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WO2000059658A1 - Verfahren zum vakuum-druckgiessen und druckgiessform - Google Patents

Verfahren zum vakuum-druckgiessen und druckgiessform Download PDF

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WO2000059658A1
WO2000059658A1 PCT/CH2000/000093 CH0000093W WO0059658A1 WO 2000059658 A1 WO2000059658 A1 WO 2000059658A1 CH 0000093 W CH0000093 W CH 0000093W WO 0059658 A1 WO0059658 A1 WO 0059658A1
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WO
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casting
mold
valve
vacuum
mold cavity
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PCT/CH2000/000093
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French (fr)
Inventor
Paul Jung
Werner Brugger
Benno Niedermann
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Buehler Druckguss AG
Original Assignee
Buehler Druckguss AG
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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
    • B22D17/14—Machines with evacuated die cavity

Definitions

  • the invention relates to a method for vacuum die casting, in particular for producing the negative pressure in the casting chamber and in the mold cavity of a die, and a die.
  • the molten metal is sucked into the casting chamber by means of negative pressure.
  • the vacuum is applied in the casting mold by means of a suction channel. This negative pressure is maintained until the casting mold is filled with molten metal due to the feed movement of the casting piston.
  • DE-A-4239558 also describes such a method, in which the evacuation of the air is improved and it is also intended to be used in the normal die-casting method.
  • the vacuum should not only be taken into account with regard to its size (pressure value and duration), but the vacuum should also be adapted to the exact conditions. This should be done by continuously regulating the vacuum over the period of exposure to negative pressure, in particular to avoid premature entry of molten metal into the mold cavity. If necessary, hold times of the vacuum should be observed.
  • the application of negative pressure to the casting mold or casting chamber via at least one control valve takes place in such a way that the negative pressure in the mold cavity and / or in the casting chamber is regulated according to a controllable curve with at least two time segments, as a function of the quantity introduced and / or of the casting piston travel. This is complex and uncertain.
  • DE-A-19605727 shows a vacuum die-casting machine in which the mold halves are sealed off from one another by means of a sealing arrangement. To prevent compressed air from being forced into the molten metal of the holding furnace, the casting piston closes the suction pipe during the vacuum phase.
  • DE-PS 921881 shows in closings of the pouring channel without ventilation by means of a displaceable insert bush
  • DE-A-4312647 teaches an effective piston seal in the form of a ring device in vacuum pressure casting. This is to prevent the cast material from getting into the mold space before the piston drives the shot into the mold cavity.
  • a detection element is provided in a gas ventilation device of a die casting machine, which detects cast metal and outputs a signal.
  • a detection element is provided in a gas ventilation device of a die casting machine, which detects cast metal and outputs a signal.
  • JP-A-1024951 it is also known to carry out an oxygen measurement in the mold cavity.
  • the invention is based on the object of developing a method for vacuum pressure die-casting which avoids the disadvantages of the prior art, in particular by simpler and safer process management and better casting quality and an increase in the available shot time. These tasks are solved on the basis of the characterizing features of claim 1.
  • the main idea of the invention is then to separate the evacuation process and the filling of the mold from one another and to carry out both processes independently of one another. This object is achieved on the basis of the characterizing features of claim 1.
  • Another object of the invention is to develop a die casting mold for carrying out the method. This object is achieved on the basis of the characterizing features of claim 4.
  • the advantages of the invention consist primarily in the fact that the temporary, spatial separation of evacuation and subsequent filling of the mold means more time for evacuation.
  • the mold cavity is available for the individual shot (without extending the shot time itself) and at the same time the quality of the parts is improved and better alloys can be processed.
  • the invention is described in more detail in an exemplary embodiment with reference to a drawing.
  • the drawing shows a simplified view of a casting chamber in the single figure.
  • the general structure of a die casting machine and also a vacuum die casting machine is generally known, for. B. from DE-A-4239558.
  • a schematically and simplified illustrated vacuum die 1 has a fixed mold plate 2 with a fixed mold insert 3 attached to it, which fits in the closed state on a movable mold half 4a with the mold insert 4b.
  • the mold cavity 5 to be filled with molten metal is formed between the mold inserts 3, 4b.
  • the die 1 also has a casting chamber 6 with a casting piston 7 guided therein.
  • a metering opening 8a or 8b the metal melt is optionally fed and metered from below or from above out of a holding vessel (not shown).
  • the channel opening 10 of the casting chamber 6 can be closed with a beveled valve 11.
  • the valve 11 is connected to a conventional hydraulic system 13 via a piston rod 12.
  • a seal 14 seals the valve system from the evacuated mold cavity 5.
  • a hydraulic system other conventional means can also be used.
  • the mold cavity 5 is connected via a ventilation duct 15 to a conventional device for generating negative pressure and to a vacuum shut-off valve 16.
  • the channel opening 10 is closed by means of valve 11 and hydraulics 13.
  • the procedure can be described in such a way that before the molten metal reaches the casting chamber 6, the mold cavity 5 and the sprue channel 9 can already be evacuated via the shut-off valve 16,
  • the press-in process is started, in which the casting piston 7 slowly moves forward via the metering opening 8 (left),
  • valve 1 1 When the state of 100% filling of the casting chamber with molten metal is reached, the valve 1 1 suddenly opens by means of the hydraulics 13 and clears the way for the metal into the sprue channel 9 and into the mold cavity 5.
  • the impulse for switching can also be path-dependent or by means of a sensor system known per se.
  • the molten metal fills the mold cavity 5 very quickly and without disruptive compression of displaced air.
  • the mold cavity 5 to be filled is only released when it is vented.
  • the molten metal is previously 100% filled in the casting chamber 6, 6N.
  • a further ventilation of the casting chamber 6 ' (6) or the valve 11 in the sprue channel 9 can be provided.
  • the metering opening 8 is closed by the casting piston 7.
  • the hydraulic system 13 is temperature-separated from the casting chamber 6 and the mold due to the arrangement described.
  • Casting piston a dosing opening b dosing opening

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulds, Cores, Or Mandrels (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vakuum-Druckgiessen und eine Druckgiessform (1) hierzu, insbesondere zum Druckgiessen von Teilen aus Metallen oder deren Legierungen. Die Aufgabe besteht darin, eine bessere Gussqualität bei vereinfachter Verfahrensführung zu erreichen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Evakuation des Formhohlraumes (5) und die Füllung mit Metallschmelze unabhängig voneinander erfolgen.

Description

Verfahren zum Vakuum-Druckgiessen und Druckgiessform
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vakuum-Druckgiessen, insbesondere zur Herstellung des Unterdruckes in der Giesskammer und im Formhohlraum einer Druckgiessform sowie eine Druckgiessform.
Gemäss einem Vakuum-Druckgiessverfahren nach der Lehre der EP-B-51310 wird das schmelzflüssige Metall mittels Unterdruck in die Giesskammer angesaugt. Der Unterdruck wird mittels eines Absaugkanales in der Giessform aufgebracht. Dieser Unterdruck bleibt solange erhalten, bis die Giessform durch die Vorschubbewegung des Giesskolbens mit Metallschmelze gefüllt ist.
Die DE-A-4239558 beschreibt ebenfalls ein solches Verfahren, wobei die Evakuation der Luft verbessert und auch eine Anwendung beim normalen Druckgiessverfahren gegeben sein soll. Hierzu soll der Unterdruck nicht nur bezüglich seiner Grosse (Druckwert und Zeitdauer) berücksichtigt werden, sondern das Vakuum soll auch den genauen Bedingungen angepasst sein. Dies soll durch eine kontinuierliche Regelung des Vakuums über die Zeitdauer der Beaufschlagung mit Unterdruck erfolgen, insbesondere zur Vermeidung eines vorzeitigen Eintritts von Metallschmelze in den Formhohlraum. Gegebenenfalls sollen Haltezeiten des Vakuums eingehalten werden. Die Unterdruckbeaufschlagung von Giessform bzw. Giesskammer über wenigstens ein Regelventil erfolgt derart, dass der Unterdruck im Formhohlraum und/oder in der Giesskammer nach einer regelbaren Kurve mit wenigstens zwei Zeitabschnitten geregelt wird, als Funktion der eingebrachten Menge und/oder des Giesskolbenweges. Dies ist aufwendig und unsicher.
Eine Vakuum-Druckgiessmaschine, bei der die Formhälften mittels Dichtungsanordnung gegeneinander abgedichtet sind, zeigt die DE-A-19605727. Um eine Verdrängung von komprimierter Luft bis in die Metallschmelze des Warmhalteofens zu vermeiden, verschliesst der Giesskolben während der Unterdruckphase das Ansaugrohr. in Abschlüssen des Eingiesskanales ohne Entlüftung mittels einer verschiebbaren Ein- satzbuchse zeigt die DE-PS 921881
Eine wirksame Kolbenabdichtung in Form einer Ringeinrichtung beim Vakuumdruck- guss lehrt die DE-A-4312647. Diese soll verhindern, dass die Gusswerkstoff in den Formraum gelangt, bevor der Kolben den Schuss in den Formhohlraum treibt.
Nach der DE-C-3834777 ist bei einer Gasentlüftungseinrichtung einer Druckgiessma- schine ein Detektionselement vorgesehen, welches eingegossenes Metall erkennt und ein Signal ausgibt. Ein vorzeitiges eindringen von Metall kann jedoch nicht unterbunden werden
Nach der JP-A-1024951 1 ist es auch bekannt, eine Sauerstoffmessung in dem Formhohlraum durchzuführen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Vakuum- Druckgiessen zu entwickeln, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere durch eine einfachere und sichere Verfahrensführung und eine bessere Gussqualität sowie eine Erhöhung der verfügbaren Schusszeit ermöglicht. Diese Auf- gäbe wird an Hand der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der Kerngedanke der Erfindung besteht dann, den Evakuationsvorgang und das Füllen der Form voneinander zu trennen und beide Vorgänge unabhängig voneinander auszuführen. Diese Aufgabe ist an Hand der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Druckgiessform zur Ausführung des Verfahrens zu entwickeln. Diese Aufgabe ist an Hand der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 4 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Die Vorteile der Erfindung bestehen vor allem darin, dass durch die zeitweilige, räumliche Trennung von Evakuation und nachfolgender Füllung der Form mehr Zeit zur Eva- kuierung des Formhohlraumes, für den einzelnen Schuss (ohne Verlängerung der Schusszeit selbst) verfügbar ist und gleichzeitig die Qualität der Teile verbessert wird und auch bessere Legierungen verarbeitet werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine vereinfachte Ansicht einer Giesskammer.
Der aligemeine Aufbau einer Druckgiessmaschine und auch einer Vakuum- Druckgiessmaschine ist allgemein bekannt, z. B. aus der DE-A-4239558.
Eine schematisch und vereinfacht dargestellte Vakuum-Druckgiessform 1 weist eine feste Formplatte 2 mit einem daran befestigten, festen Formeinsatz 3 auf, die im geschlossenen Zustand auf eine bewegliche Formhälfte 4a mit dem Formeinsatz 4b passt. Zwischen den Formeinsätzen 3, 4b ist der, mit Metallschmelze zu füllende Formhohlraum 5 gebildet.
Die Druckgiessform 1 weist weiterhin eine Giesskammer 6 mit einem darin geführten Giesskolben 7 auf. Mittels einer Dosieröffnung 8a bzw. 8b erfolgt wahlweise eine Zufüh- rung und Dosierung der Metallschmelze von unten bzw. von oben aus einem nicht dargestellten Warmhaltegefäss heraus.
Im Bereich des Angiesskanales 9 ist die Kanalöffnung 10 der Giesskammer 6 mit einem abgeschrägten Ventil 1 1 verschliessbar. Das Ventil 11 ist über eine Kolbenstange 12 mit einer üblichen Hydraulik 13 verbunden. Eine Dichtung 14 dichtet das Ventilsystem zum evakuierten Formhohlraum 5 ab. Anstelle einer Hydraulik können ebenso andere, übliche Mittel verwendet werden.
Der Formhohlraum 5 ist über einen Entlüftungskanal 15 mit einer üblichen Einrichtung zur Unterdruckerzeugung sowie einem Vakuumabsperrventil 16 verbunden.
Bei geschlossener Form wird die Kanalöffnung 10 mittels Ventil 1 1 und Hydraulik 13 geschlossen. Der Verfahrensablauf ist so beschreibbar, dass - bevor das geschmolzene Metall in die Giesskammer 6 gelangt, der Formhohlraum 5 und der Angiesskanal 9 bereits via Absperrventil 16 evakuiert werden können,
- nach erfolgter Dosierung des Metalls der Einpressvorgang gestartet wird, in dem der Giesskolben 7 langsam über die Dosieröffnung 8 nach vorn (links) fährt,
- die Entlüftung der Giesskammer 6 während des Vorfahrens des Giesskolbens 7 via Drosselkanal 10 im Ventil 1 1 oder separate Entlüftungskanäle oder durch anschlie- ssen eines separaten Vakuumkreises erfolgt,
- bei erreichen des Zustandes einer 100 %igen Füllung der Giesskammer mit Metallschmelze sich das Ventil 1 1 mittels der Hydraulik 13 schlagartig aufschaltet und den Weg für das Metall in den Angiesskanal 9 und in den Formhohlraum 5 freigibt.
Der Impuls zur Schaltung kann auch wegabhängig oder mittels einer an sich bekannten Sensorik erfolgen.
Die Metallschmelze füllt den Formhohlraum 5 sehr rasch und ohne störende Komprimierung verdrängter Luft.
Der zu füllende Formhohlraum 5 wird erst freigegeben, wenn er entlüftet ist. Die Metallschmelze ist zuvor zu 100% in der Giesskammer 6, 6Norgefüllt.
Zusätzlich kann eine weitere Entlüftung der Giesskammer 6' (6) bzw. des Ventils 11 im Angiesskanal 9 vorgesehen sein. In einer ersten Phase der Evakuation ist die Dosieröffnung 8 durch den Giesskolben 7 verschlossen.
Die Hydraulik 13 ist auf Grund der beschriebenen Anordnung temperaturgetrennt von Giesskammer 6 und Form. Kurzzeichen
Vakuum-Druckgiessform
Formplatte
Formeinsatz a Formhälfte b Formeinsatz
Formhohlraum
Giesskammer ' Teil der Giesskammer
Giesskolben a Dosieröffnung b Dosieröffnung
Angiesskanal
Drosselkanal
Ventil
Kolbenstange
Hydraulik
Dichtung
Entlüftungskanal
Vakuumabsperrventil

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Vakuum-Druckgiessen zur Herstellung hochqualitativer Gussstücke aus Metallen bzw. deren Legierungen, wobei mittels einer Einrichtung zur Unterdruckerzeugung und einem Absperrventil (16) ein Formhohlraum (5) und eine Giesskammer (6, 6') sowie ein Angiesskanal einer Druckgiessform (1 ) gesteuert eva- kuiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der zu füllende Formhohlraum (5) erst freigegeben wird, wenn er entlüftet ist, die Giesskammer (6, 6') bis zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist und zu 100% mit Metallschmelze vorgefüllt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Formhohl- räum (5) während des Füllens der Giesskammer (6, 6') evakuiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung der Giesskammer (6, 6') durch ein Ventil (1 1 ) verschlossen wird.
4. Druckgiessform, insbesondere Vakuum-Druckgiessform (1 ) zur Herstellung von Gussstücken aus Metallen bzw. deren Legierungen mit einer Einrichtung (16) zur Evakuation des Formhohlraumes (5) und der Giesskammer (6, 6*), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine stirnseitige Öffnung der Giesskammer (6, 6"), die dem Giesskolben (7) gegenüber- liegt, durch ein Ventil (1 1 ) verschliessbar ist.
5. Druckgiessform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1 1 ) hydraulisch gesteuert und mit einer Dichtung (14) versehen ist.
6. Druckgiessform nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1 1 ) über eine Kolbenstange (12) temperaturgetrennt mit einer Hydraulik (13) verbunden ist.
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