DE102004007803A1

DE102004007803A1 - Füllrohr mit glasartiger Beschichtung

Info

Publication number: DE102004007803A1
Application number: DE102004007803A
Authority: DE
Inventors: Matthew W. Tuscon Willer
Original assignee: Howmet Research Corp
Current assignee: Howmet Corp
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2004-10-14
Also published as: JP2004268141A; FR2851184A1; US20040159418A1

Abstract

Ein Füllrohr für eine Formgießmaschine umfasst eine darauf gebildete glasartige Beschichtung, welche den Luftstrom durch die gasdurchlässige Wandung des Füllrohres während des Formgießens, wenn die Metall- oder Legierungsschmelze in dem Behälter mit Luftdruck beaufschlagt wird, reduzieren oder eliminieren kann.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Füllrohr für eine Formgießmaschine.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei bestimmten Formgießmaschinen ist die zu vergießende Metall- oder Legierungsschmelze in einem Behälter gehalten. Ein Füllrohr erstreckt sich von unterhalb der Oberfläche der Metall- oder Legierungsschmelze zu einem Formhohlraum. Wenn ein Gas-(z.B. Luft-)druck für eine Zeit auf die Metall- oder Legierungsschmelze in dem Behälter aufgebracht wird, wird die Metall- oder Legierungsschmelze durch das Füllrohr in den Formhohlraum gedrückt, in einer Menge, mit der der Formhohlraum gefüllt wird. Bei einer automatisierten Formgießmaschine wird die Gasdruckbeaufschlagung der Metall- oder Legierungsschmelze in dem Behälter so gesteuert, dass periodisch eine Menge der Metall- oder Legierungsschmelze von dem Behälter in den Formhohlraum eingeführt wird.

Automatisierte Formgießmaschinen verwenden ein gasdurchlässiges Keramikfüllrohr, um die Metall- oder Legierungsschmelze von dem Behälter zu den Formen, welche zwischen sich den Formhohlraum bilden, zu befördern. Die Verwendung eines gasdurchlässigen Keramikfüllrohrs ist nachteilig, weil unter Druck stehende Umgebungsluft (oder ein anderes Druckgas) durch die gasdurchlässige Wandung des Füllrohrs hindurchtreten kann, derart, dass die Druckdifferenz, die erforderlich ist, um die Metall- oder Legierungsschmelze durch das Füllrohr zu dem Formhohlraum zu drücken, nicht erzielt werden kann. Ferner kann Druckgas, welches durch die Wandung des Füllrohrs hindurchtritt, zu dem Formhohlraum gelangen, wo die Luft (das Gas) in die Metall- oder Legierungsschmelze mit aufgenommen werden kann und als Folge davon Fehler in dem Gussstück, welches in dem Formhohlraum erstarrt, verursachen kann.

Die vorliegende Erfindung überwindet diesen Nachteil durch Bereitstellen einer glasartigen Beschichtung auf dem Keramikfüllrohr, wobei die glasartige Beschichtung den Luftstrom durch die gasdurchlässige Wandung des Füllrohrs während des Formgießens, wenn die Metall- oder Legierungsschmelze in dem Behälter mit Luftdruck beaufschlagt wird, reduzieren oder eliminieren kann.

Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird die glasartige Beschichtung hergestellt durch Mischen von einer Glasfritte und deionisiertem Wasser in geeigneten Anteilen und Beschichten einer Oberfläche des Keramikfüllrohrs mit der Mischung. Die Beschichtung auf dem Füllrohr wird dann gebrannt, um die glasartige Beschichtung zu erzeugen, welche den Luftstrom durch die gasdurchlässige Wandung des Füllrohres während des Formgießens, wenn die Metall- oder Legierungsschmelze in dem Behälter mit Luftdruck beaufschlagt wird, reduziert oder eliminiert.

Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung der Erfindung in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Füllrohrs, welches zwischen einem Haltebehälter für eine Metall- oder Legierungsschmelze und einem Paar von Formen, die zwischen sich einen Formhohlraum definieren, angeordnet ist.
2 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung des Füllrohres, welche die glasartige Beschichtung auf der äußeren Oberfläche des Füllrohres zeigt.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun auf 1 Bezug genommen, gemäß welcher die vorliegende Erfindung ein Füllrohr 10 zur Verwendung in einer Formgießmaschine bereitstellt. Ein Ende 10a des Füllrohres 10 ist in die Metall- oder Legierungsschmelze M in einem Schmelzehaltebehälter 20 getaucht, während das andere Ende 10b mit einem zwischen Formen 32, 34 gebildeten Formhohlraum 30 via Durchlass 36 in der Form 32 verbunden ist. Das Füllrohr 10 umfasst einen inneren Durchlass 10c entlang seiner Länge zum Transport einer Metall- oder Legierungsschmelze zwischen dem Schmelzehaltebehälter 20, z.B. ein Tiegel, und dem Formhohlraum 30. Eine gasdruckbeaufschlagbare Kammer C befindet sich oberhalb der Metall- oder Legierungsschmelze in dem Behälter 20 und kann gasdruckbeaufschlagt werden, derart, dass die Metall- oder Legierungsschmelze M in dem Behälter 20 mit Gasdruck beaufschlagt und aufwärts durch das Füllrohr 10 in den Formhohlraum 30 gedrückt wird. Beispielhaft und ohne hierauf begrenzt zu sein, kann der Gasdruck Luftdruck umfassen, den die Kammer C durch einen konventionellen Luftverdichter oder Pumpe 40 über eine Leitung 42 zwischen dem Verdichter und der Kammer erhält. Im Betrieb der Formgießmaschine wird die Zeit der Gasdruckbeaufschlagung des Behälters 20 so gesteuert, dass die Metall- oder Legierungsschmelze in dem Behälter periodisch druckbeaufschlagt wird, um so aufeinanderfolgende Mengen der Metall- oder Legierungsschmelze von dem Behälter in den Formhohlraum 30 einzuführen, wie hinreichend bekannt.
Beim Niederdruckformgießen von Aluminium und seinen Legierungen kann das Keramikfüllrohr 10 Zirconia oder ein anderes geeignetes Keramikmaterial umfassen, welches gegen das geschmolzene Aluminium und seine Legierungen resistent ist. Andere Keramikmaterialien können für das Füllrohr 10 gewählt werden, in Abhängigkeit von der in eine Form zu vergießenden Metall- oder Legierungsschmelze. Das Füllrohr 10 ist typisch ein vorgeformtes monolithisches Rohr von geeigneter Gestalt und Abmessung für den durchzuführenden Formgießvorgang.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Keramikfüllrohr 10 in situ mit einer glasartigen Beschichtung 11 überzogen, wie in den 1 und 2 gezeigt. Die glasartige Beschichtung 11 ist so gewählt, dass sie eine verminderte Gasdurchlässigkeit im Vergleich zu dem Füllrohr 10 zeigt, um so den Durchtritt oder die Infiltration eines Druckgases in dem Behälter 10 durch die gasdurchlässige Wandung 10w in den Durchlass 10c des Füllrohrs 10 während des Formgießens, wenn die Metall- oder Legierungsschmelze in dem Behälter 10 mit Gasdruck beaufschlagt wird, zu reduzieren oder zu eliminieren. Zu diesem Zweck ist die glasartige Beschichtung 11 bevorzugt im Wesentlichen gasundurchlässig gegenüber dem Druckgas in Kammer 35.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird die glasartige Beschichtung in situ auf dem Füllrohr gebildet durch Mischen einer Glasfritte und eines Trägermittels, welches bevorzugt deionisiertes Wasser umfasst, in geeigneten Mengen, zum Bilden einer glasbildenden Mischung und Beschichten der Außenfläche des Keramikfüllrohrs 10 mit der Mischung. Andere Trägermittel, z.B. kolloidales Siliciumoxid, können für die Umsetzung der Erfindung verwendet werden, in Abhängigkeit von der für das Füllrohr 10 gewählten Keramik. Die Außenfläche des Füllrohrs 10 kann beschichtet werden durch Tauchen des Füllrohrs 10 (dessen offene Enden mit Stopfen verschlossen wurden) in die glasbildende Mischung oder, alternativ, durch Aufbürsten, Sprühen oder eine andere Art des Aufbringens der glasbildenden Mischung auf die Außenfläche des Füllrohrs 10. Allgemein kann die Außen- und/oder die Innenfläche des Füllrohrs 10 mit der gleichen oder mit unterschiedlichen glasartigen Beschichtungen überzogen werden. Die glasartige(n) Beschichtung(en) sollte(n) mit der durch das Füllrohr zu vergießenden Metall- oder Legierungsschmelze verträglich sein, um die jeweilige zu vergießende Metall- oder Legierungsschmelze nicht abträglich zu beeinflussen. Die Beschichtung aus der glasbildenden Mischung auf dem Füllrohr wird dann bei einer geeigneten Brenntemperatur gebrannt, um die glasartige Beschichtung 11 zu erzeugen, welche den Durchtritt von Gas durch die gasdurchlässige Wandung 10b in den Füllrohrdurchlass 10a während des Formgießens, wenn die Metall- oder Legierungsschmelze in dem Schmelzehaltebehälter 20 mit Gasdruck beaufschlagt wird, reduziert oder eliminiert.
Beispielhaft und ohne hierauf begrenzt zu sein, kann eine glasbildende Mischung, welche zur Verwendung mit einem Zirconia-Füllrohr, welches in einer Niederdruck-Aluminiumformgießmaschine verwendet wird, hergestellt werden durch Mischen von 4 Gewichtsteilen einer kommerziell erhältlichen Glasfritte mit 6 Gewichtsteilen deionisiertem Wasser. Eine geeignete Glasfritte kann erhalten werden durch Mischen der Fritte Ferro 3225 und der Fritte Ferro 3226 der Fa. Ferro Corporation zu gleichen Gewichtsteilen. Die resultierende Mischung weist eine chemische Zusammensetzungen auf, umfassend ca. 58,75 % SiO₂, 29,10 % B₂O₃, 4,60 % Al₂O₃, 3,75 % MgO, 2,20 % Na₂O und 1,60 % CaO, wobei die Prozentangaben Gewichtsprozente sind. Die Glasfritte und das deionisierte Wasser können gemischt werden, indem zuerst geeignete Mengen jeder Komponente ausgewogen werden, die Komponenten in einen Behälter gegeben werden und der Behälter geschüttelt wird, um die Glasfritte in dem deionisierten Wasser zu dispergieren, um die/das glasbildende Mischung oder Material zu bilden. Diese/s glasbildende Mischung oder Material wird dann auf das Füllrohr 10 aufgebracht durch Tauchen des Füllrohres in die Mischung oder das Material, wobei die offenen Enden des Füllrohres 10 mit Stopfen verschlossen sind, so dass die Innenfläche des Füllrohres nicht mit der Mischung beschichtet wird. Das Füllrohr wird für eine Zeitspanne (z.B. 1 Sekunde; in der/dem glasbildenden Mischung oder Material gehalten und dann entnommen und vor dem weiteren Handling luftgetrocknet. Das getrocknete beschichtete Füllrohr 10 wird dann in einen Ofen überführt und bei einer Temperatur von 850 bis 1000 °C in Luft gebrannt, um die Glasfritte zu einer in situ auf der Außenfläche des Füllrohres 10 gebildeten, im Wesentlichen gasundurchlässigen glasartigen Beschichtung 11 zu verfestigen. Beispielhaft und ohne hierauf begrenzt zu sein, kann ein getrocknetes beschichtetes Zirconia-Füllrohr auf 980 °C erhitzt werden durch langsames Aufheizen mit 1°C/h, gefolgt von Halten bei der Temperatur für 1 Stunde und langsames Abkühlen auf Raumtemperatur mit 1°C/h. Die gebrannte glasartige Beschichtung 11 weist typisch eine Dicke von 0,001 bis 0,004 Inch auf, wobei jedoch auch andere Beschichtungsdicken für die Umsetzung der Erfindung Verwendung finden können.
Für die Umsetzung der Erfindung können andere Glasfritten verwendet werden, die so gewählt sind, dass sie mit dem jeweiligen Keramikmaterial, aus dem das Füllrohr 10 gebildet ist, verträglich sind. Das thermische Verhalten (z.B. der thermische Ausdehnungskoeffizient) der glasartigen Beschichtung und des Füllrohrs sollten kompatibel sein, um Rissbildung, Abplatzen oder andere Schäden an der Beschichtung während des Einsatzes des Füllrohres 10 beim Formgießen zu vermeiden. Ferner können andere Beschichtungstechniken zum Aufbringen der glasbildenden Mischung auf das Füllrohr und andere Brenntemperaturen und -zeiten verwendet werden, in Abhängigkeit von der eingesetzten glasbildenden Mischung.
Es wird nun auf 1 Bezug genommen, gemäß welcher das Füllrohr 10, welches die glasartige Beschichtung 11 trägt, zwischen dem Haltebehälter 20 und den Formen 32, 34 nach konventioneller Art angeordnet ist, um die Metall- oder Legierungsschmelze in dem Behälter 20 zu dem Formhohlraum 30 zu befördern, wenn die Kammer C gasdruckbeaufschlagt wird. Beispielsweise geht man beim Niederdruckformgießen von Aluminium und seinen Legierungen typisch so vor, dass die Kammer C periodisch für eine vorgegebene Zeit mit Luft druckbeaufschlagt wird, z.B. mit 11 psi oder einem anderen Druck über Atmosphärendruck, um eine gewünschte Menge geschmolzenen Aluminiums oder einer Legierung desselben durch das Füllrohr zu dem Formhohlraum zu drücken. Die glasartige Beschichtung 11 auf der äußeren und/oder inneren Oberfläche des Füllrohrs 10 reduziert oder eliminiert den Durchtritt des Druckgases (z.B. Luft) in der Kammer C durch die Wandung 10w in den Durchlass 10c des Füllrohrs 10, wodurch die erforderliche Druckdifferenz zum Drücken der Menge an geschmolzenem Aluminium oder geschmolzener Legierung derselben in den Formhohlraum 30 bereitgestellt wird. Ferner vermindert oder verhindert die glasartige Beschichtung 11, dass das Druckgas in den Durchlass 10c eintritt und zu dem Formhohlraum 30 transportiert wird, wodurch Gussfehler, welche auf Gas (Luft) in dem Formhohlraum 30 und/oder in dem Gussstück, welches in dem Formhohlraum 30 erstarrt, zurückzuführen sind, reduziert oder eliminiert werden.
Die Erfindung wurde im Vorstehenden unter Bezugnahme auf gewisse Ausführungsformen beschrieben; für den Fachmann wird erkennbar sein, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele begrenzt ist, da Modifikationen, Änderungen und dergleichen hieran vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen.

Claims

Ein Keramikfüllrohr für eine Formgießmaschine, wobei das Füllrohr einen Durchlass zum Transport einer Metall- oder Legierungsschmelze umfasst, wobei das Füllrohr eine glasartige Beschichtung aufweist, welche den Durchtritt eines außerhalb des Füllrohres vorhandenen Druckgases in den Durchlass vermindert.
Das Füllrohr nach Anspruch 1, wobei die glasartige Beschichtung im Wesentlichen gasundurchlässig ist.
Das Füllrohr nach Anspruch 1, wobei die glasartige Beschichtung eine Dicke von 0,001 bis 0,004 Inch aufweist.
Das Füllrohr nach Anspruch 1, umfassend ein Zirconia-Rohr.
Eine Formgießmaschine mit einem Behälter zum Halten einer Metall- oder Legierungsschmelze, einem Formhohlraum und einem Keramikfüllrohr, welches zwischen dem Formhohlraum und dem Behälter angeordnet ist und einen Durchlass zum Transport der Metall- oder Legierungsschmelze von dem Behälter zu dem Formhohlraum aufweist, wobei das Füllrohr eine glasartige Beschichtung aufweist, welche den Durchtritt eines außerhalb des Füllrohres vorhandenen Druckgases in den Durchlass vermindert.
Die Maschine nach Anspruch 5, wobei die glasartige Beschichtung im Wesentlichen gasundurchlässig ist.
Die Maschine nach Anspruch 5, wobei die glasartige Beschichtung eine Dicke von 0,001 bis 0,004 Inch aufweist.
Die Maschine nach Anspruch 5, wobei das Füllrohr ein Zirconia-Rohr umfasst.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikfüllrohres für eine Formgießmaschine, wobei das Füllrohr einen Durchlass zum Transport einer Metall- oder Legierungsschmelze aufweist, umfassend das Aufbringen eines glasbildenden Materials auf das Füllrohr und Brennen des Füllrohres bei einer erhöhten Temperatur, um das Material in situ auf dem Füllrohr in eine glasartige Beschichtung umzuwandeln, so dass die glasartige Beschichtung den Durchtritt eines außerhalb des Füllrohres vorhandenen Druckgases in den Durchlass vermindert.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Füllrohr in das glasbildende Material getaucht wird.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei die glasartige Beschichtung nach dem Brennen im Wesentlichen gasundurchlässig ist.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei die glasartige Beschichtung eine Dicke von 0,001 bis 0,004 Inch aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Füllrohr ein Zirconia-Rohr umfasst.
Ein Verfahren zum Formgießen einer Aluminium umfassenden Schmelze, umfassend das Anwenden eines Druckgases auf die Schmelze, um deren Fluss durch einen Durchlass in einem Füllrohr zu erzwingen, wobei das Füllrohr eine glasartige Beschichtung aufweist, welche den Durchtritt des außerhalb des Füllrohres vorhandenen Druckgases in den Durchlass vermindert.
Das Verfahren nach Anspruch 14, umfassend die Gasdruckbeaufschlagung einer Kammer oberhalb der Schmelze.
Das Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Kammer mit Luft druckbeaufschlagt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein Ende des Füllrohrs in die Schmelze getaucht wird und ein anderes Ende mit dem Formhohlraum verbunden wird.
Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei die glasartige Beschichtung auf einer äußeren und/oder inneren Oberfläche des Füllrohres bereitgestellt wird.