DE3240242C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Druckgießen von Metallen und anderen Werk­ stoffen unter Verwendung einer Kolbendruckgießmaschine, insbesondere mit horizontaler Gießkammer, die für das Gießen von Nichteisenmetallen und -legierungen, Silikatwerkstoffen u. a. in Dauer­ formen aus Metall eingesetzt werden können.

Es ist ein Pneumo-Kolbenverfahren für das Druckgießen von Metallen und anderen Werkstoffen bekannt, bei dem ein Gasgegendruck während des Füllens der Gießform bei laminarer oder nahezu laminarer Strömung der Schmelze erzeugt wird. Nach dem Füllen der Gießform erfolgt das Erstarren des Gußstückes unter der Wirkung von zweisei­ tigem Druck in den Grenzen von 15 bis 25 MPa (BE-PS 28 297).

Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Erzeugung des Gasdrucks im Druckhohlraum der Gießform während der Formfüllung nicht gleichzeitig mit dem Eingießen der Schmelze erfolgt, so daß ein Gasgegendruck auf die Front der strömenden Schmelze einwirkt, dessen Größe von Null bis zu einem vorgegebenen Enddruck variiert. Das Ergebnis davon ist, daß, so schnell auch dieser Druck er­ zeugt wird, die thermischen und physikalischen Bedingungen der Füllung der einzelnen Bereiche der Gießform und die Bedingungen der anfänglichen Erstarrung entlang der in Kontakt mit der Schmelze kommenden Hohlraumwände der Gießform unterschiedlich sind. All dies beeinflußt in negativem Sinne die Qualität der Gußstücke.

Die bekannte Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver­ fahrens hat eine bewegliche und eine feststehende Formhälfte, die jeweils auf eine bewegliche und eine feststehende Aufspannplatte einer Kolbendruckgießma­ schine mit horizontaler Druckkammer aufgespannt sind. Die feststehende Formhälfte ist mit der horizontalen Gießkammer verbunden, die mit einer Öffnung für das Eingießen der Schmelze versehen ist. In der bewegli­ chen Formhälfte sind Auswerfer montiert. Außerdem ist eine Öffnung für den Zylinder des Steigrohrs eingearbeitet. Der vertikale Zylinder ist an einem vertikalen hydrau­ lischen Zylinder montiert, der starr an der beweglichen Formhälfte befestigt ist. Die Auswerfer sind in der be­ weglichen Formhälfte abgedichtet. Die bewegliche Form­ hälfte ist in ihrer Arbeitsposition über mehrere O-Ringe an der feststehenden Formhälfte abgedichtet. In der feststehende Formhälfte ist eine Angußbuchse ein­ gesetzt, die gegen den Frontteil der horizontalen Gieß­ kammer abgedichtet ist. Die Kolbenstange des Gießkol­ bens ist durch eine Andrückeinrichtung im Träger abge­ dichtet. Der Raum der horizontalen Druckkammer hinter dem Gießkolben und der Raum, der den Formhohlraum, das Volumen des Steigrohrs und den Raum vor dem Gießkolben umfaßt, sind untereinander durch eine Gasleitung verbunden. In der feststehenden Formhälfte ist eine Angußbuchse mon­ tiert.

Die Nachteile dieser Einrichtungen liegen darin, daß sich für das schnelle Erzeugen des Gasdrucks der bewegliche Kolben im Steigrohr während des Formfüllvorgangs in einem bestimmten Abstand von seiner Endposition be­ findet und erst am Ende dieses Vorgangs in diese Posi­ tion kommt. Dies erfordert eine Nachführeinrichtung zum Folgen des jeweils erreichten Niveaus der strömenden Front der Schmelze und Sicherheitsmaßnahmen gegen Pannen für den Fall, daß diese Einrichtung versagt.

Das stoßartige Abdichten Metall gegen Metall des Zylinders im speziellen Sitz in beiden Formhälften führt zu einem schnellen Verschleiß der in Berührung kommen­ den Stirnflächen, was eine häufige Instandsetzung der dort angeordneten Entlüftungskanäle erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Druckgießen von Metallen und anderen Werkstoffen zu schaffen, bei denen das Erzeugen des Gasdrucks im Formhohlraum der Gießform unabhängig von der Strömung der Schmelze erfolgt, wobei das Abdichten der Öffnung für das Eingießen der Schmelze in die Gieß­ kammer nicht vom Zustand der Abdichtungsfläche abhängig ist.

Bei der Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangen von einem Verfahren der beschriebenen Art, bei dem der Gießvorgang unter Druck und bei gleichzeitiger Einwirkung eines Gegen­ drucks erfolgt und die Erstarrung der Schmelze in der Gieß­ form unter der Einwirkung eines Gesamtdrucks von ungefähr 15 bis 25 MPa stattfindet; gelöst wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs aufge­ führten Verfahrensschritte.

Bei der Lösung der Aufgabe, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wird von einer Vorrichtung ausgegangen, die eine feststehende und eine bewegliche Formhälfte, welche zusammen die Gußform bilden, aufweist, wobei die feststehende Formhälfte über eine An­ gußbuchse mit einer Kolbendruckgießmaschine verbunden ist, deren vorzugsweise horizontale Gießkammer eine Öffnung für das Eingießen der Schmelze aufweist; gelöst wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des zweiten Patentanspruchs aufgeführten Merkmale.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß der Gasdruck im Formhohlraum unabhängig vom Vorgang des Eingießens der Schmelze in die Gießkammer ist. Infolgedessen wirkt beim Füllen der Gießform auf die Front der einströmenden Schmelze immer der gleiche Gasdruck. Dies gewährleistet gleiche Bedingungen für den Verlauf der anfänglichen Erstarrung im Bereich der Formhohlraumwände, wodurch günstige Be­ dingungen für den Ausgleich des Volumenschwunds, zur Erzielung eines entsprechenden Makrogefüges und ver­ besserter physikalischer und mechanischer Eigenschaften der Gußstücke geschaffen werden.

Das Verfahren erlaubt die Verwendung von Gasmischungen verschiedener Zusammensetzung, die auf die Schmelze während ihres Eingießens in die Gießkammer und während der Formfüllung wirken, was den positiven Effekt des Gaslegierens erhöht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß durch den horizontal beweglichen Verschluß das Abdich­ ten des Formhohlraums der Gießform und des Raums der Gießkammer einzeln und unabhängig voneinan­ der erreichbar ist. Das hat zur Folge, daß der Gas­ druck gleichzeitig mit dem Eingießen der Schmelze er­ zeugt wird. Der sich vertikal im Steigrohr bewegende Kolben fährt zügig und stoßfrei in seine Endposition; infolgedessen werden die in Kontakt kommenden Metall­ oberflächen nicht beschädigt und die in ihnen ausge­ arbeiteten Entlüftungskanäle behalten ihre Maße bei. Die Vorrichtung benötigt keine Folgeeinrichtung für den Antrieb des vertikalen Kolbens bis zu seiner End­ position in Abhängigkeit von der Position der Front der strömenden Schmelze, sowie kein Sicherungssystem gegen Pannen für den Fall, daß dieses System versagt. Die Vorrichtung gewährleistet ein ständiges Abdichten der Öffnung für das Eingießen der Schmelze, unabhängig von dem Zustand der Abdichtflächen. Dadurch wird die Gefahr einer schlechten Abdichtung infolge von Tropfen und Spritzern der Schmelze vermieden, die sich beim Eingie­ ßen der Schmelze in die horizontale Gießkammer bilden. Eine Beeinträchtigung der Verfahrensbedingungen durch Entfernen der Tropfen besteht nicht.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung während des Eingießens der Schmelze in die offene Gießkammer der Kolbendruckgießmaschine, wobei im Formhohlraum der Gießform ein Gasgegendruck P ₁ herrscht;

Fig. 2 schematisch die Vorrichtung von Fig. 1 nach Schließen der Gießkammer und erfolgtem Druckausgleich, so daß in der Gießform und der Gießkammer der gleiche Druck P ₁ herrscht;

Fig. 3 schematisch die Vorrichtung von Fig. 1, wobei der be­ wegliche Verschluß in der beweglichen Formhälfte sich in vollständig geöffneter Stellung befindet und der Formhohlraum der Gießform fast vollständig mit Schmelze ausgefüllt ist;

Fig. 4 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, in einem Längs­ schnitt und gegenüber den vorangegangenen Figuren vergrößertem Maßstab.

Die in den Zeichnungen gezeigte Vorrichtung besteht aus einer beweglichen Formhälfte 1 und einer feststehenden Formhälfte 2, die auf einer beweglichen (33) bzw. einer fest­ stehenden (34) vertikalen Aufspannplatte einer Kolbendruck­ gießmaschine mit horizontaler Gießkammer 3 aufgespannt sind. In der horizontalen Gießkammer 3 ist ein Gieß­ kolben 4 mit Kolbenstange angeordnet. Die feststehende Formhälfte 2 ist mit der horizontalen Gießkammer 3 ver­ bunden, wobei die Abdichtung durch eine große flache Dichtung 5 zwischen der Angußbuchse 6 und der vorderen Stirnseite der horizontalen Gießkammer 3 erfolgt. Die Angußbuchse 6 ist in der feststehenden Formhälfte 2 montiert. Die bewegliche Formhälfte 1 ist im Betriebs­ zustand durch mehrere O-Ringe mit der feststehen­ den Formhälfte 2 abgedichtet verbunden. Die Öffnung der Anguß­ buchse 6 zum Formhohlraum der Gießform ist im Betriebszu­ stand stirnseitig mit einem beweglichen Verschluß 8 ab­ gedichtet, der mit einem horizontalen hydraulischen Zy­ linder 9 verbunden ist, der starr an der beweglichen Formhälfte 1 befestigt ist. Der bewegliche Verschluß 8 ist in der beweglichen Formhälfte 1 angeordnet. Die Kol­ benstange des horizontalen hydraulischen Zylinders 9 ist in der beweglichen Formhälfte 1 durch K-Manschetten 10 abgedichtet. Das hintere Ende der horizontalen Gieß­ kammer 3 ist stirnseitig durch eine kleine flache Dich­ tung 11 im Träger 12 abgedichtet, in welchem durch mehrere K-Manschetten 13 und eine Andrückvorrichtung 14 die Kolbenstange des Gießkolbens 4 abgedichtet wird.

Die Öffnung für das Eingießen der Schmelze 15 in die horizontale Gießkammer 3 ist über eine flache hori­ zontale Dichtung 16 an einem Halbzylinder 17 abgedich­ tet, der starr an der horizontalen Gießkammer 3 be­ festigt ist. Im Halbzylinder 17 ist auf einer horizon­ talen Achse ein Trichter 18 für das Eingießen der Schmelze montiert. An der flachen Wand des Halbzylin­ ders 17 sind starr horizontale Führungssäulen 19 mon­ tiert, an deren hinterem Ende eine tragende Platte 20 starr befestigt ist. Die Öffnung für den Trichter 18 im flachen Teil des Halbzylinders 17 ist durch einen O- Ring 21 abgedichtet, der im Kanal einer beweglichen Abdichtplatte 22 angeordnet ist, die auf den horizontalen Führungssäulen 19 angeordnet ist. Die bewegliche Abdichtplatte 22 ist mit einem zweiten horizontalen Zylinder 23 verbunden, der starr an der tragenden Platte 20 befestigt ist. Der Trichter 18 ist durch Federn 24 mit der beweglichen Abdichtplatte 22 und durch eine Feder 25 mit dem Halbzylinder 17 verbunden. Der Raum der horizontalen Gießkammer 3 hinter dem Gießkolben 4 ist mit dem Raum des Halbzylinders 17 durch eine ge­ meinsame Gasleitung 26 verbunden. Die gemeinsame Gas­ leitung 26 ist mit einer Quelle für Hochdruckgas und mit der Atmosphäre verbunden. Die gemeinsame Gasleitung 26 ist mit einem ersten elektromagnetischen Ventil 27, einem zweiten elektromagnetischen Ventil 28 und mit einem dritten elektromagnetischen Ventil 29 versehen. In der Angußbuchse 6 ist ein Sitz 30 für die Stirnseite des beweglichen Verschlusses 8 ausgearbeitet.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Gemäß Fig. 1 wird nach dem Schließen der Gießform der bewegliche Verschluß 8 durch den horizontalen hydraulischen Zylin­ der 9 frontal Metall auf Metall in der Angußbuchse 6 abgedichtet. Während das zweite elektromagnetische Ventil 28 und das dritte elektromagnetische Ventil 29 geschlos­ sen sind, wird das erste elektromagnetische Ventil 27 geöffnet, wodurch die Quelle für Hochdruckgase mit dem Formhohlraum der Gießform verbunden wird. Nach dem Errei­ chen eines bestimmten Drucks wird das erste elektro­ magnetische Ventil 27 geschlossen und der Kolben 31 im Steigrohr durch einen vertikalen hydraulischen Zylin­ der zügig abwärts bewegt bis zu seinem Abdichten Metall gegen Metall in einem Sitz, der von der beweglichen Formhälfte 1 und der feststehenden Formhälfte 2 gebil­ det wird. Gleichzeitig mit dem hierdurch erzeugten Aufbau eines Drucks P ₁ im Formhohlraum der Gießform wird durch den Trichter 18 in die offene horizontale Gießkammer 3 die Schmelze einge­ gossen. In dem Raum der horizontalen Gießkammer 3, hinter dem Gießkolben 4 und in dem Raum des Halb­ zylinders 17 ist dabei der Druck gleich dem atmo­ sphärischen Druck P ₀.

Nach dem Eingießen der erforderlichen Menge an Schmelze wird die vertikale Öffnung des Halbzylinders 17 durch die bewegliche Abdichtplatte 22 abgedichtet, vgl. Fig. 2, wobei der Trichter 18 um seine horizontale Achse gedreht wird und im Inneren des Halbzylinders 17 seine Ruhestellung einnimmt. In diesem Augenblick wird ein Kommando für die Vorwärts­ bewegung des Gießkolbens 4 gegeben. Noch vor dem Überdecken der Öffnung 15 für das Eingießen der Schmelze werden gleichzeitig zwei neue Kommandos gegeben, nämlich ein Kommando für das Öffnen des zweiten elektromagnetischen Ventils 28, wodurch im Raum der horizontalen Gießkammer 3 vor und hinter dem Druckkolben 4 und in dem mit ihm verbunde­ nen Raum des Halbzylinders 17 ein Gasdruck P ₁ erzeugt wird, der gleich dem Druck im Formhohlraum der Gießform ist, sowie ein Kommando für die Bewegung des beweglichen Ver­ schlusses 8 in die linke Endposition, wobei die Schmelze infolge der Bewegung des Druckkolbens 4 den Formhohlraum in der Gießform ausfüllen kann (Fig. 3).

Nach dem Erstarren der Schmelze bildet sich infolge des natürlichen Schwunds der Legierung ein Zwischenraum zwischen den Wänden der Gießform und dem Gußstück. Dadurch wird eine Verbindung zwischen dem im Steigrohr komprimierten Gas durch die Entlüftungskanäle (32) mit dem Gas in der gemeinsamen Gasleitung 26 erzielt. Durch das Öffnen des dritten elektromagnetischen Ven­ tils 29 wird der Druck im System bis zum atmosphäri­ schen Druck abgebaut. Dies löst ein Signal für den Rückwärtshub des Kolbens 31 im Steigrohr 31 und der beweglichen Abdichtplatte 22 durch entsprechende hy­ draulische Zylinder aus. Es folgt ein Kommando für das Öffnen der Gießform und das Betätigen der Aus­ werfer in der beweglichen Formhälfte 1, wodurch das Guß­ stück aus der beweglichen Formhälfte 1 ausgeworfen wird.

Nach Abschluß der erforderlichen Vorbereitungsarbeiten wird die Gießform für einen neuen Gießzyklus wieder geschlossen und durch Schließen des Ventils 28 und des beweglichen Verschlusses 8 von dem Gießraum 3 wieder druckdicht getrennt.

Claims (9)

1. Verfahren zum Druckgießen von Metallen und anderen Werk­ stoffen unter Verwendung einer Kolbendruckgießmaschine, insbesondere mit horizontaler Gießkammer, bei dem der Gießvorgang unter Druck und bei gleichzeitiger Einwirkung eines Gasgegendrucks erfolgt und die Erstarrung der Schmelze in der Gießform unter der Einwirkung eines Gesamtdrucks von ungefähr 15 bis 25 MPa stattfindet, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens­ schritte:

• - gasdichte Trennung des Formhohlraums der Gießform von der Gießkammer der Kolbendruckgießmaschine;
• - anschließend Aufbau eines Gasgegendrucks (P ₁) im Form­ hohlraum;
• - Eingießen von Schmelze in die offene Gießkammer der Kolbendruckgießmaschine bei Atmosphärendruck (P ₀);
• - druckdichtes Verschließen der Gießkammer und Aufbau eines Gasdrucks (P ₁);
• - Verbinden der Gießkammer mit dem Formhohlraum;
• - Ausfüllen des Formhohlraums der Gießform mit Schmelze unter gleichzeitiger Einwirkung des Gießkolbendrucks und des Gasgegendrucks (P ₁).

2. Kolbendruckgießmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit

• - einer feststehenden (2) und einer beweglichen Formhälfte (1), welche zusammen die Gußform bilden,
• - einer horizontalen Gießkammer (3) mit Öffnung (15) für das Eingießen der Schmelze, die mit der feststehenden Formhälfte über eine Angußbuchse (6) verbunden ist, und
• - einer Gasleitung (26) mit einem Ventil (27), über das Druckgas in die Gasleitung (26) einströmen kann,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - in der beweglichen Formhälfte (1) ein beweglicher Verschluß (8) angeordnet ist,
• - in der Angußbuchse (6) ein Sitz (30) für die Aufnahme der Stirnseite des Verschlusses (8) ausgebildet ist,
• - an der Gießkammer (3) ein Halbzylinder (17) ange­ baut ist, der gegen die Öffnung (15) für das Ein­ gießen der Schmelze abgedichtet ist,
• - in diesem Halbzylinder (17) ein Trichter (18) um seine vertikale Achse schwenkbar angeordnet ist,
• - eine bewegliche Abdichtplatte (22) zwischen dem Halb­ zylinder (17) und dem Rand der Öffnung (15) vorge­ sehen ist, um die Gießkammer (3) gasdicht abzu­ schließen, und
• - die Gießkammer (3) mit dem Formhohlraum der Gießform über die Gasleitung (26) verbunden ist, in der ein Ventil (28) zur Unterbrechung der Verbindung zum Druckgas vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der bewegliche Verschluß (8) mit einem hydraulischen Zylinder (9) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die bewegliche Abdicht­ platte ( 22) an horizontale Führungssäulen (19) montiert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Abdicht­ platte (22) mit einem hydraulischen Zylinder (23) ver­ bunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die horizontalen Führungssäulen (19) und der hydraulische Zylinder (23) an einer tragenden Platte (20) befestigt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der schwenkbare Trichter (18) an dem Halbzylinder (17) und an der beweglichen Abdichtplatte (22) mittels Federn (24, 25) befestigt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gasleitung (26) ein zusätzliches Ventil (29) zum Ablassen des Druckes vorgesehen ist.