WO2005071122A1 - Mischvorrichtung - Google Patents

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WO2005071122A1
WO2005071122A1 PCT/CH2005/000022 CH2005000022W WO2005071122A1 WO 2005071122 A1 WO2005071122 A1 WO 2005071122A1 CH 2005000022 W CH2005000022 W CH 2005000022W WO 2005071122 A1 WO2005071122 A1 WO 2005071122A1
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mixing device
sprue
channel
elevation
mixing
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PCT/CH2005/000022
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Inventor
Benno Niedermann
Jörg Frei
Ulrich Binder
Original Assignee
Bühler Druckguss AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/005—Casting metal foams
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C22C1/083—Foaming process in molten metal other than by powder metallurgy
    • C22C1/086—Gas foaming process

Definitions

  • the invention relates to a mixing device, in particular for mixing light metal melts with powdery or granular substances, preferably for mixing aluminum melt with a blowing agent.
  • a powder of a copper alloy is filled into a wire and this is then fed to a molten metal mass.
  • a powdery or granular substance is dosed from a container into a molten metal, the container having a part tapering downwards, at the bottom of which at least one nozzle and above it an ejector are provided.
  • the nozzle is connected to a carrier gas line and the ejector is connected to a mixture transport line.
  • a gas stream is passed continuously and independently of solids into a mixing chamber.
  • the solids are carried into the interior of a molten metal by the gas jet serving as a blowing agent, a rotational movement being generated between the feed line and the molten metal.
  • DE-A-3612613 teaches a device in which a channel for molten pig iron has blowing nozzles or blowing stones.
  • the invention has for its object to provide a mixing device which enables an efficient mixing of a powdery blowing agent with an aluminum melt shortly before or during the filling of the melt in a die casting tool.
  • the problem is solved with the features of the claim.
  • the invention is based on the knowledge that for the production of foamed metal bodies, in particular of integral foam, for example according to WO-A-02/060621, the blowing agent is uniform during the filling process distribute in the melt and achieve a complete foaming in the mold. This is achieved with the sprue channel designed according to the invention with mixing elements in a one-step mixing and foaming process.
  • the mixing element is constructed in several stages and can be adapted to different volumes.
  • the sprue channel is provided with an increase or narrowing, at which a dynamic pressure is created, followed by a pressure drop.
  • the increase can be made over the entire width (inner diameter) of the sprue or only partially filling.
  • the propellant is preferably added to the liquid light metal stream by means of a hydraulic cylinder in the sprue with at least one pin, preferably in the center of the sprue. At least one additional chicane can follow the increase or decrease.
  • the elements of the mixing device and the redistribution in the molten metal stream cause the blowing agent to be sufficiently distributed in the metal stream.
  • the powdery or granular materials can also other metals or ceramic particles and. a. include.
  • a better process stability is achieved by the propellant supply by means of a mixer in terms of path and time depending on the semolina piston path.
  • the mixer elements are interchangeable as wear parts.
  • the invention is described in more detail in an exemplary embodiment with reference to a drawing.
  • the drawing shows the mixing device in a sprue.
  • a sprue 1 of a die-casting mold is provided with an elevation 4 on the inside, which causes a narrowing of the cross section and thus a dynamic pressure.
  • the elevation 4 three pin channels 2 open into the sprue channel.
  • two baffles 6 follow at a distance from the increase 4.
  • the flow rate of the melt flow is high according to the method.
  • the dynamic pressure at the elevation 4 is followed by a pressure drop between the elevation 4 and the baffles 6.
  • the propellant in the pin channels 2 is preferably injected into the melt stream simultaneously by means of a cylinder 3.
  • the pin channels 2 have an inner diameter depending on the size of the part to be cast.
  • the pin channels 2 can be arranged side by side or offset from one another.
  • the middle part 10 of the sprue 1 can be designed as an easily replaceable wear part.
  • the elevation 4 is designed as a hump or ramp, depending on the design of the elevation 4, the melt flow can flow left or right or over it.
  • the different flow rates promote the mixing of the melt with the blowing agent.
  • Automatic corrections can be implemented during the injection process on the casting profile and the retraction of the cylinder (s) 3 with propellant.
  • the metal front is detected by a sensor in the casting channel and converted into a signal, this signal serves as the basis for the automatic corrections for the casting profile and retraction of the cylinder (s) 3, regardless of the amount of metal that is filled.
  • the same sensor signal is used to end the press-in process before the cavity is 100% full.
  • the signals can be placed on the casting diagram for visualization and checked there and can thus be assigned to a casting piston waypoint.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung, insbesondere zum mischen einer Leichtmetallschmelze mit einem pulver- oder granulatförmigen Stoff in einem Angusskanal (1) einer Form, wobei der Stoff insbesondere ein Treibmittel zur Bildung von Integralschaum ist. Der Angusskanal (1) weist innen eine Erhöhung (4) auf, der mindestens ein Kanal zur Injektion des Stoffes zugeordnet ist.

Description

Mischvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung, insbesondere zum mischen von Leichtmetallschmelzen mit pulver- oder granulatförmigen Stoffen, bevorzugt zum mischen von Aluminiumschmelze mit einem Treibmittel.
Gemäss der DE-A-2810537 wird ein Pulver einer Kupferlegierung in einen Draht gefüllt und dieser wird dann einer geschmolzenen Metallmasse zugeführt. Nach der DE-A- 3508620 wird ein pulverförmiger oder körniger Stoff aus einem Behälter in eine Metallschmelze dosiert, wobei der Behälter ein sich nach unten verjüngendes Teil aufweist, an dessen Boden wenigstens eine Düse und oberhalb desselben ein Ejektor vorgesehen sind. Die Düse ist an eine Trägergasleitung und der Ejektor ist an eine gemischtransportierende Leitung angeschlossen.
Bei einem Verfahren gemäss DE-A-2326603 wird ein Gasstrom kontinuierlich und unabhängig von Feststoffen in eine Mischkammer geleitet. Durch den als Treibmittel dienenden Gasstrahl werden die Feststoffe in das Innere einer Metallschmelze getragen, wobei zwischen Zuleitung und Metallschmelze eine Rotationsbewegung erzeugt wird.
Die DE-A-3612613 lehrt eine Vorrichtung, bei die einer Rinne für Roheisenschmelze Blasdüsen oder Blassteine aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischvorrichtung zu schaffen, die ein effizientes vermischen eines pulverförmigen Treibmittels mit einer Aluminiumschmelze kurz vor bzw. während des Einfüllens der Schmelze in ein Druckgiesswerkzeug ermöglicht. Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass es zur Herstellung von geschäumten Metallkörpern, insbesondere aus Integralschaum, zum Beispiel gemäss derWO-A- 02/060621 erforderlich ist, das Treibmittel während des Einfüllvorganges gleichmässig in der Schmelze zu verteilen und ein vollständiges ausschäumen in der Form zu erreichen. Dies wird mit dem erfindungsgemäss mit Mischelementen ausgestalteten Angusskanal in einem einstufigen Misch- und Schäumprozess erreicht. Das Mischelement ist mehrstufig aufgebaut und an unterschiedliche Volumina anpassbar.
Der Angusskanal ist mit einer Erhöhung bzw. Verengung versehen, an der ein Staudruck entsteht, gefolgt von einem Druckabfall.
Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erhöhung kann über die gesamte Breite (Innendurchmesser) des Angusskanales oder auch nur teilweiseausfüllend ausgebildet sein. Bevorzugt wird das Treibmittel mittels eines hydraulischen Zylinders im Angusskanal mit mindestens einem Stift dem flüssigen Leichtmetallstrom beigegeben, bevorzugt im Zentrum des Angusskanals. Auf die Erhöhung bzw. Verengung kann mindestens eine weitere Schikane folgen.
Die Elemente der Mischvorrichtung sowie Umschichtungen im Metallschmelzestrom bewirken eine ausreichende Verteilung des Treibmittels im Metallstrom. Die pulver- bzw. granulatförmigen Stoffe können auch andere Metalle oder Keramikteilchen u. a. umfassen. Durch die Treibmittelzuführung mittels Mischer bzgl. Weg und Zeitpunkt in Abhängigkeit vom Griesskolbenweg wird eine bessere Prozessstabilität erreicht.
Die Mischerelemente sind als Verschleissteil austauschbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt die Mischvorrichtung in einem Angusskanal.
Ein Angusskanal 1 einer Druckgiessform ist innen mit einer Erhöhung 4 versehen, die eine Verengung des Querschnittes und somit einen Staudruck bewirkt. In der Erhöhung 4 münden drei Stiftkanäle 2 in den Angusskanal. In Fliessrichtung 5 des Aluminiumschmelzestromes folgen auf die Erhöhung 4 beabstandet zwei Schikanen 6. Die Fliessgeschwindigkeit des Schmelzestromes ist verfahrensgemäss hoch. Auf den Staudruck an der Erhöhung 4 folgt ein Druckabfall zwischen Erhöhung 4 und den Schikanen 6.
Bevorzugt wird das Treibmittel in den Stiftkanälen 2 gleichzeitig mittels eines Zylinders 3 in den Schmelzestrom injiziert. Die Stiftkanäle 2 weisen einen Innendurchmesser in Abhängigkeit von der Grosse des zu giessenden Teiles auf. Die Stiftkanäle 2 können nebeneinander oder zueinander versetzt angeordnet sein. Das Mittelteil 10 des An- gusskanales 1 kann als Verschleissteil leicht auswechselbar ausgebildet sein.
Die Erhöhung 4 ist als Buckel bzw. Rampe ausgebildet, an der der Schmelzestrom je nach Gestaltung der Erhöhung 4 links und rechts oder über diesen hinweg vorbeiflies- sen kann. Die unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten befördern die Durchmischung der Schmelze mit dem Treibmittel.
Es können automatische Korrekturen während des Einspressvorganges am Giessprofil und dem Einfahren des/der Zylinder 3 mit Treibmittel realisiert werden.
Durch einen Sensor im Giesskanal wird die Metallfront erfasst und in ein Signal umgewandelt, dieses Signal dient als Basis für die automatischen Korrekturen für Giessprofil und Einfahren des/der Zylinder 3 unabhängig von der Metallmenge die eingefüllt wird.
Das gleiche Sensorsignal wird eingesetzt um den Einpressvorgang zu beenden bevor die Kavität zu 100% gefüllt ist.
Die Signale können zur Visualisierung auf das Giessdiagramm aufgelegt werden und dort kontrolliert werden und können somit einem Giesskolben-Wegpunkt zugeordnet werden.
Die Erfindung ist nicht auf diese konkrete Ausführungsform begrenzt. Bezugszeichen
Angusskanal Stiftkanal Zylinder Erhöhung Fliessrichtung Schikane Mittelteil

Claims

Patentansprüche
1. Mischvorrichtung, insbesondere zum mischen von Leichtmetallschmelze mit pul- ver- oder granulatförmigen Stoffen in einem Angusskanal (1 ) einer Form, wobei der Angusskanal (1 ) innen eine Erhöhung (4) aufweist, der mindestens ein Kanal zum injizieren eines pulver- oder granulatförmigen Stoffes zugeordnet.
2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung (4) über die gesamte Breite des Angusskanales (1 ) ausgebildet ist.
3. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass drei Stiftkanäle (2) zur Injektion des Treibmittels angeordnet sind.
4. Mischvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanal zur Injektion in der Erhöhung (4), bevorzugt an der stromabwärts gerichteten Seite angeordnet ist.
5. Mischvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Flussrichtung beabstandet auf die Erhöhung (4) mindestens eine Schikane (6) folgt.
6. Mischvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Giesskanal/Angusskanal ein Metallfrontsensor angeordnet ist.
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