DE3002692A1

DE3002692A1 - Verfahren zum einfuellen von metallschmelze in die form einer vertikal-spritzgussmaschine

Info

Publication number: DE3002692A1
Application number: DE19803002692
Authority: DE
Inventors: Masuo Ebisawa; Tetsuya Suzuki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1979-01-26
Filing date: 1980-01-25
Publication date: 1980-08-28
Also published as: JPS5843177B2; JPS55106665A; FR2447244A1; GB2045659A; GB2045659B; DE3002692C2; FR2447244B1; US4436140A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H:\Yeickmann, Dipl.-zPhys. Dr. Kf Fin era

DIPL₁-ING-TZA-WeICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska f

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MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

HONDA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAISHA
6-27-8, Jingximae, Shibuya-ku,
Tokyo, Japan

Verfahren zum Einfüllen von Metallschmelze in die Form einer Vertikal-Spritzgußmaschine

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art arbeitet mit den folgenden Schritten: Beförderung der Metallschmelze auf einen in einer angehobenen Stellung befindlichen unteren Kolben, Absenken eines oberen Kolbens, Absenken des unteren Kolbens synchron mit dem oberen Kolben so weit, daß eine Eingußöffnung freigelegt wird, und Einfüllen der Metallschmelze in den Formhohlraum. Hierbei ist von Wichtigkeit, daß der untere Kolben synchron mit dem oberen Kolben abgesenkt wird, d.h. daß beide Kolben mit übereinstimmender Geschwindigkeit bewegt werden. Es ist jedoch sehr schwierig, diese Übereinstimmung bei jeder Formfüllung genau zu verwirklichen, da Änderungen der eingegossenen Metallmenge, der Zeitgabe und anderer Einflußgrößen auftreten.

Wird beispielsweise eine große Metallmenge eingefüllt, so wird der obere Kolben mit der Metallschmelze in Kontakt gebracht, bevor eine Steuergröße zum Absenken des unteren Kolbens abgeleitet wird. In der Metallschmelze tritt dadurch ein Überdruck auf., und ein Teil des Metalls tritt in den Abstand zwischen einer es enthaltenden Hülse und dem Kolben ein, wo beide in Gleitberührung miteinander stehen. Dies führt dazu, daß ein Teil der Metallschmelze aus der Maschine austritt oder daß sich das Metall im Bereich zwischen der Hülse und dem Kolben verfestigt, so daß dessen Betrieb beeinträchtigt wird. Da die Metallschmelze einen hohen Druck annimmt, spritzt sie aus der Einfüllöffnung, wenn diese freigelegt wird, so daß ein weiches Einfüllen in den Formhohlraum kaum erreicht werden kann.

Ist die Menge der Metallschmelze sehr klein, so übt der obere Kolben keinen Druck auf die Metallschmelze aus, bevor der

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untere Kolben die Einfüllöffnung freigibt und die Metallschmelze in den Formhohlraum einströmen kann« Deshalb kann auch in diesem Falle kein glattes Einfüllen erwartet werden. Wenn der obere Kolben mit der Metallschmelze nach einer Verzögerung in Kontakt gebracht wird, nachdem das Metall in den'Formhohlraum eingeströmt ist, und dadurch eine weitere Einströmung des Metalls in den Formhohlraum verursacht wird, so treten mehrere Fehler auf, die die Qualität des Gußstücks beeinträchtigen, beispielsweise Kaltstellen, Luftblasen und bei Verfestigung erzeugte Schrumpfhohlräume. Bei normaler Spritzgußtechnik ist es schwierig, zusätzliches Metall einzufüllen, um Schrumpfungsfehler auszugleichen, und dieses Metall unter Druck zu verfestigen, da dieser Vorgang üblicherweise mit einer schnellen Verfestigung bei schmalem Anguß verbunden ist.

Ein weiterer Nachteil der bisherigen Verfahren besteht in der komplizierten Konstruktion des Synchronantriebs für den oberen, und den unteren Kolben. Es handelt sich dabei um kostspielige Mechanismen, die die Produktionskosten erhöhen, zumal diese im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Produktionsmängel relativ hoch liegen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend aufgezeigten Nachteile beim Einfüllen einer Metallschmelze zu vermeiden und hierzu ein Verfahren anzugeben, welches sich mit einer vergleichsweise billigen und einfachen Einrichtung durchführen läßt und Produktionsmängel vermeidet»

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unter an Sprüche .

Durch die Erfindung ist es möglich, die Metallschmelze in den Formhohlraum in einer weichen und glatten Strömung durch

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Anheben des unteren Kolbens einzufüllen und dabei die Ausbildung jeglicher Kaltstellen, Lufteinschlüsse und Schrumpfungen zu verhindern, so daß sich Gußstücke verbesserter Qualität ergeben. Das Verfahren ermöglicht ferner die Herstellung dichter Gußstücke ohne Blasen oder andere Defekte, auch wenn eine Wärmebehandlung oder Oberflächenbehandlung durchgeführt wird, um die Härte zu erhöhen.

Die Erfindung kann mit einer Einrichtung durchgeführt werden, die keinen besonderen Synchronisationsmechanismus für die beiden Kolben erfordert, so daß sie sehr einfach aufgebaut ist. Sie arbeitet unabhängig von der einzufüllenden Menge an Metallschmelze und ermöglicht eine Einstellung der Verdichtungszeit und der Bewegungsgeschwindigkeit der beiden Kolben entsprechend dem Gußmaterial. Damit ist es möglich, eine zusätzliche Menge an Metallschmelze zeitlich gesteuert einzufüllen und die Ausbildung von Schrumpfungshohlräumen oder ähnlichen Fehlstellen zu verhindern, wodurch die Qualität der Gußstücke weiter erhöht wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Eintritt von. Oxiden oder anderen Verunreinigungen, die an der Oberfläche der Metallschmelze vorhanden sind, in den Formhohlraura verhindert wird, wodurch die Ausbildung von Fehlstellen weiter verringert wird.

Die Erfindung führt also auch zu einer verbesserten Maschinenkonstruktion, bei der eine obere Hülse mit oberem Kolben einen kleineren Durchmesser als ein unterer Kolben mit zugeordneter Hülse hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 den Vertikalschnitt einer Vertikal-Spritzgußmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mit darin vorhandener Metallschmelze,

Fig. 2 die Maschine nach Fig. 1 mit abgesenktem oberem Kolben,

Fig. 3 die Maschine nach Fig. 1 bei der Einfüllung von Metallschmelze in den Formhohlraum durch Anheben des unteren Kolbens,

Fig. 4 den Verdichtungsvorgang nach Einfüllen der Metallschmelze,

Fig. 5 das Ausstoßen des Gußstücks,

Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Einfüllverfahrens, und

Fig. 7 eine graphische Darstellung zur Erläuterung eines Einfüllverfahrens bisher üblicher Art.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Spritzgußmaschine, die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist.

Die Maschine 1 enthält eine obere Formhälfte 2 und eine untere Formhälfte 3. Die Anlageflächen 2a und 3a der beiden Formhälften 2 und 3 sind jeweils mit einer Vertiefung 2b bzw. einem Vorsprung 3b versehen, durch die ein Formhohlraum 4 begrenzt wird, wenn beide Formhälften 2 und 3 aneinander anliegen. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, liegt der Boden der Aussparung 2b höher als die Anlagefläche 2a der oberen Formhälfte 2. Die Anlagefläche 3a der unteren Formhälfte 3 ist mit einem

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nach unten ausgesparten Einfüllkanal 5 versehen, der mit dem Formhohlraum 4 in Verbindung steht.

Eine untere Kolbenhülse 6 ist in der unteren Formhälfte nahe dem Einfüllkanal 5 vertikal angeordnet und führt einen Unterkolben 7. Die Kolbenhülse 6 ist von einer Vorrichtung zur Heizung einer in ihr angeordneten Metallschmelze umgeben, um deren Wärmeverlust zu verringern. Die Kolbenhülse 6 liegt mit ihrer Oberkante an der Anlagefläche 2a der oberen Formhälfte 2 an, wenn beide Formhälften 2 und 3 aneinander anliegen. Die Oberkante der Kolbenhülse 6 ist teilweise ausgespart und bildet eine Einfüllöffnung 8, die dem Einfüllkanal 5 gegenübersteht. Die Einfüllöffnung 8 steht mit dem Einfüllkanal 5 über einen ausgesparten Verbindungskanal 9 in Verbindung, der in der Anlagefläche 3a der unteren Formhälfte 3 vorgesehen ist.

Eine obere Kolbenhülse 10 steht der unteren Kolbenhülse 6 gegenüber und ist in der oberen Formhälfte 2 vertikal befestigt. Sie hat einen kleineren Durchmesser als die untere Kolbenhülse 6. Die Unterkante 10a der Kolbenhülse 10 ragt in den oberen Bereich der unteren Kolbenhülse 6 hinein bis unter die Anlagefläche 2a der oberen Formhälfte 2, so daß sie sich unter der Höhe des Einfüllkanals 5 befindet. Die obere Formhälfte 2 ist im Bereich der Kolbenhülse 10 mit einer Aussparung 2c versehen, in der ein Einfülltrichter 11 befestigt ist. Die obere Kolbenhülse 10 hat eine öffnung 12, die mit dem Einfülltrichter 11 verbunden ist. Ein Oberkolben 13 ist über der Kolbenhülse 10 gehalten und in ihr verschiebbar. Die obere Kolbenhülse 10 ist von einer Kühlvorrichtung 16 umgeben. Die untere Formhälfte 3 ist mit Ausstoßstiften versehen, deren oberes Ende jeweils dem Boden des Formhohlraums 4 gegenübersteht.

Wenn die obere und die untere Formhälfte 2 und 3 miteinander verbunden werden und die Aussparung 2b sowie der Vorsprung 3b

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den Formhohlraum 4 begrenzen, so befindet sich der Unterkolben 7 in dem unteren Abschnitt der Kolbenhülse 6. Der Oberkolben 13 ist über der Kolbenhülse 10 angeordnet, so daß die Öffnung 12 zum Einfülltrichter 11 geöffnet ist. Die Metallschmelze wird in die obere Kolbenhülse 10 durch den Einfülltrichter 11 eingefüllt und sammelt sich auf dem Unterkolben 7, so daß sie in der unteren Kolbenhülse 6 aufgenommen wird. Die Metallschmelze M füllt die untere Kolbenhülse 6 und steht mit ihrem Spiegel höher als die Unterkante 1Oa der oberen Kolbenhülse 10, so daß diese in die Metallschmelze eingetaucht ist. Die Metallschmelze M fließt in den Kanal 9 durch die Einfüllöffnung 8 hinein, jedoch nicht in den Formhohlraum 4, da der Einfüllkanal 5 höher als der Verbindungskanal 9 und der Spiegel der Metallschmelze M liegt» Fig. zeigt die entsprechende Position der Maschinenteile. Eine Wärmeableitung von der Metallschmelze M bleibt begrenzt, da eine Heizung mit der Vorrichtung 15 erfolgt.

Der Oberkolben 13 wird dann aus seiner in Fig. 1 gezeigten Stellung abgesenkt, in die obere Kobenhülse 10 eingeführt und in ihr abwärts geschoben, bis er um eine vorbestimmte Länge H₁ abgesenkt ist. Dann wird er stillgesetzt. In dieser Stellung befindet sich seine untere Stirnfläche noch über dem Spiegel der Metallschmelze, so daß ein Abstand S zwischen beiden verbleibt. Er verschließt die öffnung 12 der oberen Hülse 10, durch die die Metallschmelze eingegossen wurde. Diese Stellung der Maschine ist in Fig. 2 gezeigt.

Nachdem die obere Kolbenhülse 10 den Oberkolben 13 aufgenommen hat, wird der Unterkolben 7, der die Metallschmelze M in der unteren Kolbenhülse 6 trägt, um den Betrag H₂ angehoben. Dieser Abstand ist so bemessen, daß der Unterkolben 7 noch einen ausreichenden Abstand zur Unterkante der oberen Kolbenhülse 10 hat. Mit der Aufwärtsbewegung des Unterkolbens 7 wird

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das Volumen in der unteren Kolbenhülse 6 verringert und gleichzeitig das Volumen in der oberen Kolbenhülse 10 durch den Oberkolben 13 begrenzt, so daß das zusammengesetzte Volumen zwischen dem Unterkolben 7 und dem Oberkolben 13 gleichfalls verringert wird. Die Metallschmelze M wird durch die Einfüllöffnung 8, den Verbindungskanal 9 und den Einfüllkanal 5 in den Formhohlraum 4 eingeführt und bildet dort eine Primärfüllung.

Dieser Vorgang wird durch Anheben des Unterkolbens 7 weich ausgeführt. Hierzu reicht es aus, daß der Unterkolben 7 die Metallschmelze M lediglich anhebt und einen extrem geringen Druck auf die Metallschmelze M ausübt, so daß keinerlei Nachteile wie beispielsweise Eindringen von Metall zwischen die Kolben und die Hülsen oder Verspritzen von Metall auftreten. Die Metallschmelze M wird in den Formhohlraum 4 glatt und weich eingeführt, indem ein geringer Druck auf sie ausgeübt wird. Dabei wird auch keine Luft eingeschlossen, wie es bei den bisherigen Verfahren zu befürchten ist. Das Gußstück ist dann frei von Hohlräumen oder ähnlichen Fehlstellen. Die auf dem Unterkolben 7 bereitgehaltene Metallschmelze wird kontinuierlich * in den Formhohlraum 4 ohne Unterbrechung eingeführt. Deshalb treten keine Kaltstellen, Schrumpfhohlräume oder ähnliche Fehlstellen im Gußstück auf. Dieser Vorgang ist in Fig. 3 dargestellt.

Wenn die Primärfüllung der Metallschmelze durch die Aufwärtsbewegung des Unterkolbens 7 bis zu der vorstehend beschriebenen Stellung durchgeführt ist, wird ein Befehl abgegeben, der die Abwärtsbewegung des Oberkolbens 13 einleitet. Diese Bewegung erfolgt um einen Betrag H^. Der Oberkolben 13 verdichtet die Metallschmelze M in der unteren Kolbenhülse 6 und damit die Metallschmelze M in dem Formhohlraum 4, wodurch eine Sekundärfüllung erfolgt, die die Metallstruktur verdichtet. Dieser

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Zustand ist in Fig. 4 dargestellt.

Jegliches an der Oberfläche der Metallschmelze M gebildete Oxid wird durch die Aufwärtsbewegung des Unterkolbens 7 in der oberen Kolbenhülse 10 gehalten und bei diesem Betriebsschritt nicht in den Formhohlraum 4 befördert. Es fließt auch kein Oxid in die Metallschmelze M zurück und kann deshalb auch bis zum Ende der Druckeinwirkung nicht in den Formhohlraum 4 übertragen werden. Deshalb ist es leicht möglich, Fehlstellen durch Oxidbildung am Gußstück selbst zu verhindern. Diese Eigenschaft in Verbindung mit den zuvor erläuterten Vorteilen führt zu einem Gußstück sehr hoher Qualität, dessen Fertigstellung sich aus Fig. 4 ergibt.

Da die obere Kolbenhülse 1Ö einen kleineren Durchmesser als die untere kolbenhülse 6 hat und ihre Unterkante in die untere Kolbenhülse 6 hineinragt, bleibt das gesamte an der Oberfläche der Metallschmelze M gebildete Metalloxid in der oberen Kolbenhülse 10, wenn die Maschine aus der in Fig. 2 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung geführt wird. Dies gilt auch für die Primärfüllung nach Fig. 3, bei der gleichfalls kein Oxid" in den Formhohlraum 4 gelangen kann. Das Oxid mischt sich, mit der Metallschmelze M in der unteren Kolbenhülse 6 nur dann, wenn der Oberkolben 13 am Ende der Druckeinwirkung bis zur Unterkante der oberen Kolbenhülse 10 abgesenkt ist. Deshalb ist es möglich, eine Mischung des Oxids mit dem Teil der Metallschmelze M zu verhindern, der das Gußstück bildet. Da der Oberkolben 13 und die Kolbenhülse 10 einen kleineren Durchmesser als der Unterkolben 7 und seine Kolbenhülse 6 haben, können sie die flüssige Metallschmelze M in der Mitte ihrer Masse mit geringerem Wärmeverlust komprimieren, so daß es möglich ist, Gußstücke sehr hoher Qualität ohne Schrumpfhohlräume oder ähnliche Fehlstellen herzustellen.

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Wenn sich die Metallschmelze M verfestigt hat, wird die obere Formhälfte 2 zusammen mit der oberen Kolbenhülse 10 und dem Oberkolben 13 angehoben und von der unteren Formhälfte 3 getrennt. Die Ausstoßstifte 14 werden betätigt und stoßen das Gußstück W, wie in Fig. 5 dargestellt, aus der Form aus.

In Fig. 6 und 7 sind graphische Darstellungen des Verfahrens nach der Erfindung einerseits und nach dem Stand der Technik andererseits gezeigt, wobei der Zusammenhang zwischen der Kolbenbewegung sowie der Druckeinwirkung und der Zeit dargestellt ist.

Bei dem in Fig. 7 gezeigten Verfahren nach dem Stand der Technik kann keine Sekundärfüllung der Metallschmelze durchgeführt werden, da die Metallschmelze augenblicklich verfestigt wird, wenn ein scharfer Druckanstieg bei Bewegung des Füllkolbens in eine vorbestimmte Stellung erfolgt. Am Ende der Kolbenbewegung ist auch die Druckeinwirkung beendet, und deshalb ermöglicht das bekannte Verfahren keine zusätzliche Füllung von Metallschmelze in den Formhohlraum·

Bei einem Verfahren nach der Erfindung ist es jedoch möglich, die Zeit für das Ende der Druckeinwirkung durch Steuerung der Druckeinwirkung mit dem Oberkolben in Verbindung mit der Bewegung des Unterkolbens zu bestimmen, wie Fig. 6 zeigt. Ein Zeitunterschied L kann zwischen dem Ende der Bewegung des Unterkolbens und dem Ende der Druckeinwirkung des Oberkolbens erzeugt werden, so daß eine zusätzliche Metallmenge in den Formhohlraum abhängig von der Verfestigungs- und der Füllgeschwindigkeit eingebracht werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Einfüllen von Metallschmelze in die Form einer Vertikal-Spritzgußmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze (M) in eine einen Unterkolben aufnehmende untere Kolbenhülse so eingefüllt wird, daß ihr Spiegel nicht höher als der Boden eines Einfüllkanals der Form liegt, daß ein Oberkolben bis zu einer vorbestimmten Stellung in eine obere Kolbenhülse eingeführt wird, daß der Unterkolben zur Bewegung der Metallschmelze in die Form angehoben wird und daß der Oberkolben zur Verdichtung der Metallschmelze betätigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absenken des Oberkolbens bis in die vorbestimmte Stellung die Metallschmelze in den kombinierten Innenraum der oberen und unteren Kolbenhülse bringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberkolben eine Kompression auf die auf dem Unterkolben befindliche Metallschmelze zum Einfüllen in die Form ausübt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberkolben die Metallschmelze innerhalb der oberen und der unteren Kolbenhülse komprimiert.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberkolben die Metallschmelze nur in ihrem mittleren Bereich komprimiert.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberkolben (13) und die obere Kolbenhülse (10) einen kleineren Durchmesser als der ünterkolben (7) und die untere Kolbenhülse (6) aufweisen und daß die obere Kolbenhülse (10) in die untere Kolbenhülse (6) hineinragt.

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