Druckgiessmaschine und Verfahren zur Herstellung von Druckgussteilen

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckgießmaschine 10, insbesondere für den Leichtmetallguß in einer evakuierten Form, wobei die Form aus zwei zwei Formhälften 18, 22 besteht. Erfindungsgemäß wird an alle Zwischenräume 56, 62 und an alle Trennflächen 58, 64 innerhalb der Form 18, 22, gleichgültig in welcher geometrischen Gestalt oder ob beweglich oder unbeweglich miteinander verbunden, über Kanäle 48 in der Form ständig Sauerstoff unter Druck etwas oberhalb des atmosphärischen Drucks angelegt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Druckgußteilen, insbesondere für den Leichtmetallguß in einer evakuierten Form.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckgießmaschine, insbesondere für den Leichtmetallguß in einer evakuierten Form, wobei die Form aus zwei zwei Formhälften besteht. Sie bezieht sich insbesondere auf eine Leichtmetall-Druckgieß-Maschine, bei der die mit flüssigem Leichtmetall zu füllende Form kurz vor dem Füllen evakuiert ist.

[0002] Es ist bekannt, statt die Form zu evakuieren, die Form unter erheblichem Druck mit Sauerstoff zu füllen, um dann das flüssige Metall mit erhöhter Geschwindigkeit in die Form einzuspritzen (u.a. DE-A- 1 558 261). Mit diesem Verfahren verzichtet man auf das Evakuieren und erzielt eine gewünschte Qualität des Druckgußteiles. Jedoch ist die Vorfüllung mit Sauerstoff und das Einspritzen des flüssigen Metalls unter erhöhter Geschwindigkeit in die Sauerstoffatmosphäre in der Form ist sehr aufwendig.

[0003] Bei bekannten Vakuum-Druckgießverfahren werden zunehmend Formen verwendet, die wegen der Gestaltung der zu gießenden Teile immer komplexer werden. So werden gehärtete Formeinsätze in eine Grundform beispielsweise durch Miteinanderverschrauben eingefügt. Dabei greifen Ausstoßer, Auswerfer oder Schieber durch die Form, so daß es sehr schwer ist, diese Formen für den Aufbau des erforderliche Vakuum entsprechend abzudichten. Zudem muß die Form innen von für den Druckguß schädlichen Gasen frei gehalten werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die gegossenen Teile nach jedem Spritzvorgang aus einer geöffneten Form entnommen werden müssen, um anschließend die Form wieder zu schließen und das Vakuum für einen neuen Spritzvorgang aufzubauen. Bei komplizierten Formen treten somit immer wieder Dichtprobleme auf.

[0004] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckgießmaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine genügende Abdichtung der Gießform gewährleistet.

[0005] Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Druckgußteilen der eingangs genannten Art bereitzustellen, daß eine genügende Abdichtung der Gießform gewährleistet.

[0006] Gelöst werden diese Aufgaben durch eine Druckgießmaschine und eine Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.

[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0008] Bei einer erfindungsgemäßen Druckgießmaschine ist an alle Zwischenräume und an alle Trennflächen innerhalb der Form, gleichgültig in welcher geometrischen Gestalt oder ob beweglich oder unbeweglich miteinander verbunden, über Kanäle in der Form ständig Sauerstoff unter Druck etwas oberhalb des atmosphärischen Drucks angelegt. Diese Stellen sind nämlich die Ursache für Undichtigkeiten innerhalb der Form. Beispielsweise wird der eingeleitete Sauerstoff an die Flächen geleitet, mit denen gehärtete Einsätze in der Grundform aufliegen oder an die Flächen, an denen die Formhälften in der geschlossenen Stellung aufeinander liegen oder an die Führungsbohrungen für Auswerfer oder für andere mechanische Einsätze in der Form oder ähnliches. Durch das Anliegen von Sauerstoff unter Druck werden diese Wegsamkeiten abgedichtet.

[0009] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Sauerstoffdruck je nach Schließstellung der Form variierbar. Dadurch ist es möglich, den gewünschten Sauerstoffüberdruck in jeder Stellung der Formhälften konstant zu halten oder gegebenfalls zu variieren.

[0010] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Druckgießmaschine liegt der Sauerstoffdruck 0,3 bis 1 bar, vorzugsweise 0,5 bar, oberhalb des atmosphärischen Drucks. Es ist aber auch möglich, daß beim Schließen der Form der Druck auf 2 bis 3 bar oberhalb des atmosphärischen Drucks erhöht ist, um eingeschlossene Luft zu verdrängen. Der Sauerstoff-Druck wird ständig aufrechterhalten, also nicht nur während der Evakuierphase. In jedem Fall dringt eine über den Druck eingestellte oder gesteuerte Menge von Sauerstoff sowohl in die Form als auch durch die Undichtigkeiten nach außen. Das Nach-Außen-Dringen ist erwünscht, um eine Zirkulation bei dem geringen Druck aufrechtzuerhalten. Für den Fall, daß der eingeleitete Sauerstoff mit dem flüssigen Metall reagiert, ergibt sich zusätzlich eine erhöhte Porenfreiheit in den Strukturen des fertigen Gußteiles.

[0011] Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Druckgußteilen, insbesondere für den Leichtmetallguß in einer evakuierten Form, umfaßt folgende Schritte:

a) Schließen von Formhälften der Form unter gleichzeitiger Evakuierung eines verbleibenden Raums im Inneren der Form und fortwährendes Anlegen von Sauerstoff unter Druck etwas oberhalb des atmospärischen Drucks an alle Zwischenräume und an alle Trennflächen innerhalb der Form, gleichgültig in welcher geometrischen Gestalt oder ob beweglich oder unbeweglich miteinander verbunden, über Kanäle;

b) Einspritzen von flüssigem Metall in das Innere der Form;

c) Öffnen der Formhälften und Auswerfen des Gußteils unter fortwährendem Anlegen von Sauerstoff unter Druck etwas oberhalb des atmospärischen Drucks an alle Zwischenräume und an alle Trennflächen innerhalb der Form, gleichgültig in welcher geometrischen Gestalt oder ob beweglich oder unbeweglich miteinander verbunden, über Kanäle;

d) Wiederholen der Verfahrensschritte a) bis c).

[0012] Dadurch ist gewährleistet, daß eine genügende Abdichtung der Gießform erfolgt. Die Qualität des entstehenden Druckgußteils wird deutlich erhöht.

[0013] In einer vorteilhaften Ausgestaltung dedes erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Sauerstoffdruck regelbar. Somit ist eine Anpassung des Verfahrens an die individuellen Gegebenheiten und Probleme des Druckgußes möglich. Der Sauerstoffdruck liegt dabei vorteilhafterweise 0,3 bis 1 bar, vorzugsweise 0,5 bar, oberhalb des atmosphärischen Drucks. Es ist aber auch möglich, daß beim Schließen der Form der Druck auf 2 bis 3 bar oberhalb des atmosphärischen Drucks erhöht wird. Dadurch wird noch in der Form vorhandene Luft durch Sauerstoff ersetzt.

[0014] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen.

[0015] Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer Druckgieß-Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung und

Fig. 2

im schematischen Schnitt Einzelheiten der Erfindung.

[0016] In Fig. 1 ist eine Druckgießmaschine 10 zum Vergießen von Leichtmetallegierungen wie Aluminium- und/oder Magnesiumlegierungen dargestellt. Zwischen einer Kopfplatte 12 ist mittels eines Kniehebelmechanismus 14 und einem Schließzylinder 15 eine bewegliche Aufspannplatte 16 mit einer darauf befestigten beweglichen Formhälfte 18 gegenüber einer festen Aufspannplatte 20 bewegbar, auf der eine feste Formhälfte 22 angeordnet ist. Sobald die beiden Formhälften 18 und 22 fest aufeinandergepresst sind, wird das Innere 24 der Form evakuiert und in das Vakuum wird flüssiges Metall aus einer Druckkammer 26 mittels eines vom Zylinder 30 angetriebenen Druckkolbens 28 eingespritzt.

[0017] Bei wiedergeöffneter Form wird das Gußteil aus dem Inneren 24 mittels Auswerferstiften 32, die von einem Zylinder 34 angetrieben werden, ausgeworfen. Während des ganzen Betriebes wird Sauerstoff aus Sauerstofflaschen 40 in die verschiedenen und unterschiedlich geformten Flächen, die innerhalb der Form aufeinanderliegen und ausgebildet sind, eingeleitet. In den Leitungen 42 befinden sich Druckminderer 44, die den Druck der Sauerstofflaschen 40 auf einen geringen Überdruck reduzieren. Über einen Verteiler 46, der zugleich einen Druckregler enthalten kann, und weiteren Leitungen 48 gelangt der Sauerstoff als dichtendes und verdrängendes Medium an die verschiedenen Fugen und Spalten, die sich in der Form gewollt oder ungewollt während des Betriebes ausbilden, was anhand von Fig. 2 nachstehend näher erläutert wird. Der Druckverteiler und Druckregler 46 sorgen hierbei dafür, daß die verschiedenen Leitungen 48 gegebenenfalls unterschiedliche Drücke weiterleiten oder Druckschwankungen ausgleichen. Insbesondere beim Schließen der Form kann der Druck auch erhöht werden.

[0018] Die Fig. 2 zeigt ebenfalls schematisch die beiden Formhälften 18 und 22, die im vorliegenden Beispiel bei kompliziert geformten Gußteilen oft zusätzlich gehärtete Einsätze 50, 52 in der beweglichen Formhälfte und in der festen Formhälfte 22 aufweisen. Eine der Sauerstoffzuleitungen 48, die Zuleitung 48a, mündet in einen Kanal 54, der zunächst mit einer Fase 56 in Verbindung steht, welche üblicherweise in den Randecken zwischen dem gehärteten Einsatz 50 und der beweglichen Formhälfte 18 aus Montage- und Demontage-gründen freigelassen wird. Die sich hieran anschließenden Flächen zwischen dem gehärteten Einsatz 50 und der beweglichen Formhälfte 18 sitzen normalerweise dicht aufeinander und bilden keine Fuge. Dennoch entsteht im Betrieb oft ein geringfügiger Zwischenraum 58, beispielsweise durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien. In diesen Zwischenraum dringt in richtung der eingezeichneten Pfeile der zugeführte Sauerstoff ein und dichtet diese Zwischenräume gegenüber dem Vakuum im Innern 24 ab. Die noch vorhandene Luft wird durch Sauerstoff ersetzt.

[0019] In gleicher Weise wird über einen an eine Zuleitung 48c anschließenden Kanal 60, die Fase 62 und eventuelle Zwischenräume 64 zwischen der festen Formhälfte 22 und dem Einsatz 52 Sauerstoff eingeleitet, wodurch auch an dieser Stelle vorhandene oder entstehende Undichtigkeiten abgedichtet werden.

[0020] Auf der Seite der beweglichen Formhälfte 18 und dem Einsatz 50 kreuzen die Führungskanäle der Auswerferstifte 32 den Zwischenraum 58, so daß über den Toleranzabstand der Auswerferstifte 32 zu den zugehörigen Führungskanälen hier dichtend wirkender Sauerstoff sowohl in das Innere 24 der Form als auch nach außen gelangt, was ebenfalls durch eingezeichnete kleine Pfeile angedeutet ist. Diese Möglichkeit der Entspannung des leichten Sauerstoffdrucks nach außen ermöglicht einen ständigen Sauerstoffstrom. Selbstverständlich können die Führungskanäle der Auswerferstifte 32 auch direkt über einen Kanal mit Sauerstoff versorgt werden.

[0021] Auf der Seite der festen Formhälfte 22 ist eine Vakuumleitung 66 angedeutet, über die die Form evakuiert wird. Sie kann aus einer Hülse oder einem Rohr bestehen, dessen Außenwandungen oder Grenzwandungen zur Form ebenfalls Zwischenräume aufweisen oder ausbilden können, die abzudichten sind. Eine separate Vakuumleitung ist aber nicht unbedingt erforderlich. Es ist auch denkbar, daß die Druckgießmaschine ohne Vakuumleitungen und ohne Evakuierung des Formrinnenraums arbeitet.

[0022] Ferner können in der Form eingesetzte Kanäle wie 54 und 60 aus Hülsen bestehen, die selbst Ausgänge von den Zwischenräumen in der Form schaffen, so daß auch in diese Sauerstoff eindringt. In gleicher Weise wirkt die in der festen Formhälfte eingesetzte Druckkammer 26 wie eine solche Hülse bei der eventuell auftretende Spalte ebenfalls durch den durchströmenden Sauerstoff abgedichtet werden. Auch diese Sauerstoffwege sind durch kleine Pfeile angedeutet.

[0023] Die sich ständig öffnende und schließende Trennfläche zwischen beweglicher und fester Formhälfte 18, 22 kann von einer Leitung 48b über einen Kanal 70 und einer Ringleitung 72 mit Sauerstoff versorgt werden. Außerhalb der Ringleitung 72 ist eine Dichtung 74 eingelegt. Beide Formhälften werden ständig gekühlt, was im vorliegenden Fall durch einen Ringkanal 76 angedeutet ist. Die Zuführung von Kühlmittel erfolgt über eine Hülse 78, die im eingezeichneten Beispiel durch die feste Formhälfte 22 und den Einsatz 52 durchgeführt ist. Auch derartige Kühlkanäle können Undichtigkeiten herbeiführen, so daß auch diese von der Sauerstoffzirkulation zu erfassen sind.

[0024] Die Zuführung von Sauerstoff erfolgt kontinuierlich beispielsweise mit einem Druck von 0,5 atm oberhalb des atmosphärischen Drucks, unabhängig von der Stellung der Formhälften. Auf diese Weise wird allen konstruktiv bedingten und zeitweise auftretenden Undichtigkeiten ein geringer, aber permanenter Sauerstoffgegenstrom entgegengesetzt, der ein Nachströmen von Luft in das Innere 24 der Form verhindert. Im Inneren 24 der Form entsteht der zusätzliche Vorteil durch die Reaktion des Gießmaterials mit dem Sauerstoff, was eine Wärmebehandlung des Formteils ermöglicht und bessere Materialeigenschaften erzeugt.

Ansprüche

1. Druckgießmaschine, insbesondere für den Leichtmetallguß in einer evakuierten Form, wobei die Form aus zwei zwei Formhälften (18, 22) besteht,
dadurch gekennzeichnet, daß
an alle Zwischenräume (56, 62) und an alle Trennflächen (58, 64) innerhalb der Form (18, 22), gleichgültig in welcher geometrischen Gestalt oder ob beweglich oder unbeweglich miteinander verbunden, über Kanäle (48) in der Form ständig Sauerstoff unter Druck etwas oberhalb des atmosphärischen Drucks angelegt ist.

2. Druckgießmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sauerstoffdruck je nach Schließstellung der Form (18, 22) variierbar ist.

3. Druckgießmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sauerstoffdruck 0,3 bis 1 bar, vorzugsweise 0,5 bar, oberhalb des atmosphärischen Drucks liegt.

4. Druckgießmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Schließen der Form (18, 22) der Druck auf 2 bis 3 bar oberhalb des atmosphärischen Drucks erhöht ist.

5. Verfahren zur Herstellung von Druckgußteilen, insbesondere für den Leichtmetallguß in einer evakuierten Form,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

a) Schließen von Formhälften (18, 22) der Form unter gleichzeitiger Evakuierung eines verbleibenden Raums im Inneren (24) der Form und fortwährendes Anlegen von Sauerstoff unter Druck etwas oberhalb des atmospärischen Drucks an alle Zwischenräume (56, 62) und an alle Trennflächen (58, 64) innerhalb der Form (18, 22), gleichgültig in welcher geometrischen Gestalt oder ob beweglich oder unbeweglich miteinander verbunden, über Kanäle (48);

b) Einspritzen von flüssigem Metall in das Innere (24) der Form;

c) Öffnen der Formhälften (18, 22) und Auswerfen des Gußteils unter fortwährendem Anlegen von Sauerstoff unter Druck etwas oberhalb des atmospärischen Drucks an alle Zwischenräume (56, 62) und an alle Trennflächen (58, 64) innerhalb der Form (18, 22), gleichgültig in welcher geometrischen Gestalt oder ob beweglich oder unbeweglich miteinander verbunden, über Kanäle (48);

d) Wiederholen der Verfahrensschritte a) bis c).

6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sauerstoffdruck regelbar ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sauerstoffdruck 0,3 bis 1 bar, vorzugsweise 0,5 bar, oberhalb des atmosphärischen Drucks liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Schließen der Form (18, 22) der Druck auf 2 bis 3 bar oberhalb des atmosphärischen Drucks erhöht ist.

Zeichnung