber die casting machine according to the invention is improved and more constant. In particular, the components thus produced show an increased and more uniform deformability, since there is essentially no edge shell formation in the casting chamber and thus no incorporation of residues of this peripheral shell into the component.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Giesskammer, des vorstehend beschriebenen Inlays sowie der vorstehend beschriebenen Kaltkammer-Druckgussmaschine zur Herstellung von Gussteilen. Vorzugsweise werden mit Hilfe der erfindungsgemässen Kaltkammer-Druckgussmaschine Gussteile aus Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen, Kupferlegierungen oder Zinklegierungen hergestellt.The present invention also relates to the use of the above-described casting chamber, the inlay described above and the above-described cold chamber die casting machine for the production of castings. Castings made of aluminum alloys, magnesium alloys, copper alloys or zinc alloys are preferably produced with the aid of the cold chamber die casting machine according to the invention.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend im Detail anhand von nicht einschränkenden Zeichnungen näher erläutert.The present invention will be explained in detail below with reference to non-limiting drawings.

Es zeigen:

Fig. 1
eine schematische Darstellung einer Kaltkammer-Druckgussmaschine
Fig. 2
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Giesskammer für eine Kaltkammer-Druckgussmaschine
Show it:
Fig. 1
a schematic representation of a cold chamber die casting machine
Fig. 2
a schematic representation of an inventive casting chamber for a cold chamber die casting machine

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kaltkammer-Druckgussmaschine 1. Die Giessform wird von einer festen Aufspannplatte 2 und einer beweglichen Aufspannplatte 3 mit daran angeordneter fester Formhälfte 4 und beweglicher Formhälfte 5 gebildet. Zwischen der festen Formhälfte 4 und der beweglichen Formhälfte 5 ist der Hohlraum 6 (auch als Kavität oder Formkontur bezeichnet) ausgebildet, dessen Konturen dem zu giessenden Formteil entsprechen. Die bewegliche Aufspannplatte 3 kann auf den Paaren von Säulenzylindern 7 und 8 (es ist von den Paaren jeweils nur der vordere Säulenzylinder gezeigt) geführt werden, um die Form zu öffnen oder zu schliessen. Metallschmelze 11 wird zum Giessen des Gussteils in die kalte Giesskammer 9 dosiert und mit Hilfe des Giesskolbens 10 in den Hohlraum 6 der Form gepresst. Fig. 1 shows a schematic representation of a cold chamber die casting machine 1. The mold is of a fixed platen 2 and a movable platen 3 with it arranged solid mold half 4 and movable mold half 5 is formed. Between the fixed mold half 4 and the movable mold half 5, the cavity 6 (also referred to as a cavity or mold contour) is formed, the contours of which correspond to the molding to be molded. The movable platen 3 can be guided on the pairs of pillar cylinders 7 and 8 (only the front pillar cylinders are shown by the pairs) to open or close the mold. Molten metal 11 is metered into the cold casting chamber 9 for casting the casting and pressed into the cavity 6 of the mold by means of the casting piston 10.

Fig. 2 zeigt eine Giesskammer 9 gemäss der vorliegenden Erfindung. In der Giesskammer 9 ist ein Giesskolben 10 beweglich angeordnet. Der Giesskolben 10 wird über seine Kolbenstange 10a durch eine (nicht gezeigte) Hydraulikanordnung bewegt. Durch die Einfüllöffnung 12 kann Metallschmelze in die Giesskammer 9 dosiert werden. Durch den Verbindungskanal 13 kann die Metallschmelze aus der Giesskammer 9 in den Hohlraum 6 der Form (siehe Fig. 1) gepresst werden. Fig. 2 shows a casting chamber 9 according to the present invention. In the casting chamber 9, a casting piston 10 is movably arranged. The casting piston 10 is moved via its piston rod 10a by a hydraulic arrangement (not shown). Through the filling opening 12 molten metal can be metered into the casting chamber 9. Through the connecting channel 13, the molten metal from the casting chamber 9 in the cavity 6 of the mold (see Fig. 1 ) are pressed.

Am Ende des Giesskolbens 10 ist ein Kolbenringträgerabschnitt 14 angeordnet, welcher einen grösseren Durchmesser aufweist als die Kolbenstange des Giesskolbens 10. Auf den Kolbenringträgerabschnitt 14 sind bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 zwei Kolbenringe 19 aufgebracht.At the end of the casting piston 10, a piston ring carrier portion 14 is arranged, which has a larger diameter than the piston rod of the casting piston 10. On the piston ring carrier portion 14 are in the embodiment according to Fig. 2 two piston rings 19 applied.

Hinter dem Kolbenringträgerabschnitt 14 weist der Giesskolben 10 einen Absatz mit einem geringeren Durchmesser als der Kolbenträgerabschnitt 14 auf. Dort ist der Festschmierstoff 18 als ringförmiger Körper auf dem Giesskolben 10 angebracht. Es ist aber erfindungsgemäss nicht erforderlich, einen derartigen Absatz vorzusehen. Der Festschmierstoffkörper 18 kann alternativ auch (mit entsprechend angepasster Dicke) auf einen Teil der Kolbenträgerabschnitts 14 aufgebracht werden.Behind the piston ring carrier section 14, the casting piston 10 has a shoulder with a smaller diameter than the piston carrier section 14. There, the solid lubricant 18 is attached as a ring-shaped body on the casting piston 10. However, according to the invention it is not necessary to provide such a paragraph. The solid lubricant body 18 may alternatively also (With correspondingly adapted thickness) are applied to a part of the piston support portion 14.

Auf der Innenseite des Grundkörpers 20 der Giesskammer 9 ist ein erfindungsgemässes segmentiertes Inlay 15 durch Einschrumpfen aufgebracht. Auf dem der Einfüllöffnung 12 gegenüberliegenden Bereich des Grundkörpers 20 der Giesskammer 9 ist ein Verschleissschutzelement 16 angeordnet. Dieses kann aus dem gleichen Material wie das Inlay 15 bestehen. Ein analoges Verschleissschutzelement ist bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 auch als Seitenbegrenzung der Einfüllöffnung 12 bereitgestellt. Weiterhin umfasst die Giesskammer 9 einen Fixierring 17. Der Fixierring dient als Sicherung (Loslager) gegen ein Verrutschen des Inlays 15. Das Inlay 15 ist somit durch den als Festlager dienenden Bund am Giesskammerende sowie durch den als Loslager dienenden Fixierring 17 in der Giesskammer 9 fest positioniert.On the inside of the main body 20 of the casting chamber 9, a segmented inlay 15 according to the invention is applied by shrinking. On the filling opening 12 opposite region of the base body 20 of the casting chamber 9, a Verschleissschutzelement 16 is arranged. This may consist of the same material as the inlay 15. An analogous wear protection element is according to the embodiment Fig. 2 also provided as a side boundary of the filling opening 12. Furthermore, the casting chamber 9 comprises a fixing ring 17. The fixing ring serves as a safeguard (floating bearing) against slippage of the inlay 15. The inlay 15 is thus fixed in the casting chamber 9 by the collar serving as a locating bearing at the casting chamber end and by the fixing ring 17 serving as a floating bearing positioned.

Claims (15)

Giesskammer (9) für eine Kaltkammer-Druckgussmaschine (1), umfassend einen Grundkörper (20) aus Stahl oder Gusseisen, vorzugsweise Stahl, und einen im Grundkörper (20) beweglich angeordneten Giesskolben (10), wobei der Grundkörper (20) eine Einfüllöffnung (12) für Metallschmelze (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des Grundkörpers (20) zumindest teilweise mit einem Inlay (15) aus einem oder mehreren Zirkoniumdioxid-haltigen Materialien bedeckt ist.Casting chamber (9) for a cold chamber die casting machine (1), comprising a base body (20) made of steel or cast iron, preferably steel, and a casting piston (10) movably arranged in the base body (20), the base body (20) having a filling opening ( 12) for molten metal (11), characterized in that the inside of the base body (20) is at least partially covered with an inlay (15) of one or more zirconia-containing materials. Giesskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zirkoniumdioxid-haltige Material teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid, vorzugsweise mit Titandioxid (1,0 bis 2,5 Gew.-%) und Aluminiumoxid (1,0 bis 2,5 Gew.-%) teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid ist.Casting chamber according to claim 1, characterized in that the zirconia-containing material partially stabilized zirconia, preferably with titanium dioxide (1.0 to 2.5 wt .-%) and alumina (1.0 to 2.5 wt .-%) partially stabilized zirconia is. Giesskammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Inlay (15) in den Grundkörper (20) eingeschrumpft, eingeklebt oder eingegossen, vorzugsweise eingeschrumpft ist.Casting chamber according to claim 1 or 2, characterized in that the inlay (15) shrunk into the base body (20), glued or cast, preferably shrunk. Giesskammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Inlay (15) segmentiert ist, wobei die verschiedenen Segmente aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind.Casting chamber according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inlay (15) is segmented, wherein the different segments are made of the same material or of different materials. Giesskammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Inlay (15) eine strukturierte Oberfläche aufweist.Casting chamber according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inlay (15) has a structured surface. Giesskammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Giesskolben (10) einen oder mehrere, vorzugsweise zwei, keramische Kolbenringe (19) aufweist.Casting chamber according to one of claims 1 to 5, characterized in that the casting piston (10) has one or more, preferably two, ceramic piston rings (19). Giesskammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kolbenringe (19) aus einem keramischen Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ZrO2-TZP, diamantbeschichtetem Si-SiC und Nickelborid, gefertigt sind, wobei mehrere Kolbenringe (19) aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind.Casting chamber according to claim 6, characterized in that the one or more piston rings (19) are made of a ceramic material selected from the group consisting of ZrO 2 -TZP, diamond-coated Si-SiC and nickel boride, wherein a plurality of piston rings (19) of the same material or made of different materials. Giesskammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Giesskammer (9) eine Feststoffschmierung (18) enthält.Casting chamber according to one of claims 1 to 7, characterized in that the casting chamber (9) contains a solid lubricant (18). Giesskammer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffschmierung (18) einen Festschmierstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Graphit, Bornitrid und Molybdändisulfid, vorzugsweise Graphit und Bornitrid umfasst.Casting chamber according to claim 8, characterized in that the solid lubrication (18) comprises a solid lubricant selected from the group consisting of graphite, boron nitride and molybdenum disulfide, preferably graphite and boron nitride. Inlay (15) für eine Giesskammer (9) für eine Kaltkammer-Druckgussmaschine (1), bestehend aus einem oder mehreren Zirkoniumdioxid-haltigen Materialien.Inlay (15) for a casting chamber (9) for a cold chamber die casting machine (1) consisting of one or more zirconia-containing materials. Inlay nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zirkoniumdioxid-haltige Material teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid, vorzugsweise mit Titandioxid und Aluminiumoxid teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid ist.Inlay according to claim 10, characterized in that the zirconia-containing material is partially stabilized zirconia, preferably partially stabilized zirconia with titania and alumina. Inlay nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Inlay eine strukturierte Oberfläche aufweist.Inlay according to claim 10 or 11, characterized in that the inlay has a structured surface. Kaltkammer-Druckgussmaschine (1), umfassend eine Giesskammer (9) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9.Cold chamber die casting machine (1), comprising a casting chamber (9) according to one of claims 1 to 9. Verfahren zur Herstellung einer Giesskammer (9) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend den Schritt des Aufbringens eines Inlays (15) gemäss einem der Ansprüche 10 bis 12 auf die Innenseite des Grundkörpers (20) der Giesskammer (9), vorzugsweise durch Einschrumpfen.A method for producing a casting chamber (9) according to one of claims 1 to 9, comprising the step of applying an inlay (15) according to one of claims 10 to 12 to the inside of the base body (20) of the casting chamber (9), preferably by shrinking , Verwendung einer Giesskammer (9) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, eines Inlays (15) gemäss einem der Ansprüche 10 bis 12 oder einer Kaltkammer-Druckgussmaschine (1) gemäss Anspruch 13 zur Herstellung von Gussteilen.Use of a casting chamber (9) according to one of claims 1 to 9, an inlay (15) according to one of claims 10 to 12 or a cold chamber die-casting machine (1) according to claim 13 for the production of castings.
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